WO2009125591A1 - 無線受信装置、無線送信装置及びフィードバック方法 - Google Patents

無線受信装置、無線送信装置及びフィードバック方法 Download PDF

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勝彦 平松
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless reception device, a wireless transmission device, and a feedback method.
  • MIMO Multiple-Input Multiple-Output
  • both the transmission device and the reception device each include a plurality of antennas. Specifically, since a plurality of data can be transmitted using the same frequency at the same time, a high transmission rate can be realized.
  • eigenmode transmission As this MIMO transmission system, a transmission system called eigenmode transmission is known.
  • eigenmode transmission propagation path information between transmitting and receiving apparatuses is obtained by channel estimation, and eigenvalue decomposition is performed on the correlation matrix H H H of the obtained propagation path information (propagation channel matrix H) to obtain an eigenvalue matrix ⁇ and an eigenvector W. This is shown in equation (1).
  • send the WH H weights, by using the W H as reception weight allows parallel transmission of the eigenvalues of minutes.
  • ⁇ k is the k-th eigenvalue and has a relationship of ⁇ 1 > ⁇ 2 > ⁇ 3 > ⁇ 4 .
  • a transmission weight w k is assigned to the k-th stream s k and is transmitted using the channel of the k-th eigenvalue ⁇ k . Therefore, higher quality transmission can be realized as the eigenvalue number (stream number) k is smaller.
  • Each terminal feeds back a CQI (Channel Quality Indicator) determined based on SINR (Signal-to-Interference-and Noise-Ratio) for each RB (Resource Block) to the base station, and the base station uses these CQIs to each terminal. Allocate communication resources.
  • CQI Channel Quality Indicator
  • SINR Signal-to-Interference-and Noise-Ratio
  • the base station preferentially allocates communication resources to terminals that have fed back higher CQI. For this reason, as the number of terminals increases, the number of terminals that feed back a high CQI increases, so that cell throughput (peak data rate, frequency utilization efficiency) is improved.
  • CQI feedback methods include a Best-M report and a DCT (Discrete Cosine Transform) report.
  • FIG. 2 shows an overview of the Best-M report.
  • CQI in Best-M report the overall transmission bandwidth (expressed in X-bit) average CQI of (N consists RB resource blocks), and select the high top M RB of CQI levels, corresponding to the selected RB ( The CQI of each RB is represented by Y bits) and the position of the selected RB (represented by log 2 ( NRB C M ) bits) is fed back. This feeds back a total of X + YM + log 2 ( NRB C M ) bits. Note that the top M CQIs express the difference value from the average CQI by the number of quantization bits of Y bits.
  • Figure 3 shows the CQI feedback format based on the Best-M report.
  • X 5 bits
  • Y 3 bits
  • the base station demodulates the feedback information based on the Best-M report and reproduces the CQI for each RB.
  • Figure 4 shows an overview of the DCT report.
  • DC frequency component (expressed in X bits) and M frequency components with low frequency components excluding DC components (expressed in Y bits per frequency) from the result of DCT conversion of SINR for each RB. ) Feedback.
  • the total X + MY bits are fed back.
  • M frequency components are fed back in order from the lowest frequency, it is not necessary to feed back the position information regarding the RB unlike the Best-M report.
  • Fig. 5 shows the CQI feedback format based on the DCT report.
  • X 5 bits
  • Y 5 bits
  • the base station converts the feedback information based on the DCT report into IDCT (Inverse Discrete Cosine Transform) and reproduces the SINR for each RB.
  • IDCT Inverse Discrete Cosine Transform
  • SINR k of the k-th stream is used as an index of quality
  • SINR is CQI converted for each stream
  • DCT report In this case, SINR is DCT converted for each stream.
  • the eigenmode transmission described above when feeding back the CQI, using the eigenvalues lambda k instead of SINR k as an index of quality, the eigenvalues lambda k and CQI conversion in the case of Best-M reporting, DCT reported In this case, the eigenvalue ⁇ k is DCT transformed.
  • eigenvalues are used as quality indicators. Since the frequency variation of the eigenvalue differs for each stream, the CQI of each stream is quantized with a different number of quantization bits in consideration of optimizing the number of CQI quantization bits for each stream. That is, the CQI format differs for each stream. In this case, as shown in FIG. 6, an indicator (CQI format indicator) for notifying the CQI format of each stream is required, and there is a problem that the amount of CQI feedback increases.
  • An object of the present invention is to provide a radio reception apparatus, radio transmission apparatus, and feedback method that reduce the amount of CQI feedback in a MIMO channel.
  • the radio receiving apparatus of the present invention includes a receiving means for receiving signals transmitted from a plurality of antennas via a plurality of antennas, and a channel matrix between the transmitting antenna and the receiving antenna using a pilot signal among the received signals.
  • Channel estimation means for eigenvalue decomposition of the estimated channel matrix to obtain eigenvalues, and, based on the eigenvalues, obtain a difference between streams of a quality index corresponding to an average eigenvalue of each stream, and according to the difference
  • Feedback information generating means for determining the number of quantization bits, quantizing M quality indicators representing the degree of fluctuation of the eigenvalues with the determined number of quantization bits, and generating the feedback information; and transmitting the feedback information And a transmission means.
  • the wireless transmission apparatus of the present invention obtains a difference between the receiving means for receiving feedback information including a quality index corresponding to the average eigenvalue of each stream, and the stream of the quality index, and sets the number of quantization bits according to the difference. And a feedback information demodulating means for demodulating the feedback information.
  • the feedback method of the present invention includes a channel estimation step of estimating a channel matrix between a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas, eigenvalue decomposition of the estimated channel matrix to obtain an eigenvalue, and a pilot signal among the received signals.
