JP5361870B2

JP5361870B2 - 複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための方法及び装置

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Publication number: JP5361870B2
Application number: JP2010506790A
Authority: JP
Inventors: ジュ，シャオロン; ヤン，ホンウェイ; ツァイ，リュウ
Original assignee: アルカテル−ルーセント
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: KR101320915B1; EP2166675B1; US8325842B2; WO2008138165A1; JP2010527186A; KR20100106200A; CN101669298B; CN101669298A; EP2166675A4; EP2166675A1; US20100303170A1

Description

本発明は通信技術の分野に関し、より具体的には、複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための方法及び装置、並びにその装置を備えた送信機、基地局、及び通信システムに関する。

単一入力単一出力通信システム
旧来的な無線通信システムは通常、単一の送信アンテナ及び単一の受信アンテナ、即ち、いわゆる単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）通信システムを採用する。旧来的な単一入力単一出力通信システムでは、基地局に位置する送信機からの無線周波数（ＲＦ）変調データが伝送経路に沿って移動局の受信機に到着する。しかし、伝送経路の性質はフェーディングやマルチチャネルのような幾つかの要因によって時間とともに変動することがある。さらに、旧来的な単一入力単一出力通信システムのチャネル容量は、克服できないボトルネック、即ち、シャノン容量制限の影響を受ける。

複数入力複数出力通信システム
旧来的な単一入力単一出力通信システムにおける上記の欠点をなくすために、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムが提案及び開発された。図１は従来技術におけるＭＩＭＯ通信システムの概略を示す。図１に示すように、ＭＩＭＯ通信システムは通常、基地局に位置する多数（Ｎ_Ｔ個）の送信アンテナを持つ送信機、及び移動体端末に位置する多数（Ｎ_Ｒ個）の受信アンテナを持つ受信機からなる。Ｎ_Ｔ個の送信アンテナ及びＮ_Ｒ個の受信アンテナで形成されるＭＩＭＯチャネルはＮ_Ｓ個の個々のサブチャネルに分解できる。ここで、Ｎ_Ｓ≦ｍｉｎ｛Ｎ_Ｔ、Ｎ_Ｒ｝である。Ｎ_Ｓ個の個々のサブチャネルの各々はさらにＭＩＭＯ通信システムの制御サブチャネルといわれ、１次元空間に対応する。複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナによって確立された追加の次元があれば、ＭＩＭＯシステムは、送信容量の増加等の改善された性能を提供できる。さらに、ＭＩＭＯ通信システムでは、個々のデータフローはＮ_Ｓ個の制御サブチャネルでそれぞれ伝送されるので、スペクトルの利用効率が上昇する。

従って、ＭＩＭＯ通信システムは、旧来的なＳＩＳＯ通信システムと比べた場合、帯域幅を追加せずに通信システムの容量及びスペクトルの利用効率を何倍も増加させることができる。ＭＩＭＯ技術は、新しい次世代移動体通信システムによって使用される鍵となる技術の１つとなった。現在では、ＷＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２.１１ｎ）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ｄ及びＩＥＥＥ８０２.１６ｅ）、ＩＥＥＥ８０２.２０、ＩＥＥＥ８０２.２２、３ＧＰＰリリース７、及び３ＧＰＰリリース８（ＬＴＥ）のような幾つかの規格がＭＩＭＯのサポートを規定している。

ＭＩＭＯ通信システムでは、サイズ、パワー及びコスト的な制限のために、移動体端末は基地局よりも少ないアンテナ及びＲＦチャネルで構成されている。例えば、基地局には４個の送信又は受信アンテナがあるのに対して移動体端末では２個の送信又は受信アンテナしかない。基地局のアンテナを完全に使用するために、種々の強化技術がＭＩＭＯ通信システムについて提案されている。既存の強化技術は２個の大きなカテゴリである開ループ及び閉ループに分類される。

開ループＭＩＭＯ強化技術では、送信機はＭＩＭＯチャネル情報を利用するのではなく、入力データを自身から受信機にＭＩＭＯチャネルを介して直接送信する。通常は、開ループ強化技術は空間−時間コード化（ＳＴＣ）技術及びサイクリック遅延ダイバシティ（ＣＤＤ）技術からなる。

閉ループＭＩＭＯ強化技術では、逆に、送信機はチャネル情報の全部又は一部についての以前の知識を有し、その情報を利用してシステム性能を向上する。具体的には、送信機は入力データをチャネル情報又はユーザ位置情報を用いて事前処理し、事前処理されたデータを複数の送信アンテナダイバシティを介して受信機に送信する。受信機は受信アンテナ上で送信データを受信し、受信データを処理及び出力する。従って、閉ループＭＩＭＯ強化技術は開ループＭＩＭＯ強化技術よりも優れている。通常は、閉ループＭＩＭＯ強化技術はビーム形成ＭＩＭＯ技術及びプリコーディングＭＩＭＯ技術からなる。

