JP5324570B2 - マルチアンテナシステムにおけるフィードバック情報の送信方法 - Google Patents

マルチアンテナシステムにおけるフィードバック情報の送信方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信に関し、より詳しくは、マルチアンテナシステムにおけるフィードバック情報の送信方法に関する。
情報通信サービスの普遍化、多様なマルチメディアサービスの登場、高品質サービスの出現など、通信サービスに対する要求が急速に増大している。このような要求を満たすために、多様な無線通信技術が多様な分野で研究されている。
マルチメディアデータは、サービス種類に従って、多様なデータレート、多様な伝送品質などを要求するため、既存の音声中心のサービス提供とは異なる概念のリンク適応技法が要求される。適応変調符号化(Adaptive Modulation and Coding:AMC)技法は、このようなデータ送信に効率的なリンク適応技法であり、データレートをチャネル環境に合うように変化させる適応方式である。データレートは、変調符号化選択(Modulation and Coding Selection:MCS)レベルにより決定され、MCSレベルは、予め定義された変調及びチャネルコーディングの組合せに対するレベルである。MCSレベルは、信号対干渉雑音比(Signal to Interference plus Noise Ratio:SINR)、搬送波対干渉雑音比(Carrier to Interference plus Noise Ratio:CINR)、チャネル品質情報(Channel Quality Information:CQI)等によって決定される。AMC技法の支援のためにはユーザ端末(User Equipment:UE)のSINRに対する情報を基地局が知っていなければならず、ユーザ端末は、CQIなどを使用して受信チャネル品質を基地局に伝達する。
一方、追加的な周波数割当や電力増加のなしに通信容量及び通信性能を向上させることができる技術のうち一つが多入力多出力(multiple input multiple output:MIMO)技術である。すなわち、送信アンテナの数及び受信アンテナの数を同時に増やすようになれば、アンテナ数に比例して理論的なチャネル伝送容量が増加するため、周波数効率を向上させることができる。
MIMO技術は、空間ダイバーシティ(spatial diversity)方式と空間多重化(spatial multiplexing)方式とに分類することができる。空間ダイバーシティ方式は、多様なチャネル経路を用いて伝送信頼度を高める。空間多重化方式は、多数のデータストリームを同時に送信してデータレートを向上させる。最近、このような二つの方式を適切に結合して各々の長所を適切に得ようとする方式に対する研究が行われている。
データレートを増加させるためにプリコーディング(Precoding)技法(または、ビーム形成(Beam forming)技法)を使用することができる。前記プリコーディング技法は、送信機から受信機までのダウンリンクチャネル情報を用いて、送信機が送信しようとする各データ列に送信加重値をかけて送信する技法である。従って、送信機では送信機の各送信アンテナから受信機の各受信アンテナへのダウンリンクチャネル状態を知っていなければならない。このためには、受信機が、ダウンリンクチャネル状態を推定した後、前記推定されたダウンリンクチャネル状態情報を送信機にフィードバック(Feedback)しなければならない。しかしながら、ダウンリンクチャネル状態情報を送信機にフィードバックするためには、アップリンクフィードバックチャネルを用いた多い量のフィードバックデータ送信が要求される。
これに伴いフィードバック情報量を減らすコードブック(Codebook)技法がある。コードブック技法は、送信機と受信機が知っている限定された数のプリコーダからなるプリコーダコードブック(Precoder Codebook)において、受信機が候補プリコーダの中から最大データレートを有するプリコーダを決定し、前記プリコーダのインデックス(Index)を送信機にフィードバックする。送信機は、プリコーダコードブックの中からフィードバックされたプリコーダインデックスにともなうプリコーダを使用してデータを送信する。
