JP5595501B2 - コードブックを構成するための方法および装置、ならびにプリコーディングのための方法、装置およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般にプリコーディング技術に関し、より具体的にはコードブック構成、ならびにコードブックベースのプリコーディング方法、装置およびシステムに関する。

プリコーディング技術は、無線通信システムにますます広く利用されている。プリコーディング技術は、データが、まずチャネル損失補償のためにプリコーディングされ、次いでチャネル状態により良く適応するために送信されるようなものであり、それによってデータ伝送品質および／またはスループットが改善される。

現在のところ、プリコーディング技術は２つのカテゴリに分類される。ダウンリンクを例として考える。１つのカテゴリは、モバイル端末のサービング基地局がパイロット信号などによってダウンリンク多入力多出力（ＭＩＭＯ）チャネル上でチャネル情報を取得し、次いで、サービング基地局がプリコーディング行列を計算し、データをプリコーディングした後にデータを送信するようなものである。もう１つのカテゴリは、コードブックベースのプリコーディング方法であり、モバイル端末が基地局によって送信されたダウンリンク・パイロット、プリアンブルまたはミッドアンブルによってダウンリンクＭＩＭＯチャネル上でチャネル情報を取得し、複数のプリコーディング行列を備えるコードブックから最適のプリコーディング行列のインデックスを選択し、このインデックスをサービング基地局にフィードバックし、サービング基地局はデータをプリコーディングした後にデータを送信する。

コードブック構成の問題は、コードブックベースのプリコーディング方法ではかなり重要である。現在のところ、２つのカテゴリのコードブック構成方法がある。１つのカテゴリは、非構造化コードブック構成であり、もう１つのカテゴリは、構造化コードブック構成である。一般的に言って、構造化コードブックは、非構造化コードブックより低い構成複雑性、より良いスケーラビリティおよびパフォーマンスの点で、よりポピュラーである。文書、ＤＦＴベースのコードブック（Ｂ．Ｍ．Ｈｏｃｈｗａｌｄらの「Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｎｉｔａｒｙ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、Ｖｏｌ．４６、Ｎｏ．６、２０００年）、ハウスホルダーベースのコードブック（ＩＥＥＥＣ８０２．１６ｅ−０４／５２７ｒ４、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｆｏｒ ＭＩＭＯ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ」、Ｉｎｔｅｌ、ＩＥＥＥ８０２．１６、２００４年１１月１２日)、またはギブンス変換ベースのコードブック（Ｒｌ−０７０７２８、「Ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗａｙ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｎ ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｅ−ＵＴＲＡ」、ＴＩなど、３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃４８、２００７年２月）において、構造化コードブックの構成に対する説明が提示されている。

しかし、構造化コードブックの複雑性、スケーラビリティおよびパフォーマンスは、送信アンテナの数に依存し、送信アンテナまたは基地局の数が大きいほど、構造化コードブック構成の柔軟性は悪くなる。したがって、送信アンテナまたは基地局の増大する数、およびコードブックを使用するプリコード・データに適応するために、より良いコードブック構成方法が必要である。

Ｂ．Ｍ．Ｈｏｃｈｗａｌｄらの「Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｎｉｔａｒｙ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、Ｖｏｌ．４６、Ｎｏ．６、２０００年 ＩＥＥＥＣ８０２．１６ｅ−０４／５２７ｒ４、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｆｏｒ ＭＩＭＯ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ」、Ｉｎｔｅｌ、ＩＥＥＥ８０２．１６、２００４年１１月１２日 Ｒｌ−０７０７２８、「Ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗａｙ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｎ ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｅ−ＵＴＲＡ」、ＴＩなど、３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃４８、２００７年２月 Ｄ．Ｊ．Ｌｏｖｅら、「Ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｕｎｉｔａｒｙ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．８、２００５年 Ｒ１−０７１５１０、「Ｄｅｔａｉｌｓ ｏｆ Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ＭＵ−ＭＩＭＯ ｆｏｒ ＤＬ ＥＵＴＲＡ、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｃ．、３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃４８ｂｉｓ、２００７年３月

前述の問題を考慮して、本発明は、コードブックを構成するための方法および装置、ならびにコードブックベースのプリコーディングのための方法、装置およびシステムを提供する。

本発明の第１の態様によれば、コードブックを構成するための方法であって、基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信するステップと、モバイル端末と基地局との間のチャネルのチャネル・モデルを取得するステップと、プリコーディングのために使用されるコードブックを構成するために、グループ化情報およびチャネル・モデルによって各アンテナ・グループに対応する最適のプリコーディング行列を判定するステップとを備える方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、コードブックを構成するための装置であって、基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信するための受信手段と、モバイル端末と基地局との間のチャネルのチャネル・モデルを取得するためのチャネル・モデル取得手段と、プリコーディングのために使用されるコードブックを構成するために、グループ化情報およびチャネル・モデルによって各アンテナ・グループに対応する最適のプリコーディング行列を判定するためのプリコーディング行列判定手段とを備える装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、プリコーディング行列を選択するための方法であって、基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信するステップと、基地局からのチャネルを評価してチャネル・モデルを取得するステップと、グループ化情報およびチャネル・モデルに基づいて、コードブックから各アンテナ・グループに対応する最適のプリコーディング行列を選択するステップと、基地局が連結プリコーディングを実行するように各最適プリコーディング行列のインデックスを基地局に送信するステップとを備える方法が提供される。

