JP5551823B2 - チャネル状態情報フィードバック - Google Patents

Description

本発明は、ＭＩＭＯ（多入力多出力）技術におけるチャネルフィードバックの改善に関し、より具体的には、ＭＩＭＯ技術におけるチャネルフィードバックのためのコードブック生成方法および関連するプリコーディングマトリクスインジケータ（ＰＭＩ）フィードバックシグナリング機構の改善に関する。

現在のワイヤレスシステムにおけるよく知られている重要な技術としてのＭＩＭＯは、アップリンク容量およびダウンリンク容量の容量を改善することができ、ワイヤレス信号の送信をさらに改善することができるように、送信端および受信端で複数の送信アンテナおよび受信アンテナを設定することによって、複数の空間チャネルを作成する。ＭＩＭＯ技術の場合、空間多重を実現するために、送信端でチャネル状態情報を取得することが必要である。ＦＤＤ（周波数分割多重）の場合、基地局（ｅＮＢ）は、そのような種類のチャネル状態情報を取得するために、ユーザ機器（ＵＥ）側からのフィードバックに依存しなければならない。ＬＴＥ−ＡダウンリンクＭＩＭＯ技術を向上させるために、ユーザ端末側からのチャネルの量子化およびフィードバックの精度を改善すべきであることは既に認識されている。

２００７年５月２９日にＦ．Ｂｏｃｃａｒｄｉ、Ｈ．Ｈｕａｎｇ、およびＡ．Ａｌｅｘｉｏｕによって提出された文献「Ａ Ｃｌｏｓｅｄ−Ｌｏｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｃｈｅｍｅ Ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｆｅｅｄｂａｃｋ」に記載された階層フィードバックは、有望な候補の方式である。階層フィードバック方式の基本概念は、チャネルの変更が十分に遅い場合、アグリゲートされたビットを使用してより大きいコードブックをインデックス付けするために、モバイルチャネル方向指標（ＣＤＩ：ｃｈａｎｎｅｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）フィードバックを複数のフィードバック間隔にわたってアグリゲートすることができるということである。一般に、より大きいコードブックは、ＭＩＭＯチャネル状態についてより正確に説明することを意味し、このことは、基地局側でより最適化されたプリコーディングを実行し、それによって、リソース利用率およびデータスループットなどのシステム性能を向上させるのに確実に役立つ。

そのような階層フィードバック方式に基づいて、第一には、ユーザ端末によって体験されたチャネルを正確に表すことができる階層コードブックを生成することが必要であり、第二には、階層コードブックに基づいてＰＭＩフィードバックシグナリングを使用して、チャネル状態情報（ＣＤＩなど）送信を実行することが必要である。

階層コードブック生成方法は、Ｍ．Ｔｒｉｖｅｌｌａｔｏ、Ｆ．ＢｏｃｃａｒｄｉおよびＨ．Ｈｕａｎｇによる論文「Ｏｎ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｖｏｌ．２６、ｎｏ．８、２００８年１０月）において提案されており、その全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。階層コードブックによって生成されたバイナリプロセスをレベルのバイナリツリーによって表すことができ、コードブックのｉ番目のレベルにあるコードワードは２^ｉ個の要素を有する。生成手順において、コードワードは階層コードワードツリーの構造内に配置される。上記の階層フィードバックの場合、複数の間隔にわたってフィードバックビットをアグリゲートすることによって、所与の間隔にわたってフィードバックによってインデックス付けされたコードワードは、通常、前の時間間隔にわたってフィードバックによってインデックス付けされたコードワードの関連するノードであることを理解されたい。

この参考文献に基づいて、送信アンテナ数をＭとし、階層コードブックツリーの最大ビット数をＢ_ｍａｘとすると、以下のステップによって、コードブック内のコードワードを図１の階層ツリー構造内に設計することができる。

１）レベルＬ＝ｌｏｇ_２（Ｍ）で、このレベルにおけるコードワードの合計数Ｍは２^Ｌであり、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）コードブックから導出されたＭ個の直交単位法線ベクトル（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｕｎｉｔ ｎｏｒｍ ｖｅｃｔｏｒｓ）を含み、Ｍは送信アンテナ数である、
２）それぞれのコードワードに対して分割領域を算出し、トレーニングサンプルのＬ個のサブセットを取得する、
３）レベルＬ＋１，Ｌ＋２，．．．Ｂ_ｍａｘについて、例えばＬＢＧアルゴリズムを使用して、それぞれのサブセットに対して２つのベクトルを有する最適なコードブックを算出し、それぞれのサブセットを２つのサブセットに分割する。

図１は、階層コードブックのコードワード配置を表す階層ツリー（バイナリツリー）構造を示す。図中のそれぞれの点線は１つのレベルを表し、実線と点線の交点にある点はそのレベルでのコードワードを表す。１番目のレベルが２つのコードワードを有し、２番目のレベルが４つのコードワードを有し、３番目のレベルが８つのコードワードを有し、Ｌ番目のレベルが２^Ｌ個のコードワードを有する、といったことが理解され得る。図中のバイナリツリーから、階層コードブック空間の階層分割を直観的に理解することができる。

