JP5426023B2 - チャネル状態情報のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信技術に関するものであり、具体的には、チャネル状態情報のフィードバックを行うための方法および装置に関するものである。

複数セル協調伝送（ｍｕｌｔｉ−ｃｅｌｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を可能にするチャネルのフィードバックに対する既存の解決策として、１）チャネル状態情報（ＣＳＩ）行列のフィードバック、２）プリコーディング行列インデックス（ＰＭＩ）のフィードバック、および３）アップリンク（ＵＬ）サウンディング（ｓｏｕｎｄｉｎｇ）のフィードバックが挙げられる。

上記の種類のフィードバックには、以下の欠点がある。
（１）ＣＳＩ行列のフィードバックでは、基地局（ＢＳ）に完全なチャネル情報を提供することができるけれども、シグナリング・オーバーヘッドが大きくなる。
（２）ＰＭＩのフィードバックは、単一ＢＳ伝送モードでは効率的なフィードバック・メカニズムであるが、複数基地局伝送では、ＰＭＩのフィードバックは、関連する複数のセルのプリコーディング・オペレーションの自由度を大幅に制限する可能性がある。
（３）ＵＬサウンディングのフィードバックは、時分割複信（ＴＤＤ）モードでは効率的なフィードバック・アプローチであるが、周波数分割複信（ＦＤＤ）モードでは、アップリンク・チャネルとダウンリンク・チャネルの対称性が利用されるので、適応することが困難である。
それに加えて、ダウンリンク（ＤＬ）とＵＬの間の干渉分布が非対称的であるため、チャネル情報推定の精度が損なわれる。

したがって、上記の問題を解決することができるチャネル状態情報のフィードバックのための効率的な方法が要求される。

上記の問題を解決するために、本発明のいくつかの実施形態により、チャネル状態情報のフィードバックのための方法および装置を実現する。

本発明の一実施形態の一態様によれば、チャネル状態情報のフィードバックのための方法が提供され、この方法は、携帯端末からサービング・セルおよび隣接セルへのチャネル状態情報を、複数の協調セルから受信したチャネル状態情報参照信号（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌｓ）（ＣＳＩ参照信号）に従って推定するステップと、サービング・セルの推定されたチャネル状態情報に基づきプリコーディング行列を計算するステップと、得られたプリコーティング行列に従って、プリコーディングされたチャネル状態情報をそれぞれ携帯端末のサービング・セルと協調セル内の隣接セルについて計算するステップと、プリコーディングされたチャネル状態情報を携帯端末のサービング・セルにフィードバックするステップとを含む。

本発明の一実施形態の別の態様によれば、プリコーディングされたチャネル状態情報を適用するための方法が提供され、この方法は、協調通信を行っている少なくとも１つのセルがそれに関係するプリコーディングされたチャネル状態情報を使用して少なくとも１つの携帯端末に対し協調プリコーディング・オペレーションを実行し、少なくとも１つの携帯端末のうちのいずれか１つに対応するプリコーディングされたチャネル状態情報がそのいずれか１つの携帯端末のサービング・セルのプリコーディング行列に従って計算することによって得られるステップと、その少なくとも１つのセルが協調プリコーディング・オペレーションが実行されることを知らせる信号を送信するステップとを含む。

本発明の一実施形態の別の態様によれば、携帯端末が実現され、この携帯端末は、携帯端末からサービング・セルおよび隣接セルへのチャネル状態情報を、複数の協調セルから受信したチャネル状態情報参照信号（ＣＳＩ参照信号）に従って推定するように構成されたチャネル推定ユニットと、チャネル推定ユニットによって推定されたサービング・セルのチャネル状態情報に基づきプリコーディング行列を計算するように構成された行列計算ユニットと、行列計算ユニットによって得られたプリコーティング行列に従って、プリコーディングされたチャネル状態情報をそれぞれ携帯端末のサービング・セルと協調セル内の隣接セルについて計算するように構成されたプリコーディング・ユニットと、プリコーディング・ユニットの計算によって得られたプリコーディングされたチャネル状態情報を携帯端末のサービング・セルにフィードバックするように構成されたフィードバック・ユニットとを備える。

本発明の一実施形態の別の態様によれば、基地局が実現され、この基地局は、関係する受信したプリコーディングされたチャネル状態情報を使用して少なくとも１つの携帯端末に対し協調プリコーディング・オペレーションを実行し、少なくとも１つの携帯端末のうちのいずれか１つに対応するプリコーディングされたチャネル状態情報がそのいずれか１つの携帯端末のサービング・セルのプリコーディング行列に従って計算することによって得られるように構成され協調行列計算ユニットと、協調プリコーディング・オペレーションが協調行列計算ユニットで実行されることを知らせる信号を送信するように構成された協調伝送ユニットとを備える。

本発明の一実施形態のさらに別の態様によれば、通信システムが実現され、この通信システムは上記の基地局および移動局を含む。

上記の技術的解決策に基づき、本発明の実施形態は以下の利点を有する。

１．サウンディング・ベースのフィードバックと比較すると、本発明の実施形態において提案されているフィードバックの解決策は、ＴＤＤに適用できるだけでなく、アップリンクおよびダウンリンクのチャネルの対称性に関係なく、ＦＤＤシステムにも適用することができる。
２．従来のＰＭＩのフィードバックと比較すると、本発明の実施形態において提案されているフィードバックの解決策は、特定のＤＬ ＣｏＭＰプリコーディング・アルゴリズムを選択し、適用する際に大きな自由度をｅＮＢにもたらしうる。
３．明示的な完全なチャネルのフィードバックと比較すると、本発明の実施形態において提案されているフィードバックの解決策は、特にｅＮＢおよびＵＥにおけるアンテナ数が多い場合にフィードバックのオーバーヘッドを大幅に低減することができる。

