JP5536884B2 - Beamforming using base codebook and differential codebook - Google Patents
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Description
本開示の実施形態は、概して無線通信システムに係り、より詳しくは、ベースコードブックおよび差分コードブックを利用するビームフォーミング方法および装置に係る。 Embodiments of the present disclosure generally relate to wireless communication systems, and more particularly, to a beamforming method and apparatus that utilizes a base codebook and a differential codebook.
一般的に、閉ループの多入力および/または多入力(MIMO)システムにおける移動局は、フィードバック経路を介して基地局にチャネル状態情報を送信する。チャネル状態情報は、基地局におけるビームフォーミングに利用され、現在のチャネル条件を補償する。従来のシステムには、移動局が基地局に対してチャネル共分散行列を送信して、これにより基地局が、基地局でのビームフォーミングに利用するビームフォーミング行列を決定するものがある。また別の従来のシステムには、移動局のほうで、ビームフォーミング行列をチャネル条件に基づいて生成するものもある。このようにして生成されるビームフォーミング行列は、フィードバックとして基地局に提供される。しかし、チャネル共分散行列および/またはビームフォーミング行列を移動局から基地局へ送信することには、さもなくばデータトラフィックに利用可能であったような比較的高い帯域幅の消費が伴う。 In general, a mobile station in a closed-loop multiple-input and / or multiple-input (MIMO) system transmits channel state information to the base station via a feedback path. Channel state information is used for beamforming at the base station to compensate for current channel conditions. In some conventional systems, a mobile station transmits a channel covariance matrix to a base station, whereby the base station determines a beamforming matrix to be used for beamforming at the base station. In another conventional system, a mobile station generates a beamforming matrix based on channel conditions. The beam forming matrix generated in this way is provided to the base station as feedback. However, transmitting the channel covariance matrix and / or beamforming matrix from the mobile station to the base station involves a relatively high bandwidth consumption that would otherwise be available for data traffic.
本発明の実施形態を、実施形態を例にとって説明するが、これらは限定ではなく、添付図面においては、同様の参照番号が同様の構成要素を表す。 Embodiments of the present invention will now be described by way of example, which are not limiting, and like reference numerals represent like components in the accompanying drawings.
本発明の例示的な実施形態は、これらに限定されないが、ベースコードブックおよび差分コードブックを利用する、ビームフォーミング行列を生成および/または推定する方法および装置を含む。 Exemplary embodiments of the present invention include, but are not limited to, methods and apparatus for generating and / or estimating a beamforming matrix that utilizes a base codebook and a differential codebook.
例示的な実施形態の様々な態様は、当業者が自身の業績を他の当業者に伝えるために通常利用される用語を用いて記載される。しかし当業者であれば理解するように、別の実施形態をこれら記載されている態様の一部のみを利用して実装することも可能である。例示のために、特定の数、材料、および構成を述べて、例示的な実施形態の完全な理解を促している。しかし、当業者には、これら特定の詳細なしに別の実施形態を実施することもできることが明らかである。また一方で、公知の特徴を省く、または簡略化して、例示的な実施形態を曖昧にしないようにしている箇所もある。 Various aspects of the exemplary embodiments are described using terminology commonly used by one of ordinary skill in the art to convey his work to others skilled in the art. However, as will be appreciated by those skilled in the art, other embodiments may be implemented utilizing only some of these described aspects. For purposes of illustration, specific numbers, materials, and configurations are set forth to facilitate a thorough understanding of the exemplary embodiments. However, it will be apparent to one skilled in the art that alternative embodiments may be practiced without these specific details. On the other hand, there are also places where well-known features are omitted or simplified so as not to obscure the exemplary embodiments.
さらに、様々な動作を複数の別個の動作として記載して、理恵自適案実施形態の理解の助けになるようにしているが、記載の順序については、これらの動作が必ずこの順序に依存している、という意味に解釈されるべきではない。特に、これらの動作は提示されている順序で行われなければならないわけではない。 In addition, various operations are described as a plurality of separate operations to help understanding of the Rie-Suitable embodiment. However, the order of description depends on this order. It should not be interpreted as meaning. In particular, these operations do not have to be performed in the order presented.
「一部の実施形態」という言い回しは繰り返し利用される。この言い回しは、いつも同じ実施形態のことを表しているわけではないが、その場合もある。「備える」「有する」「含む」といった用語は、そうではないと明記されていない限りは同義語である。「Aおよび/またはB」といった言い回しは、(A)、(B)、または(AおよびB)を意味している。「A/B」という言い回しも、「Aおよび/またはB」同様に、(A)、(B)、または(AおよびB)を意味している。「A、B,およびCの少なくとも1つ」という言い回しは、(A)、(B)、(C)、(AおよびB)、(AおよびC)、(BおよびC)、または(A、B、およびC)の意味である。「(A)B」という言い回しは、(B)または(AおよびB)であり、つまりはAがオプションの部材であることを意味する。 The phrase “some embodiments” is used repeatedly. This phrase does not always represent the same embodiment, but it may. The terms “comprising”, “having” and “including” are synonymous unless otherwise specified. The phrase “A and / or B” means (A), (B), or (A and B). The phrase “A / B”, like “A and / or B”, also means (A), (B), or (A and B). The phrase “at least one of A, B, and C” means (A), (B), (C), (A and B), (A and C), (B and C), or (A, B and C). The phrase “(A) B” means (B) or (A and B), that is, A is an optional member.
