JP5479615B2 - 閉ループマルチアンテナシステムの情報送受信方法および装置 - Google Patents
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Description
マルチアンテナ技術は多くの利点を有する。
例えば、マルチアンテナの多重化利得によりシステムのスループットを向上することができるし、また、マルチアンテナのダイバーシティ利得によりシステム性能を向上するか、あるいはアンテナの方向性利得により受信端末を区別して受信端末間の干渉を除去することもできる。
MIMOシステムにおいて、送信機は何らかの方式でチャネル情報を取得できれば、チャネル特性により送信信号を最適化することにより、受信品質の向上、受信機複雑度要求の低減が図ることができる。
実際のシステムにおいて、通常、チャネル情報を量子化するフィードバック方式でフィードバックコストとフィードバック遅延とを低減する。
チャネルマトリックス及びその統計量、あるいは、受信機の推薦前処理パラメータに対して、チャネル情報を量子化することができる。
チャネル情報が量子化後、有限個数の要素から構成される集合にマッピングされ、その集合はコードブックと称される。
Rel−8 LTE(Long Term Evolution,長期進化)の伝送モード4,5,6において、いずれもPMI(Precoding Matrix Indicator,プリコーディングマトリックスインデックス)フィードバックメカニズムを採用し、即ち、UE(User Equipment,ユーザー装置)は共用パイロットによりチャネルを測定し、また、基地局eNBにUE自身の推薦するコードワードの番号情報を報告する。
例えば、共用パイロットポートが4つである場合、Householderに基づいて変換されるコードブックを採用し、閉ループ空間多重化モード、即ち、伝送モード4のRank毎に対して、それぞれ16の選択可能なプリコーディングマトリックスが存在する。
Rel−8 LTE4アンテナコードブックは主に次の特徴を含み、1)Rank1のコードブックは非関連チャネルと関連チャネルとの相殺を考慮する条件で、捜査により取得し、2)他のRankのコードブックはRank1コードブックとの入れ子関係を保持し、3)コードブック要素は全て8PSK(Phase Shift Keying,位相偏移変調)要素を採用して計算の複雑度を低減し、4)定モジュラスとユニタリ性とを有し、5)Householder変換の特性を利用してコードワード選択の複雑度を低減できる。
しかし、送信アンテナ数の増加により、例えば、8本となる可能性があるため、Rankと配置された送信アンテナポートの組み合わせ数はRel−8LTEの場合より遥かに多くなる。
そのため、数多くのRankと送信アンテナポートとの組み合わせに対するコードブックがまだ未定義であることもあるし、Rel−8 LTEシステムにより、空間関連チャネルに対するコードブック設計の必要性が切迫している。
アンテナ数が増加しつつあるが、基地局のサイズが制限されたものであるため、アンテナ間距離の短縮また/および偏波アンテナを採用しなければならなくなる。
以上のような考えを踏まえ、空間関連チャネルに対する線形コードブック及びその設計方法は将来の無線通信システムの研究と標準化作業とにおいて不可欠な技術点となることがわかる。
また、Rel−8 LTE4アンテナコードブックが良好な性能と優位性とを有するため、コードブックを設計する際、技術者たちは皆、Rel−8 LTEコードブックの特性を最大限に保持しようとする。
現在、Rel−8 LTEコードブックの特性(または一部の特性)を受け継げるコードブックは主に以下煮示すコードブック1と、コードブック2と、コードブック3と、コードブック4とを含む。
コードブック1は、Rel−8 LTEコードブックを元に変換して取得された8アンテナのRank1線形配列コードブックである。
当該コードブック1の欠陥としては定モジュラス特性と8PSK要素の採用などRel−8 LTE4アンテナコードブックの一部の特性を受け継いだが、入れ子関係を満足していないところにある。
コードブック1はRel−8 LTE4アンテナコードブックに基づいて拡張されたものであるが、Rel−8 LTE4は空間関連チャネルと空間非関連チャネルとを統合考慮して最適化されて得られたものであるため、一部のコードワードが空間関連チャネルに適用できないことから、小間隔の線形配列の場合、性能損失が発生してしまう。
複素Hadamard変換で47個の8PSK要素を要素とする8×8複素マトリックスを構築して、そして、非関連チャネルと関連チャネルとの相殺・最適化を行い、検索の方法でRank1コードブックを取得する。
当該コードブック2の欠陥は定モジュラス、ユニタリ、入れ子性などのRel−8LTEコードブックの大部分の特性を受け継いだが、8PSK要素のみを採用することである。