本発明の利点は、図を参照しつつ以下の説明を読むとよりさらに明らかになるであろう。

本発明の一実施形態によるチャネル状態情報をフィードバックするためのシステムの略図である。 本発明の一実施形態によるチャネル状態情報をフィードバックするための携帯端末のブロック図である。 本発明の一実施形態によるチャネル状態情報をフィードバックするための基地局のブロック図である。 本発明の一実施形態によるチャネル状態情報をフィードバックするための方法の流れ図である。 本発明の一実施形態によるチャネル状態情報をフィードバックするための方法の略図である。 本発明の一実施形態によるチャネル状態情報をフィードバックするための方法の略図である。 本発明の一実施形態によるチャネル状態情報をフィードバックするための方法の略図である。 本発明の一実施形態によるチャネル状態情報のフィードバックのための方法をビームフォーミングに適用することを示す略図である。

本発明の好ましい実施形態について、図を参照しつつ詳しく説明するが、本発明に不要な詳細および機能については、本発明の理解に混乱が生じるのを防ぐために説明から省く。

発明の一実施形態では、図１に示されているような以下の携帯端末および基地局を含む通信システムが実現される。

本発明の一実施形態では、携帯端末が実現される。図２に示されているように、携帯端末は、携帯端末からサービング・セルおよび隣接セルへのチャネル状態情報を、複数の協調セルから受信したＣＳＩ参照信号に従って推定するように構成されたチャネル推定ユニット２１０と、チャネル推定ユニット２１０によって推定されたサービング・セルのチャネル状態情報に基づきプリコーディング行列（ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ）を計算するように構成された行列計算ユニット２２０と、行列計算ユニット２２０によって得られたプリコーティング行列に従って、プリコーディングされたチャネル状態情報をそれぞれ携帯端末のサービング・セルと協調セル内の隣接セルについて計算するように構成されたプリコーディング・ユニット２３０と、プリコーディング・ユニット２３０の計算によって得られたプリコーディングされたチャネル状態情報を携帯端末のサービング・セルにフィードバックするように構成されたフィードバック・ユニット２４０とを備える。

携帯端末は、プリコーディング・ユニット２３０の計算によって得られたプリコーディングされたチャネル状態情報を定量化するように構成された定量化ユニット２５０をさらに備え、フィードバック・ユニット２４０は、定量化ユニット２５０の計算によって定量化されたプリコーディングされたチャネル状態情報を携帯端末のサービング・セルにフィードバックするようにさらに構成される。

携帯端末は、行列計算ユニット２２０によって生成されるプリコーディング行列を使用して、受信されたビームフォーミング信号の線形検出を実行するように構成されたビームフォーミング検出ユニット２６０をさらに備える。

携帯端末は、行列計算ユニット２２０によって生成されるプリコーディング行列を使用して、複数の協調セルによって送信される共同伝送をマージするように構成された協調伝送処理ユニット２７０をさらに備える。

携帯端末は、協調伝送に関わる複数のチャネルを使用して複合チャネルを形成するように構成されたチャネル連結ユニット（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｕｎｉｔ）２８０をさらに備え、行列計算ユニット２２０は、チャネル連結ユニット２８０によって生成された複合チャネルのチャネル状態情報に基づきプリコーディング行列を計算するようにさらに構成される。

本発明の一実施形態では、基地局が実現される。図３に示されているように、基地局は、関係する受信したプリコーディングされたチャネル状態情報を使用して少なくとも１つの携帯端末に対し協調プリコーディング・オペレーションを実行し、少なくとも１つの携帯端末のうちのいずれか１つに対応するプリコーディングされたチャネル状態情報がそのいずれか１つの携帯端末のサービング・セルのプリコーディング行列に従って計算することによって得られるように構成された協調行列計算ユニット３１０と、協調プリコーディング・オペレーションが協調行列計算ユニット３１０で実行されることを知らせる信号を送信するように構成された協調伝送ユニット３２０とを備える。

基地局は、協調行列計算ユニット３１０によって使用されるプリコーディングされたチャネル状態情報を協調通信を実行する他の基地局と共有するように構成された共有ユニット３３０をさらに備える。

本発明の実施形態の基地局および携帯端末（ＵＥ）は、個別の機能モジュールの形態で説明されているけれども、図２および図３に示されているそれぞれのコンポーネントは、実際のアプリケーションでは複数の要素を使用して実装することができ、例示されているような複数のコンポーネントは、実際のアプリケーションでは１つのチップもしくは１つの装置に一体化することができる。基地局およびＵＥは、他の目的のためのユニットまたはデバイスも備えることができる。

次いで、上記の基地局および携帯端末（例えば、ＵＥ）の具体的な構造およびオペレーション手順について、図４を参照しつつ詳しく説明する。本発明の一実施形態では、協調セルは、プリコーディングされたＣＳＩのフィードバックを使用して、協調ビーム形成および共同伝送のＤＬ ＣｏＭＰ（協調マルチポイント）におけるプリコーディング重み行列を導き出すことができる。以下の説明では、ｍ、ｎ＝１、２、．．．、Ｎで、Ｎは協調通信におけるセルの数であり、ｊ、ｋ＝１、．．．、Ｍで、Ｍは協調通信における携帯端末の数である。

図４では、ｃｅｌｌ−ｉ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）は、ターゲット・ユーザーＵＥ−ｊに対する協調セル集合を構成し、ｃｅｌｌ−ｍは、ユーザーｊのためのサービング・セルとして働き、協調セル集合内の他のセルは、協調スケジューリング／ビームフォーミングまたは共同伝送を通じてＵＥ−ｊに対するＤＬ ＣｏＭＰ伝送に使用される。

Ｈ_ｍｊは、ＵＥによって優先されるか、またはｅＮＢによって指示されうるいくつかのサブバンドにわたって平均された、ｃｅｌｌ−ｍからＵＥ−ｊへのチャネル状態情報を表すものとする。プリコーディングされたＣＳＩのフィードバックでは、ＵＥ−ｊは、以下の手順を実行するものとする。

