JP5322970B2 - チャネル情報圧縮制御装置、チャネル情報圧縮制御方法、受信機及びコンピュータプログラム - Google Patents

チャネル情報圧縮制御装置、チャネル情報圧縮制御方法、受信機及びコンピュータプログラム Download PDF

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本発明は、チャネル情報圧縮制御装置、チャネル情報圧縮制御方法、受信機及びコンピュータプログラムに関する。
次世代の無線通信システムにおいては、MIMO(Multiple Input Multiple Output)システムを採用することが検討されている。MIMOシステムでは、送信機が送信データに対して信号伝送路(通信チャネル)の状態を表すチャネル情報(CSI:Channel State Information)に基づいたプリコーディング(Precoding)を行うことにより、プリコーディングを行わない場合に比べて周波数利用効率を向上できることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、FDD(Frequency Division Duplex)の場合、一般的にチャネル情報は受信機で取得されるが、そのチャネル情報に基づいて送信データのプリコーディングを行う方法として、例えば特許文献2が知られている。特許文献2では、複数のプリコーダー(Precoder)のインデックス(Index)を有するコードブック(Codebook)を送信機と受信機で共有し、受信機が取得したチャネル情報に応じたプリコーダーのインデックスを送信機へ送信し、送信機が該インデックスのプリコーダーを使用する。
特開2005−039840号公報 特開2009−171155号公報
しかし、送信機から受信機へチャネル情報をそのまま送信する場合、送信情報量が多いため、その情報送信に使用する無線リソース量が多くなる。一方、特許文献2では、受信機から送信機へ送る情報量を削減できるが、コードブックで表すことのできるプリコーダーの種類が限られるので、受信機で得られたチャネル情報に的確なプリコーダーがない場合にはプリコーディング効果が薄れる。
このような課題を解決するために、チャネル情報を適切に圧縮して受信機から送信機へフィードバックすることが考えられるが、そのフィードバック情報量を調節することが課題である。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、チャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節することができるチャネル情報圧縮制御装置、チャネル情報圧縮制御方法、受信機及びコンピュータプログラムを提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係るチャネル情報圧縮制御装置は、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節するチャネル情報圧縮制御装置であり、前記受信機が前記送信機から送信されたデータを受信して取得した通信品質値と、前記フィードバック情報量との対応関係を求める分析部と、前記対応関係を記憶する記憶部と、前記対応関係に基づいて、前記フィードバック情報量を更新するフィードバック情報量決定部と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係るチャネル情報圧縮制御装置において、前記フィードバック情報量決定部は、前記通信品質値の飽和点に対応する前記フィードバック情報量を求めることを特徴とする。
本発明に係るチャネル情報圧縮制御装置において、前記フィードバック情報量決定部は、通信品質の要求値を満たす最小の前記フィードバック情報量を求めることを特徴とする。
本発明に係るチャネル情報圧縮制御装置において、前記フィードバック情報量決定部は前記送信機及び前記受信機の通信準備段階として前記対応関係に係る測定用のフィードバック情報量を決定し、前記分析部は前記送信機及び前記受信機の通信実績に基づいて前記対応関係を更新し、更新前後の前記対応関係の差が基準以上である場合に前記通信準備段階として前記対応関係に係る測定を行うことを特徴とする。
本発明に係る受信機は、前述のいずれかのチャネル情報圧縮制御装置を備え、前記チャネル情報圧縮制御装置で決定されたフィードバック情報量に基づいて、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して送信機へフィードバックすることを特徴とする。
本発明に係るチャネル情報圧縮制御方法は、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節するチャネル情報圧縮制御方法であり、前記受信機が、前記送信機から送信されたデータを受信して取得した通信品質値と、前記フィードバック情報量との対応関係を求めるステップと、前記受信機が、前記対応関係を記憶部に記憶するステップと、前記受信機が、前記対応関係に基づいて、前記フィードバック情報量を更新するステップと、を含むことを特徴とする。
