JP5269098B2 - Ｍｉｍｏ通信における開ループ事前符号化器循環 - Google Patents

Description

本技術分野は無線通信、特に多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術を使用する無線通信に関するものである。

代表的無線通信システムでは、ユーザ装置ユニット（ＵＥ）と称するユーザ通信端末は無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）を介してインターネットのような他のネットワークと通信する。無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）はセルエリアに分割する地理的エリアをカバーし、各セルエリアに基地局、例えば無線基地局（ＲＢＳ）によりサービスを提供し、基地局は幾つかのネットワークでは「ノードＢ」または高度化ノードＢとも呼ぶ。セルは基地局サイトの無線基地局装置により無線サービス範囲を提供する地理的エリアである。

広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）において動作する汎用移動通信システム（ＵＭＴＳ）のような第３世代（３Ｇ）セルラー無線システムは非スケジュール化無線チャネルおよびスケジュール化無線チャネルを含む種々のタイプの無線チャネルを使用する。音声／データ混在、回線／パケット交換３Ｇシステムは音声中心の回線交換第２世代（２Ｇ）システムから発展した。あるユーザにのみ関連する情報を伝達する接続持続時間の間そのあるユーザにのみ、時に専用チャネルとも呼ぶ非スケジュール化チャネルを通常割り当てる。スケジュール化チャネルはパケット交換チャネルであり、複数ユーザに接続するパケットを伝達する。ＵＭＴＳのロングタームエボリューション（ＬＴＥ）およびマイクロ波アクセスのためのワールドワイド相互動作（ＷｉＭＡＸ）のような第４世代（４Ｇ）システムではパケットデータに基づき大気インターフェースを計画する。スケジュール化無線チャネルのために専用トラフィックチャネルを除去し、システムを簡明にする。メディアアクセス制御は従って要求リソース−認可リソースパラダイムに向け移行しつつある。アップリンクおよび／またはダウンリンクにおけるユーザ装置（ＵＥ）からおよび／またはユーザ装置（ＵＥ）へのデータ送信の実要求に応じて、基地局のスケジューラは無線リソースを動的に割り当て、送信データトラフィックのタイプに関連するサービス要求品質を満たし、同時にシステム容量の最適化を試行する。

図１はＬＴＥタイプ移動通信システム１０の例を示す。Ｅ−ＵＴＲＡＮ１２が含むのは、Ｅ−ＵＴＲＡＮノードＢ（ｅＮＢ）１８であり、ｅＮＢは無線インターフェースを経るユーザ装置（ＵＥ）端末２０へのＥ−ＵＴＲＡユーザプレーンおよび制御プレーンプロトコル終端を提供する。ｅＮＢは時により一般的に基地局と称し、ＵＥは時に移動無線端末または移動局と称す。図１に示すように、基地局はＸ２インターフェースにより互いに相互接続する。移動性管理エンティティ（ＭＭＥ）を含む発展したパケットコア（ＥＰＣ）１４およびシステム構成エボリューション（ＳＡＥ）ゲートウェイにも基地局はＳ１インターフェースにより接続する。ＭＭＥ／ＳＡＥゲートウェイはこの例で単独ノード２２として示し、多くの点でＵＭＴＳおよびＧＳＭ／ＥＤＧＥのＳＧＳＮ／ＧＧＳＮゲートウェイに類似である。Ｓ１インターフェースはＭＭＥ／ＳＡＥゲートウェイとｅＮＢ間の多対多関係をサポートする。Ｅ−ＵＴＲＡＮ１２およびＥＰＣ１４は共に公衆地上移動ネットワーク（ＰＬＭＮ）を形成する。ＭＭＥ／ＳＡＥゲートウェイ２２はインターネット１６およびその他のネットワークに直接または間接的に接続する。

広帯域無線アクセス規格に関するＩＥＥＥ８０２．１６作業グループは広帯域無線メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）のグローバル展開のための公式仕様書を開発している。規格の８０２．１６ファミリーは公式には無線ＭＡＮと呼ぶが、ＷｉＭＡＸと称することが多い。ＬＴＥのように、ＷｉＭＡＸ／ＩＥＥＥ８０２．１６ｅはスケーラブルな直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）を使用してＷｉＭＡＸの２０４８個のサブキャリア迄による広いチャネル帯域幅、例えば１．２５ＭＨｚから２０ＭＨｚ間をサポートする。別の重要な物理レイヤの特徴は良好なＮＬＯＳ（見通し外）特性（即ち、より広い帯域幅）を提供する多入力−多出力（ＭＩＭＯ）アンテナのサポートである。複数アンテナ技術は無線通信システムのデータ速度および品質をかなり増大させることができる。多入力−多出力（ＭＩＭＯ）通信チャネルを得る複数アンテナを送信機および受信機双方が使用すれば、性能は特に改善する。このようなシステムおよび／またはシステム関係技術を一般にＭＩＭＯと称する。

ＭＩＭＯに関係するＬＴＥの１つの作業仮定はチャネル依存（閉ループ）事前符号化による空間多重化モードのサポートである。事前符号化器は送信データシンボルを複数本の送信アンテナ全てに対応づける。異なる事前符号化器は異なる組み合わせのシンボルを各アンテナに対応づける。空間多重化モードは好都合なチャネル状態においてより速いデータ速度を達成する。

ＬＴＥは事前符号化器循環形式のチャネル独立（開ループ）事前符号化による空間多重化モードもサポートすることができる。事前符号化器循環を使用するＭＩＭＯ通信モデルの例図を図２に示す。ここで送信機は４つの事前符号化器Ｗ_１〜Ｗ_４を循環させて送信する４つのベースバンドシンボルベクトルの異なるセット、例えばｓ_１〜ｓ_４、ｓ_５〜ｓ_８、などを事前符号化する。事前符号化器Ｗ_１〜Ｗ_４はマトリックスベクトルの乗算演算、例えばｘ_１＝Ｗ_１ｓ_１によりシンボルベクトルｓ_１〜ｓ_４、ｓ_５〜ｓ_８、などを事前符号化ベースバンドシンボルベクトルｘ_１〜ｘ_４、ｘ_５〜ｘ_８、などに対応づける。事前符号化ベースバンドシンボルの要素は送信アンテナポートとの１対１対応を有する。その後実際に使用可能なＭＩＭＯチャネルＨ_１〜Ｈ_４，Ｈ_５〜Ｈ_８、などの１つを経て、各事前符号化ベースバンドシンボルベクトルを送信する。「実際に使用可能なＭＩＭＯチャネル」は物理アンテナ、無線ハードウェアおよびそのチャネルを経る通信に使用するベースバンド信号処理と共に物理的無線通信チャネルをモデル化する。従って以下で説明するように図８および図９に例として示す幾つかの異なる通信技術、例えばＯＦＤＭおよびＣＤＭＡはこの同じ実際に使用可能なチャネルモデルを使用して表すことができる。