  • a channel estimation step for estimating a channel matrix between a transmission antenna and a reception antenna, eigenvalue decomposition of the estimated channel matrix to obtain an eigenvalue, and a quality index corresponding to an average eigenvalue of each stream based on the eigenvalue
  • the difference between the streams is obtained, the number of quantization bits corresponding to the difference is determined, and M quality indicators representing the degree of fluctuation of the eigenvalue are quantized with the determined number of quantization bits to generate feedback information
  • the block diagram which shows the structure of the transmitter which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • the figure which shows a mode that the eigenvalue of a 1st-4th stream is DCT-transformed
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the receiving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Here, description will be made assuming that there are four antennas.
  • Radio receiving sections 102-1 to 102-4 down-convert signals received via corresponding antennas 101-1 to 101-4 into baseband signals, and output data signals of the received signals to MIMO demodulation section 106. Then, the pilot signal among the received signals is output to channel estimation section 103.
  • Channel estimation section 103 estimates the channel matrix for each RB between the transmitting and receiving antennas using the pilot signals output from radio receiving sections 102-1 to 102-4, decomposes the estimated channel matrix into eigenvalues, and performs eigenvalue decomposition. And the eigenvector.
  • the obtained eigenvector is output to the feedback information generation section 104 as a transmission weight, and a value obtained by multiplying the eigenvector by the channel matrix is output to the MIMO demodulation section 106 as a reception weight.
  • the channel matrix is a matrix expressing the channel gain between the transmission antenna and the reception antenna.
  • the feedback information generation unit 104 averages the eigenvalues output from the channel estimation unit 103 for each RB, and converts the averaged eigenvalues into CQIs for each eigenvalue number (stream).
  • Feedback information generating section 104 generates CQI feedback information with the number of quantization bits determined for each eigenvalue number, and outputs the CQI feedback information to radio transmitting section 105. Details of the feedback information generation unit 104 will be described later.
  • Radio transmitting section 105 up-converts the feedback information output from feedback information generating section 104 and transmits it from antennas 101-1 to 101-4.
  • the MIMO demodulator 106 multiplies the data signal output from the radio receivers 102-1 to 102-4 by the reception weight output from the channel estimator 103, and separates the streams.
  • the separated streams are output to data demodulation sections 107-1 to 107-4, respectively.
  • Data demodulating sections 107-1 to 107-4 convert the stream output from MIMO demodulating section 106 from modulation symbols to soft decision bits and output the data to decoding sections 108-1 to 108-4.
  • Data decoding sections 108-1 to 108-4 perform channel decoding on the soft decision bits output from data demodulation sections 107-1 to 107-4 to restore transmission data.
  • feedback information generation section 104 converts the eigenvalue averaged for each RB into CQI for each eigenvalue number (stream), and obtains the average CQI of the entire transmission band of the k-th stream. Also, feedback information generation section 104 selects the top M RBs with large CQIs for each stream.
  • the relative value D k is the difference between the average CQI with an average CQI of the first stream (W-CQI 1) and the k streams (k is 2 or more) (W-CQI k)
  • the calculated relative value Dk is used as a quantization bit selection index. That is, the number of quantization bits assigned to the CQI of each stream is determined by the relative value Dk .
  • the number of quantization bits Y ij of CQIj (1 ⁇ j ⁇ 5) has a relationship of Y 1j ⁇ Y 2j ⁇ Y 3j ⁇ Y 4j . This is because when the relative value D k is large, the eigenvalues after the second stream are small, so that the accuracy of the quantization bits can be maintained even if the number of quantization bits is reduced.
  • the number of quantization bits of the upper M CQIs in the k-th stream is Y 21 to Y 25 bits. Note that the average CQI of each stream and the CQIs 1 to 5 of the first stream are quantized with a constant number of quantization bits regardless of the relative value.
  • the feedback table shown in FIG. 9 is determined by the characteristics of frequency domain eigenvalues as follows. That is, as shown in FIG. 10A, when the channel correlation is low, the difference between the average eigenvalues is small, and each stream has the same frequency fluctuation. Also, as shown in FIG. 10B, when the channel correlation is high, the difference between the eigenvalues of the first stream and the eigenvalues after the second stream becomes large. Further, the frequency fluctuation of the eigenvalue of the first stream becomes slow, and the frequency fluctuation of the eigenvalue after the second stream becomes severe.
  • FIG. 11 shows the CQI feedback format.
  • FIG. 11A shows a CQI feedback format when the relative value D k is small
  • FIG. 11B shows a CQI feedback format when the relative value D k is large.
  • the CQI format indicator becomes unnecessary.
  • the number of quantization bits of average CQI is constant regardless of the stream number, and the number of quantization bits of CQI other than the average CQI is variable in the second and subsequent streams.
  • the transmission apparatus in order to determine the number of quantization bits of CQIs other than the average CQI (CQI 1 to 5) based on the relative value Dk , the transmission apparatus also shares the arrangement position of the quantization bits of the average CQI between the transmission and reception apparatuses.
  • the average CQI quantization bits of each stream are arranged together at the head of the CQI feedback format. That is, the average CQI in which the number of quantization bits does not change is arranged at the head, and the CQIs 1 to 5 after the second stream in which the number of quantization bits is variable are arranged after the average CQI.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of the transmission apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Here, description will be made assuming that there are four antennas.
  • Radio receiving section 202 receives feedback information fed back from the receiving apparatus via antennas 201-1 to 201-4, down-converts the received feedback information into a baseband signal, and outputs it to feedback information demodulation section 203. .
