JP6137759B2 - 多重入出力システムでコードブックを用いた通信方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明の上記した目的と他の目的、構成および長所は、下記の詳細な説明と添付する図面によってさらに明確になる。添付する図面は、下記のようである。
第1実施形態は、各アンテナでPAPRの増加なく、レイヤの電力比を同一に維持しながら、2つのコードワードが互いに異なる2つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造の実施形態である。
図1では、2つの互いに異なるコードワード(CW#1とCW#2)が4つのアンテナ(Antenna#1、Antenna#2、Antenna#3、Antenna#4)を介して送信される過程において、2つのコードワードと3つのレイヤのマッピング手続きと、3つのレイヤ(Layer#1、Layer#2、Layer#3)と4つのアンテナのマッピング手続きについて説明する。
次に、送信機は、ステップ103でコードワード1(CW#1)をレイヤ1(Layer#1)にマッピングし、コードワード2(CW#2)はレイヤ2(Layer#2)とレイヤ3(Layer#3)にマッピングする。
送信機は、ステップ104でチャネル情報と表4で示したコードブックを用いて、ランク3のチャネル環境で最も多くのデータを送信することができる1つのプリコーディングマトリックスを選択する。すなわち、送信機は、コードワード1(CW#1)およびコードワード2(CW#2)が互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたコードブックからいずれか1つのプリコーディングマトリックスを選択する。
コードワード1(CW#1)は、レイヤ1(Layer#1)にマッピングされているので、結局、コードワード1(CW#1)は、アンテナ1(Antenna#1)とアンテナ2(Antenna#2)を介して送信される。また、コードワード2(CW#2)は、レイヤ2(Layer#2)とレイヤ3(Layer#3)にマッピングされているので、コードワード2(CW#2)は、アンテナ3(Antenna#3)とアンテナ4(Antenna#4)を介して送信される。
図2を参照すると、本発明の第1実施形態に係る送信機は、マッパー(Codeword−to−layer mapper)204、プリコーダ212、電力割当制御器213、およびアンテナ218,219,220,221を含む。
ここで、P3 210とP4 211は1である。仮に、コードブックが正規化された形態で表現されれば、P3 210とP4 211は
第2実施形態は、各アンテナでPAPRの増加なく、レイヤの電力比を同一に維持しながら、2つのコードワードが互いに異なる2つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造のさらに他の実施形態である。
図3は、本発明の第2実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。
図3では、2つの互いに異なるコードワード(CW#1とCW#2)が4つのアンテナ(Antenna#1、Antenna#2、Antenna#3、Antenna#4)を介して送信される過程において、2つのコードワードと3つのレイヤのマッピング手続きと、3つのレイヤ(Layer#1、Layer#2、Layer#3)と4つのアンテナ間のマッピング手続きについて説明する。
図3を参照すると、送信機は、ステップ302でコードワード(CW#1とCW#2)を生成する。その後、送信機は、ステップ303でコードワード1(CW#1)をレイヤ1(Layer#1)とレイヤ2(Layer#2)にマッピングし、コードワード2(CW#2)は、レイヤ3(Layer#3)にマッピングする。
送信機のスケジューラは、ステップ304でチャネル情報と表7に示したコードブックを用いて、ランク3のチャネル環境で最も多くのデータを送信することができる1つのプリコーディングマトリックスを選択する。例えば、スケジューラが表7のようなコードブックにおいて、次の数式(4)のようなプリコーディングマトリックスを選択したと仮定する。
このとき、送信機の電力割当制御器は、ステップ306でプリコーディングマトリックスにおいて、0ではない因子値をレイヤとアンテナの間にかける。これにより、各レイヤ当たりの電力が同一になる。
