JP5253502B2 - ベクトルを符号化する方法 - Google Patents

Description

本発明は、多入力多出力（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｐｕｔ；ＭＩＭＯ）送信信号のためのベクトルを、符号化する方法に関するものである。

本発明は、たとえばＭＩＭＯ信号に関係し、たとえばＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）において実装されるＭＩＭＯ信号に関係する。

周波数分割複信（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ；ＦＤＤ）モードで動作する通信システムにおける、端末にとっての１つの重要な側面は、信頼性の高いチャネル状態情報（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＣＳＩ）を送信機に供給することである。このＣＳＩは、ダウンリンクにおけるユーザのスケジューリング、適応型の変調ならびに符号化方式の選択、およびチャネル状態に応じたデータ信号の前処理を可能とする。

たとえば片方または両方の送信端においてアンテナアレイを使用する送信方式において、この制御情報は重要である。実際、送信データのより高い信頼性および／またはより高いスループットという観点で、ＭＩＭＯゲインを活用するためには、送信機は、ターゲットユーザの伝播チャネルに適合するビームであって、場合によっては他の望ましくないビームからの干渉が最小限であるようなビームを形成できるべきである。このことは、送信機側においてプリコーディング技術を適用することにより実現することができ、このプリコーディング技術は、送信アンテナ要素と受信アンテナ要素との各ペア由来のチャネル伝播係数が、精確に分かっていることを要する。

このＣＳＩは、典型的には、受信端末により周期的にフィードバックされる制御情報によって、ＦＤＤシステム内の送信機に伝達される。制御通知の内容は、一般的に、チャネル測定結果のベクトルの符号化表現と、チャネル品質インジケータＣＱＩとを含み、このチャネル品質インジケータＣＱＩは、受信機の予期される動作環境における信号対雑音および干渉比ＳＩＮＲを示す。

チャネルベクトルを符号化する１つの一般的な手法は、送信機と端末との両方にとって既知であるベクトルのコードブックを供給することによる手法であり、端末は、何らかの測定基準により、そのチャネルベクトルに最も近いコードブックベクトルに対応するインデックスをフィードバックする。これは、基本的には、ベクトル量子化操作である。この量子化インデックスのレポートは、時間および周波数において周期的に行われる。これは、インデックスが、所与の時間−周波数リソースブロックごとにフィードバックされることを意味する。これら複数のフィードバックレポートは、いくらかのレベルの相関を示し、時間および周波数に対するチャネルの変動がゆっくりとなるにつれて、この相関レベルは増大する。

本発明の１つの目的は、制御通知のビットレートの低減および／またはＣＳＩレポートの精度の向上を図ることである。

上記の目的のため、上記で述べた相関を活用しようとすることに意味がある。

そのため、送信機から受信機に送信するベクトルを符号化する方法であって、予め規定されたＭ次元のベクトルコードブック中から、第１のベクトルを選択する工程と、少なくとも１つの精度向上工程であって、先の工程と比較して次元が１減らされたさらなるベクトルコードブックからさらなるベクトルを選択することにより、ランダムなベクトルと上記の第１のベクトルとの間の誤差ベクトルが量子化される精度向上工程とを含み、上記のＭ次元のベクトルコードブックおよび予め規定された上記のさらなるベクトルコードブックが、送信機および受信機の両方にとって既知であることを特徴とする方法が提供される。

本発明の１つの実施形態によれば、先の工程と比較して次元が１減らされたさらなるベクトルコードブックは、先の工程と比較して次元が１減らされた予め規定されたベクトルコードブックを回転させることにより得られる。

本発明の別の実施形態によれば、回転のパラメータは、手順中の先の工程において選択されたベクトルにより、完全に決められる。

本発明の別の実施形態によれば、各工程における量子化結果のインジケータが、送信機から受信機へと通知される。

また、送信機から受信機に送信するベクトルを符号化するエンコーダであって、予め規定されたＭ次元のベクトルコードブック中から、第１のベクトルを選択し、少なくとも１つの精度向上工程であって、先の工程と比較して次元が１減らされたさらなるベクトルコードブックからさらなるベクトルを選択することにより、ランダムなベクトルと上記の第１のベクトルとの間の誤差ベクトルが量子化される精度向上工程を実行するように構成されており、上記のＭ次元のベクトルコードブックおよび予め規定された上記のさらなるベクトルコードブックが、送信機および受信機の両方にとって既知であることを特徴とするエンコーダが提供される。

本発明は、無線通信システム、とりわけＵＭＴＳ ＬＴＥまたは将来の他のセルラシステムにおける、制御通知の符号化に適用することができる。

したがって、ランダムなベクトルを符号化するためのエンコーダと、かかるランダムなベクトルを受信機に送信する送信機とを含む無線通信端末、および、ランダムなベクトルを符号化するためのエンコーダと、かかるランダムなベクトルを受信機に送信する送信機とを含む基地局が提供される。