ステップ４１０で、ＵＥ−ｊのチャネル推定ユニット２１０が、すべての協調セルから受信したＣＳＩ−ＲＳ（チャネル状態情報参照信号）に基づきＨ_ｉｊを推定するが、ただし、Ｈ_ｉｊは、ｃｅｌｌ−ｉからＵＥ−ｊへのチャネル状態情報を表す。図５ａは、２つのセルおよび２つの携帯端末がある場合を示している。図５ａにおいて、ＵＥ１はそれぞれセル１およびセル２に関してチャネル状態情報Ｈ１１およびＨ２１を取得し、ＵＥ２はそれぞれセル１およびセル２に関してチャネル状態情報Ｈ１２およびＨ２２を取得し、ただし、セル１はＵＥ１のサービング・セルおよびＵＥ２の干渉セルであり、セル２はＵＥ２のサービング・セルおよびＵＥ１の干渉セルである。

ステップ４２０で、ＵＥｊの行列計算ユニット２２０がプリコーディング行列Ｗ_ＵＥ−ｊを計算する。プリコーディング行列の一例は、Ｈ_ｍｊの主左特異ベクトルである、つまり

Ｗ_ＵＥ−ｊ＝（Ｕ（：，１））^Ｈ （１）

である。

式中、ＵがＵＥｊのサービング・セルのチャネル推定の左特異行列である場合、Ｕ（：，１）はＵ行列の第１列を表し、Ｈ_ｍｊ＝ＵＳＶ^ＨはＵＥ−ｊとそのサービング・セル、つまりｃｅｌｌ−ｍとの間の分解であるＳＶＤ（特異値分解）である。ここで、特異値は、降順に並べられると仮定する。

ステップ４３０で、ＵＥ−ｊのプリコーディング・ユニット２３０がサービング・セルと協調セル内の隣接するとに対するプリコーディングされたＣＳＩを

ｐｃＨ_ｉｊ＝Ｗ_ＵＥ−ｊＨ_ｉｊ，ｉ＝１，２，．．．Ｎ （２）

のように計算する。

式中、ｐｃＨ_ｉｊはｃｅｌｌ−ｉに対するプリコーディングされたＣＳＩであり、Ｎは協調通信におけるセルの個数である。

ステップ４５０で、ＵＥ−ｊのフィードバック・ユニット２４０が得られたプリコーディングされたＣＳＩをそのサービング・セル（セルｍ）にフィードバックする。図５ｂに示されているように、一例として２つのセルと２つの携帯端末とがある状況を考えると、ＵＥ１はプリコーディングされたＣＳＩ（Ｗ_ＵＥ−１Ｈ_１１およびＷ_ＵＥ−１Ｈ_２１）をそのサービング・セル（セル１）に送信し、ＵＥ２は、プリコーディングされたＣＳＩ（Ｗ_ＵＥ−２Ｈ_１２およびＷ_ＵＥ−２Ｈ_２２）をそのサービング・セル（セル２）に送信する。

この方法は、ＵＥ ｊの定量化ユニット２５０がフィードバック・ユニット２４０が得られたプリコーディングされたＣＳＩをフィードバックする前にプリコーディングされたＣＳＩに対し定量化処理を実行するステップ４４０を含むことができる。

セルｍがプリコーディングされたＣＳＩを受信した後、プリコーディングされたＣＳＩは、共有ユニット３３０を介して協調セルと共有されうる。図５ｃに示されているように、一例として２つのセルと２つの携帯端末とがある状況を考えると、セル１の共有ユニット３３０は、バックホール・ネットワークなどの通信ネットワークを介してセル２に関係するプリコーディングされたＣＳＩ（Ｗ_ＵＥ−１Ｈ_２１）をセル２に送信する。同様に、セル２は、バックホール・ネットワークなどの通信ネットワークを介してセル１に関係するプリコーディングされたＣＳＩ（Ｗ_ＵＥ−２Ｈ_１２）をセル１に送信する。確かに、本発明の実施形態では、セル１およびセル２は、それら自身が所有するすべてのまたは部分的なＣＳＩを共有することができる。

上記のステップから、ユーザーとサービング・セルとの間のチャネルに依存する同じ単一のプリコーディング行列がユーザーとサービング・セルおよび隣接セルとの間のすべてのチャネルに適用されることがわかる。プリコーディング行列は、チャネルがいくつあっても一回だけ計算すればよいので、この解決策ではごくわずかのシグナリング・オーバーヘッドが生じるだけである。

実際、上記のプリコーディングされたＣＳＩフィードバックは、限定はしないが、協調ビームフォーミングおよび共同伝送を含む、いくつかのアプリケーションに使用することができるが、これについては以下で詳しく説明する。

実施形態１：協調ビームフォーミング
本発明の実施形態によって実現される協調ビームフォーミングでは、データは、隣接セル（ｃｅｌｌ−ｉ、ｉ＝１、２、．．．、Ｎ、ｉ≠ｍ）が協調セル集合内にある間、ターゲット・ユーザー（ＵＥ−ｊ）のサービング・セル（ｃｅｌｌ−ｍ）によってのみ伝送されるが、データがＵＥ−ｊに対するｃｅｌｌ−ｍでのものと同じサブバンド上でその自ユーザーに対しスケジュールされている場合、ｃｅｌｌ−ｉ（ｉ≠ｍ）はプリコーディングされたＣＳＩのフィードバック（ターゲット・ユーザーによってフィードバックされ、すべての協調セルへのサービング・セルによって共有される）に基づき適切な協調プリコーディング・オペレーションによってＵＥ−ｊへの干渉を意図的に抑制する。

一般性を失うことなく、干渉するネイバー・セルのうちの１つ、つまり、ｃｅｌｌ−ｎに注目し、ｃｅｌｌ−ｎはｃｅｌｌ−ｍがＵＥ−ｊにサービスを提供するときと同じサブバンド上でその自ユーザー、つまり、ＵＥ−ｋにサービスを提供すると仮定する。一例としてＺＦ（ゼロ強制）線形プリコーディング・アルゴリズムを考えると、協調プリコーディング行列は、

