JP2015122795A

JP2015122795A - 多重入出力システムでコードブックを用いた通信方法および装置

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Publication number: JP2015122795A
Application number: JP2015027917A
Authority: JP
Inventors: ミュン・ホン・ヨン; Myung Hoon Yeon; ジュン・ヨン・チョ; Joon Young Cho; ジュ・ホ・イ; Ju Ho Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: WO2010147443A3; US8391394B2; EP2443764B1; JP2012531087A; KR20100136891A; KR20100136902A; KR101702353B1; US20100322343A1; KR20100136901A; WO2010147443A2; EP2443764A4; US20130142277A1; JP6137759B2; CN102804623B; KR20100136888A; CN102804623A; EP2443764A2; US8625712B2

Abstract

【課題】多重入出力システムでコードブックを用いてプリコーディングマトリックスによる各アンテナ電力増幅器のＰＡＰＲの増加問題を解決する通信方法及び装置を提供する。
【解決手段】複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングするレイヤマッピングステップ１６０２と、コードワードが互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたランク３コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、複数のレイヤを複数のアンテナにマッピングするアンテナマッピングステップ１６０３と、マッピングしたレイヤ及びアンテナを含む経路にコードワードを送信するステップ１６０４と、を含む。ランク３コードブックのプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定に設定されたマトリックスである。
【選択図】図１４

Description

本発明は、多重入出力システムでコードブックを用いた通信方法およびこれのための装置に関し、特に、コードワード別に互いに異なるアンテナにマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）されて送信する多重入出力システムでコードブックを用いた通信方法およびこれのために装置に関する。

近年、移動通信システムでは、無線チャネルで高速データ送信に有用な方式として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式、あるいは、これと類似する方式として、単一搬送波周波数分割多重接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ：ＳｉｎｇｌｅＣａｒｒｉｅｒ − ＦｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）が活発に研究されている。次世代移動通信システムのＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）では、前記ＯＦＤＭシステムを下りリンクに適用し、前記ＳＣ−ＦＤＭＡシステムを上りリンクに適用する。しかし、ＯＦＤＭは、ＰＡＰＲが大きいので、信号の非線形歪みを防止するために、電力増幅器の入力信号のｂａｃｋ−ｏｆｆ値を大きくしなければならず、したがって、それだけ最大送信電力が制限されるので、電力効率が低いという短所がある。ここで、ｂａｃｋ−ｏｆｆは、送信信号の線形性を保障するために、電力増幅器の最大値よりも小さい値で送信電力の最大値を制限することである。例えば、電力増幅器の最大値が２３ｄＢｍであり、ｂａｃｋ−ｏｆｆが３ｄＢであれば、送信電力の最大値は２０ｄＢｍになる。下りリンクの多重化技術としてＯＦＤＭＡを採択する場合、送信機は電力の制限のない基地局に存在するので、大きい問題にならないが、上りリンクの多重化技術としてＯＦＤＭＡを採択する場合、送信機は電力の制限が大きいユーザ端末に存在するので、端末の最大電力が制限されるだけ基地局のカバレッジが小さくなるという問題が発生する。したがって、３ＧＰＰ標準の４世代移動通信技術のＬＴＥでは、代案として上りリンクの多重化技術であるＳＣ−ＦＤＭＡが決定された。

また、最近の無線通信環境では、多様なマルチメディアサービスを提供するための無線通信技術が開発されており、高品質のマルチメディアサービスを提供するためには。高速のデータ送信が要求される。したがって、最近、高速のデータ送信をサポートするために多くの研究がなされており、代表的にＭＩＭＯ技術に関する研究が活発に進められている。ＭＩＭＯ技術は、複数のアンテナを使用することにより、限定された周波数リソース内でチャネルの容量を増加させる。ＭＩＭＯ技術は、散乱環境で複数のアンテナを使用することにより、理論的にはアンテナの数に比例するチャネルの容量を提供する。ＭＩＭＯ技術でデータを効率的に送信するためには、予めデータをコーディングする作業が必要であるが、このような作業をプリコーディング（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）という。また、データをプリコーディングする規則を行列で表現したことをプリコーディングマトリックス（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇｍａｔｒｉｘ）といい、プリコーディングマトリックスの集合をコードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）という。ＬＴＥ−Ａ（ＬＴＥＡｄｖａｎｃｅｄ）において、プリコーディングマトリックスを利用した多重アンテナ技術（ＭＩＭＯ）は、単一ユーザおよび多重ユーザに対する性能向上を提供できる上りリンクの主要技術として有力に提案されている。このようなコードブックベースのプリコーディングは、ＬＴＥシステムを簡単に改良するための技術として考慮されている。しかし、上記で説明したＳＣ−ＦＤＭＡは、ＯＦＤＭＡに比べて少ないＰＡＰＲを有するので、有力な上りリンク技術として採択されたが、プリコーディングを適用したＭＩＭＯ技術と組み合わせる場合には、次のような問題が発生する。すなわち、ＳＣ−ＦＤＭＡに多重アンテナプリコーディングマトリックスが適用される場合、仮に互いに異なるレイヤのデータが混合されるプリコーディングマトリックスが選択されれば、各アンテナでＰＡＰＲが増加するという問題が発生する。

このようなＳＣ−ＦＤＭＡＭＩＭＯシステムにおいて、４つの送信アンテナと４つの受信アンテナが使用される場合、送信アンテナと受信アンテナの間では、最大ランク４までのデータチャネルが生成され、それぞれのランクに対して互いに異なるプリコーディングマトリックスが使用される。例えば、基地局または端末が、送信アンテナと受信アンテナの間にランク１チャネルが形成されたと判断すれば、次の表１のようなプリコーディングマトリックスが使用される。

次の表１は、４つの送信アンテナのためのランク１コードブックのプリコーディングマトリックスのコードブック例である。

表１に示したように、プリコーディングマトリックスの行の個数が４である理由は、４つのアンテナを使用するからであり、列の個数が１である理由は、ランクが１、すなわち、レイヤ（Ｌａｙｅｒ）の数が１であるからである。このようなランク１プリコーディングマトリックスにおいて、レイヤは１であるので、各アンテナ出力でレイヤは混合されず、各アンテナの電力増幅器でＰＡＰＲが増加する問題は発生しない。

基地局または端末が、送信アンテナと受信アンテナの間にランク２チャネルが形成されたと判断すれば、次の表２のようなプリコーディングマトリックスが送信アンテナのフリーコーディングのために使用される。

次の表２は、４つの送信アンテナのためのランク２コードブックのプリコーディングマトリックスのコードブック例である。

表２に示したように、プリコーディングマトリックスの行の個数が４である理由は、４つのアンテナを使用するからであり、列の個数が２である理由は、ランクが２、すなわち、レイヤの個数が２であるからである。例えば、表２では、レイヤが２といっても行毎に因子の係数が０である元素が１つずつ含まれるため、レイヤが混合されない。言い換えれば、各アンテナの電力増幅器でＰＡＰＲが増加する問題が発生しない。

基地局または端末が、送信アンテナと受信アンテナの間にランク３チャネルが形成されたと判断すれば、次の表３のようなプリコーディングマトリックスが４つの送信アンテナのために使用される。

次の表３は、４つの送信アンテナのためのランク３コードブックのプリコーディングマトリックスのコードブック例である。

表３に示したように、プリコーディングマトリックスの行の個数が４である理由は、４つのアンテナを使用するからであり、列の個数が３である理由は、ランクが３、すなわち、レイヤの個数が３であるからである。例えば、表３のコードブックにおいて、次の数式（１）のようなプリコーディングマトリックスが選択されたと仮定する。

ここで、４つのアンテナ出力をｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４で表現し、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされるシンボルデータをｘ１、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングされるシンボルデータをｘ２、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされるシンボルデータをｘ３といえば、次の数式（２）のようにレイヤとアンテナ間の関係が表現される。

数式（２）でアンテナ１（ａｎｔｅｎｎａ＃１）の出力は

で表現される。すなわち、プリコーディングマトリックスの１番目の行の元素１と−ｊによって、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされるシンボルデータｘ１と、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングされるシンボルデータｘ２とがアンテナ１（ａｎｔｅｎｎａ＃１）で混合されて出力され、アンテナ１（ａｎｔｅｎｎａ＃１）の電力増幅器のＰＡＰＲを増加させる。また、アンテナ２（ａｎｔｅｎｎａ＃２）の出力は

で表現される。すなわち、プリコーディングマトリックスの２番目の行の元素−ｊと−ｊによって、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされるシンボルデータｘ１と、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングされるシンボルデータｘ２とがアンテナ２（ａｎｔｅｎｎａ＃２）で混合されて出力され、アンテナ２（ａｎｔｅｎｎａ＃２）電力増幅器のＰＡＰＲを増加させる。アンテナ３（ａｎｔｅｎｎａ＃３）の出力は

