JP5197259B2 - コードブックに基づいたmimoシステムにおける適応プリコーディング方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、3GPP LTE(第三世代パートナーシップ・プロジェクトの長期的進化)標準化プロセス分野に関し、特に、コードブックに基づいたMIMOシステムにおける適応プリコーディング方法及び装置に関する。
コードブックに基づいたMIMO(多入力多出力)伝送システムにおいて、限られたフィードバック情報を利用することで、無線移動通信システムのスループットとスループット効率を大幅に向上することができる。従って、コードブックに基づいたMIMO伝送技術は、将来の移動通信に最も重要な通信技術の一つである。
3GPP LTE標準化プロセスにおいて、コードブックに基づいたMIMO伝送技術は、主に以下の四つの面の技術に関わる。
1.MIMO伝送方式。図1a、図1bに示すように、SU-MIMO(シングルユーザMIMO)とMU-MIMO(マルチユーザMIMO)の二種類がある。
1)SU-MIMO
シングルユーザMIMO方式において、単一のユーザが資源ブロック(RB)全体を独占する。シングルユーザMIMOは、ユーザピーク速度の最大化に用いられる。
2)MU-MIMO
マルチユーザMIMO方式において、複数のユーザが一の資源ブロックを共有する。マルチユーザMIMOは、システムのスループットと周波数利用効率の最大化に用いられる。
2. MU-MIMOのプリコーディング方法。当該方法は、UP(Unitary Precoding、ユニタリー行列プリコーディング)とZF-BF(Zero-forcing Beamforming)とを含む。
1)図2aを参照すると、UPは、以下の特徴を有する。
a)各ユーザが、性能の最もよいプリコーディングベクトルとCQIをフィードバックする。
b)ユーザ側においてマルチユーザ干渉除去を行なう。
c)UPの性能は、ユーザペアリング問題の影響を受ける。
d)空間多重データストリームは、ユーザ受信アンテナ数の制限を受ける。
2)図2bを参照すると、ZF-BFは、以下の特徴を有する。
a)各ユーザが、量子化後のチャネルとCQIを基地局にフィードバックする。
b)基地局側においてマルチユーザ干渉除去を行なう。
3.ZF-BFのコードブック設計。DFT(離散フーリエ変換)コードブックとグラスマン(Grassmannian)コードブックとを含む。
4.空間送信相関性を影響する要素
1)アンテナ間の距離。大きいアンテナ間距離が小さい空間相関性を招き、小さいアンテナ間距離が大きい空間相関性を招く。
2)アンテナアレー周辺の散乱体。アンテナアレー周辺の散乱体が時間の変化と共に変化するため、異なる時刻の空間相関性が異なる。信号が基地局側からユーザ側に送信されたとき、ユーザの分布位置が異なるため、信号は異なる散乱体を経過するようになる。従って、異なるユーザにとって、その空間送信相関性が異なる。
従来技術には、以下の問題が存在している。
1.MIMO伝送方式に存在する問題は、以下を含む。
1)SU-MIMOを採用する場合、
セル(セクター)内のユーザが比較的に少ないとき、SU-MIMOの性能がMU-MIMOより優れている。
セル(セクター)内のユーザが比較的に多いとき、SU-MIMOは、空間多重によるマルチユーザダイバーシティゲインを損失する。
2)MU-MIMOを採用する場合、
セル(セクター)内のユーザが比較的に少ないとき、ユーザペアリング問題が存在する。
セル(セクター)内のユーザが比較的に多いとき、MU-MIMOは、システムのスループットと周波数利用効率を明らかに向上でき、性能もSU-MIMOより優れている。
3)異なる空間相関性の環境において、SU-MIMOとMU-MIMOの性能が異なるが、従来技術においては、環境の変化に応じて優れるものを選択して採用することができない。
2.MU-MIMOのプリコーディング方法に存在する問題は、以下を含む。
空間相関性が比較的に低いときに、UPの性能がZF-BFより優れ、空間相関性が比較的に高いときに、ZF-BFの性能がUPより優れるが、従来技術においては、環境の変化に応じて優れるものを選択して採用することができない。
3.ZF-BFのコードブック設計に存在する問題は、以下を含む。
空間相関性が比較的に低いときに、グラスマンコードブックの性能がDFTコードブックより優れ、空間相関性が比較的に高いときに、DFTコードブックの性能がグラスマンコードブックより優れるが、従来技術においては、環境の変化に応じて優れるものを選択して採用することができない。
4.MU-MIMOコードブックサイズに存在する問題は、以下を含む。
セル内のユーザが比較的に少ないときに、小コードブックの性能が大コードブックより優れ、セル内のユーザが比較的に多いときに、大コードブックの性能が小コードブックより優れるが、従来技術においては、環境の変化に応じて優れるものを選択して採用することができない。
本発明は、MIMOシステムにおける適応プリコーディング方法及び装置を提供し、従来技術において、ユーザ数と送信空間相関性の変化に応じて、異なるユーザ方式間、異なるプリコーディング方法間、異なるコートブック間、及び異なるコードブックサイズ間で切替えることができず、優れたものを選択して採用することができないという技術課題を解決することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、コードブックに基づいたMIMOシステムにおける適応プリコーディング方法を提供している。該方法は、異なる条件で測定して取得した先験値に基づいて、送信空間相関性に対応する、ユーザ数についての切替閾値又は切替閾値テーブルを取得するステップ1と、前記切替閾値又は切替閾値テーブルと、実際の送信空間相関性とに基づいて、実際のユーザ数情報に基づいて行うシングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替え、マルチユーザ方式におけるユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替え、ZF-BFプリコーディング方式における離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替え、及び、マルチユーザ方式における実際のユーザ数情報に基づいて行われる大コードブックと小コードブック間の切替のうちの1つ又は複数を、択して行うステップ2とを含む。
上記方法において、上記ステップ2において、前記送信空間相関性は、ユーザからのフィードバックによって取得するか,又はアップ・ダウンチャネルの対称性によって取得し、ユーザからのフィードバックによって空間相関性を取得するプロセスは、同一セル内の各ユーザがそれぞれ
Figure 0005197259
