(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチアンテナシステム中で情報を送信する方法であって、
受信端により送信された、プリコーダのインデックスの情報を含む情報を送信端によって受信する段階と、
前記送信端によって、前記プリコーダの前記インデックスの前記情報に基づいてデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択し、前記プリコーダを使用して、送信されることになるデータをプリコードする段階と、
前記送信端によって、前記プリコードされたデータを前記受信端に送信する段階とを含み、
前記デュアルレベルコードブック中の少なくとも1つのプリコーダcが
【数１】
0005465339.tif 000064
を満たし、
上式で、wがNT/2×N行列であり、
【数２】
0005465339.tif 000065
が2×N行列であり、NTが送信アンテナの数であり、Nがランクであり、
【数３】
0005465339.tif 000066
が複素数を示し、ｍが、種々のマッピング方式で採用される種々の複素行列
【数４】
0005465339.tif 000067
のインデックスを示し、
【数５】
0005465339.tif 000068
が行列のクロネッカーテンソル積を示し、w(:,n)が行列wのn番目の列を示し、n = 1,...,Ｎである、方法。
【請求項２】
行列wの各列が離散フーリエ変換(DFT)ベクトルである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記デュアルレベルコードブック中で、
ランク1のコードブック中の少なくとも1つのプリコーダcが
【数６】
0005465339.tif 000069
を満たし、
上式で、
【数７】
0005465339.tif 000070
が複素数を示し、wがNT/2×1ベクトルであり、
1よりも大きいランクのコードブック中の少なくとも1つのプリコーダcが
【数８】
0005465339.tif 000071
を満たし、
上式で、
【数９】
0005465339.tif 000072
が複素数を示し、w(:,n)が行列wのn番目の列を示し、wがNT/2×N行列である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記デュアルレベルコードブックが基礎コードブックおよび変換コードブックを含み、
前記基礎コードブック中の基礎プリコーダwkがNT/2×N行列であり、前記変換コードブックが、基礎プリコーダをNT×Nプリコーダcに変換するためのマッピング方式を定義し、ＮＴがMIMOシステムの送信アンテナの数であり、Nがランクであり、
前記マッピング方式が
【数１０】
0005465339.tif 000073
を含み、
上式で、wkがNT/2×N行列であり、
【数１１】
0005465339.tif 000074
が2×N行列であり、NTが前記マルチアンテナシステム中の送信アンテナの数であり、kが前記基礎コードブック中のプリコーダのインデックスであり、mが前記変換コードブック中の変換プリコーダのインデックスであり、
【数１２】
0005465339.tif 000075
が複素数を示し、
【数１３】
0005465339.tif 000076
が行列のクロネッカーテンソル積を示し、wk (:,n)が行列wkのn番目の列を示し、n = 1，．．．，Nである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
マルチアンテナシステム中で情報を受信する方法であって、
受信端によって、送信端により送信された情報を受信し、前記情報に基づいてチャネルを測定する段階と、
前記受信端によって、前記チャネルの情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択する段階と、
前記受信端によって、前記選択されたプリコーダのインデックスの情報を前記送信端に送信する段階とを含み、
前記デュアルレベルコードブック中の少なくとも1つのプリコーダcが
【数１４】
0005465339.tif 000077
を満たし、
上式で、wがNT/2×N行列であり、
【数１５】
0005465339.tif 000078
が2×N行列であり、
【数１６】
0005465339.tif 000079
が複素数を示し、ｍが、種々のマッピング方式で採用される種々の複素行列
【数１７】
0005465339.tif 000080
のインデックスを示し、
【数１８】
0005465339.tif 000081
が行列のクロネッカーテンソル積を示し、w(:,n)が行列wのn番目の列を示し、n = 1,...,Ｎである、方法。
【請求項６】
行列wの各列が離散フーリエ変換(DFT)ベクトルである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記デュアルレベルコードブック中で、
ランク1のコードブック中の少なくとも1つのプリコーダcが
【数１９】
0005465339.tif 000082
を満たし、
上式で、
【数２０】
0005465339.tif 000083
が複素数を示し、wがNT/2×1ベクトルであり、
1よりも大きいランクのコードブック中の少なくとも1つのプリコーダcが
【数２１】
0005465339.tif 000084
を満たし、
上式で、
【数２２】
0005465339.tif 000085
が複素数を示し、w(:,n)がNT/2×N行列wのn番目の列を示す、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記デュアルレベルコードブックが基礎コードブックおよび変換コードブックを含み、
前記基礎コードブック中の基礎プリコーダwkがNT/2×N行列であり、前記変換コードブックが、基礎プリコーダをNT×Nプリコーダcに変換するためのマッピング方式を定義し、ＮＴがMIMOシステムの送信アンテナの数であり、Nがランクであり、
前記マッピング方式が
【数２３】
0005465339.tif 000086
を含み、
上式で、wkがNT/2×N行列であり、
【数２４】
0005465339.tif 000087
が2×N行列であり、NTが前記マルチアンテナシステム中の送信アンテナの数であり、kが前記基礎コードブック中のプリコーダのインデックスであり、mが前記変換コードブック中の変換プリコーダのインデックスであり、
【数２５】
0005465339.tif 000088
が複素数を示し、
【数２６】
0005465339.tif 000089
が行列のクロネッカーテンソル積を示し、wk (:,n)が行列wkのn番目の列を示し、n = 1，．．．，Nである、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
受信モジュールと、選択モジュールと、送信モジュールとを備える受信端であって、
前記受信モジュールが、送信端によって送信された情報を受信し、前記情報を使用してチャネルを測定するためのものであり、
