JP5244172B2 - 無線通信ネットワークにおける複数アンテナ送信を制御する方法及び装置 - Google Patents
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Description
として算出されてもよい。より具体的には、最適プリコーディング行列は
として書くことができることが示されている。ここで、UはEHHHの固有ベクトルを列に有する行列を示し、
は
を対角成分に有する対角行列を示し、pjはUの第j列に対応するj番目の固有伝送モードに割り当てられた電力部分を示す。
は以下の条件を満たさなければならないことがさらに示されている。
ここで、
であり、
は変換されたチャネル
の列ベクトルである。MMSEjという用語は
に依存するため、相対電力レベル
は黙示的に定義されるだけであることに留意されたい。
の結合確率分布(又はこれに代えてHの結合確率分布)に基づいて
を算出する反復アルゴリズムが提案されている。最初のステップとして、アルゴリズムは(例えばすべてのjに対して
を設定することによって)
となるように
を初期化する。次に、アルゴリズムは解が収束するまで以下の不動点方程式を反復する。
ここで、
は
に等しくなるように設定されたpjを用いて式4に基づいて算出される。
の結合確率分布
を必要とするが、受信機においてすらこれを決定することは不可能でないにしろ難しく、送信機においては言うまでもない。これらの対象の式に含まれる積分は、受信機において観測された
の多くの実現値(realizations)にわたって平均をとることによって近似され得るが、このアプローチはさらなる複雑さを含む。対象の量は
だけでなく、割り当てられた電力レベル
にも依存するため、最適な電力レベルを算出するために
の様々な値についてこれらの量が評価される必要がある。結果として、
の実現値の複数の及び/又は大きな集合が宛先受信機の作業メモリ(例えばRAM)に記憶される必要があるだろう。しかしながら、実際には、宛先受信機において、最適な送信プリコーディング値の算出のために上記のアルゴリズムを実行するような十分なメモリと計算能力を要求することは望ましくない。
ここで、Hは平均がゼロであるMIMOチャネル応答(nR×nT行列)を示し、rは受信信号を示し、sは送信信号を示し、wはnT個の送信アンテナ及びnR個の受信アンテナを有する無線通信システムにおける雑音干渉成分を示す。雑音成分wは、共分散行列Rw≡E{wwH}を用いて受信アンテナにわたって空間的に色付けされてもよい。ここで、E{・}は中括弧内の量の期待値を示す。
として決定され得る。
により表されるnR×nT次元の独立同分布(IID)ガウス分布の行列サンプルの集合を備える又は別様に表現する事前に算出された値を保持又は別様に維持する。変数Nsは事前に記憶されたサンプル数を表し、サンプル数は必要に応じて多くされてもよく、すなわち場合によっては大きなサンプル集合サイズが用いられてもよい。
を仮想チャネル実現値
に拡大縮小及び変換するために算出されて使用される。すなわち、このような実施形態において、仮想チャネル実現値のために用いられるテンプレート・チャネル実現値の初期集合は(IID)ガウス分布サンプルの集合を備える。
に従って生成される。ここで、一般に、「A・B」は同一の次元を有する二つの行列AとBとの成分ごとの積を示し、vec(A)はAのすべての列を一つのベクトルにまとめることによって形成されたベクトルを示し、matm,n(X)はmn次元のベクトルXを型変換することによって形成されたm×n行列を示す。
に含まれるIIDガウス分布の行列サンプルの集合のようなテンプレート・チャネル実現値の初期集合を記憶する例えば一つ以上のメモリ装置32のような記憶装置を含み、又はこの記憶装置に関連付けられる。
により与えられる白色化チャネルのフル共分散行列は所与の受信機12から低速なフィードバック・リンクを通じて送信機10に利用可能にされる。この場合に、ユニタリ変換行列UΦは、Φfullの固有ベクトルを列に有する行列であり、拡大縮小行列Sは、すべてのi∈{1,2,…,nR}及びj∈{1,2,…,nT}について
のようにΦfullの固有ベクトルの成分ごとの平方根から導出される。この文脈において、
はk=1,2,…,nRnTについてΦfullのk番目の固有値を示す。
によって与えられ、所与の受信機12からのフィードバックを介して送信機10に利用可能にされる。この場合に、ユニタリ変換行列は
として選ばれる。ここで、UTXはΦTXの固有ベクトルを列に有する行列を示し、
はnR×nR単位行列を示し、
はクロネッカー積を示す。この公式によって、拡大縮小行列Sは、すべてのi∈{1,2,…,nR}及びj∈{1,2,…,nT}について
のようにΦTXの固有ベクトルの成分ごとの平方根から導出される。ここで、
はk=1,2,…,nTについてΦTXのk番目の固有値を示す。この実施形態において、ベクトル化のステップ及び行列形成のステップは省略され得る、すなわち図1に示された要素28及び要素30は省略され得ることに留意されたい。この省略は、仮想チャネル実現値が
として直接に生成され得るために可能となる。
により与えられる。ここで、[A]m:n,l:kはAの第m行から第n行及び第l列から第k列からなるAの部分行列を示す。
の集合を用いるように構成される。すなわち、少なくとも一つの実施形態において、送信コントローラ20は、所与の受信機12へのMIMO送信の様々な固有モードに対する送信アンテナ16の(オプションの)電力割り当てを、この所与の受信機12に対する実チャネル実現値の二次統計量から構築された仮想チャネル実現値の対応集合
