JP5852241B2 - ３ｄアンテナ構成用のコードブックを設計する方法 - Google Patents

Description

本開示は、無線通信に関し、詳細には３Ｄアンテナ構成用のコードブックを設計する方法に関する。

現在のＬＴＥ−Ａ規格は、２Ｄチャネルのモデリングおよび２Ｄアンテナ構成を定義しており、これは、発着の方位角のみを考慮に入れ、垂直方向の角度を考慮に入れないことを意味する。

最近の３Ｄチャネルのモデリングは、水平方向の利得に加えて垂直方向にさらなる性能向上をもたらすことから、ますます注目を引いている。３Ｄチャネルのモデリングでは、水平方向のカバレッジと垂直方向のカバレッジの両方を提供するために３Ｄアンテナ構成が必要とされる。３Ｄアンテナ構成の典型的な利用は、高層ビルが密集した都市環境のカバレッジのためのものである。本明細書では３Ｄアンテナ構成は、３Ｄビームを生成することができるアンテナ構成を指す。

周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ、ＦＤＤ）システムでは、ユーザ機器が、ダウンリンクのチャネル状態情報（ＣＳＩ）を表すあらかじめ定義されたコードブック中の最適なコードワードを選択し、コードワードに対応するプリコーディング行列のインデックス（ＰＭＩ）を基地局（ｅＮｏｄｅＢ）にフィードバックする。既存の規格Ｒｅｌ−１０は、２Ｄアンテナ構成用のコードブックを提供しているが、３Ｄアンテナ構成用のコードブックの設計は、これまでのところ存在していない。

本発明の目的は、非常に有利となる単純な設計で３Ｄアンテナ構成用のコードブックを設計する方法を提案することである。

本発明の一態様によれば、３Ｄアンテナ構成用のコードブックを設計する方法が提供され、この方法は、第１のコードブックから３Ｄアンテナ構成の第１のアンテナ・アレイを特徴付ける第１のコードワードを選択するステップと、第２のコードブックから３Ｄアンテナ構成の第２のアンテナ・アレイを特徴付ける第２のコードワードを選択するステップと、第１のコードワードに第２のコードワードを乗ずることによって３Ｄアンテナ構成用のコードブック中の対応するコードワードを取得するステップとを含む。

本明細書では、３Ｄアンテナ構成は、３Ｄビームを生成するアンテナ構成である。

さらに、３Ｄアンテナ構成は、矩形アンテナ・アレイであり、第１のコードブックは水平方向のコードブックであり、第２のコードブックは垂直方向のコードブックであり、第１のコードワードは、矩形アンテナ・アレイ中の水平方向の直線アンテナ・アレイを特徴付け、第２のコードワードは、矩形アンテナ・アレイ中の垂直方向の直線アンテナ・アレイを特徴付ける。

本発明の別の態様によれば、３Ｄアンテナ構成を有する通信システムの基地局でコードワードを決定する方法が提案され、基地局は、矩形アンテナ・アレイで構成され、この方法は、第１のコードブック中の第１のコードワードの第１のインデックスｎに関する情報、第２のコードブック中の第２のコードワードの第２のインデックスｍに関する情報、およびランクｒに関する情報をユーザ機器から受信するステップと、受信した第１のインデックスｎ、第２のインデックスｍ、およびランクｒに対応するターゲット・コードワードを決定するステップとを含み、
ランク１≦ｒ≦Ｎ_Ｖについては、ターゲット・コードワードは次のように表される。

および、ランクＮ_Ｖ＜ｒ≦Ｎ_ＶＮ_Ｈについては、ターゲット・コードワードは次のように表される。

上式で
および
は、それぞれランクｒにおけるインデックスｍを有する第１のコードワードおよび第２のコードワードを表し、Ｎ_Ｈは、水平方向の直線アンテナ・アレイの量を表し、Ｎ_Ｖは、垂直方向の直線アンテナ・アレイの量を表し、水平方向のコードブックのサイズはＮビットであり、垂直方向のコードブックのサイズはＭビットであり、ｃｏｌ（Ａ）は、行列Ａの列ベクトルへの変換を表し、Ａ（：，ｋ）は、行列Ａのｋ番目の列を表し、
は、Ｎ_ＨＮ_Ｖ×ｒ行列であり、
は、Ｎ_ＨＮ_Ｖ×ｒ行列である。

本発明の別の態様によれば、３Ｄアンテナ構成を有する通信システムのユーザ機器において、矩形アンテナ・アレイを備えて構成された基地局に、コードワードのインデックス情報を提供する方法が提案され、この方法は、あらかじめ決定された基準に従って、第１のコードブック中の第１のコードワードの第１のインデックスｎに関する情報、第２のコードブック中の第２のコードワードの第２のインデックスｍに関する情報、およびランクｒに関する情報を基地局に送信するステップを含み、第１のコードワードは３Ｄアンテナ構成の第１のアンテナ・アレイを特徴付け、第２のコードワードは、３Ｄアンテナ構成の第２のアンテナ・アレイを特徴付ける。