１つのシンボルｓ_１の事前符号化器マトリックスＷ_１による、シンボルｓ_２の事前符号化器マトリックスＷ_２による、シンボルｓ_３の事前符号化器マトリックスＷ_３によるおよびシンボルｓ_４の事前符号化器マトリックスＷ_４によるおよび次いでＷ_１〜Ｗ_４を使用する次の４つのシンボルの, などの事前符号化により、循環を達成する。受信機は並列信号ｙ_１〜ｙ_４、ｙ_５〜ｙ_８、などを受信し、４つの事前符号化器Ｗ_１〜Ｗ_４に基づきモデル化する各フィルタｆ_１〜ｆ_４、ｆ５〜ｆ８、などにおいて並列信号をフィルタし、元の送信シンボルｓ_１〜ｓ_４、ｓ_５〜ｓ_８、などの推定結果ｓ＾_１〜ｓ＾_４、ｓ＾_５〜ｓ＾_８、などを作成する。あるいは最尤復号化（または幾つかのその他の復号化器計量法）を使用して、受信機は受信並列信号ｙ_１〜ｙ_４、ｙ_５〜ｙ_８、などから直接シンボルｓ_１〜ｓ_４、ｓ_５〜ｓ_８、などにより表すビットストリームを検出する。

事前符号化空間多重化モードを実装する送信構成３０の例図を図３に示す。データストリームはＭＩＭＯ「レイヤ」１２に対応し、各レイヤ１２は一度に１つのシンボルｓを事前符号化器３４に供給する。全てのＭＩＭＯレイヤから出力する並列シンボルはシンボルベクトルｓに対応し、シンボルベクトルを事前符号化器３４においてＮ_Ｔｘｒの事前符号化器マトリックスＷ_ＮＴｘｒにより乗算し、事前符号化器マトリックスはＮ_Ｔ次元ベクトル空間のサブ空間に送信エネルギーを十分に配分するのに役立ち、Ｎ_Ｔは送信アンテナ数である。事前符号化器マトリックス３４が直交列を持つように制約すれば、その場合事前符号化器マトリックスのコードブック設計はグラスマニアン（Grassmannian）サブ空間パッキング問題に対応する。シンボルベクトルｓのｒシンボルのそれぞれはＭＩＭＯレイヤに対応し、ｒを「送信ランク」と称する。同じ送信リソース要素（ＲＥ）を経て同時に複数のシンボルを送信する、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）送信において使用する逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）３６による事前符号化器出力の送信により、空間多重化を達成する。ＩＦＦＴ３６の出力はＮ_Ｔのアンテナポート３８により送信する。ＯＦＤＭの場合、同じＲＥは同じ周波数サブキャリア即ち「ビン」に対応する。並列シンボル数ｒは現通信チャネルの特性に適応することができる。

セル間干渉はないと仮定し図２のモデルに基づき、周波数サブキャリアのあるリソース要素ｋ（または代わりにデータＲＥ数ｋ）の受信Ｎ_Ｒｘ１ベクトルｙ_ｋを各サブキャリアｋについて下式により表し：

ここでＨ_ｋは実際に使用可能なＭＩＭＯ通信チャネルを表し、Ｗ_ＮＴｘｒはＮ_Ｔｘｒの事前符号化器マトリックスであり、ｓ_ｋはｒｘ１のシンボルベクトルであり、ｅ_ｋは、例えばランダム処理の実現として得られる雑音ベクトルである。

全Ｎ_ＲｘＮ_ＴＭＩＭＯチャネルＨの（複数の個別ＭＩＭＯチャネルＨ_１〜Ｈ_８などにより構成する）特性に整合するように事前符号化器３４を選択することができ、所謂チャネル依存事前符号化を得る。これも一般に閉ループ事前符号化と称し、これはＵＥが位置しないエリアへの信号の「無駄な」送信よりむしろ、送信エネルギーをサブ空間に集中させ、ＵＥに送信エネルギーの多くを伝達することを本質的狙いとする。さらにチャネルを直交させるように事前符号化器マトリックスを選択することもでき、これはＵＥの受信機における線形等価の後にレイヤ間干渉（種々のＭＩＭＯレイヤ間干渉）が低減することを意味する。
閉ループ事前符号化ではダウンリンクのチャネル測定結果に基づき、現チャネル測定結果によく適合する事前符号化器使用の推薦を伴うフィードバック信号を、ＵＥは基地局へ送信する。広い帯域幅（広帯域事前符号化）を扱うことを想定する単一事前符号化器をフィードバックすることができる。チャネルの周波数変動に整合すること、および代わって周波数選択事前符号化報告、例えばサブ帯域当たりに１つの、幾つかの事前符号化器をフィードバックするのも有益でありうる。サブ空間は空間次元を意味し、帯域幅はサブ帯域に分割することができる周波数を意味する。適切な事前符号化器は典型的に周波数（サブ帯域）と共に変動する。このため全サブ帯域（広帯域）に１つよりむしろ、サブ帯域当たりに事前符号化器を持つことがより良好な事前符号化器の適合を可能にする。

閉ループ事前符号化に伴う問題は、ＵＥの事前符号化器報告の基地局への伝達に時間を要し、その時間の間にチャネルがかなり変化してしまう（例えば、フェードする）ことがあり、基地局が報告を適用する機会を持つ時間までに報告が古くなることである。従ってチャネル変動がゆっくりとした低移動性シナリオに、閉ループ事前符号化はより適す。これの例外は移動が多くとも、チャネルが活用することができる長期特性を示す場合である。基地局側における空間自動相関はこのような特性の一例であり、この特性はＵＥ速度が速いにもかかわらず比較的安定である。

ＬＴＥでは、同じ情報ビットブロックから発生する符号化ビットを「コードワード」（ＣＷ）と称す。コードワードは特定の伝送ブロックにサービスを提供する単一ハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ）処理の出力を説明するのに使用する用語でもあり、コードワードはターボ符号化、速度整合、インタリービング、などを含む。その場合コードワードを変調し、複数本の送信アンテナを経て配信する。複数コードワードの送信では、同時に幾つかのコードワードのデータを送信することができる。第１の（変調）コードワードは例えば第１の２本のアンテナに対応することができ、第２のコードワードは４本の送信アンテナシステムの残りの２本のアンテナに対応することができる。しかし事前符号化のコンテキストでは、コードワードはレイヤに対応し、事前符号化器はレイヤをアンテナに対応づける。

高速、複数アンテナ送信の場合、チャネル状態の重要な特性は（送信ランクとは異なる）チャネルランクである。大雑把に言えば、チャネルランクは１から送信および受信アンテナの最小本数まで変化しうる。「４ｘ２」システム、即ち４本の送信アンテナと２本の受信アンテナを持つシステムを例に取ると、最大チャネルランクは２である。高速フェーディングはチャネル状態を変化させるので、チャネルランクは時間的に変動する。その上チャネルランクは同時送信に成功することができるＭＩＭＯレイヤ／データストリーム数および究極的にコードワード数をも決定する。このため２つの個別ＭＩＭＯレイヤに対応する２つのコードワードを送信しようとする場合チャネルランクが「１」であれば、コードワードに対応する２つの信号が干渉することになり、両コードワードを受信機において誤って検出する大きな見込みが存在する。

事前符号化に関して、チャネルランクへの送信の適合はできる限り多くのＭＩＭＯチャネルがサポートすることができるデータストリームレイヤの使用を含む。最も単純な場合、各ＭＩＭＯレイヤは特定のアンテナに対応する。しかしコードワード数はデータストリーム／レイヤ数とは異なることがあり、これはＬＴＥにおける場合である。その場合問題はデータストリームレイヤへのコードワードの対応付けに関して発生する。４本の送信アンテナを例として仮定すると、コードワードの最大数は２であるが、４つまでのレイヤを送信することができる。