本明細書には特定の実施形態を例示して記載するが、当業者には、幅広い代替的および/または均等物である実装例で、本発明の実施形態の範囲を逸脱せずに、これら例示されたり記載されたりしている特定の実施形態を置き換えることができることが明らかである。本願は、ここで記載する実施形態の適合例および変形例を全て含むことを意図している。従って、本発明の実施形態は、請求項およびその均等物によってのみ限定されることが意図されていることを理解されたい。 While specific embodiments are illustrated and described herein, those skilled in the art will recognize a wide variety of alternative and / or equivalent implementations without departing from the scope of the embodiments of the present invention. It will be apparent that the particular embodiments illustrated and described may be replaced. This application is intended to cover all adaptations and variations of the embodiments described herein. Therefore, it is to be understood that the embodiments of the invention are intended to be limited only by the claims and the equivalents thereof.
本開示では、そうではないと明記しない限り、複素数を含みうるm×nの行列Aの共役転置行列は、n×mであり、A*として表され、行列Aを転置して、行列Aの転置を行うことで形成される行列の各エントリの複素共役を行うことで得られる。本開示では、そうではないと明記しない限り、ユニタリ行列は、n×nの複素行列Bであり、条件(B*)B=B(B*)=Inを満たし、ここでInは、n次元の恒等行列であり、B*は、Bの共役転置である。従って行列Bは、Bが逆数である場合のみに、ユニタリとなり、ここでBの逆数は、Bの共役転置に等しい。本開示では、そうではないと明記しない限り、2つのベクトルは、互いに垂直である場合に直交する(例えば、2つのベクトルが直角を成し、2つのベクトルの点乗積が0であるということである)。本開示では、そうではないと明記しない限り、エルミート行列Cは、複素数を含みうる正方行列であり、各エントリが、その共役転置に等しい(例えば、全てのインデックスiおよびjについて、行列Cのi番目の行およびj番目の列の要素が、行列Cのj番目の行およびi番目の列の要素の複素共役に等しいということである)。従って、行列Cがエルミート行列である場合には、C*=Cとなる。本開示では、そうではないと明記しない限り、m×nの行列Mにおいて、行列Mの特異値分解とは、フォームM=E∧F*の因数分解であり、Eはm×mのユニタリ行列であり、∧は、対角線上に負ではない実数があるm×nの対角行列であり、F*は、行列Fの共役転置を表し、行列Fはn×nのユニタリ行列である。 In this disclosure, unless otherwise specified, the conjugate transpose of an m × n matrix A that may contain complex numbers is n × m, expressed as A *, transpose the matrix A, and It is obtained by performing complex conjugate of each entry of the matrix formed by transposing. In this disclosure, unless otherwise specified, the unitary matrix is an n × n complex matrix B, which satisfies the condition (B *) B = B (B *) = In, where In is n-dimensional And B * is the conjugate transpose of B. The matrix B is therefore unitary only if B is an inverse, where the inverse of B is equal to the conjugate transpose of B. In this disclosure, unless otherwise specified, two vectors are orthogonal if they are perpendicular to each other (eg, two vectors form a right angle and the dot product of the two vectors is zero) Is). In this disclosure, unless otherwise specified, Hermitian matrix C is a square matrix that may contain complex numbers, and each entry is equal to its conjugate transpose (e.g., i for matrix C for all indices i and j). The elements of the th row and j th column are equal to the complex conjugate of the elements of the j th row and i th column of the matrix C). Therefore, when the matrix C is a Hermitian matrix, C * = C. In this disclosure, unless otherwise stated, for an m × n matrix M, the singular value decomposition of the matrix M is a factorization of the form M = E∧F *, where E is an m × m unitary matrix. ∧ is an m × n diagonal matrix with a non-negative real number on the diagonal, F * represents the conjugate transpose of the matrix F, and the matrix F is an n × n unitary matrix.
本開示の実施形態は、IEEE(アイトリプルイー)802.16―2009(2009年5月13日承認)、全ての補正版、更新版、および/または、改定版(例えば、現在草案前の段階にある802.16m)、第三世代パートナーシッププロジェクト(3GPP)ロングタームエボリューション(LTE)プロジェクト、ウルトラモバイルブロードバンド(UMB)プロジェクト(「3GPP2」とも称される)等に提示されているマルチキャリア送信方式で利用される直交周波数分割多重接続(OFDMA)通信を利用する無線アクセスネットワークで利用することができる。他の実施形態では、通信は、これに加えて、またはこれに代わる通信規格および/または仕様に準拠していてよい。 Embodiments of the present disclosure include IEEE 802.16-2009 (approved May 13, 2009), all amendments, updates, and / or revisions (eg, pre-draft stages) In the multi-carrier transmission scheme presented in the 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Long Term Evolution (LTE) Project, Ultra Mobile Broadband (UMB) Project (also referred to as “3GPP2”), etc. It can be used in radio access networks that utilize orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) communications. In other embodiments, the communication may be compliant with communication standards and / or specifications in addition to or in lieu of this.
図1は、本開示の様々な実施形態における通信システム100の概略図である。様々な実施形態では、通信システム100は、移動局140と無線チャネル130を介して通信する基地局104を含む。様々な実施形態では、基地局104および/または移動局140が、MIMOデバイスであってよい。様々な実施形態では、通信システム100は、基地局104から移動局140に送信される信号の信号対雑音比(SNR)を増加させるためにビームフォーミングを利用する閉ループシステムであってよい。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
様々な実施形態では、基地局104は、1以上のデータストリームを移動局140に送信してよい。例えば図1は、データストリームS1が基地局104から移動局140に送信される様子を示しているが、様々な他の実施形態では、任意の他の適切な数のデータストリームを提供することもできる。送信前に、データストリームS1は、後述するように基地局104の1以上のコンポーネントにより適切に重み付けを行われてよい。 In various embodiments, the base station 104 may transmit one or more data streams to the mobile station 140. For example, FIG. 1 illustrates how the data stream S1 is transmitted from the base station 104 to the mobile station 140, but in various other embodiments, any other suitable number of data streams may be provided. it can. Prior to transmission, the data stream S1 may be appropriately weighted by one or more components of the base station 104 as described below.