ＭＩＭＯ通信システムとビーム形成技術の組合せ
ビーム形成ＭＩＭＯ技術は、アンテナゲイン及び干渉抑制ゲインを向上するようにアンテナを用いて所定の空間指向性のビームを生成する。通常、ビーム形成ＭＩＭＯ技術は目標ユーザ及び干渉ユーザの位置が異なることに基づき、干渉ユーザのサイドローブを狙い或いはビームを無効化する一方でメインビームを目標ユーザに向ける。このような態様において、ビーム形成技術は干渉によって引き起こされる悪影響を効果的に減少させることができる。図２はビーム形成器からなる従来技術におけるＭＩＭＯ通信システムのブロック図である。図２に示すように、１又は複数のチャネルコード化データを形成するために、符号器１１は入力データ上でチャネルコード化、コンステレーション変調、及びＭＩＭＯコード化を行う。次に、コード化データがビーム形成器１２に入力される。同時に、ビーム形成行列生成手段１３は、到来方向（ＤＯＡ）のような情報に従って、各送信アンテナ及びコード化データの各チャネルについてビーム形成行列を生成し、生成されたビーム形成行列をビーム形成器１２に提供する。ビーム形成器１２はビーム形成行列を用いてコード化データを重み付けして合計する。即ち、まず、コード化データの各チャネルをビーム形成ベクトルによって重み付けし、次に、各送信アンテナについて得られたコード化データの全チャネルの重み付けされた結果を、この送信アンテナに対応する送信データとして合計する。重み付けされ合計されたコード化データは送信アンテナを介して送信される。受信機において、受信アンテナが送信データを受信する。ＭＩＭＯ検出手段１４は受信データを処理及び出力する。ビーム形成重み付けベクトルを生成する方法及びビーム形成技術は中国特許出願番号ＣＮ１６５３７２１、ＣＮ１６８９２４９、ＣＮ１８６４３４７、及びＣＮ１８３５４１６に開示され、ここに参照として取り込まれる。

ビーム形成技術は干渉抑制ゲインを提供することができ、強い干渉環境において好適なものとなる。しかし、弱い干渉の場合、例えば、高い周波数再利用ファクタの環境システムでは、ビーム形成技術はほとんど利益がない。

ＭＩＭＯ通信システムとプリコーディング技術の組合せ
プリコーディングＭＩＭＯ技術では、送信機は瞬間又は長期ＭＩＭＯチャネル情報に従って、及び行列コード化によって前もってＭＩＭＯ送信パラメータを構成することができるので、データは個々のサブチャネルを介してそれぞれ送信され、ダイバシティゲインが実現される。通常は、送信機は通信システムのアップリンク及びダウンリンクチャネル又はフィードバックチャネルの対称性に従ってＭＩＭＯチャネル情報を取得する。図３はプリコーダを備えた従来技術におけるＭＩＭＯ通信システムのブロック図を示す。図３に示すように、符号器２１は１又は複数のチャネルコード化データを形成するためにチャネルコード化、コンステレーション変調及びＭＩＭＯコード化を行う。次に、コード化データはプリコーダ２２に入力される。同時に、プリコーディング行列生成手段２３は例えば推定されたチャネル行列情報に従ってプリコーディング行列を生成し、生成されたプリコーディング行列をプリコーダ２２に供給する。プリコーダ２２は生成されたプリコーディング行列を用いてコード化データをプリコードする。即ち、まずプリコーディングベクトルによってコード化データの各チャネルを重み付けし、次に各送信アンテナについてのコード化データの全チャネルの重み付けされた取得結果をその送信アンテナに対応する送信データとして合計する。プリコードされたデータは送信アンテナを介して個々のサブチャネル上で送信される。受信機において、受信アンテナが送信データを受信する。ＭＩＭＯ検出手段２４は受信データを処理及び出力する。行列情報に従ってプリコーディング行列を生成する方法は、中国特許出願ＣＮ１７５６１１９Ａ、ＣＮ１８９０９０８、ＣＮ１８３２３６９、ＣＮ１８３８５５６、ＣＮ１９４１６６０、及びＣＮ１９４１６６１に開示され、ここに参照として取り込まれる。

プリコーディングＭＩＭＯ技術はＭＩＭＯ通信システム上のチャネルフェーディング又はチャネルの空間相関の悪影響を低減し、それによりダイバシティゲインを与えることができる。しかし、プリコーディングＭＩＭＯ技術は干渉抑制ゲイン能力を持たないので、それは、周波数再利用ファクタが１のＭＩＭＯ通信システムのような強い干渉環境下ではむしろ欠点となる。

