JP5611447B2 - 情報フィードバックおよびプリコーディングの方法および装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、全般的には無線通信システムに関し、より具体的には、ダウンリンク情報フィードバックおよびプリコーディングの方法および装置に関する。

複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）無線通信システムでは、送信器と受信器との両方が、豊かなダイバーシティおよび大きい通信容量を提供するためにアンテナ・アレイを使用する。空間多重化は、独立のデータ・ストリームが異なる送信アンテナを介して送信される、ＭＩＭＯ通信システムの一般的な時空間変調技法である。残念ながら、空間多重化は、チャネルの悪条件に非常に敏感である。このために、空間多重化の適応性を改善するためにプリコーディング技法が使用される。

プリコーディングの機能は、チャネル条件に基づいて、送信されるデータ・ストリームを前処理し、データ・ストリームをそれぞれの送信アンテナにマッピングすることである。ロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）システムおよびＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ−Ａ）システムでは、コードブック・ベースの制限付きフィードバック・プリコーディング（ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）技法が、送信する側で使用される。

制限付きフィードバック・プリコーディングについて、少なくとも２つのフィードバック機構すなわち、明示的フィードバックおよび暗黙のフィードバックがある。明示的フィードバックでは、受信器は、チャネル条件に関する情報を送信器にフィードバックし、その後、送信器は、フィードバック・チャネル条件に基づいて、送信されるデータ・ストリームをプリコーディングする。暗黙のフィードバックは、シングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）またはマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）など、異なる仮定について異なるフィードバック・モードを定義する。一般に、暗黙のフィードバックでは、受信器は、チャネル条件に基づいて、送信器と受信器との両方にとって既知の有限のコードブックから最適プリコーダを選択し、その後、最適プリコーダに関する情報（たとえば、インデックス）を送信器にフィードバックする。

これまでは、既存の仕様で定義されるプリコーディング・コードブックを使用することによってシングルユーザ１ランク相関適応性が実施される暗黙のフィードバック解決策が、Ｉｎｔｅｌ社、Ｈｕａｗｅｉ社などによって提案されている。「相関適応性」は、ダウンリンク空間相関行列を使用することによって事前定義のプリコーディング・コードブックを変更することを意味し、「ランク」は、送信器で送信されるデータ・ストリームの数を指す。しかし、提案された暗黙のフィードバック解決策は、シングルユーザＭＩＭＯシングルストリームの場合だけに関する。複数ランクの場合には、システム性能が素早く劣化する。また、既存の暗黙のフィードバック・システムでは、複数のユーザについて複数のデータ・ストリームを送信し、１ユーザあたり複数のデータ・ストリームを送信することが要求される。

ＬＴＥ−Ａの現在の標準化プロセスでは、制限付きフィードバック・プリコーディング技法は、まだ議論および調査の段階である。今のところ、固定されたプリコーディング・コードブックが、それでも、マルチユーザおよび複数データ・ストリームの場合について使用されるが、空間相関適応性を有する暗黙のフィードバック解決策は、単に、シングルユーザ・シングルストリームの場合に適応される。

Ｊｏｈｎ Ｇ．Ｐｒｏａｋｉｓ、「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」 Ｄ．Ｊ．Ｌｏｖｅ、Ｒ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ，Ｊｒ．、「Ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｕｎｉｔａｒｙ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇｓ ｆｏｒ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．８、２００５年、２９６７〜２９７６頁

したがって、当技術分野には、複数ストリームの場合に適応できる空間相関適応可能な暗黙のフィードバック解決策の必要がある。

本発明の１つの例示的な態様によれば、無線通信システム内のユーザ機器で通信データを処理する方法が提供される。この方法は、入手されたダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに基づいて基地局の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒを導出するステップと、空間相関行列Ｒに従ってプリコーディング・コードブックＦを変換するステップと、変換されたプリコーディング・コードブックに基づいてプリコーディング行列Ｆ_ｓを選択するステップと、空間相関行列Ｒに関する情報および選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報を基地局にフィードバックするステップとを含む。

一実施形態では、導出するステップは、前記空間相関行列Ｒを入手するために時間および／または周波数においてダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈの平均をとるステップを含むことができる。

一実施形態では、変換するステップは、空間相関行列Ｒを量子化するステップと、量子化された空間相関行列を用いてプリコーディング・コードブックを変換するステップとを含むことができる。プリコーディング・コードブック内の各符号語Ｆ_ｋは、Ｆ_Ｒ，ｋ＝ＲＦ_ｋに従って、変換されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｋを入手するために変換され、ｋ＝１，…，Ｋであり、Ｋは正の整数である。

一実施形態では、選択するステップは、Ｈ＝ＵΣＶ^Ｈを入手するために、ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈを特異値分解するステップと、理想的プリコーディング行列Ｖ_ｍとして特異値分解から入手されたユニタリ特異行列Ｖ内の要素の最初のｍ列をとるステップであって、ｍは、ユーザ機器に送信されるデータ・ストリームの数である、ステップと、空間相関行列を介して変換されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒと理想的プリコーディングＶ_ｍとの間の距離が最小化されるように、プリコーディング・コードブックからプリコーディング行列Ｆ_ｓを選択するステップとを含むことができる。距離は、

とすることができ、ｋ＝１，…，Ｋであり、Ｋは、正の整数であり、^Ｈは、共役転置を表し、｜｜・｜｜_Ｆは、フロベニウス・ノルムを表し、ａｂｓ（）は、行列のモジュラを表し、ｔｒ（）は、行列のトレースを表す。代替案では、距離は、弦距離、映写２ノルム距離（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｔｗｏ−ｎｏｒｍ ｄｉｓｔａｎｃｅ）、およびフビーニ−スタディ距離からなる群から選択され得る。

一実施形態では、選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報は、プリコーディング・コードブック内の選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓのインデックスであり、空間相関行列Ｒに関する情報は、空間相関行列コードブック内の空間相関行列Ｒのインデックスである。

