JP5702282B2 - 多重アンテナを用いるアップリンク信号転送方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線移動通信システムに係り、特に、ＭＩＭＯ方式を用いるシステムに関するものである。

多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式は、複数個の送信アンテナと複数個の受信アンテナを使用する方法であって、この方法によってデータの送受信効率を向上させることができる。すなわち、無線通信システムの送信端又は受信端で複数個のアンテナを使用することによって容量を増大させ、性能を向上させることができる。以下、本文献ではＭＩＭＯを「多重アンテナ」とも称する。

多重アンテナ技術では、一つの全体メッセージを受信する際に、単一アンテナ経路に依存せずに、多数のアンテナから受信したデータの断片を一つに併合することによってデータを完成する。多重アンテナ技術を用いると、特定の大きさのセル領域内でデータ転送速度を向上させたり、又は、特定データ転送速度を保障しながらシステム適用範囲（ｃｏｖｅｒａｇｅ）を増加させたりすることができる。また、この技術は、移動通信ユーザ装置と中継器などに幅広く用いることができる。多重アンテナ技術によると、単一アンテナを用いる従来技術による移動通信における転送量の限界を克服することができる。

図１は、一般的な多重アンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムの構成図である。

送信端には送信アンテナがＮ_T個設置されており、受信端には受信アンテナがＮ_R個設置されている。このように送信端及び受信端の両方とも複数個のアンテナを使用する場合には、送信端又は受信端のいずれか一方でのみ複数個のアンテナを使用する場合に比べて、理論的なチャネル転送容量が増加する。チャネル転送容量の増加はアンテナの数に比例する。したがって、転送レートが向上し、周波数効率が向上する。一つのアンテナを使用する場合における最大転送レートをＲ_oとすれば、多重アンテナを使用する場合における転送レートを、理論的に、上記のＲ_oに、下記のようなレート増加率Ｒ_iを乗算した分だけ増加させることができる。

Ｒ_ｉ＝ｍｉｎ（Ｎ_Ｔ，Ｎ_Ｒ） ・・・ （式１）

例えば、４個の送信アンテナと４個の受信アンテナを使用するＭＩＭＯ通信システムでは、単一アンテナシステムに比べて、理論上、４倍の転送レートを獲得することができる。このような多重アンテナシステムの理論的容量増加が９０年代半ばに証明されて以来、実質的にデータ転送率を向上させるための様々な技術が現在まで活発に研究されてきており、そのいくつかの技術は既に３世代移動通信及び次世代無線ＬＡＮなどの様々な無線通信の標準に反映されている。

多重アンテナ技術は、様々なチャネル経路を通過したシンボルを用いて転送信頼度を高める空間ダイバシチ又は送信ダイバシチ方式と、多数の送信アンテナを使用して多数のデータシンボルを同時に送信して転送率を向上させる空間多重化方式とに大別される。また、この両方式を適切に結合することで、それぞれの長所を適切に得ることができる。

多重アンテナ技術と関連して、様々なチャネル環境及び多元接続環境における多重アンテナ通信容量計算などと関連する情報理論に関する研究、多重アンテナシステムの無線チャネル測定及びモデル導出研究、及び転送信頼度向上及び転送率向上のための時空間信号処理技術研究などをはじめとして、様々な観点から活発な研究が進行されている。

現在第３世代パートナシッププロジェクト長期進化（３ＧＰＰ ＬＴＥ）システムでは、ダウンリンク信号転送に限って上記のＭＩＭＯ方式を適用している。アップリンク信号転送にもＭＩＭＯ方式を用いることはできるが、この場合、ＭＩＭＯ具現のために送信端構造を変更しなければならず、ピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ）又は３次計量（ＣＭ： ｃｕｂｉｃ ｍｅｔｒｉｃ）特性が低下することがある。そこで、アップリンク信号転送にＭＩＭＯ方式を効率的に適用するための技術が望まれる。

本発明の目的は、ＭＩＭＯ方式を用いてアップリンク信号転送を効率的に行うための技術を提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明の一様態では、ユーザ装置がアップリンク信号を、多重アンテナを使用して転送する方法を提供する。

本発明のそのほかの利点、目的及び特徴は、一部は以降の説明において述べられ、一部は当業者が以降の説明を検証することによって明らかになり、又は本発明を実施することによって習得するであろう。本発明の目的及びその他の利点は、本願の明細書、特許請求の範囲及び図面において特に示した構成によって実現及び達成することができる。

この方法は、アップリンク信号を所定個数の階層にマッピングする段階と、前記所定個数の階層信号のそれぞれに離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散を行う段階と、あらかじめ保存されている符号表から、前記多重アンテナのそれぞれにつき一つの階層信号が転送されるように設定された特定プリコーディング行列を選択して、それぞれＤＦＴ拡散された前記階層信号をプリコーディングする段階と、前記プリコーディングされた信号に単一搬送波周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）シンボル構成のための処理を行って前記多重アンテナを通じて基地局に転送する段階と、を含む。

ここで、前記特定プリコーディング行列は、前記多重アンテナのそれぞれの転送電力が均等なように設定してもよいし、前記所定個数の階層それぞれの転送電力が均等なように設定してもよい。

また、前記符号表は、前記多重アンテナの個数が４個であり、前記ランクが２の場合に用いられるランク２プリコーディング行列であって、

のような形態を有し、

の条件を満たす第１タイプのプリコーディング行列を含むことができる。

さらに、前記ランク２プリコーディング行列は、前記第１タイプのプリコーディング行列の、各行の位置が変更されたタイプのプリコーディング行列、具体的には、

のような形態を有する第２タイプのプリコーディング行列、及び、

のような形態を有する第３タイプのプリコーディング行列をさらに含むことができる。

ここで、プリコーディング行列の各行は前記４個の多重アンテナのそれぞれに対応し、各列は各階層に対応する。

また、前記ランク２プリコーディング行列は、前記第１タイプのプリコーディング行列の、各列の位置が変更されたタイプのプリコーディング行列をさらに含むことができる。

また、前記符号表は、前記多重アンテナの個数が４個であり、前記ランクが３の場合に用いられるランク３プリコーディング行列であって、

のような形態を有し、

の条件を満たす第１タイプのプリコーディング行列を含むことができ、さらに、前記ランク３プリコーディング行列は、前記第１タイプのプリコーディング行列の、各行の位置が変更されたタイプのプリコーディング行列及び／又は前記第１タイプのプリコーディング行列の、各列の位置が変更されたタイプのプリコーディング行列をさらに含むことができる。すなわち、前記符号表は、前記多重アンテナの個数が４個であり、前記ランクが３の場合に用いられるランク３プリコーディング行列であって、第１階層が第１アンテナ及び第２アンテナに分散してマッピングされ、第２階層及び第３階層がそれぞれ第３アンテナ及び第４アンテナにマッピングされて転送されるように設計されたプリコーディング行列を含むことができる。

アンテナの個数が４、ランクが３、符号語の個数が２のとき、符号語の一つが一つの階層にマップされ、残りの符号語が二つの階層にマップされる。プリコーディング行列は、多重アンテナ間で送信電力を均一にするために各階層からの合計送信電力が異なるように構成してもよい。この場合、より大きい送信電力を有するプリコーディング行列の列が、一つの符号語にマップされる階層にマップされる。このようにしてプリコーディング行列が

の形をとる場合、第１列が一つの符号語にだけマップされる階層にマップされ、第２列及び第３列は残りの符号語にマップされる階層にマップされる。

また、前記符号表は、各ランク別に異なる個数のプリコーディング行列を含むことが好ましい。

なお、前記アップリンク信号は符号語単位に入力され、前記階層マッピング段階は、特定符号語がマッピングされる階層を周期的に変更する段階を含むことができる。この場合、周期は１ ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルとすることができる。

一方、上記の課題を解決するための本発明の他の様態では、多重アンテナを通じてアップリンクで信号を転送するユーザ装置を提供する。このユーザ装置は、信号送受信用多重アンテナと、前記多重アンテナのそれぞれにつき一つの階層信号が転送されるように設定されたプリコーディング行列を含む符号表を保存するメモリと、前記多重アンテナ及び前記メモリと接続されて前記アップリンク信号転送を処理するプロセッサと、を含み、ここでプロセッサは、前記アップリンク信号を、前記特定ランクに対応する個数の階層にマッピングする階層マッパと、前記所定個数の階層信号のそれぞれにＤＦＴ拡散を行うＤＦＴモジュールと、前記メモリに保存されている符号表から、前記多重アンテナのそれぞれにつき一つの階層信号が転送されるように設定された特定プリコーディング行列を選択して、前記ＤＦＴモジュールから受信した前記それぞれＤＦＴ拡散された階層信号をプリコーディングするプリコーダと、前記プリコーディングされた信号にＳＣ−ＦＤＭＡシンボル構成のための処理を行って前記多重アンテナを通じて基地局に転送する転送モジュールと、を含む。

ここで、メモリは上記のような符号表を保存しており、プロセッサは、アンテナ移動（ａｎｔｅｎｎａ ｓｈｉｆｔ）及び／又は階層移動（ｌａｙｅｒ ｓｈｉｆｔ）を、プリコーダのプリコーディングと別に又はプリコーディング内の行列の行及び／又は列の置換によって行うように構成することができる。

本発明についての上述の一般的説明及び以降の詳細な説明は双方とも例示的、説明的であって、特許請求の範囲に記載された発明をより詳細に説明するためのものであることを理解されたい。

本発明によれば、ＭＩＭＯ方式を用いてアップリンク信号転送においてＰＡＰＲ又はＣＭ特性を良好に維持することが可能になる。

また、アンテナ／階層転送電力を均一に調整し、プリコーディング行列情報のために必要なシグナリングのオーバーヘッドを最小化しながらも最大限のダイバシチ利得を獲得することが可能になる。

本願に添付の図面は本発明を更に理解するために提供され、組み込まれたものであって本願の一部をなし、本発明を例示し、本発明の原理を説明するものである。

一般的な多重アンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムの構成図である。 ＭＩＭＯを用いる送信端の一般的な構造を示す図である。 ＭＩＭＯを用いる送信端の一般的な構造を示す図である。 各階層の情報がプリコーディングされてアンテナを通じて転送される過程を示す図である。 一般的なＳＣ−ＦＤＭＡ方式を説明するための図である。 符号語が多数の階層にマッピングされる方法を例示する図である。 本発明の一実施例であって、アンテナ別にＣＭ値が増加することを防止するために、符号語階層マッピングがなされた後に階層別にＤＦＴを行う方法を示す図である。 プリコーディング行列の列又は行の位置を置換する方法を示す図である。 弦距離の概念を説明するための図である。 一般的な基地局とユーザ装置の構成を説明するための図である。 ３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでアップリンク信号転送のためのＳＣ−ＦＤＭＡ方式とダウンリンク信号転送のための直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式を説明するための図である。 ３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでアップリンク信号転送のためのＳＣ−ＦＤＭＡ方式とダウンリンク信号転送のためのＯＦＤＭＡ方式を説明するための図である。 ３ＧＰＰ ＬＴＥシステムにおいてＭＩＭＯ方式で基地局がダウンリンク信号を転送するためのプロセッサ構成を示す図である。 本発明の好ましい一実施の形態によるユーザ装置のプロセッサ構成を具体的に示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。また、可能な限り、図面全体を通じて同一の又は類似の構成要素ついては、同一の参照符号を使用して説明する。