で表現される。すなわち、プリコーディングマトリックスの３番目の行の元素−ｊと１によって、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされるシンボルデータｘ１と、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされるシンボルデータｘ３とがアンテナ３（ａｎｔｅｎｎａ＃３）で混合されて出力され、アンテナ３（ａｎｔｅｎｎａ＃３）の電力増幅器のＰＡＰＲを増加させる。アンテナ４（ａｎｔｅｎｎａ＃４）の出力は

で表現される。すなわち、プリコーディングマトリックスの４番目の行の元素−ｊと−ｊにより、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされるシンボルデータｘ１と、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされるシンボルデータｘ３とがアンテナ４（ａｎｔｅｎｎａ＃４）で混合されて出力され、アンテナ４（ａｎｔｅｎｎａ＃４）の電力増幅器のＰＡＰＲを増加させる。

国際公開第２００８／１００２１３号

LG Electronics，Consideration on rank 3 codebook design for UL SU-MIMO in LTE-A[online]， 3GPP TSG-RAN WG1#58 R1-093257，インターネット＜URL:http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_58/Docs/R1-093257.zip＞，２００９年８月２４日 Huawei，Precoding for UL 4Tx MIMO[online]， 3GPP TSG-RAN WG1#58 R1-093055，インターネット＜URL:http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_58/Docs/R1-093055.zip＞，２００９年８月２４日 Texas Instruments，4Tx Rank-3 Codebook for UL SU-MIMO[online]， 3GPP TSG-RAN WG1#58b R1-093999，インターネット＜URL:http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_58b/Docs/R1-093999.zip＞，２００９年１０月１２日 Samsung，Further Discussion on Rank 3 Codebook Design for 4 TX UL SU-MIMO[online]， 3GPP TSG-RAN WG1#59 R1-094588，インターネット＜URL:http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_59/Docs/R1-094588.zip＞，２００９年１１月１２日 LG Electronics，Uplink Rank-3 Codebook Design for LTE-Advanced[online]， 3GPP TSG-RAN WG1#59 R1-094796，インターネット＜URL:http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_59/Docs/R1-094796.zip＞

したがって、上述したような従来の問題を勘案した本発明の目的は、ＳＣ−ＦＤＭＡＭＩＭＯシステムのためのプリコーディングマトリックスを設計する場合、システムの性能向上だけでなく、プリコーディングマトリックスによる各アンテナ電力増幅器のＰＡＰＲの増加問題を解決することができる方法および装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、ＳＣ−ＦＤＭＡＭＩＭＯシステムでＰＡＰＲを増加させず、低い大きさの信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ）から高い大きさのＳＮＲ領域までシステムの性能を向上させるプリコーディングマトリックスを利用した通信方法およびこれのために装置を提供することにある。

上述したような目的を達成するための本発明の一実施形態に係る多重入出力システムでコードブックを用いた送信方法は、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングするレイヤマッピングステップと、コードワードが互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたランク３コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、複数のレイヤを複数のアンテナにマッピングするアンテナマッピングステップと、マッピングしたレイヤおよびアンテナを含む経路にコードワードを送信するステップと、を含む。ランク３コードブックのプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定に設定されたマトリックスであってもよい。

上述したような目的を達成するための本発明の一実施形態に係る多重入出力システムでコードブックを用いた送信装置は、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングするコードワード−レイヤマッパーと、コードワードが互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたランク３コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、複数のレイヤを複数のアンテナにマッピングするリソース元素マッパーと、レイヤを介して伝えられたコードワードを送信するアンテナと、を含む。コードワードは、マッピングしたレイヤおよびアンテナを含む経路に送信され、ランク３コードブックのプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定に設定されたマトリックスであってもよい。

上述したような目的を達成するための本発明の一実施形態に係る多重入出力システムでコードブックを用いた受信方法は、複数のアンテナを介して信号を受信するステップと、コードワードが互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたランク３コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、複数のレイヤを複数のアンテナにマッピングするアンテナマッピングステップと、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングするレイヤマッピングステップと、マッピングしたレイヤおよびアンテナを含む経路に受信した信号をコードワードで復元するステップと、を含む。ランク３コードブックのプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定に設定されたマトリックスであってもよい。

上述したような目的を達成するための本発明の一実施形態に係る多重入出力システムでコードブックを用いた受信装置は、信号を受信する複数のアンテナと、コードワードが互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたランク３コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、複数のレイヤを複数のアンテナにマッピングするポストコーダ（ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ）と、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングするレイヤ−コードワードマッパーと、マッピングしたレイヤおよびアンテナを含む経路に受信した信号をコードワードで復元するコードワード復元器と、を含む。ランク３コードブックのプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定に設定されたマトリックスであってもよい。

上述したように、本発明のランク３プリコーディングマトリックスは、各アンテナでＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ＡｖｅｒａｇｅＰｏｗｅｒＲａｔｉｏ）の増加のないマトリックス構造を有する。したがって、ＰＡＰＲの増加が多い、従来のランク３プリコーディングマトリックスの問題を解決する。また、本発明は、２つのコードワードが使用される場合、それぞれのコードワードが互いに異なる２つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造を有する。したがって、各コードワードは、チャネル上で送信ダイバーシティ効果を体験するという長所を有する。

また、上述したような本発明のランク３プリコーディングマトリックス（コードブック）は、各アンテナでＰＡＰＲの増加がないマトリックスによって複合的に構成されて使用される。したがって、ＳＮＲ全領域で性能向上がなされる。
本発明の上記した目的と他の目的、構成および長所は、下記の詳細な説明と添付する図面によってさらに明確になる。添付する図面は、下記のようである。

本発明の第１実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。本発明の第１実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。本発明の第２実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。本発明の第２実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。本発明の第３実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。本発明の第３実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。本発明の第４実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。本発明の第４実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。本発明の第５実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。本発明の第５実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。本発明の実施形態に係る送信機のアンテナ構造を説明するための図である。本発明の他の実施形態に係る送信機のアンテナ構造を説明するための図である。本発明の実施形態に係る送信機の構造を説明するための図である。本発明の実施形態に係る送信機の概略的な動作手続きを説明するための図である。本発明の実施形態に係る受信機の構造を説明するための図である。本発明の実施形態に係る受信機の概略的な動作手続きを説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、添付する数式および図面を参照して詳細に説明する。また、本発明を説明するにおいて、関連する公知機能あるいは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすると判断された場合、その詳細な説明は省略する。また、後述される用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語で、ユーザ、運用者の意図または慣例などによって変わり得る。したがって、その用語は、本明細書全般にわたった内容に基づいて定義されるべきである

また、本発明の実施形態を具体的に説明するにおいて、ＯＦＤＭベースの無線通信システム、特に、３ＧＰＰＥＵＴＲＡ（ＬＴＥともいう）あるいはＡｄｖａｎｃｅｄＥ−ＵＴＲＡ（ＬＴＥ−Ａともいう）標準を主な対象にするが、本発明の主要な要旨は、類似する技術的背景およびチャネル形態を有する他の通信システムにも本発明の範囲を大きく外れない範囲で若干の変形で適用可能であり、これは、本発明の技術分野で通常の技術的知識を有する者が判断できるだろう。

本発明の主要な要旨は、４つの送信アンテナを使用するＭＩＭＯシステムのために、各アンテナでレイヤ間の混合がなく（言い換えれば、ＰＡＰＲの増加がなく）、レイヤ当たりの電力を同一に維持しながら、２つのコードワード各々が複数の互いに異なるアンテナにマッピングされるランク３プリコーディングマトリックスを提案することである。言い換えれば、本発明のランク３プリコーディングマトリックスは、レイヤ当たりの電力が同一であるため、レイヤ当たりの電力不均衡による性能低下の問題を解決する。また、本発明のプリコーディングマトリックスは、それぞれのコードワードが同一数の複数のアンテナを用いて送信される構造で提案されたので、各コードワードは、複数の送信アンテナによるダイバーシティ効果を体験するという長所を有する。詳しい発明の説明は、下記の実施例を用いて説明する。

第１実施形態
第１実施形態は、各アンテナでＰＡＰＲの増加なく、レイヤの電力比を同一に維持しながら、２つのコードワードが互いに異なる２つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造の実施形態である。

図１は、本発明の第１実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。
図１では、２つの互いに異なるコードワード（ＣＷ＃１とＣＷ＃２）が４つのアンテナ（Ａｎｔｅｎｎａ＃１、Ａｎｔｅｎｎａ＃２、Ａｎｔｅｎｎａ＃３、Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信される過程において、２つのコードワードと３つのレイヤのマッピング手続きと、３つのレイヤ（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）と４つのアンテナのマッピング手続きについて説明する。

このとき、コードブックは、表４の通りであると仮定する。次の表４は、本発明の第１実施形態に係るプリコーディングマトリックスを有するコードブックの例である。

表４に示すように、第１実施形態では、アンテナの数は４つで、ランクの数が３つの場合を仮定する。コードブックは、複数のコードブックが入力される場合、互いに異なるアンテナにマッピングされる。