  • the feedback information demodulating unit 203 includes the same CQI feedback table as the CQI feedback table included in the feedback information generating unit 104 of the receiving apparatus illustrated in FIG. 9, and the feedback information output from the radio receiving unit 202 is based on the CQI feedback table. Demodulate to obtain transmission weight and CQI (channel coding rate and modulation level). The acquired transmission weight is output to MIMO multiplexing section 206, the channel coding rate is output to encoding sections 204-1 to 204-4, and the modulation level is output to modulation sections 205-1 to 205-4. Details of feedback information demodulating section 203 will be described later.
  • Encoding sections 204-1 to 204-4 encode each input transmission data with the channel coding rate output from feedback information demodulation section 203, and encode the encoded data into modulation sections 205-1 to 205-4. Output. Modulation sections 205-1 to 205-4 modulate the encoded data output from encoding sections 204-1 to 204-4 with the modulation level output from feedback information demodulation section 203, and modulate the modulation symbols to MIMO multiplexing sections. It outputs to 206.
  • the MIMO multiplexing unit 206 multiplies the modulation symbol output from the modulation units 205-1 to 205-4 by the transmission weight output from the feedback information demodulation unit 203, and converts it into a transmission stream.
  • MIMO multiplexing section 206 multiplexes all transmission streams and outputs them to radio transmission sections 207-1 to 207-4.
  • Radio transmitting sections 207-1 to 207-4 up-convert the transmission stream output from MIMO multiplexing section 206, and transmit it from antennas 201-1 to 201-4.
  • the feedback information demodulation unit 203 demodulates the average CQI of each stream arranged at the head of the CQI feedback format. These average CQIs are predetermined to be a constant number of quantization bits.
  • the feedback information demodulation unit 203 obtains the relative value D k using the demodulated average CQI. Specifically, the difference (relative value D k ) between the average CQI (W ⁇ CQI 1 ) of the first stream and the average CQI (W ⁇ CQI k ) of the k-th stream is obtained as in the processing in the receiving apparatus.
  • the feedback information demodulator 203 obtains the number of CQI quantization bits of each stream corresponding to the obtained relative value D k from the CQI feedback table shown in FIG. 9, and based on the obtained number of CQI quantization bits, CQI Is demodulated.
  • the relative value of the average CQI of each stream is associated with the number of quantization bits of the top M CQIs in each stream.
  • the feedback information generation section 104 averages the eigenvalues output from the channel estimation section 103 for each RB, and the eigenvalue averaged for each RB as shown in FIG. ) DCT conversion every time.
  • the feedback information generation unit 104 selects the DC component of the DCT output and the lower M frequency components excluding the DC component as feedback frequency components, and provides CQI feedback information with the number of quantization bits determined for each eigenvalue number. Generate and output to the wireless transmission unit 105.
  • the feedback information generating unit 104 the DC component of the first stream and (DC 1) (the k 2 or more) first k streams calculating a relative value D k is the difference between the DC component of the (DC k) Then, the calculated relative value D k is used as a quantization bit selection index. That is, the number of quantization bits assigned to the frequency component of each stream is determined by the relative value Dk .
  • the number of quantization bits Y ij of the frequency component j (1 ⁇ j ⁇ 4) has a relationship of Y 1j ⁇ Y 2j ⁇ Y 3j ⁇ Y 4j .
  • the relative value D k is greater than or equal to T 1 and less than T 2
  • the number of quantization bits of the lower M frequency components in the k-th stream is Y 21 to Y 24 bits. Note that the DC component of each stream and the frequencies 1 to 4 of the first stream are quantized with a constant number of quantization bits regardless of the relative value.
  • FIG. 15 shows the CQI feedback format.
  • FIG. 15A shows a CQI feedback format when the relative value D k is small
  • FIG. 15B shows a CQI feedback format when the relative value D k is large.
  • the CQI format indicator becomes unnecessary.
  • the number of quantization bits of the DC component is constant regardless of the stream number, and the number of quantization bits of low frequency components other than the DC component is variable in the second and subsequent streams.
  • the transmission apparatus determines the number of quantization bits of frequency components other than the DC component based on the relative value Dk, it is necessary to share the arrangement position of the quantization bits of the DC component between the transmission and reception apparatuses.
  • the quantized bits of the DC component of each stream are arranged together at the head of the CQI feedback format. That is, a DC component whose number of quantization bits does not change is arranged at the head, and frequencies 1 to 4 after the second stream in which the number of quantization bits is variable are arranged after the DC component.
  • Feedback information demodulation section 203 has the same CQI feedback table as the CQI feedback table included in feedback information generation section 104 of the receiving apparatus shown in FIG.
  • the feedback information is demodulated based on the CQI feedback table, and transmission weights and eigenvalues (channel coding rate and modulation level) are acquired.
  • the acquired transmission weight is output to MIMO multiplexing section 206, the channel coding rate is output to encoding sections 204-1 to 204-4, and the modulation level is output to modulation sections 205-1 to 205-4.
  • feedback information demodulation section 203 demodulates the DC component (DC k ) of each stream arranged at the head of the CQI feedback format. It is predetermined that these DC components have a certain number of quantization bits.
  • Feedback information demodulating section 203 obtains relative value Dk using the demodulated DC component. That is, the difference (relative value D k ) between the DC component (DC 1 ) of the first stream and the DC component (DC k ) of the k-th stream is obtained as in the processing in the receiving device.
  • the feedback information demodulation unit 203 obtains the number of quantization bits of the frequency component of each stream corresponding to the obtained relative value D k from the CQI feedback table shown in FIG.
  • the DC component and the M frequency components are subjected to IDCT conversion to obtain an eigenvalue for each RB.
  • the channel coding rate and the modulation level are determined from the obtained eigenvalues, the channel coding rate is output to the encoding units 204-1 to 204-4, and the modulation level is output to the modulation units 205-1 to 205-4. .
  • the relative value of the DC component of each stream is associated with the number of quantization bits of the lower M frequency components in each stream.
  • each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically realized as an LSI which is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of them.
