JP5172517B2 - チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディングの方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムの伝送技術分野に関し、特に、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ、多入力多出力）システムに適用されるチャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディングの方法及び装置に係る。

将来の無線通信システムでは、高い情報伝送速度及び通信品質が要求される。有限な周波数資源で該目標を実現するために、ＭＩＭＯ技術は、将来の無線通信に使用される欠かせない手段の一つになった。

ＭＩＭＯシステムでは、送信側において、複数のアンテナで信号の送信を行い、受信側において、複数のアンテナで信号の受信を行う。研究の結果として、伝統的なシングルアンテナ伝送方法と比べ、ＭＩＭＯ技術はチャネル容量を明らかに向上させ、情報伝送速度を向上させている。

また、ＭＩＭＯシステムでは、プリコーディング（Ｐｒｅ−ｃｏｄｉｎｇ）の送信方法を使用することで、ＭＩＭＯシステムの性能を効果的に向上させることができる。

プリコーディングの基本的なアイデアは、現在のチャネル情報に基き、送信しようとするデータに対して、線形処理と非線形処理などを含む初期処理を送信前に行うことである。

ＭＩＭＯプリコーディングは、クローズドループの伝送技術であり、フィードバックする情報の形式に応じて、ＰＶＱ（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ Ｖｅｃｔｏｒ Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ,プリコーディングベクトル量子化）に基くプリコーディングと、ＣＶＱ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｖｅｃｔｏｒ Ｑｕａｎｉｚａｔｉｏｎ,チャネルベクトル量子化）に基くプリコーディングとの二種類がある。

ＣＶＱに基くＭＩＭＯプリコーディングにおいて、送信側と受信側は、通信を行う前に、若干のチャネル量子化チャネルベクトルが含まれる一つのチャネル量子化コードブックを事前に設定する。各リソースブロック（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｂｌｏｃｋ，ＲＢ）の送信前に、受信側は、まず、該コードブックを用いて現在のチャネル特性に対して量子化を行い、量子化後の結果であるＣＶＱ情報を送信側にフィードバックする。具体的には、現在チャネルに最もマッチングするチャネルベクトルを該コードブックから選択し、該チャネルベクトルのインデックス（Ｉｎｄｅｘ）を送信側にフィードバックする。

チャネル特性に対して量子化を行う目的は、システムのフィードバックオーバーヘットの低下にある。そして、送信側は、フィードバック情報に基いて現在のチャネル情報を取得した後、各ユーザのチャネル情報に基いてマルチユーザスケジューリングとプリコーディング行列の算出とを行い、これに応じて信号の送信を行う。

現在の研究結果によると、ＰＶＱに基くプリコーディング方法と比べ、ＣＶＱに基くプリコーディング方法は、システムのスループット性能を向上させると共に、端末の実現複雑度を低減させることができ、効果的なプリコーディング方法である。従来のＣＶＱに基くスケジューリング及びプリコーディング解決案において、受信側は送信側に対して一回のＣＶＱフィードバックを行い、つまり、送信側は、ユーザスケジューリングとプリコーディング行列の算出の際に同一のＣＶＱフィードバック情報を使用する。このような技術案は、システムのスループット性能又はフィードバックオーバーヘットを最適化していないため、従来技術のうえで、システムのスループット性能及びフィードバックオーバーヘットを更に最適化することが必要である。

本発明の目的は、システムのスループット性能を向上させるか或はフィードバックオーバーヘットを減少させる、チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディング方法、装置の提供にある。

上記目的を実現するために、本発明は、チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディング方法を提供している。該方法は、
送信側が、すべてのユーザから送信された第１のチャネルベクトル量子化情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行うステップＡと、
送信側が、スケジューリングされたユーザから送信された、第１のチャネルベクトル量子化情報より精度の高い第２のチャネルベクトル量子化情報に基いてプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信するステップＢ、或いは、
送信側が、スケジューリングされたユーザから送信された第３のチャネルベクトル量子化情報と第１のチャネルベクトル量子化情報とを結合してプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信するステップＢ′とを含む。

上記方法において、前記ステップＢにおいて、前記チャネルベクトル量子化情報の精度の制御は、コードブックにより実現し、コードブック中のチャネルベクトルの数が大きいほど、チャネル方向情報フィードバックオーバーヘットが大きくなり、前記チャネルベクトル量子化情報の精度が高くなる。

上記方法において、前記ステップＡにおける第１のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第１のコードブックに基き得られ、前記ステップＢにおける第２のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第２のコードブックに基き得られ、
前記第２のコードブック中のチャネルベクトル数が前記第１のコードブック中のチャネルベクトル数より大きい。

上記方法において、前記第２のコードブックは、第１のコードブックに左からユニタリー行列を乗ずることによって得られる。

上記方法において、前記ステップＢ′において、前記ステップＡにおける第１のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第１のコードブックに基き得られ、前記ステップＢにおける第３のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第３のコードブックに基き得られ、
前記第３のコードブックは、現在のチャネルと第１のチャネルベクトル量子化情報との差を量子化するための差分コードブックである。