この非限定例の場合の事前符号化による固定ランク依存コードワードのレイヤへの対応付けを図４に示す。ターボ符号化器のような誤り訂正符号化器からコードワードを提供することができる。１つのレイヤ即ちコードワード（ＣＷ１）として表す１つのデータストリームに対応するチャネルランク１の場合、事前符号化器４０は単一コードワードＣＷ１を４本の送信アンテナに対応づける。２つのレイヤ即ち２つのコードワード（ＣＷ１およびＣＷ２）として表す２つのデータストリームに対応するチャネルランク２の場合、事前符号化器は２つのコードワードを４本の送信アンテナに対応づける。チャネルランク３の場合、２つのコードワード（ＣＷ１およびＣＷ２）があり、直並列変換器（Ｓ／Ｐ）４２により第２のコードワードＣＷ２を２つのデータストリーム／レイヤに分離する。従って事前符号化器４０は２つのコードワードから発生する３つのデータストリーム／レイヤを４本の送信アンテナに対応づける。第２のコードワードは第１のコードワードと同じ長さである必要はなく、例えばＣＷ１の２倍の長さでありうる。チャネルランク４の場合、２つのコードワード（ＣＷ１およびＣＷ２）があり、対応する直並列変換器（Ｓ／Ｐ）４２により両者を２つのデータストリーム／レイヤに分離する。従って事前符号化器４０は２つのコードワードから発生する４つのデータストリーム／レイヤを４本の送信アンテナに対応づける。

チャネルが有意な長期特性を欠き、高速に変化しようとする高移動性シナリオに閉ループ事前符号化は適さないことが多いので、代わりにチャネル実現とは独立の送信方式を選択することにする。このようなチャネルに独立の送信は開ループ送信として既知でもあり、高移動性状態により適す。２本の送信アンテナの場合の開ループ送信方式例はアラムーチ（Alamouti）符号であり、この符号は空間周波数ブロック符号化（ＳＦＢＣ）と呼ぶ周波数領域に対応部を有する。ＳＦＢＣは入力として一度に２つのシンボルｓ_ｋおよびｓ_ｋ＋１を受け、コードワードマトリックスにより記述するように周波数および空間を経てこれらのシンボルを配信する：

ここで行は異なるアンテナポートに対応し、列はサブキャリアの次元に対応し、（）^ｃは複素共役を表す。代表的に２つの連続するサブキャリアを選択し、一般性を失うことなくこれを以下で仮定することにする。従って２つのサブキャリア／ＲＥを使用して、２つの潜在的に複素値を持つシンボルを送信する。ＲＥ当たりのシンボル速度は従って１であり、１の送信ランクに対応し、このためランク１タイプのチャネルに適する。以上の符号は直交空間−時間ブロック符号（ＯＳＴＢＣ）のクラスに属す。ＯＦＤＭによくあるように、時間次元は別の次元、例えば周波数と交換することができる。このような符号は時間以外の次元を使用することができるが、それにもかかわらずこのような符号をここではＯＳＴＢＣと称す。３本以上の送信アンテナの場合にも同様にＯＳＴＢＣ符号は存在するが、ＯＳＴＢＣ符号は１の（ＲＥ当たりの）シンボル速度を目標とするシンボル速度に典型的に限定される。４本の送信アンテナの場合、ＬＴＥは以下のコードワードマトリックスを有するブロック符号に対応するＳＦＢＣとアンテナ切り換えとの組み合わせを採用している：

以上の符号は厳密な意味でＯＳＴＢＣ符号ではないが、この符号は１のシンボル速度を有し、従ってランク１タイプのチャネルに適する。

１より大きな送信ランクを使用する開ループ事前符号化も可能である。しかしチャネルに関する正確な情報がないので、事前符号化器はチャネルに整合することができない。このため有益でありうるのは、事前符号化ダイバシティを試行、達成し、広範囲の種々のチャネル状態に対し広く受容可能な事前符号化器性能を確保することである。

開ループ事前符号化送信を導入する別の方法は純粋に空間事前符号化構成の再使用であり、事前符号化器は単一のシンボルベクトルを乗算するが、これは事前符号化器マトリックスの対応する列ベクトルを各シンボルに乗算するのと等価である。事前符号化ダイバシティを達成するために重要なのは、単一の事前符号化器のみの使用を避けることであり、これはそのような送信が限定セットのチャネル実現のみに適するからである。従って複数の事前符号化器を使用し、送信機および受信機双方に既知のある決定論的手法で事前符号化器を変更するような方法で単一のコードワードを送信することができる。例えば事前符号化器を１つまたは幾つかのサブキャリアに対し固定し、次いで次のサブキャリアに対して変更することができる。これは空間的により等方的手法で（即ち、より全方位への均等なエネルギーの分配に向けて）エネルギーを分配し、それによりダイバシティを提供し、特定セットのチャネル実現に性能が偏向する傾向を低減する。好ましくは最小割り当てユニット、例えばリソースブロック（ＲＢ）に十分な事前符号化の変形が存在すべきであるが、それはコードワードが潜在的にＲＥの小さなセットに及びうるにすぎないからである。

図２に示すように、これは「事前符号化器循環」を使用して達成することができ、事前符号化器はある連続するサブキャリアのセットから次へ変化する。循環する事前符号化器は送信機により事前に判断するか、または構成する。また閉ループ事前符号化器方式を実装するＵＥにとり有利であるのは、閉ループ事前符号化器コードブックの事前符号化器を開ループ方式で再使用することであり、これはその場合ＵＥの実装のかなりの部分を開ループ事前符号化方式に再使用することができるからである。

開ループ、構成可能事前符号化器循環に伴う１つの問題は、特定の瞬間に拒絶する必要がある干渉を受信機が知らず、正確に予測することができないことである。開ループシステムで循環事前符号化器数が増加すると、干渉のある伝送において現在使用している事前符号化器を知るか、または予測することが受信機にとり益々困難になる。その結果受信機は無線ブロックに対する干渉の変化を断定できず、従ってその干渉を満足に抑圧しない。別の問題は受信機（例えば、ＵＥ）における望ましくない複雑性に関係する。事前符号化器循環における多くの異なる事前符号化器の使用には送信機および受信機双方に大きな実装の複雑性（従って電力消費の増大）の不利があり、これは事前符号化器の演算および受信フィルタの動作を実装し、各使用事前符号化器に整合させなければならないからである。また構成可能な幾つかの循環する事前符号化器マトリックスを持つことの意味は、最も計算上要求の多いシナリオに対処するように送信機および受信機を実装しなければならないことである。

複数の多入力多出力（ＭＩＭＯ）チャネルを経てデータを送信する。複数のビットストリームを複数のデータシンボルベクトルに変調する。各ベクトルは各ＭＩＭＯチャネルに１つのベクトルを持つ送信ランクを有する。送信ランクはデータシンボルベクトルにおける要素数であり、各ＭＩＭＯチャネルを経て並列に送信するデータストリーム数に対応する。複数の異なる事前符号化器を含み、各送信ランクに１つのセットの複数の事前符号化器循環セットの１つを使用して、複数のデータシンボルベクトルを複数の事前符号化シンボルベクトルに事前符号化する。複数の距離尺度に関して、各事前符号化器循環セットの事前符号化器を十分に分離する。事前符号化ステップが含むのは、送信ランクの事前符号化器循環セットに属する事前符号化器によるその送信ランクの各データシンボルベクトルの事前符号化である。事前符号化シンボルベクトルを次いで複数のＭＩＭＯチャネルを経て送信する。ＬＴＥおよびその他の無線通信システムにおいて使用するように一非限定実施形態例では、ＭＩＭＯチャネルは直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を使用して得るサブキャリアに対応する。

