JP5466339B2 - プリコーディング行列を決定する方法ならびに対応する通信方法およびデバイス - Google Patents

Description

本発明は、マルチアンテナ技術に関し、詳細には、マルチアンテナ技術におけるプリコーディング方法に関する。

Ｒｅｌ−１０フィードバック［１］についての合意された今後の方法によれば、サブバンド用のプリコーダは、２つの行列から成り、その一方は、Ｗ_１によって表される広帯域および／または長期チャネル特性を対象とし、他方は、Ｗ_２によって表される周波数選択性および／または短期チャネル特性を対象とする。ｅＮＢは、長期広帯域フィードバックによってＷ_１を決定し、短期狭帯域フィードバックによってＷ_２を決定する。

近接配置マルチアンテナ（ｃｌｏｓｅｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ｍｕｌｔｉ−ａｎｔｅｎｎａ）の場合、プリコーディング方式の設計を簡素化するために、プリコーディング方式は、近接配置によってもたらされるアンテナ関連の特性を考慮することができる。業界では、近接配置交差偏波ＣＬＡ（ｃｌｏｓｅｌｙ−ｓｐａｃｅｄ ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ＣＬＡ）のプリコーディング・コードブックについての議論がなされてきた。Ｒ１−１０３０２６では、Ｓａｍｓｕｎｇが、Ｍ×ｒ型行列のＷ_１と、Ｍ×Ｍ型正方行列のＷ_２とを用いる、２ステージ・フィードバック手法を提案し、Ｒ１−１０１７４２では、Ｅｒｉｃｓｓｏｎが、Ｍ×２型行列のＷ_１と、２×ｒ型行列のＷ_２とを用いる、２ステージ・フィードバック手法を提案し、ここで、Ｍは、アンテナの数であり、ｒは、データ・フローの数である。ＭＵ−ＭＩＭＯシナリオの下では、上記の手法のどちらについても、データ・スループットなどの性能は、満足できるものではない。

Ｒ１−１０３０２６ Ｒ１−１０１７４２ Ｌ．Ｊｉａｎｇ、Ｌ．Ｔｈｉｅｌｅ、Ｖ．Ｊｕｎｇｎｉｃｋｅｌ、「Ｏｎ ｔｈｅ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ＭＩＭＯ Ｃｈａｎｎｅｌ」、１３ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｐａｒｉｓ、Ｆｒａｎｃｅ、２００７年４月

本発明は、新しいコードブックに基づいた、プリコーディング方式を提案し、この方式は、より優れたデータ・スループットを有する。

本発明の第１の態様によれば、サブバンド・プリコーディングのためのプリコーディング行列を決定するための方法が提案され、送信機が、２組の交差偏波アンテナを有し、異なる偏波方向を有する２組のアンテナのチャネル・ベクトルが、それぞれＨ_１およびＨ_２であり、これらのアンテナが、近接配置され、Ｍが、送信アンテナの数であり、ｒが、データ・フローの数であり、チャネル・ベクトルＨ_１およびＨ_２が、以下の複素関係、すなわち、
Ｈ_２＝βｅ^ｊδＨ_１
を満たし、ここで、βは、２つのチャネル・ベクトルの間の複素関係の振幅であり、δは、２つのチャネル・ベクトルの間の複素関係の角度であり、方法は、以下のステップ、すなわち、
ａ．長期チャネル関連の情報に従って、次元がＭ×Ｍの最適化された第１の行列Ｗ_１を決定するステップであって、第１の行列が、広帯域および／または長期チャネル特性に対応し、第１の行列Ｗ_１が、以下の第１のコードブック、すなわち、

から選択され、ここで、Ｒは、Ｈ_１の送信空間相関行列の近接度であり、ｖ_１＝［１，ｅ^−ｊθ，．．．，ｅ^{−ｊ（Ｍ／２−１）θ}］は、ＤＦＴベクトルによって近似される、Ｈ_１の送信空間相関行列の支配的な固有ベクトルであり、θは、ＤＦＴベクトルの２つの隣接項の間の角度差である、ステップと、
ｂ．複数の候補プリコーディング行列を獲得するために、最適化された第１の行列Ｗ_１と第２のコードブック内の次元がＭ×ｒの各第２の行列Ｗ_２とを乗算するステップであって、第２の行列Ｗ_２が、周波数選択性および／または短期チャネル特性に対応し、以下の第２のコードブック、すなわち、
Ｗ_２＝（Ｗ_２ ^１，Ｗ_２ ^２，．．．Ｗ_２ ^ｒ）
から選択され、ここで、Ｗ_２ ^ｉは、Ｗ_２の第ｉ列であり、