上記方法において、前記差分コードブックは、チャネルベクトルがユニタリー行列であるコードブックである。

上記方法において、前記第３のチャネルベクトル量子化情報中のチャネル方向情報のインデックスに対応するチャネルベクトルはユニタリー行列であり、前記ステップＢ′において、スケジューリングされたユーザが初回にフィードバックしたインデックスに対応するチャネルベクトルのモジュラ、スケジューリングされたユーザが初回にフィードバックしたインデックスに対応するチャネルベクトルとスケジューリングされたユーザがフィードバックしたインデックスに対応するユニタリー行列との積に基いてプリコーディング行列を算出する。

上記方法において、前記スケジューリングされたユーザから送信された第２のチャネルベクトル量子化情報は、チャネル方向情報のみを含み、前記ステップＢとステップＢ′において、第１のチャネルベクトル量子化情報中のチャネル品質情報を利用してプリコーディング行列を算出する。

上記方法において、送信側において、情報到達時刻、識別情報又は情報位置を利用して、スケジューリングされたユーザが送信したフィードバック情報の順番を判断する。

また、上記目的を実現するために、本発明は、スケジューリングモジュールとプリコーディングモジュールとを含み、チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディング装置をさらに提供している。該装置において、
前記スケジューリングモジュールは、すべてのユーザから送信された第１のチャネルベクトル量子化情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行い、
前記プリコーディングモジュールは、スケジューリングされたユーザから送信された、第１のチャネルベクトル量子化情報より精度の高い第２のチャネルベクトル量子化情報に基いてプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信し、或いは、スケジューリングされたユーザから送信された第３のチャネルベクトル量子化情報と第１のチャネルベクトル量子化情報とを結合してプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信する。

上記装置において、前記プリコーディングモジュールがスケジューリングされたユーザから送信された第２のチャネルベクトル量子化情報に基いてプリコーディング行列を獲得するときに、前記第１のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第１のコードブックに基き得られ、前記第２のチャネルベクトル量子化情報は、第２のコードブックに基き得られ、
前記第２のコードブック中のチャネルベクトル数は、前記第１のコードブック中のチャネルベクトル数より大きい。

上記装置において、前記第２のコードブックは、第１のコードブックに左からユニタリー行列を乗ずることによって得られる。

上記装置において、前記プリコーディングモジュールがスケジューリングされたユーザから送信された第３のチャネルベクトル量子化情報と第１のチャネルベクトル量子化情報とを結合してプリコーディング行列を獲得するときに、前記第１のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第１のコードブックに基き得られ、前記第３のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第３のコードブックに基き得られ、前記第３のコードブックは、現在のチャネルと第１のチャネルベクトル量子化情報との差を量子化するための差分コードブックである。

上記装置において、前記差分コードブックは、チャネルベクトルがユニタリー行列であるコードブックである。

上記装置において、前記第３のチャネルベクトル量子化情報中のチャネル方向情報のインデックスに対応するチャネルベクトルはユニタリー行列であり、前記プリコーディングモジュールは、具体的に、スケジューリングされたユーザが初回にフィードバックしたインデックスに対応するチャネルベクトルのモジュラ、スケジューリングされたユーザが初回にフィードバックしたインデックスに対応するチャネルベクトルとスケジューリングされたユーザがフィードバックしたインデックスに対応するユニタリー行列の積に基いてプリコーディング行列を算出する。

本発明の方法と装置を利用して、チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディングは、精度の異なるＣＶＱ情報を使用するため、従来方法と比べて、下記有益効果を奏する。

本発明において、プリコーディングの際に従来方法と同一のＣＶＱ精度を使用する場合、従来方法と同一のシステム性能の取得を保証できるが、スケジューリングの際に使用するＣＶＱ精度が従来方法のＣＶＱ精度より低くてもよいため、全体的に言うと、フィードバックオーバーヘットを低減させることができる。

システムオーバーヘットが従来方法と同一の場合、スケジューリングの段階で精度の低いＣＶＱ情報を使用するため、一部のフィードバックオーバーヘットを節約することができ、この部分のフィードバックオーバーヘットが、プリコーディング段階でＣＶＱ情報の精度を高めることに用いられるため、従来方法より高いシステム性能を取得することができる。

送信側においての、チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディングは、主に、
受信側のＣＶＱ情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行うマルチユーザスケジューリングステップと、
受信側のＣＶＱ情報に基いて、スケジューリングされたユーザに対してプリコーディングを行うプリコーディングステップとを含む。

上記二つのステップにおいて、ＣＶＱ情報が必要とされる。実際のネットワークの伝送によると、ＣＶＱ情報の精度は、システム性能へ非常に大きい影響を与える。ＣＶＱ情報の精度が高いほど、フィードバックオーバーヘットが大きくなるが、システムのスループット性能はよくなる。

以下、ＣＶＱ精度について更に詳しく記述する。

ＣＶＱは、ＣＤＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ,チャネル方向情報）とＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ,チャネル品質情報）を含む。ＣＱＩのフィードバックオーバーヘットの大きさは、システム性能に明らかな影響を与えないため、ここでは考慮しない。従って、ＣＶＱ精度を考慮するときに、ＣＤＩによる影響しか考慮しない。