図１を参照すると、送信機は、ステップ１０２で互いに異なるコードワード１（ＣＷ＃１）およびコードワード２（ＣＷ＃２）を生成する。
次に、送信機は、ステップ１０３でコードワード１（ＣＷ＃１）をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）はレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングする。
送信機は、ステップ１０４でチャネル情報と表４で示したコードブックを用いて、ランク３のチャネル環境で最も多くのデータを送信することができる１つのプリコーディングマトリックスを選択する。すなわち、送信機は、コードワード１（ＣＷ＃１）およびコードワード２（ＣＷ＃２）が互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたコードブックからいずれか１つのプリコーディングマトリックスを選択する。

例えば、送信機は、コードブックからスケジューラによって次の数式（３）のようなプリコーディングマトリックスを選択したと仮定する。

そうすると、送信機は、ステップ１０５の前（ステップ１０４）に選択したプリコーディングマトリックス（数式（３））を用いて、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）はアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）にマッピングされ、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）はアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）にマッピングされ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）にマッピングされる。

送信機の電力割当制御器２１３は、ステップ１０６でプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値（プリコーディングマトリックスの係数）をレイヤとアンテナの間にかけて、各レイヤ当たりの電力を同一にさせる。

すなわち、数式（３）とプリコーディングマトリックスを用いる場合、送信機のプリコーダ（ｐｒｅｃｏｄｅｒ）装置は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）の間でＰ１値をかけて、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）の間でＰ２値をかける。また、送信機のプリコーダ装置は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）の間でＰ３値をかけて、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）の間でＰ４値をかける。

この実施形態において、Ｐ１とＰ２は

である。仮に、コードブックが正規化された（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）形態で表現されれば、Ｐ１とＰ２は

である。また、この実施形態において、Ｐ３とＰ４は１である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ３とＰ４は

である。

次に、送信機は、ステップ１０７で上述したようにマッピングされた各コードワードを互いに異なる２つのアンテナに送信する。
コードワード１（ＣＷ＃１）は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされているので、結局、コードワード１（ＣＷ＃１）は、アンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）を介して送信される。また、コードワード２（ＣＷ＃２）は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされているので、コードワード２（ＣＷ＃２）は、アンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信される。

したがって、コードワード１（ＣＷ＃１）とコードワード２（ＣＷ＃２）は、互いに異なる２つのアンテナを介してそれぞれ送信されるようになり、このとき、レイヤ１〜３（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）の電力比率は、全部同一になる。

次に、上述したような本発明の第１実施形態に係る送信機の構造について説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。
図２を参照すると、本発明の第１実施形態に係る送信機は、マッパー（Ｃｏｄｅｗｏｒｄ−ｔｏ−ｌａｙｅｒｍａｐｐｅｒ）２０４、プリコーダ２１２、電力割当制御器２１３、およびアンテナ２１８，２１９，２２０，２２１を含む。

マッパー２０４は、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングさせる役割を行う。このとき、マッパー２０４は、１つのコードワードを少なくとも２つのレイヤにマッピングさせるための直並列変換器（ＳｅｒｉａｌｔｏＰａｒａｌｌｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２０３を備える。図２で、直並列変換器２０３は、入力される１つのコードワードを並列に分割し、２つのレイヤにマッピングさせる。

マッパー２０４は、生成されたコードワード１（ＣＷ＃１）２０１をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）２０５にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）２０２をレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）およびレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にそれぞれマッピングする。

プリコーダ２１２は、レイヤ別に各アンテナにマッピングする役割を行う。すなわち、プリコーダ２１２によって、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）２０５はアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）２１８とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）２１９にマッピングされる。また、プリコーダ２１２によって、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）２０５はアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）２２０にマッピングされ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）２０７はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）２２１にマッピングされる。

電力割当制御器２１３は、表４のコードブックから選択されたプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）２０８，２０９，２１０，２１１を、レイヤ２０５，２０６，２０７とアンテナ２１８，２１９，２２０，２２１の間で乗算器２１４，２１５，２１６，２１７によってかけ、各レイヤ２０５，２０６，２０７に割り当てられる電力を同一にさせる。

すなわち、プリコーダ２１２において、Ｐ１２０８は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）２０５とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）２１８の間で乗算器２１４によってかけられ、Ｐ２２０９は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）２０５とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）２１９の間で乗算器２１５によってかけられる。

仮に、選択されたプリコーディングマトリックスが数式（３）の通りであれば、Ｐ１２０８とＰ２２０９は

である。また、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１２０８とＰ２２０９は

である。コードワード２（ＣＷ＃２）２０２は、直並列変換器２０３によって直列データが並列に分離され、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）２０６とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）２０７にマッピングされる。マッピングされたコードワード２は、プリコーダ２１２によって、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）２０６はアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）２２０にマッピングされ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）２０７はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）２２１にマッピングされる。

このとき、プリコーダ２１２内において、Ｐ３２１０は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）２０６とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）２２０の間で乗算器２１６によってかけられ、Ｐ４２１１は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）２０７とアンテナ（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）２２１の間で乗算器２１７によってかけられる。
ここで、Ｐ３２１０とＰ４２１１は１である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ３２１０とＰ４２１１は

である。

次の表５は、表４で提示したコードブックの正規化された形態を示す。すなわち、表５は、本発明の好ましい第１実施形態のためのコードブックのプリコーディングマトリックスの正規化された形態である。

次の表６は、表４のコードブックにおいて、プリコーディングマトリックスが行の交換された形態で現れることを示したコードブックである。

表６に、表４のコードブックで行交換（ｒｏｗｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）によって得られる１２個の他のコードブックの１つを示した。すなわち、表４で示したコードブックの２番目の行と４番目の行を交換すれば、表６のようなコードブックが生成される。このように行交換によって表４のようなコードブックから１２個の他のコードブック生成が可能になる。

第２実施形態
第２実施形態は、各アンテナでＰＡＰＲの増加なく、レイヤの電力比を同一に維持しながら、２つのコードワードが互いに異なる２つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造のさらに他の実施形態である。
図３は、本発明の第２実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。
図３では、２つの互いに異なるコードワード（ＣＷ＃１とＣＷ＃２）が４つのアンテナ（Ａｎｔｅｎｎａ＃１、Ａｎｔｅｎｎａ＃２、Ａｎｔｅｎｎａ＃３、Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信される過程において、２つのコードワードと３つのレイヤのマッピング手続きと、３つのレイヤ（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）と４つのアンテナ間のマッピング手続きについて説明する。

このとき、コードブックは、次の表７の通りであると仮定する。次の表７は、本発明の第２実施形態に係るプリコーディングマトリックスを有するコードブックの例である。

表７に示すように、第２実施形態では、アンテナの数は４つで、ランクの数が３つの場合を仮定する。
図３を参照すると、送信機は、ステップ３０２でコードワード（ＣＷ＃１とＣＷ＃２）を生成する。その後、送信機は、ステップ３０３でコードワード１（ＣＷ＃１）をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングする。
送信機のスケジューラは、ステップ３０４でチャネル情報と表７に示したコードブックを用いて、ランク３のチャネル環境で最も多くのデータを送信することができる１つのプリコーディングマトリックスを選択する。例えば、スケジューラが表７のようなコードブックにおいて、次の数式（４）のようなプリコーディングマトリックスを選択したと仮定する。

そうすると、送信機は、ステップ３０５で数式（４）とプリコーディングマトリックスを用いて、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）はアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）にマッピングし、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）はアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）にマッピングし、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）はアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）にマッピングする。
このとき、送信機の電力割当制御器は、ステップ３０６でプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値をレイヤとアンテナの間にかける。これにより、各レイヤ当たりの電力が同一になる。

すなわち、ステップ３０６で数式（４）のプリコーディングマトリックスを用いて、プリコーダ内でレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）の間でＰ１値がかけられ、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）の間でＰ２値がかけられる。また、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）の間でＰ３値がかけられ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）の間でＰ４値がかけられる。第２実施形態で数式（４）に示された係数のように、Ｐ１とＰ２は１である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１とＰ２は

である。また、第２実施形態において、Ｐ３は

、Ｐ４は

である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ３は

、Ｐ４は

である。

次に、送信機は、ステップ３０７において、上述したようにマッピングされた各コードワードを互いに異なる２つのアンテナに送信する。
すなわち、送信機は、コードワード１（ＣＷ＃１）がレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングされているので、結局、コードワード１（ＣＷ＃１）をアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）を介して送信する。
また、コードワード２（ＣＷ＃２）はレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされているので、コードワード２（ＣＷ＃２）は、アンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信する。

このように、コードワード１（ＣＷ＃１）とコードワード２（ＣＷ＃２）は、互いに異なる２つのアンテナを介してそれぞれ送信されるようになり、このとき、レイヤ１、２および３（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）の電力比率は全部同一になる。