各コードブックインデックスが各送信ランクの１つの事前符号化器に関連する複数のコードブックインデックスを持つ、ソースコードブックを提供する。送信機が蓄積するのは循環コードブックであり、これはソースコードブックのコードブックインデックスのサブセットに対応し、送信ランクの事前符号化器循環セットは循環コードブックのコードブックインデックスに関連する対応する送信ランクを伴う事前符号化器のセットである。同じコードブックインデックスに関連する事前符号化器は１つまたは複数の同じ列を共有することができる。

一非限定実施形態例では、送信ランク数は４である。コードブックインデックスに関連する４つの事前符号化器が持つ特性は、第１の送信ランクのための第１の事前符号化器は第２の送信ランクにための第２の事前符号化器における列として含み、第１のおよび第２の事前符号化器の列は第３の送信ランクのための第３の事前符号化器における列として含み、第１の、第２のおよび第３の事前符号化器の列はコードブックのインデックスに関連する事前符号化器の各セットの第４の送信ランクのための第４の事前符号化器における列として含む。

１つまたは複数の異なるタイプの距離尺度は同じ送信ランクの事前符号化器間の１つまたは複数の距離を定義する。複数の距離尺度の例は弦状距離、投射２水準距離およびファビーニ−スタディー（Fubini-Study）距離を含む。循環コードブックが持つ特性では、全送信ランクの場合各送信ランクに１つのセットの、循環コードブックに関連する事前符号化器循環セットが循環コードブックに関連する事前符号化器循環セットよりより良好な事前符号化器距離特性を持つ、代替循環コードブックは存在しない。好ましくは循環コードブックの関連事前符号化器循環セットが持つのは、任意の他の循環コードブックに関連する事前符号化器循環セットより厳密により良好な各送信ランクの距離特性である。

一非限定実施形態例で、ソースコードブックは４つのアンテナポートにおける送信に対して定義するＬＴＥ規格により指定するコードブックであり、選択する事前符号化器循環コードブックはコードブックにおける４つのインデックスにより与える４つのコードブックインデックスのセットである。事前符号化器循環コードブックの全ての事前符号化器は実数値であり、対蹠的である。事前符号化器循環コードブックの各事前符号化器は単位元に変換するブロック対角マトリックスの列サブセットであり、マトリックスＡの列サブセットは各列がＡにおける列でもあるマトリックスである。最大送信ランクは４に等しく、（共通尺度の）単位元変換マトリックスを、

上記または上記マトリックスの行と列の置換により与え、左から事前符号化器循環セットにおける各事前符号化器マトリックス［即ちコードブック？］に変換マトリックスの共役置換を乗算することにより適用する。

送信機において行う事前符号化器循環に基づいて構成する受信機により、上記のように送信するデータを受信することができる。複数の受信シンボルベクトルを各ＭＩＭＯチャネルに対し１つ受信する。複数の送信ビットストリームを次いで受信シンボルベクトルから検出する。例えば、対応するＭＩＭＯチャネルを経て送信するデータの事前符号化に使用した対応する事前符号化器に基づき計算するフィルタにより、各受信シンボルベクトルをフィルタすることができる。フィルタする受信シンボルベクトルを次いで複数の送信ビットストリームに復号する。

ＬＴＥ移動無線通信システム例の機能ブロック図である。 事前符号化器循環を使用する通信モデルを示す。 事前符号化空間多重化モードの送信構成を示す。 ４本アンテナ送信機のコードワードのレイヤへの対応付けを示す図である。 ＭＩＭＯ通信のための循環事前符号化器の最適グループを判断する非限定手順例を示すフローチャートである。 ４つの事前符号化器を仮定する事前符号化器循環を使用する送信機の非限定機能ブロック例図である。 図６の送信機から送信を受信する受信機の非限定機能ブロック例図である。 ＯＦＤＭシステムの実際に使用可能なチャネルを示す。 ＷＣＤＭＡシステムの実際に使用可能なチャネルを示す。 事前符号化器循環によるＭＩＭＯ送信の非限定手順例を示すフローチャートである。

（優先出願）
２００８年１月１４日出願の米国特許仮出願第６１／０２０、９４８号の優先権を主張し、その開示を参照により本明細書に組み込む。

以下の記述では説明のためであり、限定のためでなく、特定のノード、機能エンティティ、技術、プロトコル、規格、などのような特定の詳細を示し、説明する技術の理解に備える。その他の例では、周知の方法、デバイス、技術、などに関する詳細な説明を省略し、不要な詳細により説明を不明瞭にしないようにする。個々の機能ブロックを図に示す。当業者が理解するであろうことは、個々のハードウェア回路を使用し、適切にプログラムするマイクロプロセッサまたは汎用コンピュータと関連するソフトウェアプログラムおよびデータを使用し、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理アレイを使用し、および／または１つまたは複数のディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用してこれらのブロックの機能を実装することができることである。

当業者に明らかであろうことは、他の実施形態を以下に開示する特定の詳細とは別に実行することができることである。ＬＴＥシステムのコンテキストにおいてこの技術を説明し、説明の例および非限定コンテキストを提供する。しかしこの技術は任意の現代のセルラー通信システムで使用することができ、ＬＴＥまたＷｉＭＡＸに限定しない。

最初に、ＭＩＭＯ通信に使用する１つまたは複数の望ましい距離特性を持つ最適の（事前符号化器循環セットと称す）循環事前符号化器セットを判断するであろう。図５はＭＩＭＯ通信のためのこのような循環事前符号化器のグループを判断する非限定、手順例を示すフローチャート図である。コードブックに関連する事前符号化器のソースを提供する（ステップＳ１）。使用することができる種々のソースおよびコードブックが存在する。１つの非限定例を以下で説明する。コードブックインデックスを使用して、事前符号化器コードブックを組織する；各整数インデックス値は各送信ランクに１つの事前符号化器の、事前符号化器のセットに関連する。以上で定義するように送信ランクが対応するのは、複数本のアンテナを使用して並列に送信するＭＩＭＯデータストリーム数である。従って送信ランクと共にコードブックインデックスは事前符号化器マトリックスを固有に特定する。

同じ送信ランクの事前符号化器間の１つまたは複数の距離を定義する１つまたは複数の異なるタイプの距離尺度を特定する（ステップＳ２）。ソースコードブックの同じ送信ランクの事前符号化器間の１つまたは複数の距離特性を次いで距離尺度を使用して計算する（ステップＳ３）。ソース事前符号化器コードブックのサブセットに対応する事前符号化器循環コードブックを次いで選択する（ステップＳ４）。送信ランクの事前符号化器循環セットは対応する送信ランクにより選択する事前符号化器循環コードブックにおける事前符号化器のセットである。同じコードブックインデックスに関連する事前符号化器は１つまたは複数の同じ列を共有することができる。循環コードブックが持つ特性では、全送信ランクの場合各送信ランクに１つのセットの、循環コードブックに関連する事前符号化器循環セットが、循環コードブックに関連する事前符号化器循環セットよりより良好な事前符号化器距離特性を持つ、ソース事前符号化器コードブックのサブセットにも対応する、代替循環コードブックは存在しない。好ましくは循環コードブックの関連事前符号化器循環セットが持つのは、ソース事前符号化器コードブックのサブセットにも対応する任意の他の循環コードブックに関連する事前符号化器循環セットより厳密により良好な各送信ランクの距離特性である。送信機と受信機間のＭＩＭＯ通信における開ループ事前符号化器循環に選択する事前符号化器を次いで使用する（ステップＳ５）。