本発明の第４の態様によれば、プリコーディング行列を選択するための装置であって、基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信するための受信手段と、基地局からのチャネルを評価してチャネル・モデルを取得するためのチャネル・モデル取得手段と、グループ化情報およびチャネル・モデルに基づいて、コードブックから各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列を選択するためのプリコーディング行列選択手段と、基地局が連結プリコーディングを実行するように各最適プリコーディング行列のインデックスを基地局に送信するための送信手段とを備える装置が提供される。

本発明の第５の態様によれば、プリコーディングのための方法であって、モバイル端末から受信された複数の最適プリコーディング行列のインデックスによって連結プリコーディング行列を構成するステップと、構成された連結プリコーディング行列を使用してデータをプリコーディングするステップと、プリコーディングされたデータをモバイル端末に送信するステップとを備える方法が提供される。

本発明の第６の態様によれば、プリコーディングのための装置であって、モバイル端末から受信された複数の最適プリコーディング行列のインデックスによって連結プリコーディング行列を構成するための構成手段と、構成された連結プリコーディング行列を使用してデータをプリコーディングするためのプリコーディング手段と、プリコーディングされたデータをモバイル端末に送信するための送信手段とを備える装置が提供される。

本発明の第７の態様によれば、プリコーディング行列を選択するための装置およびプリコーディングのための装置を備える通信システムが提供される。

本発明の他の目的および効果は、添付の図面に関連して行われる本発明の原理を例示する以下の特定の実施形態の説明から、より明らかになり、理解するのがより容易になるであろう。

本発明によるコードブックを構成するための装置のブロック図である。 本発明によるコードブックを構成するための方法の流れ図である。 本発明によるプリコーディング行列を選択するための装置のブロック図である。 本発明によるプリコーディング行列を選択するための方法の流れ図である。 本発明によるプリコーディングのための装置のブロック図である。 本発明によるプリコーディングのための方法の流れ図である。 本発明による連結プリコーディング、理想的プリコーディング、および既存のプリコーディング技術それぞれのシミュレーション結果間の比較を例示する図である。 本発明による連結プリコーディング、本発明による位相および／または振幅加重連結プリコーディング、理想的プリコーディング、ならびに既存のプリコーディング技術それぞれのシミュレーション結果間の比較を例示する図である。

同じ参照数字は、前述の図全体にわたって同様の、類似の、または対応する特徴もしくは機能を示す。

次に、本発明は、添付の図面を参照しながらより詳細に説明され、例示される。本発明の図および実施形態は、例示目的のためだけであり、本発明の保護範囲を限定するためではないことを理解されたい。

本発明では、コードブックは、プリコーディング行列の集合である。コードブックでは、各プリコーディング行列は、対応するプリコーディング行列がそれを介して見つけられるインデックスに対応する。コードブックは、標準によって移動局および基地局に予め記憶されてもよく、あるいはシグナリングによって移動局または基地局に送信されてもよい。

例示目的のために、本発明の特定の実施形態では、単一基地局ＭＩＭＯにおいては、１つの基地局が４つの送信アンテナを有し、一方、複数基地局ＭＩＭＯにおいては、それぞれが２つの送信アンテナを有する２つの基地局があり、１つのモバイル端末が２つの受信アンテナを有する。基地局からモバイル端末へのチャネル・モデルはＨである。複数基地局ＭＩＭＯでは、３つ以上の基地局が一緒に１つの移動局にサービスする場合に関しては、本発明による以下の実施形態を敷衍するだけで当業者は十分理解することができる。本発明の複数基地局ＭＩＭＯの実施形態において使用される２つの基地局は、例示目的のためだけであり、本発明を限定すると解釈されるべきではないことが指摘されるべきである。

図１は、本発明によるコードブックを構成するための装置のブロック図である。図１では、装置１００は、基地局の送信アンテナ上のグループ化情報およびチャネル・モデルによって各送信アンテナ・グループに対応するプリコーディング行列を判定し、判定されたプリコーディング行列を使用してコードブックを構成する。具体的には、装置１００は、受信手段１１０、チャネル・モデル取得手段１２０、およびプリコーディング行列判定手段１３０を備える。それらのうち、受信手段１１０は、基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信するように構成され、チャネル・モデル取得手段１２０は、移動局と基地局との間のチャネルのチャネル・モデルを取得するように構成され、プリコーディング行列判定手段１３０は、プリコーディングのために使用されるコードブックを構成するために、グループ化情報およびチャネル・モデルによって各送信アンテナ・グループに対応するプリコーディング行列を判定するように構成される。

一実施形態では、プリコーディング行列判定手段１３０は、予め決められた基準を満たす最適プリコーディング行列を判定するために、グループ化情報およびチャネル・モデルを予め決められた基準に適用するための手段をさらに備える。

他の実施形態では、プリコーディング行列判定手段１３０は、グループ化情報およびチャネル・モデルによって、弦距離、投影２ノルム距離、またはフビニ・スタディ距離を最小にするプリコーディング行列を計算するための手段と、この距離を最小にするプリコーディング行列を最適プリコーディング行列と判定するための手段とをさらに備える。