本発明のもう１つの例示的態様によれば、無線通信システム内の基地局でのデータ・プリコーディングの方法が提供される。この方法は、ユーザ機器から、基地局の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒに関する情報およびユーザ機器によって選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報を入手するステップと、入手された情報およびプリコーディング・コードブックに基づいて、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを判定するステップと、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを用いてユーザ機器に送信されるダウンリンク・データをプリコーディングするステップとを含む。

一実施形態では、判定するステップは、選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報に基づいて、プリコーディング・コードブックから選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを取り出し、選択されたプリコーディング行列に関する情報は、プリコーディング・コードブック内の選択されたプリコーディング行列のインデックスを含み、空間相関行列Ｒに関する情報に基づいて、空間相関行列コードブックから空間相関行列Ｒを取り出し、空間相関行列Ｒに関する情報は、空間相関行列コードブック内の空間相関行列Ｒのインデックスを含む、ステップと、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを入手するために、空間相関行列Ｒを用いて選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを変換するステップとを含むことができる。

一実施形態では、プリコーディングするステップは、ユーザ機器の近似有効チャネル行列として所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓの共役転置をとるステップと、近似有効チャネル行列に基づいて、ユーザ機器に送信されるダウンリンク・データをプリコーディングするステップとを含むことができる。

もう１つの実施形態では、複数のユーザ機器がある場合に、プリコーディングするステップは、複数のユーザ機器のうちでその所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓが各他のプリコーディング行列に直交であるユーザ機器をスケジューリングするステップを含むことができる。

本発明のさらにもう１つの例示的態様によれば、無線通信システム内のユーザ機器で通信データを処理する装置が提供される。この装置は、入手されたダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに基づいて基地局の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒを導出するように構成された導出するモジュールと、空間相関行列Ｒに従ってプリコーディング・コードブックＦを変換するように構成された変換するモジュールと、変換されたプリコーディング・コードブックに基づいてプリコーディング行列Ｆ_ｓを選択するように構成された選択するモジュールと、空間相関行列Ｒに関する情報および選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報を基地局にフィードバックするように構成されたフィードバック・モジュールとを含むことができる。

本発明のさらなる例示的態様によれば、無線通信システム内の基地局でのデータ・プリコーディングの装置が提供される。この装置は、ユーザ機器から、基地局の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒに関する情報およびユーザ機器によって選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報を入手するように構成された入手するモジュールと、入手された情報およびプリコーディング・コードブックに基づいて、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを判定するように構成された判定するモジュールと、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを用いてユーザ機器に送信されるダウンリンク・データをプリコーディングするように構成されたプリコーディングするモジュールとを含むことができる。

本発明の実施形態を、シングルユーザＳＵ−ＭＩＭＯとマルチユーザＭＵ−ＭＩＭＯとの両方に適応可能とすることができる。さらに、ユーザ機器ごとに、単一のストリームまたは複数のストリームを有することができる。従来技術と比較して、各ユーザ機器（ＵＥ）に固有の空間相関情報が基地局（ｅＮＢ）にフィードバックされているので、空間相関適応可能コードブックを使用することによって、固定コードブックを使用するよりも大幅な性能利益を達成することができる。さらに、本発明で提案される解決策は、実施が簡単である。たとえば、現在のＬＴＥリリース８ ４−Ｔｘフィードバック・コードブックを、相関適応のベースライン・コードブックとして使用することができる。唯一の余分なシグナリング・オーバヘッドは、空間相関行列のフィードバックに使用されるはずである。さらに、本発明の実施形態の計算の複雑さは、非常に低い。

本発明のさまざまな実施形態の上記および他の態様、特徴、および利益は、たとえば、次の詳細な説明および添付図面からより十分に明白になる。

本発明の実施形態を実施できる無線通信システムの例示的環境を示す図である。 本発明の一実施形態による無線通信システム内のユーザ機器で通信データを処理する方法を示す例示的な論理流れ図である。 本発明の一実施形態による無線通信システム内の基地局でデータをプリコーディングする方法を示す例示的な論理流れ図である。 本発明の一実施形態による無線通信システム内のユーザ機器で通信データを処理する装置を示す概略構造図である。 本発明の一実施形態による無線通信システム内の基地局（ｅＮＢ）でデータをプリコーディングする装置を示す概略構造図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。 本発明の実施形態による解決策と従来技術の解決策との間のシミュレーション結果比較図である。

さまざまな図面の同様の符号および指定は、同様の要素を示す。

以下では、本発明の実施形態の例示的な説明を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照すると、本発明の実施形態を実施できる無線通信ネットワーク環境１００の例が示されている。図１に示されているように、無線通信ネットワーク環境１００には、１つの送信器１０１および複数の受信器１０２−１、１０２−２、…１０２−Ｌがあるものとすることができ、Ｌは、１以上の整数である。送信器１０１は、Ｍ個の送信アンテナを有し、各受信器は、Ｎ個の受信アンテナを有し、ＭおよびＮのいずれもが、１より大きい整数である。送信器は、受信器のそれぞれにｍ個のデータ・ストリームを送信し、ｍ≦ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）である。さまざまな実施形態では、送信器は、たとえば基地局（ＢＳ）とすることができ、あるいは、ＬＴＥシステムおよびＬＴＥ−ＡシステムではｅＮＢとして知られる。受信器１０２は、たとえばユーザ機器（ＵＥ）とすることができる。次の説明では、１つの基地局（ｅＮＢ）および複数のユーザ機器（ＵＥ）を、例示のための例としてとりあげる。

ユーザ機器（ＵＥ）と基地局（ｅＮＢ）との間のアップリンク・チャネルおよびダウンリンク・チャネルは対称ではないので、ｅＮＢは、ＵＥによってフィードバックされるダウンリンクに関する情報を必要とし、この情報に基づいて、ＵＥに送信されるデータをプリコーディングすることができる。

ここで図２を参照すると、図２は、本発明の一実施形態による無線通信システム内のユーザ機器ＵＥで通信データを処理する方法の例示的な論理流れ図を示す。次では、図２の流れを、図１に示された無線通信ネットワーク環境１００に関連して詳細に説明する。