前記選択モジュールが、前記チャネルの情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択するためのものであり、
前記送信モジュールが、前記選択されたプリコーダのインデックスの情報を前記送信端に送信するためのものであり、
前記デュアルレベルコードブック中の少なくとも1つのプリコーダcが
【数２７】
0005465339.tif 000090
を満たし、
上式で、wがNT/2×N行列であり、
【数２８】
0005465339.tif 000091
が2×N行列であり、
【数２９】
0005465339.tif 000092
が複素数を示し、ｍが、種々のマッピング方式で採用される種々の複素行列
【数３０】
0005465339.tif 000093
のインデックスを示し、
【数３１】
0005465339.tif 000094
が行列のクロネッカーテンソル積を示し、w(:,n)が行列wのn番目の列を示し、n = 1,...,Ｎである、受信端。
【請求項１０】
行列wの各列が離散フーリエ変換(DFT)ベクトルである、請求項９に記載の受信端。
【請求項１１】
送信端と受信端とを含むマルチアンテナシステムであって、
前記送信端が、受信モジュールと、プリコーディングモジュールと、送信モジュールとを備え、
前記受信モジュールが、受信端によって送信された情報を受信するためのものであり、前記情報がプリコーダのインデックスの情報を含み、
前記プリコーディングモジュールが、前記プリコーダの前記インデックスの前記情報に基づいてデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択し、前記プリコーダを使用して、送信されることになるデータをプリコードするためのものであり、
前記送信モジュールが、前記プリコードされたデータを前記受信端に送信するためのものであり、
前記デュアルレベルコードブック中の少なくとも1つのプリコーダcが
【数３２】
0005465339.tif 000095
を満たし、
上式で、wがNT/2×N行列であり、
【数３３】
0005465339.tif 000096
が2×N行列であり、
【数３４】
0005465339.tif 000097
が複素数を示し、ｍが、種々のマッピング方式で採用される種々の複素行列
【数３５】
0005465339.tif 000098
のインデックスを示し、
【数３６】
0005465339.tif 000099
が行列のクロネッカーテンソル積を示し、w(:,n)が行列wのn番目の列を示し、n = 1,...,Ｎである、マルチアンテナシステム。
【請求項１２】
前記受信端が、受信モジュールと、選択モジュールと、送信モジュールとを備え、
前記受信モジュールが、送信端によって送信された情報を受信し、前記情報を使用してチャネルを測定するためのものであり、
前記選択モジュールが、前記チャネルの情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択するためのものであり、
前記送信モジュールが、前記選択されたプリコーダのインデックスの情報を前記送信端に送信するためのものである、請求項１１に記載のマルチアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデータ通信に関し、特に、マルチアンテナシステム、ならびに、マルチアンテナシステム中で情報を送受信するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理レイヤのマルチアンテナ技法が、次世代ワイヤレス通信システムにおける鍵となる技法の1つとなっている。マルチアンテナ技法は、複数のアンテナの多重化利得によってシステムスループットを増大させること、複数のアンテナのダイバーシティ利得によってシステム性能を向上させること、アンテナの指向性ビームフォーミング利得によって異なる受信端末間のマルチユーザ干渉を除去することなど、多くの利点を有する。
【０００３】
MIMO(多入力多出力)システムは、複数の送信および受信アンテナを使用して、空間、時間、および周波数領域において信号を合同処理することによって容量、ダイバーシティ、およびアレイ利得を得る。MIMOシステムでは、送信機が何らかの方法でチャネル情報を得ることができる場合、チャネル特性を使用して送信信号を最適化して、受信品質を改善し受信機の複雑性に対する要件を低減することができる。実際には、チャネル情報をフィードバックするために、量子化されたチャネル情報を採用して、フィードバックオーバヘッドおよびフィードバック遅延が低減される。量子化されたチャネル情報は、チャネル行列、もしくはチャネル行列の統計、または、受信機によって推奨される前処理用のパラメータとすることができる。量子化されたチャネル情報は、コードブックと呼ばれる、限られた量の要素からなるセット上にマッピングされる。
【０００４】
コードブックベースの閉ループMIMOシステムでは、受信端が、送信端によって送信された信号を受信し、これらの信号をFFT(高速フーリエ変換)によって周波数領域信号に変換する。次いで信号は、MIMO検出モジュールによっていくつかのレイヤ(またはストリーム)に分割される。レイヤ解除(de-layer)マッピングの後、次いで信号は、復調、デインタリーブ、および復号される。受信されたパイロット信号は、チャネル推定のためにチャネル推定モジュールに入力される。受信端は、チャネル推定情報に基づいてコードブックからプリコーダを選択して、性能を最適化する。最適化基準は、FER(フレームエラーレート)、BER(ビットエラーレート)、SINR(信号対干渉雑音比)、相互情報、瞬間スループット、または他の適切な基準とすることができる。受信端は、送信端の後続の送信のために、選択されたプリコーダのインデックスを生成する。受信端は、CQI(チャネル品質指示)を生成して、チャネルの品質を送信端に知らせる。受信端はさらに、後続のデータ送信のために、ランクと、ランクに対応するデータレイヤの数とを決定することができる。ランクは、MIMOシステム中で送信される信号のレイヤの数である。プリコーダインデックス、CQI、およびランクを含めて、上記の得られたパラメータは全て、送信端にフィードバックされる。送信端は、選択されたMCS(変調符号化方式)を使用して、送信されることになる複数のデータストリームを処理する。プリコーダが、プリコーダ選択情報に従ってコードブックから選択される。各データストリームが、いくつかのレイヤにマッピングされて、必要とされる送信データレートが達成される。次いで、レイヤマッピング後のデータは、選択されたプリコーダを使用してプリコードされる。最後に、プリコーディング後の各データストリームは、OFDM(直交周波数分割多重化)を使用して変調され、次いで複数の送信アンテナを介して送信される。
【０００５】