しかし、上記で生成された真新しい階層コードブックは、ＬＴＥ １０などの規格によってほとんど受け入れられない。一方では、そのような階層コードブックは、固定モジュール型でユニタリの入れ子構造、有限のアルファベットなどのような優れたコードブック特性を継承せず、これらのコードブック特性は、多くの企業の観点から見て非常に望まれているものである（３ＧＰＰ Ｔｄｏｃ Ｒ１−１０１６７４、「Ｖｉｅｗｓ ｏｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ ８Ｔｘ ＭＩＭＯ」、ＮＴＴ Ｄｏｃｏｍｏを参照）。他方では、ＬＴＥ Ｒ１０は２０１０年末に終了することになっており、残っているタイムラインが厳しすぎて、そのような新しいコードブックを定義するための十分な取り組みを行うことができない（ＬＴＥ Ｒ８コードブックを定義するのに約２年かかった）。

２００７年５月２９日にＦ．Ｂｏｃｃａｒｄｉ、Ｈ．Ｈｕａｎｇ、およびＡ．Ａｌｅｘｉｏｕによって提出された文献「Ａ Ｃｌｏｓｅｄ−Ｌｏｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｃｈｅｍｅ Ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ Ｆｅｅｄｂａｃｋ」 Ｍ．Ｔｒｉｖｅｌｌａｔｏ、Ｆ．ＢｏｃｃａｒｄｉおよびＨ．Ｈｕａｎｇによる論文「Ｏｎ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｖｏｌ．２６、ｎｏ．８、２００８年１０月） ３ＧＰＰ Ｔｄｏｃ Ｒ１−１０１６７４、「Ｖｉｅｗｓ ｏｎ Ｃｏｄｅｂｏｏｋ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ ８Ｔｘ ＭＩＭＯ」、ＮＴＴ Ｄｏｃｏｍｏ

この場合、生成されたコードブックが、チャネルフィードバック精度を改善するために、既存の優れたコードブック特性だけでなく、階層コードブックの長所も継承するように、改善された階層コードブック生成方法を含む、新しいチャネル状態情報フィードバックソリューションを提案することが望ましく、それに応じて、このソリューションは、コードブックの次の適用例を提供してＬＴＥ Ｒ１０によってサポートされる階層フィードバックソリューションを取得するための、改善されたフィードバックシグナリング機構をさらに含む。

本発明の第１の態様によれば、階層コードブックを使用してチャネル状態情報フィードバックを実行するための方法が提供される。この方法は、
階層コードブックを生成するステップと、
生成された階層コードブックを送信端および受信端にそれぞれ設定するステップと、
階層コードブックに基づいて受信端から送信端にチャネル状態情報をフィードバックするステップと
を含む。

好ましくは、この方法における階層コードブックを生成するステップは、
ｉ）基本コードブックに基づいて、生成予定のコードブック内のそれぞれのレベルでのコードワードを複数のステージに分割するステップと、
ｉｉ）第１のステージにおけるそれぞれのレベルでのコードワードを生成するステップであって、それぞれのレベルでのコードワードが基本コードブックから選択される、ステップと、
ｉｉｉ）他のステージにおけるそれぞれのレベルでのコードワードを生成するステップであって、それぞれのレベルでのコードワードが事前に提供されたトレーニングサンプル行列から選択される、ステップと
をさらに含む。

好ましくは、階層コードブックに基づいて受信端から送信端にチャネル状態情報をフィードバックするステップは、
フィードバックビットの第１のビットおよび第２のビットを使用して、階層コードブックに対するツリー探索を実行するためのシグナリングを表すステップ
をさらに含む。

本発明の第２の態様によれば、階層コードブックを使用してチャネル状態情報フィードバックを実行するためのシステムが提供される。このシステムは、
階層コードブックを生成するように構成されたモジュールと、
生成された階層コードブックを送信端および受信端にそれぞれ設定するように構成されたモジュールと、
階層コードブックに基づいて受信端から送信端にチャネル状態情報をフィードバックするように構成されたモジュールと
を備える。

好ましくは、このシステムにおける階層コードブックを生成するように構成されたモジュールは、
ｉ）基本コードブックに基づいて、生成予定のコードブック内のそれぞれのレベルでのコードワードを複数のステージに分割するように構成されたモジュールと、
ｉｉ）第１のステージにおけるそれぞれのレベルでのコードワードを生成するように構成されたモジュールであって、それぞれのレベルでのコードワードが基本コードブックから選択される、モジュールと、
ｉｉｉ）他のステージにおけるそれぞれのレベルでのコードワードを生成するように構成されたモジュールであって、それぞれのレベルでのコードワードが事前に提供されたトレーニングサンプル行列から選択される、モジュールと
をさらに備える。

好ましくは、階層コードブックに基づいて受信端から送信端にチャネル状態情報をフィードバックするように構成されたモジュールは、
フィードバックビットの第１のビットおよび第２のビットを使用して、階層コードブックに対するツリー探索を実行するためのシグナリングを表すように構成されたモジュール
をさらに備える。