マルチアンテナを有する送信器は、ブロードキャスト(broadcast)、マルチキャスト(multicast)及び/またはユニキャスト(unicast)の送信によって同時に多数の送信信号を送信することができる。ブロードキャスト送信は、特定領域(例えば、セル及び/またはセクタ)内の全てのユーザに送ることであり、マルチキャスト送信は、少なくとも一つのユーザからなる特定グループに送ることであり、ユニキャスト送信は、特定ユーザに送ることをいう。
ユニキャスト送信のようなポイント・ツー・ポイント(point-to-point)システムではプリコーディングがあまり問題にならない。しかしながら、マルチアンテナを用いたマルチキャストまたはブロードキャスト送信(以下、多数のユーザデータの送信)のようなポイント・ツー・マルチポイント(point-to-multi point)システムでは複数のユーザをグループ化してサービスするようになり、各ユーザごとに別途のプリコーディング情報及びMCSレベル情報を基地局にフィードバックするようになれば、フィードバックオーバーヘッドを招くようになり、さらに、各ユーザに適したMCSレベル及びプリコーダが異なるため、適切なコーディング及びビーム形成のためのスケジューリングをするのも難しい。
従って、マルチアンテナを用いた多数のユーザデータの送信においてMCSレベルまたはCQIまたはプリコーダのようなフィードバック情報を効率的に基地局に送信する方法が要求される。
本発明の目的は、このような要求に符合するマルチアンテナシステムにおけるフィードバック情報の送信方法を提供することである。
本発明の一態様によると、フィードバック情報の送信方法を提供する。この方法は、複数のサブバンドの各々に対して決定された(settled)データ処理に関するプリセット(preset)であるサブバンドプリセット情報に従って、これら複数のサブバンドのうち少なくとも一つのサブバンドを選択する段階、及び選択されたサブバンドのサブバンドインデックスを送信する段階、を備える。
本発明の他の態様によると、マルチアンテナを用いたデータ送信方法を提供する。この方法は、ユーザ端末(User Equipment)からフィードバック情報を受信する段階であって、このフィードバック情報は、少なくとも一つのサブバンドインデックスを含み、このサブバンドインデックスは、複数のサブバンドの一つを指示し、これら複数のサブバンドの各々に対して決定されたデータ処理に関するプリセットであるサブバンドプリセット情報に従ってダウンリンクデータを処理する段階、及びダウンリンクデータをユーザ端末に送信する段階、を備える。
ユニキャスト送信において、別途にプリコーダインデックスを送信する代わりにサブバンドインデックスだけをフィードバックするようになるため、フィードバックオーバーヘッドを減らすことができる。複数のユーザ端末(User Equipment:UE)に同じデータを送信するマルチキャストまたはブロードキャスト送信において、各ユーザ端末に別途にプリコーダや変調符号化(MCS)レベルを表すインデックスを送信する代わりにサブバンドインデックスだけをフィードバックするようになるため、フィードバックオーバーヘッドを減らすことができる。また、複数のユーザ端末内で同じ方式のプリコーディングを適用することができるユーザ端末同士でサブグループを形成して一括的に処理するため、プリコーディングが容易であり、かつプリコーディング/ビーム形成ゲインを得ることができる。
無線通信システムを示す。 多数のユーザを含む一つのセルを示す。 本発明の一実施例に係る基地局のブロック図である。 本発明によるサブバンドを示すグラフである。 本発明の一実施例に係るユーザ端末を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るサブバンドインデックスを送信する方法を示すフローチャートである。
図1は、無線通信システムを示す。
図1を参照すると、無線通信システム(100)は、システム全体にわたって分布する多数の基地局(base station:110)を含む。基地局(110)は、一般的に固定された局(fixed station)をいい、ノードB(node-B)、無線基地局装置(base transceiver system:BTS)、アクセスポイント(access poiNT)等、他の用語で呼ばれることができる。ユーザ端末(user equipment:UE)120は、固定する、あるいは移動性を有することができ、移動局(mobile station:MS)、ユーザ端末装置(user terminal:UT)、加入者設備(subscriber station:SS)、無線機器(wireless device)等、他の用語で呼ばれることができる。以下、ダウンリンクは、基地局(110)からユーザ端末(120)への通信を意味し、アップリンクは、ユーザ端末(120)から基地局(110)への通信を意味する。一つの基地局(110)がサービスを提供する領域をセル(150)という。一つのセル(150)は、複数のセクタ(未図示)に区分されることができる。ここでは7個のセル(150)を表しているが、セル(150)の数や配置は通信システム(100)に応じて多様に変えられることができる。