本発明に係るコンピュータプログラムは、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節するチャネル情報圧縮制御処理を行うためのコンピュータプログラムであって、前記受信機が前記送信機から送信されたデータを受信して取得した通信品質値と、前記フィードバック情報量との対応関係を求めるステップと、前記対応関係を記憶部に記憶するステップと、前記対応関係に基づいて、前記フィードバック情報量を更新するステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであることを特徴とする。
これにより、前述のチャネル情報圧縮制御装置がコンピュータを利用して実現できるようになる。
本発明によれば、チャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節することができる。
本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示す概略構成図である。 本発明に係るチャネル情報圧縮制御部30の実施例1である。 同実施例1に係る通信品質値Dとフィードバック情報量Aとの対応関係のグラフ図である。 同実施例1に係るチャネル情報圧縮制御処理の流れを示すフローチャートである。 本発明に係るチャネル情報圧縮制御部30の実施例2である。 同実施例2に係る通信品質値Dとフィードバック情報量Aとの対応関係のグラフ図である。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示す概略構成図である。この無線通信システムは、MIMO送信機1とMIMO受信機2を有し、MIMO送信機1からMIMO受信機2へMIMO伝送を行う。
図1において、MIMO送信機1は、プリコーディング部11と送信部12と制御情報受信部13とチャネル情報展開部14を有する。プリコーディング部11は、チャネル情報(CSI)を用いて送信データのプリコーディングを行う。送信部12は、複数の送信アンテナを有し、プリコーディングされた送信データを複数の送信アンテナから送信する。制御情報受信部13は、MIMO受信機2から制御情報を受信する。この制御情報は、チャネル情報圧縮データBと制御データCを有する。チャネル情報展開部14は、チャネル情報圧縮データBと制御データCを用いてチャネル情報を取得する。チャネル情報展開部14は、取得したチャネル情報をプリコーディング部11へ供給する。
MIMO受信機2は、受信部21とチャネル推定部22と受信処理部23とチャネル情報圧縮部24と制御情報送信部25とチャネル情報圧縮制御部30を有する。受信部21は、複数の受信アンテナを有し、MIMO送信機1の複数の送信アンテナから送信された信号を複数の受信アンテナで受信する。チャネル推定部22は、各受信アンテナの受信信号を用いてチャネル情報(CSI)を推定する。受信処理部23は、チャネル情報を用いて受信処理を行い、受信データ及び通信品質値Dを取得する。通信品質値Dとしては、例えば、通信スループット、周波数利用効率、ビットエラー率などが挙げられる。周波数利用効率は、通信スループットと周波数帯域幅とから算出される。
チャネル情報圧縮部24は、チャネル推定部22で推定されたチャネル情報を圧縮(情報のビット数の削減または情報の削除)してチャネル情報圧縮データBを生成する。チャネル情報圧縮部24は、チャネル情報圧縮制御部30からフィードバック情報量Aを受け取る。チャネル情報圧縮部24は、フィードバック情報量Aに基づいて、チャネル情報圧縮データBのデータ量を決定する。
チャネル情報圧縮部24は、チャネル情報圧縮データBと制御データCを制御情報送信部25へ出力する。制御データCは、チャネル情報圧縮データBに係る圧縮方法を特定する情報である。制御データCによって、チャネル情報圧縮データBからチャネル情報を取得することができる。制御情報送信部25は、チャネル情報圧縮データBと制御データCをMIMO送信機1へ送信する。
チャネル情報圧縮制御部30は、受信処理部23から通信品質値Dを受け取る。チャネル情報圧縮制御部30は、通信品質値Dに基づいて、フィードバック情報量Aを決定する。
以下、本実施形態に係るチャネル情報圧縮制御部30について実施例を挙げて説明する。
図2は、本発明に係るチャネル情報圧縮制御部30の実施例1である。図2において、チャネル情報圧縮制御部30は、分析部31とフィードバック情報量決定部32とメモリ33を有する。分析部31は、通信品質値Dとフィードバック情報量Aとの対応関係を求める。フィードバック情報量決定部32は、通信品質値Dとフィードバック情報量Aとの対応関係に基づいて、フィードバック情報量Aを更新する。メモリ33は、通信品質値Dとフィードバック情報量Aとその対応関係を記憶する。