様々な実施形態では、基地局104は、ビームフォーミング行列を利用して、データ信号(例えばデータストリームS1のデータ信号)に重み付けを行うビームフォーミングモジュール112を含んでよい。ビームフォーミングという用語は、ここでは、送信前に、データストリームの周波数領域の信号に対してビームフォーミング係数または重みを適用することを意味する。様々な実施形態では、ビームフォーミング係数または重みは、ビームフォーミング行列から決定してよい。
In various embodiments, the base station 104 may include a
基地局104は、重み付けされたデータストリームを送信するために、複数の送信アンテナ108a、108b、108c、および108dを含んでよい。図1では、4つの送信アンテナが示されているが、様々な他の実施形態では、基地局104が適切な任意の他の数の送信アンテナを含んでいてもよい。
Base station 104 may include
基地局104は、さらに、他の情報とともに、移動局140からのチャネル条件に関するフィードバックも受信しうる1以上の受信アンテナ(例えば受信アンテナ110)を含んでもよい。 Base station 104 may further include one or more receive antennas (eg, receive antenna 110) that may also receive feedback regarding channel conditions from mobile station 140, as well as other information.
様々な実施形態では、基地局104はさらに、移動局140から受信するフィードバックに少なくとも一部基づいてビームフォーミング行列を推定するよう構成されてよいビームフォーミング行列推定モジュール116を含んでもよい。
In various embodiments, the base station 104 may further include a beamforming
ビームフォーミング行列の次数(例えば、行および/または列の数)は、基地局104が送信するデータストリーム数、および、基地局104に含まれる送信アンテナ数に基づいていてよい。様々な実施形態では、ビームフォーミング行列は、Nt×Nsの次数であってよいが、NtおよびNsは、それぞれ、基地局104の送信アンテナ数およびデータストリーム数であってよい。例えば図1は、Ntが4であり(4つの送信アンテナ108a、108b、108c、および108d)、Nsが1であるので(1つのデータストリームS1しかないので)、ビームフォーミング行列Bは4×1のベクトルとなる。様々な実施形態では、基地局104が送信する信号は、x=B.S(数1)として表される。ここでSは、基地局104のNsデータストリーム(図1のデータストリームS1等)を表し、Bは、ビームフォーミング行列推定モジュール116が決定するNt×Nsのビーム行列であり、xは、4つの送信アンテナ108a、108b、108c、および108dが送信する、重み付けされたデータ信号に対応するNt×1のベクトルである。
The order of the beamforming matrix (eg, the number of rows and / or columns) may be based on the number of data streams transmitted by the base station 104 and the number of transmit antennas included in the base station 104. In various embodiments, the beamforming matrix may be of order N t × N s , where N t and N s may be the number of transmit antennas and the number of data streams of base station 104, respectively. For example, FIG. 1 shows that N t is 4 (four
様々な実施形態では、基地局104は、基地局104が送信するデータストリーム数と同じ数の送信アンテナを少なくとも含んでよいが、本開示の範囲はこの点に限定はされない。これらの実施形態では、Ntは少なくともNsと同じ高さを有する。 In various embodiments, base station 104 may include at least as many transmit antennas as the number of data streams transmitted by base station 104, although the scope of this disclosure is not limited in this respect. In these embodiments, N t has the same height as at least N s.
図1を再度参照すると、様々な実施形態では、移動局140は、基地局104がチャネル130経由で送信する信号を受信するよう構成された1以上の受信アンテナ(例えば受信アンテナ144aおよび144b)を含んでよい。図1においては、2つの受信アンテナを示しているが、他の様々な実施形態では、任意の適切な数の受信アンテナを利用することができる。様々な実施形態では、移動局140は、基地局104が送信するデータストリーム数と同じ数の受信アンテナを少なくとも含んでよいが、本開示の範囲はこの点に限定はされない。
Referring back to FIG. 1, in various embodiments, the mobile station 140 includes one or more receive antennas (eg, receive
様々な実施形態では、移動局はさらに、送信アンテナ108a、…、108dの1以上から受信する信号に少なくとも一部基づいて、チャネル130のチャネル条件を推定するためのチャネル推定モジュール148を含んでもよい。例えば、チャネル推定モジュール148は、チャネル130の現在の状態を記述するチャネル行列を決定することができる。様々な実施形態では、チャネル行列Hは、送信アンテナ108a、…、108dのそれぞれ、および、受信アンテナ144aおよび144bのそれぞれの間のサブチャネルの条件を示してよい。様々な実施形態では、チャネル行列Hは、Nr×Ntの次数であってよく、ここでNrは、移動局140の受信アンテナ数であってよい。図1は、基地局104の4つの送信アンテナ108a、…、108d(つまりNt=4)、および、移動局140の2つの受信アンテナ144aおよび144b(つまりNr=2)を表しており、チャネル行列Hは、MIMOシステム100において2×4行列であってよい。
In various embodiments, the mobile station may further include a channel estimation module 148 for estimating the channel condition of the