  • the name used here is LSI, but it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • An FPGA Field Programmable Gate Array
  • a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
  • the radio reception apparatus, radio transmission apparatus, and feedback method according to the present invention can reduce the amount of CQI feedback in the MIMO channel, and can be applied to, for example, a mobile communication system.

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Abstract

　ＭＩＭＯチャネルにおけるＣＱＩフィードバック量を削減する無線受信装置、無線送信装置及びフィードバック方法を提供する。チャネル推定部（１０３）は、受信したパイロット信号を用いて、各送受信アンテナ間のＲＢ毎のチャネル行列を推定し、推定したチャネル行列を固有値分解して固有値と固有ベクトルを求める。フィードバック情報生成部（１０４）は、固有値をＲＢ毎に平均し、平均した固有値をストリーム毎にＣＱＩに変換し、第ｋストリームの送信帯域全体の平均ＣＱＩを求める。また、フィードバック情報生成部（１０４）は、第１ストリームの平均ＣＱＩと第ｋストリームの平均ＣＱＩとの相対値Ｄｋを算出し、各ストリームのＣＱＩに割り当てる量子化ビット数を決定してＣＱＩフィードバック情報を生成する。

Description

無線受信装置、無線送信装置及びフィードバック方法
　本発明は、無線受信装置、無線送信装置及びフィードバック方法に関する。
　ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）は、送信装置及び受信装置の双方がそれぞれ複数のアンテナを備え、高速かつ大容量な情報伝送を行う技術である。具体的には、複数のデータを同じ時間に同じ周波数を用いて伝送することができるので、高い伝送速度を実現することができる。
　このＭＩＭＯ伝送方式には、固有モード送信と呼ばれる伝送方式が知られている。固有モード送信では、送受信装置間の伝搬路情報をチャネル推定により求め、求めた伝搬路情報（伝搬チャネル行列Ｈ）の相関行列ＨＨＨを固有値分解して、固有値行列Λと固有ベクトルＷを求める。この様子を式（１）に示す。そして、ＷＨＨを送信ウェイト、ＷＨを受信ウェイトとして利用することにより、固有値数分の並列伝送が可能になる。固有モード送信の概念図を図１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、λｋは第ｋ固有値であり、λ１＞λ２＞λ３＞λ４という関係がある。第ｋストリームｓｋには送信ウェイトｗｋが割り当てられ、第ｋ固有値λｋのチャネルを使って送信する。そのため、固有値番号（ストリーム番号）ｋが小さいほど、高品質伝送を実現することができる。
　ところで、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project） ＬＴＥ（Long Term Evolution）の下りリンクにおけるセルスループットを改善する技術として、周波数スケジューリング（マルチユーザスケジューリング）がある。各端末はＲＢ（Resource Block）毎のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）に基づいて決定されるＣＱＩ（Channel Quality Indicator）を基地局にフィードバックし、基地局はこれらのＣＱＩを使って各端末に通信リソースを割り当てる。
　基地局は、より高いＣＱＩをフィードバックした端末に優先的に通信リソースを割り当てる。このため、端末数が増大するほど、高いＣＱＩをフィードバックする端末数が増大するので、セルスループット（ピークデータレート、周波数利用効率）が改善することになる。ＣＱＩフィードバック方法には、Ｂｅｓｔ－Ｍ報告及びＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）報告がある。
　図２にＢｅｓｔ－Ｍ報告の概要を示す。Ｂｅｓｔ－Ｍ報告では、送信帯域全体（ＮＲＢ個のリソースブロックから構成）の平均ＣＱＩ（Ｘビットで表現）、ＣＱＩレベルの高い上位Ｍ個のＲＢを選択し、選択したＲＢに対応するＣＱＩ（各ＲＢのＣＱＩをＹビットで表現）及び選択したＲＢの位置（ｌｏｇ２（ＮＲＢＣＭ）ビットで表現）をフィードバックする。これにより、合計Ｘ＋ＹＭ＋ｌｏｇ２（ＮＲＢＣＭ）ビットをフィードバックする。なお、上位Ｍ個のＣＱＩは平均ＣＱＩからの差分値をＹビットの量子化ビット数で表現する。
　図３にＢｅｓｔ－Ｍ報告によるＣＱＩフィードバックフォーマットを示す。ここでは、Ｘ＝５ビット、Ｙ＝３ビット、Ｍ＝５の場合を示している。基地局は、Ｂｅｓｔ－Ｍ報告によるフィードバック情報を復調し、ＲＢ毎のＣＱＩを再生する。
　図４にＤＣＴ報告の概要を示す。ＤＣＴ報告では、ＲＢ毎のＳＩＮＲをＤＣＴ変換した結果の中から、直流（ＤＣ）成分（Ｘビットで表現）、ＤＣ成分を除いた周波数成分の低いＭ個の周波数成分（周波数当たりＹビットで表現）をフィードバックする。これにより、合計Ｘ＋ＭＹビットをフィードバックする。なお、ＤＣＴ報告では、周波数が低い方から順にＭ個の周波数成分をフィードバックするため、Ｂｅｓｔ－Ｍ報告のようにＲＢに関する位置情報をフィードバックする必要はない。