本発明の解決法は、設計が単純であるという利点を有し、既存のＬＴＥ Ｒｅｌ−１０コードブックを活用し、したがって、互換性に優れているという利点を有することができる。

図面を参照して行う、非限定的な実施形態の次の詳細な説明を検討すると、本発明の他の特徴、目的、および利点が明らかになるであろう。

基地局に配置された矩形アンテナ・アレイを示す図である。 本発明の一実施形態による３Ｄアンテナ構成用のコードブックを設計する方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態による３Ｄアンテナ構成を適用する通信システムの基地局およびユーザ機器においてコードワードを決定する方法のフローチャートである。

本発明の実施形態について、図面を参照して以下に詳細に説明する。

矩形アンテナ・アレイは、３Ｄビームを生成することができる一般的な３Ｄアンテナ構成である。本発明の方法を、矩形アンテナ・アレイと関連した次の説明で示す。

地理的に局在化された矩形アンテナ・アレイについては、各行アンテナ・アレイが同様の空間方向を有し、各列アンテナ・アレイもまた同様の空間方向を有する。これは、各行／列アンテナ・アレイについて、同じコードワードを使用して、対応する水平／垂直チャネルの状態情報を量子化することができることを意味する。水平コードブックは、行アンテナ・アレイを特徴付け、垂直コードブックは、列アンテナ・アレイを特徴付ける。水平コードブックおよび垂直コードブックは、新しく設計されたコードブック、または既存のＲｅｌ−１０コードブック中のコードワードの一部または全部から成るコードブックとすることができる。

水平方向のコードブックと垂直方向のコードブックが共に、既存のＲｅｌ−１０コードブック中のコードワードの一部または全部から成る場合、同偏波のアンテナおよび交差偏波のアンテナのような、様々なアンテナ型に対して、異なるコードブック・サブセット制限が設けられる可能性がある。これは、異なるアンテナ型に対して、コードワードの一部しか適していない可能性があるからである。既存のＲｅｌ−１０コードブックを採用することができるので、本発明で提案する３Ｄアンテナ構成用のコードブックを設計する方法は、互換性に優れているという利点を有する。

図１は、基地局に配置された矩形アンテナ・アレイを示す。図に示すように、図１の矩形アンテナ・アレイは、Ｎ_Ｈ個の水平方向の直線アレイと、Ｎ_Ｖ個の垂直方向の直線アレイから成り、アンテナの総数は、Ｎ_Ｈ×Ｎ_Ｖである。現在のＬＴＥ−Ａ規格では、Ｎ_Ｈ＝１、本発明では、３Ｄアンテナ構成に対してＮ_Ｈ＞１、例えばＮ_Ｈ＝５、およびＮ_Ｖ＝４である。

図２は、本発明の一実施形態による３Ｄアンテナ構成用のコードブックを設計する方法のフローチャートを示す。本発明の方法について、図２を参照して以下に詳細に説明する。

この方法は、ステップＳ１１０から始め、ステップＳ１２０において、３Ｄアンテナ構成の第１のアンテナ・アレイを特徴付ける第１のコードワードを、第１のコードブックから選択する。ステップＳ１３０において、３Ｄアンテナ構成の第２のアンテナ・アレイを特徴付ける第２のコードワードを、第２のコードブックから選択する。

この実施形態では、３Ｄアンテナ構成は、図１に示す矩形アンテナ・アレイを採用する。第１のコードブックは、行アンテナ・アレイを特徴付ける水平方向のコードブックであり、第２のコードブックは、列アンテナ・アレイを特徴付ける垂直方向のコードブックである。したがって、ステップＳ１２０において、詳細には、矩形アンテナ・アレイ中の水平方向の直線アンテナ・アレイを特徴付ける水平方向のコードワードを、第１のコードワードとして水平方向のコードブックから選択し、矩形アンテナ・アレイ中の垂直方向の直線アンテナ・アレイを特徴付ける垂直方向のコードワードを、第２のコードワードとして垂直方向のコードブックから選択する。

ステップＳ１４０において、第１のコードワードに第２のコードワードを乗じ、３Ｄアンテナ構成用のコードブック中の対応するコードワードを取得する。この方法は、ステップＳ１５０で終了する。

詳細には、以下に詳細に説明する、あらかじめ決定されたルールに従って、第１のコードワードに第２のコードワードを乗ずる。

および
が、それぞれランクｒにおいてインデックスｍを有する水平方向のコードワードおよび垂直方向のコードワードを表すものとする。水平方向のコードブックおよび垂直方向のコードブックのサイズは、それぞれＮビットおよびＭビットであって、これらのコードワードは一般にユニタリ行列であり、すなわち、それぞれの列は互いに直交している。