チャネル推定モジュール148はさらに、チャネル共分散行列Rをチャネル行列Hから構築することもできる。例えばチャネル共分散行列Rは、R=E[(H*)H](数2)に等しくてよい。ここでH*は、チャネル行列Hの共役転置であり、E[]は、期待値演算(expectation operation)である。様々な実施形態では、チャネル行列Hは、チャネル130の瞬間の状態(instantaneous condition)を表していてよく、チャネル共分散行列Rは、チャネル130の比較的長期的な統計を表していてよい。従ってチャネル行列Hは、時間および周波数においてチャネル共分散行列Rと比べて速く変化する。様々な実施形態では、チャネル共分散行列Rは、Nt×Ntの次数のエルミート行列であってよく、Nt(例えば基地局104の送信アンテナ数)は、MIMOシステム100では4である。
The channel estimation module 148 can also construct a channel covariance matrix R from the channel matrix H. For example, the channel covariance matrix R may be equal to R = E [(H *) H] (Equation 2). Here, H * is a conjugate transpose of the channel matrix H, and E [] is an expectation operation. In various embodiments, the channel matrix H may represent the instantaneous condition of the
様々な実施形態では、移動局140は、さらに、例えば特異値分解を利用してチャネル共分散行列Rを分解するよう構成された行列分解モジュール152を含んでもよい。行列の特異値分解は、行列を3つの異なる行列に因数分解することである。例えば、チャネル共分散行列Rの特異値分解は、R=U∧V*(数3)の形態であってよい。ここでUは、Ntの次数のユニタリ正方行列であり、∧は、対角線上に負ではない実数を有するNt×Ntの対角行列であり、V*は、Ntの次数のユニタリ正方行列Vの共役転置である。様々な実施形態では、行列Vの列は、行列(R*)Rの固有ベクトルであってよく、行列∧の対角線上の値(diagonal values)は、Rの特異値であってよい。 In various embodiments, the mobile station 140 may further include a matrix decomposition module 152 configured to decompose the channel covariance matrix R using, for example, singular value decomposition. Singular value decomposition of a matrix is to factor the matrix into three different matrices. For example, the singular value decomposition of the channel covariance matrix R may be in the form of R = U∧V * (Equation 3). Where U is a unitary square matrix of the order of N t , ∧ is a diagonal matrix of N t × N t having real numbers that are not negative on the diagonal, and V * is a unitary matrix of the order of N t This is a conjugate transpose of the square matrix V. In various embodiments, the columns of matrix V may be eigenvectors of matrix (R *) R, and the diagonal values of matrix ∧ may be singular values of R.
様々な実施形態では、行列Vは、ビームフォーミング行列を含んでよく、行列Vの、ビームフォーミング行列を表す部分は、Vbで表されてよい。例えば前述したように、単一のデータストリーム(例えばNs=1)および基地局104の4つの送信アンテナ(例えばNt=4)の場合には(図1の例を参照のこと)、ビームフォーミング行列は4×1ベクトルとなる。この場合には、行列Vは4×4の正方行列となり、Vの第1の列(例えば行列(R*)Rの主要な固有ベクトル(principal eigenvector))が、ビームフォーミング行列Vbを形成することができる。つまりこの場合、ビームフォーミング行列Vbは、行列Vの第1の列から構成されてよい。 In various embodiments, the matrix V may include a beamforming matrix, and the portion of the matrix V that represents the beamforming matrix may be represented by Vb . For example, as described above, for a single data stream (eg, N s = 1) and four transmit antennas (eg, N t = 4) of the base station 104 (see example in FIG. 1), the beam The forming matrix is a 4 × 1 vector. In this case, the matrix V is a 4 × 4 square matrix, and the first column of V (eg, the principal eigenvector of the matrix (R *) R) forms the beamforming matrix V b. Can do. In other words, in this case, the beamforming matrix Vb may be composed of the first column of the matrix V.
別の例では、2つのデータストリーム(例えばNs=2)および基地局104の4つの送信アンテナ(例えばNt=4)の場合には(図1には図示されていない)、行列Vは4×4の正方行列となり、ビームフォーミング行列Vbは、4×2の行列となる。この場合には、Vの最初の2つの列(例えば行列(R*)Rの2つの固有ベクトル)がビームフォーミング行列Vbを形成することができる。 In another example, for two data streams (eg, N s = 2) and four transmit antennas (eg, N t = 4) of the base station 104 (not shown in FIG. 1), the matrix V is It becomes a 4 × 4 square matrix, and the beamforming matrix V b becomes a 4 × 2 matrix. In this case, the first two columns of V (eg, two eigenvectors of the matrix (R *) R) can form the beamforming matrix Vb .
