JP5712211B2 - 端末及び基地局、並びに端末の動作方法 - Google Patents

端末及び基地局、並びに端末の動作方法 Download PDF

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Description

本発明は、通信環境におけるセル間の干渉を制御するための技術に関し、より詳細には、マルチ送受信アンテナを有する複数の送受信端が共存する通信環境におけるセル間の干渉を制御するための技術に関する。
最近、話題になっている次世代4G移動通信システムでは、十分な周波数資源を確保するために、現在の移動通信システムにおいて用いているキャリア(carrier)周波数よりも高い周波数を使用する。
これによって、次世代移動通信システムではセルカバレッジが減少する現象が発生し、このような現象を防止するためにセル間の距離を減らす試みが提案されている。
しかし、セル間の距離を減らすと、セルのエッジに位置するユーザは隣接セルから送信される干渉信号の影響を大きく受け、これによりセルのエッジに位置するユーザのQoS(Quality of Service)が保障されない可能性もある。
従って、3GPPの次世代移動通信標準のLTE−Advanced及びIEEE802.16mでは、マルチセルの環境においてセル間の干渉を軽減するために、マルチノードの協調を用いた送受信方式の協調マルチポイント送受信「coordinated Multi−Point Transmission and Reception」技術が求められている。
特に、協調マルチポイント送受信技術のうち、セル間のユーザデータ交換にいたるまでに必要な「joint processing/transmission」とは異なり、干渉チャネル共有及び干渉チャネル情報を含むフィードバックだけでセルエッジのユーザの性能を向上させることができる「協調ビームフォーミング(coordinated beamforming)」技術が注目されている。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、マルチ送受信アンテナを有する複数の送受信端が共存する通信環境においてセル間の干渉を制御する端末及びその動作方法、基地局、並びにコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による端末は、サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいて該サービング基地局と前記端末との間の第1チャネルを推定する第1チャネル推定部と、隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて該隣接セルの基地局と前記端末との間の第2チャネルを推定する第2チャネル推定部と、前記推定された第1チャネルに基づいてプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を決定するPMI決定部と、前記推定された第2チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)及び前記PMIを前記サービング基地局及び前記隣接セルの基地局のうちの少なくとも1つにフィードバックするフィードバック部と、を備える。
また、上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による端末は、サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいて該サービング基地局と前記端末との間の第1チャネルを推定する第1チャネル推定部と、隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて該隣接セルの基地局と前記端末との間の第2チャネルを推定する第2チャネル推定部と、前記推定された第2チャネルに基づいてプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を決定するPMI決定部と、前記推定された第1チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)及び前記PMIを前記サービング基地局及び前記隣接セルの基地局のうちの少なくとも1つにフィードバックするフィードバック部と、を備える。
前記サービング基地局は、前記PMIを前記隣接セルの基地局に送信する。
前記フィードバック部は、前記CSIを前記サービング基地局にフィードバックし、前記PMIを前記隣接セルの基地局にフィードバックする。
前記PMI決定部は、前記推定された第2チャネルに対する零空間を演算する演算部と、コードブックを参照して前記零空間に最も近接するPMIを選定するPMI選定部と、を備える。
前記PMI選定部は、ランク−1コードブック及びランク−2コードブックのいずれか1つを参照して前記PMIを選定する。
前記サービング基地局は、前記端末からフィードバックされた前記CSI及び隣接セルに属する端末が決定したPMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計し、前記隣接セルに属する端末が決定したPMIは、前記コードブックで前記サービング基地局と前記隣接セルに属する端末との間の推定されたチャネルに対する前記零空間に最も近接するPMIである。
前記サービング基地局は、前記第1チャネルに対するチャネル容量に基づいて前記プリコーディングベクトルを設計する。
前記サービング基地局は、前記ランク−1コードブック及び前記ランク−2コードブックのいずれか1つを参照して前記プリコーディングベクトルを設計する。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による基地局は、前記基地局が属するセルに位置する第1端末から前記基地局と該第1端末との間の第1チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)を受信するCSI受信部と、前記基地局と隣接セルに位置する第2端末との間の第2チャネルに基づいて該第2端末が決定したプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を受信するPMI受信部と、前記CSI及び前記PMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計するプリコーダ部と、を備える。
前記PMI受信部は、前記PMIを前記第2端末から受信する。
前記第1端末及び前記第2端末に参照信号を送信する参照信号送信部を更に備え、前記第1端末及び前記第2端末は、前記参照信号に基づいてそれぞれ前記第1チャネル及び前記第2チャネルを推定する。
前記第2端末は、前記第2チャネルに対する零空間を演算し、コードブックを参照して前記零空間に最も近接するPMIを選定して前記隣接セルの基地局にフィードバックする。
前記第2端末は、ランク−1コードブック及びランク−2コードブックのいずれか1つを参照して前記PMIを選定する。