図２に示されているように、ステップＳ２０１では、各ユーザ機器（ＵＥ）で、基地局（ｅＮＢ）のＭ個の送信アンテナの空間相関行列Ｒを、入手されたダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに基づいて導出し、ここで、Ｈは、Ｎ×Ｍの２次元行列であり、Ｒは、Ｍ×Ｍの２次元行列である。

一般に、ユーザ機器（ＵＥ）は、ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈを入手するために、基地局（ｅＮＢ）から受信したダウンリンク・チャネル信号に従ってチャネル推定を実行することができる。具体的には、チャネル推定をどのように実行すべきかは、当技術分野で周知である。Ｊｏｈｎ Ｇ．Ｐｒｏａｋｉｓ、「Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」を参照することができ、その説明は、ここでは省略する。

一実施形態では、入手されたダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈは、基地局のＭ個の送信アンテナの空間相関行列Ｒを得るために、時間および／または周波数において平均をとられる。たとえば、Ｒ＝Ｅ［Ｈ^Ｈ・Ｈ］であり、ここで、^Ｈは、共役転置を表す。言い替えると、Ｒは、複数の時点および／または複数の副搬送波でのＨ^Ｈ・Ｈの平均値である。

基地局（ｅＮＢ）の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒは、経時的にゆっくり変化する物理量である。したがって、２０ｍｓ超などの長い期間にわたって、ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈの平均をとることができる。

次に、ステップＳ２０２では、空間相関行列Ｒに従ってプリコーディング・コードブックＦを変換する。

制限付きフィードバック・プリコーディング技法では、ユーザ機器（ＵＥ）と基地局（ｅＮＢ）との両方に既知のプリコーディング・コードブックＦがある。プリコーディング・コードブックは、制限された数の符号語すなわちＫ個の符号語からなり、ここで、各符号語Ｆ_ｋは、Ｍ×ｍのプリコーディング行列であり、ｋ＝１、…、Ｋであり、Ｋは、正の整数である。そのようなプリコーディング・コードブックは、たとえば、ＬＴＥリリース８で定義されたプリコーディング・マトリクス・インデックス（ＰＭＩ）コードブック、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ標準規格で定義されたコードブックなどとすることができる。

ｍは、基地局（ｅＮＢ）からあるユーザ機器（ＵＥ）に送信されるデータ・ストリームの数である。送信されるデータ・ストリームの数は、通信システムによって前もってセットすることができ、あるいは、リアルタイム・チャネル条件に基づいて基地局によって動的に決定することができる。

一実施形態では、空間相関行列Ｒを量子化することができる。その後、プリコーディング・コードブックＦは、場合によっては、変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒを得るために、量子化された空間相関行列Ｒを用いて変換することができる。下付き_Ｒは、空間相関行列を用いて変換されたことを、すなわち、空間相関適応によって処理されたことを表す。

空間相関行列Ｒを量子化するために、多数の形を採用することができる。一実施形態では、空間相関行列Ｒを、空間相関行列コードブックに従って量子化することができる。プリコーディング・コードブックに似て、空間相関行列コードブックも、ユーザ機器（ＵＥ）と基地局（ｅＮＢ）との両方に既知のまたはこれに同期化される制限された数の行列からなるコードブックである。空間相関行列コードブックを設計するために、さまざまな形を採用することができる。本発明のさまざまな実施形態では、設計された空間相関行列だけが利用され、したがって、その設計の形は、本明細書では詳細に説明しない。

一実施形態では、プリコーディング・コードブックＦ内の各符号語Ｆ_ｋは、
Ｆ_Ｒ，ｋ＝ＲＦ_ｋ
に従って、対応する変換されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｋを入手するために変換される。

次に、ステップＳ２０３では、プリコーディング行列Ｆ_ｓを、変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒに基づいて選択する。

各ユーザ機器ｉ（ｉ＝１，…，Ｌ）では、使用が望まれるプリコーディング行列を、異なる選択判断基準に基づいてプリコーディング・コードブックから選択することができる。これらの選択判断基準は、たとえば、最尤判断基準（ＭＬ−ＳＣ）、最小特異値選択判断基準（ＭＳＶ）、最小平均二乗誤差選択判断基準（ＭＭＳＥ−ＳＣ）、および容量選択判断基準（Ｃａｐａｃｉｔｙ−ＳＣ）などとすることができる。

研究は、シングルユーザ・プリコーディングについて、これらの判断基準のすべてが実際には同等であることを示す。ユーザ機器（ＵＥ）によって選択された最適のプリコーディング行列は、ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈの主固有モード（ｐｒｉｍａｒｙ ｅｉｇｅｎ ｍｏｄｅ）の共役転置である。たとえば、Ｄ．Ｊ．Ｌｏｖｅ、Ｒ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ，Ｊｒ．、「Ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｕｎｉｔａｒｙ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇｓ ｆｏｒ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ、Ｖｏｌ．５１、Ｎｏ．８、２００５年、２９６７〜２９７６頁を参照することができる。

具体的には、ＵＥ ｉについて、その入手されたダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈ_ｉは、Ｈ_ｉ＝Ｕ_ｉΣ_ｉＶ_ｉ ^Ｈを得るために特異値分解（ＳＶＤ）される。Ｖ_ｉの要素の最初のｍ列が、Ｍ×ｍの２次元行列Ｖ_ｍ，ｉを構成するためにとられ、ここで、Ｖ_ｉは、特異値分解によって入手された右辺のＭ×Ｍの２次元ユニタリ行列である。ＵＥ ｉでは、最適プリコーディング行列は、Ｆ_{ｏｐｔ，ｉ}＝Ｖ_ｍ，ｉである。

上の結果を用いて、本発明の一実施形態では、好ましいプリコーディング行列に最も近いプリコーディング行列が、ステップ２０２で入手された変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒから選択される。変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒ内の各プリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｋを、別の角度からＦ_Ｒ，ｋ＝ＲＦ_ｋと表すことができるので、プリコーディング行列Ｆ_ｓは、空間相関行列Ｒを用いて変換されるプリコーディング行列と最適プリコーディング行列との間の距離が最小化されるように、固定されたプリコーディング・コードブックＦから選択される。