様々な実施形態では、移動局140は、さらに、量子化モジュール156を含んでもよい。ビームフォーミング行列Vbが行列Vから生成されると、量子化モジュール156は、ベースコードブックCbを利用してビームフォーミング行列Vbを量子化することができる。これらの実施形態では、ベースコードブックCbは、マニホルドの表面をポピュレートして、ビームフォーミング行列を効率的にエンコードまたは量子化するために利用されてよい。ベースコードブックCbは、それぞれがビームフォーミング行列Vbに類似した次元(dimension)を有する複数の候補行列を含んでよい。複数の候補行列のうち、最もビームフォーミング行列Vbに合致する1つをベースコードブックCbから選び、選択された候補行列に対応するコードワードを移動局140から基地局104へフィードバックしてよい。ここで、選択された候補行列は、ビームフォーミング行列Vbを表していてよく(例えば選択された候補行列は、ビームフォーミング行列Vbの量子化されたバージョンであってよい)、選択された候補行列を、ここでは量子化されたビームフォーミング行列と称することにする。
In various embodiments, the mobile station 140 may further include a
例えば図1を再度参照すると、量子化モジュール156は、ビームフォーミング行列Vbを以下のようにして量子化することができる。
様々な実施形態では、量子化されたビームフォーミング行列
様々な実施形態では、この量子化エラーを低減させるために、移動局140は、ビームフォーミング行列Vbと、量子化されたビームフォーミング行列
様々な実施形態では、差異行列Dは、差分コードブックCdを利用して量子化されてよい。差分コードブックCdは、各々が差異行列Dに類似した次元を有する複数の候補行列を含んでよい。例えば再度図1を参照すると、量子化モジュール156は、差異行列Dを以下のようにして量子化することができる。
様々な実施形態では、移動局140は、送信アンテナ160を介して、第1のコードワードおよび第2のコードワードを基地局104に対して送信してよい。様々な実施形態では、第1のコードワード(例えばベースコードブックCbからのもの)は、量子化されたビームフォーミング行列
例えば、量子化されたビームフォーミング行列
様々な実施形態では、基地局104が移動局140から第1および第2のコードワードを受信すると、基地局104は、受信した第1および第2のコードワードから、ベースコードブックCbおよび差分コードブックCdのセーブされているコピーを利用して、行列
基地局104が行列
従って、推定されたビームフォーミング行列
図2は、本発明の様々な実施形態におけるビームフォーミング行列の決定および量子化のための方法例200を示す。方法200の1以上の動作は、移動局140の1以上のモジュールにより実行されてよい。図1および図2を参照すると、様々な実施形態では、方法200が、204で(「チャネル共分散行列Rを決定する」)、例えば移動局140のチャネル推定モジュール148により、基地局104が受信した信号に基づいてチャネル共分散行列Rを決定することを含む。様々な実施形態では、チャネル共分散行列Rは、数2を参照して説明したように、チャネル行列Hから形成されてよい。既に述べたように、チャネル行列Hは、基地局104の1以上の送信アンテナ108a、…、108dと、移動局140の1以上の受信アンテナ144a、144bとの間のサブチャネルの条件を表すものであってよい。
FIG. 2 illustrates an
方法200はさらに、208で(「チャネル共分散行列を分解する」)、例えば移動局140の行列分解モジュール152により、数3を参照して前述したように、特異値分解を利用して、チャネル共分散行列Rを、左行列U、対角行列∧、右行列Vの複素共役に分解することを含む。
The
方法200はさらに、212で(「ビームフォーミング行列Vbを決定する」)、例えば移動局140の行列分解モジュール152により、ビームフォーミング行列Vbが、右行列Vのうちの1以上の列を含むようにビームフォーミング行列Vbを決定することを含む。様々な実施形態では、ビームフォーミング行列Vbは、右行列Vの初めのNs個の列を含んでよい。
The
方法200はさらに、216で(「量子化されたビームフォーミング行列を選択する」)、例えば移動局140の量子化モジュール156により、ベースコードブックCbに含まれている複数の第1の候補行列から、量子化されたビームフォーミング行列
方法200はさらに、220で(「差異行列を決定する」)、例えば移動局140の量子化モジュール156により、数5を参照して説明したように、ビームフォーミング行列Vbと量子化されたビームフォーミング行列
方法200はさらに、224で(「量子化されたビームフォーミング行列を選択する」)、例えば移動局140の量子化モジュール156により、差分コードブックCdに含まれている複数の第2の候補行列から、量子化された差異行列
方法200はさらに、228で(「第1のコードワードおよび第2のコードワードを送信する」)、例えば移動局140の送信アンテナ160から基地局104へと、前述したように、量子化されたビームフォーミング行列および量子化された差異行列にそれぞれ関連付けられている第1のコードワードおよび第2のコードワードを送信することを含んでよい。
The
図3は、本発明の様々な実施形態における、移動局140から受信したフィードバックに基づいて、基地局104がビームフォーミング行列を推定する方法例300を示す。方法300の1以上の動作は、基地局104の1以上のモジュールにより実行されてよい。図1および図3を参照すると、様々な実施形態では、方法300は、304で(「第1のコードワードおよび第2のコードワードを受信する」、)移動局140から(例えば送信アンテナ160から)、受信アンテナ110が、量子化されたビームフォーミング行列
方法300はさらに、308で(「量子化されたビームフォーミング行列および量子化された差異行列を決定する」)、例えばビームフォーミング行列推定モジュール116により、量子化されたビームフォーミング行列
方法300はさらに、312で(「ビームフォーミング行列を推定する」)、ビームフォーミング行列推定モジュール116により、ビームフォーミング行列(例えば推定されたビームフォーミング行列
方法300はさらに、316で(「1以上のデータストリームに重み付けを行う」)、例えばビームフォーミングモジュール112により、推定されたビームフォーミング行列
2つのコードブックCbおよびCdを利用してビームフォーミング行列を量子化することには、単一のコードブックを利用してビームフォーミング行列を量子化することに比して幾つかの利点がある。例えば、ビームフォーミング行列を、量子化されたビームフォーミング行列
これまで説明してきた様々な実施形態では、1つのベースコードブックと1つの差分コードブックとを利用して、ビームフォーミング行列を量子化していた。しかし様々な実施形態では、1を超える数の差分コードブックを利用することもできる。例えば差異行列Dおよび量子化された差異行列
これまで説明してきた実施形態では、ビームフォーミング行列の量子化された形態(量子化されたビームフォーミング行列
ここで記載した通信デバイスは、適宜、任意の適切なハードウェアおよび/またはソフトウェアを利用して、所望の構成を行うようにシステム内に実装されてもよい。図4は、一実施形態において、1以上のプロセッサ404、該プロセッサ404の少なくとも1つに連結されたシステム制御ロジック408、システム制御ロジック408に連結されたシステムメモリ412、システム制御ロジック408に連結された不揮発性メモリ(NVM)/ストレージ416、および、システム制御ロジック408に連結された1以上の通信インタフェース420を含むシステム400の例を示す。