前記プリコーダ部は、前記第1チャネルに対するチャネル容量に基づいて前記プリコーディングベクトルを設計する。
前記プリコーダ部は、ランク−1コードブック及びランク−2コードブックのいずれか1つを参照して前記プリコーディングベクトルを設計する。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による端末の動作方法は、サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいて該サービング基地局と前記端末との間の第1チャネルを推定するステップと、隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて該隣接セルの基地局と前記端末との間の第2チャネルを推定するステップと、前記推定された第2チャネルに基づいてプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を決定するステップと、前記推定された第1チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)及び前記PMIを前記サービング基地局及び前記隣接セルの基地局のうちの少なくとも1つにフィードバックするステップと、を有する。
前記サービング基地局は、前記PMIを前記隣接セルの基地局に送信する。
前記PMIを決定するステップは、前記推定された第2チャネルに対する零空間を演算するステップと、コードブックを参照して前記零空間に最も近接するPMIを選定するステップと、を含む。
前記サービング基地局は、前記端末からフィードバックされた前記CSI及び隣接セルに属する端末が決定したPMIに基づいて前記第1チャネルに対するチャネル容量を最大にするプリコーディングベクトルを設計し、前記隣接セルに属する端末が決定したPMIは、前記コードブックで前記サービング基地局と前記隣接セルに属する端末との間の推定されたチャネルに対する前記零空間に最も近接するPMIである。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による端末の動作方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいて該サービング基地局と前記端末との間の第1チャネルを推定するステップと、隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて該隣接セルの基地局と前記端末との間の第2チャネルを推定するステップと、前記推定された第2チャネルに基づいてプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を決定するステップと、前記推定された第1チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)及び前記PMIを前記サービング基地局及び前記隣接セルの基地局のうちの少なくとも1つにフィードバックするステップと、を有する端末の動作方法を実行させるためのプログラムが記録される。
本発明によれば、端末が隣接の基地局と端末との間の干渉チャネルだけに基づいてPMIを決定し、サービング基地局と端末との間のチャネルに対するCSIを生成してPMI及びCSIをサービング基地局にフィードバックすることによって、フィードバックオーバーヘッドを減少させることができる。
本発明の一実施形態による移動通信システムを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による基地局及び端末の動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態による基地局及び端末の動作方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による端末の構造を示す図である。 本発明の一実施形態による基地局の構造を示す図である。 本発明の一実施形態による端末の動作方法を示すフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明は実施形態によって制限されたり限定されたりすることはない。また、各図面に示した同一の参照符号は同一の要素を示す。
図1は、本発明の一実施形態による移動通信システムを概略的に示す図である。
図1を参照すると、例えば、端末(mobile station)(1)130のサービング基地局は基地局(base station)(1)110であり、端末(2)140のサービング基地局は基地局(2)120であると仮定する。
上記で説明した協調ビームフォーミング(coordinated beamforming)技術は大きく2種類の方式に分類され得る。第1の方式は、端末がサービング基地局と端末との間のチャネル、及び隣接の基地局と端末との間の干渉チャネルを量子化した後、直接チャネル情報をフィードバックするチャネル状態情報(Channel State Information:CSI)基盤のマルチ送信ノード協調方式である。
この方式では、通信システム上の各基地局が全ての干渉チャネルに関する情報を知っているため、基地局は独立的に様々な分散アルゴリズムを用いてプリコーディングベクトルを設計することができる。
第1の方式について、図1を参照して簡略に説明すると、端末(1)130は、サービング基地局である基地局(1)110と端末(1)130との間のチャネル(以下、「チャネル1」と称する)、及び隣接の基地局である基地局(2)120と端末(1)130との間のチャネル(以下、「チャネル2」と称する)を推定してチャネル1及びチャネル2に対するCSIを基地局(1)110にフィードバックする。
そして、端末(2)140は、サービング基地局である基地局(2)120と端末(2)140との間のチャネル(以下、「チャネル3」と称する)、及び隣接の基地局である基地局(1)110と端末(2)140との間のチャネル(以下、「チャネル4」と称する)を推定してチャネル3及びチャネル4に対するCSIを基地局(2)120にフィードバックする。
このとき、基地局(1)110及び基地局(2)120は、端末(1)130と端末(2)140から受信したCSIに基づいてプリコーディングベクトルを設計する。
この方式は、端末がサービング基地局と端末との間のチャネルに関する情報だけではなく、複数の干渉チャネルに関する情報に至るまでフィードバックするという点で相当なオーバーヘッドが発生する恐れがある。
第2の方式は、端末がサービング基地局及び隣接の基地局にプリコーディングマトリックスインデックス(Precoding Matrix Index:PMI)をフィードバックする方式である。
即ち、端末は、セル間の干渉を制御するため、サービング基地局と端末との間のチャネル及び隣接の基地局と端末との間のチャネルの両方に基づいて信号対干渉及び雑音比(Signal to Interference plus Noise Ratio:SINR)を最大化させるサービング基地局に対するPMIと隣接の基地局に対するPMIをサービング基地局にフィードバックする。