本発明の第３の態様によれば、コンピュータプログラム製品が提供される。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータプログラム命令を記憶するコンピュータ使用可能媒体を備え、このコンピュータプログラム命令は、コンピューティング装置で実行されるとき、このコンピューティング装置が上記の方法を実施することを可能にする。

本発明の第４の態様によれば、通信システムが提供される。この通信システムは、階層コードブックを使用する、チャネル状態情報フィードバックのためのシステムを備える。

本発明のチャネル状態情報フィードバック方法を使用することによって、階層コードブックの改善されたフィードバック精度の利点が利用されるだけでなく、階層コードブックが既存のＬＴＥ Ｒ８に適合し、それによって、優れたコードブック特性を継承することも可能にする。そのうえ、改善されたフィードバックシグナリングによって、限られたフィードバックビットを用いてより大きいコードブックをインデックス付けする効果が実現される。

添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明から本発明の特徴および利点を容易に理解することができる。

従来技術における階層コードブック生成方法のバイナリツリー構造表現を示す図である。 本発明のステージ化階層コードブック生成方法に従ってコードブックを生成するための、バイナリツリーによって表されたバイナリシステム構築プロセスを示す図である。 本発明によるステージ化階層コードブック生成方法の流れ図である。 本発明によるチャネル状態情報フィードバックのための方法の流れ図である。 本発明によるチャネル状態情報フィードバックのための方法を実施することができるＭＩＭＯ通信システムの図である。

これらの図面および次の説明は、例示的なものにすぎない、本発明の好ましい実施形態に関するものである。次の例示から、本明細書で開示された構造および方法の代替実施形態を実現可能な代替のやり方と見なすことは容易であり、特許請求された本発明の原理から逸脱することなく、これらの代替のやり方を使用することができることに留意されたい。

次に、本発明のいくつかの実施形態を詳細に参照するが、その例は図面に例示されている。可能であれば、類似のまたは同じ参照番号を図面内で使用することができ、これらの図面は、例示の目的で本発明の実施形態を説明するものにすぎないことに留意されたい。当業者であれば、次の記述から、本明細書に記載された本発明の原理を逸脱することなく、本明細書に記載された構造および方法の代替実施形態を同様に使用することができることを理解されよう。

本発明において提供されるチャネル状態情報フィードバックのための方法は、コードブック生成およびシグナリングフィードバックという２つの側面から改善する。

本発明のステージ化階層コードブック生成方法では、コードブック生成の制約事項は、個々のステージにそれぞれ事前定義される。具体的には、いくつかの生成の制約事項、例えば、固定モジュロでユニタリの入れ子構造、有限のアルファベットなどの優れたコードブック特性を満たすように、階層コードワードツリーにおける第１のステージのコードワードが生成され、他の生成の制約事項、例えば、最適な性能向上を与えるように、階層コードワードツリーにおける他のステージのコードワードが生成される。それに応じて、個々のステージにおける異なるコードブック特性を十分に使用するために、複数のフィードバック間隔中に使用されるＰＭＩフィードバック手法を慎重に設計すべきであることを理解されたい。

ステージ化階層コードブックの生成
次に、ランク１を有するＬＴＥ Ｒ１０ ４Ｔｘコードブック生成（すなわち、４つの送信アンテナ）に関して、本発明のステージ化階層コードブックの生成の好ましい一実施形態について説明する。この実施形態は、ステージ化階層コードブックが優れたコードブック特性およびフィードバック精度を有するだけでなく、ＬＴＥ Ｒ８コードブックとの優れた後方互換性も有することを明確に示す。

この例では、送信アンテナの数をＭ＝４とし、階層コードブックツリーの最大ビット数をＢ_ｍａｘ＝１２とすると、階層コードブックは、以下のステップによって、ステージで生成される。

（１）ステージ化コードブック生成の制約事項を事前定義する
この例では、２ステージ生成の制約事項が事前定義される。第１のステージの目標は優れたコードブック特性および後方互換性であり、第２のステージの目標は性能向上の最適化である。異なるステージに異なるコードブック生成の制約事項を事前定義するために、特性に関する特定の要件に従って、生成予定のコードブックをより多くのステージに分割することもできることを理解されたい。

図２に示すように、この例では、コードブック生成は２つのステージに分割され、１〜４レベルは第１のステージであり、５〜１２レベルは第２のステージである。

（２）第１のステージは、ＬＴＥ Ｒ８コードブックに対応する４つのレベルのコードワードを生成することを含む。より多くのレベルを拡張することができることを理解されたい。ｉ番目のレベルにおけるｊ番目のコードワードは、

によって表され、ｉ＝１，．．．，１２、ｊ＝１，．．．，２^ｉである。優れたコードブック特性およびＬＴＥ Ｒ８コードブックとの後方互換性を取り込むために、このステージにおけるコードブック生成は、ＬＴＥ Ｒ８コードブック（３ＧＰＰ ＴＳ３６．２１１を参照）、例えば、表１におけるコードブック｛ｕ_ｋ，ｋ＝１，．．．，１６｝に基づく。もちろん、他のコードブックに基づいて、異なるコードブック特性を取り込むことができることを理解されたい。