に基づいて決定する。
及び
を以下のように評価するのに用いられ得る。j=1,2,…,nTについて、
ここで、
は変換された行列
の第i列を示す。
の使用により、送信コントローラ20は、式20及び式21に表される加算を介して式9及び式10に表現される積分を正確に近似するのに十分なサンプル集合が提供されることがわかる。この能力は特に、送信機10における実チャネル実現値
の確率分布関数の知識に式9及び式10が依存し、且つこの知識は一般に厄介である十分なチャネル・フィードバックを用いない限り欠けていることを前提とすると有益である。よって、送信コントローラ20が実チャネル実現値の確率密度関数に関する一つ以上の積分に基づいて送信プリコーディングのための電力割り当てを算出するように構成される場合に、有利には、送信コントローラ20は仮想チャネル実現値の一部又は全部のサンプル集合にわたって平均をとることによってこの積分を近似するように構成されてもよい。
は、j=1,2,…,nTについて
から
として算出できる。
が一つ以上の実施形態において用いられ、
は事前に算出されて記憶された値から生成されてもよい。すなわち、
のサンプルは作業メモリに記憶されて必要に応じてコピーがロードされてもよい。
で表現されるテンプレート・チャネル実現値は、式13の文脈で説明されたような宛先受信機12における実チャネル実現値の二次統計量を反映するように拡大縮小及び変換を通じて適応される。すなわち、一つ以上の実施形態において、送信コントローラ20は、個別の行列サンプル
を仮想チャネル実現値
に拡大縮小及び変換するために、サイズnR×nTの拡大縮小行列SとサイズnRnT×nRnTのユニタリ行列UΦとを用いる。
に加えられることが異なる。
と
ととして修正したMIMO直交周波数分割多重システムに本発明で説明された処理を適用するように構成され得る。ここで、
はk番目のサブキャリアにおける周波数領域の白色化チャネル応答を示し、
は対応するn番目の時間領域のチャネル・タップを示し、Nfはシステムにおけるサブキャリア数を示し、Lは時間領域のチャネル・タップの最大数を示す。
一部の実施形態では、一つ以上の処理回路21は、一つ以上のマイクロプロセッサと、一つ以上のマイクロプロセッサに含まれる又は接続可能なメモリ32内に記憶された対応プログラム命令とを有してもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は記憶装置32を含んで又は記憶装置32に関連付けられていてもよく、記憶装置32に記憶されている事前に算出された値からテンプレート・チャネル実現値の初期集合を生成するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、事前に記憶された独立同分布(IID)ガウス分布のサンプル集合からテンプレート・チャネル実現値の初期集合を形成することによって、事前に算出されて記憶された値からテンプレート・チャネル実現値の初期集合を生成するように構成されてもよい。送信コントローラ20は、仮想チャネル実現値の集合が二次統計量を反映するように二次統計量に応じてテンプレート・チャネル実現値の初期集合内の初期テンプレート・チャネル実現値を拡大縮小及び変換することにより仮想チャネル実現値の集合内の各仮想チャネル実現値を形成することによって、仮想チャネル実現値の集合を取得するために二次チャネル統計量に応じてテンプレート・チャネル実現値の初期集合を適応させるようにさらに構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、仮想チャネル実現値の集合から送信プリコーディングのための電力割り当てを算出することによって、仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、仮想チャネル実現値の集合の一部又は全部のサンプル集合にわたって平均をとることに基づいて、実チャネル実現値に対応する確率密度関数に関する積分を近似することに依存して最適な送信アンテナ電力割り当てを繰り返し算出することによって、前記仮想チャネル実現値の集合から送信プリコーディングのための電力割り当てを算出するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、仮想チャネル実現値の集合に基づいて宛先受信機12に対する変調・符号化方式(MCS)を選択することによって、仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、送信機10において受信した宛先受信機12からの既知の信号の観測値に基づいて二次統計量を算出することによって、宛先受信機12における実チャネル実現値についての二次統計量を決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、宛先受信機12からのフィードバックに基づいて二次統計量を決定することによって、宛先受信機12における実チャネル実現値についての二次統計量を決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、宛先受信機12から二次統計量を受信することによって、宛先受信機12からのフィードバックに基づいて二次統計量を決