図3は、本実施例1に係る通信品質値Dとフィードバック情報量Aとの対応関係のグラフ図である。本実施例1では、通信品質値Dとして周波数利用効率を用いる。分析部31は、周波数利用効率とフィードバック情報量Aとの対応関係を表す特性グラフWを作成する。特性グラフWはメモリ33に格納される。フィードバック情報量決定部32は、特性グラフWに基づいて、フィードバック情報量Aを更新する。本実施例1では、フィードバック情報量決定部32は、特性グラフWにおいて周波数利用効率の飽和点を検出し、該飽和点に対応するフィードバック情報量「x」を求める。
次に、図4を参照して、図2に示すチャネル情報圧縮制御部30の動作を説明する。図4は、本発明の実施例1に係るチャネル情報圧縮制御処理の流れを示すフローチャートである。
図4において、まずチャネル情報圧縮制御部30は、通信準備段階として、特性グラフWを作成する(ステップS1)を行う。この特性グラフ作成処理では、MIMO送信機1とMIMO受信機2とが実際の通信を開始する前に、フィードバック情報量Aを変化させながらMIMO送信機1からMIMO受信機2へのデータ送信(プリコーディング有り)を試行し、この試行結果から、通信品質値D(ここでは、周波数利用効率Dとする)とフィードバック情報量Aとの対応関係の特性グラフWを作成する。
ステップS1では、フィードバック情報量決定部32が一定間隔でフィードバック情報量Aを変化させ、分析部31が特性グラフWを作成する。
具体例を挙げて説明する。フィードバック情報量決定部32は、フィードバック情報量Aとして、圧縮前のチャネル情報の情報量に対する割合を10%から100%まで10%刻みで、10%、20%、30%、・・・、90%、100%と変化させる。チャネル情報圧縮部24は、そのフィードバック情報量Aに基づいて、チャネル情報圧縮データBのデータ量を決定する。これにより、チャネル情報圧縮データBは、一定間隔で圧縮率が変化する。フィードバック情報量A「10%」の場合は圧縮前のチャネル情報の情報量が10%に圧縮される(圧縮率が90%)。フィードバック情報量A「20%」の場合は圧縮前のチャネル情報の情報量が20%に圧縮される(圧縮率が80%)。フィードバック情報量A「30%」の場合は圧縮前のチャネル情報の情報量が30%に圧縮される(圧縮率が70%)。フィードバック情報量Aが40%から90%までの場合も同様に圧縮率が60%から10%まで変化する。フィードバック情報量A「100%」の場合は、圧縮なし(圧縮率が0%)であり、チャネル情報圧縮データBは圧縮前のチャネル情報のままである。なお、フィードバック情報量決定部32は、フィードバック情報量Aをメモリ33に格納する。
ある圧縮率のチャネル情報圧縮データBは、MIMO受信機2からMIMO送信機1へ送られ、MIMO送信機1で展開されてチャネル情報としてプリコーディング部11へ供給される。プリコーディング部11は、該チャネル情報を用いて試行データをプリコーディングする。このプリコーディング後の試行データは、MIMO送信機1からMIMO受信機2へ送信される。
MIMO受信機2では、MIMO送信機1から送信されたプリコーディング後の試行データを受信して周波数利用効率Dを取得する。チャネル情報圧縮制御部30は、メモリ33内のフィードバック情報量Aに関連付けて周波数利用効率Dをメモリに格納する。これは、周波数利用効率Dがどのフィードバック情報量Aを用いて取得されたものであるのかを特定するためである。分析部31は、メモリ33内の周波数利用効率Dとフィードバック情報量Aの組を用いて、特性グラフWを作成する。分析部31は、特性グラフWをメモリ33に格納する。
ステップS2からS9までの処理は、MIMO送信機1とMIMO受信機2とが実際の通信を行っている状態に実行されてもよい。
ステップS2では、フィードバック情報量決定部32が、メモリ33内の特性グラフWを用いて、特性グラフWにおける周波数利用効率の飽和点を検出する。次いで、ステップS3では、フィードバック情報量決定部32が、特性グラフWにおいて、周波数利用効率の飽和点に対応するフィードバック情報量を求める。フィードバック情報量決定部32は、周波数利用効率の飽和点に対応するフィードバック情報量をフィードバック情報量Aとしてチャネル情報圧縮部24へ通知する。これにより、チャネル情報圧縮部24は、そのフィードバック情報量Aに基づいてチャネル情報圧縮データBのデータ量を決定する。そして、MIMO送信機1とMIMO受信機2との間で、該チャネル情報圧縮データBを用いてプリコーディングされたデータ通信が行われる。
次いで、ステップS4では、分析部31が、ステップS3で決定されたフィードバック情報量AによりMIMO送信機1とMIMO受信機2との間で行われた通信の実績(周波数利用効率D)に基づいて、特性グラフWを更新する。次いで、ステップS5では、分析部31が、更新前後の特性グラフWを比較する。
次いで、ステップS6では、分析部31が、ステップS5の比較の結果、更新前後の特性グラフWにおける差が基準以上であるか否かを判定する。この判定の結果、更新前後の特性グラフWにおける差が基準以上である場合(ステップS6、YES)はステップS7に進み、更新前後の特性グラフWにおける差が基準未満である場合(ステップS6、NO)はステップS9に進む。