に基づいて空間相関性を測定し、各ユーザが基地局に測定した前記空間相関性をフィードバックすることを含み、そのうち、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間相関性を示し、
Figure 0005197259
は、ユーザkのチャネル行列である。
上記方法において、上記ステップ2において、前記シングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替えは、基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、等価相関性を計算するステップaと、基地局が前記等価相関性に基づいて前記切替閾値テーブルをサーチして、ユーザ数を示す切替閾値を取得するステップbと、現在のセルのユーザ数が前記切替閾値より大きいかを判断し、大きい場合マルチユーザ方式を採用し、そうでない場合シングルユーザ方式を採用するステップcとを含む。
上記方法において、上記ステップcにおいて、現在のセルのユーザ数が前記切替閾値より大きい場合、ユーザがシングルユーザ方式で稼動すると、シグナリングを送信して、マルチユーザ方式に切り替えるようにユーザに通知し、ユーザがマルチユーザ方式で稼動すると、いかなる処理もせず、現在のセルのユーザ数が前記切替閾値より小さい場合、ユーザがシングルユーザ方式で稼動すると、いかなる処理もせず、ユーザがマルチユーザ方式で稼動すると、シグナリングを送信して、シングルユーザ方式に切り替えるようにユーザに通知する。
上記方法において、上記ステップcにおいて、全てのユーザに対して統一的なスケジューリングを行い、全てのユーザが同一のMIMO方式において稼動し、全ての資源ブロックも同一のMIMO方式において稼動する。
上記方法において、上記ステップ2において、前記シングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替えは、基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、前記切替閾値を問い合わせて取得するステップa1と、ユーザからフィードバックした空間相関性が前記切替閾値より大きいとき、当該ユーザに対してマルチユーザ方式を採用し、そうでない場合、当該ユーザに対してシングルユーザ方式を採用するステップb1とを含む。
上記方法において、異なるユーザは異なるMIMO方式において稼動でき、シングルユーザ方式において稼動するユーザが占める資源ブロックも、シングルユーザ方式において稼動し、マルチユーザ方式において稼動するユーザが占める資源ブロックも、マルチユーザ方式において稼動する。
上記方法において、上記ステップ2において、前記ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替えは、基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、等価相関性を計算するステップa2と、基地局が前記等価相関性に基づいて前記切替閾値を問い合わせて取得するステップb2と、前記等価相関性が前記切替閾値より大きいかを判断し、大きい場合ZF-BFプリコーディング方式を採用し、そうでない場合ユニタリー行列プリコーディング方式を採用するステップc2とを含む。
上記方法において、上記ステップc2において、全てのユーザに対して統一的なスケジューリングを行い、全てのユーザが同一のプリコーディング方式において稼動し、全ての資源ブロックも同一のプリコーディング方式において稼動する。
上記方法において、上記ステップ2において、ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替えは、基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、前記切替閾値を問い合わせて取得するステップa3と、ユーザからフィードバックした空間相関性が前記切替閾値より大きい場合、当該ユーザに対してZF-BFプリコーディング方式を採用し、そうでない場合、当該ユーザに対してユニタリー行列プリコーディング方式を採用するステップb3とを含む。
上記方法において、異なるユーザは異なるプリコーディング方式において稼動し、ユニタリー行列プリコーディング方式において稼動するユーザが占める資源ブロックも、ユニタリー行列プリコーディング方式において稼動し、ZF-BFプリコーディング方式において稼動するユーザが占める資源ブロックも、ZF-BFプリコーディング方式において稼動する。
上記方法において、上記ステップ2において、前記離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替えは、基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、等価相関性を計算するステップa4と、基地局が前記等価相関性に基づいて前記切替閾値を問い合わせて取得するステップb4と、前記等価相関性が前記切替閾値より大きいかを判断し、大きい場合離散フーリエ変換コードブックを採用し、そうでない場合グラスマンコードブックを採用するステップc4とを含む。
上記方法において、上記ステップc4において、全てのユーザに対して統一的なスケジューリングを行い、全てのユーザが同一のコードブック状態において稼動し、全ての資源ブロックも同一のコードブック状態において稼動する。
上記方法において、上記ステップ2において、前記離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替えは、基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、前記切替閾値を問い合わせて取得するステップa5と、ユーザからフィードバックした空間相関性が前記切替閾値より大きい場合、当該ユーザに対して離散フーリエ変換コードブックを採用し、そうでない場合、当該ユーザに対してグラスマンコードブックを採用するステップb5とを含む。
上記方法において、異なるユーザは異なるコードブック状態において稼動し、離散フーリエ変換コードブック状態において稼動するユーザが占める資源ブロックも、離散フーリエ変換コードブック状態において稼動し、グラスマンコードブック状態において稼動するユーザが占める資源ブロックも、グラスマンコードブック状態において稼動する。
上記方法において、上記ステップ2において、前記大コードブックと小コードブック間の切り替えは、基地局が、ユーザ数を示す前記切替閾値を問い合わせて取得するステップa6と、現在のセルのユーザ数が前記切替閾値より大きいかを判断し、大きい場合、大コードブックを採用し、そうでない場合小コードブックを採用するステップb6とを含む。
上記方法において、上記ステップb6において、全てのユーザに対して統一的なスケジューリングを行い、全てのユーザが同一のコードブック状態において稼動し、全ての資源ブロックも同一のコードブック状態において稼動する。