具体的には、一実施形態で、ユーザ機器ＵＥごとに、入手されたダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈは、Ｈ＝ＵΣＶ^Ｈを導出する特異値分解（ＳＶＤ）の対象になる。類似する処理が、各ユーザ機器ＵＥで実行され、次の説明が、ユーザ機器を表す下付きｉを省略することに留意されたい。

最適プリコーディング行列Ｖ_ｍとして上の特異値分解から導出された右辺ユニタリ特異行列Ｖの要素の最初のｍ列をとり、ここで、ｍは、ユーザ機器に送信されるデータ・ストリームの数を表す。変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒから、最適プリコーディング行列Ｖ_ｍからの最小の距離を有するプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを選択し、ここで、下付きｓは、選択されたプリコーディング行列を表す。そのような選択されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓは、まさに、ｅＮＢが使用することをユーザ機器が期待するプリコーディング行列である。上の選択プロセスを、

と表すことができ、ここで、

は、

の距離関数である。

一実施形態では、距離関数

を

とすることができ、ここで、^Ｈは、共役転置を表し、｜｜・｜｜_Ｆは、行列フロベニウス・ノルムを表し、ａｂｓ（）は、行列のモジュラを表し、ｔｒ（）は、行列のトレースを表す。

もう１つの実施形態では、距離関数は、他のノルム、たとえば弦距離、映写２ノルム距離、フビーニ−スタディ距離などを採用することができる。

変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒ内のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｋを、Ｆ_Ｒ，ｋ＝ＲＦ_ｋと表すことができるので、上の選択プロセスを、Ｒ^Ｈ＝Ｒなので

と表すこともできる。

言い替えると、プリコーディング行列Ｆ_ｓは、空間相関行列Ｒを用いて変換されるプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓと最適プリコーディング行列Ｖ_ｍとの間の距離が最小化されるように、固定されたプリコーディング・コードブックＦから選択される。

最後に、ステップＳ２０４では、ユーザ機器が、空間相関行列Ｒの関連情報および選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓの関連情報を基地局ｅＮＢにフィードバックすることができる。

一実施形態では、空間相関行列Ｒの関連情報は、空間相関行列ＲがステップＳ２０２で量子化される時の空間相関行列コードブック内の空間相関行列Ｒのインデックスを含み、選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓの関連情報は、固定されたプリコーディング・コードブックＦ内の選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓのインデックスを含む。

さらに、上で述べたように、空間相関行列Ｒは、経時的にゆっくり変化する物理量であり、したがって、フィードバック情報を、長期広帯域プリコーディング行列インデックスＰＭＩと呼ぶ場合もある。対照的に、ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈは、経時的に素早く変化する物理量であり、したがって、そのフィードバック情報を、短期狭帯域ＰＭＩと呼ぶ場合もある。たとえば、長期広帯域ＰＭＩのフィードバック周期を、２０ｍｓ超とすることができ、短期狭帯域ＰＭＩのフィードバック周期は、約５ｍｓである。

ユーザ機器ＵＥおよび基地局ｅＮＢが、空間相関行列コードブックおよびプリコーディング・コードブックを知っているので、ユーザ機器ＵＥは、対応するインデックスを基地局ｅＮＢにフィードバックすることだけを必要とする。その後、基地局ｅＮＢは、空間相関行列Ｒおよび選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを入手することができる。

ここで図３を参照すると、図３は、本発明の一実施形態による無線通信システム内の基地局でデータをプリコーディングする方法の例示的な論理流れ図を示す。以下では、図３の流れを、図１に示された無線通信ネットワーク環境１００に関連して詳細に説明する。

まず、ステップＳ３０１では、基地局ｅＮＢが、ユーザ機器ＵＥから、基地局のＭ個の送信アンテナの空間相関行列Ｒの関連情報およびユーザ機器ＵＥによって選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓの関連情報を入手する。上で述べたように、たとえば、上記関連情報は、たとえば、空間相関行列コードブック内の空間相関行列Ｒのインデックスおよび固定されたプリコーディング・コードブックＦ内の選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓのインデックスとすることができる。

次に、ステップＳ３０２では、基地局ｅＮＢが、入手された情報およびプリコーディング・コードブックＦに基づいて、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを判定する。

具体的には、一実施形態で、基地局ｅＮＢは、ステップＳ３０１で入手されたプリコーディング行列Ｆ_ｓのインデックスに基づいてプリコーディング・コードブックＦから選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを取り出し、空間相関行列Ｒのインデックスに基づいて空間相関行列コードブックから空間相関行列Ｒを取り出す。

次に、取り出された空間相関行列Ｒを用いて、選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを変換することによって、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを入手することができる。所望のプリコーディング行列は、ユーザ機器によってフィードバックされた送信アンテナの間の空間相関を考慮するので、チャネル条件を補償し、チャネル性能を改善することができる。

一実施形態では、図２のステップＳ２０２でユーザ機器ＵＥによって実行されるプリコーディング・コードブックＦの変換に対応して、基地局ｅＮＢは、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを入手するために、次の式に従って選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを変換する。
Ｆ_Ｒ，ｓ＝ＲＦ_ｓ

最後に、ステップＳ３０３では、基地局ｅＮＢが、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを用いて、ユーザ機器に送信されるダウンリンク・データをプリコーディングする。

所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを使用することによって、ダウンリンク・データを、複数の形でプリコーディングすることができる。

一実施形態では、基地局ｅＮＢは、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓの共役転置をユーザ機器ＵＥの近似有効チャネル行列

と見なす。

は、ｍ×Ｍの２次元行列を表し、

と表すことができる。

次に、各ユーザ機器のダウンリンク・データを、ユーザ機器ＵＥの導出された近似有効チャネル行列を使用してプリコーディングすることができる。たとえば、ゼロフォーシング（ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ）（ＺＦ）プリコーディングを実行することができる。そのようなプリコーディングの形は、シングルユーザＳＵ−ＭＩＭＯに適するだけではなく、マルチユーザＭＵ−ＭＩＭＯにも適する。