すなわち、送信機は、コードワード1(CW#1)がレイヤ1(Layer#1)とレイヤ2(Layer#2)にマッピングされているので、結局、コードワード1(CW#1)をアンテナ1(Antenna#1)とアンテナ2(Antenna#2)を介して送信する。
また、コードワード2(CW#2)はレイヤ3(Layer#3)にマッピングされているので、コードワード2(CW#2)は、アンテナ3(Antenna#3)とアンテナ4(Antenna#4)を介して送信する。
図4を参照すると、本発明の第2実施形態に係る送信機は、マッパー404、プリコーダ412、電力割当制御器413、およびアンテナ418,419,420,421を含む。
マッパー404は、1つのコードワードを1つのレイヤにマッピングさせたり、1つのコードワードを複数のレイヤにマッピングさせたりする役割を行う。このとき、マッパー404は、1つのコードワードを少なくとも2つのレイヤにマッピングさせるための直並列変換器403を備える。
第3実施形態は、各アンテナでPAPRの増加なく、レイヤの電力比を同一に維持するプリコーディングマトリックス構造の実施形態である。
図5は、本発明の第3実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。
図5では、3つの互いに異なるコードワード(CW#1とCW#2とCW#3)が4つのアンテナ(Antenna#1、Antenna#2、Antenna#3、Antenna#4)を介して送信される過程において、3つのコードワードと3つのレイヤ(Layer#1、Layer#2、Layer#3)間のマッピング手続き、3つのレイヤと4つのアンテナ間のマッピング手続きについて説明する。
このとき、コードブックは、表4の通りであると仮定する。
コードワード1(CW#1)はレイヤ1(Layer#1)にマッピングされているので、結局、コードワード1(CW#1)はアンテナ1および2(Antenna#1、Antenna#2)を介して送信される。コードワード2(CW#2)はレイヤ2(Layer#2)にマッピングされているので、コードワード2(CW#2)はアンテナ3(Antenna#3)を介して送信される。コードワード3(CW#3)はレイヤ3(Layer#3)にマッピングされているので、コードワード3(CW#3)はアンテナ4(Antenna#4)を介して送信される。したがって、コードワード1、2および3(CW#1、CW#2、CW#3)は、レイヤ1〜3(Layer#1、Layer#2、Layer#3)に順次にマッピングされて送信され、レイヤ1〜3(Layer#1、Layer#2、Layer#3)の電力比率は、全部同一になる。
図6を参照すると、本発明の第3実施形態に係る送信機は、マッパー604、プリコーダ612、電力割当制御器613、およびアンテナ618,619,620,621を含む。
すなわち、マッパー604は、生成されたコードワード1(CW#1)601をレイヤ1(Layer#1)605にマッピングし、コードワード2(CW#2)602をレイヤ2(Layer#2)606にマッピングし、コードワード3(CW#3)603をレイヤ3(Layer#3)607にマッピングする。
電力割当制御器613は、数式(3)のようなプリコーディングマトリックスにおいて、0ではない因子値(P1,P2,P3,P4)608,609,610,611を該当するレイヤとアンテナの間に乗算器614,615,616,617によってかける。このとき、プリコーダ612内において、P1 608は、レイヤ1(Layer#1)605とアンテナ1(Antenna#1)618の間で乗算器614によってかけられ、P2 609は、レイヤ1(Layer#1)605とアンテナ2(Antenna#2)619の間で乗算器615によってかけられる。
これにより、コードワード別に他のアンテナにマッピングされてもよい。すなわち、レイヤの数に関係がなく、複数のコードワードを互いに異なるアンテナを介して送信してもよい。
また、本発明の実施形態に係るコードブックのプリコーディングマトリックスは、プリコーディングマトリックスのコードブックの係数がレイヤ当たりの電力比が同一の構造を有する。
すなわち、本発明のランク3プリコーディングマトリックスは、各アンテナでPAPRの増加もなく、レイヤ当たりの電力も同一である。また、本発明のプリコーディングマトリックスは、それぞれのコードワードが同一の数の複数のアンテナを用いて送信される構造で提案されたので、各コードワードは、複数の送信アンテナによるダイバーシティ効果を体験するという長所を有する。
