JP5269320B2 - 無線mimo通信システムにおけるダウンリンクチャネル応答及びアップリンクチャネル応答の校正 - Google Patents
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Description
x dnは、Nap本のアクセスポイントアンテナから送信されたNapの送信シンボルを有するベクトルである。
x upは、Nup本のユーザー端末アンテナから送信されたNupの送信シンボルを有するベクトルである。
H cupは、アップリンクに関する校正されたチャネル応答を表す。
P mは、ステアリングされたリファレンスに関する固有モードmで送信されるパイロットシンボルである。
r um,pは、固有ベクトルmに関するアップリンクのステアリングされたリファレンスに関する受信ベクトルである。
初期校正によって得られた補正行列K ^ ap及びK ^ utは、(1)初期校正に用いられたチャネル推定値H ^ dn及びH ^ upが不完全であること、(2)アクセスポイント及びユーザー端末における送信/受信チェーンの変化、等の様々な原因に起因する誤差を含んでいる可能性がある。補正行列内の誤差は、(1)ユーザー端末が空間処理のために使用し更にH ^ cdnから導き出される送信行列V ^ ut及び(2)アクセスポイントが空間処理のために使用し更にV ^ utを用いて送られるアップリンクのステアリングされたリファレンスから導き出される送信行列U ^^ apの両方において誤差を引き起こす。補正行列内のこれらの誤差を推定して取り除くことができれば、向上された性能を得ることができる。
qiは、qのi番目の要素である。
eiは、eのi番目の要素である。
Δjは、j番目の要素に関してはδの小さい実数値を含み、その他に関してはゼロを含む、長さ2(Nap + Nut − 2)のベクトルである。
nは、繰り返し数に関する指数である。
初期校正を行って補正行列K ^ ap及びK ^ utを導き出す場合は、一方のエンティティ(ユーザー端末又はアクセスポイント)が、有効ダウンリンクチャネル応答推定値H ^ dn、及び有効アップリンクチャネル応答推定値H ^ upの両方を入手する。チャネル推定値H ^ dn及びH ^ upは、ダウンリンクMIMOパイロット及びアップリンクMIMOパイロットにそれぞれ基づいて得ることができる。補正行列は、行列比計算又はMMSE計算を用い更にH ^ dn及びH ^ upから求めることができる。
図6は、TDD MIMOシステムにおけるアクセスポイント110及びユーザー端末150の実施形態を示したブロック図である。ダウンリンクでは、アクセスポイント110において、送信(TX)データプロセッサ610は、データソース608からのトラフィックデータ及びコントローラ630からのシグナリングとその他のデータを受け取る。TXデータプロセッサ610は、異なる型のデータをフォーマット化、符号化、インターリービング、及び変調(又はシンボルマッピング)し、データシンボルを提供する。本明細書において用いられる「データシンボル」は、データに関する変調シンボルであり、「パイロットシンボル」は、パイロットに関する変調シンボルである。これらのパイロットシンボルは、アクセスポイント及びユーザー端末の両方によって先験的に知られている。TX空間プロセッサ620は、データシンボルをTXデータプロセッサ610から受け取り、これらのデータシンボルに関する空間処理を行い、(例えば、チャネル推定、校正、等のために)パイロットシンボルにおいて適宜多重化し、Napのストリームの送信シンボルをNapの変調器(MOD)622a乃至622apに提供する。各変調器622は、各々の送信シンボルストリームを受け取って処理し、対応するOFDMシンボルストリームを得る。該OFDMシンボルストリームは、変調器内の送信チェーンによってさらに処理され、対応するダウンリンク変調信号が得られる。次に、変調器622a乃至622apからのNapのダウンリンク変調信号が、Nap本のアンテナ624a乃至624apから送信される。
Claims (32)
- 無線多入力多出力(MIMO)通信システムにおいてダウンリンクチャネル及びアップリンクチャネルを校正する方法であって、
送信エンティティと受信エンティティとの間のMIMOチャネルを通じて受信された第1のパイロットに基づいてMIMOチャネル応答推定値を算出することと、
前記MIMOチャネル応答推定値を分解することによって第1の送信行列を取得することと、
前記第1の送信行列に基づいてアップリンクのステアリングされたリファレンスを生成することと、
前記アップリンクのステアリングされたリファレンスから得られたダウンリンクのステアリングされたリファレンスに基づいて第2の送信行列を導き出すことと、
前記MIMOチャネル応答推定値、第1の校正誤差行列及び第2の校正誤差行列に基づいて非正規化送信行列を算出し、算出された非正規化送信行列に直交化を含む処理を施すことにより第3の送信行列を導き出すことと、
前記第3の送信行列と前記MIMOチャネル応答推定値とに基づいて、第4の送信行列を算出することと、
前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記第2の送信行列及び前記第4の送信行列に基づいて修正することと、を具備し、