　図５にＤＣＴ報告によるＣＱＩフィードバックフォーマットを示す。ここでは、Ｘ＝５ビット、Ｙ＝５ビット、Ｍ＝４の場合を示している。基地局は、ＤＣＴ報告によるフィードバック情報をＩＤＣＴ（Inverse Discrete Cosine Transform）変換し、ＲＢ毎のＳＩＮＲを再生する。
　ここで、上述したＭＩＭＯ通信においては、ＣＱＩをフィードバックする場合、品質の指標として第ｋストリームのＳＩＮＲｋを利用し、Ｂｅｓｔ－Ｍ報告の場合にはストリーム毎にＳＩＮＲをＣＱＩ変換し、ＤＣＴ報告の場合にはストリーム毎にＳＩＮＲをＤＣＴ変換する。また、上述した固有モード送信においては、ＣＱＩをフィードバックする場合、品質の指標としてＳＩＮＲｋの代わりに固有値λｋを利用し、Ｂｅｓｔ－Ｍ報告の場合には固有値λｋをＣＱＩ変換し、ＤＣＴ報告の場合には固有値λｋをＤＣＴ変換する。
3GPP, R1-062954, LG Electronics, "Analysis on DCT based CQI reporting Scheme", RAN1#46-bis, Seoul, October 9-13, 2006
　固有モード送信では、品質の指標として固有値を利用する。この固有値の周波数変動はストリーム毎に異なるため、各ストリームのＣＱＩの量子化ビット数を最適化することを考え、各ストリームのＣＱＩは異なる量子化ビット数で量子化される。すなわち、ストリーム毎に異なるＣＱＩフォーマットとなる。この場合、図６に示すように、各ストリームのＣＱＩフォーマットを通知するためのインジケータ（ＣＱＩフォーマットインジケータ）が必要となり、ＣＱＩフィードバック量が増大するという問題がある。
　本発明の目的は、ＭＩＭＯチャネルにおけるＣＱＩフィードバック量を削減する無線受信装置、無線送信装置及びフィードバック方法を提供することである。
　本発明の無線受信装置は、複数のアンテナから送信された信号を複数のアンテナを介して受信する受信手段と、受信した前記信号のうちパイロット信号を用いて、送信アンテナ及び受信アンテナ間のチャネル行列を推定し、推定したチャネル行列を固有値分解して固有値を求めるチャネル推定手段と、前記固有値に基づいて、各ストリームの平均固有値に相当する品質指標のストリーム間の差分を求め、前記差分に応じた量子化ビット数を決定し、前記固有値の変動の度合いを表すＭ個の品質指標を、決定した前記量子化ビット数で量子化してフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成手段と、前記フィードバック情報を送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
　本発明の無線送信装置は、各ストリームの平均固有値に相当する品質指標を含むフィードバック情報を受信する受信手段と、前記品質指標のストリーム間の差分を求め、前記差分に応じた量子化ビット数に基づいて、フィードバック情報を復調するフィードバック情報復調手段と、を具備する構成を採る。
　本発明のフィードバック方法は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナ間のチャネル行列を推定し、推定したチャネル行列を固有値分解して固有値を求めるチャネル推定工程と、受信した前記信号のうちパイロット信号を用いて、送信アンテナ及び受信アンテナ間のチャネル行列を推定し、推定したチャネル行列を固有値分解して固有値を求めるチャネル推定工程と、前記固有値に基づいて、各ストリームの平均固有値に相当する品質指標のストリーム間の差分を求め、前記差分に応じた量子化ビット数を決定し、前記固有値の変動の度合いを表すＭ個の品質指標を、決定した前記量子化ビット数で量子化してフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成工程と、前記フィードバック情報を送信する送信工程と、を具備するようにした。
　本発明によれば、ＭＩＭＯチャネルにおけるＣＱＩフィードバック量を削減することができる。
固有モード送信を示す概念図 Ｂｅｓｔ－Ｍ報告の概要を示す図 Ｂｅｓｔ－Ｍ報告によるＣＱＩフィードバックフォーマットを示す図 ＤＣＴ報告の概要を示す図 ＤＣＴ報告によるＣＱＩフィードバックフォーマットを示す図 ストリーム毎にＣＱＩフォーマットインジケータを必要とする様子を示す図 本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図 第１～第４ストリームの固有値をＣＱＩ変換する様子を示す図 本発明の実施の形態１に係るＣＱＩフィードバックテーブルを示す図 周波数領域における固有値の変動の様子を示す図 本発明の実施の形態１に係るＣＱＩフィードバックフォーマットを示す図 本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図 第１～第４ストリームの固有値をＤＣＴ変換する様子を示す図 本発明の実施の形態２に係るＣＱＩフィードバックテーブルを示す図 本発明の実施の形態２に係るＣＱＩフィードバックフォーマットを示す図
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　（実施の形態１）
　図７は、本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図である。ここでは、アンテナを４本として説明する。無線受信部１０２－１～１０２－４は、対応するアンテナ１０１－１～１０１－４を介して受信した信号をベースバンド信号にダウンコンバートし、受信信号のうちデータ信号をＭＩＭＯ復調部１０６に出力し、受信信号のうちパイロット信号をチャネル推定部１０３に出力する。