添付の図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を説明するためのもので、本発明が実施しうるような唯一の実施の形態を示すものではない。以下の詳細な説明は、本発明の完全な理解を助けるために具体的な細部事項を含む。しかし、当業者には、本発明をこのような具体的細部事項なしにも実施できるということが理解できる。例えば、以下の説明では一定の用語を中心に説明するが、それらの用語に限定されず、任意の用語で称される場合にも同一の意味を示すことができる。また、本明細書の全体を通じて同一の又は類似の構成要素ついては、同一の図面符号を使用して説明する。

ＰＡＰＲは、波形の特性を示すパラメータである。この値は、波形の最大振幅を波形の時間平均された平均２乗根（ＲＭＳ）値で除算した値で、無次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ）の値である。主として、単一搬送波信号のＰＡＰＲがマルチ搬送波信号のＰＡＰＲよりも良い。

ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄでは、良いＣＭ特性を維持する目的で、ＳＣ−ＦＤＭＡを用いてＭＩＭＯを具現することができる。一般的なプリコーディングを用いると、１個のアンテナを通じて、多数の階層に該当する情報を含む信号が多重化されて転送されるため、当該アンテナを通じて転送される信号は一種のマルチ搬送波信号と見なすことができる。ＰＡＰＲは、送信側で電力増幅器が適用しなければならないダイナミックレンジと関連付いており、ＣＭ値は、ＰＡＰＲが表す数値に代替可能な別の数値である。

図２は、ＭＩＭＯを用いる送信端の一般的な構造を示す図である。

１個又は複数個の符号語は、複数個の階層にマッピングされる。マッピングされた情報は、プリコーディングによって各物理アンテナにマッピングされて転送される。

図３は、図２に示すＭＩＭＯを用いる送信端をより詳細に示す図である。

「符号語」は、データ情報に巡回冗長検査（ＣＲＣ）ビットを付加した後に、特定コーディング方式で符号化したものをいう。コーディング方式には、ターボ符号、テールバイティング畳み込み符号（ｔａｉｌ ｂｉｔｉｎｇ ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｃｏｄｅ）を含め、様々のコーディング方式が存在する。各符号語は、一つ以上の（仮想）階層にマッピングされ、この時にマッピングされる全体階層の個数はランク値となる。すなわち、送信ランクが３であれば、送信される階層の個数は総３個となる。各階層にマッピングされた情報はプリコーディング過程を経る。ここで、階層にマッピングされているデータ情報はプリコーディングによって物理階層にマッピングされる（ここでは、「階層」は、特別に物理階層と言及しない限り、仮想階層を指す）。各物理階層を通じて各アンテナに情報が伝達される。図３で別に言及しない限り、プリコーディングは周波数領域で行われ、物理階層にマッピングされた情報には直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）情報転送方式が用いられる。物理階層にマッピングされた情報は、特定周波数領域にマッピングされた後、ＩＦＦＴ演算が行われ、その後、巡回プレフィックス（ＣＰ）が付加される。その後、高周波（ＲＦ）回路群を通じて各アンテナに情報が伝達される。

プリコーディングは、行列を乗算する方式で行うことができる。この行列において行の個数は、物理階層の個数、すなわち、アンテナの個数と同一であり、列の個数は、ランク値と同一である。ランク値は階層の個数と同一であるから、列の個数は階層個数と同一である。式２を参照すると、（仮想）階層にマッピングされた情報はｘ₁、ｘ₂であり、４×２行列の各要素ｐ_ijは、プリコーディングに用いられる重み値である。ｙ₁、ｙ₂、ｙ₃、ｙ₁₄は物理階層にマッピングされる情報で、個別のＯＦＤＭ転送方式を用いて各アンテナ別に転送される。

・・・ （式２）

以下では、混同がない限り、仮想階層を「階層」と略し、プリコーディングによって仮想階層信号が物理階層にマッピングされることを、「階層がアンテナにマッピングされる」と表現するものとする。

プリコーディングは、二つの方法に大別することができる。広帯域プリコーディングとサブバンドプリコーディングがそれである。

広帯域プリコーディングは、周波数領域でプリコーディングを行う際に、周波数領域に転送されるすべての情報に同一のプリコーディング行列を使用する方法を指す。

図４は、各階層の情報がプリコーディングされてアンテナを通じて転送される過程を示す図である。

図４を参照すると、複数の階層に該当する情報が各周波数領域の副搬送波別にプリコーディングされて各アンテナを通じて転送されることがわかる。このとき、広帯域プリコーディングでは、使用するプリコーディング行列‘Ｐ’がいずれも同一である。

サブバンドプリコーディングは、広帯域プリコーディングを拡張したもので、すべての副搬送波に対して同一のプリコーディング行列を使用せずに、副搬送波ごとに複数個のプリコーディング行列を使用する方法を指す。すなわち、特定の副搬送波ではプリコーディング行列‘Ｐ’を使用し、他の副搬送波ではプリコーディング行列‘Ｍ’を使用する方法を、サブバンドプリコーディングと称する。ここで、ＰとＭは、互いに異なる要素値を有している行列である。

アップリンク信号転送は、ダウンリンク信号転送に比べて相対的にＰＡＰＲ又はＣＭ特性に敏感である。これは、ＰＡＰＲ又はＣＭ増加に伴うフィルター価格の上昇が、ユーザ装置に相対的によって致命的になりうるからである。したがって、アップリンク信号転送には主としてＳＣ−ＦＤＭＡ方式が用いられている。

図５は、一般的なＳＣ−ＦＤＭＡ方式を説明するための図である。

ＯＦＤＭ方式及びＳＣ−ＦＤＭＡ方式は両方とも、図５に示すように、直列信号を並列に変換し、この並列信号を副搬送波にマッピングし、ＩＤＦＴ又はＩＦＦＴ処理後に、再び直列信号に変換し、ＣＰ付加後にＲＦモジュールを通じて信号を転送する側面では同一である。ただし、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式では、並列信号を直列信号に変換した後、ＤＦＴ拡散を行うことによって、以降のＩＤＦＴ又はＩＦＦＴ処理の影響を減少させ、単一信号特性を一定のレベル以上に維持させることを特徴とする。

一方、アップリンク信号転送時にＭＩＭＯ方式を適用する場合、ＣＭ値が低下する理由について考慮すると、ＣＭの良好な単一搬送波信号が同時に複数個重畳される場合、重畳された信号のＣＭ値は低下することがある。したがって、ＳＣ−ＦＤＭＡシステムにおいて、複数の階層から出力される情報を、できるだけ少ない個数の単一搬送波信号及び１個の物理的アンテナを通じて多重化して送信すると、良好なＣＭを有する送信信号を生成することができる。

送信しようとする情報にプリコーディングを行う前に、符号語階層マッピングを行うことができる。ＳＣ−ＦＤＭＡ方式は、主として１Ｔｘで使用されたため、階層個数が１個である。しかし、ＳＣ−ＦＤＭＡでＭＩＭＯを適用する場合には、階層個数が複数個になり、１個の転送ブロックからなる符号語は、複数の階層にマッピングできる。

図６は、符号語が多数の階層にマッピングされる方法を例示する図である。

図６を参照すると、ＳＣ−ＦＤＭＡのためのＤＦＴが行われた後に符号語階層マッピングが行われる場合にはＣＭ値が増加することができる。すなわち、ＤＦＴブロックから出力された信号はＩＦＦＴ処理される前に別の処理過程を経るため、すなわち、２個の階層に分離される過程を経るため、ＣＭ値が増加することがある。

図７は、本発明の一実施例であって、アンテナ別にＣＭ値が増加することを防止するために、符号語階層マッピングがなされた後に階層別にＤＦＴを行う方法を提案する。

したがって、ランク値によって階層個数別にＤＦＴブロックの個数が可変する場合には、ＣＭ値を低く維持することができる。すなわち、ＤＦＴブロックから出力された信号は別の処理過程を経ることなく直接ＩＦＦＴブロックに入力され、よって、ＣＭ値を低く維持することができる。実際に具現するときには、１個のＤＦＴブロックを複数の階層が共有してもよい。

また、アップリンク信号転送の際にＭＩＭＯ方式を用いて一つのアンテナに複数の階層信号が転送される場合も同様に、ＰＡＰＲ又はＣＭ特性が低下することがある。したがって、以下に説明する本発明の実施の形態では、一つのアンテナには一つの階層のみが転送されるように設定されたプリコーディング行列を用いるように符号表を設計することを提案する。

以下では、説明を容易にするために、送信システムにおいてプリコーディングブロックに伝達される信号のセットをｘとし、プリコーディングされた信号のセットをｙとする。この場合、プリコーディング行列がＰであれば、式３が成立する。

ｙ＝Ｐ・ｘ ・・・ （式３）

ここで、Ｐの次元は、Ｎ_T×Ｎ_Lであり、ｘの次元はＮ_L×１であり、ｙの次元は、Ｎ_T×１である。ここで、Ｎ_Tはアンテナの個数を表し、Ｎ_Lは階層の個数を表す。

以下では、
Ｉ．でまず、ユーザ装置がＭＩＭＯ手法を適用してアップリンク信号転送時に利用可能な符号表設計原理について説明し、
ＩＩ．でＩで説明した原理を満たすプリコーディング行列のうち、弦距離（Ｃｈｏｒｄａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を考慮して選択された符号表の具体的な形態を説明する。

Ｉ．符号表設計原理
<２Ｔｘ符号表>
以下、２Ｔｘモードで使用される符号表を構成するプリコーディング行列の構造に係る本発明の実施例について説明する。

本発明は、符号語を複数個の階層にマッピングして複数個のストリームを生成する段階、及び当該生成された複数個のストリームをプリコーディングして複数個のアンテナにマッピングして送信する段階で構成することができ、ここで、符号表は下記のように構成することができる。ランク１の時に用いられるプリコーディング行列とランク２の時に用いられるプリコーディング行列について別々に説明する。

２Ｔｘ−ランク１のプリコーディング行列
２Ｔｘ−ランク１の場合に、本発明の一実施例によれば、式３は式４のように書き直すことができる。

・・・ （式４）

一般に、広帯域プリコーディングを用いるとすれば、ランク１プリコーディングでは、各階層の信号に特定の定数値が乗算されるから、２Ｔｘで各アンテナを通じて転送される信号のＰＡＰＲやＣＭ値は、１Ｔｘで転送される信号のＰＡＰＲやＣＭ値と同一である。したがって、広帯域プリコーディングを用いる時には、２Ｔｘ−ランク１プリコーディング行列の値によってＰＡＰＲ及びＣＭが影響を受けない。

プリコーディングは、各チャネルを通じて転送される信号が相互補強（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ）されるようにチャネルを変更する方法である。これによって、信号の送信性能が向上する。したがって、式４でＰの第一の要素である‘ａ’を１に設定し、第二の要素である‘ｂ’を任意の値に設定することができる。また、各アンテナを通じて転送される信号の電力を同一にすることで、各アンテナに設けられた電力増幅器をすべて最大限に使用することができる。このために、上記第二の要素は、絶対値１の複素数値とすることができる。すなわち、式４において

になりうる。

プリコーディングのために用いられる符号表に含まれるプリコーディング行列の個数には限界がある。なぜなら、送信端及び受信端の両方で符号表を持っていなければならず、場合によっては、あるプリコーディング行列に関する情報を交換するからである。したがって、制限された個数のプリコーディング行列のみを使用しなければならない。このために、例えば、プリコーディング行列の各要素として、絶対値が１であり、位相（ｐｈａｓｅ）が＋０゜，＋４５゜，＋９０゜，＋１３５゜，＋１８０゜，−１３５゜，−９０゜，−４５゜のうちいずれか一つに対応する複素数を使用することができる。すなわち、