まとめると、既存のビーム形成ＭＩＭＯ技術は良好な干渉抑制能力を有するが、十分なダイバシティゲインを提供することができない。一方、既存のプリコーディングＭＩＭＯ技術はチャネルフェーディング又は空間相関の悪影響をなくすために良好なダイバシティゲインを提供するが、干渉に対して効果的に対処することができない。従って、ビーム形成ＭＩＭＯ技術もプリコーディングＭＩＭＯ技術も、干渉レベルが大きく異なり得るアプリケーション環境では最良の全体性能を達成することができない。

本発明の課題は複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための方法及び装置を提供することであり、それによって、干渉レベルが大きく異なり得るアプリケーション環境であっても通信システムに最良の全体性能を提供することができる。

この課題を達成するために、本発明は、既存のビーム形成ＭＩＭＯ技術と既存のプリコーディングＭＩＭＯ技術を組み合わせることによって、通信システムが最良の全体的性能を実現できるようにＭＩＭＯのフロントエンドで事前処理重み付け行列を構成するための柔軟な解決策を提供する。

本発明の一側面によると、複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための方法が提供される。その方法は、ビーム形成行列及びプリコーディング行列を生成するステップ、重み付け行列を生成するためにビーム形成行列とプリコーディング行列を合成するステップ、及び生成された重み付け行列を用いてデータを事前処理するステップからなる。

本発明の実施例によると、重み付け行列を生成するために、ビーム形成行列及びプリコーディング行列について線形合成が以下の式：
Ｗ＝ａ×Ｂ＋ｂ×Ｐ
に従って実行される。ここで、Ｂはビーム形成行列、Ｐはプリコーディング行列、Ｗは重み付け行列、ａ及びｂは定数であり、ａ及びｂの値は測定干渉レベルに従って選択される。

本発明の実施例によると、目標ユーザ及び／又は干渉ユーザの推定位置情報に従ってビーム形成重み付け済ベクトルが生成され、ビーム形成行列を生成するためにそのビーム形成重み付け済ベクトルが配列される。

好適には、ビーム形成重み付け済ベクトルの次元が送信アンテナ数に等しい場合、複数のビーム形成重み付け済ベクトルが行順に配列されてビーム形成行列を生成する。ビーム形成重み付け済ベクトルの次元が送信アンテナ数よりも小さい場合、送信アンテナ数に等しい次元の重み付け済ベクトルを生成するためにビーム形成重み付け済ベクトルの所定位置にゼロが埋められ、重み付け済ベクトルが行順に配列されてビーム形成行列を生成する。

本発明の実施例によると、位置情報は到来方向である。

本発明の実施例によると、プリコーディング行列はチャネル情報に従って生成される。

本発明の実施例によると、プリコーディング行列は長期チャネル情報に従って生成される。好適には、長期チャネル情報はチャネルの共分散行列又は平均行列であればよい。

本発明の実施例によると、プリコーディング行列は瞬間チャネル行列に従って生成される。

本発明の実施例によると、プリコーディング行列は長期チャネル情報及び瞬間チャネル行列に従って生成される。

本発明の実施例によると、チャネル情報が利用できない場合には、プリコーディング行列が、アイデンティティ行列又はアイデンティティ行列の行ベクトルの部分によって形成される特定のサブ行列として選択される。

本発明の実施例によると、干渉レベルが非常に高い場合、ａは１に近く又は等しくなるように選択され、ｂは０に近く又は等しくなるように選択される。

本発明の実施例によると、干渉レベルが非常に低い場合、ａは０に近く又は等しくなるように選択され、ｂは１に近く又は等しくなるように選択される。

本発明の実施例によると、干渉レベルが中間の場合、ａ及びｂの値は０＜ａ＜１及び０＜ｂ＜１となるように選択される。

本発明の実施例によると、一般に、プリコーディングゲインよりも大きいビーム形成ゲインが必要とされる場合、ａ及びｂの値はａ＞ｂとなるように選択される。

本発明の実施例によると、ビーム形成ゲインよりも大きいプリコーディングゲインが必要とされる場合、ａ及びｂの値はａ＜ｂとなるように選択される。

本発明の実施例によると、複数入力通信システムは複数入力単一出力通信システムである。

本発明の実施例によると、複数入力通信システムは複数入力複数出力通信システムである。

本発明の他の側面によると、複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための装置が提供される。装置は、ビーム形成行列を生成するビーム形成行列生成手段、プリコーディング行列を生成するためのプリコーディング行列生成手段、ビーム形成行列とプリコーディング行列を合成して重み付け行列を生成する合成手段、及び生成された重み付け行列を用いることによってデータを事前処理する事前処理手段を備える。