図2は、多数のユーザを含む一つのセルを示す。
図2を参照すると、基地局は、マルチアンテナを有し、多重化された多重送信信号を各ユーザ端末(140a、140b)に送信する。ユーザ端末(140a、140b)は、一つまたは多数のアンテナを有することができる。通信システムは、MIMO(multiple input multiple output)システムであってもよく、多入力単一出力(multiple input single output:MISO)システムであってもよい。MIMOシステムは、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを使用する。MISOシステムは、複数の送信アンテナ及び一つの受信アンテナを使用する。
マルチアンテナを有する基地局(130)は、ブロードキャストまたはマルチキャスト送信(以下、多数のユーザデータの送信という)を介して同時に多数の信号を送信することができる。ブロードキャスト送信は、特定領域(例えば、セル及び/またはセクタ)内の全てのユーザに送ることであり、マルチキャスト送信は、少なくとも一つのユーザからなる特定グループに送ることをいう。例えば、セル内の全てのユーザ端末(例えば、ユーザ端末140a、140b)は、ブロードキャスト信号を受信することができる。また、特定グループに属するユーザ端末(140b)は、マルチキャスト信号を受信することができる。これをユーザ端末の立場からみれば、各ユーザ端末(140a、140b)は、自分に必要な信号を受信することができる。第1のユーザ端末(140a)は、ブロードキャスト信号だけを受信する。第2のユーザ端末(140b)は、ブロードキャスト信号及びマルチキャスト信号を受信する。
図3は、本発明の一実施例に係る基地局(300)のブロック図である。
図3を参照すると、基地局(300)は、送信制御部(310)、送信処理部(320)、MIMO前処理部(330)、アンテナ(340-1,...,340-NT)を含む。送信制御部(310)は、サブバンドテーブル(350)を含み、ユーザ端末からサブバンドインデックスを受信する。送信制御部(310)は、サブバンドインデックスに基づくMCSレベル情報を送信処理部(320)に送り、サブバンドインデックスに基づくプリコーダをMIMO前処理部(330)に送る。サブバンドテーブル(350)及びサブバンドインデックスに関しては後述する。
送信処理部(320)は、送信制御部(310)からMCSレベル情報を受ける。送信処理部(320)は、データをMCSレベルに応じてエンコーディングして符号化されたデータ(codeddata)を形成し、この符号化されたデータを信号配列(signal constellation)上の位置を表現するデータシンボルにマッピングする。
MIMO前処理部(330)は、送信制御部(310)からプリコーダの入力を受けてデータシンボルに対してプリコーディング(Precoding)を実行して送信シンボルを生成する。プリコーディングは、送信するデータシンボルにプリコーダ(ベクトルまたは行列)をかけて前処理を実行する技法である。送信シンボルは、アンテナ(340-1,...,340-NT)を介してユーザ端末に送信される。
以下、サブバンドテーブル及びサブバンドインデックスに関して記述する。
マルチアンテナシステムにおける多数のユーザデータの送信において、各ユーザは、一つまたは複数個のサブバンドインデックス(subband index)を基地局に送信する。サブバンドは、論理的(logical)領域または物理的(physical)領域における基本単位である。例えば、サブバンドは、周波数帯域を区分する単位になることができ、資源ブロック(resource block)、資源タイル(resource tile)、ビン(bin)などと呼ばれることができる。
図4は、本発明によるサブバンドを示すグラフである。これは論理的領域でも、または物理的領域でもよい。