　チャネル推定部１０３は、無線受信部１０２－１～１０２－４から出力されたパイロット信号を用いて、各送受信アンテナ間のＲＢ毎のチャネル行列を推定し、推定したチャネル行列を固有値分解して固有値と固有ベクトルを求める。求めた固有ベクトルは、送信ウェイトとしてフィードバック情報生成部１０４に出力され、固有ベクトルにチャネル行列を乗算した値は、受信ウェイトとしてＭＩＭＯ復調部１０６に出力される。なお、チャネル行列とは、送信アンテナ及び受信アンテナ間のチャネル利得を表現する行列である。
　フィードバック情報生成部１０４は、チャネル推定部１０３から出力された固有値をＲＢ毎に平均し、平均した固有値を固有値番号（ストリーム）毎にＣＱＩに変換する。フィードバック情報生成部１０４は、固有値番号毎に決められた量子化ビット数でＣＱＩフィードバック情報を生成し、無線送信部１０５に出力する。なお、フィードバック情報生成部１０４の詳細については後述する。
　無線送信部１０５は、フィードバック情報生成部１０４から出力されたフィードバック情報をアップコンバートし、アンテナ１０１－１～１０１－４から送信する。
　ＭＩＭＯ復調部１０６は、無線受信部１０２－１～１０２－４から出力されたデータ信号にチャネル推定部１０３から出力された受信ウェイトを乗算して、ストリームを分離する。分離したストリームはそれぞれデータ復調部１０７－１～１０７－４に出力される。
　データ復調部１０７－１～１０７－４は、ＭＩＭＯ復調部１０６から出力されたストリームを変調シンボルから軟判定ビットに変換し、データ復号部１０８－１～１０８－４に出力する。データ復号部１０８－１～１０８－４は、データ復調部１０７－１～１０７－４から出力された軟判定ビットをチャネル復号し、送信データを復元する。
　次に、上述したフィードバック情報生成部１０４におけるフィードバック情報の生成について詳細に説明する。フィードバック情報生成部１０４は、図８に示すように、ＲＢ毎に平均した固有値を固有値番号（ストリーム）毎にＣＱＩに変換し、第ｋストリームの送信帯域全体の平均ＣＱＩを求める。また、フィードバック情報生成部１０４は、ＣＱＩが大きい上位Ｍ個のＲＢをストリーム毎に選択する。
　一方、フィードバック情報生成部１０４は、第１ストリームの平均ＣＱＩ（Ｗ－ＣＱＩ１）と第ｋストリーム（ｋは２以上）の平均ＣＱＩ（Ｗ－ＣＱＩｋ）との差分である相対値Ｄｋを算出し、算出した相対値Ｄｋを量子化ビットの選択指標とする。すなわち、相対値Ｄｋによって、各ストリームのＣＱＩに割り当てる量子化ビット数を決定する。例えば、フィードバック情報生成部１０４が図９に示すようなフィードバックテーブルを備えているものとする。図中、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３とし、ＣＱＩ１～５は、Ｍ＝５としたときの上位ＣＱＩを示し、Ｙ１１～Ｙ４５は各ＣＱＩの量子化ビット数を示している。また、ＣＱＩｊ（１≦ｊ≦５）の量子化ビット数Ｙｉｊには、Ｙ１ｊ≧Ｙ２ｊ≧Ｙ３ｊ≧Ｙ４ｊの関係がある。これは、相対値Ｄｋが大きい場合、第２ストリーム以降の固有値が小さくなるため、量子化ビット数を少なくしても量子化ビットの精度を維持できるからである。
　ここで、相対値ＤｋがＴ１以上Ｔ２未満であったとすると、第ｋストリームにおける上位Ｍ個のＣＱＩの量子化ビット数はＹ２１～Ｙ２５ビットとなる。なお、各ストリームの平均ＣＱＩ及び第１ストリームのＣＱＩ１～５は、相対値に関係なく、一定の量子化ビット数で量子化する。
　図９に示したフィードバックテーブルは、次のような周波数領域の固有値の特徴によって決定される。すなわち、図１０Ａに示すように、チャネル相関が低い場合、各平均固有値の差は小さくなり、各ストリームは同じような周波数変動となる。また、図１０Ｂに示すように、チャネル相関が高い場合、第１ストリームの固有値と第２ストリーム以降の固有値との差が大きくなる。また、第１ストリームの固有値の周波数変動は緩慢になり、第２ストリーム以降の固有値の周波数変動は激しくなる。
　これらのことから、チャネル相関が低い場合とチャネル相関が高い場合とでは、第１ストリームの平均固有値に対する第２ストリーム以降の平均固有値との関係が異なる。このため、これらの場合では、第２ストリーム以降の固有値を表現する最適な量子化ビット数が異なる。
　このように、相対値Ｄｋを求め、求めた相対値Ｄｋに対応するＣＱＩ量子化ビット数に基づいて、ＣＱＩフィードバック情報を生成する。図１１にＣＱＩフィードバックフォーマットを示す。図１１Ａは、相対値Ｄｋが小さい場合のＣＱＩフィードバックフォーマットを示し、図１１Ｂは、相対値Ｄｋが大きい場合のＣＱＩフィードバックフォーマットを示している。本実施の形態では、平均ＣＱＩの相対値ＤｋからＣＱＩフィードバックフォーマットを決定するため、ＣＱＩフォーマットインジケータは不要となる。また、平均ＣＱＩの量子化ビット数はストリーム番号に関係なく一定であり、第２ストリーム以降のストリームでは、平均ＣＱＩ以外のＣＱＩの量子化ビット数が可変となる。
　従って、送信装置も相対値Ｄｋに基づいて、平均ＣＱＩ以外のＣＱＩ（ＣＱＩ１～５）の量子化ビット数を決定するためには、平均ＣＱＩの量子化ビットの配置位置を送受信装置間で共有する必要がある。本実施の形態では、各ストリームの平均ＣＱＩの量子化ビットをＣＱＩフィードバックフォーマットの先頭にまとめて配置している。すなわち、量子化ビット数が変化しない平均ＣＱＩを先頭に配置し、量子化ビット数が可変となる第２ストリーム以降のＣＱＩ１～５を平均ＣＱＩの後に配置している。
　図１２は、本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図である。ここでは、アンテナを４本として説明する。無線受信部２０２は、受信装置からフィードバックされたフィードバック情報をアンテナ２０１－１～２０１－４を介して受信し、受信したフィードバック情報をベースバンド信号にダウンコンバートし、フィードバック情報復調部２０３に出力する。