前記MIMOチャネル応答推定値は、前記MIMOチャネルの応答の推定値であり更に前記MIMOチャネルを通じて受信された第2のパイロットに基づいて導き出され、前記第1の校正誤差行列は、前記送信エンティティにおける送信チェーン及び受信チェーンの応答に対処するために用いられる第1の補正行列内の誤差の推定値を含み、前記第2の校正誤差行列は、前記受信エンティティにおける送信チェーン及び受信チェーンの応答に対処するために用いられる第2の補正行列内の誤差の推定値を含む方法。 - 前記第1のパイロットは、前記MIMOチャネルの複数の固有モードを通じて受信されたステアリングされたパイロットである請求項1に記載の方法。
- 前記第2のパイロットは、前記送信エンティティの複数の送信アンテナから送られた複数のパイロット送信を具備するMIMOパイロットであり、各送信アンテナからの前記パイロット送信は、前記受信エンティティによって識別可能である請求項1に記載の方法。
- 第2の送信行列を前記導き出すことは、前記MIMOチャネル応答推定値を分解して前記MIMOチャネルに関する第1の固有ベクトル行列を得ることと、前記MIMOチャネル応答推定値及び前記第1の校正誤差行列と前記第2の校正誤差行列に基づいて前記MIMOチャネルに関する第2の固有ベクトル行列を計算することと、前記第2の固有ベクトル行列及び前記MIMOチャネル応答推定値に基づいて前記第2の送信行列を計算すること、とを具備する請求項1に記載の方法。
- 第2の送信行列を前記導き出すことは、前記第2の固有ベクトル行列を処理して第3の固有ベクトル行列を得ることをさらに具備し、前記第2の行列に関する前記処理は、前記送信エンティティによって前記受信エンティティから受信されたステアリングされたパイロットに基づいて送信行列を生成するために前記送信エンティティによって実施される処理と一致し、前記第2の送信行列は、前記第3の固有ベクトル行列及び前記MIMOチャネル応答推定値に基づいて計算される請求項4に記載の方法。
- 前記第2の固有ベクトル行列を前記処理することは、前記第2の行列内の前記固有ベクトルに関する直交化を行って前記第3の行列に関する直交固有ベクトルを導き出すことを具備する請求項5に記載の方法。
- 前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列は、最小平均二乗誤差(MMSE)適合型手順に基づいて修正される請求項1に記載の方法。
- 前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記修正することは、前記第1の送信行列と前記第2の送信行列の差としての誤差行列を計算することと、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列内の要素のうちの選択された要素に関して前記誤差行列内の要素に関する偏導関数を導き出すことと、前記偏導関数及び前記誤差行列に基づいて更新ベクトルを計算することと、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記更新ベクトルによって更新すること、とを具備する請求項1に記載の方法。
- 偏導関数を前記導き出すことは、修正された第2の送信行列を、前記MIMOチャネル応答推定値、前記第1の校正誤差行列、前記第2の校正誤差行列、及び誤差ベクトルに基づいて導き出すことと、前記第1の送信行列と前記修正された第2の送信行列の差としての修正された誤差行列を計算することと、前記偏導関数を前記誤差行列及び前記修正された誤差行列に基づいて計算することと、を具備する請求項8に記載の方法。
- 前記誤差行列、前記第1の校正誤差行列、及び前記第2の校正誤差行列は、複素値要素を含み、各複素値要素は、実数成分と虚数成分を有し、前記偏導関数は、前記実数成分及び前記虚数成分に関して別々に導き出される請求項8に記載の方法。
- 前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記修正することは、前記偏導関数によって行列を形成することをさらに具備し、前記更新ベクトルは、前記誤差行列及び前記偏導関数行列の逆数に基づいて計算される請求項8に記載の方法。
- 前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列内の前記要素のうちの前記選択された要素は、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列内の左上隅の要素を除くすべての対角要素を含む請求項8に記載の方法。
- 前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記修正することは、誤差行列を前記導き出すこと、偏導関数を前記導き出すこと、更新ベクトルを前記計算すること、及び前記第1の校正誤差行列と前記第2の校正誤差行列を前記更新することを、前記更新ベクトルが終了条件を満たすまで複数回繰り返すことをさらに具備する請求項8に記載の方法。
- 前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列は、最急降下適合型手順に基づいて修正される請求項1に記載の方法。
- 前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記修正することは、前記第1の送信行列と前記第2の送信行列の差としての誤差行列を計算することと、総誤差を前記誤差行列に基づいて計算することと、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列内の要素のうちの選択された要素に関して前記総誤差に関する偏導関数を導き出すことと、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記偏導関数によって更新すること、とを具備する請求項1に記載の方法。