上記方法において、異なるユーザは異なるコードブック状態において稼動し、大コードブック状態において稼動するユーザが占める資源ブロックも、大コードブック状態において稼動し、小コードブック状態において稼動するユーザが占める資源ブロックも、小コードブック状態において稼動する。
上記方法において、上記ステップ1において、異なるチャネルに応じて異なる切替閾値又は切替閾値テーブルを特定する。
本発明の目的を達成するために、本発明は、コードブックに基づいたMIMOシステムにおける適応プリコーディング装置を提供している。該装置は、異なる条件で測定して取得した先験値に基づいて取得した切替閾値又は切替閾値テーブルであって、送信空間相関性に対応する、ユーザ数についての切替閾値又は切替閾値テーブルを記憶する、基地局に設けられた記憶モジュールと、前記切替閾値又は切替閾値テーブルと、ユーザがフィードバックした実際の空間相関性とに基づいて閾値の比較を行い、比較結果に基づいて、切り替えるようにユーザに通知する、基地局に設けられた判断モジュールと、シングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替え、ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替え、及び/又は、離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替え、ユニタリー行列プリコーディング方式における大コードブックと小コードブック間の切替のうちの1つ又は複数を行う、ユーザ側に設けられた切替モジュールと、シングルユーザ方式とマルチユーザ方式の検知、ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式の検知、及び/又は離散フーリ変換コードブックとグラスマンコードブックの検知、ユニタリー行列プリコーディング方式における大コードブックと小コードブックの検知のうちの1つ又は複数を行う、ユーザ側に設けられた検知モジュールとを含む。
上記装置において、
Figure 0005197259
に基づいて空間相関性を測定し、測定した前記空間相関性を基地局にフィードバックする、ユーザ側に設けられた空間相関性測定・フィードバックモジュールを更に含み、そのうち、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間相関性を示し、
Figure 0005197259
は、ユーザkのチャネル行列である。
上記装置において、前記基地局は、等価相関性を計算する等価相関性計算モジュールを更に備える。
本発明の目的を達成するために、本発明は、コードブックに基づいたMIMOシステムにおける適応プリコーディング方法を提供している。該方法は、異なる条件で測定して取得した先験値に基づいて、受信空間相関性に対応する、ユーザ数についての切替閾値又は切替閾値テーブルを取得するステップ1と、前記切替閾値又は切替閾値テーブルと、実際の受信空間相関性とに基づいて、実際のユーザ数情報に基づいて行うシングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替え、マルチユーザ方式におけるユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替え、ZF-BFプリコーディング方式における離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替え、及び、マルチユーザ方式における実際のユーザ数情報に基づいて行われる大コードブックと小コードブック間の切替のうちの1つ又は複数を、択して行うステップ2とを含む。
上記方法において、上記ステップ2において、前記受信空間相関性は、ユーザからのフィードバックによって取得するか,又はアップ・ダウンチャネルの対称性によって取得し、ユーザからのフィードバックによって受信空間相関性を取得するプロセスは、同一セル内の各ユーザがそれぞれ
Figure 0005197259
に基づいて受信空間相関性を測定し、各ユーザが基地局に測定した前記受信空間相関性をフィードバックすることを含み、そのうち、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間相関性を示し、
Figure 0005197259
は、ユーザkのチャネル行列である。
本発明によれば、環境の変化に応じて、MIMO方式、プリコーディング方法、コードブックの切替えを行い、優れたものを選択して採用できるため、本発明の切替え方法の性能は、単独のSU-MIMO、単独のMU-MIMO、単独のUPプリコーディング、単独のZF-BFプリコーディング、単独のDFTコードブック、単独のグラスマンコードブック、及び、単独のコードブックサイズより優れている。
本発明の目的、技術案及び優れた点をより明らかにするため、図面及び具体的な実施形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
本発明は、異なるチャネルタイプに基づいて異なる切替閾値又は切替閾値テーブルを特定する。チャネルタイプとして、TU、VA、VBなどがある。以下の方法は、準静的切替方法であり、切替間隔は、例えば100msである。
本発明において切替閾値を特定するとき参照する空間相関性は、送信空間相関性であってもよいし、受信空間相関性であってもよい。以下、主に送信空間相関性を例として、3種類の切替について説明する。受信空間相関性に基づいて3種類の切替を行う基本原理は送信空間相関性の場合と同じであり、ただ、受信空間相関性を計算する式と送信空間相関性を計算する式とが少し違っている。
1.SU-MIMOとMU-MIMOの切替方法(ユーザ数に関係する)、及び基地局とユーザの構成は、図3に示すようである。
1)Cell Specific(セル全体切替)
(1)切替閾値テーブル
SU-MIMOとMU-MIMOは、セル(セクター)内のユーザ数に応じて切替を行い、異なる空間送信相関性条件に対応する切替閾値は互いに異なる。本発明は、閾値をシミュレーション経験を通じて設定する。
図4a〜図4dは、シミュレーション結果を示し、それぞれ、空間相関性(Tx correlation)が0、0.3、0.7、1である場合におけるシステム性能(縦軸)とユーザ数(横軸)との対応関係を示す。
シミュレーション結果により、本発明において、以下の切替閾値テーブルを取得する。
Figure 0005197259
切替閾値テーブルによると、異なる空間相関性に対応する切替閾値は互いに異なる。例えば、空間相関性が0〜0.2のとき、テーブルをサーチして切替閾値がユーザ数13であると判断でき、相関性が0.5〜0.8のとき、テーブルをサーチして切替閾値がユーザ数9であると判断できる。
