JP5615976B2 - チャネルフィードバック方法及び通信局 - Google Patents
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Description
直交周波数分割多重(OFDM)チャネルについてのチャネルフィードバックを行うために受信側の通信局が実行する方法であって、
時間及び周波数の少なくとも一方に関してチャネル情報についての再帰的な差分量子化を実行し、差分量子化チャネルフィードバック信号を生成するステップと、
複数入力複数出力(MIMO)送信のプリコーディングに使用される前記差分量子化チャネルフィードバック信号を送信側の通信局に送信するステップと
を有し、前記差分量子化チャネルフィードバック信号は、差分量子化チャネル行列及び差分量子化ビームフォーミング行列のうち一方を含む、方法である。
チャネル行列のフィードバックはIEEE802.11nで規定されているが、それを行うためのフィードバックオーバーヘッド量は多い(例えば、4×2の40MHzのMIMOチャネルの場合、3000ビット)。実施の形態によれば、このフィードバックは、追加的な演算負担を伴うことなく僅かなハードウェアの変更により3分の1以下に減少する。実施の形態では、チャネル行列の各行列要素について周波数に関して差分量子化が適用される。従ってチャネル行列全体のジョイント量子化(joint quantization)は不要である。
リファレンスを更新するために次式が使用される:
^hij k(0)=^hij k-1(0)+^dij k-1(0)
ここで、k=2,...,Kであり、kは反復回数のインデックスであり、(0)は第1の量子化サブキャリアのインデックスであり、^hij 1(0)=0は差分量子化における初期リファレンスであり、^dij k-1(0)は(k-1)回目の反復に対する量子化された差分(差分量子化値)であり、^hij k(0)はk-1回の反復の後に再構築されたチャネル行列要素(チャネルエントリ)である。
^dij k(0)=argmind∈Cd|hij(0)-^hij k(0)-d|
ここで、Cdは(例えば、QPSKコンステレーションの信号配置点のような)量子化コードワードの差分コードブックを表す。上記の数式で示されているように、この差分(すなわち、対象の差分コードワード)はリファレンスに加えられ、その合計が現在のチャネルと比較される。この処理は、QPSKコンステレーションの信号配置点各々とチャネル行列要素及びリファレンス間の差分との比較に似ているが、QPSKコンステレーションの信号配置点各々とチャネル行列要素及びリファレンス間の差分との比較は、パフォーマンスの劣化を招いてしまう。
^hij(f)=^hij(f-1)+^dij(f)。
ビームフォーミング行列のフィードバックオーバーヘッドは、一般に、チャネル行列のフィードバックオーバーヘッドの半分未満なので、ビームフォーミング行列の差分量子化フィードバックを行えばオーバーヘッドを更に削減できる。ビームフォーミング行列の行列要素各々はサブキャリアに関して位相の飛び又は位相フリップ(phase flip)なしに連続的に変化するので、チャネル行列のスケール量子化がビームフォーミング行列に適用されてもよい。しかしながら、特異値分解(Singular-Value Decomposition:SVD)を実行するような従来方法により得られるビームフォーミング行列は、位相フリップを有する。位相フリップは受信機のチャネル推定部における平滑化処理(smoothing process)を阻害し、チャネル推定精度を劣化させる。しかも、SVDの計算は極めて複雑である。
Q(^V(f-1))=[^V(f-1) ^V⊥(f-1)] 及び Vλ(f)=Q(^V(f-1)Dλ
ここで、λ=1,...,Lであり、^V⊥(f-1)は^V(f-1)に直交する列を有するM行N-M列のユニタリ行列であり、Lは行列の候補数であって例えば32ないし256までの範囲内にある。
D(f)=argmaxD∈CDg(H(f),Q(^V(f-1))D)
ここで、g(A,B)はパフォーマンスメトリックの評価関数である。チャネル容量メトリックの場合、g(A,B)=det(pAB(AB)H+R)であり、pは正規化された送信電力であり、Rは干渉プラス雑音の共分散行列(covariance matrix)である。
というパフォーマンスメトリックであった場合、第1サブキャリアについての初期リファレンスは恒等行列の最初のM列であってもよい。1回目の差分量子化の後、理想的なビームフォーミング行列と量子化形式のものとの間の残留誤差(すなわち、f=0の場合におけるe(1)(f)=V(f)-^V(1)(f))は大きいかもしれない。再構築されたビームフォーミング行列^V(1)(f)は、量子化誤差を減らすために、同じV(f)を量子化する際のリファレンスとして使用される。これは、チャネル行列のスカラー量子化に適用され、かつ精度を向上させるために最初のサブキャリアだけでなく他のサブキャリアにも適用されてよい。例えば、差分量子化は、上記のチャネル行列の量子化のように、数回(例えば、3-5回)最初のサブキャリアに再帰的に適用されてもよい。他のサブキャリアについては、例えば、差分量子化は反復の各々においてコードワードなしに2回行われてもよい。