ａ）レベルｉ＝１で、コードワード対

が、特定の性能メトリック（例えば、容量最大化、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）、最小距離、最大信号対雑音比、最大信号対干渉雑音比、および最大信号対干渉比など）に基づいた１番目のレベルにおける２つのコードワードとして、表１における基本コードブック｛ｕ_ｋ｝から選択される。もちろん、ＬＢＧアルゴリズムを使用して、そのような選択を実行することができる。ＬＢＧアルゴリズムは、トレーニングベクトルの組および特定の反復アルゴリズムによって最適なコードブックに近づけるためのアルゴリズムである。ＬＢＧアルゴリズムが使用される場合、特定の数のチャネル行列トレーニングサンプルが事前に与えられるべきであることに留意されたい。

ｂ）ステップａ）において選択されたコードワードのそれぞれに対して、トレーニングサンプルの分割領域が算出され、トレーニングサンプルの２つのサブセットが取得される。

ｃ）ステージ１における他のレベルｉ＝２，３，または４について、ＬＢＧアルゴリズムを使用して、それぞれのサブセットを２つのサブセットにさらに分割するために、それぞれのサブセットに対して２つのベクトルを有する基本コードブック｛ｕ_ｋ｝からの最適なコードワード対

の選択を継続する。

このステージにおける生成中に、コードワードが全てＬＴＥ Ｒ８コードブックから選択されるので、Ｍ．Ｔｒｉｖｅｌｌａｔｏ、Ｆ．ＢｏｃｃａｒｄｉおよびＨ．Ｈｕａｎｇによる論文「Ｏｎ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ａｒｅａｓ ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｖｏｌ．２６、ｎｏ．８、２００８年１０月）における先に述べた階層コードブックに関して、取得されたコードブックは最適ではない可能性がある。その理由は、求める性能目標のみに基づいてコードワードが無作為に選択されておらず、選択範囲が基本コードブック（すなわち、ＬＴＥ Ｒ８）のコードブックに限定されているからである。しかし、そのような実施の結果として、取得されたコードブックはＬＴＥ Ｒ８コードブックに適合し、それによって、固定モジュール型でユニタリの入れ子構造、有限のアルファベットなどの優れたコードブック特性を有する。

（３）第２のステージは、残りのレベル、例えば、ｉ＝５，．．．，１２を含む。このステージでは、目標は、固定モジュラ、有限のアルファベットのような優れたコードブック特性に対するコードブック生成の制約事項を適用することではなく、システムの性能向上をできる限り最適化することである。したがって、このステージは、ＬＴＥ Ｒ８コードブックなどの基本コードブックには基づかず、より広いコードブック空間において最適なコードワードを選択する。

ｄ）レベルｉ＝５で、分割領域は、このレベルにおけるそれぞれのコードワードに対して算出され、トレーニングサンプルの２^４個のサブセットが取得される。

ｅ）レベルｉ＝６，．．．，１２について、最適なコードブックは、ＬＢＧアルゴリズムを使用して、第１のステージにおける性能メトリックと同一のまたはそれとは異なる性能メトリック（例えば、容量最大化、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）、最小距離、最大信号対雑音比、最大信号対干渉雑音比、および最大信号対干渉比など）に基づいて算出され、それぞれのサブセットは２つのベクトルを有し、２つのサブセットにさらに分割される。

第２のステージの生成に従って、他のレベルのコードブックは、少なくとも部分的には上記の従来技術における階層コードブック生成方法に基づいて生成され、それによって、取得されたコードブックは、階層コードブックとしてのフィードバック精度を向上させるという利点を有する。ここで、本発明によるステージ化階層コードブック生成方法は、階層コードブックの利点とＬＴＥ Ｒ８コードブックの適合性との間の最適なトレードオフを実現する。そのような生成ソリューションは、確実により実用的であり、一般により好ましい。

上述したように、ツリー構造を有するコードブック生成を時間に関連したＭＩＭＯチャネルに適用して、フィードバックオーバーヘッドを劇的に低減することができる。言い換えると、階層ツリー構造を使用してコードブックを生成することによって、低速で移動する端末を有するシステムは、所与の数のフィードバックビットを用いてシステムスループットを改善することができる。プリコーディングを実行するとき、送信端は、受信端から、インデックスが事前定義されたコードブックに含まれる１組のプリコーディングベクトルの限定された（限定された帯域幅）フィードバックビットによって、チャネル状態フィードバックを取得する。

ＰＭＩフィードバック
本発明は、ＰＭＩデータ送信に冗長シグナリングビットを十分に使用するための柔軟なフィードバックシグナリング生成をさらに提供する。そのような修正は、シグナリングビット数の改善された割当ておよびシグナリング形式により、階層フィードバックの性能を改善するだけでなく、セクション１で紹介したように、ステージ化階層コードブック構造における異なるコードブック特性を十分に使用する。

フィードバック間隔ｎ−１で、基地局とユーザ機器の両方が、変数長Ｌ_ｓ（ｎ−１）のバイナリワードによって表される、量子化され再構築されたベクトル

を共有すると仮定する。間隔ｎで、ユーザ機器は線形探索またはツリー探索を使用して、現在のチャネル行列に対してＢ_ｍａｘ個のビットの最良のコードワード

を選択し、

と

のバイナリ表現の第１のＬ_ｓ（ｎ−１）個のビットを比較する。この比較は、２つのシーケンスの間の一致（Ｄｏｗｎケース）、部分一致（ＵｐケースＩ）および不一致（ＵｐケースＩＩ）に対応する３つのケースをもたらす。