コードブック2は47個の8PSK要素を要素とする8×8複素マトリックスより構成された空間においてコードブックを検索し、また、空間関連チャネルと空間非関連チャネルとの性能相殺を考慮することを検索基準とするため、空間関連チャネルにおける性能を低減させる。
16の異なる対角マトリックスに8−DFT(Discrete Fourier Transform,離散フーリエ変換)マトリックスを乗算してRank8のコードブックを取得し、Rank1のコードブックはその16の8×8複素マトリックスの第1列より構成される。
当該コードブック3の欠陥は定モジュラス、ユニタリ、入れ子特性などRel−8 LTEコードブックの一部の特性を受け継いだが、16PSK要素を採用しているため、プリコーディング計算の複雑度を増加してしまう。
他のコードブックにより性能利得を著しく取得できなければ、増加されるプリコーディング計算の複雑度は余分な負担となる。
1つの8−DFTマトリックスと1つの8×8ユニタリマトリックスとの各行(または各列)より構成される。
当該コードブック4の欠陥は、定モジュラス、ユニタリ、入れ子性などRel−8LTEコードブックの一部の特性を受け継いだが、8PSK要素のみを採用することである。
同時に、DFTマトリックスが配列応答の構造と一致するため、コードブック3とコードブック4とは全て空間関連チャネルの下のプリコーディングMIMOシステムに適用する。
しかし、チャネルがどのような分散特性を有するにも関わらず、コードブック3とコードブック4とにおける各コードワードに対応する配列応答の角度が変わらないため、特定なシナリオにおいて、プリコーディングMIMOシステムに性能損失を与える恐れがある。
受信装置は送信装置から送信された情報を受信し、前記情報によりチャネル情報を推定するステップと、前記受信装置が前記チャネル情報により二層構造に基づくコードブックから、対応するコードワードを選定し、選定されたコードワードのコードワードインデックス情報を生成するステップと、前記受信装置が前記コードワードのコードワードインデックス情報を前記送信装置に送信するステップとを含む。
前記受信モジュールは受信装置から送信される、コードワードインデックス情報を含む情報を受信し、前記コードワード確定モジュールは前記コードワードインデックス情報により二層構造に基づくコードブックから、対応するコードワードを選定し、前記プリコーディングマトリックス計算モジュールは選定されたコードワードによりプリコーディングマトリックスを生成し、前記プリコーディングモジュールは前記プリコーディングマトリックスにより送信待機のデータに対してプリコーディングし、前記送信モジュールはプリコーディングされたデータを前記受信装置に送信する。
また、本発明に係る実施形態で提出されるコードブックは階層構造を持ち、1つのPMIフィードバックにも対応できるし、2つのPMIフィードバックにも対応できる。
本発明の上述した技術案と利点および/または追加的な技術案と利点は、図面を参照することにより、明確、かつ、理解しやすくなる。
前記実施形態を示す図面において、始終に同様または類似した番号を付された部材は同様または類似した部材、あるいは同様または類似した機能を有する部材を表示する。
参照して記述された実施形態は本発明を説明するための例に過ぎず、本発明を制限するものではない。
説明の便宜のため、図1に示すように、まず、二偏波アンテナのアンテナ番号標識方法を約定し、即ち、一つの偏光方向のアンテナを順次に標識してから、もう一つの偏光方向のアンテナを順次に標識する。
注意すべきことは、二偏波マルチアンテナシステムのコードブック及びその設計方法は二偏波アンテナのアンテナ番号標識方法と関係ないため、約定されたアンテナ番号標識方法が変化した場合、コードブックにおけるアンテナ番号のみを適当に調整すればよい。
本発明の一つの実施形態において、M3=M4=8。
基本コードブックは以下の表1の通りである。
ユニタリ性を有するコードワードを構築しようとする場合、変換コードブックにおけるコードワードΦkの互に直交していない列に対応する基本コードブックにおけるコードワードwmの列ベクトルが互いに直交することを確保すればよい。
例えば、コードブック1の変換コードブックにおいてk=0の場合のコードワードΦk 3は、
変換コードブックにおいてk=0の場合のコードワードΦk 4は、
マトリックスΦkとwmとに対して以下の表5、表6の定義を採用する。
コードブック3の構造はコードブック2と大体同じである。
ここで、基本コードブックは以下の表10の通りである。
例えば、
〈コードブック4〉(コードブック1に対して列交換を行うことより取得されたもの)は以下の表13の通りである。
具体的に、チャネル状況を知るため、送信装置は遠隔受信機からフィードバックされたCQI(Channel Quality Indicator,チャネル品質指示)、Rank選定とコードワード選定などの情報を受信する。