The communication device described herein may be implemented in the system so as to perform a desired configuration using any appropriate hardware and / or software as appropriate. FIG. 4 illustrates, in one embodiment, one or
一実施形態のシステム制御ロジック408は、プロセッサ404のうちの少なくとも1つに、および/または、システム制御ロジック408と通信する任意の適切なデバイスまたはコンポーネントに、任意の適切なインタフェースを提供する任意の適切なインタフェースコントローラを含んでよい。
The
一実施形態のシステム制御ロジック408は、システムメモリ412にインタフェースを提供する1以上のメモリコントローラを含んでよい。システムメモリ412は、例えばシステム400用のデータおよび/または命令をロードまたは格納するために利用することができる。一実施形態ではシステムメモリ412は、例えば任意の適切なダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)等の任意の適切な揮発性メモリを含んでよい。
The
一実施形態のシステム制御ロジック408は、NVM/ストレージ416および通信インタフェース420にインタフェースを提供する1以上のメモリコントローラを含んでよい。
The
NVM/ストレージ416は、例えばデータおよび/または命令を格納するために利用されてよい。NVM/ストレージ416は、フラッシュメモリ等の任意の適切な不揮発性メモリを含んでよく、および/または、1以上のハードディスクドライブ(HDD)、1以上のコンパクトディスク(CD)ドライブ、および/または、1以上のDVDドライブ等の不揮発性格納デバイスを含んでよい。
NVM /
NVM/ストレージ416は、システム400がインストールされたデバイスの物理的な一部であるストレージリソースを含んでも、または、必ずしもデバイスの一部ではなくてもアクセス可能であってもよい。例えば、NVM/ストレージ416は、通信インタフェース420を介してネットワーク経由でアクセスされてよい。
The NVM /
システムメモリ412およびNVM/ストレージ416は特に、それぞれビームフォーミング行列ロジック424の一時的、永続的コピーであってよい。様々な実施形態では、システム400は、移動局140の一部であってよく、ビームフォーミング行列ロジック424は、プロセッサ404の少なくとも1つにより実行されると、システム400に、ここで記載するビーム行列を生成させたり、および/または、ビームフォーミング行列を量子化させたりする、命令を含んでよい(例えば、ベースコードブックおよび差分コードブックの利用により)。様々な他の実施形態では、システム400が基地局104の一部であってもよく、ビームフォーミング行列ロジック424が、プロセッサ404のうちの少なくとも1つにより実行されると、システム400に、ここで記載するベースコードブックおよび差分コードブックの受信したコードワード(例えば、ビームフォーミング行列に対応するコードワード)からビームフォーミング行列を推定させる命令を含んでもよい。
The
一部の実施形態では、ビームフォーミング行列ロジック424は、システム制御ロジック408に追加として(または代替として)配置されてもよい。
In some embodiments,
通信インタフェース420は、1以上のネットワーク経由で、および/または、任意の他の適切なデバイスと通信するために、システム400にインタフェースを提供することができる。通信インタフェース420は、任意の適切なハードウェアおよび/またはソフトウェアを含んでよい。一実施形態において通信インタフェース420は、例えばネットワークアダプタ、無線ネットワークアダプタ、電話モデム、および/または、無線モデムを含んでよい。無線通信においては、一実施形態における通信インタフェース420は、1以上のアンテナを利用してよい。
一実施形態においては、プロセッサ404の少なくとも1つが、システム制御ロジック408の1以上のコントローラのロジックとともにパッケージ化されてよい。一実施形態では、プロセッサ404の少なくとも1つが、システム制御ロジック408の1以上のコントローラのロジックとともにパッケージ化されて、システムインパッケージ(SiP)を形成してもよい。一実施形態では、プロセッサ404の少なくとも1つが、システム制御ロジック408の1以上のコントローラのロジックと同じダイに集積されてもよい。一実施形態では、プロセッサ404の少なくとも1つが、システム制御ロジック408の1以上のコントローラのロジックと同じダイに集積されて、システムオンチップ(SoC)を形成してもよい。
In one embodiment, at least one of the
様々な実施形態では、システム400は、記載したもの以上またはこれ以下の数のコンポーネントおよび/または異なるアーキテクチャを有してもよい。
In various embodiments,
これまで製造方法、装置、および物品の一部の例を示してきたが、本開示が網羅する範囲はこれに限定はされない。本開示は、添付請求項の範囲内に文字通り、および均等論に基づいて保護される範囲の全ての製造方法、装置、および物品を含む。例えば、上記では、他のコンポーネントに加えて、ハードウェア上で実行されるソフトウェアまたはファームウェアを含む例示的なシステムを開示しているが、これらシステムは単に例示を意図しており、限定として捕らえられるべきではない。特に、開示されているハードウェア、ソフトウェア、および/または、ファームウェアコンポーネントのいずれか、または全ては、ハードウェアのみにより具現化され、ソフトウェアのみにより具現化され、ファームウェアのみのよって具現化され、あるいはハードウェア、ソフトウェア、および/または、ファームウェアの幾つかの組み合わせにより具現化することができる。 Although some examples of manufacturing methods, apparatuses, and articles have been shown so far, the scope of the present disclosure is not limited thereto. The present disclosure includes all manufacturing methods, devices, and articles to the extent that they are protected literally and within the scope of the equivalent claims. For example, while the above discloses exemplary systems that include software or firmware running on hardware in addition to other components, these systems are intended for illustration only and are to be taken as limitations Should not. In particular, any or all of the disclosed hardware, software, and / or firmware components may be embodied only in hardware, embodied only in software, embodied only in firmware, or hardware. Hardware, software, and / or some combination of firmware.