次に、上述したような本発明の第２実施形態に係る送信機の構造について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。
図４を参照すると、本発明の第２実施形態に係る送信機は、マッパー４０４、プリコーダ４１２、電力割当制御器４１３、およびアンテナ４１８，４１９，４２０，４２１を含む。
マッパー４０４は、１つのコードワードを１つのレイヤにマッピングさせたり、１つのコードワードを複数のレイヤにマッピングさせたりする役割を行う。このとき、マッパー４０４は、１つのコードワードを少なくとも２つのレイヤにマッピングさせるための直並列変換器４０３を備える。

マッパー４０４は、コードワード１（ＣＷ＃１）を直列データの並列分離過程４０１によって、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）４０５とレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）４０６にマッピングする。また、マッパー４０４は、コードワード２（ＣＷ＃２）４０２をレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）４０７にマッピングする。このとき、直並列変換器４０３は、直列に入力されるコードワード１（ＣＷ＃１）４０１を並列に分割し、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）およびレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングさせる。

プリコーダ４１２は、レイヤ別に各アンテナにマッピングする役割を行う。すなわち、プリコーダ４１２は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）４０５をアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）４１８にマッピングし、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）４０６をアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）４１９にマッピングする。また、プリコーダ４１２は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）４０７をアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）４２０およびアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）４２１にマッピングする。

電力割当制御器４１３は、表７のプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）４０８，４０９，４１０，４１１を該当するレイヤ４０５，４０６，４０７とアンテナ４１８，４１９，４２０，４２１の間に乗算器４１４，４１５，４１６，４１７によってかける。

すなわち、プリコーダ４１２内において、Ｐ１４０８は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）４０５とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）４１８の間で乗算器４１４によってかけられ、Ｐ２４０９は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）４０６とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）４１９の間で乗算器４１５によってかけられる。

第２実施形態で数式（４）によって、Ｐ１とＰ２は１である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１４０８とＰ２４０９は

である。コードワード２（ＣＷ＃２）４０２は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）４０７にマッピングされ、プリコーダ４１２によって再びレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）４０７は、アンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）４２０とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）４２１にマッピングされる。

プリコーダ４１２内において、Ｐ３４１０は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）４０７とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）４２０の間で乗算器４１６によってかけられ、Ｐ４４１１は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）４０７とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）４２１の間で乗算器４１７によってかけられる。第２実施形態で数式（４）によって、Ｐ３は

、Ｐ４は

である。

第３実施形態
第３実施形態は、各アンテナでＰＡＰＲの増加なく、レイヤの電力比を同一に維持するプリコーディングマトリックス構造の実施形態である。
図５は、本発明の第３実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。
図５では、３つの互いに異なるコードワード（ＣＷ＃１とＣＷ＃２とＣＷ＃３）が４つのアンテナ（Ａｎｔｅｎｎａ＃１、Ａｎｔｅｎｎａ＃２、Ａｎｔｅｎｎａ＃３、Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信される過程において、３つのコードワードと３つのレイヤ（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）間のマッピング手続き、３つのレイヤと４つのアンテナ間のマッピング手続きについて説明する。
このとき、コードブックは、表４の通りであると仮定する。

送信機は、ステップ５０２で互いに異なるコードワード（ＣＷ＃１、ＣＷ＃２、ＣＷ＃３）を生成する。その後、送信機は、ステップ５０３でコードワード１（ＣＷ＃１）をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）をレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングし、コードワード３（ＣＷ＃３）をレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングする。

送信機のスケジューラは、ステップ５０４でチャネル情報を用いて、表４に示したコードブックから何れか１つのプリコーディングマトリックスを選択する。例えば、スケジューラによって数式（３）のようなプリコーディングマトリックスを選択したと仮定する。そうすると、送信機は、ステップ５０５でプリコーディングマトリックス（数式（３））を用いて、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）はアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）にマッピングし、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）はアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）にマッピングし、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）にマッピングする。

送信機の電力割当制御器は、ステップ５０６でプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値をレイヤとアンテナの間にかける。すなわち、数式（３）のようなプリコーディングマトリックスを用いる場合、プリコーダ内でレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）の間でＰ１値がかけられ、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）の間でＰ２値がかけられる。また、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）の間でＰ３値がかけられ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）の間でＰ４値がかける。

第３実施形態において、Ｐ１とＰ２は

である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１とＰ２は

である。また、第３実施形態において、Ｐ３とＰ４は１である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ３とＰ４は

である。

次に、送信機は、ステップ５０７で上述したようにマッピングされた各コードワードを４つのアンテナに送信する。
コードワード１（ＣＷ＃１）はレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされているので、結局、コードワード１（ＣＷ＃１）はアンテナ１および２（Ａｎｔｅｎｎａ＃１、Ａｎｔｅｎｎａ＃２）を介して送信される。コードワード２（ＣＷ＃２）はレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングされているので、コードワード２（ＣＷ＃２）はアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）を介して送信される。コードワード３（ＣＷ＃３）はレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされているので、コードワード３（ＣＷ＃３）はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信される。したがって、コードワード１、２および３（ＣＷ＃１、ＣＷ＃２、ＣＷ＃３）は、レイヤ１〜３（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）に順次にマッピングされて送信され、レイヤ１〜３（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）の電力比率は、全部同一になる。

次に、本発明の第３実施形態に係る送信機の概略的な構造について説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。
図６を参照すると、本発明の第３実施形態に係る送信機は、マッパー６０４、プリコーダ６１２、電力割当制御器６１３、およびアンテナ６１８，６１９，６２０，６２１を含む。

マッパー６０４は、１つのコードワードを１つのレイヤにマッピングさせる役割を行う。
すなわち、マッパー６０４は、生成されたコードワード１（ＣＷ＃１）６０１をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）６０５にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）６０２をレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）６０６にマッピングし、コードワード３（ＣＷ＃３）６０３をレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）６０７にマッピングする。

プリコーダ６１２は、レイヤ別に各アンテナにマッピングする役割を行う。すなわち、プリコーダ６１２は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）６０５をアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）６１８とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）６１９にマッピングする。また、プリコーダ６１２は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）６０６をアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）６２０にマッピングする。さらに、プリコーダ６１２は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）６０７をアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）６２１にマッピングする。
電力割当制御器６１３は、数式（３）のようなプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）６０８，６０９，６１０，６１１を該当するレイヤとアンテナの間に乗算器６１４，６１５，６１６，６１７によってかける。このとき、プリコーダ６１２内において、Ｐ１６０８は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）６０５とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）６１８の間で乗算器６１４によってかけられ、Ｐ２６０９は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）６０５とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）６１９の間で乗算器６１５によってかけられる。

第３実施形態において、Ｐ１６０８とＰ２６０９は

である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１６０８とＰ２６０９は

である。コードワード２（ＣＷ＃２）６０２は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）６０６にマッピングされ、プリコーダ６１２によって、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）６０６はアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）６２０にマッピングされる。コードワード３（ＣＷ＃３）６０３はレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）６０７にマッピングされ、プリコーダ６１２によって、再びレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）６０７はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）６２１にマッピングされる。

プリコーダ６１２内において、Ｐ３６１０は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）６０６とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）６２０の間で乗算器６１６によってかけられ、Ｐ４６１１は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）６０７とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）６２１の間で乗算器６１７によってかけられる。第３実施形態において、Ｐ３とＰ４は１である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ３とＰ４は

である。

表４〜表７に示されたように、本発明の実施形態に係るコードブックのプリコーディングマトリックスは、各行に０ではない係数を有する因子が１つだけ存在する。
これにより、コードワード別に他のアンテナにマッピングされてもよい。すなわち、レイヤの数に関係がなく、複数のコードワードを互いに異なるアンテナを介して送信してもよい。
また、本発明の実施形態に係るコードブックのプリコーディングマトリックスは、プリコーディングマトリックスのコードブックの係数がレイヤ当たりの電力比が同一の構造を有する。

上述したように、本発明では、ＭＩＭＯシステムにおいて、４つの送信アンテナを使用する場合、それぞれのアンテナでＰＡＰＲの増加を起こさず、レイヤ当たりの電力を同一に維持しながら、２つのコードワード各々が複数の互いに異なるアンテナによって送信されるランク３プリコーディングマトリックスを提案する。
すなわち、本発明のランク３プリコーディングマトリックスは、各アンテナでＰＡＰＲの増加もなく、レイヤ当たりの電力も同一である。また、本発明のプリコーディングマトリックスは、それぞれのコードワードが同一の数の複数のアンテナを用いて送信される構造で提案されたので、各コードワードは、複数の送信アンテナによるダイバーシティ効果を体験するという長所を有する。