もう１つの実施形態では、複数のユーザ機器がある場合に、基地局ｅＮＢは、各ユーザ機器ＵＥからフィードバックされた情報を入手する。したがって、基地局ｅＮＢは、それぞれ各ユーザ機器の所望のプリコーディング行列Ｆ_{Ｒ，ｓ，ｉ}を入手することができ、ここで、下付きｉは、ユーザ機器を表す。ユーザ機器のプリコーディング行列Ｆ_{Ｒ，ｓ，ｉ}の間の可能な直交特徴を使用することによって、その所望のプリコーディング行列Ｆ_{Ｒ，ｓ，ｉ}が相互に直交であるユーザ機器をスケジューリングすることができる。

しかし、このプリコーディングの形では、各ユーザ機器ＵＥは、図２のステップＳ２０２で導出された空間相関行列を使用してプリコーディング・コードブックを変換した。したがって、図３のステップＳ３０２で基地局ｅＮＢによって導出されたそれぞれのユーザ機器の所望のプリコーディング行列Ｆ_{Ｒ，ｓ，ｉ}の間の直交対が存在しないことが可能であるシナリオが、発生する可能性がある。したがって、複数のユーザの間のペアリングの確率を下げ、これによってマルチユーザＭＵ−ＭＩＭＯの性能を制限することが、可能である。

上記を考慮して、基地局ｅＮＢでは、先行するプリコーディングの形が、ダウンリンク・データをプリコーディングするのに使用されることが好ましい。

ユーザ機器が新しい空間相関行列を導出し、これを基地局ｅＮＢにフィードバックするたびに、ユーザ機器ＵＥおよび基地局ｅＮＢは、変換プロセス中に使用可能になるように、そのそれぞれの空間相関行列を更新する。

図４に、本発明の一実施形態による無線通信システム内のユーザ機器で通信データを処理する装置４００の概略構造図を示す。

図４に示されているように、装置４００は、導出するモジュール４０１、変換するモジュール４０２、選択するモジュール４０３、およびフィードバック・モジュール４０４を含む。

導出するモジュール４０１は、ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに基づいて、基地局ｅＮＢ内のＭ個の送信アンテナの空間相関行列Ｒを導出することができ、ここで、Ｈは、Ｎ×Ｍの２次元行列であり、Ｒは、Ｍ×Ｍの２次元行列である。

一般に、ユーザ機器ＵＥは、これによってダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈを入手するために、基地局ｅＮＢから受信するダウンリンク・チャネル信号に基づいてチャネル推定を実行することができる。

一実施形態では、導出するモジュール４０１は、時間および／または周波数でダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈの平均をとり、これによって基地局内のＭ個の送信アンテナの空間相関行列Ｒを導出するように構成される。たとえば、Ｒ＝Ｅ［Ｈ^Ｈ・Ｈ］であり、ここで、^Ｈは、共役転置を表す、すなわち、Ｒは、複数の時点および／または複数の副搬送波での平均値である。

変換するモジュール４０２は、導出するモジュール４０１によって導出された空間相関行列Ｒに基づいて、プリコーディング・コードブックＦを変換することができる。プリコーディング・コードブックは、ユーザ機器ＵＥと基地局ｅＮＢとの両方に既知またはそこで同期化される有限の数の行列を有するコードブックである。

一実施形態では、変換するモジュール４０２は、空間相関行列Ｒを量子化し、その後、量子化された空間相関行列を使用してプリコーディング・コードブックＦを変換し、これによって変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒを入手するように構成される。下付きＲは、変換が空間相関行列を使用して実行された、すなわち、空間相関適応が行われたことを表す。

空間相関行列Ｒを、複数の形で量子化することができる。一実施形態では、空間相関行列Ｒは、空間相関行列コードブックに基づいて量子化される。プリコーディング・コードブックに似て、空間相関行列コードブックも、ユーザ機器ＵＥと基地局ｅＮＢとの両方に既知またはそこで同期化される有限の数の行列を有するコードブックである。

一実施形態では、変換するモジュール４０２を、対応する変換されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｋを入手するために、次の式に従ってプリコーディング・コードブックＦ内の各符号語Ｆ_ｋを変換するように構成することができる。
Ｆ_Ｒ，ｋ＝ＲＦ_ｋ

選択するモジュール４０３は、変換するモジュール４０２によって変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒに基づいてプリコーディング行列Ｆ_ｓを選択することができる。

本発明の一実施形態では、選択するモジュール４０３は、変換するモジュール４０２によって変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒから、最適プリコーディング行列に最も近いプリコーディング行列を選択するように構成される。変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒ内の各プリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｋを、別の展望からＦ_Ｒ，ｋ＝ＲＦ_ｋと表すことができるので、選択するモジュール４０３は、空間相関行列Ｒを用いて変換されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓと最適プリコーディング行列との間の距離が最小化されるように、固定されたプリコーディング・コードブックＦからプリコーディング行列Ｆ_ｓを選択するように構成される。

具体的に言うと、一実施形態では、各ユーザ機器ＵＥで、選択するモジュール４０３が、ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに対して特異値分解を実行し、Ｈ＝ＵΣＶ^Ｈを導出するように構成される。次に、上記特異値分解によって入手された右辺ユニタリ特異行列Ｖの要素の最初のｍ列が、最適プリコーディング行列Ｖ_ｍとしてとられ、ここで、ｍは、ユーザ機器に送信されるデータ・ストリームの数を表す。次に、選択するモジュール４０３は、変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒの中で最適行列Ｖ_ｍからの最小距離を有するプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを選択することができ、ここで、下付きｓは、選択されたプリコーディング行列を表す。上の選択プロセスを、

と表すことができ、ここで、

は、

の距離関数である。

一実施形態では、距離関数

を、

とすることができ、ここで、^Ｈは、共役転置を表し、｜｜・｜｜_Ｆは、行列フロベニウス・ノルムを表し、ａｂｓ（）は、行列のモジュラを表し、ｔｒ（）は、行列のトレースを表す。

