JP2016532325A - 下りリンク多地点協調送受信通信システムにおける、複数の送信ポイントから複数のユーザ装置へのジョイント送信用のプリコーダの生成 - Google Patents

下りリンク多地点協調送受信通信システムにおける、複数の送信ポイントから複数のユーザ装置へのジョイント送信用のプリコーダの生成 Download PDF

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Abstract

下りリンク多地点協調送受信（DL CoMP：Downlink Coordinated Multi-Point）無線通信システムにおいて、ジョイント送信（JT：joint transmission）用のプリコーダを生成する方法が提供される。前記システムは、複数のユーザ装置（UE：user equipment）と通信するように動作可能な複数の送信ポイント（TP：transmission point）を備える。各UEは、前記TPの１つをサービングTPとしている。前記方法は、プリコーダマトリクスインジケータ（PMI：precoder matrix indicator）を含むチャネル状態情報（CSI：channel state information）を、各UEからサービングTPへ送信すること、及び、前記PMIを使用して、複数のTPから複数のUEへのデータ送信用のプリコーダを生成すること、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、下りリンク多地点協調送受信（DL CoMP：Downlink Coordinated Multi-Point）通信システムにおいて、複数の送信ポイントから複数のユーザ装置（UE：user equipment）へのジョイント送信（JT：joint transmission）用のプリコーダ（precoder）を生成する技術に関する。
本明細書では、以下の略語を使用する：
Figure 2016532325
また、本明細書では、以下の数学的表記を適用する：
Figure 2016532325
ジョイント送信下りリンク多地点協調送受信 (JT-DL CoMP)。
図１は、DL CoMPシステムにおけるJTを概略的に示している。このシステムは、複数のTP（これらはeNodeBで良い）及び複数のUEを備え、各TPは複数のアンテナを備え、また各UEも複数のアンテナを備えている。複数のTPは、同じ時間周波数で複数のUEにデータを送信する。一般的には、TPとUEとの間の干渉を最小化するために、送信は、チャネル状態情報（CSI：channel state information）に基づき生成される（つまり、チャネル状態情報の認識から生成される）CoMPプリコーダを使用して実行される。
図２に示されるように、各UEは、上りリンク経由でサービングTPへCSI（RI、PMI、及びCQIを含む）をフィードバックする。
CSI測定においては、各UEについて、JT-DL CoMPに含まれるTPと同数のCSI構成（CSI configulation）がある。図３Ａ及び図３Ｂは、2個のTPを備えるJT-DL CoMPに含まれるUEのCSI測定を示している。CSI config#0は、TP#0（サービングTP）のものであり、CSI config#1は、TP#1（隣接TP）のものである。
システムの説明
NTP個のTP及びNUE個のUEを備えたJT-DL CoMPシステムは、数学的には以下のように記載される。
τnは、n番目のTPにおけるアンテナの個数を意味する。DL CoMP送信に使用される送信アンテナの総数NTXは、以下となる：
Figure 2016532325
NRXは、各UEにおける受信アンテナの個数を意味し、Hin （サイズはNRX × τn)は、n番目のTPとi番目のUEとの間のチャネルを意味する。
そして、i番目のUE（サイズはNRX × NTX）のDL CoMPチャネルは以下となる：
Figure 2016532325
Vi (サイズはNTX × RIi)は、i番目のUE用のプリコーダを意味する。
i番目のUE (yi)における受信信号は以下で与えられる：
Figure 2016532325
ここで、niは、加法性ガウス雑音（additive Gaussian noise）である。i番目のUEは、DMRSから、実効チャネルHiViを見つけて、デコーダを生成できることに留意すべきである。
プリコーディング
プリコーディングは、CSIの一部であるPMIに依存する（UEが上りリンク経由でサービングTPへCSIをフィードバックすることのリコール）。pinは、Hinに対応するPMIを意味する。2ステージPMIコードブックシステムにおいて、pinは、ペアのPMI#1及びPMI#2であることに留意すべきである。