Ｍ＝３である本発明の精度向上方法の一工程を表した図 Ｍ＝３である本発明の精度向上方法の一工程を表した図 Ｍ＝３である本発明の精度向上方法の一工程を表した図

以下、例として添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

本発明では、精度が向上させられていく複数の工程でランダムなベクトルを符号化する方法であって、互いに相関を有する複数のベクトル事例を連続してレポートする場合において、そのベクトルにより担持される情報の精度向上を可能とする方法が説明される。

最も一般的な形態では、本発明は以下のように説明することができる。符号化されるべきベクトルが次元Ｍを有している場合、次元Ｍ、Ｍ−１から２次元に至るまでのベクトル空間において、ベクトル量子化に適した複数のベクトルコードブックが付与され、ベクトルコードブックの数は、所与のアプリケーションに対して考えられる精度向上工程の最大数に依存する。

符号化プロセスの第１の工程は、Ｍ次元のコードブックを用いた、通常のベクトル量子化操作である。これを、精度向上工程０と呼ぶこととする。

次の符号化操作では、まず、テスト手順が実行されてもよい。このテスト手順においては、先の工程から変化しているかもしれないベクトルが、Ｍ次元のコードブックを用いて再度量子化される。この量子化の結果、先の工程とは異なるベクトルインデックスが得られた場合には、この新たなベクトルが、そのベクトルの新たな表現として採用される。しかしながら、コードブックＭから得られた量子化ベクトルインデックスが、先の操作におけるインデックスと同一である場合には、さらなる精度向上工程へと進む。コードブックＭにより生成された量子化誤差自体が、コードブックＭ−１を用いて量子化される。これを、精度向上工程１と呼ぶこととする。この量子化が可能なのは、量子化誤差ベクトルが、次元Ｍ−１を有する、量子化ベクトルに直交するベクトル空間内にあるためである。本発明の方法の１つの可能な実装形態では、上記で述べたテスト手順が省略され、端末が、常用のパターンとして、精度向上工程０の後に精度向上工程１の結果を常にレポートするようにされてもよい。この場合、Ｍ次元コードブック由来のベクトルインデックスが変化したために、精度向上が可能でない場合には、端末は、その事実を送信機に通知してもよい。

次の符号化操作でも、まず、テスト手順が実行されてもよい。このテスト手順においては、ベクトルが、コードブックＭおよびＭ−１を用いて、再度量子化される。これらの操作のうちのいずれかが、先の工程と異なるインデックスを結果として返した場合には、この新たなインデックスにより、そのベクトルの新たな表現が付与される。そうではなく、両方の操作が同一のインデックスを結果として返した場合、またはテスト手順が省略された場合には、当該方法は、精度向上工程１に関する誤差ベクトルがコードブックＭ−２を用いて量子化される、さらなる精度向上工程へと進む。この工程は、精度向上工程２である。

さらなる精度向上工程のためのコードブックが付与されている場合には、ベクトル表現の精度をさらに向上させることにより、この反復手順が引き続き行われ得る。この手順により、付与されている最小のコードブック次元を用いて、ある量子化インデックスが生成されると、より大きなコードブック次元から得られる量子化インデックスは先の工程における量子化インデックスから変わっていないことを前提条件に、この同一のコードブックを用いて、手順が継続される。

各工程において、関連次元の予め規定されたコードブックが、先の工程において選択されたベクトルと確実に直交するようになすため、回転させられてもよい。有利な形態では、この回転は、先の工程で選択されたベクトルから一義的に決定されるように設計されてもよい。この形態は、追加の通知がなくとも、使用される回転が、送信機および受信機の両方にとって完全に既知なものとなり得るという利点を有する。

本発明は、符号化プロセスの複数の一連の工程において、次元が減らされていく異なるコードブックを用いるという思想に基づいている。これらのコードブックの各々は、各次元ごとに最適化することができ、かつ、これらのコードブックは互いに独立である。さらに、次元が減るのに伴い、平均の歪は同一に保ちつつ、コードブックのサイズを小さくすることができる。

本発明の技術は、たとえば、通信システムにおいて端末から基地局にレポートされるべきチャネル状態情報ＣＳＩを、符号化するのに用いることができる。ＣＳＩの通知の場合、複数の異なる工程で行われた量子化操作の出力は、時間的に連続する複数の通知イベントの際に、または周波数の一連の隣接するリソースブロックにおいて、またはチャネルの一連の隣接する空間パスにおいて、使用され得る。本発明の技術によれば、１つのＣＳＩ事例と次のＣＳＩ事例との間に相関が存在するあらゆるケースにおいて、次元が減らされていく量子化コードブックを用いた各々の一連のフィードバックメッセージは、より精度が向上させられたチャネル状態情報を、基地局に提供する。