このとき、サービング基地局は、隣接の基地局に対するPMIを、X2インタフェースバックホール(backhaul)を用いて隣接の基地局に送信する。
第2の方式に対して、図1を参照して簡略に説明すると、端末(1)130は、チャネル1及びチャネル2に基づいて、端末(1)130のSINRを最大にする基地局(1)110に対するPMI(以下、「PMI1」と称する)と基地局(2)120に対するPMI(以下、「PMI2」と称する)を決定して基地局(1)110にフィードバックする。
そして、端末(2)140は、チャネル3とチャネル4に基づいて、端末(2)140のSINRを最大にする基地局(2)120に対するPMI(以下、「PMI3」と称する)と基地局(1)110に対するPMI(以下、「PMI4」と称する)を決定して基地局(2)120にフィードバックする。
このとき、基地局(1)110はPMI2を基地局(2)120に送信し、基地局(2)120はPMI4を基地局(1)110に送信する。
そして、基地局(1)110はPMI1及びPMI4に基づいてプリコーディングベクトルを設計し、基地局(2)120はPMI3とPMI2に基づいてプリコーディングベクトルを設計する。
この方式は、端末がCSIではないPMIをフィードバックするという点で、第1の方式に比べてオーバーヘッドの発生を減少させることができる。
しかし、上記で説明した例として、PMI1及びPMI4が互いに同一であり、PMI3とPMI2が互いに同一であれば、基地局(1)110と基地局(2)120はプリコーディングベクトルを容易に設計することができるものの、PMI1とPMI4が互いに異なり、PMI3とPMI2が互いに異なる場合、基地局(1)110と基地局(2)120はプリコーディングベクトルを容易に設計できないこともある。
これを解決するために、最近では、端末が自身のSINRを所定の閾値以上にすることのできるPMIセットを決定して基地局にフィードバックする方式が提案されている。
これについて図1を参照して説明すると、端末(1)130は、チャネル1とチャネル2に基づいて、端末(1)130のSINRを所定の閾値以上にする基地局(1)110に対するPMIセット(以下、「PMIセット1」と称する)と基地局(2)120に対するPMIセット(以下、「PMIセット2」と称する)を決定して基地局(1)110にフィードバックする。
そして、端末(2)140は、チャネル3とチャネル4に基づいて、端末(2)140のSINRを所定の閾値以上にする基地局(2)120に対するPMIセット(以下、「PMIセット3」と称する)と基地局(1)110に対するPMIセット(以下、「PMIセット4」と称する)を決定して基地局(2)120にフィードバックする。
このとき、基地局(1)110はPMIセット2を基地局(2)120に送信し、基地局(2)120はPMIセット4を基地局(1)110に送信する。
そして、基地局(1)110は、PMIセット1とPMIセット4とを比較して、PMIセット1とPMIセット4に共通して含まれているPMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計する。
また、基地局(2)120は、PMIセット3とPMIセット2とを比較して、PMIセット3とPMIセット4に共通して含まれているPMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計する。
結局、基地局(1)110及び基地局(2)120は、PMIセットに共通して含まれるPMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計することによって、プリコーディングベクトルをより容易に設計することができる。
但し、このような方式は、端末がPMIセットをフィードバックするという点でオーバーヘッドを発生させることがある。特に、PMIセットに共通して含まれるPMIの存在確率を高めるために、PMIセットの大きさを増加させる場合、それに対応してフィードバックオーバーヘッドも共に大きくなり得る。
従って、上記第1の方式と第2の方式に基づいて発生されるフィードバックオーバーヘッドを減少させながら、効率的に干渉を減らすことができる方式の研究が求められる。
本発明の一実施形態として、端末が、隣接の基地局と端末との間の干渉チャネルのみに基づいてPMIを決定し、サービング基地局と端末との間のチャネルに対するCSIを生成してPMIとCSIをサービング基地局にフィードバックする。これによってフィードバックオーバーヘッドを減少させることができる。
即ち、端末が、サービング基地局と端末との間のチャネルに対してはCSIをフィードバックし、複数のチャネルになり得る干渉チャネルに対してはPMIをフィードバックする。これによって、第1の方式のように端末がサービング基地局と端末との間のチャネルに対するCSIだけではなく、干渉チャネルに対するCSIもフィードバックすることによって発生するオーバーヘッドを防止することができ、第2の方式のように端末がPMIセットをフィードバックすることによって発生するオーバーヘッドを防止することができる。
また、端末がサービング基地局と端末との間のチャネルに対してはCSIをフィードバックし、干渉チャネルに対してはPMIをフィードバックすることによって、第2の方式のようにPMIが共通でないためにプリコーディングベクトルの設計が困難になり得る状況を防止することができる。
以下、図1を参照して本実施形態を詳説する。
基地局(1)110は、端末(1)130及び端末(2)140に参照信号(reference signal)(以下、「参照信号1」と称する)を送信する。
基地局(2)120は、端末(2)140と端末(1)130に参照信号(以下、「参照信号2」と称する)を送信する。
端末(1)130は、参照信号1に基づいてチャネル1を推定し、参照信号2に基づいてチャネル2を推定する。
一方、端末(2)140は、参照信号2に基づいてチャネル3を推定し、参照信号1に基づいてチャネル4を推定する。
端末(1)130は推定されたチャネル2に基づいてPMI(以下、「PMI A」と称する)を決定し、端末(2)140は推定されたチャネル4に基づいてPMI(以下、「PMI B」と称する)を決定する。
このとき、端末(1)130は、チャネル2を介して端末(1)130に送信される干渉信号がチャネル2の零空間(Null space)に整列(align)されるようにPMI Aを決定してもよい。
また、端末(2)140は、チャネル4を介して端末(2)140に送信される干渉信号がチャネル4の零空間に整列されるようにPMI Bを決定してもよい。
端末(1)130は、PMI Aの決定を完了すると、PMI Aと推定されたチャネル1に対するCSI(以下、「CSI A」と称する)を基地局(1)110にフィードバックする。
一方、端末(2)140は、PMI Bの決定を完了すると、PMI Bと推定されたチャネル3に対するCSI(以下、「CSI B」と称する)を基地局(2)120にフィードバックする。
このとき、基地局(1)110は基地局(2)120にPMI Aを送信し、基地局(2)120は基地局(1)110にPMI Bを送信する。