非限定例における仮定は送信ランクが１、２、３および４でありえ；従って各コードブックインデックスが各送信ランクに１つの、４つの事前符号化器に関連することである。好ましくは異なる送信ランクを持つコードブックインデックスに関連する事前符号化器は１つまたは複数の同じ列を共有する。この場合、第１の送信ランクのための第１の事前符号化器は第２の送信ランクのための第２の事前符号化器に含み、第１のおよび第２の事前符号化器は第３の送信ランクのための第３の事前符号化器に含み、第１の、第２のおよび第３の事前符号化器はコードブックインデックスに関連する事前符号化器の各セットの第４のための送信ランクの第４の事前符号化器に含む。

非限定ＬＴＥ例では、コードブックは閉ループ事前符号化コードブックであり、このコードブックは以下のテーブルに従い４つのアンテナポートにおける送信に対し定義するＬＴＥ規格により指定し、量Ｗ_ｎ ^｛ｓ｝は事前符号化器マトリックスを表し、事前符号化器マトリックスは式Ｗ_ｎ＝Ｉ−２ｕ_ｎｕ_ｎ ^Ｈ／ｕ_ｎ ^Ｈｕ_ｎからセット｛ｓ｝により与える列により定義し、Ｉは４ｘ４の単位マトリックスであり、ベクトルｕ_ｎは以下のコードブックインデックスのそれぞれに対し定義する：

示すように、ＬＴＥにおいて使用する場合に閉ループモードの実装モジュールを事前符号化器循環の実装においても再使用することができることを提案する閉ループ事前符号化コードブックからテーブル１を取り出す。各送信ランクはテーブル１の列に対応する。例えば送信ランク１は事前符号化器Ｗ_０ ^｛１｝〜Ｗ_１５ ^｛１｝を含む。送信ランクの事前符号化器循環セットは従って対応する送信ランクの列の事前符号化器のサブセットである。テーブル１のコードブックの各行はコードブックインデックスに対応する。例えばインデックス１２が含むのは、以下の事前符号化器Ｗ_１２ ^｛１｝、Ｗ_１２ ^{｛１２３｝}／（３）^１／２およびＷ_１２ ^{｛１２３４｝}／２であり、これらは異なる送信ランクを持つ。この例から分かるように、同じコードブックインデックス１２に関連する全ての事前符号化器は事前符号化器マトリックスＷ_１２ ^｛１｝を共有する。インデックス１２の場合の送信ランク４の事前符号化器は３つの他の事前符号化器の事前符号化器マトリックスＷ_１２ ^｛１｝、Ｗ_１２ ^｛１２｝／（２）^１／２、Ｗ_１２ ^{｛１２３｝}／（３）^１／２を共有する。

多様な距離尺度を使用して発明者が判断したのは、テーブル１におけるソースコードブックのサブセットに対応する最適循環コードブックであり、このコードブックが含むのはテーブル１のコードブックインデックス１２、１３、１４および１５により定義する４つの事前符号化器のセットである。各送信ランクに１つの、事前符号化器循環セットは従って４つの事前符号化器それぞれを包含する。４つの循環事前符号化器数を選択したのは、数４がこの非限定例の４本の送信アンテナが持つ４つの次元全ての励起を要求する送信ランク１の事前符号化器の最小数であるからである。チャネルマトリックスの空間に十分及ぶ事前符号化器を循環させるのは有利である。ＭＩＭＯ通信の送信ランクに対応する４つの異なる事前符号化器を使用して単一コードブックを送信するので、異なる事前符号化マトリックスが距離において類似または比較的近い場合事前符号化ダイバシティは小さい。他方４つの事前符号化器が十分に異なるかまたは距離的に遠く離れていれば、事前符号化ダイバシティは大きい。理想的には、必須ではないが１つまたは複数の測定結果を使用して、同じ送信ランクの４つの前符号化器を最大に分離すべきである。これにより４つの事前符号化器が全てチャネルの実現に適さず、コードワードを受信機において誤って復号する見込みが低減する。

弦状距離、投射２水準距離およびファビーニ−スタディー距離を含む複数の距離尺度を使用して同じ送信ランクの事前符号化器間距離を評価した。送信ランクｒの場合、事前符号化マトリックスの列はＮ_Ｔ次元（テーブル１で定義するコードブックのＮ_Ｔ＝４）の複素ベクトル空間におけるｒ次元のサブ空間に及ぶ。
目的は全てのサブ空間の間の距離の最大化である。弦状距離は：

投射２ノルム距離は：

ファビーニ−スタディー距離は：

により定義することができる。

４つのコードブックインデックスに関連する事前符号化器の各事前符号化器循環コードブック候補には、各送信ランクに１つの、４つの関連事前符号化循環セットが存在し；これら事前符号化器循環セット（即ち、事前符号化器循環セットはテーブル１の列の４つの要素のサブセットである）のそれぞれは、対応する送信ランクの（各コードブックインデックスに１つの）４つの事前符号化器マトリックスを包含する。４つの事前符号化器の事前符号化器循環セットに、６つの相互距離がある。｛ｄ_１、．．．、ｄ_６｝が距離の順序セット、即ちｄ_１≦．．．≦ｄ_６を表すとしよう。ｉ番目の事前符号化器循環コードブック候補の場合（４つのインデックスの全ての可能なセットは順序化していると想定する）、ｗ_ｉ ^ｒ＝［ｄ_１、．．．、ｄ_６］^Ｔが送信ランクｒの事前符号化器循環セットの距離ベクトルを表すとしよう。ベクトル関係ｗ_ｉ ^ｒ≦^．．．ｗ_ｊ ^ｒがｗ_ｉ ^ｒ（ｋ）≦ｗ_ｊ ^ｒ（ｋ）∀ｋを表すとしよう、即ち、ｗ_ｊ ^ｒの各要素はｗ_ｉ ^ｒの対応する要素より大きいか、または等しい。ｗ_ｉ ^ｒ≦^．．．ｗ_ｊ ^ｒであれば、事前符号化器循環コードブックｊに関連する送信ランクｒの事前符号化器循環セットは別の循環コードブック候補ｉに関連する同じ送信ランクｒの事前符号化器循環セットより良好なまたは等しい距離特性を持つ。

コードブックインデックス（行）０〜１５に対応するテーブル１の１６の行から、４つのグループを作る１８２０の方法が存在する。３つの距離尺度および≦^．．．の関係に基づき、行の最適サブセット（即ち、最適事前符号化器循環コードブック）は、この非限定例では行１２、１３、１４および１５を含む。以上で定義する３つの距離尺度全てに対し、この事前符号化器循環コードブックが以下を満たす唯一のものであることを示すことができ：

ここでこの最適事前符号化器循環コードブックは第１の事前符号化器循環コードブック候補（即ち、ｉ＝１）に対応する。これが意味するのは、少なくとも１つの送信ランクおよび１つの距離尺度の場合、（コードブックインデックスの）全ての他の事前符号化器循環コードブック候補は最適循環コードブックより厳密に悪い距離特性を持つことである。従って事前符号化器内部循環サブセット距離を使用して、最適事前符号化器循環コードブックを判断することができる。事前符号化マトリックス間の距離はマトリックスのＭＩＭＯチャネルの空間に及ぶ良好さの測度であり、これは送信電力の分配の空間的等方性をも示す。