OFDMシステムにおける周波数領域の相関に加えて、時間領域にも強い相関が生じるかもしれない。IEEE802.11acネットワークにおけるOFDMチャネルのコヒーレンス時間(coherence time)は10ミリ秒(ms)より長くてもよい。一実施形態では、この時間領域相関を活用してフィードバックオーバーヘッドの削減及び/又はビームフォーミング精度の向上を図る。これらの実施形態では、上記の差分量子化方式が時間領域に適用される。差分計算の基礎は、以前の(先行する)チャネル行列又は以前の(先行する)ビームフォーミング行列であってもよい。コヒーレンス時間が長いとSU-MIMOのフィードバックレートは減るので、同様に(従来の)MU-MIMOは有利でない。不正確なビームフォーミングが、SU-MIMOの場合よりも大きくMU-MIMOのパフォーマンスを劣化させてしまうからである。従って、時間領域相関を活用する本実施の形態はMU-MIMOを使用する場合にいっそう適している。なぜなら、小さなフィードバックを頻繁に行うことでパフォーマンスが維持されるからである。
Claims (18)
- 直交周波数分割多重(OFDM)チャネルについてのチャネルフィードバックを行うために受信側の通信局が実行する方法であって、
時間及び周波数の少なくとも一方に関してチャネル情報についての再帰的な差分量子化を実行し、差分量子化ビームフォーミング行列を含む差分量子化チャネルフィードバック信号を生成するステップと、
複数入力複数出力(MIMO)送信のプリコーディングに使用される前記差分量子化チャネルフィードバック信号を送信側の通信局に送信するステップと
を有し、前記差分量子化ビームフォーミング行列を生成する際に、
初期リファレンスビームフォーミング行列を中心としてその周りに差分コードブックの初期ビームフォーミング行列を回転させることで、量子化されたビームフォーミング行列の一群の候補を生成し、前記一群の候補の中から選択された前記ビームフォーミング行列を、現在のサブキャリアに隣接する次のサブキャリアについての後続の反復計算のための改善されたリファレンス行列として使用する、方法。 - 前記MIMO送信は、シングルユーザMIMO送信、マルチユーザMIMO送信又は協調MIMO送信のうちの何れかであり、
前記差分量子化ビームフォーミング行列は各行列について2ないし21ビットを有する、請求項1に記載の方法。 - 前記差分量子化チャネルフィードバック信号を生成する前記ステップにおいて、
周波数領域における第1のサブキャリアについてのチャネル行列を正規化し、差分コードブックを利用して、前記第1のサブキャリアについての正規化された前記チャネル行列と初期リファレンス行列との間の差分を再帰的に量子化する、或いは
チャネルの振幅に合うように前記差分コードブックをスケーリングし、スケーリングされた前記差分コードブックを利用して、前記第1のサブキャリアについての前記チャネル行列と初期リファレンス行列との間の差分を再帰的に量子化する、請求項1に記載の方法。 - 前記差分を再帰的に量子化する際に、
前記第1のサブキャリアについての前記チャネル行列と以前に更新したリファレンス行列との間の差分に基づいて複数の反復計算についての前記初期リファレンス行列を反復的に更新し、改善されたリファレンス行列を求め、
後続の改善されたリファレンス行列各々と前記チャネル行列との間の差分を量子化し、前記第1のサブキャリアについての量子化インデックスを生成し、
前記初期リファレンス行列は、最初、一定の行列である、請求項3に記載の方法。 - 現在のサブキャリアについての前記チャネル行列のチャネル行列要素と先行するサブキャリアについて再構築されたチャネル行列要素との間の差分を量子化し、前記送信側の通信局にフィードバックする前記現在のサブキャリアについての量子化インデックスを生成するステップを更に有する請求項3に記載の方法。
- 周波数に関して差分量子化を行う場合に、前記現在のサブキャリア及び前記先行するサブキャリアが、隣接していないサブキャリアでありかつ1つ以上の介在するサブキャリアだけ隔たっており、
当該方法において、前記介在するサブキャリアについての差分量子化は行われない、請求項5に記載の方法。 - サブキャリアの後続サンプルについて時間に関して差分量子化を実行するステップを更に有する請求項6に記載の方法。