フィードバックビットの形式は、以下のように定義される。ｉ（ｎ）を、時間間隔ｎでＵＥによってフィードバックされたＢ個のビットのバイナリワードとする。第１または第２のビット（ｉ_１（ｎ）またはｉ_２（ｎ））がシグナリングに使用され、シグナリング形式は表２に定義される。表に例示されているように、ｉ_１（ｎ）＝１の場合にのみ、ｉ_２（ｎ）はシグナリングを意味し、そうでない場合、ｉ_２（ｎ）はコードワードをインデックス付けするためのデータである。

上記の３つのケースに対応して、以下のビットが以下のステップによって決定される。

１．Ｄｏｗｎケース：このケースは、

に関連するＬ_ｓ（ｎ−１）個のＭＩＢビットが

に関連するＬ_ｓ（ｎ−１）個のビットと等しいときに生じる。このケースでは、チャネル状態情報は、Ｂ_ｍａｘ個のビットのコードワードのさらなるＢ−１個のビットをフィードバックすることによって洗練される。これらの追加のビットは、量子化ツリー内でＢ−１レベルだけ下がることによって取得される。これは、

に関連するコードワードの位置Ｌ_ｓ（ｎ−１）＋１，．．．，Ｌ_ｓ（ｎ−１）−Ｂ＋１のビットをフィードバックすることによって実行される。さらに、Ｌ_ｓ（ｎ）＝Ｌ_ｓ（ｎ−１）＋Ｂ−１である。

２．ＵｐケースＩ：このケースは、

に関連するＢ_ｍａｘ個のビットのコードワードのＬ_ｓ（ｎ−１）−（Ｂ−２）個のＭＩＢビットが

に関連するＬ_ｓ（ｎ−１）−（Ｂ−２）個のＭＩＢビットと等しいときに生じる。このケースでは、（Ｂ−２）個のビットがフィードバックされて、以前のフィードバックを更新し、このことは、時間間隔ｎ−１および時間間隔ｎの間にチャネルが高度に相関している場合に有益である。これらの追加のビットは、量子化ツリー内でＢ−２レベルだけ上がることによって取得される。これは、

に関連するコードワードの位置Ｌ_ｓ（ｎ−１）−（Ｂ−２）＋１，．．．，Ｌ_ｓ（ｎ−１）のビットをフィードバックすることによって実行される。さらに、表２によれば、［１ ０］の追加の２ビットはシグナリングとして付加される。

３．ＵｐケースＩＩ：このケースは、

に関連するＬ_ｓ（ｎ−１）−（Ｂ−２）個のＭＩＢビットが

に関連するＬ_ｓ（ｎ−１）−（Ｂ−２）個のＭＩＢビットと等しくないときに生じる。このケースでは、（Ｂ−２）個のビットが使用されて、以前のフィードバックと置き換えられる。これらの追加のビットは、量子化ツリー内でＢ−２レベルだけ下がることによって取得される。これは、

に関連するコードワードの位置１，．．．，（Ｂ−２）のビットをフィードバックすることによって実行される。さらに、表２によれば、［１ １］の追加の２ビットはシグナリングとして付加される。

さらに、フィードバックにおける第１のビットは１に等しい、すなわち、バイナリツリーに対して上昇型探索を実行する場合、第２のビットを使用して、以下の２つの要因を表す。一方のケースは、Ｂ−２のビットを用いて以前のフィードバックを更新することに対応し、すなわち、

に関連するコードワードの位置Ｌ_ｓ（ｎ−１）−（Ｂ−２）＋１，．．．，Ｌ_ｓ（ｎ−１）のビットをフィードバックするケースであり、他方のケースは、Ｂ−２個のビットを用いて以前のフィードバックを置き換えることに対応し、すなわち、

に関連するコードワードの位置１，．．．，（Ｂ−２）のビットをフィードバックするケースである。

先に述べたように、フィードバックビットの第１のビットおよび第２のビットは、階層コードブックのバイナリツリーで最良のコードワードのシグナリング表現を探索する方法に使用される。以前のタイムスロットと次のタイムスロットの間の相関が高い場合、２つのシグナリングビットを使用して、前のタイムスロットおよび次のタイムスロットのビットシーケンス間の一致関係を表すことができる。例えば、一例として、６レベルのバイナリツリーを用いて、時間間隔毎に３ビットをフィードバックする。現在の４番目のレベルのコードワード０００１から開始すると、上位の１つまたはいくつかのレベルの全てのコードワードおよび下位のレベルのコードワード０００１の後方のコードワードは全て、次の時間間隔の候補コードワードである。００００が最良のコードワードである場合、これはフィードバック１００を使用して表され、第１のビットは、バイナリツリーでの上昇型探索を表し、第２のビットは、供給されたビットが前の時間間隔のコードワードを更新するためのものであることを表し、第３のビットは前の時間のコードワードを置き換えるためのものであり、０００１１０が最良のコードワードである場合、これはフィードバック０１０によって表され、第１のビットは、バイナリスリー（ｂｉｎａｒｙ ｔｈｒｅｅ）で下降型探索を実行することを表し、第２のビットおよび第３のビット１０は、次のレベルにおける候補コードワードの中から選択されたコードワードを表す。