他の実施形態として、端末(1)130は、CSI Aを基地局(1)110にフィードバックし、PMI Aを基地局(2)120に直接送信してもよい。
また、端末(2)140も、CSI Bを基地局(2)120にフィードバックし、PMI Bを基地局(1)110に直接送信してもよい。
即ち、端末がサービング基地局にサービングチャネルに対するCSIと干渉チャネルに対するPMIとの両方をフィードバックし、サービング基地局がX2インタフェース等を介して隣接の基地局にPMIを送信してもよく、端末が、サービング基地局にサービングチャネルに対するCSIのみをフィードバックし、干渉チャネルに対するPMIを隣接の基地局に直接送信してもよい。
基地局(1)110及び基地局(2)120がPMIの交換を完了すると、基地局(1)110はCSI AとPMI Bに基づいてプリコーディングベクトル(以下、「プリコーディングベクトルA」と称する)を設計し、基地局(2)120はCSI BとPMI Aに基づいてプリコーディングベクトル(以下、「プリコーディングベクトルB」と称する)を設計する。
このとき、基地局(1)110は、CSI AとPMI Bに基づいてチャネル1のチャネル容量が最大になり、チャネル4を介して送信される信号がチャネル4の零空間に整列されるようにプリコーディングベクトルAを設計してもよい。
また、基地局(2)120は、CSI BとPMI Aに基づいてチャネル3のチャネル容量が最大になり、チャネル2を介して送信される信号がチャネル2の零空間に整列されるようにプリコーディングベクトルBを設計してもよい。
以上、図1を参照して本発明の実施形態を説明したが、図1に示した例は説明の便宜のために各端末に対する干渉チャネルが1つであると仮定したものであって、本発明はこれに限定されることはない。即ち、本発明の実施形態は、干渉チャネルが複数である場合にも上記で説明した方式と同一の方式で拡張適用される。
以下、端末がPMIを決定する動作と基地局がプリコーディングベクトルを設計する動作について本発明の実施形態を詳説する。
図2は、本発明の一実施形態による基地局及び端末の動作を説明するための図である。図2を参照すると、基地局(1)210、基地局(2)220、端末(1)230、端末(2)240を示す。基地局(1)210は端末(1)230のサービング基地局であり、基地局(2)220は端末(2)240のサービング基地局であり、端末(1)230は基地局(2)220によって干渉の影響を受け、端末(2)240は基地局(1)230によって干渉の影響を受けるものと仮定する。また、説明の便宜のために、基地局(1)210と基地局(2)220のアンテナはそれぞれ4個であり、端末(1)230と端末(2)240のアンテナはそれぞれ2個であると仮定する。
図2において、
Figure 0005712211
はj番目の基地局とi番目の端末との間のチャネルを意味する。
また、
Figure 0005712211
は基地局(1)210が端末(1)230に送信するための2つの独立するストリームを意味し、
Figure 0005712211
は基地局(2)220が端末(2)240に送信するための2つの独立するストリームを意味する。
また、
Figure 0005712211
はi番目の基地局でj番目のストリームを送信するために存在するプリコーディングベクトルを意味する。
基地局(1)210と基地局(2)220はそれぞれサービングチャネルのチャネル容量が最大になり、干渉チャネルを介して送信される信号が干渉チャネルの零空間に整列されるようにプリコーディングベクトルを設計することができる。
従って、基地局(1)210と基地局(2)220は下記の数式(1)と数式(2)の条件に応じてプリコーディングベクトルを設計することができる。
Figure 0005712211
Figure 0005712211
即ち、基地局(1)210は、数式(1)に示すように
Figure 0005712211
を通じて端末(2)240に送信される信号が
Figure 0005712211
の零空間に整列され、数式(2)に示すように、
Figure 0005712211
のチャネル容量が最大になるように
Figure 0005712211
を設計することができる。
また、基地局(2)220は数式(1)に示すように、
Figure 0005712211
を通じて端末(1)230に送信される信号が
Figure 0005712211
の零空間に整列され、数式(2)に示すように、
Figure 0005712211
のチャネル容量が最大になるように
Figure 0005712211
を設計することができる。
以下、基地局(1)210がプリコーディングベクトルを設計する動作について詳説する。
基地局(1)210が端末(1)230及び端末(2)240に参照信号を送信すると、端末(2)240は、参照信号に基づいて
Figure 0005712211
を推定し、
Figure 0005712211
の零空間を演算する。
このとき、端末(2)240は、下記の数式(3)によって
Figure 0005712211
の零空間を演算することができる。
Figure 0005712211
端末(2)240は、
Figure 0005712211
の零空間を求めると、コードブック(codebook)を参照して
Figure 0005712211
の零空間と最も近接するPMIを選定する。
このとき、端末(2)240は、下記の数式(4)に示すように、ランク−1コードブックを参照して
Figure 0005712211
の零空間に最も近接する2つのPMIを選定することができる。
Figure 0005712211
ここで、
Figure 0005712211
はランク−1コードブックマトリックスを意味し、
Figure 0005712211
は任意の複素数を意味する。
一方、他の実施形態として、端末(2)240は、下記の数式(5)に示すように、ランク−2コードブックを参照して
Figure 0005712211
の零空間に最も近接する1つのPMIを選定してもよい。
Figure 0005712211
ここで、
Figure 0005712211
はランク−2コードブックマトリックスを意味し、
Figure 0005712211
は任意の複素数を意味する。
このとき、端末(2)240は、PMIを選定するため、特定の空間に配置されたベクトルのうちの所定のベクトルに最も近くにあるベクトルを探すLS(Least Squares)アルゴリズムを用いるか、或いは変形されたLSアルゴリズムを用いてもよい。端末(2)240は、PMIの選定を完了すると、PMIを基地局(2)220に送信する。このとき、基地局(2)220はPMIを基地局(1)210に送信する。
他の実施形態として、端末(2)240はPMIを基地局(1)210に直接送信してもよい。
一方、端末(1)230は、基地局(1)210から受信した参照信号に基づいて
Figure 0005712211
を推定し、
Figure 0005712211
に対するCSIを基地局(1)210にフィードバックする。
基地局(1)210は、PMI及びCSIを受信すると、PMI及びCSIに基づいてプリコーディングベクトルを設計する。