本発明は、異なるチャネルに応じて、異なる切替閾値テーブルを特定できる。
(2)切替のフロー
図5に示すように、切替プロセスにおいて、ユーザ数が使用されている。基地局がセル(セクター)内のユーザ数を取得することは、元のシグナリングで完成し、ここで、他のシグナリングを必要とせず、切替プロセスにおいて、基地局が直接に使用する。
上記切替えは、詳しく以下のステップを含む。
ステップ501において、同一セル(セクター)内の各ユーザがそれぞれ送信・受信空間相関性を測定する。送信空間相関性の測定は、具体的に、
Figure 0005197259
に基づいて行われる。ここで、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間送信相関性を示し、
Figure 0005197259
は、ユーザkのチャネル行列である。
受信空間相関性の場合は、
Figure 0005197259
によって測定する。
ステップ502において、各ユーザは、測定した空間送信相関性を基地局にフィードバックする。
ステップ503において、基地局は、フィードバック情報を取得した後、すべてのユーザからフィードバックされた異なる空間送信相関性に基づいて、
Figure 0005197259
によって等価空間送信相関性
Figure 0005197259
を計算する。ここで、kはセル(セクター)内のユーザ数を示す。
フィードバックされたのが受信空間相関性である場合、等価相関性を計算する式も対応的に変化し、具体的には、
Figure 0005197259
によって計算する。
ステップ504において、基地局は、等価相関性を算出した後に、基地局に格納された切替閾値テーブルをサーチすることで切替閾値(ユーザ数)を取得する。そして、セル(セクター)内のユーザ数を、テーブルをサーチして取得した閾値と比較する。
ステップ505において、セル(セクター)内のユーザ数が閾値より高い場合、このときユーザがSU-MIMO方式で稼動していると、ステップ506において、基地局は、ユーザをSU-MIMOからMU-MIMO方式に切替え(シグナリングを送信してユーザに通知する)、このときユーザがMU-MIMO方式で稼動していると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。
ステップ507において、セル(セクター)内のユーザ数が閾値より低い場合、このときユーザがMU-MIMO方式で稼動していると、ステップ508において、基地局は、ユーザをMU-MIMOからSU-MIMO方式に切替え(シグナリングを送信してユーザに通知する)、このときユーザがSU-MIMO方式で稼動していると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。
(3)スケジューリング方法
すべてのユーザに対して統一的なスケジューリングを行なう。すべてのユーザは、SU-MIMO又はMU-MIMOの同一のMIMO方式で稼動し、すべてのRBは、SU-MIMO又はMU-MIMOの同一の方式で稼動する。
2)UE Specific(ユーザの単独切替)
(1)切替閾値
空間送信相関性に応じて、本発明は、閾値をシミュレーションによって設定する。
異なるチャネルに対して、本発明は、異なる切替閾値テーブルを特定できる。
(2)切替のフロー
まず、同一セル(セクター)内の各ユーザは、それぞれ空間送信相関性を測定する。具体的には、
Figure 0005197259
に基づいて測定する。ここで、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間送信相関性を示し、
Figure 0005197259
は、ユーザkのチャネル行列である。そして、各ユーザは、測定した空間送信相関性を基地局にフィードバックする。基地局は、フィードバック情報を取得した後、異なるユーザからフィードバックされた異なる空間相関性を、基地局に格納された切替閾値と比較する。あるユーザからフィードバックされた空間送信相関性が切替閾値より高い場合、このとき該ユーザがSU-MIMO方式で稼動していると、基地局はシグナリングを送信して該ユーザをMU-MIMO方式に切替え、このとき該ユーザがMU-MIMO方式で稼動していると、基地局はいかなる処理もせず、該ユーザが現状を保つようにする。あるユーザからフィードバックされた空間送信相関性が切替閾値より低い場合、このとき該ユーザがMU-MIMO方式で稼動していると、基地局はシグナリングを送信して該ユーザをSU-MIMO方式に切替え、このとき該ユーザがSU-MIMO方式で稼動していると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。
(3)スケジューリング方法
SU-MIMO方式で稼動するユーザとMU-MIMO方式で稼動するユーザは、それぞれ各自のCQIを算出してフィードバックする。基地局は、すべてのユーザからフィードバックされたCQIに基づいて、一定のスケジューリング準則でスケジューリングを行なう。異なるユーザは異なるMIMO方式で稼動し、異なるRBは異なるMIMO方式で稼動する。あるRB上のスケジューリング結果として、SU-MIMO方式でのユーザが該RBを占用する場合、該RBはSU-MIMO方式で稼動している。あるRB上のスケジューリング結果として、MU-MIMO方式でのユーザが該RBを占用する場合、該RBはMU-MIMO方式で稼動している。
2.MU-MIMOにおけるUPとZF-BFの切替方法(アンテナ数に関係する)
図6は、基地局とユーザの構成を示す図である。切替プロセスにおいて、ユーザのアンテナ数を使用したが、基地局がセル(セクター)内のユーザのアンテナ数を取得することは、既存のシグナリングで完成し、他のシグナリングを必要とせず、切替プロセスにおいて、基地局が直接に使用する。
1)Cell Specific(セル全体切替)
ユーザのアンテナ数は、ZF-BFをサポートする。
(1)切替閾値
空間相関性に基づいてUPとZF-BFとの間で切替える。本発明は、異なるチャネルに応じて、異なる切替閾値を特定できる。図7は、切替閾値を特定するための先験値の結果を示す。
(2)切替のフロー
図8に示すように、切替のフローは下記のとおりである。
まず、同一セル(セクター)内の各ユーザがそれぞれ空間送信相関性を測定する。具体的には、
Figure 0005197259
に基づいて測定する。ここで、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間送信相関性を示し、
Figure 0005197259
はユーザkのチャネル行列である。そして、各ユーザは、測定した空間送信相関性を基地局にフィードバックする。基地局は、フィードバック情報を取得した後、すべてのユーザからフィードバックされた異なる空間送信相関性に基づいて、
Figure 0005197259