本発明の実施例によると、合成手段は重み付け行列を生成するためにビーム形成行列及びプリコーディング行列について線形合成を以下の式：
Ｗ＝ａ×Ｂ＋ｂ×Ｐ
に従って実行する。ここで、Ｂはビーム形成行列、Ｐはプリコーディング行列、Ｗは重み付け行列、ａ及びｂは定数であり、ａ及びｂの値は測定干渉レベルに従って選択される。

本発明の実施例によると、ビーム形成行列生成手段は目標ユーザ及び／又は干渉ユーザの推定位置情報に従ってビーム形成重み付け済ベクトルを生成し、ビーム形成行列を生成するために複数のビーム形成重み付け済ベクトルを配列する。

好適には、ビーム形成重み付け済ベクトルの次元が送信アンテナ数に等しい場合、ビーム形成行列を生成するために複数のビーム形成重み付け済ベクトルが行順に配列される。ビーム形成重み付け済ベクトルの次元が送信アンテナ数よりも小さい場合、送信アンテナ数に等しい次元の重み付け済ベクトルを生成するためにビーム形成重み付け済ベクトルの所定位置にゼロが埋められ、その重み付け済ベクトルが行順に配列されてビーム形成行列を生成する。

本発明の実施例によると、位置情報は到来方向である。

本発明の実施例によると、プリコーディング行列生成手段はチャネル情報に従ってプリコーディング行列を生成する。

本発明の実施例によると、プリコーディング行列生成手段は長期チャネル情報に従ってプリコーディング行列を生成する。ここで、長期チャネル情報はチャネルの共分散行列又は平均行列であればよい。

本発明の実施例によると、プリコーディング行列生成手段は瞬間チャネル行列に従ってプリコーディング行列を生成する。

本発明の実施例によると、プリコーディング行列生成手段は長期チャネル情報及び瞬間チャネル行列に従ってプリコーディング行列を生成する。

本発明の更なる側面によると、複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための上述の装置を備えた送信機が提供される。

本発明の更なる側面によると、上記の送信機を備えた基地局が提供される。

本発明の更なる側面によると、上記の基地局を備えた通信システムが提供される。

従来技術と比較して進歩的な解決策はビーム形成ＭＩＭＯ技術とプリコーディングＭＩＭＯ技術を統合する。このような態様で、進歩的な解決策はビーム形成ＭＩＭＯ技術及びプリコーディングＭＩＭＯ技術の両方の有利な効果を合成し、従って、より広範なアプリケーションにおいて使用できる。

本発明の好適な実施例の説明が添付図面の参照とともに以下に与えられる。

図１は従来技術におけるＭＩＭＯ通信システムのブロック図である。図２はビーム形成器からなる従来技術のＭＩＭＯ通信システムのブロック図である。図３はプリコーダからなる従来技術のＭＩＭＯ通信システムのブロック図である。図４は本発明によるＭＩＭＯ通信システムの概略図である。図５は図４における重み付け行列生成手段の詳細のブロック図である。図６は本発明による複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための方法のフローチャートである。図７は本発明による事前処理のための重み付け行列を生成する詳細ステップを示す。

明瞭な記載を目的として、本発明の幾つかの側面及び実施例はＭＩＭＯ通信システムのみに特定される。しかし、本発明はＭＩＭＯ通信システムに限定されず、あらゆるタイプの複数入力通信システムに適用することができる。複数入力通信システムとは、多数（Ｎ_Ｔ個）の送信アンテナ及び１以上（Ｎ_Ｒ個）の受信アンテナを有する通信システムである。複数入力通信システムは、例えば、複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）通信システム、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）通信システム、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を利用するＭＩＭＯ通信システム、空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）を利用するＭＩＭＯ通信システム等からなる。

本発明の基本的原理は、ビーム形成ＭＩＭＯ技術及びプリコーディングＭＩＭＯ技術を統合するためのビーム形成行列とプリコーディング行列の合成を用いること、及び基地局で干渉レベルを動的に推定することによって合成の形式を決定することである。ビーム形成及びプリコーディングは異なる原理に従うものであるが、それらの両方とも所定の変換、即ち、ビーム形成行列又はプリコーディング行列を用いることによって送信信号を処理する。従って、ビーム形成及びプリコーディングは信号処理の総体的観点から統合されることができる。

本発明の実施例に対する詳細な説明が添付図面の参照とともに以下に与えられる。

図４に本発明によるＭＩＭＯ通信システムのブロック図を示す。図４に示すように、本発明によるＭＩＭＯ通信システムは送信機側に符号器３１、事前処理手段３２、重み付け行列生成手段３３、及び複数の送信アンテナＮ_Ｔを備える。本発明によるＭＩＭＯ通信システムはさらに受信機側に複数の受信アンテナＮ_Ｒ及びＭＩＭＯ検出手段３４を備える。図４において破線で囲まれたブロックは本発明による複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための装置を示す。