3GPP技術標準（TS 36.211）によれば、報告されたPMI pinに関連する（サイズがτn × RIiの）プリコーダWinは、n番目のTPからi番目のUEへ送信されるデータのプリコーディングに使用される。そのため、DL CoMPプリコーダの総数は以下で与えられる：
Figure 2016532325
2ステージPMIコードブックシステムにおいて、PMI#1及びPMI#2に関連して、Win ＝ Win(1) × Win(2)であることに留意すべきである。
この方法のプリコーディングは、最適ではなく、プリコーダの生成のために改良された又は少なくとも代替の方法を提供することが好ましい。
本明細書において、先行する若しくは既存のシステム、方法、モデル、プロセス、手順、実施、刊行物若しくは他の情報、又は、任意の課題若しくは問題を単に参照することは、それらのいずれかが個別に若しくは任意の組み合わせで本分野の当業者の共通の一般的知識の一部を形成しているまたは自認された先行技術であることを、承認するものでも自認するものでもないことを、明確に理解すべきである。
一広義の形態において、本発明は、下りリンク多地点協調（DL CoMP：Downlink Coordinated Multi-Point）無線通信システムにおいて、ジョイント送信（JT：joint transmission）用のプリコーダを生成する方法を提供するものであり、前記システムは、複数のユーザ装置（UE：user equipment）と通信するように動作可能な複数の送信ポイント（TP：transmission point）を備え、各UEは、前記TPの１つをサービングTPとしており、前記方法は、
プリコーダマトリクスインジケータ（PMI：precoder matrix indicator）を含むチャネル状態情報（CSI：channel state information）を、各UEからサービングTPへ送信すること、及び
前記PMIを使用して、複数のTPから複数のUEへのデータ送信用のプリコーダを生成すること、を含む。
前記PMIを使用してプリコーダを生成することは、前記PMIを使用して、n番目のTPとi番目のUEとの間のチャネル（Hin）を代表する代表マトリクス
Figure 2016532325
を見つけることを含んでも良い。幾つかの実施の形態において、代表マトリクスの固定コードブック（ΩRI）は、PMIコードブックから生成されても良く、各UEからサービングTPへ送信される前記CSIは、ランクインジケータ（RI：rank indicator）を含んでも良く、ΩRIは、異なるRIとは異なっても良い。幾つかの実施の形態において、i番目のUE用のRI（RIi）が、前記UEの受信アンテナの個数（NRX）と等しい場合（すなわち、RIi ＝ NRXである場合）、τnがn番目のTPにおけるアンテナの個数であるとすると、ΩRIは、サイズがNRX × τnのマトリクス
Figure 2016532325
を含んでも良い。又は、RIiがNRX未満である場合（すなわち、RIi ＜ NRXである場合）、ΩRIは、サイズがτn × 1のベクトル
Figure 2016532325
を含んでも良い。本発明の特定の実施の形態において、RIi ＝ NRXである場合及びRIi ＜ NRXである場合の双方における、
Figure 2016532325
の計算方法の提案は後述する。
幾つかの実施の形態において、非コヒーレントプリコーディングが使用される可能性がある（又は、幾つかの実施の形態が、非コヒーレントプリコーディングが使用されるシステムで動作若しくは使用される可能性がある）と想定する。ここで、プリコーダの生成方法は、プリコーダ（Vin）を計算するために、代表マトリクス（representative matrix）
Figure 2016532325
、ラグランジュ乗数（Lagrange multiplier）υn、及び雑音分散推定（noise variance estimate）σi 2を使用することを、さらに含んでも良い。プリコーダVinは、反復法（iterative procedure）を使用して計算されても良い。本発明の特定の実施の形態において、非コヒーレントプリコーディングである場合における、プリコーダVin及びラグランジュ乗数υnの計算方法の提案は後述する。
幾つかの実施の形態において、非コヒーレントプリコーディングが使用される可能性がある一方で、他の実施の形態において、コヒーレントプリコーディングが使用される可能性がある（又は、幾つかの実施の形態が、コヒーレントプリコーディングが使用されるシステムで動作若しくは使用される可能性がある）。コヒーレントプリコーディングが使用される場合、プリコーダの生成方法は、非コヒーレントプリコーディングの場合に述べた（上述の、及び、以下で詳述する）方法で、代表マトリクス