コードブックベースの閉ループMIMOシステムでは、採用されるコードブックは、システム性能に影響を及ぼす重要な要因である。Rel-8(リリース8)LTE(Long Term Evolution)の送信モード4、5、および6は全て、PMI(プリコーディング行列インジケータ)フィードバック方式を採用する。すなわち、UE(ユーザ機器)が、共通パイロットを使用してチャネルを測定し、推奨されるプリコーダのインデックスの情報をeNBに知らせる。セル特有の参照信号ポートの数が4つであるとき、ハウスホルダー変換ベースのコードブックを採用することができる。閉ループ空間多重化モード、すなわち送信モード4における各ランクにつき、16個の候補プリコーディング行列がある。
【０００６】
Rel-8 LTEにおける4アンテナ用のコードブックは、以下の主要な特性を有する。1)ランク1のコードブックは、相関チャネルと非相関チャネルとの間のトレードオフを考慮に入れた探索によって得られる。2)他のランクのコードブックは、ランク1のコードブックとネスト関係にある。3)計算量を低減するために、コードブック要素は全て8PSK(位相シフトキーイング)要素である。4)コードブックは、定モジュラス特性およびユニタリ特性を有する。5)ハウスホルダー変換の特性を使用することによってプリコーダ選択の複雑性を低減することができる。
【０００７】
Rel-10(リリース10)LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)システムなど、MIMOを採用するワイヤレス通信システムは、依然としてPMIフィードバック方式を採用する場合がある。送信アンテナの数の増加(例えば8つの送信アンテナがある場合がある)のせいで、ランクと送信アンテナポートとの構成組合せの数は、Rel-8 LTEシステムよりもはるかに多い。ランクと送信アンテナポート数との多量の構成組合せについて定義されたコードブックはない。加えて、Rel-8 LTEシステムと比較して、偏波共用マルチアンテナシステムのためのコードブックを設計することがより急務である。というのは、アンテナの数が増加しつつあり基地局のサイズが限られているため、アンテナ間隔の低減、または/および偏波アンテナの採用が避けられないからである。以上に鑑みて、偏波共用マルチアンテナシステムのための線形コードブック、およびこのコードブックの設計方法が、将来のワイヤレス通信システムの研究および標準化において欠くことのできない技法である。Rel-8 LTEによって採用される4アンテナ用のコードブックは性能が良く特性が優れているので、研究者らは、コードブック設計中にRel-8 LTEのコードブックの特性をできるだけ維持することを考えている。
【０００８】
研究者らは、8アンテナ用のコードブックの設計にハウスホルダー変換方法を直接当てはめることはできないことを示す。現在、Rel-8 LTE用のコードブックの特性の全部または一部を継承できるコードブックには、主に以下のタイプのコードブックが含まれる。
【０００９】
コードブック1: 8アンテナ用のコードブックは、Rel-8 LTEのコードブックの変換バージョンである。
【００１０】
コードブック2: アダマール変換を利用して、8×8複素行列を構築する。複素行列の数は47個であり、行列中の要素は8PSK要素である。相関チャネルと非相関チャネルとの間のトレードオフを最適化する方法を使用して、探索によって各ランク用のコードブックを得る。
【００１１】
コードブック3: 16個の異なる対角行列に8-DFT(離散フーリエ変換)行列を掛けてランク8用のコードブックを得て、16個の8×8複素行列の最初のn個の列を使用してランクn用のコードブックを形成する。
【００１２】
コードブック4: 8-DFT行列および8×8ユニタリ行列の行(または列)からなるランク1用のコードブックを構築し、Rel-8 LTEのコードブックに対して変換を実施して、ランク2用のコードブックを得る。ランク2用のコードブックとランク1用のコードブックは、ネスト特性を有する。
【００１３】
上記の方式は全て、欠陥を有する。
【００１４】
コードブック1は、Rel-8 LTEの4アンテナ用のコードブックの特性の一部、すなわち定モジュラス特性を継承し、8PSK要素を有するが、ネスト関係はない。コードブック1の設計は偏波共用マルチアンテナシステムのチャネル分散特性を考慮に入れるが、このコードブックは、偏波アンテナの2つのグループ間の関係を完全に考慮に入れることはできず、この結果、このコードブックが偏波共用マルチアンテナシステム中で採用されたときには性能損失が生じる。
【００１５】
コードブック2は、Rel-8 LTEの4アンテナ用のコードブックの特性のほとんど、すなわち定モジュラス、ユニタリ、ネスト特性を継承し、8PSK要素のみを含む。コードブック2は8PSK要素からなる47個の8×8複素行列によって形成される空間内でコードブックを探索し、かつ探索プロセスは偏波共用マルチアンテナシステムのチャネル特性に特に最適化されていないので、このコードブックは、偏波共用マルチアンテナシステム中で適用されたときに性能損失を生じる場合がある。
【００１６】
コードブック3は、Rel-8 LTEの8アンテナ用のコードブックの特性のいくつか、すなわち定モジュラス、ユニタリ、ネスト特性を継承するが、16PSK要素を採用し、したがってこの結果、プリコーディングプロセスの計算量が増大する。他のコードブックと比較したとき、コードブック3は目立った性能利得を有さず、増大したプリコーディング計算量は余分な負担となる。
【００１７】
コードブック4は、Rel-8 LTEの4アンテナ用のコードブックの特性のいくつか、すなわち定モジュラス、ユニタリ、ネスト特性を継承し、8PSK要素のみを有する。DFT行列は、アレイ応答の構造に適合するが、偏波共用マルチアンテナシステムのチャネル分散特性とは完全に合致しないので、コードブック3および4は、線形アレイマルチアンテナプリコーディングMIMOシステムにはより適するが、結果的に、偏波共用マルチアンテナシステム中では性能損失が生じる場合がある。
【００１８】
したがって、偏波共用アンテナのチャネル分散特性に適合するコードブックを生成し、コードブック量子化によってもたらされる性能損失を最小限に抑えて、プリコーディングシステムの性能を著しく改善する、効果的なコードブック設計方式が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上述の技法に存在する欠陥の少なくとも1つを解決するためのものであり、特に、デュアルレベルコードブックを提供し、マルチアンテナシステム中でデュアルレベルコードブックを使用して送受信を実施する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明の実施形態は、マルチアンテナシステム中で情報を送信する方法を提供し、この方法は、
送信端によって、受信端により送信された情報を受信する段階であって、この情報がプリコーダのインデックスの情報を含む段階と、送信端によって、プリコーダのインデックスの情報に基づいてデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択する段階と、送信端によって、プリコーダを使用して、送信されることになるデータをプリコードする段階と、送信端によって、プリコードされたデータを受信端に送信する段階とを含んでよい。