具体的には、送信機側において、符号器３１はコード化データの１以上のチャネルを提供するために入力データ上でチャネルコード化、コンステレーション変調、及びＭＩＭＯコード化を行う。事前処理手段３２は重み付け行列生成手段３３から事前処理のためのコード化データ及び重み付け行列を受信し、重み付け行列を用いて受信コード化データを事前処理する。事前処理されたコード化データはＮ_Ｔ個の送信アンテナを介して送信される。受信側では、ＭＩＭＯチャネルを介して伝送されたデータがＮ_Ｒ個の受信アンテナを介して受信される。ＭＩＭＯ検出手段３４は受信データを処理及び出力する。符号器３１、事前処理手段３２及びＭＩＭＯ検出手段３４の動作は当技術では周知であり、ここではその詳細を省略する。

図５は図４における重み付け行列生成手段３３の詳細ブロック図を示す。図５に示すように、本発明による重み付け行列生成手段３３はプリコーディング行列生成手段３３１、ビーム形成行列生成手段３３２、及び合成手段３３３を備える。

具体的には、プリコーディング行列生成手段３３１は取得されたチャネル情報に従ってプリコーディング行列を生成し、ここで、チャネル情報は通信システムのアップリンク及びダウンリンク又はフィードバックチャネルの対称性によって取得されることができる。本発明では、プリコーディング行列生成手段３３１は、現在又は将来利用できる種々のプリコーディング行列生成方法を用いることによってプリコーディング行列を生成することができる。例えば、中国特許出願ＣＮ１７５６１１９Ａ、ＣＮ１８９０９０８、ＣＮ１８３８５５６、ＣＮ１９４１６６０、及びＣＮ１９４１６６１に開示されるようなプリコーディング行列の生成方法が本発明で使用できる。これらの特許出願の開示はその全体が本明細書の一部としてここに取り込まれる。

ビーム形成行列生成手段３３２は、目標ユーザ及び／又は干渉ユーザの取得された位置情報（例えば、到来方向）に従ってビーム形成行列を生成する。本発明では、ビーム形成重み付け済ベクトルが、現在又は将来利用できる種々のビーム形成重み付け済ベクトルを用いることによって取得できる。同時に、複数のビーム形成重み付け済ベクトルが、ビーム形成行列を生成するために配列される。好適には、ビーム形成重み付け済ベクトルの次元が送信アンテナ数に等しい場合には、ビーム形成行列は複数のビーム形成重み付け済ベクトルを所定の順序で配列するだけで取得される。一方、ビーム形成重み付け済ベクトルが送信アンテナ数よりも小さい場合、ゼロがビーム形成重み付け済ベクトルの所定位置に満たされ、続いて、送信アンテナの数と同じ次元のこれらの拡張された重み付け済ベクトルがビーム形成行列を生成するように行順に配列される。例えば、ビーム形成重み付け済ベクトルを生成する方法は中国特許出願ＣＮ１６５３７２１、ＣＮ１６８９２４９、ＣＮ１８６４３４７、及びＣＮ１８３５４１６に開示され、これらの特許出願の開示はその全体が本明細書の一部として取り込まれる。

合成手段３３３はプリコーディング行列生成手段３３１によって生成されたプリコーディング行列とビーム形成行列生成手段３３２によって生成されたビーム形成行列を合成して重み付け行列を生成し、生成された重み付け行列を事前処理のために事前処理手段３２に供給する。合成手段３３３の動作は後に詳述する。

本発明による複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理する方法は図６及び７との関連で以下に記載される。

図６は本発明による複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理する方法のフローチャートを示す。図６に示すように、ステップＳ１１では、重み付け行列生成手段３３が事前処理のための重み付け行列を生成する。ステップＳ１２では、事前処理手段３２がステップＳ１１で生成された重み付け行列を用いてコード化データを事前処理して、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナを介した送信のために事前処理されたコード化データを生成する。

図７は本発明による事前処理のための重み付け行列を生成する詳細ステップを示す。

図７に示すように、ビーム形成行列生成手段３３２はステップＳ１１においてビーム形成行列を生成する。

好適には、ビーム形成行列生成手段３３２は目標ユーザ及び／又は干渉ユーザの取得位置情報に従ってビーム形成重み付け済ベクトルを生成し、同時に、複数のビーム形成重み付け済ベクトルがビーム形成行列を生成するために配列される。ビーム形成重み付け済ベクトルの次元が送信アンテナ数に等しい場合、ビーム形成行列は複数のビーム形成重み付け済ベクトルを行順に配列するだけで生成される。一方、ビーム形成重み付け済ベクトルの次元が送信アンテナ数よりも小さい場合、まずビーム形成重み付け済ベクトルの所定位置にゼロが満たされ、続いて、送信アンテナ数に等しい次元のこれらの拡張された重み付け済ベクトルが行順に配列されてビーム形成行列を生成する。