周知のように、ＣＤＩは、実際のチャネル方向を示すために選択したチャネルベクトルがコードブックにおける位置を示す。ＣＤＩのフィードバックオーバーヘットが大きいほど、コードブック中のチャネルベクトルが多いことを示す。コードブック中のチャネルベクトルが多いほど、実際のチャネル方向を示すために選択したチャネルベクトルが実際のチャネルに近いため、ＣＶＱ精度が高くなる。

例を挙げて、上記の場合を説明する。

図１に示すように、二つのコードブックＣ１＝{Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４}とＣ２＝{Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８}中のチャネルベクトルと実際チャネルＲが示されている。

ＣＤＩのフィードバックオーバーヘットが２ビットの場合、ＣＤＩは、四つのチャネルベクトルのうちの一つしか示すことができない。このとき、対応するコードブックはＣ１である。図１によると、受信側からフィードバックしたＣＤＩは００であり、ＣＤＩに対応するチャネルベクトルがＡ１であることを示す。

ＣＤＩのフィードバックオーバーヘットが３ビットの場合、ＣＤＩは、八つのチャネルベクトルのうちの一つを示すことができる。このとき、対応するコードブックはＣ２である。図１によると、受信側からフィードバックしたＣＤＩは００１であり、ＣＤＩに対応するチャネルベクトルがＢ１であることを示す。

図１から明らかに分かるように、ＣＤＩのフィードバックオーバーヘットが３ビットの場合、選択したチャネルベクトルＢ１は、チャネルベクトルＡ１に比べ、実際チャネルＲに接近している。つまり、対応するＣＶＱ精度が高い。

従って、本発明においてＣＶＱ精度を示すパラメータとして、ＣＤＩのフィードバックオーバーヘット、又は、最終的に計算に用いる等価コードブック中のチャネルベクトルの数を使用する。

また、上記記述によると、マルチユーザスケジューリングとプリコーディングとの二つのステップは、いずれもＣＶＱに関わる。さらに、シミュレーションによると、送信側でチャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディングを行う際に、マルチユーザスケジューリングステップにおいて、ＣＶＱ精度の変化はシステム性能に明らかな影響を与えないが、プリコーディングステップにおいて、ＣＶＱ精度の変化はシステム性能に非常に明らかな影響を与える。

上記記述に基いて、本発明の、チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディング方法は、マルチユーザスケジューリングステップとプリコーディングステップにおいて、精度の異なるＣＶＱ情報を利用して、システム性能を向上させ、及び/又は、フィードバックオーバーヘットを低下させる。

マルチユーザスケジューリングステップとプリコーディングステップに利用される精度の異なるＣＶＱ情報は、受信側又は送信側により処理可能であり、以下、異なる実施例を通じてそれぞれ記述する。

<第１の実施例>
本発明の第１の実施例において、マルチユーザスケジューリングステップとプリコーディングステップに利用されるＣＶＱ情報の精度は、送信側によって異なるチャネルベクトル数のコードブックを用いて直接制御され、以下詳しく記述する。

図２に示すように、本発明の第１の実施例による方法は、
すべての受信側が、第１のＣＶＱ情報を送信側にフィードバックするステップ１１と、
送信側が、第１のＣＶＱ情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行うステップ１２と、
送信側が、ＣＶＱ情報をあらためて送信するように、スケジューリングされたユーザに通知するステップ１３と
スケジューリングされたユーザが、第１のＣＶＱ情報より精度が高い第２のＣＶＱ情報を送信側にフィードバックするステップ１４と、
送信側が、第２のＣＶＱ情報に基いてプリコーディング行列を計算した後、該プリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータに対してプリコーディングを行って送信するステップ１５とを含む。

上記ステップ１１は、具体的に下記ステップを含む。

ステップ１１１：チャネル推定
ユーザｋは、現在チャネルを推定して、ｎ_Ｒ行ｎ_Ｔ列のチャネル特性行列Ｈ_ｋを得る。ここで、ｎ_Ｒ、ｎ_Ｔは、それぞれ受信アンテナ数と送信アンテナ数を示す。

ステップ１１２：受信重み付け
受信重み付けの目的は、ＭＩＭＯチャネル行列をベクトル形式に変換することで、より効果的にチャネル量子化を行うことにある。受信重み付け後の等価チャネルは、

である。ここで、ｖ_ｋは、１×ｎ_Ｒの重み付けベクトルであり、信号対雑音比（ＳＮＲ）最大化方法などの従来方法で得ることができる。

ステップ１１３：チャネル情報量子化及びフィードバック
従来のチャネル量子化方法は、最大幅に基く量子化と、最大ＳＩＮＲに基く量子化の二種類がある。本発明による方法は、実際のシステムでどの種類の量子化方法を採用するかに依頼していないため、第１の量子化方法、即ち最大幅に基く量子化を例として記述する。