ランク１については、水平方向のコードワードと垂直方向のコードワードの乗算によって、すべてのアンテナの３Ｄコードワードを容易に導き出すことができる。

より高いランクについては、水平方向のコードワードのある一定の列に垂直方向のコードワードを乗ずることによって、３Ｄコードワードの各列を取得することができる。角度広がりは、垂直面よりも水平面においてはるかに大きいので、主ビームの方向は、水平面にあるように選択されることが好ましい。ランク１≦ｒ≦Ｎ_Ｖについては、ランクｒにおける水平方向のコードブック、およびランク１における垂直方向のコードブックから、３Ｄコードワードを構築する。詳細には、ランク１におけるｍのインデックスを有する垂直方向のコードワード、およびランクｒにおけるｎのインデックスを有する水平方向のコードワードを使用して、以下のように、ランクｒにおけるインデックス（ｍＮ＋ｎ）を有する３Ｄコードワードを取得することができる。

上式でｃｏｌ（Ａ）は、行列Ａの列ベクトルへの変換を表し、Ａ（：，ｋ）は、行列Ａのｋ番目の列を表す。

は、Ｎ_ＨＮ_Ｖ×ｒ行列である。

ランクＮ_Ｖ＜ｒ≦Ｎ_ＶＮ_Ｈについては、水平方向のアンテナの数がＮ_Ｖであるので、ランクＮ_Ｖにおける水平方向のコードブックを使用する。別のランク（ｒ−Ｎ_Ｖ）を取得するには、より高いランクの垂直方向のコードブックを３Ｄコードブックの構築に使用すべきである。この実施形態では、主ビームの方向は水平面にあるように選択されるので、垂直方向のコードブックのランク数は、
として選択される。

ランク
におけるｍのインデックスを有する垂直方向のコードワードおよびランクＮ_Ｖにおけるｎのインデックスを有する水平方向のコードワードを使用して次の式で、ランクｒにおけるインデックス（ｍＮ＋ｎ）を有する３Ｄコードワードを取得することができる。

上式で
は、Ｎ_ＨＮ_Ｖ×ｒ行列である。

前述の説明から明らかであるように、取得された３Ｄコードワードは、ユニタリ行列の属性を有する。

図３は、本発明の一実施形態による３Ｄアンテナ構成を有する通信システムの基地局およびユーザ機器においてコードワードを決定する方法のフローチャートを示す。方法のステップＳ３１０において、ユーザ機器は、あらかじめ決定された基準に従って、第１のコードブック中の第１のコードワードの第１のインデックスｎに関する情報、第２のコードブック中の第２のコードワードの第２のインデックスｍに関する情報、およびランクｒに関する情報を、基地局に送信し、第１のコードワードが３Ｄアンテナ構成の第１のアンテナ・アレイを特徴付け、第２のコードワードが３Ｄアンテナ構成の第２のアンテナ・アレイを特徴付ける。あらかじめ決定された基準は、最大容量の基準または当業者が思いつくことのできる別の基準である。基地局は、ステップＳ３１０においてユーザ機器から送信された前述の情報を受信し、ステップＳ３２０において式（１）および式（２）で、受信した第１のインデックスｎ、第２のインデックスｍ、およびランクｒに対応するターゲット・コードワードを決定する。

前述の実施形態は例示であって、限定ではないことを、当業者は理解するであろう。様々な実施形態に現れる様々な技術的特徴を、有利に結び付けることができる。当業者は、図面、説明、および特許請求の範囲を検討すると、開示した実施形態の他の変形の実施形態を理解し、実施する。特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、（１つまたは複数の）別のステップを排除せず、不定冠詞「ａ／ａｎ」は複数を排除せず、「第１の」、「第２の」等の用語は呼称を示すが、いかなる特定の順序も表さないものとする。様々な従属クレームに現れるいくつかの技術的特徴は、これらの技術的特徴を有利に結び付けることができないことを示すものではない。

Claims (10)