より好適には、目標ユーザ及び／又は干渉ユーザの推定到来方向に従ってビーム形成行列が生成される。

ステップＳ１１２では、プリコーディング行列生成手段３３１はプリコーディング行列を生成する。

好適には、プリコーディング行列生成手段３３１は、受信機からフィードバックされたチャネル行列に従ってプリコーディング行列を、又は通信システムのアップリンク及びダウンリンクの対称性に従って得られたチャネル行列を生成する。より好適には、プリコーディング行列は瞬間チャネル行列又は長期チャネル情報に従って生成できる。

具体的には、ステップＳ１１２において、瞬間チャネル行列が利用可能でない場合には、プリコーディング行列は、例えば、送信チャネルの長期チャネル情報又は平均行列若しくは共分散行列に基づいて計算される。

ステップＳ１１２において、瞬間チャネル行列が高い精度で得られる場合には、プリコーディング行列は瞬間チャネル行列に基づいて計算される。例えば、プリコーディング行列は受信機から正確にフィードバックされた瞬間チャネル行列に基づいて生成される。コードブックに基づくプリコーディング手法では、プリコーディング行列は予め定義されたコードブックにおけるコードワードのフィードバックインデックスに基づいて生成できる。

ステップＳ１１２において、瞬間チャネル行列が利用できるもののその精度が良くない場合には、プリコーディング行列は２種類のチャネル情報、即ち、Ｐ＝ｃ×Ｐ_長期＋ｄ×Ｐ_瞬間を統合することによって生成できる。ここで、Ｐ_長期及びＰ_瞬間はそれぞれ長期チャネル情報及び瞬間チャネル行列に基づいて生成されるプリコーディング行列であり、Ｐは合成プリコーディング行列であり、パラメータｃ及びｄは双方とも０より小さくないが１より大きくなく瞬間チャネル行列の精度に依存する定数である。即ち、瞬間チャネル行列が正確であるほど、ｃは小さくｄは大きくなり、逆に、瞬間チャネル行列が不正確であるほど、ｃは大きくｄは小さくなる。

ステップＳ１１２において、長期チャネル情報が利用できず、瞬間チャネル情報も利用できないか或いはその精度が非常に悪い場合には、プリコーディング行列がアイデンティティ行列又はアイデンティティ行列の行ベクトルの部分によって形成された特定のサブ行列として選択される。

さらに、ステップＳ１１３において、合成手段３３３はプリコーディング行列生成手段３３１によって生成されたプリコーディング行列とビーム形成行列生成手段３３２によって生成されたビーム形成行列を合成して重み付け行列を生成する。

好適には、合成手段３３３はプリコーディング行列生成手段３３１によって生成されたプリコーディング行列とビーム形成行列生成手段３３２によって生成されたビーム形成行列の線形合成を行って重み付け行列を生成する。即ち、
Ｗ＝ａ×Ｂ＋ｂ×Ｐ
であり、ここで、Ｂはビーム形成行列、Ｐはプリコーディング行列、Ｗは重み付け行列、ａ及びｂは測定干渉レベルに従って選択される値を有する定数である。

具体的には、干渉レベルが非常に高い場合、ａは１に近く又は等しくなるように選択され、ｂは０に近く又は等しくなるように選択されるので、最大の干渉抑制ゲイン、即ち、ビーム形成ゲインが達成される。この場合、ＷはＢに近いか等しい。

干渉レベルが非常に低い場合、ａは０に近く又は等しくなるように選択され、ｂは１に近く又は等しくなるように選択されるので、最大のプリコーディングゲインが達成される。この場合、ＷはＰに近いか等しい。

干渉レベルが中間の場合、ａ及びｂの値は０＜ａ＜１及び０＜ｂ＜１となるように選択される。一般に、プリコーディングゲインよりも大きいビーム形成ゲインが必要となる場合にはａ＞ｂとなるが、ビーム形成ゲインよりも大きいプリコーディングゲインが必要な場合にはａ＜ｂとなる。

本発明の有利な効果はビーム形成ＭＩＭＯ技術とプリコーディングＭＩＭＯ技術の合成の十分な柔軟性が実用的な通信システムが最良の全体性能を達成できるように提供されることである。

上述した、複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための方法及び装置は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア又はその組合せにおいて実装される種々の形態で実施されることができる。

ハードウェア実装について、本発明は特定用途向け集積回路ＡＳＩＣ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理装置（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、又はマイクロコントローラとして実装されることができる。