本発明のランク3コードブックは、各アンテナでPAPRの増加を起こさないので、CMP(cubic metric preserving)コードブックの系列であると見られる。ここで、CM(cubic metric)は、電力増幅器でPAPRの影響を示すために、3GPPで定義された用語である。CMFは、CMを維持(preserving)することはできないが、大きく増加させないという意味でCM親和的(friendly)と定義された。それにもかかわらず、CMFは、CMPに比べてPAPRを大きく増加させる。
表3で示されたコードブックをCMFコードブックといえる。例えば、表3のCMFコードブックから次の数式(5)のようなプリコーディングマトリックスが選択されたと仮定する。
したがって、PAPRの増加はないが、レイヤ当たりの送信電力比の不均衡を有している従来のランク3プリコーディングマトリックスの問題を解決する。
さらに、数式(3)のプリコーディングマトリックスで2つのコードワードが使用される場合、それぞれのコードワードが互いに異なる2つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造を有する。したがって、各コードワードは、チャネル上で送信ダイバーシティ効果を体験するという長所を有する。しかし、このような数式(3)のプリコーディングマトリックス構造は、各アンテナ間の電力比が同一でないという問題がある。
数式(7)において、全てのアンテナの出力電力の合計を23dBmにするためのさらに他の方法として、アンテナy1、y2、y3、y4は最大20dBmを出力するPAを使用することができる。この場合、y2とy3は最大17dBmを出力するPAを使用する代わりに、最大20dBmを出力するPAを使用した。
なぜなら、中間から高いSNRまで数式(7)のプリコーディングマトリックスは、レイヤ間の電力比が同一であるので、レイヤ間の電力比の不均衡による性能低下を改善したからである。
これにより、レイヤ当たりの電力比が同一であるプリコーディングマトリックスの長所と、アンテナ当たりの電力比が同一であるプリコーディングマトリックスの長所とを有するコードブックを用いた通信方法および装置を、次の第4および第5実施形態によって説明する。
第4実施形態は、各アンテナでPAPRの増加なく、レイヤの電力比を同一に維持したり、または、アンテナ当たりの電力比を同一に維持しながら、2つのコードワードが互いに異なる2つのアンテナにマッピングされるプリコーディングマトリックス構造の実施形態である。
上記に説明したように、表5は、表4で提示したコードブックのプリコーディングマトリックスの正規化された形態である。
表6に、表4のコードブックにおいて行交換によって得られる12個の他のコードブックの1つを示した。すなわち、表4で示したコードブックの2番目の行と4番目の行を交換すれば、表6のようなコードブックが生成される。このように行交換によって表4のようなコードブックから12個の他のコードブック生成が可能になる。
第1に、レイヤ当たりの電力比を同一にさせる8個のプリコーディングマトリックスと、アンテナ当たりの電力比を同一にさせる8個のプリコーディングマトリックスとの組合である、16個のプリコーディングマトリックスを全部用いる方法、第2に、各レイヤ当たりの電力比を一定にさせる8個のプリコーディングマトリックスを用いる方法のうちいずれか1つを選択してもよい。
しかし、アンテナの送信電力が十分でない場合(power limited situation)には、表12および表13で各アンテナ間の送信電力比を一定にさせる8個のプリコーディングマトリックスを使用し、この8個のプリコーディングマトリックスは、表16および表17に示した。
一方、次の表18は、本発明の第4実施形態に係るプリコーディングマトリックスの他の例を示す。
このとき、送信電力が十分な場合、次の2つの方法を用いる。
第1に、表18のように、レイヤ当たりの電力比を同一にさせる12個のプリコーディングマトリックスと、アンテナ当たりの電力比を同一にさせる8個のプリコーディングマトリックスとの組合である、20個のプリコーディングマトリックスを全部用いる方法、第2に、表18において各レイヤ当たりの電力比を一定にさせる12個のプリコーディングマトリックスを抽出して用いる方法のうちいずれか1つを選択してもよい。
表18でレイヤ当たりの電力比を同一にさせる12個のプリコーディングマトリックスは、次の表19に示した。
このとき、送信電力が十分な場合には、次の2つの方法のうちいずれか1つを選択し、プリコーディングマトリックスを用いることができる。