であるとすると、Ｗ_２ ^ｉの第ｎ要素は、１であり、第（ｎ＋Ｍ／２）要素は、ｍｏｄ（ｉ，２）＝１である場合は、βｅ^ｊδであり、ｍｏｄ（ｉ，２）＝０である場合は、１／βｅ^−ｊδであり、他の要素は、０である、ステップと、
ｃ．短期チャネル特性に従って、事前定義された規則に基づいて、送信されるデータをプリコーディングするための複数の候補プリコーディング行列から、最適化されたものを選択するステップと
を含む。

本発明の第２の態様によれば、サブバンド・プリコーディングのためのプリコーディング行列をｅＮｏｄｅＢにフィードバックするための、ユーザ機器における方法が提案され、方法は、
本発明の上述の第１の態様による方法を使用することによって、前記最適化された第１の行列Ｗ_１およびプリコーディング行列を決定するステップと、
前記最適化されたプリコーディング行列に対応する最適化された第２の行列Ｗ_２を決定するステップと、
前記最適化された第１の行列Ｗ_１および前記第２の行列Ｗ_２の識別情報をｅＮｏｄｅＢに提供するステップと
を含む。

これに対応して、本発明は、サブバンド・プリコーディングのためのプリコーディング行列をｅＮｏｄｅＢにフィードバックするための、ユーザ機器内のデバイスも提案し、デバイスは、
本発明の上述の第１の態様による方法を使用することによって、前記最適化された第１の行列Ｗ_１およびプリコーディング行列を決定し、前記最適化されたプリコーディング行列に対応する最適化された第２の行列Ｗ_２を決定するための決定手段と、
前記最適化された第１の行列Ｗ_１および前記第２の行列Ｗ_２の識別情報をｅＮｏｄｅＢに提供するための送信機と
を備える。

本発明の第３の態様によれば、データをプリコーディングするための、ｅＮｏｄｅＢにおける方法が提案され、方法は、
ユーザ機器によってフィードバックされた、最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２の識別情報を受信するステップと、
識別情報に従って、本発明の上述の第１の態様による方法における第１のコードブックおよび第２のコードブックから、最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２を決定するステップと、
最適化された第１の行列Ｗ_１と第２の行列Ｗ_２を乗算し、最適化されたプリコーディング行列を獲得するステップと、
ユーザ機器にデータを送信するために、最適化されたプリコーディング行列を使用することによって、送信されるデータをプリコーディングするステップと
を含む。

これに対応して、本発明は、データをプリコーディングするための、ｅＮｏｄｅＢ内のデバイスも提案し、デバイスは、
ユーザ機器によってフィードバックされた、最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２の識別情報を受信するための受信機と、
識別情報に基づいて、本発明の上述の第１の態様による方法における第１のコードブックおよび第２のコードブックから、最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２を決定するための問い合わせ手段と、
最適化された第１の行列Ｗ_１と第２の行列Ｗ_２を乗算し、最適化されたプリコーディング行列を獲得するための計算手段と、
ユーザ機器にデータを送信するために、最適化されたプリコーディング行列を使用することによって、送信されるデータをプリコーディングするためのプリコーダと
を備える。

上述および他の特徴が、以下の詳細な実施形態において説明され、または以下の詳細な実施形態から明らかになる。

最初に、本発明によるコードブックの設計について説明するが、それは以下のようになる。

交差偏波アンテナの２つのグループについて、観測により、発明者らは、２つのアンテナ・グループの間に、以下の式、すなわち、
Ｈ_２＝βｅ^ｊδＨ_１ （１）
によって記述されるような、素早く変化する複素ベクトル関係が存在することを見出したが、ここで、Ｈ_１は、一方の偏波を示す一方のアンテナ・グループを表すチャネル・ベクトルであり、Ｈ_２は、他方の偏波を示す他方のアンテナ・グループを表すチャネル・ベクトルであり、βは、２つのチャネル・ベクトルの間の複素関係の振幅であり、δは、２つのチャネル・ベクトルの間の複素関係の角度である。Ｈ_１は、長期広帯域静的チャネルとして扱うことができる。この観測は、参考文献（Ｌ．Ｊｉａｎｇ、Ｌ．Ｔｈｉｅｌｅ、Ｖ．Ｊｕｎｇｎｉｃｋｅｌ、「Ｏｎ ｔｈｅ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ＭＩＭＯ Ｃｈａｎｎｅｌ」、１３ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ｐａｒｉｓ、Ｆｒａｎｃｅ、２００７年４月）にある交差偏波アンテナについての理論的分析とも一致する。