Ｗ_{Ｃｅｌｌ−ｎ}＝ｖ_１ｖ_２ （３）

のように、ＵＥ−ｊへの干渉消去を考慮してＵＥ−ｋに対し協調プリコーディング・オペレーションを実行するｃｅｌｌ−ｎの協調行列計算ユニット３１０によって導き出すことができ、
式中、行列ｖ_１はｐｃＨ_ｎｊの零空間を張る正規直交ベクトルを構成し、ｖ_２は連結された行列ｐｃＨ_ｎｊｖ_１の主右特異ベクトルである。

同様に、ＵＥ−ｋへの干渉消去を行いながらＵＥ−ｊに対してｃｅｌｌ−ｍで使用されるプリコーディング行列は、

Ｗ_{Ｃｅｌｌ−ｍ}＝ｖ_ａｖ_ｂ （４）

のように導き出され、
式中、行列ｖ_ａはｐｃＨ_ｍｋの零空間を張る正規直交ベクトルを構成し、ｖ_ｂは連結された行列ｐｃＨ_ｍｋｖ_ａの主右特異ベクトルである。

この後、協調伝送ユニット３２０は、協調プリコーディング・オペレーションが実行されることを示す信号を送信する。

ＵＥ−ｊの受信側では、受信された信号は、（ここでは、簡単のため、ｃｅｌｌ−ｎからの干渉のみを考え、他の干渉およびノイズについては省いている）

Ｙ_ｊ＝Ｈ_ｍｊｖ_ａｖ_ｂｓ_ｊ＋Ｈ_ｎｊｖ_１ｖ_２ｓ_ｋ （５）

と表すことができ、
式中、第１の項は有用な信号であり、第２の項はｃｅｌｌ−ｎからの干渉であり、ｓ_ｊはｃｅｌｌ−ｍによってＵＥ ｊに送信される信号であり、ｓ_ｋはｃｅｌｌ−ｎによってＵＥ ｋに送信される信号である。この例では、ＵＥ ｊのビームフォーミング検出ユニット２６０は、Ｗ_ＵＥ−ｊ（ＵＥ ｊのプリコーディングされたＣＳＩのフィードバックのプリコーディング行列）の重みベクトルを使用して受信された信号の線形検出を実行する。

Ｗ_ＵＥ−ｊＹ_ｊ＝Ｗ_ＵＥ−ｊＨ_ｍｊｖ_ａｖ_ｂｓ_ｊ＋Ｗ_ＵＥ−ｊＨ_ｎｊｖ_１ｖ_２ｓ_ｋ
＝ｐｃＨ_ｍｊｖ_ａｖ_ｂｓ_ｊ＋ｐｃＨ_ｎｊｖ_１ｖ_２ｓ_ｋ （６）

ｖ_１は、ｐｃＨ_ｎｊの零空間を記憶するために使用されるため、ｐｃＨ_ｎｊｖ_１ｖ_２ｓ_ｋ＝０であり、

Ｗ_ＵＥ−ｊＹ_ｊ＝ｐｃＨ_ｍｊｖ_ａｖ_ｂｓ_ｊ

が得られる。

図６は、この状況での基地局における信号の伝送の概略図を示している。図６から、ｃｅｌｌ−１およびｃｅｌｌ−２によって送信される信号のサイドローブ（つまり、他のＵＥへの干渉）はそれぞれ、非常にうまく抑制され、優れた配向性を有することがわかる。

Ｗ_ＵＥ−Ｊの重みベクトルを持つＺＦ検出器は例示することのみを目的としており、実用的なシステムでは、他の検出器、例えば、ＭＭＳＥ（最小平均平方誤差）検出器を適用することができることは理解されるであろう。

実施形態２：シングル・ユーザー共同伝送
共同伝送では、ユーザーからのプリコーディングされたＣＳＩのフィードバックに基づき、同じデータが、協調セル、ｃｅｌｌ−ｉ、ｉ＝１、２、．．．、Ｎによって、各プリコーディングを通じて、ターゲット・ユーザー（ＵＥ−ｊ）に伝送され、ＵＥ ｊに対する共同伝送を実現することになる。同じリソース内のサポートされているユーザー数に応じて、共同伝送を、ＳＵ−ＪＴ（シングル・ユーザー共同伝送）とＭＵ−ＪＴ（マルチ・ユーザー共同伝送）の２つのサブタイプにさらに分割することができる。ＳＵ−ＪＴでは、シングル・ユーザーのみがいくつかの協調セルによる共同サービスを受けるが、ＭＵ−ＪＴでは、複数のユーザーが適切なマルチ・ユーザー協調プリコーディング・オペレーションを通じて協調セルによる共同サービスを受けることができる。

方法１：チャネル状態情報のフィードバックの上記の解決策に基づき協調セルの協調行列計算ユニット３１０でＳＵ−ＪＴプリコーディングを実行する、つまり、ユーザー（ＵＥ−ｊ）が、サービング・セル（Ｈ_ｍｊ）の主左特異ベクトルを使用してすべての関連するチャネルをプリコーディングし、ｃｅｌｌ−ｉ（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）におけるプリコーディング行列は、
として表すことができる。

Ｗ_ＵＥ−ｉはＨ_ｍｊの主左特異ベクトルを取ることができるため、ｃｅｌｌ−ｍにおけるプリコーディングは純粋に局所的であるが（つまり、ｃｅｌｌ−ｍとＵＥ−ｊとの間のチャネルにのみ依存し、他のチャネルには依存しない）、ｃｅｌｌ−ｉ、ｉ≠ｍにおけるプリコーディングは、これがＨ_ｉｊと、Ｈ_ｍｊの主左特異ベクトルとの連結された情報を使用するという意味で局所的なプリコーディングと大域的なプリコーディングとの妥協であることは理解されるであろう。

次いで、協調伝送ユニット３２０は、協調プリコーディング・オペレーションが実行されることを示す信号を送信する。ＵＥ ｊの協調伝送処理ユニット２７０は、行列計算ユニット２２０によって生成されたプリコーディング行列を使用して、協調セルからの信号をマージする。