第1に、表24のように、レイヤ当たりの電力比を同一にさせる12個のプリコーディングマトリックスと、アンテナ当たりの電力比を同一にさせる8個のプリコーディングマトリックスとの組合である、20個のプリコーディングマトリックスを全部用いる方法、第2に、各レイヤ当たりの電力比を一定にさせる12個のプリコーディングマトリックスを用いる方法のうちいずれか1つを選択してもよい。
表24でレイヤ当たりの電力比を同一にさせる12個のプリコーディングマトリックスは、次の表25に示した。
図7では、2つの互いに異なるコードワード(CW#1とCW#2)が4つのアンテナ(Antenna#1、Antenna#2、Antenna#3、Antenna#4)を介して送信される過程において、2つのコードワードと3つのレイヤのマッピング手続きと、3つのレイヤ(Layer#1、Layer#2、Layer#3)と4つのアンテナのマッピング手続きについて説明する。
その後、送信機は、ステップ903でコードワード1(CW#1)をレイヤ1(Layer#1)にマッピングし、コードワード2(CW#2)はレイヤ2(Layer#2)とレイヤ3(Layer#3)にマッピングする。
送信機は、ステップ904でチャネル情報と、表10または表11に示したコードブックとを用いて、ランク3のチャネル環境で最も多くのデータを送信することができる1つのプリコーディングマトリックスを選択する。すなわち、送信機は、コードワード1(CW#1)およびコードワード2(CW#2)が互いに異なるアンテナにマッピングされるように形成されたコードブックからいずれか1つのプリコーディングマトリックスを選択する。
例えば、送信機は、スケジューラによってコードブックの表11で次の数式(8)のようなプリコーディングマトリックスを選択したと仮定する。
送信機の電力割当制御器213は、ステップ906でプリコーディングマトリックスにおいて、0ではない因子値(プリコーディングマトリックスの係数)をレイヤとアンテナの間にかけ、各レイヤ当たりの電力を同一にさせる。
この実施形態において、コードブックが正規化された形態で表現されれば、P1は
コードワード1(CW#1)はレイヤ1(Layer#1)にマッピングされているので、結局、コードワード1(CW#1)は、アンテナ1(Antenna#1)とアンテナ2(Antenna#2)を介して送信される。また、コードワード2(CW#2)はレイヤ2(Layer#2)とレイヤ3(Layer#3)にマッピングされているので、コードワード2(CW#2)は、アンテナ3(Antenna#3)とアンテナ4(Antenna#4)を介して送信される。
したがって、コードワード1(CW#1)とコードワード2(CW#2)は、互いに異なる2つのアンテナを介してそれぞれ送信されるようになり、このとき、レイヤ1〜3(Layer#1、Layer#2、Layer#3)の電力比率は全部同一になる。
図8を参照すると、本発明の第4実施形態に係る送信機は、マッパー1004、プリコーダ1012、電力割当制御器1013、およびアンテナ(1018、1019、1020、1021)を含む。
マッパー1004は、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングさせる役割を行う。このとき、マッパー1004は、1つのコードワードを少なくとも2つのレイヤにマッピングさせるための直並列変換器1003を備える。図2で、直並列変換器203は、入力される1つのコードワードを並列に分割して2つのレイヤにマッピングさせる。
プリコーダ1012は、レイヤ別に各アンテナにマッピングする役割を行う。すなわち、プリコーダ1012によってレイヤ1(Layer#1)1005は、アンテナ1(Antenna#1)1018とアンテナ2(Antenna#2)1019にマッピングされる。また、プリコーダ1012によってレイヤ2(Layer#2)1005は、アンテナ3(Antenna#3)1020にマッピングされ、レイヤ3(Layer#3)1007は、アンテナ4(Antenna#4)1021にマッピングされる。
このとき、プリコーダ1012内において、P3 1010は、レイヤ2(Layer#2)1006とアンテナ3(Antenna#3)1020の間で乗算器1016によってかけられ、P4 1011は、レイヤ3(Layer#3)1007とアンテナ(Antenna#4)1021の間で乗算器1017によってかけられる。
ここで、コードブックが正規化された形態で表現されれば、P3 1010とP4 1011は
第5実施形態は、第4実施形態におけるコードブック(表8、表10または表11)から、アンテナ間の電力比が同一のプリコーディングマトリックスを選択した場合を想定する。
図9は、本発明の第5実施形態に係るコードブックマッピング方法を説明するための図である。