近接配置アンテナの場合、Ｈ_１の支配的な固有ベクトルｖ_１は、ＤＦＴベクトル、すなわち、
ｖ_１＝［１，ｅ^−ｊθ，．．．，ｅ^{−ｊ（Ｍ／２−１）θ}］ （２）
によって近似することができる。

単一レイヤ（ランク）（データ・フローの数が１）の場合、サブバンド・プリコーディングのためのプリコーディング行列は、以下の式で、すなわち、

（３）
と記述され、ここで、

は、Ｍ×Ｍの次元を有し、

である。プリコーディング行列Ｗ_２＝［１，０，βｅ^ｊδ，０］^Ｔは、Ｍ×１の次元を有する。

近接配置交差偏波ＣＬＡアンテナの場合、Ｗ_１は、交差偏波アンテナの２つのグループのチャネル相関行列として扱うことができ、Ｒは、Ｈ_１に対応するアンテナのグループのチャネル相関行列として扱うことができる。

２レイヤ（データ・フローの数が２）の場合、Ｗ_１は、変わらず、Ｗ_２は、以下の式、すなわち、

によって決定される。

一般に、データ・フローの数がｒである場合、Ｗ_２＝（Ｗ_２ ^１，Ｗ_２ ^２，．．．Ｗ_２ ^ｒ）であり、ここで、Ｗ_２ ^ｉは、Ｗ_２の第ｉ列であり、

であるとすると、Ｗ_２ ^ｉの第ｎ要素は、１であり、第（ｎ＋Ｍ／２）要素は、ｍｏｄ（ｉ，２）＝１である場合は、βｅ^ｊδであり、ｍｏｄ（ｉ，２）＝０である場合は、１／βｅ^−ｊδであり、他の要素は、０である。

例えば、一実施形態では、送信アンテナがＭ個で、レイヤが最大２つである場合、４ビットの第２のコードブックＷ_２内の１６個のコードワードｗ_２，ｉは、以下の表１内の式によって決定され、

ここで、β_０＝０．５、β_１＝１、β_２＝２、β_３＝４、およびδ_０＝−π／２、δ_１＝π／２、δ_２＝０、δ_３＝πである。

８ビットの第１のコードブック内の２５６個のコードワードｗ_１，ｉは、以下の表２内の式によって決定され、

ここで、α_０＝０．２５、α_１＝０．５、α_２＝１、α_３＝２、ｒ＝１、およびθ_ｎ＝ｎπ／３２、ｎ＝０，．．．，２^６−１である。

チャネル・ステータス情報に従って、最も近い第１の行列と第２の行列を選択するための複数の候補複素関係を均等かつ完全に提供するために、振幅αおよびβの選択値は、ある範囲内に含まれる複素関係の振幅をカバーするために使用され、角度差δ、θの選択値は、角度差が０〜２πの範囲内の異なる位置に該当するケースをカバーするために使用される。第１のコードブックおよび第２のコードブックのビット数、すなわち、第１の行列および第２の行列の数が変化した場合、複数の候補複素関係を均等かつ完全に提供するために、変化に対応して振幅および角度差の値を調整できることに留意されたい。

本発明によって決定されるコードワードは、上述の実施形態によって説明される。本発明は、コードワードのこの組によって限定されず、本発明の開示に基づいて、当業者が他の適切なコードワードを決定できることに留意されたい。

以下のパートでは、本発明によって決定されるコードワードに基づいて、プリコーディング通信を実施する実施形態について説明する。

最初に、ユーザ機器（ＵＥ）は、長期チャネル特性を測定し、長期チャネル特性に従って、表２のコードブックなどの第１のコードブックから、次元がＭ×Ｍの最適化された第１の行列Ｗ_１を選択する。長期チャネル特性に従って、対応する最適化されたコードワードをどのように選択するかは、当業者によく知られており、不必要な細部まで説明しない。

その後、複数の候補プリコーディング行列を獲得するために、第１の行列Ｗ_１と第２のコードブック内の次元がＭ×ｒの各第２の行列Ｗ_２とを乗算する。第２のコードブックは、表１に示されるようなコードブックである。

次に、ＵＥは、測定された短期チャネル特性に従って、事前定義された規則に基づいて、複数の候補プリコーディング行列から最適化されたプリコーディング行列を選択する。事前定義された規則は、最大チャネル容量を可能にする候補プリコーディング行列を選択することなどである。不必要な細部まで説明しないが、他の規則も適用可能であることに留意されたい。