予め設定された、チャネル量子化に用いられるコードブックを

と仮定する。ここで、ｆ_ｉは、コードブック中の第ｉ個のチャネルベクトルであり、１×ｎ_Ｔのベクトルである。Ｎは、コードブックの大きさ、即ち含まれるチャネルベクトルの数である。すると、重み付け後の等価チャネルが量子化された後のＣＶＱ結果には、ＣＤＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）とＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）の二部分の情報が含まれる。ここで、ＣＤＩは

である。

*は、共役転置符号である。

はベクトルのモジュラである。ＣＱＩの結果は、

である。

そして、受信側は、量子化後の結果であるＣＤＩとＣＱＩとを送信側にフィードバックする。ここで、ＣＤＩについては、コードブックにおいて対応するインデックス情報のみをフィードバックすればよい。

上記ステップ１２において、フィードバックされた第１のＣＶＱ情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行うが、マルチユーザスケジューリングでプリコーディング行列を必要とするため、本ステップにおいて、プリコーディング行列の計算が必要となる。

マルチユーザスケジューリング方法が、エルゴード検索やＧｒｅｅｄｙ方法など複数種類あるため、プリコーディング方法も、ＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）アルゴリズムやＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ,最小平均誤差）アルゴリズムなど複数種類がある。

本発明の方法は、システムにおいて具体的にどんなスケジューリング及びプリコーディング方法を使用するかに依頼していないため、ここでは、エルゴードスケジューリングとＺＦプリコーディング方法を例として記述する。

あるユーザの組み合わせである

がスケジューリングされたと仮定する。ここで、ｋ_ｉは、ユーザインデックスである。

ユーザからフィードバックされたＣＶＱ情報に基いて、このときのＺＦプリコーディング行列Ｗを算出し、下記のように示される。

を示す。ここで、

であり、

である。

Ｔは、行列転置の符号である。

このとき各ユーザのＳＩＮＲを算出し、下記のように示す。

ここで、

は、それぞれ、各ストリーム上の送信電力とノイズ電力を示す。これによって、このときのユーザスループットの和を得ることができ、下記のように示される。

ここで、Ｒ（）は、ＳＩＮＲからスループットを計算する関数である。

上記ステップによって可能性のあるすべてのユーザの組み合わせをエルゴードして、ユーザスループットの和が最大のユーザの組み合わせをスケジューリングする。

従来技術において、このとき、送信側のスケジューリングとプリコーディング行列の算出が一斉に終了する。そして、送信側は、スケジューリング結果を受信側に通知し、スケジューリングされたユーザに対して、対応するプリコーディング行列Ｗを用いて信号送信を行う。

しかし、本発明の方法は、単に上記ステップで得たスケジューリング結果を利用して、受信側に通知する。

送信側からの通知を受信したスケジューリングされたユーザは、送信側に対して第２回のＣＶＱ情報のフィードバックを行う。

予め設定された、チャネル量子化に用いられるコードブックが

と仮定する。ここで、ｇ_iは、コードブック中の第ｉ個のチャネルベクトルを示す。コードブックＣ２中のチャネルベクトル数Ｍは、スケジューリングに用いられるコードブックＣ１中のチャネルベクトル数Ｎより大きい。

もちろん、上記第１の実施例において、第２のＣＶＱ情報は、第１のＣＶＱ情報と比べ、受信側によりフィードバックされた第２のＣＶＱ情報は、ＣＤＩのみを含み、ＣＱＩをフィードバックしなくてもよい。送信側は、プリコーディング行列を算出する際に、第１のＣＶＱ情報中のＣＱＩを利用すればよい。

重み付け後の等価チャネルが量子化された後のＣＶＱ結果は、ＣＤＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ,チャネル方向情報）とＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ,チャネル品質情報）との二部分の情報を含む。ＣＤＩは、

である。ここで、

であり、

である。

*は、共役転置の符号であり、

は、ベクトルのモジュラである。また、ＣＱＩの結果は、

である。

ユーザｋ１、ｋ２…からフィードバックされたＣＶＱ情報に基いて、このときのプリコーディング行列Ｗを算出し、下記のように示す。

を示す。ここで、

であり、

である。

最後に、該プリコーディング行列Ｗを用いて、スケジューリングされたユーザｋ１、ｋ２…のデータに対してプリコーディングを行って送信すればよい。

本発明の第１の実施例において、送信側で使用するコードブック中のチャネルベクトル数の差異により、プリコーディング行列の算出に用いられるＣＶＱ情報の精度は、スケジューリングステップで用いられるＣＶＱ情報の精度より高い。

第１の場合において、ユーザ数が１６、スケジューリングされたユーザ数が２であると仮定する。ここで、伝統的な方法でのＣＶＱ情報中のＣＤＩのフィードバックオーバーヘットが４ビットであると仮定する。一方、本発明の方法では、１回目にフィードバックするＣＶＱ情報中のＣＤＩが２ビット、２回目にフィードバックするＣＶＱ情報中のＣＤＩが４ビットであると仮定する。