- 前記総誤差は、前記誤差行列内の要素の大きさの二乗の和として計算される請求項15に記載の方法。
- 前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記修正することは、誤差行列を前記計算すること、総誤差を前記計算すること、偏導関数を前記導き出すこと、及び前記第1の校正誤差行列と前記第2の校正誤差行列を前記更新することを、前記総誤差が終了条件を満たすまで複数回繰り返すことをさらに具備する請求項15に記載の方法。
- 前記第2の補正行列を前記第2の校正誤差行列によって更新することをさらに具備する請求項1に記載の方法。
- 前記第1の補正行列は、前記第1の校正誤差行列によって更新される請求項1に記載の方法。
- 前記受信エンティティは、時分割多重(TDD)MIMOシステムにおけるユーザー端末であり、前記送信エンティティは、アクセスポイントである請求項1に記載の方法。
- 前記システムは、直交周波数分割多重(OFDM)を利用し、複数のサブバンドの各々に関して、前記サブバンドで受け取られた前記第1のパイロット及び前記第2のパイロットに基づいて一組の第1の及び第2の校正誤差行列が導き出される請求項1に記載の方法。
- 無線多入力多出力(MIMO)通信システムにおける装置であって、
送信エンティティと受信エンティティとの間のMIMOチャネルを通じて受信された第1のパイロットに基づいてMIMOチャネル応答推定値を算出するため、前記MIMOチャネル応答推定値を分解することによって第1の送信行列を取得するため、前記第1の送信行列に基づいてアップリンクのステアリングされたリファレンスを生成するため、
前記アップリンクのステアリングされたリファレンスから得られたダウンリンクのステアリングされたリファレンスに基づいて第2の送信行列を導き出すため、MIMOチャネル応答推定値、第1の校正誤差行列及び第2の校正誤差行列に基づいて非正規化送信行列を算出し、算出された非正規化送信行列に直交化を含む処理を施すことにより第3の送信行列を導き出すため、前記第2の送信行列と前記MIMOチャネル応答推定値とに基づいて、第4の送信行列を算出するため、及び前記第2の送信行列及び前記第4の送信行列に基づいて前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を修正するため、に動作することができるコントローラであって、前記MIMOチャネル応答推定値は、前記MIMOチャネルの応答の推定値であり更に前記MIMOチャネルを通じて受信された第2のパイロットに基づいて導き出され、前記第1の校正誤差行列は、前記送信エンティティにおける送信チェーン及び受信チェーンの応答に対処するために用いられる第1の補正行列内の誤差の推定値を含み、前記第2の校正誤差行列は、前記受信エンティティにおける送信チェーン及び受信チェーンの応答に対処するために用いられる第2の補正行列内の誤差の推定値を含むコントローラと、
前記MIMOチャネルを通じて送信される前に前記第2の補正行列をデータシンボルに乗じるために動作することができる空間プロセッサと、を具備する装置。 - 前記第1のパイロットは、前記MIMOチャネルの複数の固有モードを通じて受信されたステアリングされたパイロットであり、前記第2のパイロットは、前記送信エンティティの複数の送信アンテナから送られた複数のパイロット送信を具備するMIMOパイロットであり、各送信アンテナからの前記パイロット送信は、前記受信エンティティによって識別可能である請求項22に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記第1の送信行列と前記第2の送信行列の誤差を小さくするために前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を繰り返し調整する適合型手順に基づいて前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を修正するために動作することができる請求項22に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記MIMOチャネル応答推定値を分解して前記MIMOチャネルに関する第1の固有ベクトル行列を得るため、前記MIMOチャネル応答推定値、前記第1の校正誤差行列、及び前記第2の校正誤差行列に基づいて前記MIMOチャネルに関する第2の固有ベクトル行列を計算するため、及び前記第2の固有ベクトル行列及び前記MIMOチャネル応答推定値に基づいて前記第2の送信行列を計算するため、にさらに動作することができる請求項22に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記第1の送信行列と前記第2の送信行列の差としての誤差行列を計算するため、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列内の要素のうちの選択された要素に関して前記誤差行列内の要素に関する偏導関数を導き出すため、前記偏導関数及び前記誤差行列に基づいて更新ベクトルを計算するため、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