【００２１】
本発明の実施形態はまた、マルチアンテナシステム中で情報を受信する方法を提供し、この方法は、
受信端によって、送信端により送信された情報を受信し、この情報を使用してチャネルを測定する段階と、受信端によって、チャネルの情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択する段階と、受信端によって、プリコーダのインデックスの情報を送信端に送信する段階とを含んでよい。
【００２２】
本発明の実施形態はさらに、受信モジュールと、選択モジュールと、送信モジュールとを備える受信端を提供し、
受信モジュールは、送信端によって送信された情報を受信し、この情報を使用してチャネルを測定するためのものであり、選択モジュールは、チャネルの情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択するためのものであり、送信モジュールは、プリコーダのインデックスの情報を送信端に送信するためのものである。
【００２３】
本発明の実施形態はまた、送信端と受信端とを含むマルチアンテナシステムを提供する。送信端は、受信モジュールと、プリコーディングモジュールと、送信モジュールとを備え、
受信モジュールは、受信端によって送信された情報を受信するためのものであり、この情報はプリコーダのインデックスの情報を含み、プリコーディングモジュールは、プリコーダのインデックスの情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択し、プリコーダを使用して、送信されることになるデータをプリコードするためのものであり、送信モジュールは、プリコードされたデータを受信端に送信するためのものである。
【００２４】
本発明の技術的方式は、偏波共用アンテナのチャネル分散特性に最も適合するコードブックを取得し、コードブック量子化によってもたらされる性能損失を最小限に抑えて、プリコーディングシステムの性能を著しく改善する。加えて、本発明により生成されるコードブックは、Rel-8 LTEの4アンテナ用のコードブックのほとんどの特性を継承し、性能が良い。ランクNのコードブックが適切に設計されたとき、コードブックはネスト特性を有し、この技術的方式は、システム互換性に影響を及ぼすことがなく既存のシステムに対する修正をほとんど必要とせず、実装の複雑性が低く効率が高い。
【００２５】
本発明の他の態様および利点は以下の記述において説明するが、これらの態様および利点のいくらかは、本発明の実施形態を通してより明らかになるかまたはより理解されるようになるであろう。
【００２６】
本発明の上記および/または追加の態様および利点をより明らかにするために、かつ容易に理解されるようにするために、本発明の少数の実施形態を、添付の図面を参照しながら以下に述べる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態によるマルチアンテナシステムの送信方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態によるマルチアンテナシステムの受信方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による送信端の構造を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による受信端の構造を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態による、偏波共用アンテナのアンテナラベル付け方式を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による、基本コードブックおよび転換コードブックを使用してランク1の2階層コードブックを構築するプロセスを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態による、基本コードブックおよび転換コードブックを使用してランクNの2階層コードブックを構築するプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について詳細に述べる。いくつかの例を図面に示す。同じまたは同様の参照符号は、同じまたは同様の機能を有する同じまたは同様の1つまたは複数のコンポーネントを表す。添付の図面を参照しながら述べる以下の実施形態は、単なる例であり、本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するためのものではない。
【００２９】
本発明の目的を達成するために、本発明の一実施形態は、マルチアンテナシステム中で情報を送信する方法を提供する。この方法は、送信端によって、受信端により送信された情報を受信する段階であって、この情報がプリコーダのインデックスの情報を含む段階と、送信端によって、プリコーダのインデックスの情報に基づいてデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択する段階と、送信端によって、プリコーダを使用して、送信されることになるデータをプリコードする段階と、送信端によって、プリコードされたデータを受信端に送信する段階とを含んでよい。
【００３０】
図1は、本発明の一実施形態によるマルチアンテナシステムの送信方法を示すフローチャートである。この方法は、以下の手順を含んでよい。
【００３１】
ブロックS101で、送信端が、受信端によって送信された情報を受信する。
【００３２】
ブロックS101では、送信端によって受信端から受信される情報は、プリコーダのインデックスの情報を含んでよい。具体的には、送信端は、受信端によってフィードバックされたCQIとランク選択情報とプリコーダ選択情報とその他とを含みうる情報を受信して、チャネルの情報を得る。CQI、ランク選択情報、およびプリコーダ選択情報は、後続の送信プロセスで使用することができる。
【００３３】
ブロックS102で、送信端は、プリコーダのインデックスの情報に対応するプリコーダをデュアルレベルコードブックから選択し、このプリコーダを使用して、送信されることになるデータをプリコードする。
【００３４】
ブロックS102では、送信端は、プリコーダのインデックスの情報に対応するプリコーダをデュアルレベルコードブックから選択し、このプリコーダを利用して、またはこのプリコーダを処理する(プリコーダに対してゼロフォーシングを実施するなど)ことによって得られるプリコーディング行列を利用して、送信されることになるデータをプリコードすることができる。
【００３５】