次に、ＵＥは、最適化されたプリコーディング行列に対応する最適化された第２の行列Ｗ_２を決定することができる。

最後に、ＵＥは、最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２の識別情報をｅＮｏｄｅＢに提供する。識別情報は、コードブック内の行列のシリアル番号などである。

ｅＮｏｄｅＢの側では、ｅＮｏｄｅＢは、ユーザ機器によってフィードバックされた、最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２の識別情報を受信する。

次に、ｅＮｏｄｅＢは、識別情報に従って、第１のコードブックおよび第２のコードブックから、最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２を決定する。

その後、ｅＮｏｄｅＢは、最適化された第１の行列Ｗ_１と第２の行列Ｗ_２を乗算し、サブバンド・プリコーディングのための最適化されたプリコーディング行列を獲得する。

最後に、ｅＮｏｄｅＢは、ユーザ機器にデータを送信するために、最適化されたプリコーディング行列を使用することによって、送信されるデータをプリコーディングする。

発明者は、本発明において提案されるコードブックの性能をシミュレートし、それを従来技術において提案される方式のシミュレーション結果と比較する。以下の表３は、シミュレーションがそれに基づいて実施される、仮定されるワイヤレス・ネットワーク環境を示している。

シミュレーション結果を、以下の表４によって示す。

本発明が従来技術よりも優れた性能を達成することを見て取ることができる。

当業者は、本説明、図面、および添付の特許請求の範囲の検討を通して、開示された実施形態に対する変更を理解し、実現することができる。「ｃｏｍｐｒｉｓｅ（含む／備える）」という語は、請求項または本説明において挙げられていない要素またはステップの存在を排除するものではない。要素の前に置かれる「ａ／ａｎ」という語は、複数のそのような要素の存在を排除するものではない。本発明を実施する際、請求項におけるいくつかの技術的特徴は、１つの構成要素によって具現することができる。特許請求の範囲では、括弧で括られたいかなる参照符号も、請求項を限定するものであるとは解釈すべきではない。

Claims (8)

1. サブバンド・プリコーディングのためのプリコーディング行列を決定するための方法であって、送信機が、２組の交差偏波アンテナを有し、異なる偏波方向を有する前記２組のアンテナのチャネル・ベクトルが、それぞれＨ_１およびＨ_２であり、これらのアンテナが、近接配置され、Ｍが、送信アンテナの数であり、ｒが、データ・フローの数であり、２組のアンテナの前記チャネル・ベクトルＨ_１およびＨ_２が、以下の複素関係、すなわち、
   Ｈ_２＝βｅ^ｊδＨ_１
   を満たし、ここで、βは、前記２つのチャネル・ベクトルの間の前記複素関係の振幅であり、δは、前記２つのチャネル・ベクトルの間の前記複素関係の角度であり、前記方法が、以下のステップ、すなわち、
   ａ．長期チャネル関連の情報に従って、次元がＭ×Ｍの最適化された第１の行列Ｗ_１を決定するステップであって、前記第１の行列が、広帯域および／または長期チャネル特性に対応し、前記第１の行列Ｗ_１が、以下の第１のコードブック、すなわち、
   

   

   

   から選択され、ここで、Ｒは、Ｈ_１の送信空間相関行列の近接度であり、ｖ_１＝［１，ｅ^−ｊθ，．．．，ｅ^{−ｊ（Ｍ／２−１）θ}］は、ＤＦＴベクトルによって近似される、Ｈ_１の前記送信空間相関行列の支配的な固有ベクトルであり、θは、前記ＤＦＴベクトルの２つの隣接項の間の角度差である、ステップと、
   ｂ．複数の候補プリコーディング行列を獲得するために、前記最適化された第１の行列Ｗ_１と第２のコードブック内の次元がＭ×ｒの各第２の行列Ｗ_２とを乗算するステップであって、前記第２の行列Ｗ_２が、周波数選択性および／または短期チャネル特性に対応し、以下の第２のコードブック、すなわち、
   Ｗ_２＝（Ｗ_２ ^１，Ｗ_２ ^２，．．．Ｗ_２ ^ｒ）
   から選択され、ここで、Ｗ_２ ^ｉは、Ｗ_２の第ｉ列であり、
   

   