図３は、本発明によるステージ化階層コードブック生成方法の流れ図を示す。ステップＳ３０１では、生成プロセスが開始する。

ステップＳ３０２では、コードワードが複数のステージに分割され、それぞれのステージについてコードブック生成の制約事項が事前定義される。例えば、第１のステージの場合、満たさなければならない生成の制約事項は、優れたコードブック特性および基本コードブックの後方互換性を継承することである。好ましくは、基本コードブックはＬＴＥ Ｒ８コードブックである。

ステップＳ３０３では、第１のステージのコードブックコードワードが生成される。上述したように、送信アンテナの数が４であり、フィードバックビットの最大数が１２であると想定すると、第１のステージは、１番目から４番目のレベルのコードブックコードワードを生成しなければならず、それぞれのレベルの最良のコードワードは、ＬＴＥ Ｒ８コードブックの後方互換性を保証するために、基本コードブックＬＴＥ Ｒ８ ４Ｔｘコードブック｛ｕ_ｋ｝から選択される。

ステップＳ３０４では、第２のステージのコードブックコードワードが生成される。上述したように、残りの５〜１２レベルが生成され、それぞれのレベルでの最良のコードワードは、全てのトレーニングサンプルの所定の行列に基づいて選択される。

一例として、ステップＳ３０３およびＳ３０４では、それぞれのレベルのコードワードは、特定の性能メトリックに基づいて基本コードブックまたはトレーニングサンプルから選択される。好ましくは、特定の性能メトリックは、容量最大化、最小平均二乗誤差、最小距離、最大信号対雑音比、最大信号対干渉雑音比、および最大信号対干渉比などを含むが、これらに限定されない。

別の例として、ステップＳ３０３およびＳ３０４では、ＬＢＧアルゴリズムを用いて、基本コードブックまたはトレーニングサンプルからそれぞれのレベルのコードワードを選択することができる。

ステップＳ３０５では、コードブック生成が完了する。

次に、図４を参照すると、図４は本発明によるチャネル状態情報フィードバック方法４００の流れ図を示す。

ステップＳ４０１では、チャネル状態情報フィードバックプロセスが開始する。

ステップＳ４０２では、ＬＴＥ Ｒ８に適合するＬＴＥ Ｒ１０階層コードブックが、図３に例示したステージ化階層コードブック生成方法に基づいて生成される。上述したように、階層コードブックは、優れたコードブック特性を継承し、最適化されたシステム性能向上を提供することができる。

ステップＳ４０３では、生成されたＬＴＥ Ｒ１０階層コードブックは、送信端、例えば、基地局および受信端、例えば、ユーザ端末に設定される。

上述したように、限定されたアップリンク帯域幅は、時間間隔毎に少量のフィードバックビットを返すことしか許可しない。典型的には、フィードバックビットは、（送信機および全ての受信機に知られている）コードブック内のベクトルのグループ（すなわち、コードワード）をインデックス付けするためのものである。例えば、Ｂ個のビットを使用して、２Ｂ個のベクトルを有するコードブックをインデックス付けすることができる。Ｍ個のアンテナを有する送信機の場合、コードブック内のそれぞれのコードワードは、ＭＩＭＯチャネルについて説明することができるＭ次元のベクトルである。優れたコードブックは、体験されたチャネルを事実上網羅するコードワードの組合せを含むが、ビーム形成関数はまさにこれらのベクトルから、例えば、これらのベクトルの特定の種類の線形結合として導出される。コードブック生成は、様々な種類の多量のチャネル環境に対してオフラインで生成される。オフラインで生成されたコードブックを基地局およびユーザ端末に設定することによって、基地局およびユーザ端末は、限られたフィードバックビットを用いて同じコードブックをインデックス付けし、チャネル状態情報を共有することができる。当技術分野で知られている様々な種類のコードブック共有方法を使用して、生成されたコードブックを基地局およびユーザ端末に設定し、それによって、階層コードブックの初期設定を実施することができる。

ステップＳ４０４では、上記のフィードバックシグナリング機構による設定されたコードブックに基づいて、コードブック内の特定のコードワードをインデックス付けするためのフィードバックビットが、受信端（例えば、ユーザ端末）から送信端（例えば、基地局）に伝送される。上述したように、限定されたアップリンク帯域幅は、時間間隔毎に少量のフィードバックビットを返すことしか許可しない。典型的には、フィードバックビットは、（送信機および全ての受信機に知られている）コードブック内のベクトルのグループ（すなわち、コードワード）をインデックス付けするためのものである。例えば、Ｂ個のビットを使用して、２Ｂ個のベクトルを有するコードブックをインデックス付けすることができる。Ｍ個のアンテナを有する送信機の場合、コードブック内のそれぞれのコードワードは、ＭＩＭＯチャネルについて説明することができるＭ次元のベクトルである。優れたコードブックは、体験されたチャネルを事実上網羅するコードワードの組合せを含むが、ビーム形成関数はまさにこれらのベクトルから、例えば、これらのベクトルの特定の種類の線形結合として導出される。ユーザ端末が現在のチャネル状態に対応するＰＭＩデータを基地局にフィードバックするとき、基地局はそのデータを次のプリコーディングおよびダウンリンクデータ送信に利用することができる。ステップＳ４０３の特定の実施は、本発明による上述の改善されたＰＭＩフィードバックシグナリング機構に基づいて実行され得る。