図２は、コードブックを構成するための方法の流れ図を例示する。図２におけるステップは、それぞれ、図１における対応する手段によって実行されることが可能であることが指摘されるべきである。

ステップ２０１において、基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報が受信される。

本発明のコードブックを構成するための方法は、単一基地局ＭＩＭＯおよび複数基地局ＭＩＭＯの両方に適用されることが可能である。この実施形態では、４つの送信アンテナを有する単一基地局ＭＩＭＯが仮定される。さらに、基地局の４つの送信アンテナは、それぞれが２つのアンテナを有する２つのグループに分類されることが仮定される。実際の適用形態では、本発明の方法は、４つのアンテナを有する単一の基地局だけに限定されるのではなく、より多くの送信アンテナを有する単一の基地局に適用されてもよく、または複数の基地局に適用されてもよいことが指摘されるべきである。

一実施形態では、グループ化情報は、ＭＩＭＯシステムにおける基地局の数、各基地局における送信アンテナの数、基地局のアンテナをグループ化した結果として生じるグループの数、各グループにおけるアンテナの数などを含む。

本発明では、基地局のアンテナは、様々なやり方でグループ化される。例えば、システムが１つの基地局しか備えず、この基地局が４つの送信アンテナを有する場合は、これらのアンテナは、それぞれが２つのアンテナを有する２つのグループに均等に分類されてよく、これに関しては、これらのアンテナは、１つのグループが３つのアンテナを有し、もう１つのグループが１つのアンテナしか有しない２つのグループに不均等に分類されてもよい。システムが、複数の基地局、例えば２つのＢＳを備え、各基地局が２つの送信アンテナを有する場合は、各基地局における２つのアンテナは、２つのアンテナ・グループがそれによって取得されるグループに分類されてよく、これに関しては、各基地局におけるアンテナのうちの１つは、２つのアンテナ・グループがそれによって取得されるグループとみなされてよい。

本発明では、アンテナをグループ化する様々なやり方が存在し、各グループのアンテナの数が大きすぎない限り実行可能である。各グループのアンテナの数をアンテナの総数より小さくするだけで、対応するプリコーディング行列の大きさを低減し、プリコーディングの柔軟性をさらに改善することが可能である。

グループ化情報は、光ディスクもしくはフロッピーディスクなどのハードディスクもしくは取外し可能なメモリに記憶されるか、インターネットもしくは他のコンピュータを介してダウンロードされるか、または図２に例示されている方法の実行中に装置によってリアルタイムで判定される。

ステップ２０２において、モバイル端末と基地局との間のチャネルのチャネル・モデルが取得される。

本発明の実施形態では、チャネル・モデルは、光ディスクもしくはフロッピーディスクなどのハードディスクもしくはメモリに予め記憶されるか、またはインターネットまたは他のコンピュータを介してダウンロードされる。

一実施形態では、チャネル・モデルはチャネル行列Ｈを使用して表される。従来技術では、チャネル・モデルを評価するための様々な方法があるので、当業者はチャネル行列を従来技術によって容易に取得することができ、したがって、ここでは詳細は省略される。

ステップ２０３において、プリコーディングのために使用されるコードブックを構成するために、各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列が、ステップ２０１において取得されたグループ化情報およびステップ２０２において取得されたチャネル・モデルによって判定される。

一実施形態では、各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列を判定するプロセス中に、グループ化情報およびチャネル・モデルは、予め決められた基準を満たす最適プリコーディング行列を判定するために、予め決められた基準に適用される。

一実施形態では、各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列を判定するプロセスが以下のように説明される。グループ化情報およびチャネル・モデルによって、弦距離、投影２ノルム距離またはフビニ・スタディ距離を最小にするプリコーディング行列を計算し、この距離を最小にするプリコーディング行列を最適プリコーディング行列と判定する。

一実施形態では、予め決められた基準が、受信機アーキテクチャ（最小平均二乗誤差ＭＭＳＥ、最大尤度ＭＬなど）およびパフォーマンス・メトリック（キャパシティ、ビット誤り率など）（Ｄ．Ｊ．Ｌｏｖｅら、「Ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｕｎｉｔａｒｙ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．８、２００５年参照）に応じて選択される。

一実施形態では、ユークリッド距離（最小特異値を最大にすることに相当する）を最小にするために予め決められた基準が選択される。ＭＭＳＥ検出が受信機において使用される場合は、まず、それぞれのアンテナ・グループに対応するプリコーディング行列のグループが設定され（そのようなプリコーディング行列のインデックスはアンテナ・グループのインデックスに等しい）、連結プリコーディング行列がそれぞれのプリコーディング行列によって取得され、積行列の最小特異値を得るためにチャネル行列および連結プリコーディング行列の積行列が計算され、次いで、それぞれのアンテナ・グループに対応するプリコーディング行列が再設定され、前述のプロセスが繰り返され、複数の最小特異値のうちの最大のものを判定するために、設定の回数の結果として生じる複数の最小特異値が比較され、最後に、最大の最小特異値に対応するプリコーディング行列が最適プリコーディング行列として取得される。