　フィードバック情報復調部２０３は、図９に示した受信装置のフィードバック情報生成部１０４が備えるＣＱＩフィードバックテーブルと同じＣＱＩフィードバックテーブルを備え、無線受信部２０２から出力されたフィードバック情報をＣＱＩフィードバックテーブルに基づいて復調し、送信ウェイトとＣＱＩ（チャネル符号化率及び変調レベル）を取得する。取得した送信ウェイトはＭＩＭＯ多重部２０６に出力され、チャネル符号化率は符号化部２０４－１～２０４－４に出力され、変調レベルは変調部２０５－１～２０５－４に出力される。なお、フィードバック情報復調部２０３の詳細については後述する。
　符号化部２０４－１～２０４－４は、入力される各送信データをフィードバック情報復調部２０３から出力されたチャネル符号化率で符号化し、符号化データを変調部２０５－１～２０５－４に出力する。変調部２０５－１～２０５－４は、符号化部２０４－１～２０４－４から出力された符号化データをフィードバック情報復調部２０３から出力された変調レベルで変調し、変調シンボルをＭＩＭＯ多重部２０６に出力する。
　ＭＩＭＯ多重部２０６は、変調部２０５－１～２０５－４から出力された変調シンボルにフィードバック情報復調部２０３から出力された送信ウェイトを乗算し、送信ストリームに変換する。ＭＩＭＯ多重部２０６は、全ての送信ストリームを多重し、無線送信部２０７－１～２０７－４に出力する。
　無線送信部２０７－１～２０７－４は、ＭＩＭＯ多重部２０６から出力された送信ストリームをアップコンバートし、アンテナ２０１－１～２０１－４から送信する。
　次に、上述したフィードバック情報復調部２０３におけるフィードバック情報の復調について詳細に説明する。フィードバック情報復調部２０３は、ＣＱＩフィードバックフォーマットの先頭に配置されている各ストリームの平均ＣＱＩを復調する。これらの平均ＣＱＩは一定の量子化ビット数であることが予め決められている。フィードバック情報復調部２０３は、復調した平均ＣＱＩを用いて相対値Ｄｋを求める。具体的には、受信装置における処理と同様、第１ストリームの平均ＣＱＩ（Ｗ－ＣＱＩ１）と第ｋストリームの平均ＣＱＩ（Ｗ－ＣＱＩｋ）との差分（相対値Ｄｋ）を求める。フィードバック情報復調部２０３は、求めた相対値Ｄｋに対応する各ストリームのＣＱＩの量子化ビット数を図９に示したＣＱＩフィードバックテーブルから求め、求めたＣＱＩの量子化ビット数に基づいて、ＣＱＩを復調する。
　このように実施の形態１によれば、Ｂｅｓｔ－Ｍ報告に基づくＣＱＩフィードバックを行う場合において、各ストリームの平均ＣＱＩの相対値と各ストリームにおける上位Ｍ個のＣＱＩの量子化ビット数とを対応付け、各ストリームの平均ＣＱＩと上位Ｍ個のＣＱＩとを含むＣＱＩフィードバック情報を生成することにより、ＣＱＩフォーマットインジケータに用いるビット数を削減し、ＣＱＩフィードバック量を削減することができる。
　（実施の形態２）
　実施の形態１では、Ｂｅｓｔ－Ｍ報告に基づくＣＱＩフィードバックを行う場合について説明したが、本発明の実施の形態２では、ＤＣＴ報告に基づくＣＱＩフィードバックを行う場合について説明する。ただし、本発明の実施の形態２に係る受信装置及び送信装置の構成は、一部の機能が異なるのみで実施の形態１の図７及び図１２に示した構成と同様であるので、図７及び図１２を援用し、異なる機能について説明する。
　本発明の実施の形態２に係るフィードバック情報生成部１０４は、チャネル推定部１０３から出力された固有値をＲＢ毎に平均し、図１３に示すように、ＲＢ毎に平均した固有値を固有値番号（ストリーム）毎にＤＣＴ変換する。フィードバック情報生成部１０４は、ＤＣＴ出力のうちＤＣ成分と、ＤＣ成分を除く下位Ｍ個の周波数成分をフィードバックする周波数成分として選択し、固有値番号毎に決められた量子化ビット数でＣＱＩフィードバック情報を生成して無線送信部１０５に出力する。
　具体的には、フィードバック情報生成部１０４は、第１ストリームのＤＣ成分（ＤＣ１）と第ｋストリーム（ｋは２以上）のＤＣ成分（ＤＣｋ）との差分である相対値Ｄｋを算出し、算出した相対値Ｄｋを量子化ビットの選択指標とする。すなわち、相対値Ｄｋによって、各ストリームの周波数成分に割り当てる量子化ビット数を決定する。例えば、フィードバック情報生成部１０４が図１４に示すようなフィードバックテーブルを備えているものとする。図中、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３とし、周波数１～４は、Ｍ＝４としたときの下位周波数成分を示し、Ｙ１１～Ｙ４４は各周波数成分の量子化ビット数を示している。また、周波数成分ｊ（１≦ｊ≦４）の量子化ビット数Ｙｉｊには、Ｙ１ｊ≧Ｙ２ｊ≧Ｙ３ｊ≧Ｙ４ｊの関係がある。ここで、相対値ＤｋがＴ１以上Ｔ２未満であったとすると、第ｋストリームにおける下位Ｍ個の周波数成分の量子化ビット数はＹ２１～Ｙ２４ビットとなる。なお、各ストリームのＤＣ成分及び第１ストリームの周波数１～４は、相対値に関係なく、一定の量子化ビット数で量子化する。
　このように、相対値Ｄｋを求め、求めた相対値Ｄｋに対応する周波数成分量子化ビット数に基づいて、ＣＱＩフィードバック情報を生成する。図１５にＣＱＩフィードバックフォーマットを示す。図１５Ａは、相対値Ｄｋが小さい場合のＣＱＩフィードバックフォーマットを示し、図１５Ｂは、相対値Ｄｋが大きい場合のＣＱＩフィードバックフォーマットを示している。本実施の形態では、ＤＣ成分の相対値ＤｋからＣＱＩフィードバックフォーマットを決定するため、ＣＱＩフォーマットインジケータは不要となる。また、ＤＣ成分の量子化ビット数はストリーム番号に関係なく一定であり、第２ストリーム以降のストリームでは、ＤＣ成分以外の低周波数成分の量子化ビット数が可変となる。
　従って、送信装置も相対値Ｄｋに基づいて、ＤＣ成分以外の周波数成分の量子化ビット数を決定するためには、ＤＣ成分の量子化ビットの配置位置を送受信装置間で共有する必要がある。本実施の形態では、各ストリームのＤＣ成分の量子化ビットをＣＱＩフィードバックフォーマットの先頭にまとめて配置している。すなわち、量子化ビット数が変化しないＤＣ成分を先頭に配置し、量子化ビット数が可変となる第２ストリーム以降の周波数１～４をＤＣ成分の後に配置している。