具体的には、送信端は、選択されたMCSを使用して、送信されることになる複数のデータストリームを処理する。MCSは、送信端と受信端との間のチャネル品質に基づいて選択され、チャネル品質は、CQIの形で受信端によって提供される。プリコーダが、プリコーダ選択情報に従ってコードブックから選択される。コードブックについては以下で詳細に述べる。各データストリームは、必要とされる送信データレートを達成するように、いくつかのレイヤにマッピングされる。次いで、レイヤマッピングを経たデータは、選択されたプリコーダを使用して、またはこのプリコーダを処理する(例えばプリコーダに対してゼロフォーシングを実施するなど)ことによって得られるプリコーディング行列を使用して、プリコードされる。最後に、プリコードされた各データストリームは、OFDM変調を通して処理され、複数のアンテナを通して送信される。データのレイヤの数は、ランクと呼ばれる。
【００３６】
デュアルレベルコードブックは、基礎コードブックおよび変換コードブックで構成されてよい。
【００３７】
基礎コードブック中の基礎プリコーダは、NT/2×N行列である。変換コードブックは、基礎プリコーダをNT×Nプリコーダcに変換するためのマッピング方式を定義する。NTは、MIMOシステムの送信アンテナの数であり、Nは、ランク、すなわちMIMOシステム中の送信信号のレイヤの数である。
【００３８】
デュアルレベルコードブック中のプリコーダcは、以下を満たすことができる。
【００３９】
【数１】
0005465339.tif 000002
【００４０】
すなわち
【００４１】
【数２】
0005465339.tif 000003
【００４２】
上式で、wは、NT/2×N基礎プリコーダを示し、
【００４３】
【数３】
0005465339.tif 000004
【００４４】
は、2×N変換プリコーダを示し、
【００４５】
【数４】
0005465339.tif 000005
【００４６】
は、複素数を示し、
【００４７】
【数５】
0005465339.tif 000006
【００４８】
は、行列のクロネッカーテンソル積を示し、w(:,n)は、行列のn番目の列を示し、n = 1,...,Nである。
【００４９】
mは、種々のマッピング方式で採用される種々の複素行列Φmのインデックスを示す。
【００５０】
上記のデュアルレベルコードブックは、1つまたは複数のΦmを使用して生成できることに留意されたい。異なるプリコーダcが、異なるΦmおよびwに対応することができ、すなわち、上式におけるwは、wkによって示すこともできる。この場合、mは、これらの異なる行列Φmのインデックスである。単一のプリコーダcの場合、mおよびkの値は何も意味しない。複数のプリコーダが関係するときのみ、異なるプリコーダに対応するΦmおよびwkのインデックスを示すためにmおよびkが使用される。このことは、後続の各方式にも当てはまる。
【００５１】
上記の関係から、N = 1のとき、デュアルレベルコードブック中のプリコーダcは以下を満たすということが得られる。
【００５２】
【数６】
0005465339.tif 000007
【００５３】
上式で、
【００５４】
【数７】
0005465339.tif 000008
【００５５】
は、複素数を示し、wは、NT/2×1ベクトルを示し、mは、変換コードブック中のプリコーダ
【００５６】
【数８】
0005465339.tif 000009
【００５７】
のインデックスを示す。
【００５８】
N>1のとき、デュアルレベルコードブック中のプリコーダcは、以下を満たすことができる。
【００５９】
【数９】
0005465339.tif 000010
【００６０】
上式で、
【００６１】
【数１０】
0005465339.tif 000011
【００６２】
は、複素数を示し、w(:,n)は、NT/2×Nベクトルである行列wのn番目の列を示す。
【００６３】
加えて、デュアルレベルコードブックはさらに、プリコーダのいくつかがデュアルレベル構造を有するといったコードブックを含むことができる。コードブックが少なくとも1つのプリコーダcを含み、NT/2×N行列wおよび2×N行列
【００６４】
【数１１】
0005465339.tif 000012
【００６５】
があり、それによりこのプリコーダが
【００６６】
【数１２】
0005465339.tif 000013
【００６７】
を満たすとき、すなわち
【００６８】
【数１３】
0005465339.tif 000014
【００６９】
であるときは、このコードブックはデュアルレベルコードブックと見なすことができる。
【００７０】
ブロック103で、送信端は、プリコードされたデータを受信端に送信する。
【００７１】
ブロック103では、プリコードされたデータが受信端に送信される。上記のプロセスを通して、マルチアンテナシステム中で情報を送信する方法が実施される。
【００７２】
図2は、本発明の一実施形態によるマルチアンテナシステムの受信方法を示すフローチャートである。この方法は、以下の手順を含んでよい。
【００７３】
ブロックS201で、受信端が、送信端によって送信された情報を受信する。
【００７４】
ブロックS201では、受信端は、送信端によって送信された情報を受信し、この情報に基づいてチャネルを測定することができる。例えば、共通パイロットに基づいてチャネルを測定することができる。
【００７５】
ブロックS202で、受信端は、チャネル情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択する。
【００７６】
ブロックS202では、受信端は、チャネルの情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択することができる。
【００７７】
すなわち、例えば、OFDM変調を採用するMIMOシステムの受信端が、受信プロセス中に送信端から信号を受信し、これらの信号をFFTによって周波数領域信号に変換することができる。信号は、MIMO検出を通して処理され、次いでいくつかのレイヤに分割される。レイヤ解除マッピングの後、次いで信号は、復調、デインタリーブ、および復号される。受信されたパイロット信号は、チャネル推定のためにチャネル推定モジュールに入力される。受信端は、チャネル推定情報に基づいてデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択して、性能を最適化する。最適化基準は、FER、BER、SINR、相互情報、瞬間スループット、または他の適用可能な基準とすることができる。受信端は、送信端の後続の送信のために、選択されたプリコーダのインデックスを生成することができる。受信端は、CQI(チャネル品質指示)を生成して、チャネルの品質を送信端に知らせる。受信端はさらに、後続のデータ送信のために、ランクと、ランクに対応するデータレイヤの数とを決定することができる。プリコーダインデックス、CQI、およびランクを含めて、上記の得られたパラメータは全て、送信端にフィードバックされる。
【００７８】
デュアルレベルコードブックは、基本コードブックおよび転換コードブックを含んでよい。
【００７９】