上記仮定の下で、上記から分かるように、本発明の方法においてプリコーディング行列の算出に用いられるＣＤＩと伝統的な方法においてのＣＶＱ情報中のＣＤＩが共に４ビットであり、つまり、プリコーディング行列を算出するＣＶＱ精度が同一のため、二種類の方法で達成されるシステム性能が基本的に同じであるが、本発明においてＣＤＩのトータルフィードバックオーバーヘットが１６×２＋２×４（４０）ビットであり、伝統的な方法の１６×４（６４）ビットのトータルフィードバックオーバーヘットよりはるかに小さい。

第２の場合において、ユーザ数が１６、スケジューリングされたユーザ数が２であると仮定する。ここで、伝統的な方法でのＣＶＱ情報中のＣＤＩのフィードバックオーバーヘットが４ビットであると仮定する。一方、本発明の方法では、１回目にフィードバックするＣＶＱ情報中のＣＤＩが2ビット、２回目にフィードバックするＣＶＱ情報中のＣＤＩが１６ビットであると仮定する。

上記仮定の下で、本発明の方法においてＣＤＩのトータルフィードバックオーバーヘットが１６×２＋２×１６（６４）ビットであり、伝統的な方法の総フィードバックオーバーヘット１６×４（６４）ビットと同一である。

しかし、本発明の方法において、プリコーディング行列の算出に用いられるＣＶＱ情報中のＣＤＩが１６ビットであり、その精度が伝統的な方法における４ビットよりはるかに高い。ＣＶＱ精度の変化がシステム性能の向上を明らかに影響するため、本発明の方法によれば、フィードバックオーバーヘットを増加させないことを保証するとともに、システム性能を明らかに向上させることができる。

もちろん、第２の場合で、２回目のＣＶＱ情報中のＣＤＩのフィードバックオーバーヘットが８ビットであると仮定すると、本発明の方法によるＣＤＩのトータルフィードバックオーバーヘットは１６×２＋２×８（４８）ビットとなり、伝統的な方法のＣＤＩのトータルフィードバックオーバーヘットである６４ビットより小さい。同時に、本発明の方法において、プリコーディング行列の算出に用いられるＣＶＱ情報中のＣＤＩが８ビットであり、その精度が伝統的な方法における４ビットより高いため、システム性能も向上される。

<第２の実施例>
本発明の第２の実施例において、マルチユーザスケジューリングステップとプリコーディングステップに利用されるＣＶＱ情報の精度は、送信側によって異なるチャネルベクトル数のコードブックを用いて直接制御される。

本発明の第１の実施例において、第１のコードブックと第２のコードブックは、互いに独立しており、第２のコードブックのチャネルベクトル数が第１のコードブックより大きいように保証すればよい。

本発明の第２の実施例においては、第１のコードブックに基いて第２のコードブックを作成し、同時に、作成された第２のコードブックのチャネルベクトル数が第１のコードブックのチャネルベクトル数より大きいように保証されている。

ここで、第１のコードブックＣ１を用いて第２のコードブックＣ２を得る方法は以下のようである。

第１のコードブック中の各チャネルベクトルに対してそれぞれ差分処理を行って複数のチャネルベクトルを獲得し、該獲得した複数のチャネルベクトルを第２のコードブックのチャネルベクトルとする。例を挙げて説明すると、下記のようである。

第１のコードブックに、独立にチャネルを量子化するための四つのチャネルベクトルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを含むと仮定する。

チャネルベクトルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対してそれぞれ差分処理を行って、以下のようなチャネルベクトルを得る。

Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４；
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４；
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４；
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４。

そこで、得た第２のコードブックには、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４の１６個のチャネルベクトルが含まれ、ＣＶＱ精度が向上される。

もちろん、該第２のコードブックは、
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ、Ｃ及びＤの７個のチャネルベクトルを含むか、又は、
Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ及びＤの７個のチャネルベクトルを含むか、又は、
Ａ、Ｂ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４及びＤの７個のチャネルベクトルを含んでもよい。

もちろん、該第２のコードブックは、
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ、Ｃ及びＤの６個のチャネルベクトルを含むか、又は、
Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ及びＤの６個のチャネルベクトルを含んでもよい。

もちろん、第２のコードブックは、他の組み合わせであってもよく、ここでは枚挙しない。

ここで、該差分処理は、チャネルベクトルにユニタリー行列を左から乗ずることで得る事ができる。

例えば、ｇ_ｎＡ(ｎ＝１、２、３、…、８)のようである。すると、チャネルベクトルを８個のチャネルベクトルに差分することになる。

本発明の第２の実施例は、単に第２のコードブック中のチャネルベクトルの設計方式で第１の実施例と異なり、そのほかの処理がまったく同一のため、ここでは重複記載を避ける。

<第３の実施例>
上記第１の実施例と第２の実施例において、ユーザはチャネルベクトル数が異なるコードブックを直接利用してフィードバック処理を行うため、送信側は、直接ユーザのフィードバックに基いて、対応するプリコーディング行列を獲得することができる。

本発明の第３の実施例は、第１の実施例と第２の実施例と異なり、スケジューリングステップの後に、スケジューリングされた受信側が第３のＣＶＱ情報を送信し、該第３のＣＶＱ情報が送信側にフィードバックされた後、送信側は、スケジューリングされたユーザからフィードバックされた第３のＣＶＱ情報と第１のＣＶＱ情報とを結合してプリコーディング処理を行う。