において

とすることができる。すなわち、

となりうる。

２Ｔｘ−ランク２のプリコーディング行列
２Ｔｘ−ランク２の場合に、式３は式５のように書き直すことができる。

・・・ （式５）

式５のようにアンテナを通じて転送される信号ｙ_kは、複数個の入力信号ｘ_iの組み合わせで構成され、このため、ＣＭ値が増加することがある。

ここで、ｐ₁₂及びｐ₂₁、又はｐ₁₁及びｐ₂₂を０に設定すると、各アンテナ別には１個の信号のみ送信されるようにすることができる。したがって、信号ｘ_iのＣＭ値が良好であれば、プリコーディングされた信号のＣＭ値も良好になる。図７を参照して上述したとおり、符号語を階層にマッピングした後、各階層にマッピングされた信号にＤＦＴ拡散を行い、各アンテナ別に一つの階層信号のみを転送するようにプリコーディングを行うとすれば、ＤＦＴ処理後に直接ＩＤＦＴ又はＩＦＦＴ処理がなされる効果を奏し、ＰＡＰＲ又はＣＭ特性を良好に維持することができる。これについてはより具体的に後述する。

この場合、ｐ₁₂及びｐ₂₁が０であれば、各階層に対応する信号は、任意の一定の複素数値が乗算された後に各アンテナから送信されるため、該乗算される複素数値を１に設定しても性能には支障を与えない。

したがって、本発明の一実施例によれば、式５は式６のように書き直すことができる。

・・・ （式６）

<４Ｔｘ符号表>
以下、４Ｔｘモードで用いられる符号表を構成するプリコーディング行列の構造に係る本発明の実施例について説明する。

本発明は、符号語を複数個の階層にマッピングして複数個のストリームを生成する段階、及び当該生成された複数個のストリームをプリコーディングして複数個のアンテナにマッピングして送信する段階で構成することができ、ここで、符号表は下記のように構成することができる。ランク１、ランク２、ランク３、ランク４のときに用いられるプリコーディング行列についてそれぞれ別に説明する。

４Ｔｘ−ランク１のプリコーディング行列
４Ｔｘ−ランク１の場合に、式３は式７のように書き直すことができる。

・・・ （式７）

２Ｔｘ−ランク１符号表の場合と同様に、広帯域プリコーディングを使用する場合に、４Ｔｘ−ランク１プリコーディングによって各アンテナ別に転送される信号のＣＭは、１Ｔｘにおける信号のＣＭと同一である。したがって、ＣＭに関しては、いかなるプリコーディング行列を使用することもできる。

４Ｔｘ−ランク２のプリコーディング行列
４Ｔｘ−ランク２の場合に、式３は式８のように書き直すことができる。

・・・ （式８）

２Ｔｘ−ランク２符号表と略同様に、４Ｔｘ−ランク２符号表においても、プリコーディング行列の特定要素を０に設定することによって、各アンテナ別に転送される信号の重複を最小化し、よって、ＣＭを低く維持することができる。

式８で、各アンテナ別に転送される信号であるｐ_k1ｘ₁＋ｐ_k2ｘ₂においてｐ_k1又はｐ_k2値が０に設定されると、各アンテナ別に転送される信号は、１個の階層から転送される信号と同一になり、よって、アンテナ別に転送される信号のＣＭを低い値に維持することができる。

本発明の一実施例では、式８において

に設定することができる。この場合、式８は式９のように書き直すことができる。

・・・ （式９）

式９を参照すると、各アンテナ別に転送される信号にはそれぞれ１個の階層のみがマッピングされる。また、１個の階層の立場からは、この１個の階層を通じて転送される情報に対して２Ｔｘ−ランク１プリコーディングを使用したと見なすことができる。したがって、４Ｔｘ−ランク２プリコーディング行列は、２Ｔｘ−ランク１プリコーディング行列を使用して生成することができる。すなわち、４Ｔｘ−ランク２プリコーディング行列は、２Ｔｘ−ランク１プリコーディング行列のスーパー行列となりうる。

例えば、本発明の一実施例に係るＰは、式１０のように与えられることができる。

・・・ （式１０）

上に提示したプリコーディング行列は、１個の階層の信号に対して２個のアンテナを使用して情報を転送する方法のためのものである。しかし、４個の物理アンテナが備えられているときは、２個のアンテナからなる様々なアンテナの組み合わせのうち、いずれの組み合わせを使用して転送するかにしたがって通信性能が変わることがある。この場合、プリコーディング行列Ｐの値にしたがって、選択されるアンテナの組み合わせが変わることがある。

例えば、本発明の一実施例によれば、プリコーディング行列Ｐは、式１１のように様々な形態を有することができ、それぞれの形態は、それぞれ異なるアンテナ組み合わせを表す。

・・・ （式１１）

式１１で、プリコーディング行列Ｐとして適切な値を選択すると、プリコーディングによる性能を向上させることができる。上のようにプリコーディング行列を形成すると、各階層に該当する信号は、総計４個のアンテナのうち、２個のアンテナを使用するから、各階層間のチャネル推定性能を類似にすることができ、各アンテナ別にＣＭ値を最小化することができる。

一般に、任意のプリコーディング行列の、特定の列ベクトルに定数値を乗算しても、そのプリコーディング行列の特性が変更されない。したがって、上に言及したプリコーディング行列の特定の列に定数値を乗算してもプリコーディング行列の特性が変更されることはない。したがって、本発明の実施例によるプリコーディング行列の特定の列ベクトルに定数値を乗算することは、本発明の範囲を逸脱しない。

また、上記式１１に示すプリコーディング行列に対して一定のスケーリング係数を乗算する形態にすることもでき、下記の式１２のように表現することができる。

・・・ （式１２）

４Ｔｘ−ランク３のプリコーディング行列（１）
４Ｔｘ−ランク３の場合に、式３は式１３のように書き直すことができる。

・・・ （式１３）

４Ｔｘ−ランク２プリコーディング行列と略同様に、４Ｔｘ−ランク３プリコーディング行列においても、プリコーディング行列の特定要素を０に設定することによって、各アンテナ別に転送される信号の重複を最小化し、よって、ＣＭを低く維持することができる。

式１３で、各アンテナ別に転送される信号であるｐ_k1ｘ₁＋ｐ_k2ｘ₂＋ｐ_k3ｘ₃においてｐ_k1、ｐ_k2、又はｐ_k3値が０に設定されるとすれば、アンテナ別に転送される信号のＣＭは低い値を維持することができる。

本発明の一実施例では、式１２において

に設定することができる。この場合、式１３は式１４のように書き直すことができる。

・・・ （式１４）

ランク３では転送されるべき階層の個数は３個であり、物理アンテナの個数は４個である。この場合、３個のアンテナはそれぞれ１個の階層に単独にマッピングすることができる。このとき、残っている１個のアンテナには１個の階層の信号のみをマッピングすることもでき、２個以上の階層の信号を共にマッピンクすることもできる。残っている１個のアンテナに、特定の１個の階層の信号のみをマッピングするとき、このアンテナを通じて送信される信号のＣＭは良好な特性を示すことができるが、この特定の１個の階層の情報の通信性能は、別の階層の情報の通信性能と異なることがある。例えば、アンテナ１及びアンテナ４には階層１の情報をマッピングし、アンテナ２には階層２の情報をマッピングし、アンテナ３には階層３の情報をマッピングすると、階層１の情報に対する通信性能は、階層２又は階層３の通信性能とは異なってくることがある。

本発明の一実施例では、プリコーディングにおいて各アンテナ別にＣＭ値をできるだけ低くする目的で、プリコーディング行列Ｐが式１５のＰ₁、Ｐ₂、Ｐ₃のいずれか一方の値を有することができる。

・・・ （式１５）

上記のプリコーディング行列Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃を使用する際には、各階層のために用いられるアンテナの個数が互いに同一でない。しかし、ある情報を転送する際にプリコーディング行列Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃のうちいずれか一方のみを使用するのではなく、Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃を均等に使用するときは、各階層のために用いられるアンテナの個数を平準化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）することができる。周波数領域でプリコーディング行列Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃を交互に使用することもできるが、この方式によると、既に単一搬送波で構成された信号の単一搬送波特性がき損され、よって、ＣＭ値が上昇することがある。したがって、プリコーディング行列Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃を各ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルごとに交互に適用することでＣＭの増加を防止することができる。データを転送する際に、１個のサブフレーム単位で情報を復号することができる。したがって、毎ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルごとにプリコーディング行列Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃を交互に適用すると、１個のサブフレームを通じて転送される全体情報に対して、各階層の情報は平均して同一の個数のアンテナを通じて転送されることができる。

本発明の他の実施例では、各階層が使用するアンテナの位置を変更することによって性能を向上させることができる。アンテナの位置を変更することは、時間の流れによってなされることができ、特に、ＳＣ−ＦＤＭＡシンボルごとに変更することができる。アンテナの位置を変更する具体的な方法は、下記のとおりである。

すなわち、プリコーディング行列の、０以外の値の位置を一つの行ベクトル内で変更することによって、各階層の信号が転送されるアンテナの位置を変更することができる。又は、この方法は、与えられたプリコーディング行列で行と列の置換（ｒｏｗ／ｃｏｌｕｍｎ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）によって具現することができる。

図８は、プリコーディング行列の列又は行の位置を置換する方法を示す図である。

図８の（ａ）は、行の位置を置換する方法を示し、図８の（ｂ）は、列の位置を置換する方法を示す。

式１５のプリコーディング行列において、プリコーディング行列Ｐ₁を行置換及び／又は列置換することによって、プリコーディング行列Ｐ₂又はＰ₃を生成することができる。したがって、プリコーディング行列Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃のような構造では、行置換によってのみ唯一の新しいプリコーディング行列を生成することができる。

４Ｔｘにおいて可能な行置換によって変更される行の順序は、下記のとおりである。

｛1, 2, 3, 4｝, ｛1, 2, 4, 3｝, ｛1, 3, 2, 4｝, ｛1, 3, 4, 2｝,
｛1, 4, 2, 3｝, ｛1, 4, 3, 2｝, ｛2, 1, 3, 4｝, ｛2, 1, 4, 3｝,
｛2, 3, 1, 4｝, ｛2, 3, 4, 1｝, ｛2, 4, 1, 3｝, ｛2, 4, 3, 1｝,
｛3, 2, 1, 4｝, ｛3, 2, 4, 1｝, ｛3, 1, 2, 4｝, ｛3, 1, 4, 2｝,
｛3, 4, 2, 1｝, ｛3, 4, 1, 2｝, ｛4, 2, 3, 1｝, ｛4, 2, 1, 3｝,
｛4, 3, 2, 1｝, ｛4, 3, 1, 2｝, ｛4, 1, 2, 3｝, ｛4, 1, 3, 2｝

ここで、｛ｗ，ｘ，ｙ，ｚ｝は、プリコーディング行列Ｐ_kが与えられたとき、該プリコーディング行列の行ベクトル１、２、３、４を、｛｝中の順序に並べ替えるという意味である。

行置換によれば、特定階層に該当する信号は、互いに異なるアンテナにマッピングされ、列置換によれば、それぞれ異なる階層の情報が互いにスイッチングされる効果を得ることができる。各階層別に特に性能を区分する必要がなく、各階層別に類似の性能を要求するシステムでは、列置換方式を用いる必要がない。すなわち、行置換のみでアンテナ選択効果を得ることができる。