ステップＳ４０５では、チャネル状態情報フィードバックプロセスが終了する。

図５は、本発明のチャネル状態フィードバック方法を実施することができるＭＩＭＯ通信システムの概略図を示す。通信システム５００は、複数の基地局５０１および複数のユーザ端末５０２を備える。簡潔にするために、図は１つの基地局および１つのユーザ端末しか例示していない。本発明の文脈において、基地局５０１とユーザ端末５０２の両方を、階層コードブックを生成するために使用することができ、これらは生成されたコードブックを通信相手に送る。送信機と受信機の両方が同じコードブックを同時に保持した後、ユーザ端末５０２は、アップリンクを介してフィードバックを使用して、ＰＭＩデータを基地局５０１に送信する、すなわち、コードブック内の特定のワードをインデックス付けする。基地局５０１が関連したチャネル状態情報を受信した後、基地局５０１はフィードバックに基づいてチャネル再確立を実行する。

階層コードブックは、本発明の新規であるが効果的な方法によって改善される。ステージ毎に異なるコードブック生成の制約事項を用いたステージ化コードブック生成によって、結果として生じた階層コードブックは、優れたコードブック特性と性能の間の優れたトレードオフを実現することができる。そのようなコードブック特性は、ＵＥ／ｅＮＢ ＰＭＩ／ＣＱＩ算出の複雑性、ロバストな干渉測定、電力増幅器の効果的な使用、ランク適応などを低減するのに重要であることが多い。また、ＬＴＥ Ｒ８コードブックは、ＬＴＥ Ｒ１０において必須の特徴であり、本発明によるステージ化階層コードブックは、それに基づいて結果として生じた階層フィードバックが、より簡単で現実的なものとなって、ＬＴＥ Ｒ１０においてサポートされるように、優れた後方互換性を提供する。

本発明によるチャネル状態情報フィードバック方法は、以下の利点を有する。

１．階層コードブックの第１のステージにおいて、固定モジュロで有限のアルファベット、ユニタリの入れ子構造などのような優れたコードブック特性を有する。

２．第１のステージの生成は、ＬＴＥ Ｒ８コードブックとの後方互換性を保証する。これは、ＬＴＥ Ｒ８コードブックがＲ１０コードブック生成のベースラインであることを意味し、本発明による方法は、柔軟であるが効果的な後方互換性を階層フィードバックに提供する。

３．いくつかの場合（例えば、以前のタイムスロットと次のタイムスロットの間の高い相関）においてフィードバック手法を改善するための改善されたシグナリング機構。

ＤＬ ＭＵ−ＭＩＭＯ（ダウンリンクマルチユーザ端末多入力多出力）のフィードバック精度を改善することは、３ＧＰＰ ＬＴＥ−Ａにおける最も重要な特長の１つである。階層フィードバック方法は、このトピックの好ましい候補である。この発明における方法の有効性を考慮すると、この方法は、将来のＬＴＥ−Ａワイヤレスシステムにおいて使用するのに非常に適している。

図面を参照した本発明の説明において、例示は基地局からユーザ端末へのダウンリンクシナリオを一例として挙げていることに留意されたい。

本発明の様々な実施形態は、ユーザ端末から基地局へのアップリンクシナリオとすることもできることを理解されたい。言い換えると、本発明を、チャネル情報を受信端から送信端にフィードバックする任意のシナリオに適用することができ、送信端は、基地局、中継局、およびユーザ端末であってもよく、受信端末は、基地局、中継局、およびユーザ端末であってもよい。

この開示を読むことによって、当業者であれば、改善されたステージ化階層コードブック生成方法および関連するＰＭＩフィードバック方法を含むチャネル状態情報フィードバックソリューションを理解するであろう。本発明の好ましい実施形態および適用例が本明細書に例示され、説明されているが、本発明は本明細書に開示された精度のステップおよび機能に限定されず、当業者にとっては、本明細書に開示された本発明の方法ステップおよび機能モジュールに対する様々な修正、交替、および変更は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の本質および範囲から逸脱することなく、明白なものであることを理解されたい。

Claims (13)