図３に示すように、本発明の第３の実施例による方法は、
すべての受信側が、送信側に第１のＣＶＱ情報をフィードバックするステップ２１と、
送信側が、第１のＣＶＱ情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行うステップ２２と、
送信側が、ＣＶＱ情報をあらためて送信するように、スケジューリングされたユーザに通知するステップ２３と、
スケジューリングされたユーザが、送信側に第３のＣＶＱ情報をフィードバックするステップ２４と、
送信側が、スケジューリングされたユーザからの第３のＣＶＱ情報と第１のＣＶＱ情報とを結合してプリコーディング行列の算出を行い、該プリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信するステップ２５とを含む。

上記ステップ２１は、更に下記ステップを含む。

ステップ２１１：チャネル推定
ユーザｋは、現在チャネルを推定して、ｎ_Ｒ行ｎ_Ｔ列のチャネル特性行列Ｈ_ｋを得る。ここで、ｎ_Ｒ、ｎ_Ｔは、それぞれ受信アンテナ数と送信アンテナ数を示す。

ステップ２１２：受信重み付け
受信重み付けの目的は、ＭＩＭＯチャネル行列をベクトル形式に変換することで、より効果的にチャネル量子化を行うことにある。受信重み付け後の等価チャネルは、

である。ここで、ｖ_ｋは、１×ｎ_Ｒの重み付けベクトルであり、ＳＮＲ最大化方法などの従来方法で獲得できる。

ステップ２１３：チャネル情報量子化及びフィードバック
従来のチャネル量子化方法は、最大幅に基く量子化と、最大ＳＩＮＲに基く量子化の二種類がある。本発明による方法は、実際のシステムでどんな量子化方法を採用するかに依頼していないため、第１の量子化方法のみを例として説明する。

予め設定された、チャネル量子化に用いられるコードブックを

と仮定する。ここで、ｆ_ｉは、コードブック中の第ｉ個のチャネルベクトルであり、1×ｎ_Ｔのベクトルである。Ｎは、コードブックの大きさ、つまり含まれるチャネルベクトルの数である。すると、重み付け後の等価チャネルが量子化された後のＣＶＱ結果は、ＣＤＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）とＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）の二部分の情報を含む。ここで、ＣＤＩは

である。ここで、

であり、

である。

*は、共役転置の符号であり、

はベクトルのモジュラである。また、ＣＱＩの結果は、

である。

そして、受信側は、量子化後の結果であるＣＤＩとＣＱＩとを送信側にフィードバックする。ＣＤＩについては、コードブックにおいて対応するインデックス情報のみをフィードバックすればよい。

上記ステップ２２において、フィードバックされた第１のＣＶＱ情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行うが、該マルチユーザスケジューリングでプリコーディング行列を必要とするため、本ステップにおいて、プリコーディング行列の計算が必要となる。

マルチユーザスケジューリング方法には、エルゴード検索やＧｒｅｅｄｙ方法など複数種類あるため、プリコーディング方法も、ＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）アルゴリズムやＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ, 最小平均誤差）アルゴリズムなど複数種類がある。

本発明の方法は、システムにおいて具体的にどんなスケジューリング及びプリコーディング方法を使用するかに依頼していないため、ここでは、エルゴードスケジューリングとＺＦプリコーディング方法を例として説明する。

あるユーザの組み合わせである

がスケジューリングされると仮定する。ここで、ｋ_ｉは、ユーザインデックスである。

ユーザからフィードバックされたＣＶＱ情報に基いて、このときのＺＦプリコーディング行列Ｗを算出し、下記のように示される。

を示す。ここで、

であり、

である。

Ｔは、行列転置の符号である。

このとき各ユーザのＳＩＮＲを算出し、下記のように示す。

ここで、

は、それぞれ、各ストリーム上の送信電力とノイズ電力を示す。これによって、このときのユーザスループットの和を得ることができ、下記のように示される。

Ｒ（）は、ＳＩＮＲからスループットを計算する関数である。

上記ステップによって可能性のあるすべてのユーザの組み合わせをエルゴードして、ユーザスループットの和が最大のユーザの組み合わせをスケジューリングする。

従来技術において、このとき、送信側のスケジューリングとプリコーディング行列の算出が一斉に終了する。そして、送信側は、スケジューリング結果を受信側に通知し、スケジューリングされたユーザに対して、対応するプリコーディング行列Ｗを用いて信号送信を行う。

しかし、本発明の方法は、単に上記ステップで得たスケジューリング結果を利用して、受信側に通知する。

送信側からの通知を受信したスケジューリングされたユーザは、送信側に対して２回目のＣＶＱ情報のフィードバックを行う。

もちろん、上記第２の実施例において、受信側によりフィードバックされた第２のＣＶＱ情報は、ＣＤＩのみを含み、ＣＱＩをフィードバックしなくてもよい。送信側は、プリコーディング行列を算出する際に、第１のＣＶＱ情報中のＣＱＩを利用すればよい。