方法２：ＵＥ ｊのチャネル連結ユニット２８０がすべての関連するチャネルを使用して複合チャネル［Ｈ_１ｊ Ｈ_２ｊ ．．． Ｈ_Ｎｊ］を形成し、行列計算ユニット２２０がチャネル連結ユニット２８０によって生成された複合チャネルのチャネル状態情報に基づきプリコーディング行列を計算し、フィードバック・ユニット２４０が複合チャネルのプリコーディングされたチャネル状態情報をフィードバックする。ｃｅｌｌ−ｉにおける協調行列計算ユニット３１０は、複合チャネルの主左特異ベクトルを使用し、フィードバックされたプリコーディング済みのチャネル状態情報に従って協調プリコーディングを実行する（注意：フィードバック情報は、実際には、ｃｐＨの主右特異ベクトルである）。特に、ｃｅｌｌ−ｉにおけるＳＵ−ＪＴは、特異ベクトルのｉ番目の部分（つまり、Ｎ_Ｔ個の要素のｉ番目のブロック、Ｎ_Ｔはそれぞれのセルにおける送信アンテナ数である）を使用して、協調プリコーディングを実行することができる。この方法は、大域的プリコーディングの一形態である。

この後、協調伝送ユニット３２０は、協調プリコーディング・オペレーションが実行されることを示す信号を送信する。

方法３：ターゲットＵＥは、プリコーディングされたチャネルをそのサービング・セルにフィードバックし、それぞれのセルはそれぞれのチャネルの自主左特異ベクトルでプリコーディングする。同等のことだが、ターゲットＵＥは、それぞれのチャネルの主右特異ベクトルをサービング・セルにフィードバックする。次いで、それぞれのセルが、プリコーディング行列として対応する主右特異ベクトルを使用してＳＵ−ＪＴプリコーディングを実行する。これは、局所的プリコーディングの一形態である。

実施形態３：マルチ・ユーザー共同伝送
ＭＵ−ＪＴでは、複数のユーザーが、同じ時間および周波数リソース割り当てによる共同伝送を通じて協調セルによるサービスを受ける。上記のプリコーディングされたＣＳＩのフィードバックの解決策に基づき、大域的または局所的なＭＵのプリコーディングを協調セルのそれぞれにおいて実行することができる。フィードバックの解決策が提案されている大域的および局所的なＭＵのプリコーディングは、以下ではそれぞれ方法１および方法２と呼ばれる。

一般性を失うことなく、二人のユーザーＵＥ−ｊおよびＵＥ−ｋは、それぞれｃｅｌｌ−ｍおよびｃｅｌｌ−ｎであり、この実施形態におけるＭＵのプリコーダーの形成において注目されている。ＵＥ−ｊは、Ｈ_ｍｊの主左特異ベクトルに等しいＷ_ＵＥ−ｊでプリコーディングした、プリコーディングされたチャネル状態情報ｐｃＨ_ｉｊ、ｉ＝１、２、．．．、Ｎをそのサービング・セル、ｃｅｌｌ−ｍにフィードバックし、ＵＥ−ｋは、Ｈ_ｎｋの主左特異ベクトルに等しいＷ_ＵＥ−ｋでプリコーディングした、プリコーディングされたチャネル状態情報ｐｃＨ_ｉｋ、ｉ＝１、２、．．．、Ｎをそのサービング・セル、ｃｅｌｌ−ｎにフィードバックする。ｃｅｌｌ−ｍおよびｃｅｌｌ−ｎは、ｐｃＨ_ｉｋおよびｐｃＨ_ｉｊを共有する。

方法１：提案されているフィードバックに基づく大域的なＭＵプリコーディング
ＵＥ ｊに対するＺＦ大域的ＭＵプリコーダーは、プリコーディングされた複合チャネル状態情報ｃｐＨ_ｊ＝［ｐｃＨ_１ｊ，ｐｃＨ_２ｊ，．．．，ｐｃＨ_ＮＪ］およびｃｐＨ_ｋ＝［ｐｃＨ_１ｋ，ｐｃＨ_２ｋ，．．．，ｐｃＨ_Ｎｋ］から協調セルの協調行列計算ユニット３１０によって、

Ｗ_{ｇｌｏｂａｌ，ＵＥ−ｊ}＝ ｖ_１ｖ_２ （８）

のように導き出すことができ、
式中、行列ｖ_１はｃｐＨ_ｋの零空間を張る正規直交ベクトルを構成し、ｖ_２は連結された行列ｃｐＨ_ｊｖ_１の主右特異ベクトルである。

同様に、ＵＥ−ｋに対するＺＦ大域的ＭＵプリコーダーは、

Ｗ_{ｇｌｏｂａｌ，ＵＥ−ｋ}＝ｖ_ａｖ_ｂ （９）

と表すことができ、
式中、行列ｖ_ａはｃｐＨ_ｊの零空間を張る正規直交ベクトルを構成し、ｖ_ｂは連結された行列ｃｐＨ_ｋｖ_ａの主右特異ベクトルである。

次いで、それぞれの協調セル内の共同伝送ユニット３５０が、セルにおけるプリコーディング係数として大域的プリコーディング行列の対応する要素を抽出し、対応する携帯端末に関して共同伝送を実行する。例えば、ｃｅｌｌ−ｉは、Ｗ_{ｇｌｏｂａｌ，ＵＥ−ｋ}からのｉ番目の要素をＵＥ−ｋに対して実行される共同伝送のプリコーディング係数として抽出し、Ｗ_{ｇｌｏｂａｌ，ＵＥ−Ｊ}からのｉ番目の要素をＵＥｊに対して実行される共同伝送のプリコーディング係数として抽出する。

この後、協調伝送ユニット３２０は、協調プリコーディング・オペレーションが実行されることを示す信号を送信する。

方法２：提案されているフィードバックに基づく局所的なＭＵプリコーディング
この方法では、プリコーディングされた複合チャネルに基づく大域的なＭＵプリコーディングと異なり、局所的なＭＵプリコーディングは、それぞれのセルにおいてこのセルに対応するプリコーディングされたフィードバックにのみ基づき協調行列計算ユニット３１０によって実行される。例えば、ｃｅｌｌ−ｍにおけるＵＥ−ｊに対する局所的ＺＦ ＭＵプリコーダーは、