1. １つ又は複数の水平方向のアンテナ・アレイ及び１つ又は複数の垂直方向のアンテナ・アレイを含む３Ｄアンテナ構成のためのコードブックを設計する方法であって、
   水平方向のコードブックから前記３Ｄアンテナ構成の第１の水平方向のアンテナ・アレイを特徴付ける第１のコードワードを選択するステップと、
   垂直方向のコードブックから前記３Ｄアンテナ構成の第１の垂直方向のアンテナ・アレイを特徴付ける第２のコードワードを選択するステップと、
   前記第１のコードワードに前記第２のコードワードを乗ずることによって、前記３Ｄアンテナ構成用の対応するコードワードを取得するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記３Ｄアンテナ構成が、３Ｄビームを生成するアンテナ構成である、請求項１に記載のコードブックを設計する方法。
3. 前記３Ｄアンテナ構成が、矩形アンテナ・アレイである、請求項１に記載のコードブックを設計する方法。
4. 前記第１のコードワードが、前記矩形アンテナ・アレイ中の水平方向の直線アンテナ・アレイを特徴付け、前記第２のコードワードが、前記矩形アンテナ・アレイ中の垂直方向の直線アンテナ・アレイを特徴付ける、請求項３に記載のコードブックを設計する方法。
5. 主ビームの方向が、水平面にあるように選択される、請求項４に記載のコードブックを設計する方法。
6. 前記３Ｄアンテナ構成用の前記コードブック中のランクｒにおけるインデックス（ｍＮ＋ｎ）を有するコードワード
   が、
   ランク１≦ｒ≦Ｎ_Ｖについては、
   、および
   ランクＮ_Ｖ＜ｒ≦Ｎ_ＶＮ_Ｈについては、
   上式で、
   および
   が、それぞれランクｒにおけるインデックスｍを有する第１のコードワードおよび第２のコードワードを表し、Ｎ_Ｈが前記水平方向の直線アンテナ・アレイの量を表し、Ｎ_Ｖが前記垂直方向の直線アンテナ・アレイの量を表し、前記水平方向のコードブックのサイズがＮビットであり、前記垂直方向のコードブックのサイズがＭビットであり、ｃｏｌ（Ａ）が行列Ａの列ベクトルへの変換を表し、Ａ（：，ｋ）が行列Ａのｋ番目の列を表し、
   がＮ_ＨＮ_Ｖ×ｒ行列であり、
   がＮ_ＨＮ_Ｖ×ｒ行列である、
   ように表される、あらかじめ決定されたルールに従って、前記第１のコードワードに前記第２のコードワードを乗ずる、請求項４に記載のコードブックを設計する方法。
7. 前記水平方向のコードブックおよび垂直方向のコードブックが、新しく設計されたコードブック、または既存のＲｅｌ−１０コードブック中のコードワードの全部もしくは一部から成るコードブックである、請求項１に記載のコードブックを設計する方法。
8. ３Ｄアンテナ構成を有する通信システムの基地局においてコードワードを決定する方法であって、前記基地局が、矩形アンテナ・アレイを備えて構成され、前記方法が、
   ｉ．水平方向のコードブック中の第１のコードワードの第１のインデックスｎに関する情報、垂直方向のコードブック中の第２のコードワードの第２のインデックスｍに関する情報、およびランクｒに関する情報を、ユーザ機器から受信するステップと、
   ｉｉ．前記受信した第１のインデックスｎ、前記第２のインデックスｍ、および前記ランクｒに対応するターゲットのコードワードを決定するステップであって、
   前記ランク１≦ｒ≦Ｎ_Ｖについては、前記ターゲットのコードワードは、
   のように表され、および
   前記ランクＮ_Ｖ＜ｒ≦Ｎ_ＶＮ_Ｈについては、前記ターゲットのコードワードは、
   のように表され、
   上式で、
   および
   がそれぞれランクｒにおけるインデックスｍを有する第１のコードワードおよび第２のコードワードを表し、Ｎ_Ｈが前記水平方向の直線アンテナ・アレイの量を表し、Ｎ_Ｖが前記垂直方向の直線アンテナ・アレイの量を表し、前記水平方向のコードブックのサイズがＮビットであり、前記垂直方向のコードブックのサイズがＭビットであり、ｃｏｌ（Ａ）が行列Ａの列ベクトルへの変換を表し、Ａ（：，ｋ）が行列Ａのｋ番目の列を表し、
   がＮ_ＨＮ_Ｖ×ｒ行列であり、
   がＮ_ＨＮ_Ｖ×ｒ行列である、ステップと
   を含む、方法。
9. ３Ｄアンテナ構成を有する通信システムのユーザ機器においてコードワードを決定する際に基地局を支援する方法であって、前記基地局が１つ又は複数の水平方向のアンテナ・アレイ及び１つ又は複数の垂直方向のアンテナ・アレイによって形成された矩形アンテナ・アレイを備えて構成され、
   水平方向のコードブック中の第１のコードワードの第１のインデックスｎに関する情報、垂直方向のコードブック中の第２のコードワードの第２のインデックスｍに関する情報、およびランクｒに関する情報を、あらかじめ決定された基準に従って前記基地局に送信するステップを含み、
   前記第１のコードワードが、前記３Ｄアンテナ構成における第１の水平方向の直線アンテナ・アレイを特徴付け、前記第２のコードワードが、前記３Ｄアンテナ構成における第１の垂直方向の直線アンテナ・アレイを特徴付ける、方法。
10. 前記あらかじめ決定された基準が、最大容量の基準である、請求項９に記載の方法。