テーブル１からコードブックインデックス１２、１３、１４および１５の事前符号化器の事前符号化器循環への使用は幾つかのその他の魅力的側面を有す。１つは事前符号化器循環マトリックスの要素が実数で対蹠的であり、従って事前符号化器マトリックスの全要素は等しい大きさであるが、恐らく異なる符号を持つことである。このような実数で対蹠的構成がハードウェア（およびソフトウェア）の実装に特に適するのは、加算および減算のみを使用し乗算を用いることなく（事前符号化シンボルｘの電力評価は別として）、事前符号化器Ｗとシンボルベクトルｓのマトリックスベクトル乗算を実装することができるからである。加算および減算は乗算より遙かに計算集中的でない。２本の送信アンテナが１つの極性方向を持ち、２本の他の送信アンテナが直交極性を持つ交差極性設定にも、最適事前符号化器循環サブセットは特に適する。例えば送信機に＋−４５度の極性を持つアンテナがある場合を考えよう。この極性シナリオにおける最適事前符号化器循環サブセットの構成を可視化するために、以下に対応する単位元変換により構成を循環させる（事前乗算する）ことができる：

より詳細には一般性を失うことなく、事前符号化循環セット内の事前符号化器に全て左からＵ^＊、即ちＵの共役置換により乗算することを仮定することができる。コードブックインデックス１２、１３、１４および１５に対応する最適サブセットから得られる循環事前符号化器は対応する順序に以下の通りである：

ここで分かることは、適当な行と列の置換の適用（例えば、列２と３の交換およびその後行２と４の交換）後、２ｘ２のサイズのブロックを持つブロック対角構成を次のように得ることである：

行置換はＵの列置換により代わって実行することができる。ブロックが２つの対角の一方にあることに注意されたい。このようなブロック対角構成が有益でありうる理由を知るために、送信機が使用しようとするのが交差極性アンテナアレイであり、交差極性アンテナアレイでは最初の２本のアンテナが共極性であり、最後の２本が最初の対に対し直交する極性方向を持つシナリオを考えよう。最適事前符号化循環セットの事前符号化器はその場合｛ＵＷ_ｋ ^〜｝_ｋ＝１２ ^１５と書くことができ、ここで｛Ｗ_ｋ ^〜｝_ｋ＝１２ ^１５は幾つかのバーチャルアンテナアンテナへの事前符号化を実行し、Ｕの乗算によりバーチャルアンテナを次いで物理アンテナ次元に（即ちＬＴＥの用語によればアンテナポートに）変換する。これらバーチャルアンテナは対毎にも交差極性化し、Ｕはバーチャル極性方向を４５度循環させると解釈することができる。従って｛Ｗ_ｋ ^〜｝_ｋ＝１２ ^１５マトリックスの最初の２つの行および最後の２つの行は第１のおよび第２の共極性アンテナ対にそれぞれ対応する。行（同様に列）の再配列により｛Ｗ_ｋ ^〜〜｝_ｋ＝１２ ^１５をえ、これが意味するのは最初の２つの行が一方の交差極性バーチャルアンテナ対に対応し、最後の２つの行が他方の交差極性バーチャルアンテナ対に対応することである。直交送信重み［１ １］^Ｔおよび［１ −１］^Ｔを伴う｛Ｗ_ｋ ^〜〜｝_ｋ＝１２ ^１５のブロック対角構成が保証するのは、レイヤを常に２つの直交極性で送信し、一方複数レイヤ（１より大きな送信ランク）を送信すれば、直交重みの使用を確実にすることである。これがダイバシティを改善するのは、直交極性はむしろ独立にフェードしがちであるからである。同時に直交する２ｘ１の送信重みの故に、レイヤ間干渉を低く保つ。ブロック対角構成がさらに有益であるのは、あるチャネル使用に対し２本のアンテナのみがアクティブであり、他の２本のバーチャルアンテナはその場合２本のアクティブのものからの信号を打ち消す危険を冒さないであろうからである。２本のアクティブバーチャルアンテナがかなりよく分離しがちであるのは、２本のアクティブバーチャルアンテナが直交極性に対応し、このためアクティブバーチャルアンテナ対からの送信による信号のありうる打ち消しを低く保つからである。有益なブロック対角構成をより小さな送信ランクに対しても維持するのは、より小さな送信ランクがランク４の事前符号化器の列サブセットに対応するからである。

図６は送信機の非限定機能ブロック例図であり、送信機が使用するのはテーブル１（即ち、コードブックインデックス１２〜１５）に関連して以上で説明するもののようではあるが、４つの事前符号化器循環セットに限定しない４つの事前符号化器を仮定する事前符号化器循環である。送信機５０が含むのはデータソース５２であり、データソースは誤り制御符号化ブロック５４、例えばターボ符号化器にデータビットを供給し、誤り制御符号化ブロックは１つまたは複数の変調ブロック５６にコードワード（ＣＷ）を供給し、変調ブロックでデータをＳ_ＣＷ１（Ｔ）により表すシンボルに変調する。図４に示すように送信ランク２、３および４に２つのコードワードを使用すれば、その場合第２の変調ブロック５６は第２のコードワードシンボルを発生し、第２のコードワードシンボルをレイヤ対応付けブロック５８に入力する。データストリーム／ＭＩＭＯレイヤ対応付けブロック５８は周波数対応付けブロック６０に供給するシンボルベクトルｓ（ｔ）を発生する。周波数ブロック６０はシンボルベクトルを処理し、並列シンボル出力を発生する。ＭＩＭＯ送信機の送信ランクに選択する４つの事前符号化器Ｗ_１〜Ｗ_４を事前符号化段階６２で使用して周波数対応付け器６０により発生するシンボル要素を事前符号化する。例えば事前符号化器マトリックスＷ_１〜Ｗ_４を使用して、シンボルベクトルｓ_１〜ｓ_４を事前符号化し、事前符号化シンボルベクトルｘ_１〜ｘ_４を発生する。同じ４つの事前符号化器を次いで再循環させ、周波数対応付け器６０から並列に出力する次の４つのシンボルベクトルｓ_５〜ｓ_８を符号化し、事前符号化シンボルベクトルｘ_５〜ｘ_８を発生する、などである。事前符号化シンボル出力を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）ブロック６４に並列に供給し、逆高速フーリエ変換ブロックは周波数領域から時間領域にシンボルを変換し、単一の、複素、時間領域信号ｘ（ｔ）を発生し、時間領域信号をＮ_Ｔのアンテナ６６に対応付け、逆高速フーリエ変換ブロックはまた循環プレフィックスを挿入することができる。

図７は図６の送信機５０からＭＩＭＯ送信を受信する受信機７０の非限定機能ブロック例図である。Ｎ_Ｒのアンテナ７１は各受信信号ｙ（ｔ）を受信し、受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ブロック７２に供給し、高速フーリエ変換ブロックは次いで時間領域から周波数領域に受信信号を変換し、循環プレフィックスを送信機において挿入すれば、除去することができる。ＦＦＴ７２からの４つの並列出力の各セットを図６の事前符号化段階６２で使用する４つの事前符号化器に対応する４つのフィルタ７４の「列」に供給する。例えば受信信号ｙ_１〜ｙ_４を対応するフィルタ（フィルタ_１〜フィルタ_４）によりフィルタし、近似受信信号ｓ_１＾〜ｓ_４＾を発生する。ＭＩＭＯ無線チャネルがサブ周波数１〜サブ周波数８に亘り十分に静的であれば（ＯＦＤＭタイプシステムを仮定して）、その場合フィルタ１〜フィルタ４を図７に示すようにフィルタ５〜フィルタ８に再使用することができる。周波数対応付けブロック７６は近似受信シンボルを時間領域の結合近似シンボル信号ｓ＾（ｔ）に対応づける。レイヤ対応付けブロック７８はこの近似信号を１つまたは２つの最も近いシンボルコードワードに対応づける。送信機のデータソース５２から送信したものに望むらくは対応する復号データ８２を作成する復調および誤り制御復号化ブロック８０で、シンボルコードワードを処理する。