次に、本発明で提案したランク３コードブックを用いた場合の利点について、説明する。
本発明のランク３コードブックは、各アンテナでＰＡＰＲの増加を起こさないので、ＣＭＰ（ｃｕｂｉｃｍｅｔｒｉｃｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ）コードブックの系列であると見られる。ここで、ＣＭ（ｃｕｂｉｃｍｅｔｒｉｃ）は、電力増幅器でＰＡＰＲの影響を示すために、３ＧＰＰで定義された用語である。ＣＭＦは、ＣＭを維持（ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ）することはできないが、大きく増加させないという意味でＣＭ親和的（ｆｒｉｅｎｄｌｙ）と定義された。それにもかかわらず、ＣＭＦは、ＣＭＰに比べてＰＡＰＲを大きく増加させる。
表３で示されたコードブックをＣＭＦコードブックといえる。例えば、表３のＣＭＦコードブックから次の数式（５）のようなプリコーディングマトリックスが選択されたと仮定する。

そうすると、４つのアンテナ出力をｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４で表現し、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされるシンボルデータをｘ１、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングされるシンボルデータをｘ２、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされるシンボルデータをｘ３とすれば、次の数式（６）のようにレイヤとアンテナ間の関係が表現される。

数式（６）において、アンテナ１（ａｎｔｅｎｎａ＃１）の出力は

で表現される。すなわち、プリコーディングマトリックスの１番目の行の元素１と−ｊによって、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされるシンボルデータｘ１と、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングされるシンボルデータｘ２とがアンテナ１（ａｎｔｅｎｎａ＃１）で混合されて出力され、アンテナ１（ａｎｔｅｎｎａ＃１）の電力増幅器のＰＡＰＲを増加させる。

上述したように、本発明の第１〜第３実施形態によれば、高い大きさのＳＮＲ領域で性能低下の問題を解決するために提案されたランク３プリコーディングマトリックスは、各アンテナでＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−ＡｖｅｒａｇｅＰｏｗｅｒＲａｔｉｏ）の増加がなく、同時にレイヤ当たりの電力比が同一である数式（３）のようなマトリックス構造を有する。
したがって、ＰＡＰＲの増加はないが、レイヤ当たりの送信電力比の不均衡を有している従来のランク３プリコーディングマトリックスの問題を解決する。
さらに、数式（３）のプリコーディングマトリックスで２つのコードワードが使用される場合、それぞれのコードワードが互いに異なる２つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造を有する。したがって、各コードワードは、チャネル上で送信ダイバーシティ効果を体験するという長所を有する。しかし、このような数式（３）のプリコーディングマトリックス構造は、各アンテナ間の電力比が同一でないという問題がある。

この問題を説明するために、数式（７）を参照して説明する。

ここで、４つのアンテナ出力をｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４で表現し、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされるシンボルデータをｘ１、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）にマッピングされるシンボルデータをｘ２、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされるシンボルデータをｘ３という。数式（７）でアンテナ１（ａｎｔｅｎｎａ＃１）、アンテナ２（ａｎｔｅｎｎａ＃２）、アンテナ３（ａｎｔｅｎｎａ＃３）、およびアンテナ４（ａｎｔｅｎｎａ＃４）の出力は、それぞれ

で表現される。シンボルデータｘ１、ｘ２、ｘ３の電力が同一であるため、アンテナｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４の電力比は１：２：２：１になる。

数式（７）のアンテナの出力比が不均衡である場合、数式（４）のプリコーディングマトリックスを利用したアンテナ出力のような総電力を得るために、数式（７）の各アンテナは、互いに異なる最大電力値を出力するＰＡ（ｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を使用するか、または、各アンテナが同一の最大電力値を出力する代わりに、数式（４）でさらに大きい最大電力値を出力するＰＡを使用しなければならない。例えば、数式（４）において、全てのアンテナの出力電力の合計が２３ｄＢｍであれば、各アンテナは最大１７ｄＢｍの電力を出力するＰＡを使用すれば良い。なぜなら、１７ｄＢｍ＋１７ｄＢｍ＋１７ｄＢｍ＋１７ｄＢｍ＝２３ｄＢｍであるからである。

一方、数式（７）において、全てのアンテナの出力電力の合計を２３ｄＢｍにするために、１番目と４番目のアンテナｙ１，ｙ４は、最大１７ｄＢｍを出力するＰＡを使用し、２番目と３番目のアンテナｙ２，ｙ３は、最大２０ｄＢｍを出力するＰＡを使用する。

ｙ１とｙ４が最大１７ｄＢｍを出力するＰＡを使用しても、ｙ１とｙ４の出力は、それぞれ最大１７ｄＢｍにならず、ｙ２とｙ３は、最大２０ｄＢｍを出力するＰＡを使用しても、ｙ２とｙ３の最大出力は、それぞれ最大２０ｄＢｍにならず、全てのアンテナの出力電力の合計は、２３ｄＢｍにすることができる。
数式（７）において、全てのアンテナの出力電力の合計を２３ｄＢｍにするためのさらに他の方法として、アンテナｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４は最大２０ｄＢｍを出力するＰＡを使用することができる。この場合、ｙ２とｙ３は最大１７ｄＢｍを出力するＰＡを使用する代わりに、最大２０ｄＢｍを出力するＰＡを使用した。

このように数式（７）のようなプリコーディングマトリックスは、ＰＡの最大出力電力を使用しないので、効率が劣るという短所があるが、高いＳＮＲ領域で数式（４）のプリコーディングマトリックスよりも優れた性能を示す。
なぜなら、中間から高いＳＮＲまで数式（７）のプリコーディングマトリックスは、レイヤ間の電力比が同一であるので、レイヤ間の電力比の不均衡による性能低下を改善したからである。

一方、低いＳＮＲ領域から中間ＳＮＲ領域までは、アンテナ間の電力比が一定であるプリコーディングマトリックスの性能が、数式（７）のプリコーディングマトリックスの性能より良い。言い換えれば、ＳＮＲ領域に応じて、アンテナ間の電力比が一定であるプリコーディングマトリックスの性能が優秀であり、または、レイヤ間の電力比が一定である数式（７）のプリコーディングマトリックスの性能が優秀である。
これにより、レイヤ当たりの電力比が同一であるプリコーディングマトリックスの長所と、アンテナ当たりの電力比が同一であるプリコーディングマトリックスの長所とを有するコードブックを用いた通信方法および装置を、次の第４および第５実施形態によって説明する。

第４実施形態
第４実施形態は、各アンテナでＰＡＰＲの増加なく、レイヤの電力比を同一に維持したり、または、アンテナ当たりの電力比を同一に維持しながら、２つのコードワードが互いに異なる２つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造の実施形態である。

下記の表１１は、本発明の実施形態に係るレイヤ間の電力比が同一であるプリコーディングマトリックスと、アンテナ間の電力比が同一であるプリコーディングマトリックスとからなるコードブックを示す。表１１に示すように、第４実施形態は、アンテナの数は４つで、ランクの数が３つの場合を仮定する。コードブックは、複数のコードブックが入力される場合、互いに異なるアンテナにマッピングされる。

第４実施形態を説明する前に、まず、表１０で提示した本発明のコードブックの基本になるコードブックを生成する。このような表１０を生成する方法を説明すれば、まず、レイヤ間において同一の電力を有するプリコーディングマトリックスのコードブックは、表４の通りであると仮定する。
上記に説明したように、表５は、表４で提示したコードブックのプリコーディングマトリックスの正規化された形態である。

また、表６は、表４のコードブックにおいて、プリコーディングマトリックスが行の交換された形態で現れることを示したコードブックである。
表６に、表４のコードブックにおいて行交換によって得られる１２個の他のコードブックの１つを示した。すなわち、表４で示したコードブックの２番目の行と４番目の行を交換すれば、表６のようなコードブックが生成される。このように行交換によって表４のようなコードブックから１２個の他のコードブック生成が可能になる。

次の表８は、表４のコードブックの１番目の列の元素の係数値を調整し、アンテナ当たりの電力比を同一に維持する構造を有するように生成されたプリコーディングマトリックスを示す。

また、次の表９は、表８の正規化されたプリコーディングマトリックスを示す。

次の表１０は、レイヤ当たりの電力比が同一である表４のプリコーディングマトリックスと、表８のアンテナ当たりの電力比が同一であるプリコーディングマトリックスとの組合からなる本発明の第４実施形態に係るコードブックの例である。

次の表１１は、本発明の第４実施形態に係る表１０の正規化されたプリコーディングマトリックスを示す。

次の表１２は、本発明の第４実施形態に係るプリコーディングマトリックスの１つ例を示す。

次の表１３は、本発明の第４実施形態に係るプリコーディングマトリックスの１つ例を示す。

表１２および表１３の１６個のプリコーディングマトリックスを用いる場合、送信電力が十分な（ｐｏｗｅｒｕｎｌｉｍｉｔｅｄｓｉｔｕａｔｉｏｎ）場合には、次の２つの方法のうちいずれか１つを選択してプリコーディングマトリックスを用いることができる。
第１に、レイヤ当たりの電力比を同一にさせる８個のプリコーディングマトリックスと、アンテナ当たりの電力比を同一にさせる８個のプリコーディングマトリックスとの組合である、１６個のプリコーディングマトリックスを全部用いる方法、第２に、各レイヤ当たりの電力比を一定にさせる８個のプリコーディングマトリックスを用いる方法のうちいずれか１つを選択してもよい。