　本発明の実施の形態２に係るフィードバック情報復調部２０３は、図１４に示した受信装置のフィードバック情報生成部１０４が備えるＣＱＩフィードバックテーブルと同じＣＱＩフィードバックテーブルを備え、無線受信部２０２から出力されたフィードバック情報をＣＱＩフィードバックテーブルに基づいて復調し、送信ウェイトと固有値（チャネル符号化率及び変調レベル）を取得する。取得した送信ウェイトはＭＩＭＯ多重部２０６に出力され、チャネル符号化率は符号化部２０４－１～２０４－４に出力され、変調レベルは変調部２０５－１～２０５－４に出力される。
　具体的には、フィードバック情報復調部２０３は、ＣＱＩフィードバックフォーマットの先頭に配置されている各ストリームのＤＣ成分（ＤＣｋ）を復調する。これらのＤＣ成分は一定の量子化ビット数であることが予め決められている。フィードバック情報復調部２０３は、復調したＤＣ成分を用いて相対値Ｄｋを求める。すなわち、受信装置における処理と同様、第１ストリームのＤＣ成分（ＤＣ１）と第ｋストリームのＤＣ成分（ＤＣｋ）との差分（相対値Ｄｋ）を求める。フィードバック情報復調部２０３は、求めた相対値Ｄｋに対応する各ストリームの周波数成分の量子化ビット数を図１４に示したＣＱＩフィードバックテーブルから求め、求めた周波数成分の量子化ビット数に基づいて、ＤＣ成分とＭ個の周波数成分とをＩＤＣＴ変換してＲＢ毎の固有値を求める。求めた固有値からチャネル符号化率及び変調レベルが決定され、チャネル符号化率が符号化部２０４－１～２０４－４に出力され、変調レベルが変調部２０５－１～２０５－４に出力される。
　このように実施の形態２によれば、ＤＣＴ報告に基づくＣＱＩフィードバックを行う場合において、各ストリームのＤＣ成分の相対値と各ストリームにおける下位Ｍ個の周波数成分の量子化ビット数とを対応付け、各ストリームのＤＣ成分と下位Ｍ個の周波数成分とを含むＣＱＩフィードバック情報を生成することにより、ＣＱＩフォーマットインジケータに用いるビット数を削減し、ＣＱＩフィードバック量を削減することができる。
　上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
　また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
　また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
　さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
　２００８年４月９日出願の特願２００８－１０１１７６の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明にかかる無線受信装置、無線送信装置及びフィードバック方法は、ＭＩＭＯチャネルにおけるＣＱＩフィードバック量を削減することができ、例えば、移動通信システム等に適用できる。

Claims (5)

  1. 　複数のアンテナから送信された信号を複数のアンテナを介して受信する受信手段と、
    　受信した前記信号のうちパイロット信号を用いて、送信アンテナ及び受信アンテナ間のチャネル行列を推定し、推定したチャネル行列を固有値分解して固有値を求めるチャネル推定手段と、
    　前記固有値に基づいて、各ストリームの平均固有値に相当する品質指標のストリーム間の差分を求め、前記差分に応じた量子化ビット数を決定し、前記固有値の変動の度合いを表すＭ個の品質指標を、決定した前記量子化ビット数で量子化してフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成手段と、
    　前記フィードバック情報を送信する送信手段と、
    　を具備する無線受信装置。
  2. 　前記フィードバック情報生成手段は、前記差分が大きいほど、２番目以降のストリームにおけるＭ個の品質指標を量子化する量子化ビット数を少なくする請求項１に記載の無線受信装置。
  3. 　前記フィードバック情報生成手段は、各ストリームの平均固有値に相当する品質指標をフィードバック情報のフォーマットにおける先頭にまとめて配置する請求項１に記載の無線受信装置。
  4. 　各ストリームの平均固有値に相当する品質指標を含むフィードバック情報を受信する受信手段と、
    　前記品質指標のストリーム間の差分を求め、前記差分に応じた量子化ビット数に基づいて、フィードバック情報を復調するフィードバック情報復調手段と、
    　を具備する無線送信装置。
  5. 　複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナ間のチャネル行列を推定し、推定したチャネル行列を固有値分解して固有値を求めるチャネル推定工程と、
    　受信した前記信号のうちパイロット信号を用いて、送信アンテナ及び受信アンテナ間のチャネル行列を推定し、推定したチャネル行列を固有値分解して固有値を求めるチャネル推定工程と、
    　前記固有値に基づいて、各ストリームの平均固有値に相当する品質指標のストリーム間の差分を求め、前記差分に応じた量子化ビット数を決定し、前記固有値の変動の度合いを表すＭ個の品質指標を、決定した前記量子化ビット数で量子化してフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成工程と、
    　前記フィードバック情報を送信する送信工程と、
    　を具備するフィードバック方法。
     
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