一方、上記の式１５に示す４Ｔｘ−ランク３プリコーディング行列のそれぞれに一定のスケーリング係数を乗算することもでき、その形態は下記の式６のとおりである。

・・・ （式１６）

４Ｔｘ−ランク３のプリコーディング行列（２）
４Ｔｘ−ランク３の場合に、各アンテナが只１個の階層に該当する情報を送信すると、アンテナを通じて送信される信号のＣＭ値を低く維持することができるが、１個の階層の情報は１個の特定アンテナを通じてのみ送信されるから、通信性能が低下することがある。したがって、４Ｔｘ−ランク３の場合には、１個のアンテナを通じて最大２個の階層の信号が多重化して転送されるように設計することによって、ＣＭの増加量を最小化しながら、同時に通信性能を高めることができる。

本発明の一実施例によれば、１個のアンテナで２個の階層に該当する情報を送信するときに、式１３のプリコーディング行列Ｐを、式１７のＰ₄又は式１８のＰ₅のように表すことができる。

・・・ （式１７）

・・・ （式１８）

式１７で、ランク３を満たすにはプリコーディング行列Ｐ₄のＸの値とＺの値を別々のものにしなければならない。

プリコーディング行列Ｐ₄又はＰ₅を使用する方法には、特定のアンテナでは２個の階層の信号が多重化されて転送されるが、別のアンテナでは１個の階層の信号のみ転送されるという欠点がある。

本発明の一実施例では、この欠点を補完するために、プリコーディング行列Ｐが式１９のＰ₆、Ｐ₇、Ｐ₈のうちいずれか一方の値を有することができる。

・・・ （式１９）

プリコーディング行列Ｐ₄、Ｐ₅、Ｐ₆、Ｐ₇、Ｐ₈に対して、４Ｔｘ−ランク３のプリコーディング行列と関連して上述したとおり、行列置換を行うことができる。行列置換を行うことによって、特定の階層の信号を任意のアンテナを通じて送信可能にするアンテナ選択機能を、プリコーディングによって具現することができる。

本発明の一実施例では、プリコーディング行列の各列ベクトルが互いに直交性を有するように構成することができる。

プリコーディング行列の各列ベクトルが直交性を有するように構成すると、プリコーディング行列は片側ユニタリ行列の特性を満たす。すなわち、プリコーディング行列Ｐは、式２０のような特性を有することができる。

Ｐ^ＨＰ＝αＩ≠ＰＰ^Ｈ ・・・ （式２０）

本発明の一実施例では、ランク３のプリコーディング行列を式２１のように構成することができる。式２１を満たすプリコーディング行列Ｐは、式２０の関係を満たすこととなる。

・・・ （式２１）

式２１で

満たすことから、プリコーディング行列Ｐが式２０を満たすということが確認できる。

４Ｔｘ−ランク４のプリコーディング行列（１）
４Ｔｘ−ランク４の場合に、式３は式２２のように書き直すことができる。

・・・ （式２２）

４Ｔｘ−ランク４の場合には、４個の階層からの信号が各アンテナを通じて多重化して転送される。

本発明の一実施例では、プリコーディング行列を単位行列で構成すると、１個のアンテナでは１個の階層に該当する信号のみを転送するようになる。この場合、式２２は式２３のように書き直すことができる。

・・・ （式２３）

４Ｔｘ−ランク４のプリコーディング行列（２）
４Ｔｘ−ランク４符号表においてランク４プリコーディング行列の個数を増加させることで、通信性能を向上させることができる。符号表を構成するプリコーディング行列の個数が多いほど、実際のチャネルに一層近いプリコーディング行列を選択でき、よって、プリコーディング行列の個数が多いほど性能を向上させることができる。しかし、符号表におけるプリコーディング行列の選択が複雑になることから、符号表には適切な個数のプリコーディング行列を含めることが好ましい。しかし、４Ｔｘ−ランク４の場合、各アンテナ別に１個の階層に該当する信号のみを転送するためには、プリコーディング行列は単位行列でなければならず、複数個のランク４プリコーディング行列を使用すると、１個のアンテナを通じて２個以上の階層に該当する信号を送信しなければならない場合が生じる。したがって、ＣＭ値を最小化しながら、符号表におけるランク４プリコーディング行列の個数を増加させるためにプリコーディング行列の特定要素を０に設定することができる。式２２で各アンテナ別に転送される信号であるｐ_k1ｘ₁＋ｐ_k2ｘ₂＋ｐ_k3ｘ₃＋ｐ_k4ｘ₄においてｐ_k1、ｐ_k2、ｐ_k3及びｐ_k4のうち２個の値が０に設定されると、アンテナ別に転送される信号のＣＭは低い値を維持することができる。

本発明の一実施例では、プリコーディング行列を式２４のＰ₉、式２５のＰ₁₀、及び式２６のＰ₁₁のように設定することができる。

・・・ （式２４）

・・・ （式２５）

・・・ （式２６）

プリコーディング行列Ｐ₉、Ｐ₁₀、及びＰ₁₁は、１個のアンテナごとに最大２個の階層の信号を転送するプリコーディング行列の例である。上述したとおり、プリコーディング行列Ｐ₉、Ｐ₁₀、及びＰ₁₁に対して行列置換を行うことによって、それぞれ異なる階層の信号がそれぞれ異なるアンテナを通じて転送されるようにすることができる。

プリコーディング行列Ｐ₁₁は、ユニタリ行列であるから、ユニタリプリコーディング行列の利点を活用することができる。

４Ｔｘ−ランク４のプリコーディング行列（３）
４Ｔｘ−ランク４の場合に、プリコーディング行列の、各行の要素のうち１個の要素のみを０に設定することができる。この方法を用いると、１個のアンテナを通じて３個の階層に該当する信号を多重化して送信することができ、通信性能を向上させることができる。ただし、この方法によると、ＣＭ値はより上昇するが、プリコーディング行列のすべての要素が０以外の値に設定される場合に比べてより小さいＣＭ値を有する。したがって、この方法は、送信側では最大転送電力で送信しなくて済む信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の良い状態で有効に使用することができる。

本発明が一実施例では、プリコーディング行列Ｐを、式２７のＰ₁₂、式２８のＰ₁₃、式２９のＰ₁₄、式３０のＰ₁₅のように表すことができる。

・・・ （式２７）

・・・ （式２８）

・・・ （式２９）

・・・ （式３０）

式３０のプリコーディング行列Ｐ₁₅はユニタリ行列であるから、ユニタリプリコーディング行列の利点を活用することができる。

上述したプリコーディング行列の特定の列に定数を乗算して生成された行列、又は上述したプリコーディング行列に対して行列置換を行って得た行列を符号表の一部とすることができる。

上述したすべてのプリコーディング行列の要素は、絶対値が１であり、その位相値が＋０゜，＋４５゜，＋９０゜，＋１３５゜，＋１８０゜，−１３５゜，−９０゜，−４５゜のうちいずれか一つに対応する複素数から選択された。すなわち、プリコーディング行列の要素は、

から選択された。しかし、これは例示のためのもので、絶対値が１であり、その位相値が互いに異なる複素数から構成された集合から選択してもよい。例えば、プリコーディング行列の要素は、

（αは、任意の定数）から選択することができる。

電力調整
一方、上述したような符号表設計において、各アンテナの転送電力調整及び／又は各階層の転送電力調整も重要な要素とされる。各アンテナ当たりの転送電力をできるだけ均一に調整しないと、各転送アンテナ別性能差を招くことにつながる。同様に、各転送階層当たりに電力をできるだけ均一に調整しないと、符号語ごとに性能差が出ることにつながる。

したがって、本発明の一実施の形態では、プリコーディング行列において各アンテナに対応するすべての要素（プリコーディング行列の、特定の行のすべての要素）のノルムを用いて、アンテナ電力調整を考慮してプリコーディング行列を設計することを提案する。具体的に、式３１で示されるプリコーディング行列を、式３２のようにアンテナ電力調整を行った形態として用いることを提案する。

・・・ （式３１）

・・・ （式３２）

また、本発明の一実施の形態では、各階層のすべての要素（プリコーディング行列の、特定の列のすべての要素）のノルムを用いて、階層電力調整を考慮してプリコーディング行列を設計することを提案する。具体的に、式３３で示されるプリコーディング行列を、式３４のように階層電力調整を行った形態として用いることを提案する。

・・・ （式３３）

・・・ （式３４）

ここで、４Ｔｘ−ランク３プリコーディング行列の場合は、行の個数及び列の個数がランク２プリコーディング行列と違い、上述したアンテナ電力調整と階層電力調整を同時に行うのに適していないこともある点に注目する必要がある。ただし、特定の状況、例えば、転送時に特定パターンに従って転送に用いられる階層を変更させる階層移動（ｌａｙｅｒ ｓｈｉｆｔ）方式を用いるシステムでは、上述した階層当たりに性能差が分散する効果を得ることができるため、上述したような階層電力調整が相対的にアンテナ電力調整に比べて重要でないこともある。したがって、本発明の一実施の形態では、アンテナ電力調整及び階層電力調整を同時に行うことができない場合、アンテナ電力調整を優先して行った形態のプリコーディング行列を用いることを提案する。

一方、上述した４Ｔｘ−ランク３プリコーディング行列のうち、下記のプリコーディング行列は、各階層当たりに２個のシンボルが転送されることから、下記のようにアンテナ電力制御が行えることがわかる。

・・・ （式３５）

同様に、上述した４Ｔｘ−ランク３プリコーディング行列のうち、下記のプリコーディング行列は、一つのアンテナ当たり一つのシンボルのみが転送されることから、階層電力調整を下記のように行えることがわかる。

・・・ （式３６）

一方、本発明の他の実施形態では、アンテナ電力調整と階層電力調整を同時に行う観点から、下記のような４Ｔｘ−ランク３プリコーディング行列が下記のようなプリコーディング行列を含むことを提案する。

・・・ （式３７）

すなわち、４Ｔｘ−ランク３プリコーディング行列として、特定の一つのアンテナには信号が転送されないように設定されたプリコーディング行列を用いる方式である。

一方、４Ｔｘ−ランク４プリコーディング行列に対して階層電力調整を行った形態のプリコーディング行列の一例は、下記のとおりである。

・・・ （式３８）

<符号表プルーニング>
４Ｔｘシステムでは、上述したランク１、ランク２、ランク３、ランク４に該当するプリコーディング行列を送／受信側で使用する符号表の要素として使用することができる。しかし、上述したすべてのプリコーディング行列を使用すると、符号表が大きすぎるため、性能をある程度維持しながらプリコーディング行列の個数を減らす必要がある。以下、プリコーディング行列の個数を減らす実施例について説明する。後述するプリコーディング行列を制約する方法は個別に又は共に用いることができる。

符号表要素アルファベット制限
上述したすべてのプリコーディング行列の要素は、絶対値が１であり、その位相値が＋０゜，＋４５゜，＋９０゜，＋１３５゜，＋１８０゜，−１３５゜，−９０゜，−４５゜のうちいずれか一つに対応する複素数から選択された。

本発明の一実施例では、プリコーディング行列の個数を減らすために、行列の要素を、絶対値が１であり、その位相値が＋０゜，＋９０゜，＋１８０゜，−９０゜のうちいずれか一つに対応する複素数から選択することができる。すなわち、プリコーディング行列の要素を、｛１，ｊ，−１，−ｊ｝から選択することができる。

又は、４５゜の角度で離れた８個のアルファベットのうち、任意のＮ個からなるサブセットから抽出して使用することもできる。

ユニタリプリコーディング行列に制限
プリコーディング行列内のそれぞれの列ベクトルが互いに直交性を有する場合には、該プリコーディング行列は、ユニタリ行列又は部分ユニタリ行列となる。プリコーディング行列がこのような特徴を有する場合、追加的な利得を得ることができる。