本発明の第３の実施例は、本発明の第１の実施例において、第２のＣＶＱ情報の精度が第１のＣＶＱ情報の精度より大きいように保証すればよいことに対して、第３の実施例においては、プリコーディング行列を算出する際に、第１のＣＶＱを総合的に考慮することが必要となる点で第１の実施例と異なっている。

ユーザの等価チャネルが

１回目の量子化後のＣＤＩが

であり、幅に基く量子化方法を採用すると仮定すると、２回目の量子化後のＣＤＩは下記となる。

ここで、

であり、

である。

ここで、量子化するコードブックは

である。１回目の量子化と異なり、このときのコードブック中の各チャネルベクトル

はユニタリー行列であり、且つ、cosθの計算は、１回目のＣＤＩフィードバックを考慮している。

そして、スケジューリングされたユーザは、２回目の量子化後のＣＤＩ結果に対応するチャネルベクトルのインデックスを送信側にフィードバックする。

送信側は、ユーザから２回目にフィードバックしたチャネル情報を受信すると、２回のフィードバックの結果に基いて実際のチャネル情報をあらためて構成し、

を得る。

そして、スケジューリング結果、及び対応するユーザチャネル情報に基いて、プリコーディング行列を改めて算出する。具体的には、ユーザの組み合わせである

がスケジューリングされ、その等価チャンルが

であると仮定すると、このときのプリコーディング行列は

となる。そして、送信側は、スケジューリングされたユーザに対して、対応するプリコーディング行列Ｗを用いて信号送信を行う。

本発明の、チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディング装置は、スケジューリングモジュールとプリコーディングモジュールとを含む。

上記スケジューリングモジュールは、すべてのユーザの第１のチャネルベクトル量子化情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行う。

上記プリコーディングモジュールは、スケジューリングされたユーザの第２のチャネルベクトル量子化情報に基いてプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータを、プリコーディングして送信する。

第２のチャネルベクトル量子化情報の精度は、第１のチャネルベクトル量子化情報の精度より高い。

上記第１のチャネルベクトル量子化情報は、第１のコードブックに基き得られ、上記第２のチャネルベクトル量子化情報は、第２のコードブックに基き得られる。

上記第２のコードブック中のチャネルベクトル数は、上記第１のコードブック中のチャネルベクトル数より大きい。

該第２のコードブック中の少なくとも二つのチャネルベクトルは、第１のコードブック中の一つのチャネルベクトルに対して差分処理を行って得たものである。

該差分処理は、左からユニタリー行列を乗ずる操作であってもよい。

本発明の方法及び装置において、スケジューリングされたユーザは２回のフィードバックを必要とするため、送信側において、該フィードバック情報がスケジューリングのためのフィードバック情報であるか、それともプリコーディングのためのフィードバック情報であるかを如何に識別するかという課題が存在している。本発明では、下記方法を用いて識別する。

１.ユーザがフィードバック情報に秩序識別パラメータを付加し、送信側は、該秩序識別パラメータに基いて、該フィードバック情報はスケジューリングのためのフィードバック情報であるか、それともプリコーディングのためのフィードバック情報であるかを判別する。或は、
２.２回のフィードバック情報の到達時間に明らかな差異が存在する場合、受信時間を用いて判別してもよい。

３.フィードバック情報の位置によって判別する。例えば、スケジューリングのためのフィードバック情報はデータフレームの第１の位置に置かれ、プリコーディングのためのフィードバック情報はデータフレームの第２の位置に置かれる。送信側は、フィードバック情報の位置によって判別する。

本発明の第２の実施例のシミュレーション条件は以下のようでである。

ｎ_Ｔ＝２、ｎ_Ｒ＝１であり、チャネルはフラットフェージングチャネルであり、ユーザ数は１６であり、スケジューリングアルゴリズムはＭａｘＣ/Ｉであり、車のスピードは３ｋｍ/ｈであり、フィードバック遅延は３ｍｓであり、ここで、Ｂは、ＣＤＩフィードバックのビット数である。

シミュレーションにおいて、公平性を保つため、伝統的な方法と本発明の方法が同じフィードバックオーバーヘットを有すると仮定する。例えば、伝統的な方法でＢ＝３の時に、トータルフィードバックは１６×３＝４８である。本発明の方法を利用すると、１回目の１６個のユーザのそれぞれが２ビットをフィードバックし、２回目で、スケジューリングされた二つのユーザがそれぞれ８ビットをフィードバックし、このとき、１６×２＋２×８＝４８ビットを有する。また、伝統的な方法でＢ＝４の時にも、本発明の方法と同じトータルフィードバックオーバーヘットを有する。

図４は、シミュレーション結果を示す。図４によると、本発明の方法によれば、フィードバックオーバーヘットを増加させることなく、より高いスループット性能を取得することができる。

以上は、本発明の好ましい形態に過ぎない。当業者には、本発明の発明原理を逸しない前提で各種の改良を行うことができ、これらの改良も本発明の保護範囲に属することは明らかである。

実際チャネルとコードブック中のチャネルベクトルとの関係を示す。 本発明にかかる方法の第１の実施例の流れを示す。 本発明にかかる方法の第２の実施例の流れを示す。 本発明にかかる方法の第２の実施例のシミュレーション結果を示す。