このとき、基地局(1)210は、下記の数式(6)の条件が満足される
Figure 0005712211
を設計することができる。
Figure 0005712211
即ち、基地局(1)210は、
Figure 0005712211
のチャネル容量が最大になり、
Figure 0005712211
を通じて送信される信号が
Figure 0005712211
の零空間に整列されるように
Figure 0005712211
を設計することができる。
このとき、基地局(1)210は、下記の数式(7)に示すように、閉形式解(closed−form solution)を用いて
Figure 0005712211
を演算することができる。
Figure 0005712211
基地局(1)210は、数式(7)で演算した
Figure 0005712211
をプリコーディングベクトルとして用いることができる。
他の実施形態として、基地局(1)210は、下記の数式(8)に示すように、ランク−1コードブックを参照して、数式(7)で演算した
Figure 0005712211
と最も近接するPMIを選定し、選択されたPMIをプリコーディングベクトルとして用いてもよい。
Figure 0005712211
ここで、
Figure 0005712211
はランク−1コードブックマトリックスを意味する。
更に他の実施形態として、基地局(1)210は、下記の数式(9)に示すように、ランク−2コードブックを参照して、数式(7)で演算した
Figure 0005712211
と最も近接するPMIを選定し、選択されたPMIをプリコーディングベクトルに用いてもよい。
Figure 0005712211
ここで、
Figure 0005712211
はランク−2コードブックマトリックスを意味する。
以上、基地局(1)210がプリコーディングベクトルを設計する過程について詳説した。基地局(2)220がプリコーディングベクトルを設計する過程は、基地局(1)210と同一であるため、詳しい説明は省略する。
図2を参照して更に他の実施形態によるプリコーディングベクトル選定方式を説明する。
基地局(1)210が端末(1)230及び端末(2)240に参照信号を送信すると、端末(2)240は、参照信号に基づいて
Figure 0005712211
を推定し、
Figure 0005712211
に対するCSIを基地局(2)220にフィードバックする。
このとき、基地局(2)220がPMIを基地局(1)210に送信してもよく、他の実施形態として、端末(2)240がPMIを基地局(1)210に直接送信してもよい。
一方、端末(1)230は、基地局(1)210から受信した参照信号に基づいて
Figure 0005712211
を推定し、
Figure 0005712211
に対するプリコーディングベクトルを次の一例のように選定して基地局(1)210にフィードバックすることができる。
端末(1)230は、サービングセルのチャネル容量を最大化するPMIを選定することができる。このために、
Figure 0005712211
を数式(10)によって特異値分解(Singular Value Decomposition)する。
Figure 0005712211
端末(1)230は、上記で求めた
Figure 0005712211
と最も近接するPMIセットを選定し、これをサービングセルにフィードバックする。最も近接するPMIセットを選定する時、ランク−1コードブックで最も近接するPMIをそれぞれ1つ選定してもよく、ランク−2コードブックで零空間と最も近いPMIを選定してもよい。
基地局(1)210は、PMI及びCSIを受信すると、PMI及びCSIに基づいてプリコーディングベクトルを設計する。
このとき、基地局(1)210は、下記の数式(11)の条件が満足される
Figure 0005712211
を設計することができる。CSIをフィードバックされた基地局(1)210は、隣接の端末に干渉を与えるチャネルの零空間を探し、フィードバックされたPMIに該当するプリコーディングベクトルを零空間にプロジェクション(projection)させたベクトルにプリコーディングすることができる。これは様々に変形されたLS(Least Square)解を用いて求められる。
Figure 0005712211
基地局(1)210は、数式(11)において演算した
Figure 0005712211
をプリコーディングベクトルとして用いることができ、他の実施形態として、基地局(1)210は、下記の数式(12)に示すように、ランク−1コードブックを参照して、数式(11)で演算した
Figure 0005712211
と最も近接するPMIを選定し、選択されたPMIをプリコーディングベクトルとして用いてもよい。
Figure 0005712211
ここで、
Figure 0005712211
はランク−1コードブックマトリックスを意味する。
更に他の実施形態として、基地局(1)210は、下記の数式(13)に示すように、ランク−2コードブックを参照して、数式(11)で演算した
Figure 0005712211
と最も近接するPMIを選定し、選択されたPMIをプリコーディングベクトルに用いてもよい。
Figure 0005712211
ここで、
Figure 0005712211
はランク−2コードブックマトリックスを意味する。
以上、基地局(1)210がプリコーディングベクトルを設計する過程について詳説した。基地局(2)220がプリコーディングベクトルを設計する過程は、基地局(1)210と同一であるためその詳説は省略する。
以上、図1及び図2を参照して、部分的CSI/PMIフィードバックを用いたプリコーディングベクトルの設計方式について説明した。
部分的なCSI/PMIフィードバックを用いたプリコーディングベクトルの設計方式を用いて環境に適するように、上記で説明した2つの方式を適切に選択して用いてもよい。このような選択を行う選択部は、端末に含まれてもよく、下記で例示する基準(criterion)に応じてCSI(隣接)/PMI(サービング)、及びPMI(隣接)/CSI(サービング)基盤フィードバック、及びアルゴリズムを適用してもよい。このような基準は一例に過ぎず、具現に応じてより多様な基準が適用されることは当業者にとって自明である。
(1)バックホール遅延(Backhaul delay):一般的にCSIフィードバックの場合はチャネルフィードバック遅延に敏感であるため、隣接チャネル情報を与えるときにバックホール遅延が大きい場合は、PMI(隣接)/CSI(サービング)方式が効果的である。
(2)バックホールオーバーヘッド(backhaul overhead):隣接セルからの干渉の数が多い場合、全ての干渉チャネルに関する情報をCSI情報に送信することが困難であるため、バックホールオーバーヘッドが負担になる場合、PMI(隣接)/CSI(サービング)方式が有利である。
(3)信号対雑音比(SNR):SNRが低い領域では干渉をノイズとして取り扱ってサービングチャネルのみを考慮する方式がある。従って、隣接チャネルに関する情報はPMIに知らせ、サービングチャネルに関する情報はCSIに知らせることが有利である。