したがって、本発明の一実施例では、上述したすべてのプリコーディング行列のうち、ユニタリ行列又は部分的ユニタリ行列のみを集めて符号表を形成することができる。

一例として、式３９に並べたプリコーディング行列と、式４０に並べたプリコーディング行列に対して行列置換を行って得られる行列を任意に組み合わせることで符号表を生成することができる。

・・・ （式３９）

入れ子構造に制限
ランク１、ランク２、ランク３、ランク４のプリコーディング行列を構成する際に、ランク４のプリコーディング行列の列ベクトルを用いてランク２又はランク３のプリコーディング行列を構成することができると、これを、入れ子構造からなるプリコーディング行列という。特定のランク４プリコーディング行列をプリコーディング符号表の一部として使用する時には、そのランク４プリコーディング行列の列ベクトルを用いてランク３プリコーディング行列を構成可能でなければならず、プリコーディング行列の構成に制約が生じる。したがって、このノルムによって符号表大きさを制限することができる。

本発明の一実施例では、ランク１、ランク２、ランク３、ランク４のプリコーディング行列が入れ子構造を有することができる。

例えば、式４０に列挙されたプリコーディング行列に対して行列置換を行って得られる行列の組み合わせで符号表を構成することができる。

・・・ （式４０）

以上の式に表現された行列の他にも、種々の形態の適用可能な行列が存在できる。これらの行列は、以上の行列に対して行置換及び／又は列置換を行って得られるということが容易に理解できる。本発明で、プリコーディング行列に０の値を有する要素が存在するから、あるアンテナは、特定入力ストリームにはマッピングされないこともある。これをアンテナ選択機能として把握することもできる。

ＩＩ．符号表の具体的形態
以下では、上述した符号表設計原則を満たすように符号表を設計する方法であって、弦距離を考慮してより具体的に符号表内の各ランク当たりプリコーディング行列を決定する方法について説明する。

図９は、弦距離の概念を説明するための図である。

弦距離は、様々な符号表セットの性能を比較するノルムの一つとしてよく知られている。ここで、「弦」は、円周に位置する２個の地点をつなぐ直線を表す。したがって、２次元からすれば、弦距離は、図９に示すように、（単位）円の円周上の２地点間の距離を表す。

４Ｔｘ符号表の場合、４次元の弦距離を考慮しなければならず、下記の式を符号表セットを選択するための弦距離として用いることができる。

・・・ （式４１）

上記の式４１で、Ｐ＝［ｖ_１ ｖ_２ … ｖ_Ｎ］、Ｑ＝［ｕ_１ ｕ_２ … ｕ_Ｎ］、（ここで、ｖ_ｉ，ｕ_ｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ、４Ｔｘアンテナの場合Ｎ＝４）は、行列Ｐ、Ｑの基本ベクトルである。そして、

は、行列のフロベニウスノルム（Ｆｒｏｂｅｎｉｕｓ ｎｏｒｍ）である。上記の弦距離は、下記のような式によっても測定可能である。

・・・ （式４２）
ここで、Ａ及びＢはそれぞれＰ及びＱの正規直交生成行列（ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｃｅｓ）である。

上記の弦距離概念を用いて、以下では、４個転送アンテナを使用するシステム（４Ｔｘシステム）に対して、上述の符号表設計をより具体化する。以下の説明では、説明の簡便さのために、電力調整に関連する係数を省いて表現するものとする。

ランク２
まず、４Ｔｘランク２システムに対してＣＭ性能を良好に維持させる下記のような３つのグループの符号表を仮定する。

・・・ （式４３）

上記のような形態を満たすプリコーディング行列の個数は相当に多いが、これらに対して合理的なノルムに従って所定個数のプリコーディング行列のみを含む符号表と設計することが好ましい。以下では、下記のようなノルムを用いて各ランク当たりのプリコーディング行列個数を所定個数以下に制限することを提案する。
ノルム１：弦距離
ノルム２：各グループから均一に選択されるか否か（符号表内のプリコーディング行列／ベクトルの個数がグループの個数で割り切れない場合、上記のノルム１を考慮してできるだけ均等に選択する。）

このようなノルムは、以下に説明されるランク３及びランク４の場合にも同一に適用することを提案する。

具体的に、本発明の一実施の形態では、上記ノルム１を用いて特定ランクに対する符号表からプリコーディング行列セットを選択することを提案する。第１の段階として、一つの符号表内ですべてのプリコーディング行列対に対して上記の式４２を用いて弦距離を計算する。例えば、４個の符号表セットがある場合、４個の最小弦距離値は、下記のように計算できる。
ｄ^１ _{ｃ，ｍｉｎ}＝１，ｄ^２ _{ｃ，ｍｉｎ}＝０．５６，ｄ^３ _{ｃ，ｍｉｎ}＝０．７１及びｄ^４ _{ｃ，ｍｉｎ}＝１

この場合、ｄ^ｉ _{ｃ，ｍｉｎ}（ｉは、符号表セット番号）値が大きいほどシステム性能が向上するから、１番目及び４番目の符号表が次の選択段階に進行することが好ましい。

第２の段階として、様々な無線チャネル環境に適用するために、各グループ当たりにできるだけ均等にプリコーディング行列を選択することを提案する。例えば、３個の符号表グループがあり、ランク２符号表として１６個のプリコーディング行列を必要とする場合、５個のプリコーディング行列が２個グループから選択され、６個のプリコーディング行列が残り一つのグループから選択されることを提案する。例えば、最初の２個のグループから５個のプリコーディング行列が選択され、最後の１個のグループから６個のプリコーディング行列が選択されることを提案する。本発明の一実施の形態では、上述したとおり、各プリコーディング行列の要素値（ａｌｐｈａｂｅｔ）を制限することを考慮できる（例えば、Ｘ＝１，ｊ，−１，−ｊ）に制限）。上述したような過程によって構成可能な４Ｔｘランク２に対する符号表の例は、下記のとおりである。

表１
ランク２符号表セット１−１

ランク２符号表セット２−１

ランク２符号表セット３−１

ランク２符号表セット４−１

ランク２符号表セット５−１

ランク２符号表セット６−１

ランク２符号表セット７−１

ランク２符号表セット８−１

ランク２符号表セット９−１

ランク２符号表セット１０−１

ランク２符号表セット１１−１

ランク２符号表セット１２−１

上記の表１で表した符号表はいずれも例示であって、行置換及び／又は列置換を全部又は一部のプリコーディング行列に適用することができる。

４Ｔｘランク２符号表が１５個のプリコーディング行列を含む場合、各プリコーディング行列グループのうち、最も多いプリコーディング行列が選択されたグループから１個プリコーディング行列を除去して構成することができる。上述の方式で構成される４Ｔｘランク２符号表の例は、下記のとおりである。

表２
ランク２符号表セット１−２

ランク２符号表セット２−２

ランク２符号表セット３−２

ランク２符号表セット４−２

ランク２符号表セット５−２

ランク２符号表セット６−２

ランク２符号表セット７−２

ランク２符号表セット８−２

ランク２符号表セット９−２

ランク２符号表セット１０−２

ランク２符号表セット１１−２

ランク２符号表セット１２−２

上記の表２に表した符号表も同様、例示的なもので、各プリコーディング行列の全体又は一部に行置換及び／又は列置換を行うことができる。

ランク３−第１の実施の形態
ＣＭ特性を良好に維持させる４Ｔｘランク３符号表設計のために、下記のように３個のプリコーディング行列グループを仮定する。以下においても同様、電力調整関連係数は省いて表現する。

グループ１

グループ２

グループ３

・・・ （式４４）

ランク３の場合もランク２と同様に、上述のノルム１及びノルム２にしたがって符号表を構成することを提案する。具体的に、上記の式４２を用いて符号表内の可能なすべてのプリコーディング行列の組み合わせに対して弦距離を算定した後、最大弦距離を有する最小個数のセットを選択することができる。また、各グループ（グループ１、２、３）からプリコーディング行列をできるだけ均等に選択することを提案する。各グループ内のプリコーディング行列成分で表現されたアルファベットを（１，ｊ，−１，−ｊ）に制限すると、最小弦距離ｄｃ，＝０．７０７を満たす下記のような符号表を獲得することができる。

表３
ランク３符号表セット１−１

ランク３符号表セット２−１

ランク３符号表セット３−１

ランク３符号表セット４−１

ランク３符号表セット５−１

ランク３符号表セット６−１

ランク３符号表セット７−１

ランク３符号表セット８−１

上記の表３に表した符号表も同様、一部又は全体プリコーディング行列に行置換及び／又は列置換を行うことができる。

ランク３符号表に１５個のプリコーディング行列のみ含まれる場合、上記の表３の符号表において各グループのうち最も多いプリコーディング行列が選択されたグループのプリコーディング行列を一つを除去して、下記のように構成することができる。

表４
ランク３符号表セット１−２

ランク３符号表セット２−２

ランク３符号表セット３−２

ランク３符号表セット４−２

ランク３符号表セット５−２

ランク３符号表セット６−２

ランク３符号表セット７−２

ランク３符号表セット８−２

上記の表４も同様、全体又は一部プリコーディング行列に行置換及び／又は列置換を行うことができる。

ランク３−第２の実施の形態
本実施の形態では、ＣＭ特性を良好に維持するプリコーディング行列グループ６個を用いて符号表を構成する方法を説明する。ＣＭ特性を良好に維持する６個の４Ｔｘ−ランク３プリコーディング行列グループは、下記のように表すことができる。

・・・ （式４５）

上記の式４５で表した６個のグループから２４個のプリコーディング行列を含むランク３符号表の一例は、下記のとおりである。下記の例は、複雑度を減らす目的で、プリコーディング行列成分として表現されたアルファベットが１，ｊ，−１，−ｊに制限されたケースに該当する。

表５

他の例として、上記の式４５に表したグループのうち、グループ１に列置換を適用して生成可能なグループ４を排除して用いる方法を提案する。一般に、３個の列ベクトルが［ｃ１，ｃ２，ｃ３］で表現される場合、［ｃ１，ｃ３，ｃ２］、［ｃ２，ｃ１，ｃ３］、［ｃ２，ｃ３，ｃ１］、［ｃ３，ｃ２，ｃ１］、［ｃ３，ｃ１，ｃ２］のような６個の列置換行列の生成が可能である。

上述したとおり、特定ベクトル置換行列を使用しない動機は、エンコーディングされたシーケンスはプリコーディング行列の特定の列ベクトル（又は特定の階層）にマッピングされるからである。上記のプリコーディング行列のグループで２個の独立してエンコーディングされた符号語が、下記のように異なる階層にマッピングされると仮定する。
（１）１番目の符号語は１番目の階層にマッピングされる。
（２）２番目の符号語は２番目及び３番目の階層に均等に分散してマッピングされる。

このような符号語階層マッピングを仮定する場合、特定の列置換は、互いに異なる符号語間に平均ＳＩＮＲ差を招かない。例えば、列ベクトル［ｃ１，ｃ２，ｃ３］が［ｃ１，ｃ３，ｃ２］に置換された場合は、２番目の符号語に対する階層のみがスワッピングされることがわかる。このように、同一の２番目の符号語が均等に分散してマッピングされる２個の階層間のスワッピングは性能変化を招かず、符号表に上述のような列ベクトル置換プリコーディング行列を別に含める必要はない。したがって、このような論理から、２番目及び３番目の列ベクトルのみを置換して生成されるグループを排除し、下記のようなプリコーディング行列グループのみを考慮することを提案する。

・・・ （式４６）

下記の符号表は、前記プリコーディング行列グループ内のアルファベットを１，ｊ，−１，−jに制限し、２０個のプリコーディング行列を含む４Ｔｘランク３符号表の例を示すものである。