ステップS7では、チャネル情報圧縮制御部30が、MIMO送信機1とMIMO受信機2との間で実際の通信が行われているか否かを確認する。この確認の結果、通信中である場合(ステップS7、YES)はステップS8に進む。
一方、通信中ではない場合(ステップS7、NO)はステップS1に戻る。これは、更新前後の特性グラフWにおける差が基準以上であるので、ステップS1によって特性グラフWを作成し直すためである。
ステップS8では、フィードバック情報量決定部32が、フィードバック情報量Aを所定値に固定する。フィードバック情報量Aの所定値は、通信品質上、問題ない値にする。例えば、フィードバック情報量Aを100%(圧縮なし:圧縮率が0%)に固定する。ここでは、更新前後の特性グラフWにおける差が基準以上であるので、ステップS1によって特性グラフWを作成し直すのであるが、通信中にはステップS1を実行することができないので、フィードバック情報量Aを通信品質上の問題ない値に固定する。
ステップS9では、分析部31が、更新後の特性グラフWをメモリ33に格納し、メモリ33内の特性グラフWを更新する。この後、ステップS2に戻る。ここでは、更新前後の特性グラフWにおける差が基準未満であり問題なしであるので、以後、更新後の特性グラフWを使用する。
本実施例1によれば、チャネル情報を圧縮してMIMO受信機2からMIMO送信機1へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節することができる。又、フィードバック情報量と周波数利用効率との対応関係は無線環境によって異なるので、フィードバック情報量を調節することにより周波数利用効率を改善する効果が得られる。又、無用にフィードバック情報量を多くすることを抑制し、無線リソースの浪費を防止することができる。
図5は、本発明に係るチャネル情報圧縮制御部30の実施例2である。図5において、図2の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。実施例2では、フィードバック情報量決定部32は、通信品質の要求値Eを満たす最小のフィードバック情報量Aを求める。又、チャネル情報圧縮制御部30の動作は、図4に示す実施例1と同様であるが、実施例2では、ステップS2及びS3の代わりに、フィードバック情報量決定部32が通信品質の要求値Eに基づいてフィードバック情報量Aを決定する。
図6は、本実施例2に係る通信品質値Dとフィードバック情報量Aとの対応関係のグラフ図である。本実施例2では、通信品質値Dとして周波数利用効率を用いる。分析部31は、周波数利用効率とフィードバック情報量Aとの対応関係を表す特性グラフWを作成する。特性グラフWはメモリ33に格納される。フィードバック情報量決定部32は、特性グラフWに基づいて、フィードバック情報量Aを更新する。本実施例2では、フィードバック情報量決定部32は、特性グラフWにおいて周波数利用効率の要求値Eを満たす最小のフィードバック情報量を求める。
例えば、周波数利用効率の要求値Eがyであった場合には、フィードバック情報量決定部32は、特性グラフWにおける周波数利用効率「y」に対応するフィードバック情報量「x」をフィードバック情報量Aとして求める。又、周波数利用効率の要求値Eがyであった場合には、フィードバック情報量決定部32は、特性グラフWにおける周波数利用効率「y」に対応するフィードバック情報量「x」をフィードバック情報量Aとして求める。
周波数利用効率の要求値Eは、ユーザやアプリケーションなどによって変わる。例えば、ユーザが高速で大容量通信を行いたい場合や、ハイビジョンストリーミングのように高速のデータ通信が要求される場合などでは、比較的高い周波数利用効率が要求される。一方、ユーザが高速な通信を不要とする場合や、テキストメールのように高速のデータ通信が要求されない場合などでは、比較的低い周波数利用効率が要求される。本実施例2によれば、そのように変化する周波数利用効率の要求に対してフィードバック情報量Aを調節することができる。
上述したように本実施形態によれば、チャネル情報を圧縮してMIMO受信機2からMIMO送信機1へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節することができる。
また、図4に示す各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、チャネル情報圧縮制御処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、DVD(Digital Versatile Disk)等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本発明に係る無線通信システムは、マルチキャリア伝送方式を使用するものであってもよく、又は、シングルキャリア伝送方式を使用するものであってもよい。マルチキャリア伝送方式としては、例えば、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式が挙げられる。また、本発明は、MIMOシステム以外の無線通信システムに適用し、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を情報圧縮することも可能である。