以下、図3を参照して、基地局(1)210、基地局(2)220、端末(1)230、及び端末(2)240の動作の流れを詳説する。
図3は、本発明の一実施形態による基地局及び端末の動作方法を示すフローチャートである。
ステップ310において、基地局(1)210が端末(1)230及び端末(2)240に参照信号を送信する。
ステップ321において、端末(1)230が基地局(1)210から送信された参照信号に基づいて端末(1)230と基地局(1)210との間のチャネル
Figure 0005712211
を推定し、ステップ322において、端末(2)240が基地局(1)210から送信された参照信号に基づいて端末(2)240と基地局(1)210との間のチャネル
Figure 0005712211
を推定する。
ステップ330において、基地局(2)220が端末(1)230及び端末(2)240に参照信号を送信する。
ステップ341において、端末(1)230が基地局(2)220から送信された参照信号に基づいて端末(1)230と基地局(2)210との間のチャネル
Figure 0005712211
を推定し、ステップ342において、端末(2)240が基地局(2)220から送信された参照信号に基づいて端末(2)240と基地局(2)220との間のチャネル
Figure 0005712211
を推定する。
ステップ351において、端末(1)230が端末(1)230と基地局(2)220との間のチャネル
Figure 0005712211
を考慮してPMIを決定し、ステップ352において、端末(2)240が端末(2)240と基地局(1)210との間のチャネル
Figure 0005712211
を考慮してPMIを決定する。
ステップ361において、端末(1)230がステップ351で決定したPMI及び端末(1)230と基地局(1)210との間のチャネル
Figure 0005712211
に対するCSIを基地局(1)210にフィードバックし、ステップ362において、端末(2)240がステップ352で決定したPMI及び端末(2)240と基地局(2)220との間のチャネル
Figure 0005712211
に対するCSIを基地局(2)220にフィードバックする。
ステップ370において、基地局(1)210と基地局(2)220がそれぞれ端末(1)230と端末(2)240から受信したPMIを交換する。
ステップ381において、基地局(1)210は、端末(2)240が決定したPMI及び端末(1)230と基地局(1)210との間のチャネル
Figure 0005712211
に対するCSIに基づいてプリコーディングベクトルを設計し、ステップ382において、基地局(2)220は、端末(1)230が決定したPMI及び端末(2)240と基地局(2)220との間のチャネル
Figure 0005712211
に対するCSIに基づいてプリコーディングベクトルを設計する。
以上、図1〜図3を参照して本発明の実施形態を説明した。以下、図4〜図6を参照して本発明の一実施形態による端末及び基地局の構造と端末の動作方法について詳説する。
図4は、本発明の一実施形態による端末の構造を示す図である。
図4を参照すると、端末410、サービング基地局420、及び隣接セルの基地局430を示す。
本実施形態による端末410は、第1チャネル推定部411、第2チャネル推定部412、PMI決定部413、及びフィードバック部416を備える。
第1チャネル推定部411は、サービング基地局420から送信された第1参照信号に基づいてサービング基地局420と端末410との間の第1チャネルを推定する。
第2チャネル推定部412は、隣接セルの基地局430から送信された第2参照信号に基づいて隣接セルの基地局430と端末410との間の第2チャネルを推定する。
PMI決定部413は、推定された第2チャネルに基づいてPMIを決定する。
このとき、PMI決定部413は、演算部414及びPMI選定部415を備えてもよい。
演算部414は、推定された第2チャネルに対する零空間を演算する。
このとき、演算部414は、数式(3)に示す方法を用いて推定された第2チャネルの零空間を演算することができる。
PMI選定部415は、コードブックを参照して零空間に最も近接するPMIを選定する。
このとき、選定部415は、ランク−1コードブック又はランク−2コードブックのいずれか1つを参照してPMIを選定することができる。
選定部415は、ランク−1コードブックを参照する場合、数式(4)に示す方法を用いてPMIを選定してもよく、ランク−2コードブックを参照する場合、数式(5)に示す方法を用いてPMIを選定してもよい。
フィードバック部416は、推定された第1チャネルに対するCSI及びPMIをサービング基地局420にフィードバックする。
このとき、サービング基地局420は、PMIを隣接セルの基地局430に送信してもよい。
他の実施形態として、フィードバック部416は、CSIのみをサービング基地局420にフィードバックし、PMIを隣接セルの基地局430に直接送信してもよい。
本発明の一実施形態として、サービング基地局420は、端末410からフィードバックされたCSI及び隣接セルに属する端末が決定したPMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計することができる。
このとき、隣接セルに属する端末が決定したPMIは、コードブックでサービング基地局420と隣接セルに属する端末との間の推定されたチャネルに対する零空間に最も近接するPMIであってもよい。
また、サービング基地局420は、第1チャネルに対するチャネル容量が最大になるようにプリコーディングベクトルを設計することができる。
サービング基地局420は、数式(6)及び数式(7)に示す方法を用いてプリコーディングベクトルを設計してもよい。
このとき、サービング基地局420は、ランク−1コードブック又はランク−2コードブックのいずれか1つを参照してプリコーディングベクトルを設計することができる。
サービング基地局420は、ランク−1コードブックを参照する場合、数式(8)に示す方法を用いてプリコーディングベクトルを設計してもよく、ランク−2コードブックを参照する場合、数式(9)に示す方法を用いてプリコーディングベクトルを設計してもよい。
図5は、本発明の一実施形態による基地局の構造を示す図である。
図5を参照すると、基地局510、第1端末520、隣接セルの基地局530、及び第2端末540を示す。
本実施形態による基地局510は、CSI受信部511、PMI受信部512、及びプリコーダ部513を備える。
CSI受信部511は、基地局510が属するセルに位置する第1端末520から基地局510と第1端末520との間の第1チャネルに対するCSIを受信する。
PMI受信部512は、隣接セルに位置する第2端末540が基地局510と第2端末540との間の第2チャネルに基づいて決定したPMIを、隣接セルの基地局530から受信する。
ここで、第2端末540は、第2チャネルに対する零空間を演算し、コードブックを参照して零空間に最も近接するPMIを選定して隣接セルの基地局530にフィードバックすることができる。