Ｗ_{ｃｅｌｌ−ｍ，ＵＥ−ｊ}＝ｖ_１ｖ_２ （１０）

のように表すことができ、
式中、行列ｖ_１はｐｃＨ_ｍｋの零空間を張る正規直交ベクトルを構成し、ｖ_２は連結された行列ｐｃＨ_ｍｊｖ_１の主右特異ベクトルである。

同様に、ＵＥ−ｋに対するＺＦ局所的ＭＵプリコーダーは、

Ｗ_{ｃｅｌｌ−ｍ，ＵＥ−ｋ}＝ｖ_ａｖ_ｂ （１１）

と表すことができ、
式中、行列ｖ_ａはｐｃＨ_ｉの零空間を張る正規直交ベクトルを構成し、ｖ_ｂは連結された行列ｃｐＨ_ｋｖ_ａの主右特異ベクトルである。

方法３：大域的な特異ベクトルのフィードバックに基づく大域的なＭＵプリコーディング
この方法では、関わっているユーザー端末のそれぞれのチャネル連結ユニット２８０が、関連するすべてのチャネルを使用して複合チャネルｃｐＨ＝［Ｈ_１ｊ Ｈ_２ｊ．．．Ｈ_Ｋｊ］を形成し、フィードバック・ユニット２４０が、プリコーディングされた複合チャネルをそのサービング・セルにフィードバックし、そのサービング・セルは、複合チャネルの主左特異ベクトルでプリコーディングする。

次いで、関っている複数のユーザーからのすべてのフィードバックに基づき大域的なＭＵプリコーディングを実行することができ、それぞれのセルは、大域的ＭＵプリコーダーの対応する要素をそのプリコーディング係数として取る。この方法では、ＺＦ大域的ＭＵプリコーディングが想定される。

従来技術と比べると、本発明の上記の実施形態によって提案されているようなフィードバックの解決策には、以下の利点がある。

サウンディング・ベースのフィードバックと比較すると、本発明の実施形態において提案されているフィードバックの解決策は、ＴＤＤに適用できるだけでなく、アップリンクおよびダウンリンクのチャネルの対称性に関係なく、ＦＤＤシステムにも適用することができる。

従来のＰＭＩのフィードバックと比較すると、本発明の実施形態において提案されているフィードバックの解決策は、特定のＤＬ ＣｏＭＰプリコーディング・アルゴリズムを選択し、適用する際に大きな自由度をｅＮＢにもたらしうる。

明示的な完全なチャネルのフィードバックと比較すると、本発明の実施形態において提案されているフィードバックの解決策は、特にｅＮＢおよびＵＥにおけるアンテナ数が多い場合にフィードバックのオーバーヘッドを大幅に低減することができる。

本発明の実施形態において提案されているフィードバックの解決策は、特定のＤＬ ＣｏＭＰプリコーディング・アルゴリズムを選択し、適用する際に大きな自由度をｅＮＢにもたらすことができ、しかも、本質的に同等のチャネル情報のみをフィードバックすることでフィードバックのオーバーヘッドを低く抑えることができる。最初のシミュレーション結果から、同じプリコーディングされたＣＳＩのフィードバックの解決策を使用した場合、Ｃｏ−ＢＦ（協調ビームフォーミング）、ＳＵ−ＪＴ、およびＭＵ−ＪＴのように、さまざまなＤＬ ＣｏＭＰオペレーション・モードで十分な性能が達成されうることがわかる。

Ｃｏ−ＢＦ伝送に関して、ＣＳＩがプリコーディングされているプリコーダーとＣＳＩがプリコーディングされていないプリコーダーの２つのＣＯ−ＢＦプリコーダーを比較する。ＣＳＩがプリコーディングされているＣｏ−ＢＦプリコーダーは、他のもの比べて１．４ｄＢほど性能が優れている。このように性能が向上するのは、プリコーディングされたＣＳＩの零空間次元（つまり、シミュレーションの仮定では３）が、プリコーディングされていないＣＳＩの零空間次元より大きく、前者が統計的にシングル・ストリーム伝送に対するよりよい固有モードをもたらしうるという事実による。

当業者であれば、上記の方法の異なるステップをプログラミング・コンピュータで実行できることを容易に理解できる。本明細書では、いくつかの実施形態は、機械もしくはコンピュータ可読であるものとしてよいストレージ・デバイス（例えば、デジタル・データ記憶媒体）および上記の方法のステップの一部または全部を実行する、プログラムされた機械もしくはコンピュータによって実行可能なプログラム命令を対象とすることが意図されている。例えば、プログラム・ストレージ・デバイスは、デジタル・メモリ、磁気記憶媒体（磁気ディスケットまたは磁気テープなど）、ハードウェア、または光学的可読デジタル・データ記憶媒体とすることができる。これらの実施形態は、上記の方法のステップを実行するようにプログラムされているコンピュータを対象とすることも意図されている。

上記の説明および図は、本発明の原理を例示しているにすぎない。したがって、当業者が異なる構造を提案することができることも理解されるであろう。これらの異なる構造は本明細書では明示的に説明もしくは指示されていないけれども、これらは本発明の原理を反映しており、本発明の精神と範囲のうちに含まれる。そのうえ、本明細書で述べたすべての例は、当然のことながらもっぱら教示目的に使用され、読者が発明者が考案した本発明および概念の原理を理解し、および当技術分野の進歩を助長するのを支援するものであり、これらの特に言及されている例および条件を制限することないないものとして解釈されるべきである。それに加えて、本明細書で述べたような本発明およびその特定の例の原理、態様、ならびに実施形態の陳述は、その等価物も含む。

上記の説明は、本発明の実施形態を実装することにのみ関係する。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく修正形態もしくは部分的置換もすべて本発明の付属の請求項によって定められた範囲内に収まることを理解するであろう。したがって、本発明の保護の範囲は、付属の請求項の保護範囲に従うものとする。