Claims (15)

1. チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディング方法であって、
   送信側が、すべてのユーザから送信された第１のチャネルベクトル量子化情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行うステップＡと、
   送信側が、スケジューリングされたユーザから送信された、第１のチャネルベクトル量子化情報より精度の高い第２のチャネルベクトル量子化情報に基いてプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信するステップＢ、或いは、
   送信側が、スケジューリングされたユーザから送信された第３のチャネルベクトル量子化情報と第１のチャネルベクトル量子化情報とを結合してプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信するステップＢ′と
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ステップＢにおいて、前記チャネルベクトル量子化情報の精度の制御は、コードブックにより実現し、コードブック中のチャネルベクトルの数が大きいほど、チャネル方向情報フィードバックオーバーヘットが大きくなり、前記チャネルベクトル量子化情報の精度が高くなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップＡにおける第１のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第１のコードブックに基き得られ、前記ステップＢにおける第２のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第２のコードブックに基き得られ、
   前記第２のコードブック中のチャネルベクトル数が前記第１のコードブック中のチャネルベクトル数より大きいことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第２のコードブックは、第１のコードブックに左からユニタリー行列を乗ずることによって得られることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記ステップＢ′において、前記ステップＡにおける第１のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第１のコードブックに基き得られ、前記ステップＢ′における第３のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第３のコードブックに基き得られ、
   前記第３のコードブックは、現在のチャネルと第１のチャネルベクトル量子化情報との差を量子化するための差分コードブックであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記差分コードブックは、チャネルベクトルがユニタリー行列であるコードブックであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記第３のチャネルベクトル量子化情報中のチャネル方向情報のインデックスに対応するチャネルベクトルはユニタリー行列であり、前記ステップＢ′において、スケジューリングされたユーザが初回にフィードバックしたインデックスに対応するチャネルベクトルのモジュラ、スケジューリングされたユーザが初回にフィードバックしたインデックスに対応するチャネルベクトルとスケジューリングされたユーザがフィードバックしたインデックスに対応するユニタリー行列との積に基いてプリコーディング行列を算出することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記スケジューリングされたユーザから送信された第２のチャネルベクトル量子化情報は、チャネル方向情報のみを含み、前記ステップＢとステップＢ′において、第１のチャネルベクトル量子化情報中のチャネル品質情報を利用してプリコーディング行列を算出することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 送信側において、情報到達時刻、識別情報又は情報位置を利用して、スケジューリングされたユーザが送信したフィードバック情報の順番を判断することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
10. スケジューリングモジュールとプリコーディングモジュールとを含み、チャネルベクトル量子化に基いたスケジューリング及びプリコーディング装置であって、
    前記スケジューリングモジュールは、すべてのユーザから送信された第１のチャネルベクトル量子化情報に基いてマルチユーザスケジューリングを行い、
    前記プリコーディングモジュールは、スケジューリングされたユーザから送信された、第１のチャネルベクトル量子化情報より精度の高い第２のチャネルベクトル量子化情報に基いてプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信し、或いは、スケジューリングされたユーザから送信された第３のチャネルベクトル量子化情報と第１のチャネルベクトル量子化情報とを結合してプリコーディング行列を獲得した後、獲得したプリコーディング行列を利用して、スケジューリングされたユーザのデータをプリコーディングして送信することを特徴とする装置。
11. 前記プリコーディングモジュールがスケジューリングされたユーザから送信された第２のチャネルベクトル量子化情報に基いてプリコーディング行列を獲得するときに、前記第１のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第１のコードブックに基き得られ、前記第２のチャネルベクトル量子化情報は、第２のコードブックに基き得られ、
    前記第２のコードブック中のチャネルベクトル数は、前記第１のコードブック中のチャネルベクトル数より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記第２のコードブックは、第１のコードブックに左からユニタリー行列を乗ずることによって得られることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記プリコーディングモジュールがスケジューリングされたユーザから送信された第３のチャネルベクトル量子化情報と第１のチャネルベクトル量子化情報とを結合してプリコーディング行列を獲得するときに、前記第１のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第１のコードブックに基き得られ、前記第３のチャネルベクトル量子化情報は、現在のチャネルと第３のコードブックに基き得られ、前記第３のコードブックは、現在のチャネルと第１のチャネルベクトル量子化情報との差を量子化するための差分コードブックであることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
14. 前記差分コードブックは、チャネルベクトルがユニタリー行列であるコードブックであることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記第３のチャネルベクトル量子化情報中のチャネル方向情報のインデックスに対応するチャネルベクトルはユニタリー行列であり、前記プリコーディングモジュールは、具体的に、スケジューリングされたユーザが初回にフィードバックしたインデックスに対応するチャネルベクトルのモジュラ、スケジューリングされたユーザが初回にフィードバックしたインデックスに対応するチャネルベクトルとスケジューリングされたユーザがフィードバックしたインデックスに対応するユニタリー行列の積に基いてプリコーディング行列を算出することを特徴とする請求項１４に記載の装置。

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