もう１つの実施形態では、距離関数は、他の形、たとえば弦距離、映写２ノルム距離、フビーニ−スタディ距離などを採用することができる。

変換されたプリコーディング・コードブックＦ_Ｒ内のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｋを、Ｆ_Ｒ，ｋ＝ＲＦ_ｋと表すことができるので、上の選択プロセスを、Ｒ^Ｈ＝Ｒなので

と表すこともできる。

言い替えると、選択するモジュール４０３は、空間相関行列Ｒを用いて変換されるプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓと最適プリコーディング行列Ｖ_ｍとの間の距離が最小化されるように、固定されたプリコーディング・コードブックＦからプリコーディング行列Ｆ_ｓを選択する。

フィードバック・モジュール４０４は、空間相関行列Ｒの関連情報および選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓの関連情報を基地局ｅＮＢにフィードバックすることができる。一実施形態では、空間相関行列Ｒの関連情報を、たとえば、空間相関行列コードブック内の量子化された空間相関行列のインデックスとすることができ、選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓの関連情報を、たとえば、固定されたプリコーディング・コードブックＦ内の選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓのインデックスとすることができる。

図５に、本発明の一実施形態による無線通信システム内の基地局（ｅＮＢ）でデータをプリコーディングする装置５００の概略構造図を示す。

図５に示されているように、装置５００は、入手するモジュール５０１、判定するモジュール５０２、およびプリコーディングするモジュール５０３を含み、判定するモジュール５０２は、取り出すモジュール５０４および変換するモジュール５０５をさらに含む。

入手するモジュール５０１は、基地局のＭ個の送信アンテナの空間相関行列Ｒの関連情報およびユーザ機器ＵＥによって選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓの関連情報を入手するように構成される。上で述べたように、たとえば、上記関連情報は、たとえば、空間相関行列コードブック内の空間相関行列Ｒのインデックスおよび固定されたプリコーディング・コードブックＦ内の選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓのインデックスとすることができる。

次に、判定するモジュール５０２は、入手された関連情報およびプリコーディング・コードブックＦに基づいて、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを判定することができる。

具体的には、判定するモジュール５０２は、入手するモジュールによって入手されたプリコーディング行列Ｆ_ｓのインデックスに基づいてプリコーディング・コードブックＦから選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを取り出し、空間相関行列Ｒのインデックスに基づいて空間相関行列コードブックから空間相関行列Ｒを取り出すように構成された取り出すモジュール５０４を含むことができる。

判定するモジュール５０２は、取り出すモジュール５０４によって取り出された空間相関行列Ｒを使用して選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを変換し、これによって所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを入手するように構成された変換するモジュール５０５をも含むことができる。

一実施形態では、図４の変換するモジュール４０２によるプリコーディング・コードブックＦの変換に対応して、変換するモジュール５０５は、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを入手するために、次の式に従って選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを変換する。
Ｆ_Ｒ，ｓ＝ＲＦ_ｓ

プリコーディングするモジュール５０３は、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを使用して、ユーザ機器ＵＥに送信されるダウンリンク・データをプリコーディングするように構成される。

プリコーディングするモジュール５０３は、ダウンリンク・データをプリコーディングする複数の形を採用することができる。

一実施形態では、プリコーディングするモジュール５０３は、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓの共役転置をユーザ機器ＵＥの近似有効チャネル行列

と見なす。

は、ｍ×Ｍの２次元行列であり、

と表すことができる。

次に、プリコーディングするモジュール５０３は、ユーザ機器ＵＥの入手された近似有効チャネル行列を用いて各ユーザ機器のダウンリンク・データをプリコーディングするように構成される。たとえば、ゼロフォーリン（ｚｅｒｏ−ｆｏｒｅｉｇｎ）（ＺＦ）プリコーディングを実行することができる。

もう１つの実施形態では、複数のユーザ機器がある場合に、基地局ｅＮＢは、各ユーザ機器ＵＥからフィードバックされた情報を入手することができる。したがって、基地局ｅＮＢは、各ユーザ機器のそれぞれの所望のプリコーディング行列Ｆ_{Ｒ，ｓ，ｉ}を入手することができ、ここで、下付きｉは、ユーザ機器を表す。プリコーディングするモジュール５０３は、ユーザ機器のプリコーディング行列Ｆ_{Ｒ，ｓ，ｉ}の間の可能な直交特徴を使用することによって、その所望のプリコーディング行列Ｆ_{Ｒ，ｓ，ｉ}が相互に直交であるユーザ機器をスケジューリングすることができる。

以下では、例としてマルチユーザＭＵ−ＭＩＭＯ無線通信システムを用いて、固定されたプリコーディング・コードブックを使用する技術的解決策および空間相関適応コードブックを使用する技術的解決策のシミュレーション結果を、暗黙のフィードバックについて提供する。

下の表は、本発明の技術的解決策の利益を示す、従来技術と比較したスループット・シミュレーション結果を提供する。表１に、シミュレーションで使用されたシステム・パラメータおよび値を提供する。

表２は、システムレベル・シミュレーション結果を提供する。

シミュレーション結果は、マルチユーザＭＵ−ＭＩＭＯシステムについて、空間相関適応コードブックを使用することが、固定されたコードブックを使用することに対して大きい性能利益を得ることができることを示す。

さらに、例としてシングルユーザＳＵ−ＭＩＭＯ無線通信システムを用いて、本発明の適応コードブックおよび暗黙のフィードバックを採用する技術的解決策、従来技術の適応コードブックおよび暗黙のフィードバックを採用する技術的解決策、固定されたコードブックおよび明示的フィードバックを採用する技術的解決策、固定されたコードブックおよび暗黙のフィードバックを採用する技術的解決策、ならびに理想的なチャネル情報に基づいてＳＶＤを実行する技術的解決策の性能に関する比較分析を実行する。

一般性を失わずに、基地局ｅＮＢが４つの送信アンテナを有し、ユーザ機器ＵＥが２つから４つまでの送信アンテナを有し、プリコーディング・コードブックがＬＴＥリリース８で定義されたフィードバック・コードブック（すなわち、ＰＭＩコードブック）を採用し、シミュレーション・チャネルが、ＩＴＵチャネル・モデル、下の表３に示された詳細なシミュレーション・パラメータを採用すると仮定する。