第2端末540は、数式(3)に示す方法を用いて零空間を演算してもよい。
また、第2端末540は、ランク−1コードブック又はランク−2コードブックのいずれか1つを参照してPMIを選定することができる。
また、第2端末540は、ランク−1コードブックを参照する場合、数式(4)に示す方法を用いてPMIを選定してもよく、ランク−2コードブックを参照する場合、数式(5)に示す方法を用いてPMIを選定してもよい。
他の実施形態として、PMI受信部512は、第2端末540からPMIを直接受信してもよい。
また、本発明の一実施形態として、基地局510は、参照信号送信部(図示せず)を更に備えることができる。
参照信号送信部は、第1端末520及び第2端末540に参照信号を送信する。
このとき、第1端末520及び第2端末540は、参照信号に基づいてそれぞれ第1チャネル及び第2チャネルを推定することができる。
プリコーダ部513は、CSI及びPMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計する。
本発明の一実施形態として、プリコーダ部513は、第1チャネルに対するチャネル容量が最大になるようにプリコーディングベクトルを設計することができる。
また、プリコーダ部513は、数式(6)及び数式(7)に示す方法を用いてプリコーディングベクトルを設計してもよい。
このとき、プリコーダ部513は、ランク−1コードブック又はランク−2コードブックのいずれか1つを参照してプリコーディングベクトルを設計することができる。
プリコーダ部513はランク−1コードブックを参照する場合、数式(8)に示す方法を用いてプリコーディングベクトルを設計してもよく、ランク−2コードブックを参照する場合、数式(9)に示す方法を用いてプリコーディングベクトルを設計してもよい。
図6は、本発明の一実施形態による端末の動作方法を示すフローチャートである。
ステップ610において、サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいてサービング基地局と端末との間の第1チャネルを推定する。
ステップ620において、隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて隣接セルの基地局と端末との間の第2チャネルを推定する。
ステップ630において、推定された第2チャネルに基づいてPMIを決定する。
本発明の一実施形態として、ステップ630は、推定された第2チャネルに対する零空間を演算するステップを含んでもよい。
また、ステップ630は、コードブックを参照して零空間に最も近接するPMIを選定するステップを更に含んでもよい。
ステップ640において、推定された第1チャネルに対するCSI及びPMIをサービング基地局にフィードバックする。
このとき、サービング基地局は、PMIを隣接セルの基地局に送信してもよい。
本発明の一実施形態として、サービング基地局は、端末からフィードバックされたCSI及び隣接セルに属する端末が決定したPMIに基づいて第1チャネルに対するチャネル容量が最大になるようにプリコーディングベクトルを設計してもよい。
このとき、隣接セルに属する端末が決定したPMIは、コードブックでサービング基地局と隣接セルに属する端末の間の推定されたチャネルに対する零空間に最も近接するPMIであってもよい。
本発明による実施形態は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうちの1つ又はその組合せを含んでもよい。媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、CD−ROM、DVDのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びROM、RAM、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれてもよい。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コード(machine code)だけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コード(higher level code)を含む。上述したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために1つ以上のソフトウェアのレイヤで作動するように構成されてもよい。
上述したように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。従って、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。
110、210 基地局(base station)1
120、220 基地局2
130、230 端末(mobile station)1
140、240 端末2
410 端末(mobile station)
411 第1チャネル推定部
412 第2チャネル推定部
413 PMI決定部
414 演算部
415 PMI選定部
416 フィードバック部
420 サービング基地局
430、530 隣接セルの基地局
510 基地局
511 CSI受信部
512 PMI受信部
513 プリコーダ部
520 第1端末
540 第2端末

Claims (21)

  1. 端末であって、
    サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいて該サービング基地局と前記端末との間の第1チャネルを推定する第1チャネル推定部と、
    隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて該隣接セルの基地局と前記端末との間の第2チャネルを推定する第2チャネル推定部と、
    前記推定された第1チャネルに基づいてプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を決定するPMI決定部と、
    前記推定された第2チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)及び前記PMIを前記サービング基地局及び前記隣接セルの基地局のうちの少なくとも1つにフィードバックするフィードバック部と、を備えることを特徴とする端末。
  2. 端末であって、
    サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいて該サービング基地局と前記端末との間の第1チャネルを推定する第1チャネル推定部と、
    隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて該隣接セルの基地局と前記端末との間の第2チャネルを推定する第2チャネル推定部と、
    前記推定された第2チャネルに基づいてプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を決定するPMI決定部と、