表１２および表１３でレイヤ当たりの電力比を同一にさせる８個のプリコーディングマトリックスは、次の表１４および表１５に示した。

表１４は、表１２からレイヤ当たりの電力比を同一にさせる８個のプリコーディングマトリックスを抜粋したものであり、表１５は、表１３からレイヤ当たりの電力比を同一にさせる８個のプリコーディングマトリックスを抜粋したのである。
しかし、アンテナの送信電力が十分でない場合（ｐｏｗｅｒｌｉｍｉｔｅｄｓｉｔｕａｔｉｏｎ）には、表１２および表１３で各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる８個のプリコーディングマトリックスを使用し、この８個のプリコーディングマトリックスは、表１６および表１７に示した。

表１６は、表１２から各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる８個のプリコーディングマトリックスを抜粋したものであり、表１７は、表１３から各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる８個のプリコーディングマトリックスを抜粋したものである。
一方、次の表１８は、本発明の第４実施形態に係るプリコーディングマトリックスの他の例を示す。

表１８に示したように、本発明の第４実施形態に係るプリコーディングマトリックスの他の例は、２０個のプリコーディングマトリックスを用いる。
このとき、送信電力が十分な場合、次の２つの方法を用いる。
第１に、表１８のように、レイヤ当たりの電力比を同一にさせる１２個のプリコーディングマトリックスと、アンテナ当たりの電力比を同一にさせる８個のプリコーディングマトリックスとの組合である、２０個のプリコーディングマトリックスを全部用いる方法、第２に、表１８において各レイヤ当たりの電力比を一定にさせる１２個のプリコーディングマトリックスを抽出して用いる方法のうちいずれか１つを選択してもよい。
表１８でレイヤ当たりの電力比を同一にさせる１２個のプリコーディングマトリックスは、次の表１９に示した。

しかし、本発明の第４実施形態に係るプリコーディングマトリックスの他の例で、アンテナの送信電力が十分でない場合には、表１８で各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる８個のプリコーディングマトリックスを用いる。このような８個のプリコーディングマトリックスは、次の表２０に示した。

また、レイヤ当たりの電力比を同一にさせる２０個のプリコーディングマトリックスは、次の表２１に示した。

また、各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる２０個のプリコーディングマトリックスは、次の表２２に示した。

また、各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる１２個のプリコーディングマトリックスは、表２３に示した。

一方、次の表２４は、本発明の第４実施形態に係るプリコーディングマトリックスのさらに他の例を示す。

表２４に示したように、本発明の第４実施形態に係るプリコーディングマトリックスのさらに他の例は、２０個のプリコーディングマトリックスを用いる。
このとき、送信電力が十分な場合には、次の２つの方法のうちいずれか１つを選択し、プリコーディングマトリックスを用いることができる。
第１に、表２４のように、レイヤ当たりの電力比を同一にさせる１２個のプリコーディングマトリックスと、アンテナ当たりの電力比を同一にさせる８個のプリコーディングマトリックスとの組合である、２０個のプリコーディングマトリックスを全部用いる方法、第２に、各レイヤ当たりの電力比を一定にさせる１２個のプリコーディングマトリックスを用いる方法のうちいずれか１つを選択してもよい。
表２４でレイヤ当たりの電力比を同一にさせる１２個のプリコーディングマトリックスは、次の表２５に示した。

しかし、本発明の第４実施形態に係るプリコーディングマトリックスのさらに他の例で、アンテナの送信電力が十分でない場合には、表２４で各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる８個のプリコーディングマトリックスを用いる。この８個のプリコーディングマトリックスは、表２６に示した。

プリコーディングマトリックスのさらに他の例で、各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる１２個のプリコーディングマトリックスを用いる。この１２個のプリコーディングマトリックスは、表２７に示した。表２７のプリコーディングマトリックスは、下記の図１２で説明される送信機のアンテナ構造に適用される。

プリコーディングマトリックスのさらに他の例で、各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる１２個のプリコーディングマトリックスを用いる。この１２個のプリコーディングマトリックスは、表２８に示した。表２８のプリコーディングマトリックスは、下記の図１２で説明される送信機のアンテナ構造に適用される。

プリコーディングマトリックスのさらに他の例で、各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる１２個のプリコーディングマトリックスを用いる。この１２個のプリコーディングマトリックスは、表２９に示した。表２９のプリコーディングマトリックスは、下記の図１２で説明される送信機のアンテナ構造に適用される。下の表２９によれば、各レイヤ間の電力比は２：１：１である。

プリコーディングマトリックスのさらに他の例で、各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる８個のプリコーディングマトリックスを用いる。この８個のプリコーディングマトリックスは、表３０に示した。表３０のプリコーディングマトリックスは、下記の図１２で説明される送信機のアンテナ構造に適用される。

プリコーディングマトリックスのさらに他の例で、各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる８個のプリコーディングマトリックスを用いる。この８個のプリコーディングマトリックスは、表３１に示した。表３１のプリコーディングマトリックスは、下記の図１２で説明される送信機のアンテナ構造に適用される。

プリコーディングマトリックスのさらに他の例で、ランク２送信のために各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる２４個のプリコーディングマトリックスを用いる。この２４個のプリコーディングマトリックスは、表３３に示した。表３３のプリコーディングマトリックスは、下記の図１２で説明される送信機のアンテナ構造に適用される。

図７は、本発明の第４実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。
図７では、２つの互いに異なるコードワード（ＣＷ＃１とＣＷ＃２）が４つのアンテナ（Ａｎｔｅｎｎａ＃１、Ａｎｔｅｎｎａ＃２、Ａｎｔｅｎｎａ＃３、Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信される過程において、２つのコードワードと３つのレイヤのマッピング手続きと、３つのレイヤ（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）と４つのアンテナのマッピング手続きについて説明する。

図７を参照すると、送信機は、ステップ９０２で互いに異なるコードワード、コードワード１（ＣＷ＃１）およびコードワード２（ＣＷ＃２）を生成する。
その後、送信機は、ステップ９０３でコードワード１（ＣＷ＃１）をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）はレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングする。
送信機は、ステップ９０４でチャネル情報と、表１０または表１１に示したコードブックとを用いて、ランク３のチャネル環境で最も多くのデータを送信することができる１つのプリコーディングマトリックスを選択する。すなわち、送信機は、コードワード１（ＣＷ＃１）およびコードワード２（ＣＷ＃２）が互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたコードブックからいずれか１つのプリコーディングマトリックスを選択する。
例えば、送信機は、スケジューラによってコードブックの表１１で次の数式（８）のようなプリコーディングマトリックスを選択したと仮定する。

そうすると、送信機は、ステップ９０５の前（ステップ１０４）に選択したプリコーディングマトリックス（数式（８））を用いて、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）をアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）にマッピングし、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）をアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）にマッピングし、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）をアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）にマッピングする。
送信機の電力割当制御器２１３は、ステップ９０６でプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値（プリコーディングマトリックスの係数）をレイヤとアンテナの間にかけ、各レイヤ当たりの電力を同一にさせる。

すなわち、数式（８）とプリコーディングマトリックスを用いる場合、送信機のプリコーダ装置は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）の間でＰ１値をかけて、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）の間でＰ２値をかける。また、送信機のプリコーダ装置は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）の間でＰ３値をかけて、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）の間でＰ４値をかける。
この実施形態において、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１は

、Ｐ２は

である。

次に、送信機は、ステップ９０７で上述したようにマッピングされた各コードワードを互いに異なる２つのアンテナに送信する。
コードワード１（ＣＷ＃１）はレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされているので、結局、コードワード１（ＣＷ＃１）は、アンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）を介して送信される。また、コードワード２（ＣＷ＃２）はレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされているので、コードワード２（ＣＷ＃２）は、アンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信される。
したがって、コードワード１（ＣＷ＃１）とコードワード２（ＣＷ＃２）は、互いに異なる２つのアンテナを介してそれぞれ送信されるようになり、このとき、レイヤ１〜３（Ｌａｙｅｒ＃１、Ｌａｙｅｒ＃２、Ｌａｙｅｒ＃３）の電力比率は全部同一になる。

次に、上述したような本発明の第４実施形態に係る送信機の構造について説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。
図８を参照すると、本発明の第４実施形態に係る送信機は、マッパー１００４、プリコーダ１０１２、電力割当制御器１０１３、およびアンテナ（１０１８、１０１９、１０２０、１０２１）を含む。
マッパー１００４は、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングさせる役割を行う。このとき、マッパー１００４は、１つのコードワードを少なくとも２つのレイヤにマッピングさせるための直並列変換器１００３を備える。図２で、直並列変換器２０３は、入力される１つのコードワードを並列に分割して２つのレイヤにマッピングさせる。