式

は、前述のプロセスを記述し、式中、λ_ｍｉｎ｛・｝は最小特異値を計算する演算子であり、

は、２つのプリコーディング行列を表し、

（以下、「Ｗ^〜」とも記載する）は、

によって取得された連結プリコーディング行列を表し、Ｈはチャネル・モデルを表す行列である。

一実施形態では、それぞれのプリコーディング行列から取得される連結プリコーディング行列は、それぞれのプリコーディング行列を直接結合して１つの大きなプリコーディング行列にすることにより実現される。例えば、２つのアンテナ・グループがある場合、アンテナ・グループに対応するプリコーディング行列も合計、例えばそれぞれ

によって表される２つになり、ここで、

であり、

の結合は、

である。

上記で示されたＷ^〜は、

によって取得された連結プリコーディング行列である。一実施形態では、正規化要件を満たすために、連結プリコーディング行列Ｗ^〜が、例えば、連結プリコーディング行列Ｗ^〜に加重係数（√２）／２をかけて加重される。他の実施形態では、複数のプリコーディング行列

がそれぞれ加重され、次いで、複数の加重されたプリコーディング行列が結合されて１つの連結プリコーディング行列にされる。

図２に例示されている方法によって、プリコーディング行列を含むコードブックが取得され、各プリコーディング行列は一意のインデックスに対応する。このコードブックでは、対応するプリコーディング行列は、インデックスによって見つけられることが可能である。一実施形態では、コードブックは、基地局およびモバイル端末がプリコーディング行列を同時に選択することができるように通信システムの基地局およびモバイル端末にそれぞれ記憶される。例えば、モバイル端末が基地局にプリコーディング行列のインデックスを送信した場合、基地局は、そのインデックスによってコードブックを見つけることができ、それによって、モバイル端末が基地局にどのプリコーディング行列を使用してもらいたいかを判定することができる。

一実施形態では、図２に例示されているようなコードブック構成方法によって取得されたコードブックは、モバイル端末および基地局が同じコードブックを有しプリコーディング行列を同時に選択することができるように、モバイル端末および基地局にそれぞれ記憶される。

本発明では、図１に例示されている図２のコードブック構成方法を実行するための装置は、モバイル端末、基地局、または通信システム内の他のサーバなどでよい。

装置がモバイル端末である場合は、モバイル端末はそれ自体にコードブックを記憶してコードブックを構成し、構成されたコードブックを、モバイル端末および基地局が同じコードブックを有するように、基地局に送信する。

装置が基地局である場合は、基地局はそれ自体にコードブックを記憶してコードブックを構成し、構成されたコードブックを、基地局およびモバイル端末が同じコードブックを有するように、モバイル端末に送信する。

装置がモバイル端末および基地局以外の通信システム内のサーバである場合は、サーバによって構成されるコードブックは、モバイル端末および基地局が同じコードブックを有するようにモバイル端末および基地局にそれぞれ送信される。

図３は、本発明によるプリコーディング行列を選択するための装置３００のブロック図を例示する。装置３００は、受信手段３１０と、チャネル・モデル取得手段３２０と、プリコーディング行列選択手段３３０と、送信手段３４０とを備える。それらのうち、受信手段３１０は、基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信するためのものであり、チャネル・モデル取得手段３２０は、基地局からのチャネルを評価してチャネル・モデルを取得するためのものであり、プリコーディング行列選択手段３３０は、チャネル・モデルに基づいて、コードブックから各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列を選択するためのものであり、送信手段３４０は、基地局が連結プリコーディングを実行することができるように各最適プリコーディング行列のインデックスを基地局に送信するためのものである。

一実施形態では、プリコーディング行列選択手段３３０は、予め決められた基準を満たすプリコーディング行列を判定するためにグループ化情報およびチャネル・モデルを予め決められた基準に適用するための手段と、予め決められた基準を満たすプリコーディング行列に合致するプリコーディング行列を最適プリコーディング行列としてコードブック内で検索するための手段とをさらに備える。

一実施形態では、プリコーディング行列選択手段３３０に備えられた手段であって、予め決められた基準を満たすプリコーディング行列を判定するためにグループ化情報およびチャネル・モデルを予め決められた基準に適用するための手段は、グループ化情報およびチャネル・モデルによって、弦距離、投影２ノルム距離またはフビニ・スタディ距離を最小にするプリコーディング行列を計算するための手段と、この距離を最小にするプリコーディング行列を最適プリコーディング行列と判定するための手段とをさらに備える。

一実施形態では、図３に例示されており、本発明によるプリコーディング行列を選択するための装置は、モバイル端末である。

図４は、本発明によるプリコーディング行列を選択するための方法の流れ図を例示する。図４におけるステップは、それぞれ、図３における対応する手段によって実行されることが可能であることが指摘されるべきである。