表６

一方、本発明の他の実施の形態では、高いランクで最適の性能を獲得するために必要なプリコーディング行列の個数が、低いランクで最適の性能を獲得するために必要なプリコーディング行列の個数よりも小さいから、ランク３符号表が２４個未満のプリコーディング行列を含むように制限することができる。この場合、上記のノルム２を用いて６個のプリコーディング行列グループから下記のように均等にプリコーディング行列を選択して構成することができる。

表７

上記の表７は、単純にｅ^−ｊθを特定の列ベクトルに乗算したり、プリコーディング行列内の列置換が性能向上に影響を与えないことから符号表内のプリコーディング行列の個数を１２個に制限したりする例を示している。一方、本発明の一実施の形態では、アンテナ選択利得を獲得するためにアンテナ置換を行うことができる。これは、上述した符号表内のプリコーディング行列の行置換によって具現することができる。

ランク３−第３の実施の形態
本実施の形態では、ＣＭ性能を良好に維持するプリコーディング行列として、下記のような６個のプリコーディング行列グループを考慮することを仮定する。

・・・ （式４７）

上記の式４７で、グループ１を参照すると、上述のような符号語階層マッピング関係を考慮して［ｃ１，ｃ３，ｃ２］、［ｃ２，ｃ１，ｃ３］、［ｃ２，ｃ３，ｃ１］、［ｃ３，ｃ２，ｃ１］、［ｃ３，ｃ１，ｃ２］から３個の置換行列を選択したことかわかる。グループ４の場合、一つの構成プリコーディング行列が除外されていることがわかる。これは、既にグループ１に含まれているからである。本実施の形態は、特に階層移動動作がなされない場合に活用することが好ましい。本実施の形態では、列置換がされたプリコーディング行列セットを含む符号表を用いることによって階層移動を具現することができる。これによって、情報シーケンスはすべての階層にマッピングされることができ、よって、階層間に存在する信号対干渉及びノイズ比（ＳIＮＲ）の差を平準化することができる。

本実施の形態でも、上記のノルム１及びノルム２を用いてプリコーディング行列を選択することができる。

ランク３−第４の実施の形態
本実施の形態でＣＭ特性を良好に維持するプリコーディング行列グループとして下記のような３個のグループを考慮する。

・・・ （式４８）

上記の式４８に表したプリコーディング行列グループのうち、最後のベクトル

は、ＤＦＴベースのプリコーディングベクトル／行列、又はハウスホールドベースのプリコーディングベクトル／行列のような異なるプリコーディング行列でありうる。例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥシステム（リリース８システム）のランク１符号表がその一例である。好ましくは、

の直交性／部分ユニタリ特性を維持するために、行列

及び

はユニタリ特性を満たさなければならない。同様に、行列

の行列

及び

、そして

の行列

及び

は、ユニタリ特性を満たさなければならない。これは、パラメータが下記のような関係を満たすべきということを意味する。

グループ１で: ａ＝１，ｂ＝−Ｘ，及びｃ＝−ｄ・Ｙ^＊
グループ２で: ａ’＝１，ｂ’＝−Ｘ，及びｃ’＝−ｄ’・Ｙ^＊
グループ３で: ａ”＝１，ｂ”＝−Ｘ，及びｃ”＝−ｄ”・Ｙ^＊
・・・ （式４９）

ここで、特定プリコーディング行列の列ベクトルに一定の複素定数を乗じても同一のプリコーディング行列を表すと見なされるため、ａ、ａ’、ａ”は、１と仮定する。

好ましくは、本実施の形態は、階層置換が動作する場合に有用でありうる。階層置換動作は、特定の情報シーケンスがすべての階層に巡回的にマッピングされて転送されるように設定することによって、階層別ＳＩＮＲ性能差を均一化することを意味する。互いに異なる階層に同一の電力が用いられる場合、０を成分として含まない最後の列に対応する最後の階層のデータシーケンスが最高の電力（プリコーディング出力信号観点で）を有することとなる。

階層置換が使用されないで直列干渉除去（ＳＩＣ）受信器アルゴリズムが使用される場合、第１符号語がマップされる階層は、送信電力が他のプリコーディングベクトル列より比較的大きいプリコーディングベクトル列に対応することが好ましい。式４８の場合、第３列は他よりも大きな送信電力を有する。第１列が第１階層にマップされる場合、第３列は第３階層にマップされ、式４８の代わりに式４８ａを用いてもよい。このプリコーディング行列構造によって、複数の符号語送信が行われるとき、符号語全体が正しく復号される確率が向上するので、階層置換が行われないでＳＩＣ受信器が用いられる場合の性能を向上させることができる。

・・・ （式４８ａ）

ランク３−第５の実施の形態
本実施の形態ではＣＭ性能を良好に維持するプリコーディング行列グループとして下記のようなグループを仮定する。

・・・ （式５０）

上記の式５０に表したプリコーディング行列グループは、上記の第４の実施形態で行又は列置換がなされたバージョンのプリコーディング行列で構成される。式５０のプリコーディング行列グループで列ベクトル

は、ＤＦＴベースのプリコーディングベクトル／行列又はハウスホールドベースのプリコーディングベクトル／行列のような、異なるプリコーディング行列でありうる。例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥシステム（ｒｅｌｅａｓｅ ８システム）のランク１符号表がその一例である。

上記の第４の実施形態と略同様に、プリコーディング行列ベクトルは互いに直交し、プリコーディング行列グループの、すべての列ベクトルの最初の０でない要素が１であることが好ましい。

本実施の形態による符号表は、上記第４の実施形態のプリコーディング行列に列置換がなされたプリコーディング行列を含む。上述したとおり、列ベクトル［ｃ１，ｃ２，ｃ３］を有するプリコーディング行列は、［ｃ１，ｃ３，ｃ２］、［ｃ２，ｃ１，ｃ３］、［ｃ２，ｃ３，ｃ１］、［ｃ３，ｃ２，ｃ１］、［ｃ３，ｃ１，ｃ２］のような５個の列置換プリコーディング行列を含め、６個のプリコーディング行列を有することができる。

特定の列置換プリコーディング行列を含まない理由は、上述したとおり、第１符号語が第１階層にマッピングされ、第２符号語が第２階層と第３階層に分配してマッピングされるシステムにおいてプリコーディング行列の２番目の列と３番目の列の置換は性能差を招かないからである。

ランク３−第６の実施の形態
本実施の形態によるプリコーディング行列は、上記の第４の実施形態による符号表のプリコーディング行列に行置換がなされた形態を有する。これは、行置換を用いたアンテナスイッチングによって利得を得ることができるからである。

本実施の形態によるプリコーディング行列グループは、下記のように表すことができる。

・・・ （式５１）

列ベクトル

又はこれらの行置換の形態は、ＤＦＴベースのプリコーディングベクトル／行列又はハウスホールドベースのプリコーディングベクトル／行列のような、異なるプリコーディング行列でありうる。例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥシステム（リリース８システム）のランク１符号表がその一例である。

上記の第４の実施形態と同様に、プリコーディング行列の列ベクトルは、互いに直交し、同時にプリコーディング行列のａ、ａ’、ａ”は１となることが好ましい。本実施の形態による符号表の一例は、下記のように表すことができる。

・・・ （式５２）

ランク３−第７の実施の形態
本実施の形態による符号表は、第５の実施の形態による符号表の行置換形態を有する。本実施の形態による符号表の一例は、下記のように表すことができる。

・・・ （式５３）

列ベクトル

又はこれらの行置換の形態は、ＤＦＴベースのプリコーディングベクトル／行列又はハウスホールドベースのプリコーディングベクトル／行列のような、異なるプリコーディング行列でありうる。例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥシステム（リリース８システム）のランク１符号表がその一例である。

上記の第４の実施形態と同様に、プリコーディング行列の列ベクトルは、互いに直交し、同時にプリコーディング行列のａ、ａ’、ａ”は１となることが好ましい。本実施の形態による符号表は、アンテナ置換動作がなされない場合に用いることが好ましい。本実施の形態による符号表を用いることによって、行置換のなされたプリコーディング行列を用いてアンテナ置換効果を具現できるからである。

本実施の形態による符号表の一例は、下記のように表すことができる。

・・・ （式５４）

追加的なプリコーディング行列選択基準
本実施の形態では、上記のノルム１及びノルム２に加えて、各プリコーディング行列グループ内のアルファベットで表現された成分を、８個の値から選択せずに、１，ｊ，−１，−ｊに制限することで、符号表に含まれるプリコーディング行列の個数を減少させる方式を考慮する。

このような実施の形態によって１６個のプリコーディング行列を含む符号表セットを考慮する。例えば、４Ｔｘアンテナに対するランク１ ＤＦＴベクトルは、下記のように表すことができる。

ユニタリ行列となるように１／√Ｎに正規化されたＦ_Ｎ＝ｅ^{−ｊ２π／Ｎ}のように与えられる成分を用いたＮ＊Ｎ ＤＦＴ行列（又は、フーリエ行列）は、下記のように表すことができる。

・・・ （式５５）

上記の式５５の１番目から４番目の行における１６個の４×１の列ベクトルで構成される４Ｔｘアンテナに対するランク１ ＤＦＴベクトルは、下記のように表すことができる。

表８

４Ｔｘランク１ハウスホールドベクトルは、下記のように表すことができる。

表９

符号表大きさの制限
上述したとおり、符号表に含まれるプリコーディング行列の個数を制限するために、第１ノルム乃至第３ノルムのうち少なくとも一つを用いることができる。本実施の形態では、上述の説明のうち、各ランク当たり符号表の大きさ制限、特に、ランク１符号表に対する大きさ制限の観点について説明する。

現在、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムのダウンリンク４Ｔｘ符号表は、各ランクに対して同一に１６個のベクトル／行列を有するように規定している。しかし、様々な研究から、高いランクで最適の性能を獲得するために必要なプリコーディング行列の個数は、低いランクで必要なプリコーディング行列の個数に比べて小さいことが知られている。このような点から、本実施の形態では、低いランクに対するプリコーディング行列の個数が、高いランクに対するプリコーディング行列の個数より多くなるように設計して、各ランクに従ってプリコーディング行列の個数が別々に設計される符号表形態を提案する。

一方、移動通信システムでは、様々な転送モードが適用できる。セル境界に位置しているユーザ装置（ＵＥ）がランク１ ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を用いて閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）動作を適用するためにＸ番目の転送モードが有用に用いられる場合を仮定する。このような場合、ランク１ ＰＭＩベクトルは、簡単に開ルートＭＩＭＯ（Ｏｐｅｎ ｌｏｏｐ ＭＩＭＯ）／閉ループＭＩＭＯ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ＭＩＭＯ）のようなＹ番目の転送モードを適用するための全体ランクに対するプリコーディング行列で構成される全体符号表内のランク１プリコーディング行列から選択して用いることができる。ここで、Ｘ番目の転送モードとＹ番目の転送モードは互いに異なると仮定する。Ｙ番目の転送モードの場合、ランク１に対する符号表の大きさは、２の累乗の形態とならないように設定することができる。また、ランク１に対する符号表の大きさが２の累乗の形態を有しても、有意な性能向上なしに符号表の大きさのみを増加させることもある。そこで、本実施の形態では、適切な性能を有しながらも少ないフィードバック情報で表現可能となるように符号表の大きさを合理的に制限することを提案する。

まず、Ｙ番目の転送モードを適用するための各ランク当たりプリコーディング行列個数を、Ａ−ランク１、Ｂ−ランク２、Ｃ−ランク３、Ｄ−ランク４と仮定する（ただし、Ｄ≦Ｃ≦Ｂ≦Ａ）。この場合、全体符号表の大きさはＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの和となる。このような符号表の大きさを適用するためには、下記の条件を満たすｍビットシグナリングが必要とされる。