マッパー１００４は、生成されたコードワード１（ＣＷ＃１）１００１をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）１００５にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）１００２をレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）およびレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にそれぞれマッピングする。
プリコーダ１０１２は、レイヤ別に各アンテナにマッピングする役割を行う。すなわち、プリコーダ１０１２によってレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）１００５は、アンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）１０１８とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）１０１９にマッピングされる。また、プリコーダ１０１２によってレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）１００５は、アンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）１０２０にマッピングされ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）１００７は、アンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）１０２１にマッピングされる。

電力割当制御器１０１３は、表１１のコードブックから選択されたプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）（１００８、１００９、１０１０、１０１１）をレイヤ（１００５、１００６、１００７）とアンテナ（１０１８、１０１９、１０２０、１０２１）の間に乗算器１０１４、１０１５、１０１６、１０１７によってかけ、各レイヤ（１００５、１００６、１００７）に割り当てられる電力を同一にさせる。

すなわち、プリコーダ１０１２において、Ｐ１１００８は、レイヤ（Ｌａｙｅｒ＃１）１００５とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）１０１８の間で乗算器１０１４によってかけられ、Ｐ２１００９は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）１００５とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）１０１９の間で乗算器１０１５によってかけられる。

仮に、選択されたプリコーディングマトリックスが数式（８）と同様であり、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１１００８は

、Ｐ２１００９は

である。コードワード２（ＣＷ＃２）１００２は、直並列変換器１００３によって直列データが並列に分離し、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）１００６とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）１００７にマッピングされる。マッピングされたコードワード２は、プリコーダ１０１２によって、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）１００６はアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）１０２０にマッピングされ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）１００７はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）１０２１にマッピングされる。
このとき、プリコーダ１０１２内において、Ｐ３１０１０は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）１００６とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）１０２０の間で乗算器１０１６によってかけられ、Ｐ４１０１１は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）１００７とアンテナ（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）１０２１の間で乗算器１０１７によってかけられる。
ここで、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ３１０１０とＰ４１０１１は

である。

第５実施形態
第５実施形態は、第４実施形態におけるコードブック（表８、表１０または表１１）から、アンテナ間の電力比が同一のプリコーディングマトリックスを選択した場合を想定する。
図９は、本発明の第５実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。
図９を参照すると、送信機は、ステップ１１０２で互いに異なるコードワード、コードワード１（ＣＷ＃１）およびコードワード２（ＣＷ＃２）を生成する。
その後、送信機は、ステップ１１０３でコードワード１（ＣＷ＃１）をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）はレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングする。

送信機は、ステップ１１０４でチャネル情報と表１１に示したコードブックのうちコードワード１（ＣＷ＃１）およびコードワード２（ＣＷ＃２）が互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたコードブックから、いずれか１つのプリコーディングマトリックスを選択する。
このとき、送信機は、スケジューラによってコードブックの表１１から、次の数式（９）のようにアンテナ間の電力比が同一のプリコーディングマトリックスを選択したと仮定する。

そうすると、送信機はステップ１１０５の前（ステップ１１０４）に選択したプリコーディングマトリックス（数式（９））を用いて、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）をアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）にマッピングし、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）をアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）にマッピングし、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）をアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）にマッピングする。
送信機の電力割当制御器１２１３は、ステップ１１０６でプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値（プリコーディングマトリックスの係数）をレイヤとアンテナの間にかけ、各アンテナ当たりの電力を同一にさせる。

すなわち、数式（９）のようなプリコーディングマトリックスを用いる場合、送信機のプリコーダ装置は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）の間でＰ１値をかけて、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）の間でＰ２値をかける。また、送信機のプリコーダ装置は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）の間でＰ３値をかけて、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）の間でＰ４値をかける。

この実施形態において、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１とＰ２は１／２である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ３とＰ４は１／２である。
次に、送信機は、ステップ１１０７で上述したようにマッピングされた各コードワードを互いに異なる２つのアンテナに送信する。
コードワード１（ＣＷ＃１）は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）にマッピングされているので、結局、コードワード１（ＣＷ＃１）は、アンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）を介して送信される。また、コードワード２（ＣＷ＃２）は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にマッピングされているので、コードワード２（ＣＷ＃２）は、アンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）を介して送信される。
したがって、コードワード１（ＣＷ＃１）とコードワード２（ＣＷ＃２）は、互いに異なる２つのアンテナを介して各々送信されるようになり、このとき、アンテナ１〜４（Ａｎｔｅｎｎａ＃１、Ａｎｔｅｎｎａ＃２、Ａｎｔｅｎｎａ＃３、Ａｎｔｅｎｎａ＃４）の電力比率は全部同一になる。

次に、上述したような本発明の第５実施形態に係る送信機の構造について説明する。図１０は、本発明の第５実施形態に係る送信機の概略的な構造を説明するための図である。実際的に図１０の送信機は、図８の送信機のような動作を行う。しかし、実施形態を説明するために、ここでは分離して表示する。

図１０を参照すると、本発明の第５実施形態に係る送信機は、マッパー１２０４、プリコーダ１２１２、電力割当制御器１２１３、およびアンテナ（１２１８，１２１９，１２２０，１２２１）を含む。
マッパー１２０４は、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングさせる役割を行う。このとき、マッパー１２０４は、１つのコードワードを少なくとも２つのレイヤにマッピングさせるための直並列変換器１２０３を備える。図１０で、直並列変換器１２０３は、入力される１つのコードワードを並列に分割して２つのレイヤにマッピングさせる。
マッパー１２０４は、生成されたコードワード１（ＣＷ＃１）１２０１をレイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）１２０５にマッピングし、コードワード２（ＣＷ＃２）１２０２をレイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）およびレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）にそれぞれマッピングする。

プリコーダ１２１２は、レイヤ別に各アンテナにマッピングする役割を行う。すなわち、プリコーダ１２１２によって、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）１２０５は、アンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）１２１８とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）１２２０にマッピングされる。また、プリコーダ１２１２によって、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）１２０５はアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）１２１９にマッピングされ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）１２０７はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）１２２１にマッピングされる。

電力割当制御器１２１３は、表８、表１０または表１１のコードブックから選択されたプリコーディングマトリックスにおいて、０ではない因子値（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）１２０８、１２０９、１２１０、１２１１をレイヤ１２０５、１２０６、１２０７とアンテナ１２１８、１２１９、１２２０、１２２１の間に乗算器１２１４、１２１５、１２１６、１２１７によってかけ、各アンテナに割り当てられる電力を同一にさせる。

すなわち、プリコーダ１２１２において、Ｐ１１２０８は、レイヤ（Ｌａｙｅｒ＃１）１２０５とアンテナ１（Ａｎｔｅｎｎａ＃１）１２１８の間で乗算器１２１４によってかけられ、Ｐ２１２０９は、レイヤ１（Ｌａｙｅｒ＃１）１２０５とアンテナ３（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）１２２０の間で乗算器１２１５によってかけられる。
仮に、選択されたプリコーディングマトリックスが数式（９）と同様であり、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ１１２０８とＰ２１２０９は１／２である。コードワード２（ＣＷ＃２）１２０２は、直並列変換器１２０３によって直列データが並列で分離され、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）１２０６とレイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）１２０７にマッピングされる。マッピングされたコードワード２は、プリコーダ１２１２によって、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）１２０６はアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃２）１２１９にマッピングされ、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）１２０７はアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）１２２１にマッピングされる。
このとき、プリコーダ１２１２内において、Ｐ３１２１０は、レイヤ２（Ｌａｙｅｒ＃２）１２０６とアンテナ２（Ａｎｔｅｎｎａ＃３）１２２０の間で乗算器１２１６によってかけられ、Ｐ４１２１１は、レイヤ３（Ｌａｙｅｒ＃３）１２０７とアンテナ４（Ａｎｔｅｎｎａ＃４）１２２１の間で乗算器１２１７によってかけられる。

ここで、コードブックが正規化された形態で表現されれば、Ｐ３１２１０とＰ４１２１１は１／２である。

図１１は、本発明の実施形態に係る送信機のアンテナ構造を説明するための図である。
図１１は、本発明の実施形態に係るプリコーディングマトリックスにより使用できるアンテナ構造である。示されたように、アンテナ１およびアンテナ３が同一方向に形成され、アンテナ２およびアンテナ４が同一方向に形成される。このような方向により、アンテナ１とアンテナ３が空間相関関係（ｓｐａｔｉａｌｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を有し、アンテナ２とアンテナ４が空間相関関係を有する。

図１２は、本発明の実施形態に係る送信機のアンテナ構造を説明するための図である。
図１２は、本発明の実施形態に係るプリコーディングマトリックスにより使用できるアンテナ構造を示すもので、上記で説明した表２７〜表３１に示されたプリコーディングマトリックスに適用される。示されたように、アンテナ１およびアンテナ２が同一方向に形成され、アンテナ３およびアンテナ４が同一方向に形成される。このような方向により、アンテナ１とアンテナ２が空間相関関係を有し、アンテナ３とアンテナ４が空間相関関係を有する。