図9を参照すると、送信機は、ステップ1102で互いに異なるコードワード、コードワード1(CW#1)およびコードワード2(CW#2)を生成する。
その後、送信機は、ステップ1103でコードワード1(CW#1)をレイヤ1(Layer#1)にマッピングし、コードワード2(CW#2)はレイヤ2(Layer#2)とレイヤ3(Layer#3)にマッピングする。
このとき、送信機は、スケジューラによってコードブックの表11から、次の数式(9)のようにアンテナ間の電力比が同一のプリコーディングマトリックスを選択したと仮定する。
送信機の電力割当制御器1213は、ステップ1106でプリコーディングマトリックスにおいて、0ではない因子値(プリコーディングマトリックスの係数)をレイヤとアンテナの間にかけ、各アンテナ当たりの電力を同一にさせる。
次に、送信機は、ステップ1107で上述したようにマッピングされた各コードワードを互いに異なる2つのアンテナに送信する。
コードワード1(CW#1)は、レイヤ1(Layer#1)にマッピングされているので、結局、コードワード1(CW#1)は、アンテナ1(Antenna#1)とアンテナ3(Antenna#3)を介して送信される。また、コードワード2(CW#2)は、レイヤ2(Layer#2)とレイヤ3(Layer#3)にマッピングされているので、コードワード2(CW#2)は、アンテナ2(Antenna#2)とアンテナ4(Antenna#4)を介して送信される。
したがって、コードワード1(CW#1)とコードワード2(CW#2)は、互いに異なる2つのアンテナを介して各々送信されるようになり、このとき、アンテナ1〜4(Antenna#1、Antenna#2、Antenna#3、Antenna#4)の電力比率は全部同一になる。
マッパー1204は、複数のコードワードを複数のレイヤにマッピングさせる役割を行う。このとき、マッパー1204は、1つのコードワードを少なくとも2つのレイヤにマッピングさせるための直並列変換器1203を備える。図10で、直並列変換器1203は、入力される1つのコードワードを並列に分割して2つのレイヤにマッピングさせる。
マッパー1204は、生成されたコードワード1(CW#1)1201をレイヤ1(Layer#1)1205にマッピングし、コードワード2(CW#2)1202をレイヤ2(Layer#2)およびレイヤ3(Layer#3)にそれぞれマッピングする。
仮に、選択されたプリコーディングマトリックスが数式(9)と同様であり、コードブックが正規化された形態で表現されれば、P1 1208とP2 1209は1/2である。コードワード2(CW#2)1202は、直並列変換器1203によって直列データが並列で分離され、レイヤ2(Layer#2)1206とレイヤ3(Layer#3)1207にマッピングされる。マッピングされたコードワード2は、プリコーダ1212によって、レイヤ2(Layer#2)1206はアンテナ2(Antenna#2)1219にマッピングされ、レイヤ3(Layer#3)1207はアンテナ4(Antenna#4)1221にマッピングされる。
このとき、プリコーダ1212内において、P3 1210は、レイヤ2(Layer#2)1206とアンテナ2(Antenna#3)1220の間で乗算器1216によってかけられ、P4 1211は、レイヤ3(Layer#3)1207とアンテナ4(Antenna#4)1221の間で乗算器1217によってかけられる。
図11は、本発明の実施形態に係るプリコーディングマトリックスにより使用できるアンテナ構造である。示されたように、アンテナ1およびアンテナ3が同一方向に形成され、アンテナ2およびアンテナ4が同一方向に形成される。このような方向により、アンテナ1とアンテナ3が空間相関関係(spatial correlation)を有し、アンテナ2とアンテナ4が空間相関関係を有する。
図12は、本発明の実施形態に係るプリコーディングマトリックスにより使用できるアンテナ構造を示すもので、上記で説明した表27〜表31に示されたプリコーディングマトリックスに適用される。示されたように、アンテナ1およびアンテナ2が同一方向に形成され、アンテナ3およびアンテナ4が同一方向に形成される。このような方向により、アンテナ1とアンテナ2が空間相関関係を有し、アンテナ3とアンテナ4が空間相関関係を有する。
204・・・マッパー
212・・・プリコーダ
213・・・電力割当制御器
Claims (4)
- 多重入出力システムでコードブックを用いたデータ送信方法において、
複数のコードワードに含まれた複数の変調シンボルを複数のレイヤにマッピングするレイヤマッピングステップと、