1. 階層コードブックを使用してチャネル状態情報フィードバックを実行する方法であって、
   階層コードブックを生成するステップと、
   前記生成された階層コードブックを送信端および受信端にそれぞれ設定するステップと、
   前記階層コードブックに基づいて前記受信端から前記送信端に前記チャネル状態情報をフィードバックするステップとを具備し、
   階層コードブックを生成する前記ステップは、
   ｉ）ＬＴＥ Ｒ８コードブックに基づいて、生成予定のコードブック内のそれぞれのレベルのコードワードを複数のセグメントに分割するステップと、
   ｉｉ）第１のステージにおけるそれぞれのレベルのコードワードを生成するステップであって、前記それぞれのレベルのコードワードは、前記ＬＴＥ Ｒ８コードブックから選択される、ステップと、
   ｉｉｉ）他のステージにおけるそれぞれのレベルのコードワードを生成するステップであって、前記それぞれのレベルのコードワードは、事前に提供されたトレーニングサンプル行列から選択される、ステップとをさらに含む、方法。
2. 前記ステップｉ）と前記ステップｉｉ）との間に、前記第１のステージ及び前記他のステージの各ステージに対して、当該ステージに適したコードブック生成の制約事項を事前定義するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のステージに対する前記コードブック生成の制約事項は、基本コードとの適合性または優れたコードブック特性を継承することを含み、
   他のステージに対する前記コードブック生成の制約事項は、システム性能を最適化することを含む、
   請求項２に記載の方法。
4. それぞれのレベルのコードワードは、特定の性能メトリックに基づいて前記ＬＴＥ Ｒ８コードブックからまたは前記トレーニングサンプルから選択される、請求項１に記載の方法。
5. 前記特定の性能メトリックは、容量最大化、最小平均二乗誤差、最小距離、最大信号対雑音比、最大信号対干渉雑音比、最大信号対干渉比のうちの１つを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記階層コードブックに基づいて前記受信端から前記送信端に前記チャネル状態情報をフィードバックする前記ステップは、
   前記フィードバックビットの第１のビットおよび第２のビットを使用して、前記階層コードブックに対するツリー探索を実行するためのシグナリングを表すステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記階層コードブックに基づいて前記受信端から前記送信端に前記チャネル状態情報をフィードバックする前記ステップが、
   現在のフィードバック時間間隔ｎのベクトルのバイナリワードを前の時間間隔ｎ−１のベクトルのバイナリワードと比較するステップと、
   前記比較結果に基づいて前記フィードバックビットを決定するステップと
   をさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 階層コードブックを使用してチャネル状態情報フィードバックを実行するシステムであって、
   階層コードブックを生成するように構成されたモジュールと、
   前記生成された階層コードブックを送信端および受信端にそれぞれ設定するように構成されたモジュールと、
   前記階層コードブックに基づいて前記受信端から前記送信端に前記チャネル状態情報をフィードバックするように構成されたモジュールと
   を備え、
   階層コードブックを生成するように構成された前記モジュールは、
   ｉ）ＬＴＥ Ｒ８コードブックに基づいて、生成予定のコードブック内のそれぞれのレベルのコードワードを複数のセグメントに分割するように構成されたモジュールと、
   ｉｉ）第１のステージにおけるそれぞれのレベルのコードワードを生成するように構成されたモジュールであって、前記それぞれのレベルのコードワードは、前記ＬＴＥ Ｒ８コードブックから選択される、モジュールと、
   ｉｉｉ）他のステージにおけるそれぞれのレベルのコードワードを生成するように構成されたモジュールであって、前記それぞれのレベルのコードワードは、事前に提供されたトレーニングサンプル行列から選択される、モジュールと
   をさらに備える、システム。
9. 前記第１のステージ及び前記他のステージの各ステージに対して、当該ステージに適したコードブック生成の制約事項を事前定義するように構成されたモジュールをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
10. 前記第１のステージに対する前記コードブック生成の制約事項は、基本コードとの適合性または優れたコードブック特性を継承することを含み、
    他のステージに対する前記コードブック生成の制約事項は、システム性能を最適化することを含む、
    請求項９に記載のシステム。
11. 前記第１のステージにおけるそれぞれのレベルのコードワードを生成するように構成された前記モジュールおよび他のステージにおけるそれぞれのレベルのコードワードを生成するように構成された前記モジュールは、特定の性能メトリックに基づいて前記ＬＴＥ Ｒ８コードブックからまたは前記トレーニングサンプルからそれぞれのレベルのコードワードを選択し、
    前記特定の性能メトリックは、容量最大化、最小平均二乗誤差、最小距離、最大信号対雑音比、最大信号対干渉雑音比、最大信号対干渉比のうちの１つを含む、
    請求項８に記載のシステム。
12. 前記階層コードブックに基づいて前記受信端から前記送信端に前記チャネル状態情報をフィードバックするように構成された前記モジュールが、
    前記フィードバックビットの第１のビットおよび第２のビットを使用して、前記階層コードブックに対するツリー探索を実行するためのシグナリングを表すように構成されたモジュール
    をさらに備える、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記階層コードブックに基づいて前記受信端から前記送信端に前記チャネル状態情報をフィードバックするように構成された前記モジュールが、
    現在のフィードバック時間間隔ｎのベクトルのバイナリワードを前の時間間隔ｎ−１のベクトルのバイナリワードと比較するように構成されたモジュールと、
    前記比較結果に基づいて前記フィードバックビットを決定するように構成されたモジュールと
    をさらに備える、請求項１２に記載のシステム。

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