    前記推定された第1チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)及び前記PMIを前記サービング基地局及び前記隣接セルの基地局のうちの少なくとも1つにフィードバックするフィードバック部と、を備えることを特徴とする端末。
  3. 前記サービング基地局は、前記PMIを前記隣接セルの基地局に送信することを特徴とする請求項に記載の端末。
  4. 前記フィードバック部は、前記CSIを前記サービング基地局にフィードバックし、前記PMIを前記隣接セルの基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項に記載の端末。
  5. 前記PMI決定部は、
    前記推定された第2チャネルに対する零空間を演算する演算部と、
    コードブックを参照して前記零空間に最も近接するPMIを選定するPMI選定部と、を備えることを特徴とする請求項に記載の端末。
  6. 前記PMI選定部は、ランク−1コードブック及びランク−2コードブックのいずれか1つを参照して前記PMIを選定することを特徴とする請求項に記載の端末。
  7. 前記サービング基地局は、前記端末からフィードバックされた前記CSI及び隣接セルに属する端末が決定したPMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計し、
    前記隣接セルに属する端末が決定したPMIは、前記コードブックで前記サービング基地局と前記隣接セルに属する端末との間の推定されたチャネルに対する前記零空間に最も近接するPMIであることを特徴とする請求項に記載の端末。
  8. 前記サービング基地局は、前記第1チャネルに対するチャネル容量に基づいて前記プリコーディングベクトルを設計することを特徴とする請求項に記載の端末。
  9. 前記サービング基地局は、前記ランク−1コードブック及び前記ランク−2コードブックのいずれか1つを参照して前記プリコーディングベクトルを設計することを特徴とする請求項に記載の端末。
  10. 基地局であって、
    前記基地局が属するセルに位置する第1端末から前記基地局と該第1端末との間の第1チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)を受信するCSI受信部と、
    前記基地局と隣接セルに位置する第2端末との間の第2チャネルに基づいて該第2端末が決定したプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を受信するPMI受信部と、
    前記CSI及び前記PMIに基づいてプリコーディングベクトルを設計するプリコーダ部と、を備えることを特徴とする基地局。
  11. 前記PMI受信部は、前記PMIを前記第2端末から受信することを特徴とする請求項10に記載の基地局。
  12. 前記第1端末及び前記第2端末に参照信号を送信する参照信号送信部を更に備え、
    前記第1端末及び前記第2端末は、前記参照信号に基づいてそれぞれ前記第1チャネル及び前記第2チャネルを推定することを特徴とする請求項10に記載の基地局。
  13. 前記第2端末は、前記第2チャネルに対する零空間を演算し、コードブックを参照して前記零空間に最も近接するPMIを選定して前記隣接セルの基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項10に記載の基地局。
  14. 前記第2端末は、ランク−1コードブック及びランク−2コードブックのいずれか1つを参照して前記PMIを選定することを特徴とする請求項13に記載の基地局。
  15. 前記プリコーダ部は、前記第1チャネルに対するチャネル容量に基づいて前記プリコーディングベクトルを設計することを特徴とする請求項13に記載の基地局。
  16. 前記プリコーダ部は、ランク−1コードブック及びランク−2コードブックのいずれか1つを参照して前記プリコーディングベクトルを設計することを特徴とする請求項15に記載の基地局。
  17. 端末の動作方法であって、
    サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいて該サービング基地局と前記端末との間の第1チャネルを推定するステップと、
    隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて該隣接セルの基地局と前記端末との間の第2チャネルを推定するステップと、
    前記推定された第2チャネルに基づいてプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を決定するステップと、
    前記推定された第1チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)及び前記PMIを前記サービング基地局及び前記隣接セルの基地局のうちの少なくとも1つにフィードバックするステップと、を有することを特徴とする端末の動作方法。
  18. 前記サービング基地局は、前記PMIを前記隣接セルの基地局に送信することを特徴とする請求項17に記載の端末の動作方法。
  19. 前記PMIを決定するステップは、
    前記推定された第2チャネルに対する零空間を演算するステップと、
    コードブックを参照して前記零空間に最も近接するPMIを選定するステップと、を含むことを特徴とする請求項17に記載の端末の動作方法。
  20. 前記サービング基地局は、前記端末からフィードバックされた前記CSI及び隣接セルに属する端末が決定したPMIに基づいて前記第1チャネルに対するチャネル容量を最大にするプリコーディングベクトルを設計し、
    前記隣接セルに属する端末が決定したPMIは、前記コードブックで前記サービング基地局と前記隣接セルに属する端末との間の推定されたチャネルに対する前記零空間に最も近接するPMIであることを特徴とする請求項19に記載の端末の動作方法。
  21. 端末の動作方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    サービング基地局から送信された第1参照信号に基づいて該サービング基地局と前記端末との間の第1チャネルを推定するステップと、
    隣接セルの基地局から送信された第2参照信号に基づいて該隣接セルの基地局と前記端末との間の第2チャネルを推定するステップと、
    前記推定された第2チャネルに基づいてプリコーディングマトリックスインデックス(PMI)を決定するステップと、
    前記推定された第1チャネルに対するチャネル状態情報(CSI)及び前記PMIを前記サービング基地局及び前記隣接セルの基地局のうちの少なくとも1つにフィードバックするステップと、を有する端末の動作方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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