それらのCQI、Rank選定とコードワード選定情報は後の伝送処理過程に使用される。
そのため、フィードバックされたコードワードインデックス情報はコードブックにおけるコードワード番号nであってもよいし、変換コードブックと基本コードブックとにおけるコードワードインデックスkとmとであってもよい。
更に、kとmの他との組み合わせであってもよい。
例えば、コードブック3において、フィードバックされたコードワードインデックス情報がn∈{0,…,31}である場合、直接にコードブックから対応するコードワードを見つけられる。
フィードバックされたコードワードインデックス情報がk∈{0,…,3}とm∈{0,…,7}とである場合、同様にコードブックから対応するコードワードを見つけられる。
また、当該コードブックにおけるコードワードは、以下の数5、数6、数7の特性に満足する。
そのため、フィードバックされたコードワードインデックス情報がl(アルファベット小文字のエル)∈{0,…,15}とf(l(アルファベット小文字のエル))とである場合、同様にコードブックから対応するコードワードを見つけられる。
無論、他の実施形態においても同様に、直接に対応するコードワードをプリコーディングマトリックスとすることができる。
S301:受信装置は送信装置から送信された情報を受信する。
S302:受信装置は受信された情報によりチャネル情報を推定する。
S303:受信装置はチャネル情報により、二層構造に基づくコードブックから対応するコードワードを選定し、上述コードブック1−5は全て本実施形態に適用できる。
そのため、生成されたコードワードインデックス情報はコードブックにおけるコードワード番号nであってもよいし、変換コードブックと基本コードブックとにおけるコードワードインデックスkとmとであっても良い。
更にまた、kとmの他との組み合わせであってもよい。
例えば、コードブック3において、フィードバックされたコードワードインデックス情報はn∈{0,…,31}であっても良いし、k∈{0,…,3}とm∈{0,…,7}とであってもよい。
送信装置はコードワード番号n、またはコードワードインデックスkとmとの組み合わせにより、コードブックから対応するコードワードを見つけられる。
同時に、当該コードブックにおけるコードワードは以下の数9、数10、数11の特性にも満足する。
そのため、フィードバックされたコードワードインデックス情報がl(アルファベット小文字のエル)∈{0,…,15}とf(l(アルファベット小文字のエル))とである場合、送信装置は同様にコードブックから対応するコードワードを見つけられる。
当該装置は、受信モジュール110と、コードブック保存モジュール120と、コードワード確定モジュール130と、プリコーディングマトリックス計算モジュール140と、プリコーディングモジュール150と、送信モジュール160とを含む。
受信モジュール110は受信装置から送信されるコードワードインデックス情報を含む情報を受信する。
コードブック保存モジュール120は二層構造に基づくコードブックを保存する。
コードワード確定モジュール130はコードワードインデックス情報により、コードブック保存モジュール120に保存された二層構造に基づくコードブックから、対応するコードワードを選定する。
プリコーディングマトリックス計算モジュール140は選定されたコードワードによりプリコーディングマトリックスを生成する。
例えば、コードワードに基づいて変換処理(例えば、Zero−Forcing処理など)を行い、プリコーディングマトリックスを取得し、あるいは、直接に対応するコードワードをプリコーディングマトリックスとする。
プリコーディングモジュール150はプリコーディングマトリックスにより送信待機のデータに対してプリコーディングする。
送信モジュール160はプリコーディングされたデータを受信装置に送信する。
当該装置は受信モジュール210と、チャネル推定モジュール220と、コードブック保存モジュール230と、コードワード選定モジュール240と、コードワードインデックス情報生成モジュール250と、送信モジュール260とを含む。
受信モジュール210は送信装置から送信された情報を受信する。
チャネル推定モジュール220は受信モジュール210から受信された情報によりチャネル情報を推定する。
コードブック保存モジュール230は二層構造に基づくコードブックを保存する。
コードワード選定モジュール240はチャネル情報により二層構造に基づくコードブックから、対応するコードワードを選定する。
コードワードインデックス情報生成モジュール250は選定されたコードワードのコードワードインデックス情報を生成する。
送信モジュール260はコードワードインデックス情報を含む情報を送信装置に送信する。