記更新ベクトルによって更新するため、及び前記誤差行列の前記計算、前記偏導関数の前記導出、前記更新ベクトルの前記計算、及び前記第1の校正誤差行列と前記第2の校正誤差行列の前記更新を、前記更新ベクトルが終了条件を満たすまで複数回繰り返すため、にさらに動作することができる請求項22に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記第1の送信行列と前記第2の送信行列の差としての誤差行列を計算するため、総誤差を前記誤差行列に基づいて計算するため、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列内の要素のうちの選択された要素に関して前記総誤差に関する偏導関数を導き出すため、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記偏導関数によって更新するため、及び前記誤差行列の前記計算、前記総誤差の前記計算、前記偏導関数の前記導出、及び前記第1の校正誤差行列と前記第2の校正誤差行列の前記更新を、前記総誤差が終了条件を満たすまで複数回繰り返すため、にさらに動作することができる請求項22に記載の装置。
- 無線多入力多出力(MIMO)通信システムにおける装置であって、
送信エンティティと受信エンティティとの間のMIMOチャネルを通じて受信された第1のパイロットに基づいてMIMOチャネル応答推定値を算出する手段と、
前記MIMOチャネル応答推定値を分解することによって第1の送信行列を取得する手段と、
前記第1の送信行列に基づいてアップリンクのステアリングされたリファレンスを生成する手段と、
前記アップリンクのステアリングされたリファレンスから得られたダウンリンクのステアリングされたリファレンスに基づいて第2の送信行列を導き出す手段と、
前記MIMOチャネル応答推定値、第1の校正誤差行列及び第2の校正誤差行列に基づいて非正規化送信行列を算出し、算出された非正規化送信行列に直交化を含む処理を施すことにより第3の送信行列を導き出すための手段と、
前記第3の送信行列と前記MIMOチャネル応答推定値とに基づいて、第4の送信行列を算出する手段と、
前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記第2の送信行列及び前記第4の送信行列に基づいて修正する手段と、を具備し、前記MIMOチャネル応答推定値は、前記MIMOチャネルの応答の推定値であり更に前記MIMOチャネルを通じて受信された第2のパイロットに基づいて導き出され、前記第1の校正誤差行列は、前記送信エンティティにおける送信チェーン及び受信チェーンの応答に対処するために用いられる第1の補正行列内の誤差の推定値を含み、前記第2の校正誤差行列は、前記受信エンティティにおける送信チェーン及び受信チェーンの応答に対処するために用いられる第2の補正行列内の誤差の推定値を含む装置。 - 前記第1のパイロットは、前記MIMOチャネルの複数の固有モードを通じて受信されたステアリングされたパイロットであり、前記第2のパイロットは、前記送信エンティティの複数の送信アンテナから送られた複数のパイロット送信を具備するMIMOパイロットであり、各送信アンテナからの前記パイロット送信は、前記受信エンティティによって識別可能である請求項28に記載の装置。
- 前記MIMOチャネル応答推定値を分解して前記MIMOチャネルに関する第1の固有ベクトル行列を得る手段と、前記MIMOチャネル応答推定値、前記第1の校正誤差行列、及び前記第2の校正誤差行列に基づいて前記MIMOチャネルに関する第2の固有ベクトル行列を計算する手段と、前記第2の固有ベクトル行列及び前記MIMOチャネル応答推定値に基づいて前記第2の送信行列を計算する手段と、をさらに具備する請求項28に記載の装置。
- 前記第1の送信行列と前記第2の送信行列の差としての誤差行列を計算する手段と、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列内の要素のうちの選択された要素に関して前記誤差行列内の要素に関する偏導関数を導き出す手段と、前記偏導関数及び前記誤差行列に基づいて更新ベクトルを計算する手段と、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記更新ベクトルによって更新する手段と、前記誤差行列の前記計算、前記偏導関数の前記導出、前記更新ベクトルの前記計算、及び前記第1の校正誤差行列と前記第2の校正誤差行列の前記更新を、前記更新ベクトルが終了条件を満たすまで複数回繰り返す手段と、をさらに具備する請求項28に記載の装置。
- 前記第1の送信行列と前記第2の送信行列の差としての誤差行列を計算する手段と、総誤差を前記誤差行列に基づいて計算する手段と、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列内の要素のうちの選択された要素に関する前記総誤差についての偏導関数を導き出す手段と、前記第1の校正誤差行列及び前記第2の校正誤差行列を前記偏導関数によって更新する手段と、前記誤差行列の前記計算、前記総誤差の前記計算、前記偏導関数の前記導出、及び、前記第1の校正誤差行列と前記第2の校正誤差行列の前記更新を、前記総誤差が終了条件を満たすまで複数回繰り返す手段と、をさらに具備する請求項28に記載の装置。
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