本明細書の技術は他のタイプの無線アクセス技術に適用可能である。図８および図９は背景技術の節において説明する使用可能なチャネルの２つの異なる例である。以上のＬＴＥの例で、システムは図８に示すもののようなＯＦＤＭタイプのシステムであると仮定する。図９は広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）システムへの適用例を示す。ここで事前符号化シンボルｘを並列から直列形式にＭＩＭＯアンテナを経て送信する事前符号化シンボル信号ｘ（ｔ）へ変換する。受信側で、アンテナ受信信号ｙ（ｔ）を単一受信信号に結合し、等価器で等価し、次いで並列形式に変換して事前符号化器がフィルタする受信シンボルを作成する。特に、ＩＦＦＴ／ＦＦＴ演算の実行並びに循環プレフィックスの追加および除去の必要性はＷＣＤＭＡの場合にはない。

図１０は事前符号化器循環によるＭＩＭＯ送信の非限定手順例を示すフローチャート図であり、「事前符号化器循環によるＭＩＭＯ送信の図示」と題す。複数のビットストリームを複数のデータシンボルベクトル（ｓ１〜ｓ８）に変調し、各ベクトルは各ＭＩＭＯチャネルに１つのベクトルを持つ送信ランクを有す（ステップＳ１０）。以上で説明するように、送信ランクはデータシンボルベクトルの要素数であり、データシンボルベクトルの要素数は各ＭＩＭＯチャネルを経て並列に送信するデータストリーム数に対応する。複数の異なる事前符号化器を含む各送信ランクに１つのセットの、複数の事前符号化器循環セットを使用して、複数のデータシンボルベクトルを複数の事前符号化シンボルベクトルに事前符号化する（ステップＳ１１）。複数の距離測定に関して各事前符号化器循環セットの事前符号化器を十分に分離する。送信ランクの各データシンボルベクトルをその送信ランクの事前符号化器循環セットに属す事前符号化器により事前符号化する。事前符号化シンボルベクトルを次いでＭＩＭＯチャネルを経て送信する（ステップＳ１２）。

送信機で行う事前符号化器循環に基づき構成する受信機により、以上で説明するように送信するデータを受信することができる。複数の受信シンボルベクトルを各ＭＩＭＯチャネルに１つ受信する。複数の送信ビットストリームを次いで受信シンボルベクトルから検出する。例えば各受信シンボルベクトルをフィルタによりフィルタすることができ、対応するＭＩＭＯチャネルを経て送信するデータの事前符号化に使用する対応する事前符号化器に基づき各受信シンボルベクトルを判断する。フィルタする受信シンボルベクトルを次いで複数の送信ビットストリームに復号する。

要するに、特定の事前符号化マトリックスをコードブックから選択し、開ループ事前符号化器循環に使用する。全チャネルランクの場合、循環事前符号化器マトリックスは好ましくはコードブックにおけるインデックスの同じセット（テーブル表示における行の同じセット）に関連する。これが効果的受信機の実装を可能にするのは、各送信ランクに対し事前符号化器マトリックスの多くの列が他のランクに使用する事前符号化器マトリックスと共通であるからである。全チャネルランクの場合、送信エネルギーを等方に分配するために１つまたは複数の距離尺度を使用して、循環事前符号化器マトリックスを好ましくは最大に（しかし少なくとも十分に）分離する。一非限定実施形態例で、４つの事前符号化器循環周期を仮定する、即ち４つの異なる事前符号化マトリックスを異なるサブキャリアで使用するが、その他の循環周期を使用することができる。好ましいが、必須でないのは、事前判断する異なる事前符号化マトリックスを１つのコードワードの間に等しく多くの回数使用することである。４つの事前符号化器以外のある数の循環グループを使用することができる。以上で提示する例の場合、１つの最適グループを特定の距離尺度の例のセットを使用して見つけた。しかし他の場合では、幾つかのグループは等価的に、またはほぼ良好でありうる。その他のさらなる側面を使用してグループ、例えば実数値の事前符号化マトリックスのみを持つグループを選択することができる。その他の距離尺度も同様に使用することができる。

事前符号化器循環の性能および複雑性は以下の４つの判断基準の１つ、幾つか、または好ましくは全てを満たすように設計する事前符号化器循環セットにより利益を得る：最大空間ダイバシティを達成するように、事前符号化器循環セットが複数の距離マトリックスに関する距離特性を最適化した；異なる送信ランクを持つ事前符号化器が列を共有し、送信ランク適用の実装を簡単化する；事前符号化器マトリックスの要素が実数値で、対蹠的であり、これが事前符号化演算のハードウェア実装を簡単にし；事前符号化器マトリックスがブロック対角構成を持ち、交差極性アンテナ設定の特性を最大に利用するようにする。４本の送信アンテナの場合のＬＴＥ事前符号化器コードブックについて、発明者はテーブル１のコードブックインデックス１２、１３、１４および１５により表す事前符号化器による事前符号化器循環を提案する。この事前符号化器循環コードブックは４つのこれらの望ましい特性全てを満たし、関連する事前符号化器循環セットは全送信ランクについて考えられる距離尺度全てに関し最適の距離である。種々の実施形態を示し、詳細に説明したが、特許請求の範囲はあらゆる特定の実施形態または例に限定しない。あらゆる特定の要素、ステップ、範囲または機能が本質的であり、それらを特許請求の範囲に含まなければならないことを意味すると、以上の記述の何れも読むべきではない。特許の主題の範囲は特許請求の範囲のみにより定義する。法的保護の範囲は許容される特許請求の範囲およびその等価物に列挙する用語により定義する。当業者に既知の以上に記述する好ましい実施形態の要素に対する全ての構成および機能等価物は参照により本明細書に明白に組み込み、本特許請求の範囲により包含すると考える。その上デバイスまたは方法が本発明により解決すべく求めるそれぞれおよびあらゆる問題を提起する必要がないのは、問題を本特許請求の範囲により包含するからである。用語「のための手段」または「のためのステップ」を使用しない限り、何れの特許請求の範囲も合衆国憲法第３５巻第１１２条第６パラグラフに抵触するとは考えない。さらに実施形態、特徴、構成要素またはステップを特許請求の範囲において列挙するかどうかにかかわらず、この明細書における実施形態、特徴、構成要素またはステップは公開に供するとは考えない。

Claims (18)