Ａ ＋ Ｂ ＋ Ｃ ＋ Ｄ ≦ ２^ｍ ・・・ （式５６）

ＵＥがＸ番目の転送モードを用いるように構成される場合、ＵＥは、ランク１ ＰＭＩ情報を用いることとなる。好ましくは、シグナリングに必要なビット数を減少させるために、２ⁿ個（ｎ＜ｍ）のランク１ ＰＭＩを新しく規定するとよい。このようにシグナリングビット数を減少させるために利用可能な方法には、下記のような方法がある。
（１）方法１ 可能な場合、偶数番目のインデックスを選択
（２）方法２ 可能な場合、奇数番目のインデックスを選択
（３）方法３ 最初２ⁿ個のインデックスを選択
（４）方法４ 最後２ⁿ個のインデックスを選択
（５）方法５ 任意にインデックスを選択
（６）方法６ シグナリングによって構成

例えば、Ｙ番目の転送モードのために、ランク１用に３３個、ランク２用に１５個、ランク３用に１５個、ランク４用に４個のプリコーディング行列を与えることができる。

この場合、１６個のプリコーディング行列のみを表すためのランク１符号表を構成する方法は、下記のとおりである。
（１）方法１ 偶数番目のインデックスを選択
（２）方法２ 奇数番目のインデックスを選択
（３）方法３ 最初１６個のインデックスを選択
（４）方法４ 最後１６個のインデックスを選択
（５）方法５ 任意にインデックスを選択
（６）方法６ シグナリングによって構成

一方、３２個のプリコーディング行列のみを表すためのランク１符号表を構成する方法は、下記のとおりである。
（１）方法１ 最初３２個のインデックスを選択
（２）方法２ 最後３２個のインデックスを選択
（３）方法３ 任意にインデックスを選択
（４）方法４ シグナリングによって構成

１６個のダウンリンクランク１ベクトルが、３２個のプリコーディング行列を含むランク１用の符号表に含まれる場合、下記の方法（Ｉ）及び（ＩＩ）のような制限方式を用いることができる。

制限方法（Ｉ）は、大きさ１６のランク１符号表を構成する場合に対応し、その詳細は次のとおりである。

（Ａ）１６個のダウンリンクランク１ベクトルを選択
（Ｂ）ダウンリンクランク１ベクトルにかかわらずに１６大きさのランク１符号表を選択
（１）最初１６個のインデックスを選択
（２）最後１６個のインデックスを選択
（３）任意にインデックスを選択
（４）シグナリングによって構成

別の制限方法（ＩＩ）は大きさ３２のランク１符号表を構成する場合に対応し、その詳細は次のとおりである。

（Ａ）１６個のダウンリンクランク１ベクトル＋追加ベクトル選択
（１）最初１６個のインデックスを選択
（２）最後１６個のインデックスを選択
（３）任意にインデックスを選択
（４）シグナリングによって構成
（Ｂ）ダウンリンクランク１ベクトルにかかわらずに３２大きさのランク１符号表を選択
（１）最初３２個のインデックスを選択
（２）最後３２個のインデックスを選択
（３）任意にインデックスを選択
（４）シグナリングによって構成

上述したような様々な方式によって、各ランク別符号表個数を効率的に構成することができる。

ＩＩＩ．装置構成
以下では、上述したとおり、ユーザ装置がＰＡＰＲ又はＣＭ特性を良好に維持しながら、アップリンク信号転送にＭＩＭＯ方式を適用するために備えるべき構成について説明する。

図１０は、一般的な基地局とユーザ装置の構成を説明するための図である。

一般に、基地局１０は、プロセッサ１１、メモリ１２、及びアップリンク信号の受信及びダウンリンク信号の転送を行う送受信モジュールとしてＲＦモジュール１３を含む。プロセッサ１１は、ダウンリンク信号転送のためにメモリ１２に保存されている情報、例えば、ダウンリンク信号転送のための符号表内の特定プリコーディング行列を用いてダウンリンク信号転送を制御し、また、アップリンク信号の受信のためにメモリ１２に保存されている情報、例えば、アップリンク信号にプリコーディングの逆過程としてユーザ装置２０が用いたプリコーディング行列と同じプリコーディング行列のエルミート行列を乗算する等の信号受信過程を制御することができる。

ユーザ装置２０も同様、プロセッサ２１、メモリ２２、及びアップリンク信号の転送及びダウンリンク信号の受信のための送受信モジュールとしてＲＦモジュール２３を含むことができる。プロセッサ２１は、アップリンク信号転送のためにメモリ２２に保存されている情報、例えばアップリンク信号転送のための上述した実施の形態で説明したような符号表内の特定プリコーディング行列を用いてアップリンク信号転送を制御し、また、ダウンリンク信号受信のためにメモリ２２に保存されている情報、例えば、ダウンリンク信号にプリコーディングの逆過程としてユーザ装置２０が用いたプリコーディング行列と同じプリコーディング行列のエルミート行列を乗算する等の信号受信過程を制御することができる。

一方、上記の構成のうち、ユーザ装置２０（又は、基地局１０）のプロセッサの構成、特に、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式で信号を転送するための構成についてより詳細に説明する。まず、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでＳＣ−ＦＤＭＡ方式信号転送のためのプロセッサ構成と一般的なＯＦＤＭ方式の信号転送のためのプロセッサ構成を説明し、本発明の一実施の形態によってユーザ装置がＭＩＭＯ方式を組み合わせてアップリンク信号をＳＣ−ＦＤＭＡ方式で転送するためのプロセッサの構成について説明する。

図１１及び図１２は、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでアップリンク信号転送のためのＳＣ−ＦＤＭＡ方式とダウンリンク信号転送のためのＯＦＤＭＡ方式を説明するための図である。

まず、図１１を参照すると、アップリンク信号転送のためのユーザ装置及びダウンリンク信号転送のための基地局は両方とも、直列−並列変換器４０１、副搬送波マッパ４０３、Ｍ−ポイントＩＤＦＴモジュール４０４、及び並列−直列変換器４０５などを含む点では同一である。ただし、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式で信号を転送するためのユーザ装置は、Ｎ−ポイントＤＦＴモジュール４０２をさらに含み、Ｍ−ポイントＩＤＦＴモジュール４０４のＩＤＦＴ処理影響を一定部分打ち消すことで、転送信号が単一搬送波の特性を有するようにすることが異なる。

図１２では、３ＧＰＰ ＬＴＥシステム規格を規定しているＴＳ ３６．２１１に示されたアップリンク信号処理過程のためのブロック図、及び図１１に示すＳＣ−ＦＤＭＡ方式で信号を転送するためのプロセッサの構成との関係を示している。ＴＳ ３６．２１１に従うと、アップリンク信号転送のためにユーザ装置ごとに特定スクランブルシーケンスを用いて転送信号にスクランブルを行い、このスクランブルされた信号を変調して複素シンボルを生成する。以降、複素シンボルにＤＦＴ拡散処理を行う変換プリコーディングを行う。すなわち、ＴＳ ３６．２１１で規定する変換プリコーダは、ＮポイントＤＦＴモジュールに対応することができる。その後、当該ＤＦＴ拡散された信号は、リソース要素マッパによってリソースブロック単位のマッピング規則にしたがって特定リソース要素にマッピングされ、これは、図１１の副搬送波マッパに対応することがわかる。このようにリソース要素にマッピングされた信号は、ＳＣ−ＦＤＭＡ信号生成モジュールによってＭポイントＩＤＦＴ又はＩＦＦＴ処理され、並列−直列変換された後、ＣＰが付加される。

一方、図１２では、このような過程を経て基地局に転送された信号を受信するための基地局のプロセッサ構成も示している。

このように、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでＳＣ−ＦＤＭＡ転送のためのプロセッサ構成は、ＭＩＭＯ方式を適用するための構成を含んでいない。したがって、まず、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでＭＩＭＯ転送のための基地局のプロセッサ構成について説明し、続いて、これを用いてユーザ装置がＳＣ−ＦＤＭＡ方式とＭＩＭＯ方式を結合してアップリンク信号を転送するためのプロセッサの構成について説明する。

図１３は、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムにおいてＭＩＭＯ方式で基地局がダウンリンク信号を転送するためのプロセッサ構成を示す図である。

３ＧＰＰ ＬＴＥシステムにおいて基地局は、ダウンリンクで一つ以上の符号語を転送することができる。したがって、一つ以上の符号語はそれぞれ、図１２のアップリンクにおいてと同様に、スクランブルモジュール３０１及び変調マッパ３０２で複素シンボルとして処理されることができ、該複素シンボルは、階層マッパ３０３によって複数の階層にマッピングされ、各階層は、プリコーディングモジュール３０４でチャネル状態に応じて選択された所定プリコーディング行列と乗算されて各転送アンテナに割り当てられることができる。このように処理された各アンテナ別転送信号はそれぞれ、リソース要素マッパ３０５で転送に用いられる時間−周波数リソース要素にマッピングされ、続いて、ＯＦＤＭ信号発生器３０６を経て各アンテナから転送されることができる。

ただし、図１３のような３ＧＰＰ ＬＴＥシステムにおけるダウンリンク信号方式によると、ＰＡＰＲ又はＣＭ特性が劣化する問題につながることがある。したがって、ユーザ装置は、図１１及び図１２を参照して上述したような、良好なＰＡＰＲ、ＣＭ特性を維持するためのＳＣ−ＦＤＭＡ方式と図１３のＭＩＭＯ方式とを効率的に結合し、上述の実施の形態で説明したような、良好なＰＡＰＲ、ＣＭ特性を維持できるプリコーディング行列を用いてプリコーディングを行うための構成を必要とする。

まず、本発明の好ましい一実施の形態によって、多重アンテナを通じてアップリンクで信号を転送するためのユーザ装置は、信号送受信用の多重アンテナ（図示せず）を含むと仮定する。また、図１０を参照すると、ユーザ装置２０は、多重アンテナのそれぞれにつき一つの階層信号が転送されるように設定されたプリコーディング行列を含む符号表を保存するメモリ２２、多重アンテナ（図示せず）、及びメモリ（２２）に接続されてアップリンク信号転送を処理するプロセッサ２１を含む。このような構成を有するユーザ装置のプロセッサ２１の構成についてより具体的に説明する。

図１４は、本発明の好ましい一実施の形態によるユーザ装置のプロセッサ構成を具体的に示す図である。

図１４に示すように、本発明の好ましい一実施の形態によるユーザ装置２０のプロセッサは、アップリンク信号を特定ランクに対応する個数の階層にマッピングする階層マッパ１４０１、所定個数の階層信号のそれぞれにＤＦＴ拡散を行う所定個数のＤＦＴモジュール１４０２、及びメモリ２２に保存されている符号表から多重アンテナ１４０５のそれぞれにつき一つの階層信号が転送されるように設定された特定プリコーディング行列を選択して、ＤＦＴモジュール１４０２から受信したＤＦＴ拡散された階層信号のそれぞれをプリコーディングするプリコーダ１４０３と、を含むことを提案する。特に、本実施の形態では、ＤＦＴモジュール１４０２が各階層信号をそれぞれ拡散し、階層信号それぞれを拡散するＤＦＴモジュール１４０２をプリコーダ１４０３の直前段階に位置すると共に、プリコーダ１４０３のプリコーディング時に各階層信号が一つのアンテナにマッピングされて転送されるように構成することによって、各階層信号の単一搬送波特性を維持し、良好なＰＡＰＲ／ＣＭ特性を維持するようにすることを特徴とする。一方、ユーザ装置２０は、このようにプリコーディングされた信号にＳＣ−ＦＤＭＡシンボル構成のための処理（例えば、ＩＦＦＴモジュール１４０４による時間領域信号生成及びＣＰ付加等）をして、多重アンテナ１４０５を通じて基地局に転送する転送モジュールをさらに含む。