ソフトウェア実装について、当業者であれば本発明があらゆる適当なデータ処理システムに使用されるキャリア媒体上に構成されるコンピュータプログラム製品において具現化され得ることが分かるはずである。そのような信号キャリア媒体は伝送媒体、又は機械読み取り可能情報について使用される磁気媒体、光学媒体若しくは他の適当な媒体等の記録可能媒体であればよい。記録可能媒体の例として、ハードディスクドライブにおける磁気ディスク又はフロッピー（登録商標）、光学ドライブに対する光ディスク、磁気テープ、及び当業者が想到し得る他の媒体が挙げられる。伝送媒体の例として、音声通信のための電話ネットワーク、イサーネットのようなデジタルデータ通信ネットワーク及びインターネットプロトコルを介したワールドワイドウェブとの通信におけるネットワークが挙げられる。当業者であれば、適切なプログラミング手段を有するあらゆる通信装置が、例えばプログラム製品で具現化されるような本発明の方法のステップを実行できることが分かるはずである。

本発明の全ての実施例に対して本発明の精神を離れることなく変形や代替が行われ得ることが以上の記載から理解されるべきである。本明細書の記載は例示的なものであり限定的なものではない。本発明の範囲は添付される特許請求の範囲のみによって限定される。

Claims

複数入力通信システムにおいて送信されるデータを処理する方法であって、
ビーム形成行列及びプリコーディング行列を生成するステップと、
該ビーム形成行列と該プリコーディング行列を線形合成して重み付け行列を生成するステップと、及び
送信するデータを該生成された重み付け行列を用いて事前処理するステップとからなる方法。
請求項１の方法において、該ビーム形成行列及び該プリコーディング行列について該線形合成が実行されて、以下の式による該重み付け行列：
Ｗ＝ａ×Ｂ＋ｂ×Ｐ
を生成し、ここで、Ｂは該ビーム形成行列であり、Ｐは該プリコーディング行列であり、Ｗは該重み付け行列であり、ａ及びｂは定数であり、該ａ及びｂの値は測定干渉レベルに従って選択されるものである、方法。
請求項１又は２の方法において、ビーム形成重み付け済ベクトルがターゲットユーザ及び／又は干渉ユーザに関する推定位置情報に基づいて生成され、複数の該ビーム形成重み付け済ベクトルを用いて該ビーム形成行列を生成する、方法。
請求項３の方法において、
該複数のビーム形成重み付け済ベクトルの次元が送信アンテナ数に等しい場合、該ビーム形成重み付け済ベクトルが複数列に配列されて該ビーム形成行列を生成し、
該複数のビーム形成重み付け済ベクトルの次元が該送信アンテナ数よりも小さい場合、１つ以上のゼロ値が該複数のビーム形成重み付け済ベクトルに埋められて該送信アンテナと同数の重み付け済ベクトルを生成し、得られた重み付け済ベクトルが複数列に配列されてビーム形成行列を生成する、方法。
請求項３の方法において、該位置情報が到来方向である、方法。
請求項１又は２の方法において、該プリコーディング行列がチャネル情報に従って生成される、方法。
請求項６の方法において、該プリコーディング行列が長期チャネル情報に従って生成され、該長期チャネル情報がチャネルの共分散行列及びチャネルの平均行列のうちの選択された一方である、方法。
請求項６の方法において、該プリコーディング行列が瞬間チャネル行列に従って生成される、方法。
請求項６の方法において、該プリコーディング行列が長期チャネル情報及び瞬間チャネル行列に従って生成される、方法。
請求項６の方法において、チャネル情報が利用可能でない場合、該プリコーディング行列が、アイデンティティ行列及びアイデンティティ行列の幾つかの列ベクトルによって形成される特定サブ行列の選択された一方である、方法。
請求項２の方法において、該干渉レベルが非常に高い場合、ａが１に実質的に等しくなるように選択され、ｂが０に近く又は等しくなるように選択される、方法。
請求項２の方法において、該干渉レベルが非常に低い場合、ａが０に実質的に等しくなるように選択され、ｂが１に近く又は等しくなるように選択される、方法。
請求項２の方法において、該干渉レベルが中間の場合、ａ及びｂの値が０＜ａ＜１及び０＜ｂ＜１となるように選択される、方法。
請求項１３の方法において、プリコーディングゲインよりも大きいビーム形成ゲインが必要とされる場合、ａ及びｂの値がａ＞ｂとなるように選択される、方法。
請求項１３の方法において、ビーム形成ゲインよりも大きいプリコーディングゲインが必要とされる場合、ａ及びｂの値がａ＜ｂとなるように選択される、方法。
請求項１の方法において、該複数入力通信システムが複数入力単一出力通信システムである、方法。
請求項１の方法において、該複数入力通信システムが複数入力複数出力通信システムである、方法。