Figure 2016532325
を見つけること、さらに、総チャネルを代表する代表マトリクス
Figure 2016532325
を、以下のように、見つけることを含んでも良い：
Figure 2016532325
コヒーレントプリコーディングの場合、プリコーダの生成方法は、プリコーダ（Vi）を計算するために、さらに、前記代表マトリクス
Figure 2016532325
、ラグランジュ乗数υ、及び雑音分散推定σi 2を使用することを、さらに含んでも良い。非コヒーレントプリコーディングの場合のように、コヒーレントプリコーディングの場合も、プリコーダViは、反復法を使用して計算されても良い。本発明の特定の実施の形態において、コヒーレントプリコーディングである場合における、プリコーダVi及びラグランジュ乗数υの計算方法の提案は後述する。
コヒーレントプリコーディング又は非コヒーレントプリコーディングのどちらが使用されるにもかかわらず、各UEからサービングTPに送信されるCSIは、（PMIに追加して）チャネル品質インジケータ（CQI：channel quality indicator）を含んでも良く、また、上述した雑音分散推定σi 2は、CQIを使用して、i) CQIテーブルにおける閾値に基づき信号対干渉雑音比（signal to interference plus noise ratio）（SINRil）を見つけることによって、及び、ii) SINRil及びサービングTPの送信電力Psを計算することによって、見つけても良い。この方法を実行するための特定の提案は後述する。
上述したように、各UEからサービングTPに送信されるCSIは、ランクインジケータを含んでも良い。適切には、最大でNTP個の報告されたRIinのうち、大多数が、i番目のUE用の単一で共通のRIiとして選択されても良い。この場合、選択されたRIiに関連する
Figure 2016532325
のみが、CQI選択用の候補になる可能性がある。この選択は、コードワード毎に独立に実行されても良いし、候補の大多数は、l番目のコードワードCQIi(l)用の共通のCQIとして選択されても良い。
他の広義の形態において、本発明は、複数の送信ポイント（TP：transmission point）と複数のユーザ装置（UE：user equipment）との間でジョイント送信（JT：joint transmission）が行われる、下りリンク多地点協調（DL CoMP：Downlink Coordinated Multi-Point）無線通信システムを提供するものであり、各UEは、前記TPの１つをサービングTPとしており、チャネル状態情報（CSI：channel state information）が、各UEからサービングTPへ送信され、前記送信されたCSIが、プリコーダマトリクスインジケータ（PMI：precoder matrix indicator）を含み、前記PMIが、複数のTPから複数のUEへのデータ送信用のプリコーダを生成するために使用される。
本明細書において、本発明の一形態（例えば、方法の形態）を参照して記述される態様及び特徴は、その一部を形成しても良いし、本発明の任意の他の形態（例えば、システムの形態）に（任意の組み合わせで）使用されても良い。実際に、より一般的には、本明細書に記述される任意の特徴又は態様は、本発明の範囲内で、本明細書に記述される任意の１以上の特徴又は態様の任意の組み合わせで組み合わせることができる。
本発明の好ましい特徴、実施の形態、及び変形例は、当業者が本発明を実行するための十分な情報を提供する、以下の発明を実施するための形態から識別される。発明を実施するための形態は、先行する発明の概要の範囲をいかなる形であれ限定するものとは見なされない。発明を実施するための形態は、以下のように、いくつかの図面を参照する：
JT-DL CoMPシステムを概略的に示す図である。 各UEが上りリンク経由でサービングTPにCSIをフィードバックする方法を概略的に示す図である。 JT-DL CoMP用のCSI測定を概略的に示す図である。 JT-DL CoMP用のCSI測定を概略的に示す図である。 非コヒーレントプリコーディングの場合に、以下で説明する本発明の実施の形態により、j個のMMSEプリコーダを生成する方法を示すフローチャートである。 非コヒーレントプリコーディングの場合に、n番目のTP用のラグランジュ乗数を計算する方法を示すフローチャートである。 コヒーレントプリコーディングの場合に、以下で説明する本発明の実施の形態により、j個のMMSEプリコーダを生成する方法を示すフローチャートである。 コヒーレントプリコーディングの場合に、全てのTP用のラグランジュ乗数を計算する方法を示すフローチャートである。 サービングTPの報告されたCQIに基づくUEの雑音分散の推定を概略的に示す図である。 i番目のUEへの送信について、報告されたRI及びCQIからの、RI及びCQIの収集を概略的に示す図である。