上記で述べたように各工程においてテスト手順が実行される場合には、本発明の技術における精度向上工程の数は、自動的に、符号化されるべきベクトルの連続したベクトル事例間の相関度に依存することとなる。あるいは、精度向上工程の数は、符号化されるべきベクトルの連続したベクトル事例間の相関度の測定値または予測値に基づいて設定されてもよいし、予め決められた数とされてもよい。

以下、本発明の１つの可能な実装形態を説明する。単純化のため、Ｍ＝３である実数のＭ次元ベクトル

を考え、３次元のコードブックを用いて行われる量子化操作（精度向上工程０）と、２次元のコードブックを用いて行われる精度向上工程１とを図解する。この例における量子化測定基準は、弦の距離（ｃｈｏｒｄａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ）である。

図１には、精度向上工程０が図解されている。

から最小の弦の距離を有するコードブックベクトル

のみが、量子化誤差ベクトル

と共に図示されている。精度向上工程０における

の近似表現は、単純に、

により与えられる。

精度向上工程１は、図２に図解されている。ここでは、工程０から得られた量子化誤差ベクトル

自体が、前もって付与された２次元のコードブックを用いて量子化される。

の量子化表現は

によって与えられる一方、ベクトル

の精度が向上させられた表現は、

となる。

図３は、この２段階の量子化手順を全体的に図示している。２つのコードブックの最小の弦の距離に対する、ごく緩い条件の下では、精度向上工程１の後の誤差ベクトルγの大きさは、工程０における誤差ベクトル

の大きさよりも、常に小さくなることが示される。

Claims (12)

1. 送信機から受信機に送信するベクトルを符号化する方法であって、予め規定されたＭ次元のベクトルコードブック中から、第１のベクトルを選択する工程と、少なくとも１つの精度向上工程であって、先の工程と比較して次元が１減らされたさらなるベクトルコードブックからさらなるベクトルを選択することにより、ランダムなベクトルと前記第１のベクトルとの間の誤差ベクトルが量子化される精度向上工程とを含み、前記Ｍ次元のベクトルコードブックおよび予め規定された前記さらなるベクトルコードブックが、前記送信機および前記受信機の両方にとって既知であることを特徴とする方法。
2. 先の工程と比較して次元が１減らされたさらなるベクトルコードブックが、先の工程と比較して次元が１減らされた予め規定されたベクトルコードブックを、回転させることにより得られることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記回転のパラメータが、手順中の先の工程において選択されたベクトルにより、完全に決められることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 各工程における量子化結果のインジケータが、前記送信機から前記受信機へと通知されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 各精度向上工程において、まず、先の工程の各々のコードブックを用いて量子化が実行され、該量子化のすべての結果が先の工程における結果と同一である場合には、前記精度向上工程が実行されかつ該精度向上工程の結果が通知される一方、前記量子化の少なくとも１つの結果が先の工程における結果と異なる場合には、先の工程と結果が異なる、最も小さな次元のコードブックを用いた量子化につき、該量子化の結果が通知されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 各精度向上工程において、まず、先の工程のコードブックを用いて量子化が実行され、該量子化の結果が先の工程における結果と同一である場合には、前記精度向上工程が実行されかつ該精度向上工程の結果が通知される一方、前記量子化の結果が先の工程における結果と異なる場合には、精度向上ができない旨のインジケータが通知されることを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 各精度向上工程が、予め規定されたシーケンスに従う連続した時間インターバルに対して実行されることを特徴とする請求項４記載の方法。
8. 前記ベクトルが、無線チャネルの状態情報を表していることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 各工程が、異なる時間局面、周波数局面または空間局面の少なくとも１つにおいて、前記無線チャネルに対し実行されることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 送信機から受信機に送信するベクトルを符号化するエンコーダであって、予め規定されたＭ次元のベクトルコードブック中から、第１のベクトルを選択し、少なくとも１つの精度向上工程であって、先の工程と比較して次元が１減らされたさらなるベクトルコードブックからさらなるベクトルを選択することにより、ランダムなベクトルと前記第１のベクトルとの間の誤差ベクトルが量子化される精度向上工程を実行するように構成されており、前記Ｍ次元のベクトルコードブックおよび予め規定された前記さらなるベクトルコードブックが、前記送信機および前記受信機の両方にとって既知であることを特徴とするエンコーダ。
11. ランダムなベクトルを符号化するための請求項１０記載のエンコーダと、前記ランダムなベクトルを受信機に送信する送信機とを含むことを特徴とする無線通信端末。
12. ランダムなベクトルを符号化するための請求項１０記載のエンコーダと、前記ランダムなベクトルを受信機に送信する送信機とを含むことを特徴とする基地局。

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