基礎コードブック中の基礎プリコーダは、NT/2×N行列である。変換コードブックは、基礎プリコーダをNT×Nプリコーダに変換するためのマッピング方式を定義する。NTは、MIMOシステムの送信アンテナの数であり、Nは、ランク、すなわちMIMOシステム中の送信信号のレイヤの数である。以下の記述では、基礎コードブック中のプリコーダを略して基礎プリコーダと呼び、変換コードブック中のプリコーダを変換プリコーダと呼ぶ。
【００８０】
デュアルレベルコードブック中のプリコーダcは、以下を満たすことができる。
【００８１】
【数１４】
0005465339.tif 000015
【００８２】
すなわち
【００８３】
【数１５】
0005465339.tif 000016
【００８４】
上式で、wは、NT/2×N基礎プリコーダを示し、
【００８５】
【数１６】
0005465339.tif 000017
【００８６】
は、2×N変換プリコーダを示し、
【００８７】
【数１７】
0005465339.tif 000018
【００８８】
は、複素数を示し、
【００８９】
【数１８】
0005465339.tif 000019
【００９０】
は、行列のクロネッカーテンソル積を示し、w(:,n)は、行列のn番目の列を示し、n = 1,...,Nである。
【００９１】
加えて、デュアルレベルコードブックはさらに、プリコーダのいくつかのみがデュアルレベル構造を有するといったコードブックを含むことができる。コードブックが少なくとも1つのプリコーダcを含み、NT/2×N行列wおよび2×N行列
【００９２】
【数１９】
0005465339.tif 000020
【００９３】
があり、それによりこのプリコーダが
【００９４】
【数２０】
0005465339.tif 000021
【００９５】
を満たすとき、すなわち
【００９６】
【数２１】
0005465339.tif 000022
【００９７】
であるときは、このコードブックはデュアルレベルコードブックと見なされる。
【００９８】
ブロックS203で、受信端は、選択されたプリコーダのインデックスの情報を送信端に送信する。
【００９９】
ブロックS203では、受信端は、選択されたプリコーダのインデックス情報を送信端に送信する。上記のプロセスを通して、マルチアンテナシステム中で情報を受信する方法が実施される。
【０１００】
図3は、本発明の一実施形態による送信端100の構造を示す概略図である。送信端は、受信モジュール110、プリコーディングモジュール120、および送信モジュール130を備えてよい。
【０１０１】
受信モジュール110は、受信端によって送信された情報を受信するためのものである。この情報は、プリコーダのインデックスの情報を含んでよい。
【０１０２】
プリコーディングモジュール120は、プリコーダのインデックスの情報に基づいてデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択し、このプリコーダを使用して、またはこのプリコーダをさらに処理する(例えばプリコーダに対してゼロフォーシングを実施する)ことによって得られるプリコーディング行列を使用して、送信されることになるデータをプリコードするためのものである。
【０１０３】
送信モジュール103は、プリコードされたデータを受信端に送信するためのものである。
【０１０４】
デュアルレベルコードブックは、基礎コードブックおよび変換コードブックを含んでよい。
【０１０５】
基礎コードブック中の基礎プリコーダは、NT/2×N行列である。変換コードブックは、基礎プリコーダをNT×Nプリコーダcに変換するためのマッピング方式を定義する。NTは、MIMOシステムの送信アンテナの数であり、Nは、ランク、すなわちMIMOシステム中で送信される信号のレイヤの数である。
【０１０６】
デュアルレベルコードブック中のプリコーダcは、以下を満たすことができる。
【０１０７】
【数２２】
0005465339.tif 000023
【０１０８】
すなわち
【０１０９】
【数２３】
0005465339.tif 000024
【０１１０】
上式で、wは、NT/2×N基礎プリコーダを示し、
【０１１１】
【数２４】
0005465339.tif 000025
【０１１２】
は、2×N変換プリコーダを示し、
【０１１３】
【数２５】
0005465339.tif 000026
【０１１４】
は、複素数を示し、
【０１１５】
【数２６】
0005465339.tif 000027
【０１１６】
は、行列のクロネッカーテンソル積を示し、w(:,n)は、行列のn番目の列を示し、n = 1,...,Nである。
【０１１７】
加えて、デュアルレベルコードブックはさらに、プリコーダのいくつかのみがデュアルレベル構造を有するといったコードブックを含むことができる。コードブックが少なくとも1つのプリコーダcを含み、NT/2×N行列wおよび2×N行列
【０１１８】
【数２７】
0005465339.tif 000028
【０１１９】
があり、それによりこのプリコーダが
【０１２０】
【数２８】
0005465339.tif 000029
【０１２１】
を満たすときは、このコードブックはデュアルレベルコードブックと見なされる。
【０１２２】
図4は、本発明の一実施形態による受信端200の構造を示す概略図である。受信端は、受信モジュール210、選択モジュール220、および送信モジュール230を備えてよい。
【０１２３】
受信モジュール210は、送信端によって送信された情報を受信し、この情報を使用してチャネルを測定するためのものである。
【０１２４】
選択モジュール220は、チャネル情報に従ってデュアルレベルコードブックからプリコーダを選択するためのものである。
【０１２５】
送信モジュール230は、プリコーダのインデックスの情報を送信端に送信するためのものである。
【０１２６】
デュアルレベルコードブックは、基礎コードブックおよび変換コードブックを含んでよい。
【０１２７】
基礎コードブック中の基礎プリコーダは、NT/2×N行列である。変換コードブックは、基礎プリコーダをNT×Nプリコーダcに変換するためのマッピング方式を定義する。NTは、MIMOシステムの送信アンテナの数であり、Nは、ランク、すなわちMIMOシステム中で送信される信号のレイヤの数である。
【０１２８】
デュアルレベルコードブック中のプリコーダcは、以下を満たすことができる。
【０１２９】
【数２９】
0005465339.tif 000030
【０１３０】
すなわち
【０１３１】
【数３０】
0005465339.tif 000031
【０１３２】
上式で、wは、NT/2×N基礎プリコーダを示し、
【０１３３】
【数３１】
0005465339.tif 000032
【０１３４】
は、2×N変換プリコーダを示し、
【０１３５】
【数３２】
0005465339.tif 000033
【０１３６】
は、複素数を示し、
【０１３７】
【数３３】
0005465339.tif 000034
【０１３８】
は、行列のクロネッカーテンソル積を示し、w(:,n)は、行列のn番目の列を示し、n = 1,...,Nである。
【０１３９】
加えて、デュアルレベルコードブックはさらに、プリコーダの一部のみがデュアルレベル構造を有するといったコードブックを含むことができる。コードブックが少なくとも1つのプリコーダcを含み、NT/2×N行列wおよび2×N行列