Claims (15)
前記移動局により、前記第1の期間よりも長い第2の期間における前記チャネルの状態を表すチャネル共分散行列を、前記チャネル行列から決定する段階と、
前記移動局により、決定された前記チャネル共分散行列に少なくとも一部基づいて、ビームフォーミング行列を決定する段階と、
前記移動局により、第1のコードブックに含まれている複数の第1の候補行列から、前記ビームフォーミング行列を表す第1の行列を選択する段階と、
前記移動局により、前記ビームフォーミング行列と前記第1の行列との間の差異を表す差異行列を決定する段階と、
前記移動局により、第2のコードブックに含まれている複数の第2の候補行列から、前記差異行列を表す第2の行列を選択する段階と、
前記移動局から前記基地局へ、前記第1の行列および前記第2の行列とそれぞれ関連付けられている第1のコードワードおよび第2のコードワードを送信する段階と
を備え、
前記差異行列を決定する段階はさらに、
前記第1の行列に少なくとも一部基づいて、第3の行列の1以上の列のそれぞれが、前記第1の行列の1以上の列のそれぞれに直交するように、前記第3の行列を決定する段階と、
前記第1の行列と前記第3の行列との組み合わせであり、前記ビームフォーミング行列の行数に等しい次数を有するユニタリ行列である第4の行列を形成する段階と、
前記差異行列が前記第4の行列の複素共役と前記ビームフォーミング行列との積となるように、前記差異行列を決定する段階と
を有する方法。 Determining, by the mobile station, a channel matrix representing a channel state between the base station and the mobile station in a first period;
Determining, from the channel matrix, a channel covariance matrix representing the state of the channel in a second period longer than the first period by the mobile station;
Determining a beamforming matrix based at least in part on the channel covariance matrix determined by the mobile station;
Selecting by the mobile station a first matrix representing the beamforming matrix from a plurality of first candidate matrices included in a first codebook;
Determining a difference matrix representing a difference between the beamforming matrix and the first matrix by the mobile station;
Selecting a second matrix representing the difference matrix from a plurality of second candidate matrices included in a second codebook by the mobile station;
Transmitting from the mobile station to the base station a first codeword and a second codeword associated with the first matrix and the second matrix, respectively .
The step of determining the difference matrix further comprises:
Determining the third matrix based at least in part on the first matrix such that each of the one or more columns of the third matrix is orthogonal to each of the one or more columns of the first matrix; And the stage of
Forming a fourth matrix that is a combination of the first matrix and the third matrix and is a unitary matrix having an order equal to the number of rows of the beamforming matrix;
Determining the difference matrix such that the difference matrix is a product of a complex conjugate of the fourth matrix and the beamforming matrix;
How having a.
前記第1の行列にハウスホルダー変換を行い、前記第3の行列を決定する段階を有する請求項1に記載の方法。 The step of determining the third matrix further comprises:
The performed Householder transformation in the first matrix, the method of claim 1 including the step of determining the third matrix.
前記複数の第1の候補行列の全ての中で、前記第1の行列が、前記ビームフォーミング行列の複素共役と前記第1の行列との積のフロベニウスノルムを最大化するように前記第1の行列を選択する段階を有する請求項1に記載の方法。 Selecting the first matrix comprises:
Among all the plurality of first candidate matrices, the first matrix maximizes the Frobenius norm of the product of the complex conjugate of the beamforming matrix and the first matrix. The method of claim 1, comprising selecting a matrix.
前記複数の第2の候補行列の全ての中で、前記第2の行列が、前記差異行列の複素共役と前記第2の行列との積のフロベニウスノルムを最大化するように前記第2の行列を選択する段階を有する請求項1に記載の方法。 Selecting the second matrix comprises:
Among all of the plurality of second candidate matrices, the second matrix is such that the second matrix maximizes the Frobenius norm of the product of the complex conjugate of the difference matrix and the second matrix. The method of claim 1, comprising the step of selecting:
前記チャネル共分散行列を、特異値分解を利用して、左行列、対角行列、および、右行列の複素共役に分解する段階と、
前記ビームフォーミング行列が前記右行列の1以上の列を含むように前記ビームフォーミング行列を決定する段階と
を有する請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 The step of determining the beamforming matrix further comprises:
Decomposing the channel covariance matrix into complex conjugates of a left matrix, a diagonal matrix, and a right matrix using singular value decomposition;
The method according to any one of claims 1 to 4 having the steps of the beamforming matrix to determine the beamforming matrix to contain one or more columns of the right matrix.
前記ビームフォーミング行列を決定する段階はさらに、
前記ビームフォーミング行列が前記右行列のN個の列を含むように前記ビームフォーミング行列を決定する段階を有する請求項5に記載の方法。 The mobile station receives, from the base station, data signals associated with N data streams, which is an integer greater than or equal to 1,
The step of determining the beamforming matrix further comprises:
6. The method of claim 5 , comprising determining the beamforming matrix such that the beamforming matrix includes N columns of the right matrix.