図６〜１５に、異なるパラメータ値の下での、上の４つの技術的解決策および理想的ＳＶＤ方式の信号対雑音比とエラー・ビット・レートとの間の関係曲線の図を示し、ここで、水平座標は、ｄＢ単位の信号対雑音比（ＳＮＲ）を表し、縦座標は、パーセンテージ単位のブロック・エラー率（ＢＬＥＲ）を表し、凡例の実線＋円は、本発明の適応コードブックおよび暗黙のフィードバックを採用する技術的解決策を表し、凡例の実線＋三角形は、従来技術の適応コードブックおよび暗黙のフィードバックを採用する技術的解決策を表し、凡例の実線＋正方形は、従来技術の固定されたコードブックおよび明示的フィードバックを採用する技術的解決策を表し、実線＋菱形は、従来技術の固定されたコードブックおよび暗黙のフィードバックを採用する技術的解決策を表し、破線＋円は、理想的なチャネル情報に基づいてＳＶＤを実行する技術的解決策を表す。

図６に、ＩＴＵ−ＵＭｉチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に０．５波長の間隔が設けられ、移動速度が３Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が２つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が１つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図７に、ＩＴＵ−ＵＭｉチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に４波長の間隔が設けられ、移動速度が３Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が２つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が１つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図８に、ＩＴＵ−ＵＭｉチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に０．５波長の間隔が設けられ、移動速度が３Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が２つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が２つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図９に、ＩＴＵ−ＵＭａチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に０．５波長の間隔が設けられ、移動速度が３Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が２つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が２つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図１０に、ＩＴＵ−ＵＭｉチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に４波長の間隔が設けられ、移動速度が３Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が２つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が２つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図１１に、ＩＴＵ−ＵＭａチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に４波長の間隔が設けられ、移動速度が３Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が２つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が２つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図１２に、ＩＴＵ−ＵＭｉチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に０．５波長の間隔が設けられ、移動速度が３Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が３つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が３つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図１３に、ＩＴＵ−ＵＭａチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に０．５波長の間隔が設けられ、移動速度が３０Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が３つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が３つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図１４に、ＩＴＵ−ＵＭｉチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に０．５波長の間隔が設けられ、移動速度が３Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が４つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が４つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

図１５に、ＩＴＵ−ＵＭａチャネル・モデルが採用され、基地局の送信アンテナの間に４波長の間隔が設けられ、移動速度が３０Ｋｍ／ｈであり、ユーザ機器が４つの受信アンテナを有し、符号レートが１／２であり、ＱＰＳＫ変調が採用され、送信データ・ストリームの数が４つである場合の、さまざまな技術的解決策のブロック・エラー率および信号対雑音比の図を示す。

表４に、ブロック・エラー率が０．１である時のそれぞれの技術的解決策の信号対雑音比を示す。

図６〜１５は、従来技術と比較して、暗黙のフィードバック・システムでの本発明の適応コードブックの技術的解決策が、同一の信号対雑音比の下で最低のブロック・エラー率を有し、あるいは、同一のブロック・エラー率の下で最低の信号対雑音比を有することを示す。

上のシミュレーションは、本発明の技術的解決策が、シングルユーザＳＵ−ＭＩＭＯに適するだけではなく、マルチユーザＭＵ−ＭＩＭＯにも適することを示す。さらに、ユーザごとに、単一のデータ・ストリームまたは複数のデータ・ストリームを有することができる。さらに、本発明について提案される技術的解決策は、簡単に実施される。たとえば、現在のＬＴＥリリース８の４送信アンテナ・フィードバック・コードブックを、相関適応を実行するための基本コードブックとして使用することができる。唯一の余分なシグナリング・オーバヘッドは、空間相関行列のフィードバックのためのものである。さらに、上の例の分析は、本発明の計算の複雑さが非常に低いことをも示す。

本発明の実施形態を、ソフトウェア、ハードウェア、またはその組合せを用いて実施できることに留意されたい。ハードウェア部分を、特殊な論理によって実施することができ、ソフトウェア部分を、メモリに格納し、マイクロプロセッサまたは設計固有ハードウェアなどの正しい命令実行システムによって実行することができる。

本発明をより理解できるものにするために、上の説明が、当業者に既知であり、本発明の実施に必須である可能性があるいくつかのより具体的な技術的詳細を省略していることに留意されたい。

本発明の説明を提供する目的は、本発明を説明し記述することであって、網羅的であることまたは開示された形態に本発明を限定することではない。当業者にとって、さまざまな修正形態および代替形態は明白である。

したがって、好ましい実施形態の選択および説明は、本発明の原理および実用的応用例をよりよく示すため、ならびにすべての修正形態および代替形態が本発明の趣旨から逸脱せずに添付の特許請求の範囲によって限定される本発明の保護範囲に含まれることを当業者が了解することを可能にするためである。

Claims (15)

1. 無線通信システム内のユーザ機器で通信データを処理する方法であって、
   入手されたダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに基づいて基地局の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒを導出するステップと、
   前記空間相関行列Ｒに従ってプリコーディング・コードブックＦを変換するステップと、
   前記変換されたプリコーディング・コードブックに基づいてプリコーディング行列Ｆ_ｓを選択するステップと、
   前記空間相関行列Ｒに関する情報および前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報を前記基地局にフィードバックするステップと
   を含む方法。
2. 導出する前記ステップは、
   前記空間相関行列Ｒを入手するために時間および／または周波数において前記ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈの平均をとるステップ
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 変換する前記ステップは、
   前記空間相関行列Ｒを量子化するステップと、
   前記量子化された空間相関行列を用いて前記プリコーディング・コードブックを変換するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記プリコーディング行列Ｆ内の各符号語Ｆ_ｋは、Ｆ_Ｒ，ｋ＝ＲＦ_ｋに従って、変換されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｋを入手するために変換され、ｋ＝１，…，Ｋであり、Ｋは正の整数である、請求項３に記載の方法。
5. 選択する前記ステップは、
   Ｈ＝ＵΣＶ^Ｈを入手するために、前記ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに対して特異値分解を実行するステップと、
   理想的プリコーディング行列Ｖ_ｍとして前記特異値分解から入手された右ユニタリ特異行列Ｖ内の要素の最初のｍ列をとるステップであって、ｍは、前記ユーザ機器に送信されるデータ・ストリームの数である、ステップと、
   前記空間相関行列を介して変換されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒと前記理想的プリコーディングＶ_ｍとの間の距離が最小化されるように、前記プリコーディング・コードブックから前記プリコーディング行列Ｆ_ｓを選択するステップと
   を含む、請求項１または４に記載の方法。
6. 前記距離は、
   