で等価空間送信相関性
Figure 0005197259
を計算する。ここで、kは、セル(セクター)内のユーザ数を示す。基地局は、等価空間相関性を切替閾値と比較する。等価空間相関性が切替閾値より高い場合、このときユーザがUP状態にあると、基地局はユーザをUPからZF-BFに切替え(シグナリングを送信してユーザに通知する)、このときユーザがZF-BF状態にあると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。等価空間相関性が切替閾値より低い場合、このときユーザがZF-BF状態にあると、基地局はユーザをZF-BFからUPに切替え(シグナリングを送信してユーザに通知する)、このときユーザがUP状態にあると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。
(3)スケジューリング方法
すべてのユーザに対して統一的なスケジューリングを行なう。すべてのユーザは、UP又はZF-BFの同一のプリコーディング状態で稼動し、すべてのRBは、UP又はZF-BFの同一のプリコーディング状態で稼動する。
2)UE Specific(ユーザの単独切替)
(1)切替閾値は、Cell Specific(セル全体切替)に一致する。
(2)切替のフロー
まず、同一セル(セクター)内の各ユーザがそれぞれ空間送信相関性を測定する。具体的には、
Figure 0005197259
に基づいて測定する。ここで、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間送信相関性を示し、
Figure 0005197259
はユーザkのチャネル行列である。そして、各ユーザは、測定した空間送信相関性を基地局にフィードバックする。基地局は、フィードバック情報を取得した後、異なるユーザからフィードバックされた異なる空間相関性を、基地局に格納された切替閾値とそれぞれ比較する。あるユーザからフィードバックされた空間送信相関性が切替閾値より高い場合、このとき該ユーザがUP状態にあり且つ該ユーザのアンテナ数がZF-BFをサポートできると、基地局はシグナリングを送信して該ユーザをZF-BF状態に切替え、このとき該ユーザがZF-BF状態にあると、基地局はいかなる処理もせず、該ユーザが現状を保つようにする。あるユーザからフィードバックされた空間送信相関性が切替閾値より低い場合、このとき該ユーザがZF-BF状態にあると、基地局はシグナリングを送信して該ユーザをUP状態に切替え、このとき該ユーザがUP状態にあると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。
(3)スケジューリング方法
UP状態で稼動するユーザとZF-BF状態で稼動するユーザは、それぞれ各自のCQIを算出してフィードバックする。基地局は、すべてのユーザからフィードバックされたCQIに基づいて、一定のスケジューリング準則でスケジューリングを行なう。異なるユーザは異なるプリコーディング状態で稼動し、異なるRBは異なるプリコーディング状態で稼動する。あるRB上のスケジューリング結果として、UP状態でのユーザが該RBを占用する場合、該RBはUP状態で稼動している。あるRB上のスケジューリング結果として、ZF-BF状態でのユーザが該RBを占用する場合、該RBはZF-BF状態で稼動している。
3.ZF-BFにおけるコードブック切替方法
図9は、コードブック切替え方法における基地局とユーザの構成を示す図である。
1)Cell Specific(セル全体切替)
(1)切替閾値
図10は、コードブック切替方法において、切替閾値を特定するための先験値のシミュレーション結果を示す。本発明は、異なるチャネルに応じて、異なる切替閾値を特定でき、空間相関性に応じてグラスマンコードブックとDFTコードブックとの間で切替える。
(2)切替のフロー
図11は、本発明のコードブック切替方法における切替のフローを示す。図11に示すように、まず、同一セル(セクター)内の各ユーザがそれぞれ空間送信相関性を測定する。具体的には、
Figure 0005197259
に基づいて測定する。ここで、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間送信相関性を示し、
Figure 0005197259
はユーザkのチャネル行列である。そして、各ユーザは、測定した空間送信相関性を基地局にフィードバックする。基地局は、フィードバック情報を取得した後、すべてのユーザからフィードバックされた異なる空間送信相関性に基づいて、
Figure 0005197259
で等価空間送信相関性
Figure 0005197259
を計算する。ここで、kはセル(セクター)内のユーザ数を示す。基地局は、等価空間相関性を切替閾値と比較する。等価空間相関性が切替閾値より高い場合、このときユーザがグラスマンコードブック状態にあると、基地局はユーザをグラスマンコードブックからDFTコードブックに切替え(シグナリングを送信してユーザに通知する)、このときユーザがDFTコードブック状態にあると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。等価空間相関性が切替閾値より低い場合、このときユーザがDFTコードブック状態にあると、基地局はユーザをDFTコードブックからグラスマンコードブックに切替え(シグナリングを送信してユーザに通知する)、このときユーザがグラスマンコードブック状態にあると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。
(3)スケジューリング方法
すべてのユーザに対して統一的なスケジューリングを行なう。すべてのユーザは、グラスマンコードブック又はDFTコードブックの同一のコードブック状態で稼動し、すべてのRBは、グラスマンコードブック又はDFTコードブックの同一のコードブック状態で稼動する。
2)UE Specific(ユーザの単独切替)
(1)切替閾値は、セル全体切替に一致する。
(2)切替のフロー
まず、同一セル(セクター)内の各ユーザがそれぞれ空間送信相関性を測定する。具体的には、
Figure 0005197259
に基づいて測定する。ここで、
Figure 0005197259
は、ユーザkが受信側で測定した空間送信相関性を示し、
Figure 0005197259