ステップ４０１において、グループ化情報が基地局の複数の送信アンテナで受信される。

本発明のコードブックを構成するための方法は、単一基地局ＭＩＭＯおよび複数基地局ＭＩＭＯの両方に適用されることが可能である。この実施形態では、４つの送信アンテナを有する単一基地局ＭＩＭＯが仮定される。さらに、基地局の４つの送信アンテナは、それぞれが２つのアンテナを有する２つのグループに分類されることが仮定される。実際の適用形態では、本発明の方法は、４つのアンテナを有する単一の基地局だけに限定されるのではなく、より多くの送信アンテナを有する単一の基地局に適用されてもよく、または複数の基地局に適用されてもよいことが指摘されるべきである。

一実施形態では、グループ化情報は、ＭＩＭＯシステムにおける基地局の数、各基地における送信アンテナの数、基地局のアンテナを分類した結果として生じるグループの数、および各グループにおけるアンテナの数を含む。

一実施形態では、基地局のアンテナが様々なやり方でグループ化される。例えば、システムが１つの基地局しか備えず、その基地局が４つの送信アンテナを有する場合は、これらのアンテナは、それぞれが２つのアンテナを有する２つのグループに均等に分類されてよく、これに関しては、これらのアンテナは、１つのグループが３つのアンテナを有し、もう１つのグループが１つのアンテナしか有しない２つのグループに不均等に分類されてもよい。システムが複数の基地局、例えば２つのＢＳを備え、各基地局が２つの送信アンテナを有する場合は、各基地局における２つのアンテナは、２つのアンテナ・グループがそれによって取得されるグループに分類されてよく、これに関しては、各基地局におけるアンテナのうちの１つは、２つのアンテナ・グループがそれによって取得されるグループとみなされてよい。

本発明では、アンテナをグループ化する様々なやり方が存在し、各グループのアンテナの数が大きすぎない限り実行可能である。各グループのアンテナの数をアンテナの総数より小さくするだけで、対応するプリコーディング行列の大きさを低減し、プリコーディングの柔軟性をさらに改善することが可能である。

本発明では、グループ化情報は、ハードディスク、または光ディスクもしくはフロッピーディスクのような取外し可能なメモリに記憶されるか、インターネットもしくは他のコンピュータを介してダウンロードされるか、または図４に例示されている方法の実行中に装置によってリアルタイムで判定される。

ステップ４０２において、チャネル・モデルを取得するために基地局からのチャネルが評価される。

一実施形態では、チャネル・モデルは、チャネル行列Ｈを使用して表される。従来技術にはチャネル・モデルを評価するための様々な方法があるので、当業者は従来技術によってチャネル行列を容易に取得することができ、したがって、ここでは詳細は省略される。

ステップ４０３において、各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列が、ステップ４０１において取得されたグループ化情報およびステップ４０２において取得されたチャネル・モデルに基づいて、コードブックから選択される。

一実施形態では、グループ化情報およびチャネル・モデルは、予め決められた基準を満たすプリコーディング行列を判定するために、予め決められた基準に適用される。

一実施形態では、弦距離、投影２ノルム距離またはフビニ・スタディ距離を最小にするプリコーディング行列がグループ化情報およびチャネル・モデルによって計算され、それに続いて、この距離を最小にするプリコーディング行列が、予め決められた基準を満たすプリコーディング行列と判定される。

一実施形態では、予め決められた基準は、受信機アーキテクチャ（最小平均二乗誤差ＭＭＳＥ、最大尤度ＭＬなど）およびパフォーマンス・メトリック（キャパシティ、ビット誤り率など）に応じて選択される。

一実施形態では、ＭＭＳＥ検出が受信機において使用されると仮定する。まず第１に、それぞれのアンテナ・グループに対応するプリコーディング行列のグループが設定され、連結プリコーディング行列がそれぞれのプリコーディング行列によって取得され、積行列の最小特異値を取得するためにチャネル行列および連結プリコーディング行列の積行列が計算され、次いで、それぞれのアンテナ・グループに対応するプリコーディング行列が再設定され、前述のプロセスが繰り返され、複数の最小特異値のうちの最大のものを判定するために設定の回数の結果として生じる複数の最小特異値が比較され、最後に、最大の最小特異値に対応するプリコーディング行列が最適プリコーディング行列として取得される。

一実施形態では、それぞれのプリコーディング行列から取得された連結プリコーディング行列が、それぞれのプリコーディング行列を直接結合して１つの大きなプリコーディング行列にすることにより実現される。他の実施形態では、連結プリコーディング行列が、正規化要件を満たすために加重される。他の実施形態では、複数のプリコーディング行列がそれぞれ加重され、次いで、複数の加重されたプリコーディング行列が結合されて１つの連結プリコーディング行列にされる。

次いで、予め決められた基準を満たすプリコーディング行列に合致するプリコーディング行列が最適プリコーディング行列としてコードブック内で検索される。一実施形態では、予め決められた基準を満たすプリコーディング行列をコードブックに含まれているプリコーディング行列のそれぞれと比較することにより、最小の違いを有する行列が判定され、予め決められた基準を満たすプリコーディング行列に合致するプリコーディング行列として使用される。一方、合致するプリコーディング行列に対応するインデックスが判定される。

一実施形態では、コードブックが基地局およびモバイル端末に予め記憶され、このコードブックは完全に同一である。コードブックは、図２に例示されている方法によって取得されてもよく、またはユーザによって予め設定されてもよい。