また、本発明で提出されたコードブックは階層構造を有し、1つのPMIフィードバックにも対応できるし、2つのPMIフィードバックにも対応できる。
当該プログラムが動作する際、方法の実施形態のステップの一つあるいはステップの組み合わせを含む。
あるいは、2つまたは2つ以上のユニットを1つのモジュールに含んでも良い。
上述集成されたモジュールはハードウェア形式で実現されてもよいし、ソフトウェア機能モジュールの形式で実現されても良い。
前記集成モジュールはソフトウェア機能モジュールの形式で実現され、独立した製品で販売または利用される場合、コンピュータの一つの記憶媒体に保存されてもよい。
そのような変更および変形は本発明に記述された実施形態とともに、付加する請求の範囲内にあると解釈されるべきである。
Claims (4)
- 送信装置が、受信装置から送信されるコードワードインデックス情報を含む情報を受信するステップと、
前記送信装置が、前記コードワードインデックス情報により二層構造に基づくコードブックから対応するコードワードを選定するステップと、
前記送信装置が、選定されたコードワードによりプリコーディングマトリックスを生成するステップと、
前記送信装置が、前記プリコーディングマトリックスにより送信待機のデータに対してプリコーディングするステップと、
前記送信装置がプリコーディングされたデータを前記受信装置に送信するステップとを含み、
前記二層構造に基づくコードブックにおけるコードワード
が以下の数1の関係を満足し、
が2×r次元のマトリックスであり、k=0,1,…,Kr−1とし、
がNT/2×r次元のマトリックスであり、m=0,1,…,Mr−1とし、rがRank指数であり、NTが送信アンテナの個数であり、X(:,l(アルファベット小文字のエル))がマトリックスXの第l(アルファベット小文字のエル)列を表示し、X(l1,l2)がマトリックスXの第l1行第l2列の要素を表示し、○の中に×の入った形状の上記記号がマトリックスの直積を表示し、前記Kr個の
で構成された集合が前記二層構造に基づくコードブックの変換コードブックであり、前記Mr個の
で構成された集合が、前記二層構造に基づくコードブックの基本コードブックであり、
前記マトリックス
の列ベクトルが短く切り詰められた2K−DFTベクトルであり、ここで、2K≧NT/2、かつ、Kは自然数であり、
がユニタリ性を有するコードワードである場合、前記変換コードブックにおけるコードワード
の互に直交していない列に対応する前記基本コードブックにおけるコードワード
の列ベクトルが互に直交し、
NT=8の場合、前記マトリックス
の値が表1における全部または一部のマトリックス、または表2における全部または一部のマトリックスの先頭のr列であり、前記マトリックス
の値が表3における全部または一部のマトリックス、または表4における全部または一部のマトリックスの先頭のr列であり、vnの値が表5に示す関係であることを特徴とする閉ループマルチアンテナシステムの情報送信方法。
- 受信装置が送信装置から送信された情報を受信するステップと、
前記受信装置が前記情報によりチャネル情報を推定するステップと、
前記受信装置が前記チャネル情報により二層構造に基づくコードブックから対応するコードワードを選定するステップと、
前記受信装置が選定されたコードワードのコードワードインデックス情報を生成するステップと、
前記受信装置が前記コードワードのコードワードインデックス情報を前記送信装置に送信するステップとを含み、
前記二層構造に基づくコードブックにおけるコードワード
が以下の数1の関係を満足し、
が2×r次元のマトリックスであり、k=0,1,…,Kr−1とし、
がNT/2×r次元のマトリックスであり、m=0,1,…,Mr−1とし、rがRank数であり、NTが送信アンテナの個数であり、X(:,l(アルファベット小文字のエル))がマトリックスXの第l(アルファベット小文字のエル)列を表示し、X(l1,l2)がマトリックスXの第l1行第l2列の要素を表示し、○の中に×の入った形状の上記記号がマトリックスの直積を表示し、前記Kr個の
で構成された集合が前記二層構造に基づくコードブックの変換コードブックであり、前記Mr個の
で構成された集合が前記二層構造に基づくコードブックの基本コードブックであり、
前記マトリックス
の列ベクトルが短く切り詰められた2K−DFTベクトルであり、ここで、2K≧NT/2、かつ、Kが自然数であり、
がユニタリ性を有するコードワードである場合、前記変換コードブックにおけるコードワード
の互に直交していない列に対応する前記基本コードブックおけるコードワード
の列ベクトルが互に直交し、
NT=8の場合、前記マトリックス
の値が表1の全部または一部のマトリックス、あるいは表2の全部または一部のマトリックスの先頭のr列であり、前記マトリックス