はユーザkのチャネル行列である。そして、各ユーザは、測定した空間送信相関性を基地局にフィードバックする。基地局は、フィードバック情報を取得した後、異なるユーザからフィードバックされた異なる空間相関性を、基地局に格納された切替閾値とそれぞれ比較する。あるユーザからフィードバックされた空間送信相関性が切替閾値より高い場合、このとき該ユーザがグラスマンコードブック状態にあると、基地局はシグナリングを送信して該ユーザをDFTコードブック状態に切替え、このとき該ユーザがDFTコードブック状態にあると、基地局はいかなる処理もせず、該ユーザが現状を保つようにする。あるユーザからフィードバックされた空間送信相関性が切替閾値より低い場合、このとき該ユーザがDFTコードブック状態にあると、基地局はシグナリングを送信して該ユーザをグラスマンコードブック状態に切替え、このとき該ユーザがグラスマンコードブック状態にあると、基地局はいかなる処理もせず、ユーザが現状を保つようにする。
(3)スケジューリング方法
グラスマンコードブック状態で稼動するユーザとDFTコードブック状態で稼動するユーザは、それぞれ各自のCQIを算出してフィードバックする。基地局は、すべてのユーザからフィードバックされたCQIに基づいて、一定のスケジューリング準則でスケジューリングを行なう。異なるユーザは異なるプリコーディング状態で稼動し、異なるRBは異なるプリコーディング状態で稼動する。あるRB上のスケジューリング結果として、グラスマンコードブック状態でのユーザが該RBを占用する場合、該RBはグラスマンコードブック状態で稼動している。あるRB上のスケジューリング結果として、DFTコードブック状態でのユーザが該RBを占用する場合、該RBはDFTコードブック状態で稼動している
4.MU-MIMOにおいて、ユーザ数に応じて大コードブックと小コードブックとの間で切替える。
ユーザ数が閾値より大きい場合、大きいコードブックを採用する。そうではない場合、小さいコードブックを採用する。
具体的には、セル全体切替とユーザの単独切替に分けられる。セル全体切替において、すべてのユーザに対して統一的なスケジューリングを行なう。すべてのユーザは、同一のコードブック状態で稼動し、すべての資源ブロックも、同一のコードブック状態で稼動する。ユーザの単独切替において、異なるユーザは異なるコードブック状態で稼動し、大コードブック状態で稼動するユーザが占用する資源ブロックも大コードブック状態で稼動し、小コードブック状態で稼動するユーザが占用する資源ブロックも小コードブック状態で稼動する。
本発明による方法は以下の効果がある。
図12は、本発明のシングルユーザ/マルチユーザ方式の切替方法と単独のSU-MIMO又はMU-MIMO方式との効果を比較した図である。図12によると、切替を考慮しなかったSU-MIMO、MU-MIMOと比べ、セル(セクター)のユーザ数が異なる場合、本発明の切替方法による性能が最適であることが分かる。
図13は、本発明のプリコーディング切替方法と単独のUP、ZF-BFプリコーディングとの効果を比較した図である。図13によると、本発明による切替方法の性能が、UP、ZF-BFより優れていることが分かる。
図14は、本発明のコードブック切替方法と単独のDFTコードブック、単独のグラスマンコードブックとの効果を比較した図である。図14によると、本発明による切替方法の性能が、DFTコードブック、グラスマンコードブックより優れていることが分かる。
図15は、本発明による装置を示す。図15に示すように、MIMOシステムにおける適応プリコーディング装置は、ユーザ側にある空間相関性測定・フィードバックモジュールと、ユーザ側にある切替モジュールと、基地局にある等価相関性計算モジュールとを含む。
ユーザ側にある空間相関性測定・フィードバックモジュールは、測定した空間相関性を基地局にフィードバックする。
ユーザ側にある切替モジュールは、シングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替え、ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替え、及び/又は、離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替えのうちの1つ又は複数を行う。ここで、切替モジュールは、三種類の切替機能を同時に有してもよいし、そのうちの一種類又は二種類の機能を有してもよい。
基地局にある等価相関性計算モジュールは、
Figure 0005197259
で等価相関性
Figure 0005197259
を計算する。該モジュールは、セル全体切替の場合に存在するが、ユーザの単独切替の場合には存在しない。
また、基地局はさらに記憶モジュール(図示せず)を含む。該記憶モジュールは、異なる条件で測定して取得した先験値に基づいて取得した、空間送信相関性に対応する切替閾値テーブルを記憶する。
基地局はさらに判断モジュール(図示せず)を備える。該判断モジュールは、上記切替閾値テーブルと、ユーザからフィードバックされた空間相関性とに対して閾値の比較を行い、比較結果に基づいて、切り替えるようにユーザに通知する。
適応プリコーディング装置は、ユーザ側にあるMIMO検出モジュールを更に備える。該MIMO検出モジュールは、SU-MIMO検出モジュールとMU-MIMO検出モジュールとを含む。MU-MIMO検出モジュールは、さらにUPプリコーディング検出とZF-BFプリコーディング検出とを含んでもよい。ZF-BFプリコーディング検出は、さらにDFTコードブックに基く検出とグラスマンコードブックに基く検出とを含んでもよい。
以上は、本発明の好ましい実施形態に過ぎない。当該分野の一般技術者にとって、本発明の原理を逸脱しない前提で、若干の改進や変更は明らかであり、これらの改進や変更も本発明の保護範囲にあることが理解されよう。
図1aはシングルユーザMIMO、図1bはマルチユーザMIMOを示す図である。 図2aはUPプリコーディング、図2bはZF-BFプリコーディングを示す図である。 本発明によるSU-MIMO、MU-MIMOの切替え方法における基地局とユーザの構成を示す図である。 本発明による先験値取得のシミュレーション結果を示す図である。 本発明による先験値取得のシミュレーション結果を示す図である。 本発明によるSU-MIMOとMU-MIMOの切替のフローを示す図である。 本発明によるUP、ZF-BFの切替え方法における基地局とユーザの構成を示す図である。 UP、ZF-BFの切替閾値を特定するための先験値のシミュレーション結果を示す図である。 本発明によるUP、ZF-BFの切替のフローを示す図である。 本発明のコードブック切替方法における基地局とユーザの構成を示す図である。 コードブック切替方法の切替閾値を特定するための先験値のシミュレーション結果を示す図である。 本発明のコードブック切替方法の切替のフローを示す図である。 本発明のシングルユーザ・マルチユーザ方式切替方法と単独のSU-MIMO又はMU-MIMO方式との効果の比較を示す図である。 本発明のプリコーディング切替方法と単独のUP、ZF-BFプリコーディングとの効果の比較を示す図である。 本発明のコードブック切替方法と単独のDFTコードブック、単独のグラスマンコードブックとの効果の比較を示す図である。 本発明による装置を示す図である。

Claims (24)