ステップ４０４において、基地局が連結プリコーディングを実行することができるように最適プリコーディング行列のインデックスが基地局に送信される。

図５は、本発明によるプリコーディングのための装置５００のブロック図を例示する。装置５００は、構成手段５１０、プリコーディング手段５２０、および送信手段５３０を備える。それらのうち、構成手段５１０は、モバイル端末から受信された複数の最適プリコーディング行列のインデックスによって連結プリコーディング行列を構成するためのものであり、プリコーディング手段５２０は、構成された連結プリコーディング行列を使用してデータをプリコーディングするためのものであり、送信手段５３０は、プリコーディングされたデータをモバイル端末に送信するためのものである。

一実施形態では、構成手段５１０は、複数の最適プリコーディング行列のインデックスに対応するプリコーディング行列をコードブック内で検索するための手段、および複数の検索されたプリコーディング行列を結合して連結プリコーディング行列にするための手段をさらに備える。

一実施形態では、複数の検索されたプリコーディング行列を結合して連結プリコーディング行列にするための手段は、複数の検出されたプリコーディング行列をそれぞれ加重するための手段、および複数の加重されたプリコーディング行列を結合して連結プリコーディング行列にするための手段をさらに備える。

一実施形態では、複数の検索されたプリコーディング行列を結合して連結プリコーディング行列にするための手段は、正規化を実現するために連結プリコーディング行列を加重する手段をさらに備える。

一実施形態では、図５に例示されているような本発明によるプリコーディングのための装置は、基地局である。

図６は、本発明の実施形態によるプリコーディングのための方法のブロック図を例示する。図６におけるステップは、それぞれ、図５における対応する手段によって実行されることが可能であることに留意されたい。

ステップ６０１において、連結プリコーディング行列が、モバイル端末から受信された複数の最適プリコーディング行列のインデックスによって構成される。

一実施形態では、複数の最適プリコーディング行列のインデックスに対応するプリコーディング行列がコードブック内で検索される。例えば、２つのアンテナ・グループの場合、２つの最適プリコーディング行列のインデックスがモバイル端末から受信される。次いで、対応する２つのプリコーディング行列が、基地局に記憶されているコードブック内で検索される。

次に、複数の検索されたプリコーディング行列が結合されて１つの連結プリコーディング行列にされる。一実施形態では、それぞれのプリコーディング行列から取得される連結プリコーディング行列が、それぞれのプリコーディング行列を直接結合して１つの大きなプリコーディング行列にすることにより実現される。例えば、２つのアンテナ・グループがある場合、それらのアンテナ・グループに対応するプリコーディング行列も合計、例えばそれぞれ

によって表される２つになり、ここで、

であり、

の結合は、

である。

上記で示されたＷ^〜は、

によって取得された連結プリコーディング行列である。

一実施形態では、複数の検索されたプリコーディング行列がそれぞれ加重され、次いで、複数の加重されたプリコーディング行列が結合されて１つの連結プリコーディング行列にされる。例えば、連結プリコーディング行列Ｗ^〜が、式

によって示されるように、正規化要件を満たすために加重係数（√２）／２によって加重される。

他の実施形態では、連結プリコーディング行列が、式

によって示されるように、正規化要件を満たすために加重、例えば位相および／または振幅加重される。ここで、

である。θおよびφは、ある一定の最適化基準（例えば、移動局において受信されたＳＩＮＲを最大化すること）によって移動局において量子化されてもよい。例えば、値は、均一な量子化によってθおよびφの値の範囲から取られる。

は、連結プリコーディング行列Ｗ^〜がより柔軟に判定されるように、θおよびφの値の範囲内で取られる様々な値によって加重される。

ステップ６０２において、データが、構成された連結プリコーディング行列を使用してプリコーディングされる。

データは、従来技術におけるプリコーディング方法によってのように、連結プリコーディング行列でプリコーディングされてよい。例えば、プリコーディングは、ＺＦ（ゼロフォーシング）基準（Ｒ１−０７１５１０、「Ｄｅｔａｉｌｓ ｏｆ Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ＭＵ−ＭＩＭＯ ｆｏｒ ＤＬ ＥＵＴＲＡ、Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｃ．、３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃４８ｂｉｓ、２００７年３月参照）を使用して実行される。当業者は、プリコーディングを任意の他の利用可能な従来技術によって実行することができるが、それはここでは詳述されない。

ステップ６０３において、プリコーディングされたデータがモバイル端末に送信される。

図７は、本発明による連結プリコーディング、理想的プリコーディング、および既存のプリコーディング技術それぞれのシミュレーション結果間の比較を例示する。図７では、横軸は信号対雑音比（ＳＮＲ）を表し、縦軸は、システムの有効性を測定するためのものであるキャパシティを表す。ｂｐｓ／Ｈｚ単位のキャパシティは、単位帯域幅伝送チャネルを介しての１秒あたりの伝送可能ビット数と定義される。キャパシティは、単位帯域幅を通過するデータ量のメトリックであり、このようにして信号伝送技法によって帯域幅リソースの利用効率を測定する。