Claims (15)

1. チャネル状態情報のフィードバックのための方法であって、
   携帯端末からサービング・セルおよび隣接セルへのチャネル状態情報を、複数の協調セルから受信したチャネル状態情報参照信号（ＣＳＩ参照信号）に従って推定するステップと、
   前記サービング・セルの前記推定されたチャネル状態情報に基づきプリコーディング行列を計算するステップと、
   前記得られたプリコーティング行列に従って、プリコーディングされたチャネル状態情報をそれぞれ前記携帯端末の前記サービング・セルおよび前記協調セル内の隣接セルについて計算するステップと、
   前記プリコーディングされたチャネル状態情報を前記携帯端末の前記サービング・セルにフィードバックするステップとを含む、チャネル状態情報のフィードバックのための方法。
2. 前記プリコーディングされたチャネル状態情報を定量化するステップをさらに含み、前記プリコーディングされたチャネル状態情報を前記携帯端末の前記サービング・セルにフィードバックする前記ステップは、
   前記定量化された、プリコーディングされたチャネル状態情報を前記携帯端末の前記サービング・セルにフィードバックするステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記サービング・セルの前記推定されたチャネル状態情報に基づいてプリコーディング行列を計算する前記ステップは、式
   
   Ｗ_ＵＥ−ｊ＝（Ｕ（：，１））^Ｈ （１）
   
   を使用して前記プリコーディング行列を計算するステップを含み、
   Ｗ_ＵＥ−ｊはプリコーディング行列であり、Ｕ行列は前記ｊ番目の携帯端末の前記サービング・セルのチャネル推定の左特異行列であり、Ｕ（：，１）はＵ行列の１番目の列を表し、最大の特異値に対応し、
   前記得られたプリコーティング行列に従ってプリコーディングされたチャネル状態情報をそれぞれ前記携帯端末の前記サービング・セルと前記協調セル内の隣接セルについて計算する前記ステップは、式
   
   ｐｃＨ_ｉｊ＝Ｗ_ＵＥ−ｊＨ_ｉｊ， ｉ＝１，２，．．．，Ｎ
   
   を使用して前記プリコーディングされたチャネル状態情報を計算するステップを含み、
   ｐｃＨ_ｉｊはｃｅｌｌ ｉに対する前記ｊ番目の携帯端末のプリコーディングされたＣＳＩであり、Ｈ_ｉｊは前記ｉ番目の携帯端末から前記ｊ番目のセルへの前記チャネル状態情報を表す、請求項１に記載の方法。
4. 複数の関連するチャネルを使用して１つの複合チャネルを形成するステップをさらに含み、
   前記サービング・セルの前記推定されたチャネル状態情報に基づき前記プリコーディング行列を計算する前記ステップは、
   前記複合チャネルの前記チャネル状態情報に基づき前記プリコーディング行列を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. プリコーディングされたチャネル状態情報を適用する方法であって、
   協調通信を行っている少なくとも１つのセルがそれに関係する前記プリコーディングされたチャネル状態情報を使用して少なくとも１つの携帯端末に対し協調プリコーディング・オペレーションを実行し、少なくとも１つの携帯端末のうちのいずれか１つに対応する前記プリコーディングされたチャネル状態情報が前記いずれか１つの携帯端末の前記サービング・セルの前記プリコーディング行列に従って計算することによって得られ、さらに、
   前記少なくとも１つのセルが協調プリコーディング・オペレーションが実行されることを知らせる信号を送信する、プリコーディングされたチャネル状態情報を適用する方法。
6. 前記少なくとも１つのセルが前記少なくとも１つの携帯端末から受信した前記プリコーディングされたチャネル状態情報を協調通信を行っている他のセルと共有することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 協調ビームフォーミングの後、協調通信を行っている少なくとも１つのセルがそれに関係する前記プリコーディングされたチャネル状態情報を使用して少なくとも１つの携帯端末に対する協調プリコーディング・オペレーションの実行が、
   前記ｎ番目のセルにおいて、プリコーディング・オペレーションが式
   
   Ｗ_{Ｃｅｌｌ−ｎ}＝ｖ_１ｖ_２
   
   を使用することによって前記ｋ番目の携帯端末について実行され、
   式中、前記ｎ番目のセルは前記ｋ番目の携帯端末の前記サービング・セルであると仮定すると、行列ｖ_１はｐｃＨ_ｎｊ の零空間を張る正規直交ベクトルを構成し、ｖ_２ は連結された行列ｐｃＨ_ｎｊｖ_１ の主右特異ベクトルであり、ｐｃＨ_ｎｊは前記ｎ番目のセルに対する前記ｊ番目の携帯端末のプリコーディングされたチャネル状態情報であり、
   ｍ番目のセルにおいて、プリコーディング・オペレーションが式
   Ｗ_{Ｃｅｌｌ−ｍ}＝ｖ_ａｖ_ｂ
   を使用することによって前記ｊ番目の携帯端末について実行され、
   式中、前記ｍ番目のセルは前記ｊ番目の携帯端末の前記サービング・セルであると仮定すると、行列ｖ_ａはｐｃＨ_ｍｋの前記零空間を張る前記正規直交ベクトルを構成し、ｖ_ｂは前記連結された行列ｐｃＨ_ｍｋｖ_ａの前記主右特異ベクトルであり、ｐｃＨ_ｍｋは前記ｍ番目のセルに対する前記ｋ番目の携帯端末のプリコーディングされたチャネル状態情報であり、
   これにより、前記ｊ番目の携帯端末は、式
   
   Ｗ_ＵＥ−ｊＹ_ｊ＝Ｗ_ＵＥ−ｊＨ_ｍｊｖ_ａｖ_ｂｓ_ｊ＋Ｗ_ＵＥ−ｊＨ_ｎｊｖ_１ｖ_２ｓ_ｋ
   ＝ｐｃＨ_ｍｊｖ_ａｖ_ｂｓ_ｊ＋ｐｃＨ_ｎｊｖ_１ｖ_２ｓ_ｋ
   