  1. コードブックに基づいたMIMOシステムにおける適応プリコーディング方法であって、
    異なる条件で測定して取得した先験値に基づいて、送信空間相関性に対応する、ユーザ数についての切替閾値又は切替閾値テーブルを取得するステップ1と、
    前記切替閾値又は切替閾値テーブルと、実際の送信空間相関性とに基づいて、実際のユーザ数情報に基づいて行うシングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替え、マルチユーザ方式におけるユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替え、ZF-BFプリコーディング方式における離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替え、及び、マルチユーザ方式における実際のユーザ数情報に基づいて行われる大コードブックと小コードブック間の切替のうちの1つ又は複数を、択して行うステップ2と
    を含むことを特徴とするプリコーディング方法。
  2. 前記ステップ2において、前記送信空間相関性は、ユーザからのフィードバックによって取得するか,又はアップ・ダウンチャネルの対称性によって取得し、ユーザからのフィードバックによって空間相関性を取得するプロセスは、
    同一セル内の各ユーザがそれぞれ
    Figure 0005197259

    に基づいて空間相関性を測定し、各ユーザが基地局に測定した前記空間相関性をフィードバックすることを含み、そのうち、
    Figure 0005197259

    は、ユーザkが受信側で測定した空間相関性を示し、
    Figure 0005197259

    は、ユーザkのチャネル行列であることを特徴とする請求項1の方法。
  3. 前記ステップ2において、前記シングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替えは、
    基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、等価相関性を計算するステップaと、
    基地局が前記等価相関性に基づいて前記切替閾値テーブルをサーチして、ユーザ数を示す切替閾値を取得するステップbと、
    現在のセルのユーザ数が前記切替閾値より大きいかを判断し、大きい場合マルチユーザ方式を採用し、そうでない場合シングルユーザ方式を採用するステップcと
    を含むことを特徴とする請求項2の方法。
  4. ステップcにおいて、現在のセルのユーザ数が前記切替閾値より大きい場合、ユーザがシングルユーザ方式で稼動すると、シグナリングを送信して、マルチユーザ方式に切り替えるようにユーザに通知し、ユーザがマルチユーザ方式で稼動すると、いかなる処理もせず、
    現在のセルのユーザ数が前記切替閾値より小さい場合、ユーザがシングルユーザ方式で稼動すると、いかなる処理もせず、ユーザがマルチユーザ方式で稼動すると、シグナリングを送信して、シングルユーザ方式に切り替えるようにユーザに通知することを特徴とする請求項3の方法。
  5. ステップcにおいて、全てのユーザに対して統一的なスケジューリングを行い、全てのユーザが同一のMIMO方式において稼動し、全ての資源ブロックも同一のMIMO方式において稼動することを特徴とする請求項4の方法。
  6. ステップ2において、前記シングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替えは、
    基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、前記切替閾値を問い合わせて取得するステップa1と、
    ユーザからフィードバックした空間相関性が前記切替閾値より大きいとき、当該ユーザに対してマルチユーザ方式を採用し、そうでない場合、当該ユーザに対してシングルユーザ方式を採用するステップb1と
    を含むことを特徴とする請求項2の方法。
  7. 異なるユーザは異なるMIMO方式において稼動でき、シングルユーザ方式において稼動するユーザが占める資源ブロックも、シングルユーザ方式において稼動し、マルチユーザ方式において稼動するユーザが占める資源ブロックも、マルチユーザ方式において稼動することを特徴とする請求項6の方法。
  8. 前記ステップ2において、前記ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替えは、
    基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、等価相関性を計算するステップa2と、
    基地局が前記等価相関性に基づいて前記切替閾値を問い合わせて取得するステップb2と、
    前記等価相関性が前記切替閾値より大きいかを判断し、大きい場合ZF-BFプリコーディング方式を採用し、そうでない場合ユニタリー行列プリコーディング方式を採用するステップc2と
    を含むことを特徴とする請求項2の方法。
  9. ステップc2において、全てのユーザに対して統一的なスケジューリングを行い、全てのユーザが同一のプリコーディング方式において稼動し、全ての資源ブロックも同一のプリコーディング方式において稼動することを特徴とする請求項8の方法。
  10. 前記ステップ2において、ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替えは、
    基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、前記切替閾値を問い合わせて取得するステップa3と、
    ユーザからフィードバックした空間相関性が前記切替閾値より大きい場合、当該ユーザに対してZF-BFプリコーディング方式を採用し、そうでない場合、当該ユーザに対してユニタリー行列プリコーディング方式を採用するステップb3と
    を含むことを特徴とする請求項2の方法。
  11. 異なるユーザは異なるプリコーディング方式において稼動し、ユニタリー行列プリコーディング方式において稼動するユーザが占める資源ブロックも、ユニタリー行列プリコーディング方式において稼動し、ZF-BFプリコーディング方式において稼動するユーザが占める資源ブロックも、ZF-BFプリコーディング方式において稼動することを特徴とする請求項10の方法。
  12. 前記ステップ2において、前記離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替えは、
    基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、等価相関性を計算するステップa4と、
    基地局が前記等価相関性に基づいて前記切替閾値を問い合わせて取得するステップb4と、