図4を参照すると、x軸は時間領域であり、y軸はシステムの周波数領域である。周波数領域は、図4のように、複数個のサブバンドに区分されることができる。サブバンドには多数の副搬送波が含まれることができる。サブバンドの帯域幅は、FDM(Frequency Division Multiplexing)/FDMA(Frequency Division Multiple Access)すなわち周波数分割多元接続方式またはOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplex)すなわち直交周波数分割多重方式にともなうシステムが用いる全体周波数帯域または一部周波数帯域で均等または非均等に分割された領域である。図4では周波数領域を均等なサブバンドに区分しているが、システムの特性に従って非均等に区分されることもできる。基地局及びユーザ端末は、システム周波数帯域を多数のサブバンドに区分し、各サブバンド別にインデックスを付与する。
また、図3を参照すると、基地局及びユーザ端末は、システム周波数帯域を複数のサブバンドに区分し、各サブバンド別にインデックスを付与したサブバンドテーブル(350)を含む。サブバンドテーブル(350)は、データの処理のために適用されるプリコーダ、MCSのようなデータ処理情報を各サブバンド別に予め設定しておいたテーブルである。以下、各サブバンド別に決定されたデータ処理に関するプリセットをサブバンドプリセット情報(subband preset information)という。ユーザ端末は、各サブバンドのサブバンドプリセット情報を用いて所望の性能を提供するサブバンドを探し、そのサブバンドのインデックスを基地局に知らせると、基地局は、前記サブバンドプリセット情報に従って処理されたデータをサブバンドを介してユーザ端末に送信する。
サブバンドプリセット情報の一例は、プリコーダである。サブバンドプリセット情報の他の例は、MCSレベルである。また、サブバンドプリセット情報の他の例は、プリコーダ及びMCSレベルがある。サブバンドテーブル(350)は、サブバンド別にMCSレベル及び/またはプリコーダの多様な組合せで構成されることができる。サブバンドテーブル(350)は、ユーザ端末と基地局との間に予め約束された規約によりお互いに知っているテーブルであってもよく、基地局がユーザ端末に送信するテーブルであってもよい。基地局がサブバンドテーブル(350)をユーザ端末に送信する場合、サブバンドテーブル(350)は、ダウンリンク制御チャネルを介して送信されることができる。
一実施例において、サブバンドテーブル(350)は、表1のように構成されることができる。
Figure 0005324570
表1は、3個のMCSレベルと4個のプリコーダとを組合せたサブバンドテーブル(350)の例である。サブバンドインデックスは、0からKまで設定されることができる(K≧0である整数)。MCS0ないしMCS2は、変調符号化方式に対するインデックスである。例えば、MCS0は2相位相変調(Binary Phase Shift Key:BPSK)、MCS1は4相位相変調(Quadrature Phase Shift Key:QPSK)、また、MCS2は16直交振幅変調(16 Quadrature Amplitude Modulation:16QAM)を各々表し、コーディング方式は1/3ターボコードを使用することができる。プリコーダ0ないしプリコーダ3は、各々チャネル環境別に予め設定されたコードブックに属するプリコーダ(またはビーム形成ベクトル)を表すインデックスである。
ユーザ端末は、表1に従って全てのサブバンドに対して決められたMCSレベル及びプリコーダを用いて各サブバンド別送信性能を判断する。最適の性能を有するサブバンドが決定されれば、ユーザ端末は、決定されたサブバンドのインデックスを基地局に送信する。もし、ユーザ端末が、任意時点のチャネル環境において、第0のサブバンドでMCSレベル0とプリコーダ0とに基づいた性能が最適であると判断した場合、ユーザ端末は、サブバンドインデックス0を基地局に送信する。もし、ユーザ端末が、第0のサブバンドの以外に第6のサブバンドでMCSレベル1とプリコーダ2とに基づいた性能も最適であると判断した場合、ユーザ端末は、サブバンドインデックス0と6とを共に基地局に送信することもできる。
他の実施例において、サブバンドテーブル(350)は、表2ように構成されることもできる。