図１３は、本発明の実施形態で示した端末の送信機構造を示す。コードワード生成器１５０１は、Ｎ個のコードワードを発生させる。スクランブラー１５０２は、コードワード別に信号を区分するために、コードワード毎にエンコードされたビット情報をスクランブルする。変調マッパー１５０３は、スクランブルされたビット情報から変調したシンボルを作成する。コードワード−レイヤマッパー１５０４は、コードワード毎に変調したシンボルを該当するレイヤにマッピングさせる。離散フーリエ変換器１５０５は、この信号を離散フーリエ変換（ＤＦＴ：ＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）させる。プリコーダ１５０６は、プリコーディングマトリックスをかける。

プリコーディングマトリックスによって各レイヤ別に存在する変調したシンボルは、該当するアンテナポートにマッピングされる。すなわち、リソース元素マッパー１５０７は、変調したシンボルを該当するリソースにマッピングする。ＳＣ−ＦＤＭＡ信号生成器１５０８は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：ＩｎｖｅｒｓｅＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）過程によってＳＣ−ＦＤＭＡ信号を生成する。アンテナ１５０９は、生成された信号を送信する。

図１４は、本発明の実施形態で示した端末の送信機動作に対する一般化された過程を示す。ステップ１６０１で端末は、Ｎ個のコードワードを発生させる。ステップ１６０２で端末は、Ｎ個のコードワードをＭ個のレイヤにマッピングする。ここで、コードワードの個数Ｎは、レイヤの個数Ｍよりも小さいか同じであり（Ｎ≦Ｍ）、送信ランクＭは、基地局により決定されて端末に知らせる。また、プリコーディングマトリックスも基地局により決定されて端末に知らせ、選択されたマトリックスを用いてＭ個のレイヤをＬ個のアンテナにマッピングする（ステップ１６０３）。ここで、レイヤの個数Ｍは、アンテナの個数Ｌよりも小さいか同じである（Ｍ≦Ｌ）。このように、Ｎ個のコードワードは、Ｍ個のレイヤにマッピングされた後、Ｌ個のアンテナに送信される（ステップ１６０４）。

図１５は、本発明の送信機に対応する受信機の一般化された構造を示す。ＳＣ−ＦＤＭＡ信号は、アンテナ１７０１を介して受信される。ＳＣ−ＦＤＭＡ信号受信機１７０２は、受信された信号をＦＦＴ処理する。リソース元素デマッパー１７０３は、アンテナ別に受信された信号を処理するために、リソースをデマッピングさせる。ポストコーダ１７０４は、Ｌ個のアンテナポートの出力である変調シンボルを該当レイヤでマッピングする。逆離散フーリエ変換器１７０５は、変調シンボルをレイヤ毎にＩＤＦＴさせる。レイヤ−コードワードマッパー１７０６は、各レイヤから出力される変調シンボルを再びコードワード別にマッピングして分類する。復調マッパー１７０７は、コードワード毎に変調シンボルを復調する。デスクランブラー１７０８は、復調した変調シンボルをデスクランブルする。コードワード復元器１７０９は、デスクランブル過程後にＮ個のコードワード情報を復元することができる。

図１６は、受信機の動作に対する一般化された過程を示す。まず、Ｌ個のアンテナから信号を受信する（ステップ１８０１）。プリコーディングマトリックスを用いてＬ個のアンテナをＭ個のレイヤにマッピングさせ（ステップ１８０２）、Ｍ個のレイヤをＮ個のコードワードにマッピングさせる（ステップ１８０３）。このようにＬ個のアンテナからＮ個のコードワードまでの信号の受信経路がマッピングされれば、アンテナを介して受信されたＮ個のコードワードの情報を復元することができる（ステップ１８０４）。

本発明の実施形態が上記のように詳細に記述されたが、下の特許請求の範囲に定義されたように、本発明の思想および範囲から外れない基本発明思想の多くの変形および／または修正が可能であることは、本技術分野の技術者に明確である。

２０３・・・直並列変換器
２０４・・・マッパー
２１２・・・プリコーダ
２１３・・・電力割当制御器

Claims

多重入出力システムでコードブックを用いたデータ送信方法において、
複数のコードワードに含まれた複数の変調シンボルを複数のレイヤにマッピングするレイヤマッピングステップと、
前記複数のレイヤにマッピングされた変調シンボルを離散フーリエ変換（ＤＦＴ）するＤＦＴステップと、
前記変換された複数の変調シンボルが互いに異なる複数のアンテナポートにマッピングされるように形成されたコードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、前記変換された複数の変調シンボルを前記複数のアンテナポートにマッピングするアンテナマッピングステップと、
前記変換された複数の変調シンボルを逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）してＳＣ−ＦＤＭＡ信号を生成するＩＦＦＴステップと、
前記ＳＣ−ＦＤＭＡ信号を送信するステップと、を含み、
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、１つのアンテナポートに互いに異なるレイヤにマッピングされた変調シンボルがマッピングされないように設定されたマトリックスであることを特徴とするデータ送信方法。
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定であり、各レイヤ間の送信電力比が２：１：１になるように設定されたマトリックスであることを特徴とする請求項１に記載のデータ送信方法。
前記コードブックは、下記表１のようなものであることを特徴とする請求項１に記載のデータ送信方法。
多重入出力システムでコードブックを用いたデータ送信装置において、
複数のコードワードに含まれた複数の変調シンボルを複数のレイヤにマッピングするコードワード−レイヤマッパーと、
前記複数のレイヤにマッピングされた変調シンボルを離散フーリエ変換（ＤＦＴ）するＤＦＴ部と、
前記変換された複数の変調シンボルが互いに異なる複数のアンテナポートにマッピングされるように形成されたコードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、前記変換された複数の変調シンボルを前記複数のアンテナポートにマッピングするプリコーダ及びリソース元素マッパーと、
前記変換された複数の変調シンボルを逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）してＳＣ−ＦＤＭＡ信号を生成するＩＦＦＴ部と、
前記ＳＣ−ＦＤＭＡ信号を送信するアンテナと、を含み、
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、１つのアンテナポートに互いに異なるレイヤにマッピングされた変調シンボルがマッピングされないように設定されたマトリックスであることを特徴とするデータ送信装置。
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定であり、各レイヤ間の送信電力比が２：１：１になるように設定されたマトリックスであることを特徴とする請求項４に記載のデータ送信装置。
前記コードブックは、下記表２のようなものであることを特徴とする請求項４に記載のデータ送信装置。
多重入出力システムでコードブックを用いたデータ受信方法において、
複数のアンテナを介してＳＣ−ＦＤＭＡ信号を受信するステップと、
前記ＳＣ−ＦＤＭＡ信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して複数の変調シンボルを生成するステップと、
前記複数の変調シンボルをアンテナ別にデマッピングし、コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いてデプリコーディングし、複数のレイヤに前記複数の変調シンボルをマッピングするステップと、
前記各レイヤにマッピングされた複数の変調シンボルをレイヤ別に逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）するステップと、
前記逆変換した複数の変調シンボルを複数のコードワードにマッピングするステップと、を含み、
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、１つのアンテナポートに互いに異なるレイヤにマッピングされた変調シンボルがマッピングされないように設定されたマトリックスであることを特徴とするデータ受信方法。
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定であり、各レイヤ間の送信電力比が２：１：１になるように設定されたマトリックスであることを特徴とする請求項７に記載のデータ受信方法。
前記コードブックは、下記表３のようなものであることを特徴とする請求項７に記載のデータ受信方法。
多重入出力システムでコードブックを用いたデータ受信装置において、
ＳＣ−ＦＤＭＡ信号を受信する複数のアンテナと、
前記ＳＣ−ＦＤＭＡ信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して複数の変調シンボルを生成するＦＦＴ部と、
前記複数の変調シンボルをアンテナ別にデマッピングし、コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いてデプリコーディングし、複数のレイヤに前記複数の変調シンボルをマッピングするリソース元素デマッパー及びデプリコーダと、
前記各レイヤにマッピングされた複数の変調シンボルをレイヤ別に逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）するＩＤＦＴ部と、
前記逆変換した複数の変調シンボルを複数のコードワードにマッピングするレイヤ−コードワードマッパーと、を含み、
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、１つのアンテナポートに互いに異なるレイヤにマッピングされた変調シンボルがマッピングされないように設定されたマトリックスであることを特徴とするデータ受信装置。
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、各アンテナ間の送信電力比が一定であり、各レイヤ間の送信電力比が２：１：１になるように設定されたマトリックスであることを特徴とする請求項１０に記載のデータ受信装置。
前記コードブックは、下記表４のようなものであることを特徴とする請求項１０に記載のデータ受信装置。