    前記等価相関性が前記切替閾値より大きいかを判断し、大きい場合離散フーリエ変換コードブックを採用し、そうでない場合グラスマンコードブックを採用するステップc4と
    を含むことを特徴とする請求項2の方法。
  13. ステップc4において、全てのユーザに対して統一的なスケジューリングを行い、全てのユーザが同一のコードブック状態において稼動し、全ての資源ブロックも同一のコードブック状態において稼動することを特徴とする請求項12の方法。
  14. 前記ステップ2において、前記離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替えは、
    基地局がユーザからフィードバックした空間相関性を取得した後、前記切替閾値を問い合わせて取得するステップa5と、
    ユーザからフィードバックした空間相関性が前記切替閾値より大きい場合、当該ユーザに対して離散フーリエ変換コードブックを採用し、そうでない場合、当該ユーザに対してグラスマンコードブックを採用するステップb5と
    を含むことを特徴とする請求項2の方法。
  15. 異なるユーザは異なるコードブック状態において稼動し、離散フーリエ変換コードブック状態において稼動するユーザが占める資源ブロックも、離散フーリエ変換コードブック状態において稼動し、グラスマンコードブック状態において稼動するユーザが占める資源ブロックも、グラスマンコードブック状態において稼動することを特徴とする請求項14の方法。
  16. 前記ステップ2において、前記大コードブックと小コードブック間の切り替えは、
    基地局が、ユーザ数を示す前記切替閾値を問い合わせて取得するステップa6と、
    現在のセルのユーザ数が前記切替閾値より大きいかを判断し、大きい場合、大コードブックを採用し、そうでない場合小コードブックを採用するステップb6と
    を含むことを特徴とする請求項2の方法。
  17. ステップb6において、全てのユーザに対して統一的なスケジューリングを行い、全てのユーザが同一のコードブック状態において稼動し、全ての資源ブロックも同一のコードブック状態において稼動することを特徴とする請求項16の方法。
  18. 異なるユーザは異なるコードブック状態において稼動し、大コードブック状態において稼動するユーザが占める資源ブロックも、大コードブック状態において稼動し、小コードブック状態において稼動するユーザが占める資源ブロックも、小コードブック状態において稼動することを特徴とする請求項16の方法。
  19. 前記ステップ1において、異なるチャネルに応じて異なる切替閾値又は切替閾値テーブルを特定することを特徴とする請求項1乃至18の何れか一項の方法。
  20. コードブックに基づいたMIMOシステムにおける適応プリコーディング装置において、
    異なる条件で測定して取得した先験値に基づいて取得した切替閾値又は切替閾値テーブルであって、送信空間相関性に対応する、ユーザ数についての切替閾値又は切替閾値テーブルを記憶する、基地局に設けられた記憶モジュールと、
    前記切替閾値又は切替閾値テーブルと、ユーザがフィードバックした実際の空間相関性とに基づいて閾値の比較を行い、比較結果に基づいて、切り替えるようにユーザに通知する、基地局に設けられた判断モジュールと、
    シングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替え、ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替え、及び/又は、離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替え、ユニタリー行列プリコーディング方式における大コードブックと小コードブック間の切替のうちの1つ又は複数を行う、ユーザ側に設けられた切替モジュールと、
    シングルユーザ方式とマルチユーザ方式の検知、ユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式の検知、及び/又は離散フーリ変換コードブックとグラスマンコードブックの検知、ユニタリー行列プリコーディング方式における大コードブックと小コードブックの検知のうちの1つ又は複数を行う、ユーザ側に設けられた検知モジュールと
    を含むことを特徴とするプリコーディング装置。
  21. Figure 0005197259

    に基づいて空間相関性を測定し、測定した前記空間相関性を基地局にフィードバックする、ユーザ側に設けられた空間相関性測定・フィードバックモジュールを更に含み、そのうち、
    Figure 0005197259

    は、ユーザkが受信側で測定した空間相関性を示し、
    Figure 0005197259

    は、ユーザkのチャネル行列であることを特徴とする請求項20の装置。
  22. 前記基地局は、等価相関性を計算する等価相関性計算モジュールを更に備えることを特徴とする請求項21の装置。
  23. コードブックに基づいたMIMOシステムにおける適応プリコーディング方法であって、
    異なる条件で測定して取得した先験値に基づいて、受信空間相関性に対応する、ユーザ数についての切替閾値又は切替閾値テーブルを取得するステップ1と、
    前記切替閾値又は切替閾値テーブルと、実際の受信空間相関性とに基づいて、実際のユーザ数情報に基づいて行うシングルユーザ方式とマルチユーザ方式間の切り替え、マルチユーザ方式におけるユニタリー行列プリコーディング方式とZF-BFプリコーディング方式間の切り替え、ZF-BFプリコーディング方式における離散フーリエ変換コードブックとグラスマンコードブック間の切り替え、及び、マルチユーザ方式における実際のユーザ数情報に基づいて行われる大コードブックと小コードブック間の切替のうちの1つ又は複数を、択して行うステップ2と
    を含むことを特徴とするプリコーディング方法。
  24. 前記ステップ2において、前記受信空間相関性は、ユーザからのフィードバックによって取得するか,又はアップ・ダウンチャネルの対称性によって取得し、ユーザからのフィードバックによって受信空間相関性を取得するプロセスは、
    同一セル内の各ユーザがそれぞれ
    Figure 0005197259

    に基づいて受信空間相関性を測定し、各ユーザが基地局に測定した前記受信空間相関性をフィードバックすることを含み、そのうち、
    Figure 0005197259

    は、ユーザkが受信側で測定した受信空間相関性を示し、
    Figure 0005197259

    は、ユーザkのチャネル行列であることを特徴とする請求項23の方法。
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