1…MIMO送信機、2…MIMO受信機、11…プリコーディング部、12…送信部、13…制御情報受信部、14…チャネル情報展開部、21…受信部、22…チャネル推定部、23…受信処理部、24…チャネル情報圧縮部、25…制御情報送信部、30…チャネル情報圧縮制御部、31…分析部、32…フィードバック情報量決定部、33…メモリ

Claims (5)

  1. 通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節するチャネル情報圧縮制御装置であり、
    前記受信機が前記送信機から送信された送信データを受信して取得した通信品質値と、前記フィードバック情報量との対応関係を求める分析部と、
    前記対応関係を記憶する記憶部と、
    前記対応関係に基づいて、前記フィードバック情報量を更新するフィードバック情報量決定部と、を備え
    前記分析部は、前記通信品質値と、当該通信品質値の取得に使用された前記送信データのプリコーディングに使用された前記チャネル情報に対応する前記フィードバック情報量とを関連付けて前記記憶部に格納する、
    ことを特徴とするチャネル情報圧縮制御装置。
  2. 通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節するチャネル情報圧縮制御装置であり、
    前記受信機が前記送信機から送信されたデータを受信して取得した通信品質値と、前記フィードバック情報量との対応関係を表すグラフを作成する分析部と、
    前記グラフを記憶する記憶部と、
    前記記憶部に格納される前記グラフに基づいて、前記フィードバック情報量を更新するフィードバック情報量決定部と、を備え
    前記フィードバック情報量決定部は、前記送信機及び前記受信機の通信準備段階として行われる前記対応関係に係る測定に使用される測定用フィードバック情報量を決定し、
    前記分析部は、前記送信機及び前記受信機の通信実績に基づいて前記グラフを更新し、更新前後の前記グラフを比較し、該更新前後の前記グラフの差が基準以上である場合に、改めて前記測定用フィードバック情報量を使用して行われた前記測定の結果に基づいて、前記記憶部で保持される前記グラフを作成し直す、
    ことを特徴とするチャネル情報圧縮制御装置。
  3. 請求項1又は2に記載のチャネル情報圧縮制御装置を備え、
    前記チャネル情報圧縮制御装置で決定されたフィードバック情報量に基づいて、通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して送信機へフィードバックすることを特徴とする受信機。
  4. 通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節するチャネル情報圧縮制御方法であり、
    前記受信機が、前記送信機から送信された送信データを受信して取得した通信品質値と、前記フィードバック情報量との対応関係を求める分析ステップと、
    前記受信機が、前記対応関係を記憶部に記憶するステップと、
    前記受信機が、前記対応関係に基づいて、前記フィードバック情報量を更新するステップと、を含み、
    前記分析ステップは、前記通信品質値と、当該通信品質値の取得に使用された前記送信データのプリコーディングに使用された前記チャネル情報に対応する前記フィードバック情報量とを関連付けて前記記憶部に格納する、
    ことを特徴とするチャネル情報圧縮制御方法。
  5. 通信チャネルの状態を表すチャネル情報を圧縮して受信機から送信機へフィードバックするときのフィードバック情報量を調節するチャネル情報圧縮制御処理を行うためのコンピュータプログラムであって、
    前記受信機が前記送信機から送信された送信データを受信して取得した通信品質値と、前記フィードバック情報量との対応関係を求める分析ステップと、
    前記対応関係を記憶部に記憶するステップと、
    前記対応関係に基づいて、前記フィードバック情報量を更新するステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであり、
    前記分析ステップは、前記通信品質値と、当該通信品質値の取得に使用された前記送信データのプリコーディングに使用された前記チャネル情報に対応する前記フィードバック情報量とを関連付けて前記記憶部に格納する、
    ことを特徴とするコンピュータプログラム。
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