図７に例示されたシミュレーションでは、本発明の方法は、４つの送信アンテナを有する基地局と、２つの受信アンテナを有するモバイル端末と、ＭＭＳＥ検出器を有する２つのデータ・ストリーム送信機と、１つの空間無相関レイリー・フラット・フェージング・チャネルとを有する単一基地局ＭＩＭＯシステムを採用すると仮定する。図７では、以下の３つのプリコーディング方式間で比較が行われる。

方式１：送信機における理想的なチャネル状態情報（ＣＳＩ）に基づくプリコーディング。この場合、送信機は、従来の特異値分解（ＳＶＤ）に基づいて最適プリコーディングを実行する。

方式２：従来技術による４ビットＤＦＴベースのコードブックに基づくプリコーディング。

方式３：本発明による連結プリコーディング。

図７から明らかなように、同じ信号対雑音比（ＳＮＲ）の前提のもとで、本発明の連結プリコーディング方法のキャパシティ（３）は、従来技術の４ビットＤＦＴプリコーディング（２）より理想的な場合（１）に近い。これは、主に、本発明の連結プリコーディング方法の距離特性が従来技術の４ビットＤＦＴプリコーディングより良いことによる。

表１に示されている解析結果は、これに対するサポートを提供する。表１では、レート１の伝送およびレート２の伝送に関する、本発明の連結プリコーディング方法と従来技術の４ビットＤＦＴプリコーディングとの間の最小弦距離、投影２ノルム距離、およびフビニ・スタディ距離の比較が行われる。レート１およびレート２は、異なるデータ・ストリームを対象とし、この場合、レート１は、１つのデータ・ストリームの伝送を表し、一方、レート２は２つのデータ・ストリームの伝送を表す。これらの距離は、プリコーディング行列の構成が良いか否かを評価するために有効なメトリックである。最小距離が大きいほど、コードブックは良い。

図８は、本発明による連結プリコーディング、本発明による位相および／または振幅加重された連結プリコーディング、理想的プリコーディング、ならびに既存のプリコーディング技術それぞれのシミュレーション結果間の比較を例示する。図８では、横軸は信号対雑音比を表し、縦軸はキャパシティを表す。

図８から明らかなように、同じ信号対雑音比（ＳＮＲ）の前提のもとで、本発明による連結プリコーディング方法（２）ならびに本発明による位相および／または振幅加重された連結プリコーディング（３）は、従来技術の４ビットＤＦＴプリコーディング（４）より大きいキャパシティを有する。さらに、非加重連結プリコーディング方法（２）と比較して、加重された連結プリコーディング（３）は、理想的な場合（１）により近い。

本発明は、新規の有効なコードブック構成方法を提供し、それによって、コードブック内のより小さいプリコーディング行列を連結することにより、１つの大きな連結プリコーディング行列が取得される。本発明の方法は、特に、複数基地局ＭＩＭＯシステム、および大きな数の送信アンテナを有する単一基地局ＭＩＭＯシステムに適用可能である。本発明の方法によって構成されたコードブックは、弦距離、投影２ノルム距離およびフビニ・スタディ距離弦距離の点で良い距離特性を有する。さらに、本発明のプリコーディング行列の連結は干渉不確実性問題を引き起こさないので、本発明による方法は、通信システムにおいて干渉を増大しない。

コードブック構成は複数基地局調整において必要とされる基地局の大きさに関係がなく、複数基地局協調における様々な変化に適応するのに十分柔軟であるので、本発明は、複数基地局ＭＩＭＯシステムに適している。さらに、本発明は、コンスタントモジュロ、ネスト構造、後方互換性、高スケーラビリティなどのような他の利点を有する。

本発明において開示されたような方法は、ソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアおよびハードウェアの組合せで実施されることが可能であることが指摘されるべきである。ハードウェア部分は、専用ロジックを使用することにより実装されることが可能であり、ソフトウェア部分は、メモリに記憶され、マイクロプロセッサ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）またはメインフレームコンピュータなどの適切な命令実行システムによって実行されることが可能である。

本発明の明細は、例示および説明の目的のために提示されたものであり、網羅的であることを意図するものではなく、開示された形の発明に限定することを意図するものでもない。多くの変更および変形が当業者には明らかであろう。

したがって、実施形態は、本発明の原理および実際の適用を最もよく説明し、本発明の趣旨から逸脱することなく行われるすべての変更および代替が添付の特許請求の範囲で定義された本発明の保護範囲に含まれることを他の当業者が理解することができるようにするために選択され説明された。

Claims (15)