   を使用して、線形検出を行い、
   式中、Ｗ_{ＵＥ ｊ}は前記ｊ番目の携帯端末の前記サービング・セルの前記プリコーディング行列であり、Ｙ_ｊはｊ番目の携帯端末によって受信される信号であり、Ｙ_ｊ＝Ｈ_ｍｊｖ_ａｖ_ｂｓ_ｊ＋Ｈ_ｎｊｖ_１ｖ_２ｓ_ｋであり、ｐｃＨ_ｍｊは前記ｍ番目のセルに対する前記ｊ番目の携帯端末の前記プリコーディングされたチャネル状態情報であり、ｓ_ｊはｍ番目のセルによってｊ番目の携帯端末に送信される信号であり、ｓ_ｋはｎ番目のセルによってｋ番目の携帯端末に送信される信号であり、
   式中、Ｎを協調通信を行っているセルの数として、ｍ、ｎ＝１、２、．．．、Ｎであり、Ｍを協調通信を行っている携帯端末の数として、ｊ、ｋ＝１、．．．、Ｍである、請求項６に記載の方法。
8. シングル・ユーザー共同伝送の後、協調通信を行っている少なくとも１つのセルがそれに関係する前記プリコーディングされたチャネル状態情報を使用して少なくとも１つの携帯端末に対する協調プリコーディング・オペレーションの実行は、式
   を使用した協調プリコーディング・オペレーションの実行を含み、
   式中、Ｗ_{ｃｅｌｌ−Ｉ}はｉ番目のセルによって使用される前記協調プリコーディング行列であり、Ｗ_ＵＥ−ｊは前記ｊ番目の携帯端末の前記サービング・セルの前記プリコーディング行列であり、ｐｃＨ_ｉｊは前記ｉ番目のセルに対する前記ｊ番目の携帯端末の前記プリコーディングされたチャネル状態情報であり、Ｈ_ｉｊは前記ｉ番目のセルに対する前記ｊ番目の携帯端末の前記チャネル状態情報であり、式中、Ｎを協調通信を行っているセルの数として、ｉ＝１、２、．．．、Ｎであり、Ｍを協調通信を行っている携帯端末の数として、ｊ＝１、．．．、Ｍである、請求項６に記載の方法。
9. マルチ・ユーザー共同伝送の後、協調通信を行っている少なくとも１つのセルがそれに関係する前記プリコーディングされたチャネル状態情報を使用して少なくとも１つの携帯端末に対する協調プリコーディング・オペレーションの実行は、
   関連する複数の携帯端末について、前記少なくとも１つのセルのそれぞれのセルが前記プリコーディングされたチャネル状態情報を使用してマルチ・ユーザー・プリコーダーを生成し、協調プリコーディング・オペレーションを実行することを含む、請求項６に記載の方法。
10. 携帯端末であって、
    前記携帯端末からサービング・セルおよび隣接セルへのチャネル状態情報を、複数の協調セルから受信したチャネル状態情報参照信号（ＣＳＩ参照信号）に従って推定するように構成されたチャネル推定ユニット（２１０）と、
    前記チャネル推定ユニット（２１０）によって推定された前記サービング・セルの前記チャネル状態情報に基づきプリコーディング行列を計算するように構成された行列計算ユニット（２２０）と、
    前記行列計算ユニット（２２０）によって得られた前記プリコーティング行列に従って、プリコーディングされたチャネル状態情報をそれぞれ前記携帯端末の前記サービング・セルと前記協調セル内の隣接セルについて計算するように構成されたプリコーディング・ユニット（２３０）と、
    前記プリコーディング・ユニット（２３０）の計算によって得られた前記プリコーディングされたチャネル状態情報を前記携帯端末の前記サービング・セルにフィードバックするように構成されたフィードバック・ユニット（２４０）とを備える、携帯端末。
11. 前記プリコーディング・ユニット（２３０）の計算によって得られた前記プリコーディングされたチャネル状態情報を定量化するように構成された定量化ユニット（２５０）をさらに備え、
    前記フィードバック・ユニット（２４０）は、前記定量化ユニット（２５０）の計算によって定量化された前記プリコーディングされたチャネル状態情報を前記携帯端末の前記サービング・セルにフィードバックするようにさらに構成される、請求項１０に記載の携帯端末。
12. 前記行列計算ユニット（２２０）によって生成される前記プリコーディング行列を使用して、前記受信されたビームフォーミング信号の線形検出を実行するように構成されたビームフォーミング検出ユニット（２６０）と、
    前記行列計算ユニット（２２０）によって生成される前記プリコーディング行列を使用して、前記複数の協調セルによって送信される共同伝送をマージするように構成された協調伝送処理ユニット（２７０）とをさらに備える、請求項１０に記載の携帯端末。
13. 協調伝送に関わる複数のチャネルを使用して複合チャネルを形成するように構成されたチャネル連結ユニット（２８０）をさらに備え、
    前記行列計算ユニット（２２０）は、前記チャネル連結ユニット（２８０）によって生成された前記複合チャネルの前記チャネル状態情報に基づき前記プリコーディング行列を計算するようにさらに構成される、請求項１０に記載の携帯端末。
14. 基地局であって、
    関係する前記受信したプリコーディングされたチャネル状態情報を使用して少なくとも１つの携帯端末に対し協調プリコーディング・オペレーションを実行し、少なくとも１つの携帯端末のうちのいずれか１つに対応する前記プリコーディングされたチャネル状態情報が前記いずれか１つの携帯端末の前記サービング・セルの前記プリコーディング行列に従って計算することによって得られるように構成され協調行列計算ユニット（３１０）と、
    前記協調プリコーディング・オペレーションが前記協調行列計算ユニット（３１０）で実行されることを知らせる信号を送信するように構成された協調伝送ユニット（３２０）とを備える、基地局。
15. 前記協調行列計算ユニット（３１０）によって使用される前記プリコーディングされたチャネル状態情報を前記協調通信を実行する他の基地局と共有するように構成された共有ユニット（３３０）をさらに備える、請求項１４に記載の基地局。