ジョイント送受信の最適化方法が以前に提案されている。例えば、以下を参照されたい。Sampath H. and Paulraj A., “Joint Transmit and Receive Optimization for High Data Rate Wireless Communication Using Multiple Antennas”, Thirty-Third Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, 1999, and Zhang J., et. al., “Joint Linear Transmitter and Receiver Design for Downlink of Multiuser MIMO Systems”, IEEE Communications Letters, Vol. 9, No. 11, November 2005.
本発明の実施の形態は、上記の学術論文で議論された、ジョイント送受信の最適化方法に（少なくとも僅かでも）基づくMMSEプリコーダを提供する。しかし、これら学術論文における方法とは異なり、本発明は、MMSEプリコーダを生成するために、チャネルの認識を必要としない。その代わりに（及び対照的に）、本発明の実施の形態は、図２に示されるように、各UEがサービングTPにフィードバックするPMIだけが必要になる。以下で説明する本発明の特定の実施の形態によるプリコーダは、j個のMMSEプリコーダとして参照される。
A) 非コヒーレントプリコーディング
非コヒーレントプリコーディングの場合、個々のj個のMMSEプリコーダVinが、以下のようなジョイント送受信MMSE最適化法を使用して計算される。
代表チャネルの発見
ΩRIは、PMIコードブックから生成される代表チャネルマトリクスの固定コードブックを意味する。異なるRI毎に異なるΩRIがある。
Figure 2016532325
Figure 2016532325
は、チャネルHinの代表である。代表チャネルは以下のようにして得られる：
Figure 2016532325
Figure 2016532325
ここで、（サイズがτn × RIiの）Winは、PMI pinに関連する3GPP技術標準(TS 36.211)におけるプリコーダである。PMI がPMI#1及びPMI#2から構成される場合、Win = Win(1) × Win(2)であることに留意すべきである。
j個のMMSEプリコーダViの生成（図４参照）
(m)は、手順のm番目の反復を意味する。プリコーダは、以下のように生成される：
Figure 2016532325
ラグランジュ乗数υnの計算（図５参照）
n番目のTPの各々について、ラグランジュ乗数υnを、以下のように計算する。
Figure 2016532325
B) コヒーレントプリコーディング
コヒーレントプリコーディングの場合、トータルでj個のMMSEプリコーダViが、以下のようなジョイント送受信MMSE最適化法を使用して計算される：
代表チャネルの発見
まず、上述した非コヒーレントプリコーディングの場合と同様に、個々の代表チャネル
Figure 2016532325
が見つけられる。続いて、総チャネルが以下によって生成される：
Figure 2016532325
j個のMMSEプリコーダViの生成（図６参照）
(m)は、手順のm番目の反復を意味する。プリコーダは、以下のように生成される：
Figure 2016532325
ラグランジュ乗数υの計算（図７参照）
ラグランジュ乗数υは、以下のように得られる。
Figure 2016532325
C) 雑音分散推定 (図８参照)
以下の雑音分散推定は、コヒーレントプリコーディング及び非コヒーレントプリコーディングの双方に使用して良い。サービングTPについて、報告されたCQIから、UEの雑音分散を推定する方法は、以下のようになる：
Figure 2016532325
D) ランク及びCQI選択（図９参照）
与えられたUEについて、全てのTPが、共通の送信ランクで共通のCQIを持つため、続いて、ランク及びCQIの選択が必要となる。NTP個の報告されたRIinと同数のうち、大多数が、i番目のUE用の単一で共通のRIiとして選択される。この選択は、ヒストグラムを使用して実行することができる。続いて、選択されたRIiに関連する
Figure 2016532325