Figure 0005324570
表2は、表1と異なり、各サブバンドがMCSレベルインデックスを除いたプリコーダインデックスだけで決定される。すなわち、ユーザ端末がプリコーダ0によってデータの送信を受けることを所望する場合、ユーザ端末は、サブバンドインデックス0だけを基地局に送信する、あるいはサブバンドインデックス4、8、12、...等、プリコーダ0に決定された複数のサブバンドインデックスを基地局に送信することもできる。
ユーザ端末がチャネル品質情報(CQI)/信号対干渉雑音比(SINR)/搬送波対干渉雑音比(CINR)/MCSレベルまたは所望のプリコーダ、サブバンドなどを選択する時は頻繁に変えられるチャネル状態に従って選択することより、一定期間に対して選択することが望ましい。すなわち、CQI/SINR/CINR/MCSレベルの場合は、ユーザ端末が決定できる時間に比べてさらに余裕をおいて決定される。各ユーザ端末は、CQI/SINR/CINR/MCSレベルまたはプリコーダインデックス、サブバンドなどを決定して周期的に基地局に知らせることもでき、必要によって非周期的に基地局に知らせることもできる。または基地局がユーザ端末に制御情報を要求する場合に知らせることもできる。
マルチアンテナを用いた多数のユーザデータの送信において、各ユーザ端末ごとに好むプリコーダやMCSレベルが異なる場合、基地局は、適切なプリコーダ及び/またはMCSレベルを選択するのが難しいことがある。このとき、サブバンド別にMCSレベル及び/またはプリコーダが予め決められたサブバンドテーブル(350)を参照するようになると、ユーザ端末の立場ではMCSレベル及び/またはプリコーダを別途に基地局に知らせる必要無しにサブバンドインデックスだけをフィードバックするため、フィードバックオーバーヘッドを減らすことができる。また、基地局の立場では、従来技術のようにユーザ端末ごとに多様なMCSレベル及び/またはプリコーダを使用してスケジューリングする必要無しに、同じサブバンドインデックスを好むユーザ端末を集めて各ユーザ端末に対応するMCSレベル及び/またはプリコーダを用いてデータを送信すればなるため、効率的な送信が可能である。
図5は、本発明の一実施例に係るユーザ端末(500)を示すブロック図である。
図5を参照すると、ユーザ端末は、アンテナ(510-1,...,510-NR)、MIMO後処理部(520)、受信処理部(530)、受信制御部(540)を含む。
アンテナ(510-1,...,510-NR)から受信された信号は、MIMO後処理部(520)に入力される。MIMO後処理部(520)は、MIMO前処理部(図3の330)に対応する後処理を実行して送信シンボルをデータシンボルに変換する。受信処理部(530)は、MIMO後処理部(520)の出力であるデータシンボルを符号化されたデータにデマッピングし、符号化されたデータをデコーディングして元データを復元する。
受信制御部(540)はサブバンドテーブル(550)を含む。サブバンドテーブル(550)は基地局のサブバンドテーブル(550)と同じである。受信制御部(540)は、サブバンドテーブル(550)を参照して、サブバンド別に付与されたMCSレベル及び/またはプリコーダを用いて各サブバンドに対する送信性能を判断する。受信制御部(540)は、送信性能の判断結果、最適の送信性能を提供するサブバンドのサブバンドインデックスを基地局に送信した後、サブバンドインデックスにともなうMCSレベルを受信処理部(530)に入力して、サブバンドインデックスにともなうプリコーダをMIMO後処理部(520)に入力する。
前述した基地局(300)及びユーザ端末(500)は、OFDM/OFDMA方式のような多重搬送波を用いた方式だけでなく、TDMA、CDMA等、その他の無線接続方式にもそのまま適用することができる。
図6は、本発明の一実施例に係るサブバンドインデックスを送信する方法を示すフローチャートである。
図6を参照すると、ユーザ端末は、基地局にサブバンドインデックスを送信する(ステップS610)。ユーザ端末は、多数のユーザデータを送信する複数のユーザ端末(500)であってもよい。各ユーザ端末は、各サブバンド別に決定されたMCSレベル及び/またはプリコーダを用いて各サブバンドにおける送信性能を判断した後、最も良い性能を有するサブバンドのサブバンドインデックスの一つまたは複数個を基地局に送信する。
基地局は、ユーザ端末からサブバンドインデックスを受信する(ステップS620)。基地局は、多数のユーザデータが送信される場合、サービスにともなう複数のユーザ端末の各々からサブバンドインデックスを受信する。