前記複数のレイヤにマッピングされた変調シンボルを離散フーリエ変換(DFT)するDFTステップと、
前記変換された複数の変調シンボルが互いに異なる複数のアンテナポートにマッピングされるように形成されたコードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、前記変換された複数の変調シンボルを前記複数のアンテナポートにマッピングするアンテナマッピングステップと、
前記変換された複数の変調シンボルを逆高速フーリエ変換(IFFT)してSC−FDMA信号を生成するIFFTステップと、
前記SC−FDMA信号を送信するステップと、を含み、
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、1つのアンテナポートに互いに異なるレイヤにマッピングされた変調シンボルがマッピングされないように設定されたマトリックスであり、前記コードブックは、下記表1の通りであることを特徴とするデータ送信方法。
- 多重入出力システムでコードブックを用いたデータ送信装置において、
複数のコードワードに含まれた複数の変調シンボルを複数のレイヤにマッピングするコードワード−レイヤマッパーと、
前記複数のレイヤにマッピングされた変調シンボルを離散フーリエ変換(DFT)するDFT部と、
前記変換された複数の変調シンボルが互いに異なる複数のアンテナポートにマッピングされるように形成されたコードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いて、前記変換された複数の変調シンボルを前記複数のアンテナポートにマッピングするプリコーダ及びリソース元素マッパーと、
前記変換された複数の変調シンボルを逆高速フーリエ変換(IFFT)してSC−FDMA信号を生成するIFFT部と、
前記SC−FDMA信号を送信するアンテナと、を含み、
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、1つのアンテナポートに互いに異なるレイヤにマッピングされた変調シンボルがマッピングされないように設定されたマトリックスであり、前記コードブックは、下記表2の通りであることを特徴とするデータ送信装置。
- 多重入出力システムでコードブックを用いたデータ受信方法において、
複数のアンテナを介してSC−FDMA信号を受信するステップと、
前記SC−FDMA信号を高速フーリエ変換(FFT)して複数の変調シンボルを生成するステップと、
前記複数の変調シンボルをアンテナ別にデマッピングし、コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いてデプリコーディングし、複数のレイヤに前記複数の変調シンボルをマッピングするステップと、
前記各レイヤにマッピングされた複数の変調シンボルをレイヤ別に逆離散フーリエ変換(IDFT)するステップと、
前記逆変換した複数の変調シンボルを複数のコードワードにマッピングするステップと、を含み、
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、1つのアンテナポートに互いに異なるレイヤにマッピングされた変調シンボルがマッピングされないように設定されたマトリックスであり、前記コードブックは、下記表3の通りであることを特徴とするデータ受信方法。
- 多重入出力システムでコードブックを用いたデータ受信装置において、
SC−FDMA信号を受信する複数のアンテナと、
前記SC−FDMA信号を高速フーリエ変換(FFT)して複数の変調シンボルを生成するFFT部と、
前記複数の変調シンボルをアンテナ別にデマッピングし、コードブックのうち選択されたプリコーディングマトリックスを用いてデプリコーディングし、複数のレイヤに前記複数の変調シンボルをマッピングするリソース元素デマッパー及びデプリコーダと、
前記各レイヤにマッピングされた複数の変調シンボルをレイヤ別に逆離散フーリエ変換(IDFT)するIDFT部と、
前記逆変換した複数の変調シンボルを複数のコードワードにマッピングするレイヤ−コードワードマッパーと、を含み、
前記コードブックに含まれたプリコーディングマトリックスは、1つのアンテナポートに互いに異なるレイヤにマッピングされた変調シンボルがマッピングされないように設定されたマトリックスであり、前記コードブックは、下記表4の通りであることを特徴とするデータ受信装置。
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