のみが、CQI選択用の候補になる。この選択は、コードワード毎に独立に実行される。候補の大多数は、l番目のコードワードCQIi(l)用の共通のCQIとして選択される。この選択は、ヒストグラムを使用して実行することができる。
効果
上述したように、本発明の実施形態は、j個のMMSEプリコーダを生成するためにチャネルの認識を必要としない。むしろ、UEからフィードバックされるPMIのみを必要とする。このことによって多くの効果が得られる。例えば、報告されたPMIを直接比較する方法と比較して、改良された性能が得られる。また、上記から明らかなように、本発明は、コヒーレントプリコーディング及び非コヒーレントプリコーディングの双方に適用可能である。
本明細書及び（もしあるならば）特許請求の範囲において、「備える」という語及びその派生語は、各整数を含むが、１つ以上のさらなる整数の包含を排除しない。
「一実施形態」又は「実施形態」まで本明細書全体にわたる言及は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じて様々な箇所で「一実施形態において」または「実施形態において」のフレーズの出現は、必ずしも全て同じ実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、１つまたはそれ以上の組合せで、任意の適切な方法で組み合わせることができる。
法令の遵守において、本発明は、構造的、システム的、又は方法的な特徴の多少を言語で具体的に記載されている。本発明は、本明細書に記載の手段が本発明の効果を発揮する好ましい形態を有するので、図示又は説明した特定の特徴に限定されないことが理解されるべきである。したがって、本発明は、（もしあれば）当業者によって適切に解釈された、添付の特許請求の範囲の適切な範囲内で、その形態やその変形のいずれかが主張される。
この出願は、2013年8月7日に出願されたオーストラリア特許出願2013902955を基礎とする優先権を主張し、その開示内容は全体を参照して本明細書に取り込まれる。
TP0 サービングTP
TP1 隣接TP

Claims (23)

  1. 下りリンク多地点協調送受信（DL CoMP：Downlink Coordinated Multi-Point）システムにおいて、ジョイント送信（JT：joint transmission）用のプリコーダを生成する方法であって、前記システムは、複数のユーザ装置（UE：user equipment）と通信するように動作可能な複数の送信ポイント（TP：transmission point）を備え、各UEは、前記TPの１つをサービングTPとしており、前記方法は、
    プリコーダマトリクスインジケータ（PMI：precoder matrix indicator）を含むチャネル状態情報（CSI：channel state information）を、各UEからサービングTPへ送信すること、及び
    前記PMIを使用して、複数のTPから複数のUEへのデータ送信用のプリコーダを生成すること、を含む、方法。
  2. 前記PMIを使用してプリコーダを生成することは、前記PMIを使用して、n番目のTPとi番目のUEとの間のチャネル（Hin）を代表する代表マトリクス
    Figure 2016532325
    を見つけることを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 代表マトリクスの固定コードブック（ΩRI）は、PMIコードブックから生成され、各UEからサービングTPへ送信される前記CSIは、ランクインジケータ（RI：rank indicator）を含み、ΩRIは、異なるRIとは異なる、請求項２に記載の方法。
  4. i番目のUE用のRI（RIi）が、前記UEの受信アンテナの個数（NRX）と等しい場合（すなわち、RIi ＝ NRXである場合）、τnがn番目のTPにおけるアンテナの個数であるとすると、ΩRIは、サイズがNRX × τnのマトリクス
    Figure 2016532325
    を含む、請求項３に記載の方法。
  5. RIiがNRX未満である場合（すなわち、RIi ＜ NRXである場合）、ΩRIは、サイズがτn × 1のベクトル
    Figure 2016532325
    を含む、請求項４に記載の方法。
  6. RIi ＝ NRXである場合、前記代表マトリクス
    Figure 2016532325
    は、以下によって見つけられる、請求項５に記載の方法：
    Figure 2016532325
  7. RIi ＜ NRXである場合、前記代表マトリクス
    Figure 2016532325
    は、以下によって見つけられる、請求項６に記載の方法：