前記チャネル共分散行列に基づいて、ビームフォーミング行列を決定する行列分解モジュールと、
前記ビームフォーミング行列に少なくとも一部基づいて、量子化されたビームフォーミング行列をベースコードブックの利用により決定して、量子化された差異行列を差分コードブックの利用により決定する量子化モジュールと、
前記量子化されたビームフォーミング行列および前記量子化された差異行列にそれぞれ関連付けられている第1のコードワードおよび第2のコードワードを前記別の装置に送信する送信モジュールと
を備え、
前記量子化モジュールはさらに、
前記量子化されたビームフォーミング行列が前記ビームフォーミング行列を表すように、前記ベースコードブックに含まれている複数の第1の候補行列から、前記量子化されたビームフォーミング行列を選択し、
前記ビームフォーミング行列と前記量子化されたビームフォーミング行列との間の差異を表す差異行列を決定し、
前記量子化された差異行列が前記差異行列を表すように、前記差分コードブックに含まれている複数の第2の候補行列から、前記量子化された差異行列を選択し、
第1の行列を、前記第1の行列の1以上の列のそれぞれが、前記量子化されたビームフォーミング行列の1以上の列のそれぞれと直交するように決定し、
前記量子化されたビームフォーミング行列と前記第1の行列との組み合わせである第2の行列を形成し、
前記差異行列が前記第2の行列の複素共役と前記ビームフォーミング行列との積となるように、前記差異行列を決定する装置。 Determining a channel matrix representing a channel state between a device and another device in a first period, and a channel covariance matrix representing the channel state in a second period longer than the first period A channel estimation module to determine;
A matrix decomposition module for determining a beamforming matrix based on the channel covariance matrix;
A quantization module for determining a quantized beamforming matrix by using a base codebook and determining a quantized difference matrix by using a difference codebook based at least in part on the beamforming matrix;
A transmission module for transmitting a first codeword and a second codeword respectively associated with the quantized beamforming matrix and the quantized difference matrix to the another device ;
The quantization module further includes
Selecting the quantized beamforming matrix from a plurality of first candidate matrices included in the base codebook such that the quantized beamforming matrix represents the beamforming matrix;
Determining a difference matrix representing a difference between the beamforming matrix and the quantized beamforming matrix;
Selecting the quantized difference matrix from a plurality of second candidate matrices included in the difference codebook such that the quantized difference matrix represents the difference matrix;
Determining a first matrix such that each of the one or more columns of the first matrix is orthogonal to each of the one or more columns of the quantized beamforming matrix;
Forming a second matrix that is a combination of the quantized beamforming matrix and the first matrix;
Wherein such difference matrix is the product of said beamforming matrix and the complex conjugate of the second matrix, that determine the difference matrix unit.
前記量子化されたビームフォーミング行列にハウスホルダー変換を行い、前記第1の行列を決定する請求項8に記載の装置。 The quantization module further includes
9. The apparatus of claim 8 , wherein a Householder transformation is performed on the quantized beamforming matrix to determine the first matrix.
前記複数の第1の候補行列の全ての中で、前記量子化されたビームフォーミング行列が、前記ビームフォーミング行列の複素共役と前記量子化されたビームフォーミング行列との積の行列ノルムを最大化するように前記量子化されたビームフォーミング行列を選択する請求項8に記載の装置。 The quantization module further includes
Among all of the plurality of first candidate matrices, the quantized beamforming matrix maximizes a matrix norm of a product of a complex conjugate of the beamforming matrix and the quantized beamforming matrix. 9. The apparatus of claim 8 , wherein the quantized beamforming matrix is selected as follows.
前記複数の第2の候補行列の全ての中で、前記量子化された差異行列が、前記差異行列の複素共役と前記量子化された差異行列との積の行列ノルムを最大化するように前記量子化された差異行列を選択する請求項8に記載の装置。 The quantization module further includes
The quantized difference matrix, among all the plurality of second candidate matrices, maximizes the matrix norm of the product of the complex conjugate of the difference matrix and the quantized difference matrix. 9. The apparatus according to claim 8 , wherein the apparatus selects a quantized difference matrix.
前記チャネル共分散行列を、特異値分解を利用して、左行列、対角行列、および、右行列の複素共役に分解し、
前記ビームフォーミング行列が前記右行列の、1以上の整数個であるN個の列を含むように前記ビームフォーミング行列を決定し、
前記別の装置から、N個のデータストリームに関連付けられているデータ信号を受信する請求項8から11のいずれか一項に記載の装置。 The channel estimation module further includes:
Decomposing the channel covariance matrix into complex conjugates of a left matrix, a diagonal matrix, and a right matrix using singular value decomposition;
Determining the beamforming matrix such that the beamforming matrix includes N columns of the right matrix that are integers of 1 or more;
12. Apparatus according to any one of claims 8 to 11 , receiving a data signal associated with N data streams from said another apparatus.
ビームフォーミング行列推定モジュールと
を備え、
前記ビームフォーミング行列推定モジュールは、
受信した前記第1のコードワードおよび前記第2のコードワードにそれぞれ少なくとも一部基づいて、前記量子化されたビームフォーミング行列および前記量子化された差異行列を決定し、
決定された前記量子化されたビームフォーミング行列および前記量子化された差異行列から、ビームフォーミング行列を推定し、
前記ビームフォーミング行列推定モジュールは、さらに、
第1の行列の1以上の列のそれぞれが、前記量子化されたビームフォーミング行列の1以上の列のそれぞれに直交するように、前記第1の行列を決定し、
前記量子化されたビームフォーミング行列と前記第1の行列との組み合わせである第2の行列を形成し、
推定後の前記ビームフォーミング行列が、前記第2の行列の複素共役と前記量子化された差異行列との積となるように、前記ビームフォーミング行列を推定する基地局。 A receiving module for receiving a first codeword and a second codeword associated with the quantized beamforming matrix and the quantized difference matrix, respectively, from the mobile station;
A beamforming matrix estimation module, and
The beamforming matrix estimation module includes:
Determining the quantized beamforming matrix and the quantized difference matrix based at least in part on the received first codeword and the second codeword, respectively.
Estimating a beamforming matrix from the determined quantized beamforming matrix and the quantized difference matrix;
The beamforming matrix estimation module further includes:
Determining the first matrix such that each of the one or more columns of the first matrix is orthogonal to each of the one or more columns of the quantized beamforming matrix;
Forming a second matrix that is a combination of the quantized beamforming matrix and the first matrix;
A base station that estimates the beamforming matrix so that the estimated beamforming matrix is a product of a complex conjugate of the second matrix and the quantized difference matrix.
前記重み付けがなされたデータストリームを送信する1以上の送信アンテナと
をさらに備える請求項13または14に記載の基地局。 A beamforming module that weights one or more data streams using the estimated beamforming matrix;
The base station according to claim 13 or 14 , further comprising one or more transmit antennas for transmitting the weighted data streams.
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