基地局は、同じサブバンドインデックスを送信したユーザ端末同士でサブグループを形成する(ステップS630)。このとき、基地局は、サブグループに属するユーザ端末に同じCID(Connection IDentification)を割り当て、一つのエンコーディングブロックとしてデータを送信する。CIDは、ユーザ端末のMACと基地局のMACとで対等なMAC接続を確認させる識別子である。ユーザ端末と基地局との間の接続状態に従って多様な種類のCIDがある。レンジングCID(ranging CID)は、ユーザ端末と基地局との間の正確なタイミングオフセットを得て初期送信パワーを調整して受信信号強度を周期的に追跡する等、ユーザ端末と基地局との間のレンジング過程で使われる。マルチキャストCID(Multicast CID)は、ダウンリンクマルチキャストサービスのために同じ値に付与される。ブロードキャストCID(Broadcast CID)は、ブロードキャスト情報を使用するために全てのユーザ端末に付与される。
このような方式にサブグループを形成して一つのエンコーディングブロックと同じプリコーダを使用してデータを送信すれば、ユーザ端末に資源を割り当てるためのMAPメッセージの浪費を減らし、チャネルコーディングゲインを得ることができる。表3は、基地局がユーザ端末別にサブグループを形成する一例を表す。
Figure 0005324570
表3では、第1及び第2のユーザ端末は、同じサブバンドインデックス0を送信したため、同じ第1のサブグループに属する。第3及び第5のユーザ端末は、サブバンドインデックス2を送信したため、第2のサブグループに属する。第4及び第6のユーザ端末は、サブバンドインデックス1を送信したため、第3のサブグループに属する。
基地局は、ユーザ端末にデータを送信する。基地局は、ユーザ端末から受信したサブバンドインデックスにともなうMCSレベルに従ってデータをチャネルコーディングしてサブバンド帯域で変調した後、サブバンドインデックスにともなうプリコーダによって変調されたデータを前処理をしてマルチアンテナを介してユーザ端末に送信する。
以上、本発明に対して実施例を参照して説明したが、当該技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させて実施できることを理解することができる。従って、前述した実施例に限定することではなく、本発明は特許請求の範囲内の全ての実施例を含む。

Claims (4)

  1. マルチアンテナシステムにおけるフィードバック情報の送信方法であって、移動端末によって実行される送信方法において、
    複数のサブバンドのうち一つのサブバンドを選択する段階であって、前記の選択されたサブバンドはプリコーダに関連し、前記プリコーダは前記マルチアンテナシステムにおけるデータのプリコーディングに使われる行列に関連する、段階と、
    前記の選択されたサブバンドを指示するサブバンドインデックスを含むフィードバックコンテンツを構成する段階であって、それぞれが前記プリコーダを指示する少なくとも一つのプリコーダインデックスが、複数の前記サブバンドインデックスにマッピングされる、段階と、
    アップリンク制御チャネル上において基地局へ向けて前記フィードバックコンテンツを送信する段階と、
    を備えるフィードバック情報の送信方法。
  2. 隣接するプリコーダインデックスが、隣接するサブバンドインデックスに循環的にマッピングされるよう、複数のプリコーダインデックスが、複数の前記サブバンドインデックスにマッピングされる請求項1に記載のフィードバック情報の送信方法。
  3. 前記プリコーダは、同じサブバンドインデックスを送信するユーザ端末、同じグループに属する前記同じサブバンドインデックスを送信するユーザ端末に対して同じである請求項1に記載のフィードバック情報の送信方法。
  4. 前記サブバンドインデックスは、前記の選択されたサブバンドのMCSレベルを指示し
    ない請求項1に記載のフィードバック情報の送信方法。
JP2010515972A 2007-07-13 2008-07-09 マルチアンテナシステムにおけるフィードバック情報の送信方法 Expired - Fee Related JP5324570B2 (ja)

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