1. 複数の多入力多出力（ＭＩＭＯ）チャネルを介してデータを送信する方法であって、
   複数のビットストリームを複数のデータシンボルベクトル（ｓ１−ｓ８）に変調するステップであって、各ベクトルは各ＭＩＭＯチャネルに１つのベクトルを持つ送信ランクを有し、送信ランクは各ＭＩＭＯチャネルを介して並列に送信されるデータストリームの個数に対応するデータシンボルベクトルにおける要素の個数である、変調するステップと、
   複数の事前符号化器を用いて前記複数のデータシンボルベクトルを複数の事前符号化シンボルベクトル（ｘ１−ｘ８）に事前符号化するステップであって、事前符号化器は、複数の事前符号化器循環セットにグループ化された複数の事前符号化器の開ループの第１の事前符号化器循環コードブックに属する複数の列を有する行列を使用し、各送信ランクの１つのセットは、複数の異なる事前符号化器を含み、各事前符号化器循環セットの中の複数の事前符号化器は、複数の距離尺度に関して分離される、前記事前符号化するステップと、
   前記事前符号化シンボルベクトルを前記複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信するステップと、
   を含み、
   前記事前符号化するステップは、送信ランクの各データシンボルベクトルを該送信ランクの事前符号化器循環セットに属する事前符号化器で事前符号化するステップを含み、
   前記第１の事前符号化器循環コードブックは、テーブル
   

   

   のコードブックインデックス１２，１３，１４および１５に関連付けられた事前符号化器を含み、量Ｗ _ｎ ^｛ｓ｝ は、４ｘ４の単位マトリックスであるＩとベクトルｕ _ｎ との式Ｗ _ｎ ＝Ｉ−２ｕ _ｎ ｕ _ｎ ^Ｈ ／ｕ _ｎ ^Ｈ ｕ _ｎ からのセット｛ｓ｝により与えられる列により定義される事前符号化器マトリックスを表す
   ことを特徴とする方法。
2. 前記複数のＭＩＭＯチャネルは、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を使用して得られる複数のサブキャリアに対応することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 事前符号化器は、正規化要因を無視すると、より高い送信ランクの事前符号化循環セットの事前符号化器と１以上の同一の列を共有することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 送信ランクの個数は４であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
5. 正規化要因を無視すると、第１の送信ランクの事前符号化器循環セットに属する各事前符号化器は、第２の送信ランクの事前符号化器循環セットに属する事前符号化器の１以上の列として含まれ、第１または第２の送信ランクの事前符号化循環セットに属する各事前符号化器は、第３の送信ランクの事前符号化器循環セットに属する事前符号化器の列として含まれ、第１、第２または第３の送信ランクの事前符号化循環セットに属する各事前符号化器は、第４の送信ランクの事前符号化器循環セットに属する事前符号化器の列として含まれることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 異なるタイプの１以上の距離尺度は同一の送信ランクの事前符号化器間の１以上の距離を定義し、
   前記第１の事前符号化器循環コードブックは複数の送信ランクの複数の事前符号化器を含むソース事前符号化器コードブックのサブセットであり、
   以下の条件：
   １）第２の事前符号化器循環コードブックは前記ソース事前符号化器コードブックのサブセットである、
   ２）各送信ランクの１つについて前記第２の事前符号化器循環コードブックに関連付けられた各事前符号化器循環セットは、前記第１の事前符号化器循環コードブックの事前符号化器循環セットが有する事前符号化器と同数の事前符号化器を有する、
   ３）各送信ランクの１つについて前記第２の事前符号化器循環コードブックに関連付けられた各事前符号化器循環セットは、１以上の距離尺度に関して、前記第１の事前符号化器循環コードブックの事前符号化器循環セットが有する距離特性に対して同等以上の良好な距離特性を有する、
   ４）前記第２の事前符号化器循環コードブックに関連付けられた少なくとも１つの事前符号化器循環セットは、少なくとも１つの距離尺度に関して、前記第１の事前符号化器循環コードブックに関連付けられた事前符号化器循環セットが有する距離特性に対してより良好な距離特性を有する、
   を満たす前記第２の事前符号化器循環コードブックは存在しない
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
7. 前記第１の事前符号化器循環コードブックは、任意の代替の第３の事前符号化器循環コードブックの各事前符号化器循環セットに含まれる事前符号化器の個数が前記第１の事前符号化器循環コードブックの各事前符号化器循環セットに含まれる事前符号化器の個数と等しい場合に、１以上の距離尺度に関して、各事前符号化器循環セットが前記第３の事前符号化器循環コードブックの事前符号化器循環セットが有する距離特性に対して同等以上の良好な距離特性を有する、という追加特性を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記ソースコードブックはＬＴＥ標準により指定されるコードブックであることを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記コードブックは、テーブル
   

   

   に従った４つのアンテナポートにおける送信に対して定義され、量Ｗ_ｎ ^｛ｓ｝は、４ｘ４の単位マトリックスであるＩとベクトルｕ_ｎとの式Ｗ_ｎ＝Ｉ−２ｕ_ｎｕ_ｎ ^Ｈ／ｕ_ｎ ^Ｈｕ_ｎからのセット｛ｓ｝により与えられる列により定義される事前符号化器マトリックスを表すことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 複数の距離尺度が使用され、弦状距離、投射２ノルム距離およびファビーニ・スタディー距離を含むことを特徴とする請求項６乃至９の何れか一項に記載の方法。
11. 事前符号化器循環セットに含まれる全ての事前符号化器は、対蹠的な要素を有する実数値マトリックス、またはこの種のマトリックスの複素回転であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法。
12. 事前符号化器の前記第１の事前符号化器循環コードブックの事前符号化器循環セットの１つは、
    拡縮ユニタリマトリックス、
    対角線に沿ったブロックの全てが非ゼロの要素を有するマトリックスである複数のブロック対角マトリックス、
    複数のブロック対角マトリックスの複数の列サブセット
    を含むブロック対角構造を有し、
    第１のマトリックスの列サブセットは、任意順序の前記第１のマトリックスの複数の列から形成される第２のマトリックスであり、
    １つの事前符号化器循環セットに含まれる各事前符号化器は、前記拡縮ユニタリマトリックスを複数のブロック対角マトリックスの前記複数の列サブセットの１つで乗算したマトリックス積であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法。
13. 事前符号化器の前記第１の事前符号化器循環コードブックの全ての事前符号化器循環セットは前記ブロック対角構造を有し、前記拡縮ユニタリマトリックスおよび列転置は事前符号化器の前記第１の事前符号化器循環コードブックの全ての事前符号化器循環セットと同一であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 事前符号化器は４列であり、前記拡縮ユニタリマトリックスは、
    

    

    であるか、または当該マトリックスの行および列の少なくとも一方の転置であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 複数のＭＩＭＯチャネルを介して請求項１乃至１４の何れか一項に記載の方法を使用して送信されたデータを受信する方法であって、
    各ＭＩＭＯチャネルに対して１つの、複数の受信シンボルベクトル（ｙ１−ｙ８）を受信するステップと、
    前記受信シンボルベクトルから複数の送信ビットストリームを検出するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
16. 対応するＭＩＭＯチャネルを介して送信されたデータを事前符号化するために使用された対応する事前符号化器に基づいて計算されるフィルタ（７４）を使用して各受信シンボルベクトルをフィルタするステップと、
    前記フィルタされた受信シンボルベクトルを前記複数の送信ビットストリームに復号するステップと、
    を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 複数の多入力多出力（ＭＩＭＯ）チャネルを介して請求項１乃至１４の何れか一項に記載の方法に従ってデータを送信する送信機（５０）。
18. 複数のＭＩＭＯチャネルを介して送信されたデータを、請求項１５又は１６に記載の方法を使用して受信する受信機（７０）。

Images