【０１４０】
【数３４】
0005465339.tif 000035
【０１４１】
があり、それによりこのプリコーダが
【０１４２】
【数３５】
0005465339.tif 000036
【０１４３】
を満たすときは、このコードブックはデュアルレベルコードブックと見なされる。
【０１４４】
デュアルレベルコードブックを構築する方法は、以下のとおりとすることができる。
【０１４５】
MIMOシステムが、数量NTの送信アンテナおよび数量NRの受信アンテナを含み、ランクがNであり、NTが偶数であり、NR, N≧1であると仮定する。記述を容易にするために、最初に、偏波共用アンテナのアンテナラベル付け方式を定義する。図5に示すように、アンテナラベル付け方式は、同じ偏波方向にアンテナを順次ラベル付けし、次いで、別の偏波方向にアンテナを順次ラベル付けすることを含む。偏波共用アンテナシステムのコードブック、およびコードブック構築方法は、偏波共用アンテナのアンテナラベル付け方法から独立していることに留意されたい。所定のアンテナラベル付け方法が変更された場合、コードブック構築方法で使用されるアンテナのラベルのみを調整すれば済む。
【０１４６】
本発明の一実施形態によって提供される、コードブックを設計および構築する方法は、以下の3つの手順を含んでよい。
【０１４７】
(1)コードブックのグループが構築されるが、グループ中のプリコーダの数はN1であり、各プリコーダはNT/2×N行列である。このコードブックグループは基礎コードブックと呼ばれ、N1は正の整数である。
【０１４８】
具体的には、空間相関チャネルの分散特性は、主に、採用されるアンテナアレイ構成の影響を受ける。一様な線形アレイを例にとると、MIMOチャネル行列の主固有ベクトルは、アレイ応答によって表すことができる。例えば、一様な線形アレイがNT/2個のアンテナを含み、アンテナ間隔がdであり、使用される周波数帯域の波長が約λであり、アレイ応答の角度がαである場合、チャネル行列の主固有ベクトルは、以下の式によっておおよそ表現することができる。
【０１４９】
【数３６】
0005465339.tif 000037
【０１５０】
MIMOチャネル行列の他の特性ベクトルもまた、アレイ応答によっておおよそ表現することができる。
【０１５１】
N1個のNT/2×Nプリコーダを含む基礎コードブックを、空間相関チャネルの分散特性に基づいて構築することができ、N1はプリコーダの数である。例えば、DFT行列の列ベクトルは、一様な線形アレイのアレイ応答に一致するのに適し、したがってランク1の基礎プリコーダとして使用することができる。
【０１５２】
DFT行列は、以下の形である。
D = ［d0 d1 ... dM］
Dは、行n+1および列m+1における要素がD1+n, 1+mである、NT/2×M行列である。
D1+n, 1+m = exp(j2πnm/M)
上式で、n = 0,...,NT/2-1であり、m = 0,...,M-1であり、M≧NT/2であり、行列Dの列ベクトルd0,...,dMは、全てNT/2×1 DFTベクトルである。
【０１５３】
(2)N2個のプリコーダを含むコードブックのグループが構築されるが、これは変換コードブックと呼ばれ、各プリコーダは2×N行列であり、N2は、プリコーダの数であって正の整数である。
【０１５４】
具体的には、偏波共用アンテナの偏波アンテナの2つのグループのチャネルは、同じ分散特性を有し、相互との相関をほとんど有さない。偏波チャネルの2つのグループ間の位相関係を、モジュール値が1である複素数のグループを使用して量子化して、変換コードブックを構築することができる。
【０１５５】
(3)基礎コードブックおよび変換コードブックを使用して、N1・N2個のプリコーダを含むデュアルレベルコードブックが得られる。
【０１５６】
ブロック(3)で得られたコードブックを、何らかの最適化原理を使用して探索して、コードブックのサイズおよびランクを低減することができる。別法として、ブロック(3)で得られたコードブックを、最終的に使用されるコードブックとして直接に採用することもできる。
【０１５７】
図6は、基礎コードブックおよび変換コードブックを使用してランク1コードブックを構築するプロセスを示すフローチャートである。
【０１５８】
基礎プリコーダをとり、変換コードブック中の各変換プリコーダと組み合わせて、変換プリコーダに対応するプリコーダが得られる。組み合わせ方は、図6に示すとおりとすることができる。上記の手順がN1回繰り返されて、デュアルレベルのランク1コードブックを形成するN1×N2個のプリコーダが得られる。NT/2ベクトルvk, k = 1,...,N1が、基礎コードブック中のプリコーダであり、略して基礎プリコーダと呼ばれる。2×1ベクトル
【０１５９】
【数３７】
0005465339.tif 000038
【０１６０】
が、変換コードブック中のプリコーダであり、略して変換プリコーダと呼ばれる。NT×1ベクトルci, i = 1,..., N1・N2が、デュアルレベルコードブック中のプリコーダである。
【０１６１】
【数３８】
0005465339.tif 000039
【０１６２】
は、行列のクロネッカーテンソル積を示す。別法として、NT/2ベクトルvk, k = 0,1,...,N1-1が、基礎プリコーダであり、2×1ベクトル
【０１６３】
【数３９】
0005465339.tif 000040
【０１６４】
が、変換プリコーダである。NT×1ベクトルci, i = 0,1,...,N1・N2-1が、デュアルレベルコードブック中のプリコーダである。
【０１６５】
【数４０】
0005465339.tif 000041
【０１６６】
は、行列のクロネッカーテンソル積を示す。k、m、iの開始値は0または1である場合があるが、数量の総計はそれぞれN1, N2、およびN1・N2であることがわかる。
【０１６７】
図7は、基礎コードブックおよび変換コードブックを使用してランクNコードブックを構築するプロセスを示すフローチャートである。基礎プリコーダをとり、変換コードブック中の各変換プリコーダとそれぞれ組み合わせて、変換プリコーダに対応するプリコーダが得られる。組み合わせ方は、図7に示すとおりとすることができる。上記の手順がN1回繰り返されて、デュアルレベルのランクNコードブックを形成するN1・N2個のプリコーダが得られる。N1・N2は、プリコーダの数である。wk, k = 1,...,N1が、基礎プリコーダであり、2×N行列
【０１６８】
【数４１】
0005465339.tif 000042
【０１６９】
が、変換プリコーダであり、Ci, i = 1,...,N1・N2が、デュアルレベルコードブック中のプリコーダである。演算子○の定義は以下のとおりである。
【０１７０】
【数４２】
0005465339.tif 000043
【０１７１】
すなわち
【０１７２】
【数４３】
0005465339.tif 000044
【０１７３】