複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理するための装置であって、
送信するデータを、重み付け行列を用いて事前処理するように構成された事前処理手段を備え、該重み付け行列がビーム形成行列とプリコーディング行列を線形合成することによって生成されるものである、装置。
請求項１８の装置であって、さらに、
該ビーム形成行列と該プリコーディング行列を合成して該重み付け行列を生成するように構成された合成手段を備え、該合成手段が、該ビーム形成行列及び該プリコーディング行列について該線形合成を実行して以下の式に従う重み付け行列：
Ｗ＝ａ×Ｂ＋ｂ×Ｐ
を生成するよう構成され、ここで、Ｂは該ビーム形成行列、Ｐは該プリコーディング行列、Ｗは該重み付け行列、ａ及びｂは定数であり、ａ及びｂの値は測定干渉レベルに従って選択されるものである、装置。
請求項１８の装置であって、
該ビーム形成行列を生成するように構成されたビーム形成行列生成手段を備え、
該ビーム形成行列生成手段が、目標ユーザ及び／又は干渉ユーザに関する推定位置情報に基づいてビーム形成重み付け済ベクトルを生成するように構成され、複数の該ビーム形成重み付け済ベクトルが用いられて該ビーム形成行列を生成する、装置。
請求項２０の装置において、
該ビーム形成重み付け済ベクトルが送信アンテナ数に等しい場合、ビーム形成行列を生成するために該ビーム形成重み付け済ベクトルが複数の列に配列され、
該ビーム形成重み付け済ベクトルが該送信アンテナ数よりも少ない場合、１つ以上のゼロ値が該ビーム形成重み付け済ベクトルに埋められて該送信アンテナと同数の重み付け済ベクトルを生成し、得られた重み付け済ベクトルが複数の列に配列されてビーム形成行列を生成する、装置。
請求項２０の装置において、該位置情報が到来方向である、装置。
請求項１８の装置において、さらに、
該プリコーディング行列を生成するように構成されたプリコーディング行列生成手段を備え、該プリコーディング行列生成手段がチャネル情報に従って該プリコーディング行列を生成するものである装置。
請求項２３の装置において、該プリコーディング行列生成手段が長期チャネル情報に従って該プリコーディング行列を生成するように構成され、該長期チャネル情報がチャネルの共分散行列及びチャネルの平均行列のうちの選択された一方である装置。
請求項２３の装置において、該プリコーディング行列生成手段が瞬間チャネル行列に従って該プリコーディング行列を生成するように構成された装置。
請求項２３の装置において、該プリコーディング行列生成手段が長期チャネル情報及び瞬間チャネル行列に従って該プリコーディング行列を生成するように構成された装置。
請求項２３の装置において、チャネル情報が利用可能でない場合、該プリコーディング行列が、アイデンティティ行列及びアイデンティティ行列の列ベクトルの部分によって形成される特定サブ行列のうちの選択された一方である、装置。
請求項１９の装置において、該干渉レベルが非常に高い場合、ａが１に実質的に等しくなるように選択され、ｂが０に近く又は等しくなるように選択される、装置。
請求項１９の装置において、該干渉レベルが非常に低い場合、ａが０に実質的に等しくなるように選択され、ｂが１に近く又は等しくなるように選択される、装置。
請求項１９装置において、該干渉レベルが中間の場合、ａ及びｂの値が０＜ａ＜１及び０＜ｂ＜１となるように選択される、装置。
請求項３０の装置において、プリコーディングゲインよりも大きいビーム形成ゲインが必要とされる場合、ａ及びｂの値がａ＞ｂとなるように選択される、装置。
請求項３０の装置において、ビーム形成ゲインよりも大きいプリコーディングゲインが必要とされる場合、ａ及びｂの値がａ＜ｂとなるように選択される、装置。
請求項１８の装置において、該複数入力通信システムが複数入力単一出力通信システムである装置。
請求項１８の装置において、該複数入力通信システムが複数入力複数出力通信システムである装置。
請求項１８の装置を備えた送信機。
請求項３５の送信機を備えた基地局。
請求項３６の基地局を備えた通信システム。
複数入力通信システムにおいて送信されるデータを事前処理する方法であって、
ビーム形成行列及びプリコーディング行列を生成するステップと、
該ビーム形成行列と該プリコーディング行列を線形合成して重み付け行列を生成するステップと、及び
送信するデータを該生成された重み付け行列を用いて事前処理するステップとを備え、
ビーム形成重み付け済ベクトルがターゲットユーザ及び／又は干渉ユーザに関する推定位置情報に基づいて生成され、該ビーム形成重み付け済ベクトルを用いて該ビーム形成行列を生成する、方法。