   

   であり、ｋ＝１，…，Ｋであり、Ｋは、正の整数であり、^Ｈは、共役転置を表し、｜｜・｜｜_Ｆは、フロベニウス・ノルムを表し、ａｂｓ（）は、行列のモジュラを表し、ｔｒ（）は、行列のトレースを表し、または、
   前記距離は、弦距離、映写２ノルム距離、およびフビーニ−スタディ距離からなる群から選択される、
   請求項５に記載の方法。
7. フィードバックする前記ステップにおいて、
   前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する前記情報は、前記プリコーディング・コードブック内の前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓのインデックスを含み、
   前記空間相関行列Ｒに関する前記情報は、空間相関行列コードブック内の前記空間相関行列Ｒのインデックスを含む、
   請求項１に記載の方法。
8. 無線通信システム内の基地局でのデータ・プリコーディングの方法であって、
   ユーザ機器から、前記基地局の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒに関する情報および前記ユーザ機器によって選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報を入手するステップと、
   前記入手された情報およびプリコーディング・コードブックに基づいて、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを判定するステップと、
   前記所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを用いて前記ユーザ機器に送信されるダウンリンク・データをプリコーディングするステップと
   を含む方法。
9. 判定する前記ステップは、
   前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する前記情報に基づいて、前記プリコーディング・コードブックから前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを取り出し、前記選択されたプリコーディング行列に関する前記情報は、前記プリコーディング・コードブック内の前記選択されたプリコーディング行列のインデックスを含み、前記空間相関行列Ｒに関する前記情報に基づいて、空間相関行列コードブックから前記空間相関行列Ｒを取り出し、前記空間相関行列Ｒに関する前記情報は、前記空間相関行列コードブック内の前記空間相関行列Ｒのインデックスを含む、ステップと、
   前記所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを入手するために、前記空間相関行列Ｒを用いて前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを変換するステップと
   を含む、請求項８に記載の方法。
10. プリコーディングする前記ステップは、
    前記ユーザ機器の近似有効チャネル行列として前記所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓの共役転置をとるステップと、
    前記近似有効チャネル行列に基づいて、前記ユーザ機器に送信される前記ダウンリンク・データをプリコーディングするステップと
    を含む、請求項８に記載の方法。
11. 複数のユーザ機器がある場合に、プリコーディングする前記ステップは、前記複数のユーザ機器のうちでその所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓが互いに直交であるユーザ機器をスケジューリングするステップを含む、請求項８に記載の方法。
12. 無線通信システム内のユーザ機器で通信データを処理する装置であって、
    入手されたダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに基づいて基地局の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒを導出するように構成された導出するモジュールと、
    前記空間相関行列Ｒに従ってプリコーディング・コードブックＦを変換するように構成された変換するモジュールと、
    前記変換されたプリコーディング・コードブックに基づいてプリコーディング行列Ｆ_ｓを選択するように構成された選択するモジュールと、
    前記空間相関行列Ｒに関する情報および前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報を前記基地局にフィードバックするように構成されたフィードバック・モジュールと
    を含む装置。
13. 前記選択するモジュールは、
    Ｈ＝ＵΣＶ^Ｈを入手するために、前記ダウンリンク・チャネル伝送行列Ｈに対して特異値分解を実行し、
    理想的プリコーディング行列Ｖ_ｍとして前記特異値分解から入手された右ユニタリ特異行列Ｖ内の要素の最初のｍ列をとり、ｍは、前記ユーザ機器に送信されるデータ・ストリームの数であり、
    前記空間相関行列を介して変換されたプリコーディング行列Ｆ_Ｒと前記理想的プリコーディングＶ_ｍとの間の距離が最小化されるように、前記プリコーディング・コードブックから前記プリコーディング行列Ｆ_ｓを選択する
    ように構成される、請求項１２に記載の装置。
14. 無線通信システム内の基地局でのデータ・プリコーディングの装置であって、
    ユーザ機器から、前記基地局の複数の送信アンテナの空間相関行列Ｒに関する情報および前記ユーザ機器によって選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する情報を入手するように構成された入手するモジュールと、
    前記入手された情報およびプリコーディング・コードブックに基づいて、所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを判定するように構成された判定するモジュールと、
    前記所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを用いて前記ユーザ機器に送信されるダウンリンク・データをプリコーディングするように構成されたプリコーディングするモジュールと
    を含む装置。
15. 前記判定するモジュールはさらに、
    前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓに関する前記情報に基づいて、前記プリコーディング・コードブックから前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを取り出し、前記選択されたプリコーディング行列に関する前記情報は、前記プリコーディング・コードブック内の前記選択されたプリコーディング行列のインデックスを含み、前記空間相関行列Ｒに関する前記情報に基づいて、空間相関行列コードブックから前記空間相関行列Ｒを取り出すように構成された取り出すユニットであって、前記空間相関行列Ｒに関する前記情報は、前記空間相関行列コードブック内の前記空間相関行列Ｒのインデックスを含む、取り出すユニットと、
    前記所望のプリコーディング行列Ｆ_Ｒ，ｓを入手するために、前記空間相関行列Ｒを用いて前記選択されたプリコーディング行列Ｆ_ｓを変換するように構成された変換するユニットと
    を含む、請求項１４に記載の装置。

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