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、実チャネル実現値に対する白色化チャネル実現値についての二次統計量を決定することによって、宛先受信機12における実チャネル実現値についての二次統計量を決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、白色化チャネル応答の共分散を決定することによって、実チャネル実現値に対する白色化チャネル実現値についての二次統計量を決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、宛先受信機12からのフィードバックとして白色化チャネル応答に関する共分散情報を受信することによって、白色化チャネル応答の共分散を決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信コントローラ20は、白色化チャネル応答の共分散に基づいてテンプレート・チャネル実現値の初期集合を拡大縮小及び変換することによって、二次チャネル統計量に応じてテンプレート・チャネル実現値の初期集合を適応させるように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信機10は無線通信ネットワーク14において動作するように構成された直交周波数分割多重(OFDM)送信器を備えてもよい。送信コントローラ20は、仮想チャネル実現値の集合に基づいて、二つ以上の送信アンテナ16のそれぞれからOFDMチャンクを送信するための送信プリコーディング重みを算出することによって、宛先受信機12への送信を再御するために仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、送信機10は無線通信ネットワークにおいて動作するように構成された多入力多出力(MIMO)送信器を備えてもよい。送信コントローラ20は、仮想チャネル実現値の集合に基づいて、二つ以上の送信アンテナ16のそれぞれから宛先受信機12へ送信するための送信プリコーディング重みを算出することによって、宛先受信機12への送信を再御するために仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定するように構成されてもよい。
上記の例及びその他の変形及び拡張を考慮に入れて、当業者は前述の説明及び添付の図面が、二次チャネル統計量に基づく送信制御について本明細書で教示される方法及び装置の非限定的な例を表すことを理解するだろう。このようなものとして、本発明は前述の説明及び添付の図面により限定されない。その代わりに、本発明は後続の特許請求の範囲及びその法的な均等物によってのみ限定される。
Claims (17)
- 複数アンテナ送信機(10)からの送信を制御する方法であって、
複数のテンプレート・チャネル実現値を含むテンプレート・チャネル実現値の初期集合を生成する工程と、
宛先受信機(12)における実チャネル実現値についての二次統計量を決定する工程と、
前記実チャネル実現値の前記二次統計量を反映し且つ複数の仮想チャネル実現値を含む仮想チャネル実現値の集合を取得するために前記二次統計量に応じて前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を適応させる工程と、
前記仮想チャネル実現値の集合の一部又は全部のサンプル集合にわたって平均をとることにより前記実チャネル実現値に対応する確率密度関数に関する積分を近似することに基づいて、前記宛先受信機(12)への送信を制御するために前記仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定する工程と
を有することを特徴とする方法。 - 前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を生成する工程は、事前に算出されて記憶された値から前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を生成する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記事前に算出されて記憶された値から前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を生成する工程は、事前に記憶された独立同分布(IID)ガウス分布の行列サンプルの集合から前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を形成する工程を有することを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記仮想チャネル実現値の集合を取得するために前記二次統計量に応じて前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を適応させる工程は、前記仮想チャネル実現値の集合が前記実チャネル実現値の前記二次統計量を反映するように前記二次統計量に応じて前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合内の初期テンプレート・チャネル実現値を拡大縮小及び変換することによって前記仮想チャネル実現値の集合内の各仮想チャネル実現値を形成する工程を有することを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