   であるとすると、Ｗ_２ ^ｉの第ｎ要素は、１であり、第（ｎ＋Ｍ／２）要素は、ｍｏｄ（ｉ，２）＝１である場合は、βｅ^ｊδであり、ｍｏｄ（ｉ，２）＝０である場合は、１／βｅ^−ｊδであり、他の要素は、０である、ステップと、
   ｃ．前記短期チャネル特性に従って、事前定義された規則に基づいて、送信されるデータをプリコーディングするための前記複数の候補プリコーディング行列から、最適化されたものを選択するステップと
   を含む方法。
2. 前記第２のコードブックＷ_２について、データ・フローの数が１である場合、
   Ｗ_２＝［１，０，βｅ^ｊδ，０］^Ｔ
   であり、データ・フローの数が２である場合、
   

   

   である、請求項１に記載の方法。
3. 送信アンテナがＭ個で、ランクが最大２である場合、４ビットの第２のコードブックＷ_２内のコードワードが、以下の式、すなわち、
   

   

   によって決定され、ここで、ｉ＝０，．．．，２^４−１、
   

   

   、ｎ＝ｍｏｄ（ｉ，２^２）、β_０＝０．５、β_１＝１、β_２＝２、β_３＝４、およびδ_０＝−π／２、δ_１＝π／２、δ_２＝０、δ_３＝πであり、８ビットの第１のコードブックＷ_１内のコードワードW_１，ｉが、以下の式、すなわち、
   

   

   および
   

   

   によって決定され、ここで、ｉ＝０，．．．，２^８−１、
   

   

   、ｎ＝ｍｏｄ（ｉ，２^６）、α_０＝０．２５、α_１＝０．５、α_２＝１、α_３＝２、ｒ＝１、およびθ_ｎ＝ｎπ／３２、ｎ＝０，．．．，２^６−１である、請求項２に記載の方法。
4. 近接配置アンテナの相関係数のモードが、所定の閾値よりも大きいか、またはアンテナ間の距離が、信号の波長の半分以下である、請求項１に記載の方法。
5. サブバンド・プリコーディングのためのプリコーディング行列をｅＮｏｄｅＢにフィードバックするための、ユーザ機器における方法であって、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法を使用することによって、前記最適化された第１の行列Ｗ_１およびプリコーディング行列を決定するステップと、
   前記最適化されたプリコーディング行列に対応する最適化された第２の行列Ｗ_２を決定するステップと、
   前記最適化された第１の行列Ｗ_１および前記第２の行列Ｗ_２の識別情報を前記ｅＮｏｄｅＢに提供するステップと
   を含む方法。
6. データをプリコーディングするための、ｅＮｏｄｅＢにおける方法であって、
   ユーザ機器によってフィードバックされた、最適化された第１の行列Ｗ_１および最適化された第２の行列Ｗ_２の識別情報を受信するステップと、
   前記識別情報に従って、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法における前記第１のコードブックおよび前記第２のコードブックから、前記最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２を決定するステップと、
   前記最適化された第１の行列Ｗ_１と第２の行列Ｗ_２を乗算し、最適化されたプリコーディング行列を獲得するステップと、
   前記ユーザ機器にデータを送信するために、前記最適化されたプリコーディング行列を使用することによって、送信されるデータをプリコーディングするステップと
   を含む方法。
7. サブバンド・プリコーディングのためのプリコーディング行列をｅＮｏｄｅＢにフィードバックするための、ユーザ機器内のデバイスであって、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法を使用することによって、最適化された第１の行列Ｗ_１およびプリコーディング行列を決定し、前記最適化されたプリコーディング行列に対応する最適化された第２の行列Ｗ_２を決定するための決定手段と、
   前記最適化された第１の行列Ｗ_１および前記第２の行列Ｗ_２の識別情報を前記ｅＮｏｄｅＢに提供するための送信機と
   を備えるデバイス。
8. データをプリコーディングするための、ｅＮｏｄｅＢ内のデバイスであって、
   ユーザ機器によってフィードバックされた、最適化された第１の行列Ｗ_１および最適化された第２の行列Ｗ_２の識別情報を受信するための受信機と、
   前記識別情報に基づいて、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法における前記第１のコードブックおよび前記第２のコードブックから、前記最適化された第１の行列Ｗ_１および第２の行列Ｗ_２を決定するための問い合わせ手段と、
   前記最適化された第１の行列Ｗ_１と第２の行列Ｗ_２を乗算し、最適化されたプリコーディング行列を獲得するための計算手段と、
   前記ユーザ機器にデータを送信するために、前記最適化されたプリコーディング行列を使用することによって、送信されるデータをプリコーディングするためのプリコーダと
   を備えるデバイス。