1. コードブックを構成する方法であって、
   （１）基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信するステップであって、前記グループ化情報はＭＩＭＯシステムにおける基地局の数、各基地局における送信アンテナの数、基地局のアンテナを分類した結果として生じるグループの数、および各グループにおけるアンテナの数を含むステップと、
   （２）モバイル端末と前記基地局との間のチャネルのチャネル・モデルを取得するステップと、
   （３）プリコーディングのために使用されるコードブックを構成するために、前記グループ化情報および前記チャネル・モデルによって各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列を判定するステップと、
   を含む方法。
2. ステップ（３）が、
   予め決められた基準を満たす最適プリコーディング行列を判定するために、前記グループ化情報および前記チャネル・モデルを前記予め決められた基準に適用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記予め決められた基準を満たす最適プリコーディング行列を判定する前記ステップが、
   前記グループ化情報および前記チャネル・モデルによって、弦距離、投影２ノルム距離またはフビニ・スタディ距離を最小にするプリコーディング行列を計算するステップと、
   前記距離を最小にする前記プリコーディング行列を前記最適プリコーディング行列と判定するステップとをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. コードブックを構成する装置であって、
   基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信する受信手段であって、前記グループ化情報はＭＩＭＯシステムにおける基地局の数、各基地局における送信アンテナの数、基地局のアンテナを分類した結果として生じるグループの数、および各グループにおけるアンテナの数を含む受信手段と、
   モバイル端末と前記基地局との間のチャネルのチャネル・モデルを取得するチャネル・モデル取得手段と、
   プリコーディングのために使用されるコードブックを構成するために、前記グループ化情報および前記チャネル・モデルによって各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列を判定するプリコーディング行列判定手段と、
   を備える装置。
5. プリコーディング行列を選択する方法であって、
   （１）基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信するステップであって、前記グループ化情報はＭＩＭＯシステムにおける基地局の数、各基地局における送信アンテナの数、基地局のアンテナを分類した結果として生じるグループの数、および各グループにおけるアンテナの数を含むステップと、
   （２）前記基地局からのチャネルを評価してチャネル・モデルを取得するステップと、
   （３）前記グループ化情報および前記チャネル・モデルに基づいて、コードブックから各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列を選択するステップと、
   （４）前記基地局が連結プリコーディングを実行するように各最適プリコーディング行列のインデックスを前記基地局に送信するステップと、
   を含む方法。
6. ステップ（３）が、
   予め決められた基準を満たすプリコーディング行列を判定するために、前記グループ化情報および前記チャネル・モデルを前記予め決められた基準に適用するステップと、
   前記予め決められた基準を満たす前記プリコーディング行列に合致するプリコーディング行列を前記最適プリコーディング行列として前記コードブック内で検索するステップとをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記予め決められた行列を満たすプリコーディング行列を判定する前記ステップが、
   前記グループ化情報および前記チャネル・モデルによって、弦距離、投影２ノルム距離またはフビニ・スタディ距離を最小にするプリコーディング行列を計算するステップと、
   前記距離を最小にする前記プリコーディング行列を前記最適プリコーディング行列と判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. プリコーディング行列を選択する装置であって、
   基地局の複数の送信アンテナでグループ化情報を受信する受信手段であって、前記グループ化情報はＭＩＭＯシステムにおける基地局の数、各基地局における送信アンテナの数、基地局のアンテナを分類した結果として生じるグループの数、および各グループにおけるアンテナの数を含む受信手段と、
   前記基地局からのチャネルを評価してチャネル・モデルを取得するチャネル・モデル取得手段と、
   前記グループ化情報および前記チャネル・モデルに基づいて、コードブックから各アンテナ・グループに対応する最適プリコーディング行列を選択するプリコーディング行列選択手段と、
   前記基地局が連結プリコーディング行列を実行するように各最適プリコーディング行列のインデックスを前記基地局に送信する送信手段と、
   を備える装置。
9. 前記プリコーディング行列選択手段が、
   予め決められた基準を満たすプリコーディング行列を判定するために、前記グループ化情報および前記チャネル・モデルを前記予め決められた基準に適用する手段と、
   前記予め決められた基準を満たす前記プリコーディング行列に合致するプリコーディング行列を前記最適プリコーディング行列として前記コードブック内で検索する手段とをさらに備える、請求項８に記載の装置。
10. プリコーディングのための方法であって、
    （１）請求項５に記載の方法を用いて最適プリコーディング行列を選択するモバイル端末から受信された複数の最適プリコーディング行列のインデックスによって連結プリコーディング行列を構成するステップと、
    （２）前記構成された連結プリコーディング行列を使用してデータをプリコーディングするステップと、
    （３）前記プリコーディングされたデータを前記モバイル端末に送信するステップと、
    を備える方法。
11. ステップ（１）が、
    前記複数の最適プリコーディング行列の前記インデックスに対応するプリコーディング行列をコードブック内で検索するステップと、
    前記検索されたプリコーディング行列を結合して前記連結プリコーディング行列にするステップとをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
12. 前記検索されたプリコーディング行列を結合して前記連結プリコーディング行列にする前記ステップが、
    前記検索されたプリコーディング行列をそれぞれ加重するステップと、
    前記加重されたプリコーディング行列を結合して前記連結プリコーディング行列にするステップとをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
13. 前記検索されたプリコーディング行列を結合して前記連結プリコーディング行列にする前記ステップが、
    正規化を実現するために前記連結プリコーディング行列を加重するステップをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
14. プリコーディングのための装置であって、
    請求項８に記載の装置を備え、最適プリコーディング行列を選択するモバイル端末から受信された複数の最適プリコーディング行列のインデックスによって連結プリコーディング行列を構成する構成手段と、
    前記構成された連結プリコーディング行列を使用してデータをプリコーディングするたプリコーディング手段と、
    前記プリコーディングされたデータを前記モバイル端末に送信する送信手段と、
    を備える装置。
15. 通信システムであって、
    請求項８に記載の装置と、
    請求項１４に記載の装置と、
    を備える通信システム。

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