一方、プリコーダ１４０３は、メモリ２２に保存されている符号表から信号転送に用いるプリコーディング行列を選択してプリコーディングに使用することができ、これらのプリコーディング行列は、多重アンテナそれぞれの転送電力及び／又は階層それぞれの転送電力が均等となるように設定されたプリコーディング行列とすることが好ましい。

多重アンテナ１４０５の個数は、２個又は４個とすることができる。また、本発明の一実施の形態によるユーザ装置のプロセッサは、特定符号語がマッピングされる階層を周期的に又は非周期的に変更する階層移動機能及び／又は特定階層信号が転送されるアンテナを周期的又は非周期的に変更するアンテナ移動機能をさらに行うことができる。階層移動機能は、階層マッパ１４０１によってプリコーダ１４０３のプリコーディングと別に行われることもでき、プリコーダ１４０３がプリコーディングの際にプリコーディング行列の列置換によって行うこともできる。また、アンテナ移動機能も同様、プリコーディングと別に又はプリコーディング行列の行置換によって行うことができる。

以上で説明された実施例は、本発明の構成要素や特徴が所定形態で結合してなるものである。各構成要素又は特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮しなければならない。各構成要素又は特徴は、別の構成要素や特徴と結合しない形態で実施することもできる。また、一部の構成要素及び／又は特徴を結合して本発明の実施例を構成することもできる。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更可能である。ある実施例の一部構成や特徴は別の実施例に含まれることもでき、又は、別の実施例の対応する構成又は特徴に取って代わることもできる。特許請求の範囲で引用関係が明示されていない請求項を結合して実施例を構成したり、出願後の補正によって新しい請求項として含めたりできることは明らかである。

本発明に係る実施例は、様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア又はそれらの結合などによって具現することができる。ハードウェアによる具現の場合、本発明の一実施例は、一つ又はそれ以上の特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。

ファームウェアやソフトウェアによる具現の場合、本発明の一実施例は、以上で説明された機能又は動作を行うモジュール、手順又は関数などの形態で具現することができる。ソフトウェアコードはメモリユニットに記憶されてプロセッサによって駆動されることができる。メモリユニットは、プロセッサの内部又は外部に設けられて、既に公知の様々な手段によってプロセッサとデータを交換することができる。

本発明は、本発明の技術的思想及び必須特徴を逸脱し範囲で他の特定の形態に具体化できることは、当業者には自明である。したがって、上記の詳細な説明はいずれの面においても制約的に解釈されてはならず、例示的なものとして考慮されなければならない。本発明の範囲は、添付の請求項の合理的解釈によって決定されなければならず、よって、本発明の等価的範囲内における変更はいずれも、本発明の範囲に含まれる。

上記の説明から明らかなように、本発明はＭＩＭＯ方式を用いてアップリンク信号を送信しつつ、ＰＡＰＲ又はＣＭ特性を維持することができる。

さらに、本発明はアンテナ／階層の送信電力を均一に制御又は調整し、プリコーディング行列情報に必要な信号オーバーヘッド量を最小にし、最大のダイバシチ利得を得ることができる。

本発明は、広帯域無線移動通信システムで用いることができる。

当業者であれば、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、本発明の種々の修正物及び変形物を作成できることは明白である。したがって、本発明は、本願の特許請求の範囲に入る本発明の修正物及び変形物、並びに均等物をも含むものとする。

１０ 基地局
２０ ユーザ装置
３０１ スクランブル
３０２ 変調マッパ
３０３ 階層マッパ
３０４ プリコーディング
３０５ リソース要素マッパ
３０６ ＯＦＤＭ信号発生器
４０１ 直列−並列変換
４０２ Ｎ−ポイントＤＦＴ
４０４ Ｍ−ポイントＩＤＦＴ
４０５ 並列−直列変換
４０６ ＣＰ追加
１４０１ 符号語から階層へのマッピング
１４０２ ＤＦＴ
１４０３ プリコーディング
１４０４ ＩＦＦＴ
１４０５ アンテナ

Claims (14)

1. ユーザ装置（ＵＥ）がアップリンク信号を、多重アンテナを通じて送信するように制御する方法であって、
   前記アップリンク信号を所定個数の階層にマッピングし、
   前記所定個数の階層の信号それぞれに離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散を行い、
   アップリンク送信用のあらかじめ保存されている符号表から選択された特定プリコーディング行列を用いて、ＤＦＴ拡散された前記階層の信号をそれぞれプリコーディングし、
   前記プリコーディングされた信号に単一搬送波周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）シンボルを構成するための所定の処理を行って、前記プリコーディングされた信号を前記多重アンテナを通じて基地局（ＢＳ）に送信すること、を含み、
   前記アップリンク送信用のあらかじめ保存されている符号表は、すべての可能な数の前記多重アンテナに利用可能なすべてのランクの符号表を含み、前記すべての可能な数の前記多重アンテナに利用可能なすべてのランクの符号表内のプリコーディング行列はそれぞれ、前記多重アンテナのそれぞれが前記所定個数の階層のうち１を超えない階層を送信するように設定される、方法。
2. 前記符号表は、前記多重アンテナの個数が４個であり、ランク値が２の場合に用いられるランク２プリコーディング行列であって、
   

   

   のような形態を有する第１タイプのプリコーディング行列と、
   

   

   のような形態を有する第２タイプのプリコーディング行列と、
   

   

   のような形態を有する第３タイプのプリコーディング行列と、を含むランク２プリコーディング行列を含み、
   前記第１タイプのプリコーディング行列、前記第２タイプのプリコーディング行列及び第３タイプのプリコーディング行列はそれぞれ、
   

   

   の条件を満たし、
   前記プリコーディング行列の各行は前記多重アンテナの４個のアンテナそれぞれに対応し、各列は各階層に対応する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ランク２プリコーディング行列は、前記第１乃至第３タイプのプリコーディング行列の、各行の位置が変更されたとき生成されるプリコーディング行列と、前記第１乃至第３タイプのプリコーディング行列の各列の位置が変更されたとき生成されるプリコーディング行列と、前記第１乃至第３タイプのプリコーディング行列の各行の位置と各列の位置が変更されたとき生成されるプリコーディング行列と、のうち一つ以上をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記符号表は、前記多重アンテナの個数が４個であり、ランク値が３の場合に用いられるランク３プリコーディング行列であって、
   

   

   のような形態を有し、
   

   

   の条件を満たす第１タイプのプリコーディング行列を含むランク３プリコーディング行列を含み、
   前記プリコーディング行列の各行は前記多重アンテナの４個のアンテナそれぞれに対応し、各列は各階層に対応する、請求項１に記載の方法。
5. 前記ランク３プリコーディング行列は、
   

   

   のような形態を有する第２タイプのプリコーディング行列と、
   

   

   のような形態を有する第３タイプのプリコーディング行列と、をさらに含み、
   前記第２タイプのプリコーディング行列及び第３タイプのプリコーディング行列はそれぞれ、
   

   

   の条件を満たす、請求項４に記載の方法。
6. 前記ランク３プリコーディング行列は、前記第１乃至第３タイプのプリコーディング行列の、各行の位置が変更されたとき生成されるプリコーディング行列と、前記第１乃至第３タイプのプリコーディング行列の各列の位置が変更されたとき生成されるプリコーディング行列と、前記第１乃至第３タイプのプリコーディング行列の各行の位置と各列の位置が変更されたとき生成されるプリコーディング行列と、をさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記符号表は、前記多重アンテナの個数が４個であり、ランク値が３の場合に用いられるランク３プリコーディング行列であって、
   第１階層を第１アンテナ及び第２アンテナに交互にマッピングし、第２階層及び第３階層をそれぞれ第３アンテナ及び第４アンテナにマッピングするように構成されたプリコーディング行列を含むランク３プリコーディング行列を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記符号表は、各ランク別に異なる個数のプリコーディング行列を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記アップリンク信号はそれぞれ符号語単位に入力され、
   前記所定個数の階層へ前記アップリンク信号をマッピングすることは、特定符号語がマッピングされる階層を周期的にほかの階層に変更することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記所定個数の階層へ前記アップリンク信号をマッピングすることは、前記特定符号語がマッピングされる階層をＳＣ−ＦＤＭＡシンボルごとにほかの階層に変更することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 多重アンテナを通じてアップリンク信号を送信するユーザ装置（ＵＥ）であって、
    信号送受信用の多重アンテナと、
    すべての可能な数の前記多重アンテナに利用可能なすべてのランクの符号表を含むアップリンク送信用の符号表を保存するメモリと、
    前記多重アンテナ及び前記メモリと接続されて、前記アップリンク信号の送信を処理するプロセッサと、を含み、
    前記プロセッサは、
    前記アップリンク信号を前記特定ランクに対応する所定個数の階層にマッピングする階層マッパと、
    前記所定個数の階層の信号それぞれに離散フーリエ変換（ＤＦＴ）拡散を行うＤＦＴモジュールと、
    前記メモリに保存されている前記アップリンク送信用の符号表から特定プリコーディング行列を選択して、前記ＤＦＴモジュールから受信したＤＦＴ拡散された前記階層の信号をそれぞれプリコーディングするプリコーダと、
    前記プリコーディングされた信号に単一搬送波周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）シンボルを構成するための所定の処理を行って、前記処理された信号を前記多重アンテナを通じて基地局（ＢＳ）に送信する送信モジュールと、を含み、
    前記すべての可能な数の前記多重アンテナに利用可能なすべてのランクの符号表内のプリコーディング行列はそれぞれ、前記多重アンテナのそれぞれが前記所定個数の階層のうち１を超えない階層を送信するように設定される、ユーザ装置。
12. 前記メモリが保存する符号表は、前記多重アンテナの個数が４個であり、ランクが２の場合に用いられるランク２プリコーディング行列であって、
    

    

    のような形態を有する第１タイプのプリコーディング行列と、
    

    

    のような形態を有する第２タイプのプリコーディング行列と、
    

    

    のような形態を有する第３タイプのプリコーディング行列と、を含むランク２プリコーディング行列を含み、
    前記第１タイプのプリコーディング行列、前記第２タイプのプリコーディング行列及び第３タイプのプリコーディング行列はそれぞれ、
    

    

    の条件を満たし、
    前記プリコーディング行列の各行は前記多重アンテナの４個のアンテナそれぞれに対応し、各列は各階層に対応する、請求項１１に記載のユーザ装置。
13. 前記メモリが保存する符号表は、前記多重アンテナの個数が４個であり、ランクが３の場合に用いられるランク３プリコーディング行列であって、
    

    

    のような形態を有し、
    

    

    の条件を満たす第１タイプのプリコーディング行列ランクを含む３プリコーディング行列を含み、
    前記プリコーディング行列の各行は前記多重アンテナの４個のアンテナそれぞれに対応し、各列は各階層に対応する、請求項１１に記載のユーザ装置。
14. 前記ランク３プリコーディング行列は、
    

    

    のような形態を有する第２タイプのプリコーディング行列と、
    

    

    のような形態を有する第３タイプのプリコーディング行列と、をさらに含み、
    前記第２タイプのプリコーディング行列及び第３タイプのプリコーディング行列はそれぞれ、
    

    

    の条件を満たす、請求項１３に記載のユーザ装置。

Images