- 64QAMコンステレーションの従来の量子化コードブックを利用して、前記第1のサブキャリアについて前記チャネル行列を行列要素毎に最初に量子化するステップを更に有する請求項5に記載の方法。
- 前記差分量子化ビームフォーミング行列を生成する際に、
前記ビームフォーミング行列の候補のうち少なくともいくつかのパフォーマンスを評価し、
評価された前記パフォーマンスに基づいて前記ビームフォーミング行列の候補の何れかを選択する、請求項1に記載の方法。 - 前記差分量子化ビームフォーミング行列を生成するために周波数に関して差分量子化が実行され、
当該方法は、前記次のサブキャリアについての差分量子化の後続の反復計算のための改善されたリファレンス行列として、前記選択されたビームフォーミング行列の候補を使用するステップを有し、
前記次のサブキャリアは先行するサブキャリアから1つ以上の介在するサブキャリアだけ離れている、請求項9に記載の方法。 - 前記差分量子化ビームフォーミング行列を生成するために時間に関して差分量子化が実行され、
当該方法は、前記選択されたビームフォーミング行列の候補を、同じサブキャリアの後続サンプルについての差分量子化の後続の反復計算のための改善されたリファレンス行列として使用するステップを有する、請求項9に記載の方法。 - 前記送信側の通信局に送信するための前記差分量子化ビームフォーミング行列を含むフレームに巡回冗長検査(CRC)を付加するステップを更に有する請求項9に記載の方法。
- 前記MIMO送信が、前記送信側の通信局から2つ以上の受信側の通信局に空間的に分離されたデータパケットが同時に送信されるマルチユーザMIMO送信であり、
前記空間的に分離されたデータパケットの各々は、受信側の通信局により提供された差分量子化チャネルフィードバックに基づいて、受信側の通信局のうち関連する通信局により受信されるようにプリコーディングされている、請求項1に記載の方法。 - 直交周波数分割多重(OFDM)チャネルによる複数入力複数出力(MIMO)通信のためにチャネルフィードバックを行うように形成された受信側の通信局であって、
時間及び周波数の一方に関してチャネル情報の差分を再帰的に量子化し、差分量子化ビームフォーミング行列を含む差分量子化チャネルフィードバック信号を生成する差分量子化回路と、
当該受信側の通信局による後続の受信のために、MIMO送信のプリコーディングに使用される前記差分量子化チャネルフィードバック信号を送信側の通信局に送信する回路と
を有し、前記差分量子化ビームフォーミング行列を生成する際に、前記差分量子化回路は、初期リファレンスビームフォーミング行列を中心としてその周りに差分コードブックの初期ビームフォーミング行列を回転させることで、量子化されたビームフォーミング行列の一群の候補を生成し、前記一群の候補の中から選択された前記ビームフォーミング行列を、現在のサブキャリアに隣接する次のサブキャリアについての後続の反復計算のための改善されたリファレンス行列として使用する、通信局。 - 前記差分量子化回路が、
周波数領域における第1のサブキャリアについてのチャネル行列を正規化し、差分コードブックを利用して、前記第1のサブキャリアについての正規化された前記チャネル行列と初期リファレンス行列との間の差分を再帰的に量子化する、或いは
チャネルの振幅に合うように前記差分コードブックをスケーリングし、スケーリングされた前記差分コードブックを利用して、前記第1のサブキャリアについての前記チャネル行列と初期リファレンス行列との間の差分を再帰的に量子化する、請求項14に記載の通信局。 - 前記差分量子化回路は、前記差分を再帰的に量子化する際に、
前記第1のサブキャリアについての前記チャネル行列と以前に更新したリファレンス行列との間の差分に基づいて複数の反復計算についての前記初期リファレンス行列を反復的に更新し、改善されたリファレンス行列を求め、
後続の改善されたリファレンス行列各々と前記チャネル行列との間の差分を量子化し、前記第1のサブキャリアについての量子化インデックスを生成し、
前記初期リファレンス行列は、最初、一定の行列である、請求項15に記載の通信局。 - 前記差分量子化回路は、現在のサブキャリアについての前記チャネル行列のチャネル行列要素と先行するサブキャリアについて再構築されたチャネル行列要素との間の差分を量子化し、前記送信側の通信局にフィードバックする前記現在のサブキャリアについての量子化インデックスを生成する、請求項15に記載の通信局。
- 前記差分量子化ビームフォーミング行列を生成する際に、前記差分量子化回路は、
前記ビームフォーミング行列の候補のうち少なくともいくつかのパフォーマンスを評価し、
評価された前記パフォーマンスに基づいて前記ビームフォーミング行列の候補の何れかを選択する、請求項14に記載の通信局。
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