定する工程は、前記仮想チャネル実現値の集合から送信プリコーディングのための電力割り当てを算出する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記仮想チャネル実現値の集合から送信プリコーディングのための電力割り当てを算出する工程は、前記仮想チャネル実現値の集合の一部又は全部のサンプル集合にわたって平均をとることに基づいて前記実チャネル実現値に対応する確率密度関数に関する積分を近似することに依存して最適な送信アンテナ電力割り当てを繰り返し算出する工程を有することを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定する工程は、前記仮想チャネル実現値の集合に基づいて前記宛先受信機(12)に対する変調・符号化方式(MCS)を選択する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記宛先受信機(12)における実チャネル実現値についての二次統計量を決定する工程は、前記送信機(10)において受信した前記宛先受信機(12)からの既知の信号の観測値に基づいて前記二次統計量を算出する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記宛先受信機(12)における実チャネル実現値についての二次統計量を決定する工程は、前記宛先受信機(12)からのフィードバックに基づいて前記二次統計量を決定する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記宛先受信機(12)からのフィードバックに基づいて前記二次統計量を決定する工程は、前記宛先受信機(12)から前記二次統計量を受信する工程を有することを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記宛先受信機(12)における実チャネル実現値についての二次統計量を決定する工程は、前記実チャネル実現値に対する白色化チャネル応答についての二次統計量を決定する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記実チャネル実現値に対する白色化チャネル応答についての二次統計量を決定する工程は、前記白色化チャネル応答の共分散を決定する工程を有することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記白色化チャネル応答の共分散を決定する工程は、前記宛先受信機(12)からのフィードバックとして前記白色化チャネル応答に関する共分散情報を受信する工程を有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記二次統計量に応じて前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を適応させる工程は、前記白色化チャネル応答の前記共分散に基づいて前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を拡大縮小及び変換する工程を有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記送信機(10)は無線通信ネットワークにおいて動作するように構成された直交周波数分割多重(OFDM)送信器を備え、
前記仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定する工程は、前記仮想チャネル実現値の集合に基づいて、二つ以上の送信アンテナ(16)のそれぞれからOFDMチャンクを送信するための送信プリコーディング重みを算出する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記送信機(10)は無線通信ネットワーク(14)において動作するように構成された多入力多出力(MIMO)送信器を備え、
前記仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定する工程は、前記仮想チャネル実現値の集合に基づいて、二つ以上の送信アンテナ(16)のそれぞれから前記宛先受信機(12)へ送信するための送信プリコーディング重みを算出する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 複数アンテナ送信機(10)のための送信コントローラ(20)であって、
複数のテンプレート・チャネル実現値を含むテンプレート・チャネル実現値の初期集合を生成し、
宛先受信機(12)における実チャネル実現値についての二次統計量を決定し、
前記実チャネル実現値の前記二次統計量を反映し且つ複数の仮想チャネル実現値を含む仮想チャネル実現値の集合を取得するために前記二次統計量に応じて前記テンプレート・チャネル実現値の初期集合を適応させ、
前記仮想チャネル実現値の集合の一部又は全部のサンプル集合にわたって平均をとることにより前記実チャネル実現値に対応する確率密度関数に関する積分を近似することに基づいて、前記宛先受信機(12)への送信を制御するために前記仮想チャネル実現値の集合に応じて一つ以上の送信制御パラメータを決定する
ように構成された一つ以上の処理回路(21)を備えることを特徴とする送信コントローラ(20)。
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