の値が表3の全部または一部のマトリックス、あるいは表4の全部または一部のマトリックスの先頭のr列であり、vnの値が表5に示す関係であることを特徴とする閉ループマルチアンテナシステムの情報受信方法。
- 受信モジュールと、コードワード確定モジュールと、プリコーディングマトリックス計算モジュールと、プリコーディングモジュールと、送信モジュールとを含む送信装置において、
前記受信モジュールが、受信装置から送信されるコードワードインデックス情報を含む情報を受信し、
前記コードワード確定モジュールが、前記コードワードインデックス情報により二層構造に基づくコードブックから対応するコードワードを選定し、
前記プリコーディングマトリックス計算モジュールが、選定されたコードワードによりプリコーディングマトリックスを生成し、
前記プリコーディングモジュールが、前記プリコーディングマトリックスにより送信待機のデータに対してプリコーディングし、
前記送信モジュールが、プリコーディングされたデータを前記受信装置に送信し、
前記二層構造に基づくコードブックにおけるコードワード
が以下の数1の関係を満足し、
が2×r次元のマトリックスであり、k=0,1,…,Kr−1とし、
がNT/2×r次元のマトリックスであり、m=0,1,…,Mr−1とし、rがRank数であり、NTが送信アンテナの個数であり、X(:,l(アルファベット小文字のエル))がマトリックスXの第l(アルファベット小文字のエル)列を表示し、X(l1,l2)がマトリックスXの第l1行第l2列の要素を表示し、○の中に×の入った形状の上記記号がマトリックスの直積を表示し、前記Kr個の
で構成された集合が前記二層構造に基づくコードブックの変換コードブックであり、前記Mr個の
で構成された集合が前記二層構造に基づくコードブックの基本コードブックであり、
前記マトリックス
の列ベクトルが短く切り詰められた2K−DFTベクトルであり、ここで、2K≧NT/2、かつ、Kが自然数であり、
がユニタリ性を有するコードワードである場合、前記変換コードブックにおけるコードワード
の互に直交していない列に対応する前記基本コードブックにおけるコードワード
の列ベクトルが互いに直交し、
NT=8の場合、前記マトリックス
の値が表1の全部または一部のマトリックス、あるいは表2の全部または一部のマトリックスの先頭のr列であり、前記マトリックス
の値が表3の全部または一部のマトリックス、あるいは表4の全部または一部のマトリックスの先頭のr列であり、vnの値が表5に示す関係であることを特徴とする送信装置。
- 受信モジュールと、チャネル推定モジュールと、コードワード選定モジュールと、コードワードインデックス情報生成モジュールと、送信モジュールとを含む受信装置において、
前記受信モジュールが、送信装置から送信された情報を受信し、
前記チャネル推定モジュールが、前記情報によりチャネル情報を推定し、
前記コードワード選定モジュールが、前記チャネル情報により二層構造に基づくコードブックから対応するコードワードを選定し、
前記コードワードインデックス情報生成モジュールが、選定されたコードワードのコードワードインデックス情報を生成し、
前記送信モジュールが、前記コードワードのコードワードインデックス情報を前記送信装置に送信し、
前記二層構造に基づくコードブックにおけるコードワード
が以下の数1の関係を満足し、
が2×r次元のマトリックスであり、k=0,1,…,Kr−1とし、
がNT/2×r次元のマトリックスであり、m=0,1,…,Mr−1とし、rがRank指数であり、NTが送信アンテナの個数であり、X(:,l(アルファベット小文字のエル))がマトリックスXの第l(アルファベット小文字のエル)列を表示し、X(l1,l2)がマトリックスXの第l1行第l2列の要素であり、○の中に×の入った形状の上記記号がマトリックスの直積を表示し、前記Kr個の
で構成された集合が前記二層構造に基づくコードブックの変換コードブックであり、前記Mr個の
で構成された集合が前記二層構造に基づくコードブックの基本コードブックであり、
前記マトリックス
の列ベクトルが短く切り詰められた2K−DFTベクトルであり、ここで、2K≧NT/2、かつ、Kが自然数であり、
がユニタリ性を有するコードワードである場合、前記変換コードブックにおけるコードワード
の互に直交していない列に対応する前記基本コードブックにおけるコードワード
の列ベクトルが互に直交し、
NT=8の場合、前記マトリックス
の値が表1の全部または一部のマトリックス、あるいは表2の全部または一部のマトリックスの先頭のr列であり、前記マトリックス
の値が表3の全部または一部のマトリックス、あるいは表4の全部または一部のマトリックスの先頭のr列であり、vnの値が表5に示す関係であることを特徴とする受信装置。
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