    Figure 2016532325
  8. 非コヒーレントプリコーディングが使用され、前記方法は、プリコーダ（Vin）を計算するために、代表マトリクス
    Figure 2016532325
    、ラグランジュ乗数υn、及び雑音分散推定σi 2を使用することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
  9. プリコーダVinは、反復法を使用して計算される、請求項８に記載の方法。
  10. (m)は、m番目の反復を意味することにすると、プリコーダVinは、以下の反復法を使用して計算される、請求項９に記載の方法：
    Figure 2016532325
  11. n番目のTP用のラグランジュ乗数υnは、以下の手順を使用して計算される、請求項１０に記載の方法：
    Figure 2016532325
  12. 各UEからサービングTPに送信されるCSIは、チャネル品質インジケータ（CQI：channel quality indicator）を含み、前記雑音分散推定σi 2は、前記CQIを使用して、以下のように見つけられる、請求項８に記載の方法：
    Figure 2016532325
  13. 最大でNTP個の報告されたRIinのうち、大多数が、i番目のUE用の単一で共通のRIiとして選択される、請求項１２に記載の方法。
  14. 選択されたRIiに関連する
    Figure 2016532325
    のみが、CQI選択用の候補になり、この選択は、コードワード毎に独立に実行され、及び、候補の大多数は、l番目のコードワードCQIi(l)用の共通のCQIとして選択される、請求項１３に記載の方法。
  15. コヒーレントプリコーディングが使用され、前記方法は、総チャネルを代表する代表マトリクス
    Figure 2016532325
    を、以下のように見つけることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
    Figure 2016532325
  16. 前記方法は、プリコーダ（Vi）を計算するために、代表マトリクス
    Figure 2016532325
    、ラグランジュ乗数υ、及び雑音分散推定σi 2を使用することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  17. プリコーダViは、反復法を使用して計算される、請求項１６に記載の方法。
  18. (m)は、m番目の反復を意味することにすると、プリコーダViは、以下の反復法を使用して計算される、請求項１７に記載の方法：
    Figure 2016532325
  19. ラグランジュ乗数υは、以下の手順を使用して計算される、請求項１８に記載の方法：
    Figure 2016532325
  20. 各UEからサービングTPに送信されるCSIは、チャネル品質インジケータ（CQI：channel quality indicator）を含み、前記雑音分散推定σi 2は、前記CQIを使用して、以下のように見つけられる、請求項１６に記載の方法：
    Figure 2016532325
  21. NTP個の報告されたRIinと同数のうち、大多数が、i番目のUE用の単一で共通のRIiとして選択される、請求項２０に記載の方法。
  22. 選択されたRIiに関連する
    Figure 2016532325
    のみが、CQI選択用の候補になり、この選択は、コードワード毎に独立に実行され、及び、候補の大多数は、l番目のコードワードCQIi(l)用の共通のCQIとして選択される、請求項２１に記載の方法。
  23. 複数の送信ポイント（TP：transmission point）と複数のユーザ装置（UE：user equipment）との間でジョイント送信（JT：joint transmission）が行われる、下りリンク多地点協調送受信（DL CoMP：Downlink Coordinated Multi-Point）無線通信システムであって、各UEは、前記TPの１つをサービングTPとしており、チャネル状態情報（CSI：channel state information）が、各UEからサービングTPへ送信され、前記送信されたCSIが、プリコーダマトリクスインジケータ（PMI：precoder matrix indicator）を含み、前記PMIが、複数のTPから複数のUEへのデータ送信用のプリコーダを生成するために使用される、システム。
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