w(:,n)は、行列wのn番目の列を示す。k、m、iの開始値は0とすることができ、すなわちwk, k = 0,1,...,N1-1、
【０１７４】
【数４４】
0005465339.tif 000045
【０１７５】
、Ci, i = 0,1,...,N1・N2-1である。
【０１７６】
N = 1のとき、デュアルレベルコードブック中のプリコーダcは、以下を満たすことができる。
【０１７７】
【数４５】
0005465339.tif 000046
【０１７８】
上式で、
【０１７９】
【数４６】
0005465339.tif 000047
【０１８０】
は、複素数であり、wは、NT/2×1ベクトルである。
【０１８１】
N>1のとき、デュアルレベルコードブック中のプリコーダcは、以下を満たすことができる。
【０１８２】
【数４７】
0005465339.tif 000048
【０１８３】
上式で、
【０１８４】
【数４８】
0005465339.tif 000049
【０１８５】
は、複素数であり、w(:,n)は、NT/2×Nベクトルである行列wのn番目の列である。以下は、デュアルレベルコードブックの少数の例である。
【０１８６】
タイプ1のコードブック:
【０１８７】
【表１】
0005465339.tif 000050
【０１８８】
【表２】
0005465339.tif 000051
【０１８９】
ランク1のデュアルレベルコードブック:
【０１９０】
【数４９】
0005465339.tif 000052
【０１９１】
上式で、k = 0,...,7、m = 0, 1、i = 2k+m、またはm = 0,...,3、i = 4k+mである。m、kは、変換コードブックおよび基礎コードブック中のプリコーダのインデックスをそれぞれ示し、これは以下の記述にも当てはまる。
【０１９２】
【表３】
0005465339.tif 000053
【０１９３】
【表４】
0005465339.tif 000054
【０１９４】
ランク2のデュアルレベルコードブック:
【０１９５】
【数５０】
0005465339.tif 000055
【０１９６】
k = 0,...,7、m = 0, 1、i = 2k+m、またはm = 0,...,3、i = 4k+mである。
【０１９７】
演算子○の定義は、以下のとおりである。
【０１９８】
【数５１】
0005465339.tif 000056
【０１９９】
A(:,n)は、行列Aのn番目の列を示す。
【０２００】
上記のランク1基礎プリコーダvkおよびランク2基礎プリコーダwkは、実際には基礎コードブック中の前述のプリコーダであり、異なる記号を使用してランク2基礎プリコーダwkとランク1基礎プリコーダvkとの間のネスト関係がはっきりと提示されていることに留意されたい。これは以下の記述にも当てはまる。
【０２０１】
タイプ2のコードブック:
【０２０２】
【表５】
0005465339.tif 000057
【０２０３】
【表６】
0005465339.tif 000058
【０２０４】
ランク1のデュアルレベルコードブック:
【０２０５】
【数５２】
0005465339.tif 000059
【０２０６】
k = 0,...,7、m = 0, 1、i = 2k+m、またはm = 0,...,3、i = 4k+mである。
【０２０７】
【表７】
0005465339.tif 000060
【０２０８】
【表８】
0005465339.tif 000061
【０２０９】
ランク2のデュアルレベルコードブック:
【０２１０】
【数５３】
0005465339.tif 000062
【０２１１】
k = 0,...,7、m = 0, 1、i = 2k+m、またはm = 0,...,3、i = 4k+mである。
【０２１２】
演算子○の定義は、以下のとおりである。
【０２１３】
【数５４】
0005465339.tif 000063
【０２１４】
A(:,n)は、行列Aのn番目の列を示す。
【０２１５】
同じ基礎コードブックおよび変換コードブックに異なる数学的変換を適用すると、同じデュアルレベルコードブックが得られる場合があることに留意されたい。したがって、基礎コードブックおよび変換コードブックに基づいてコードブックを生成する方法は、採用される数学的変換方式によって制限されない。本発明によって提供されるコードブックは偏波共用アンテナの適用シナリオに向けて設計されているが、他のアンテナ適用シナリオにも適用可能とすることができる。
【０２１６】
上記の実施形態では、受信端は、基地局または端末を含んでよい。同様に、送信端もまた、基地局または端末を含んでよい。
【０２１７】
本発明の技術的方式は、偏波共用アンテナのチャネル分散特性に最も適したコードブックを取得し、コードブック量子化によってもたらされる性能損失を最小限に抑えて、プリコーディングシステムの性能を著しく改善する。加えて、本発明により生成されるコードブックは、Rel-8 LTEの4アンテナ用のコードブックのほとんどの特性を継承し、性能が良い。ランクNのコードブックが適切に設計されたとき、コードブックはネスト特性を有し、この技術的方式は、システム互換性に影響を及ぼすことがなく既存のシステムへの修正をほとんど必要とせず、実装の複雑性が低く効率が高い。
【０２１８】
実施形態によって提供される方法のいくつかまたは全てのステップを、ソフトウェアによって制御されるハードウェアによって実施できることは、当業者なら理解することができる。ソフトウェアは、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されてよい。
【０２１９】
本発明の各実施形態の機能ユニットは、1つの処理モジュールに統合されてもよく、物理的にスタンドアロンであってもよく、または、2つもしくは複数のユニットを1つのモジュールに統合してもよい。統合されたモジュールは、ハードウェアによって、またはソフトウェア機能モジュールによって実現することができる。統合されたモジュールがソフトウェアによって実現されて個別の製品として販売または使用されるとき、このモジュールは、コンピュータ可読記憶媒体に記憶することができる。
【０２２０】
上記の記憶媒体は、ROM、磁気ディスク、コンパクトディスクなどとすることができる。
【０２２１】
以上は、本発明の好ましい実施形態に過ぎない。本発明の原理を逸脱することなく当業者によって加えられる改良および修正は、本発明の保護範囲によってカバーされるべきであることに留意されたい。
【符号の説明】
【０２２２】
100  送信端
110  受信モジュール
120  プリコーディングモジュール
130  送信モジュール
200  受信端
210  受信モジュール
220  選択モジュール
230  送信モジュール
【図１】
0005465339.tif 000100
【図２】
0005465339.tif 000101
【図３】
0005465339.tif 000102
【図４】
0005465339.tif 000103
【図５】
0005465339.tif 000104
【図６】
0005465339.tif 000105
【図７】
0005465339.tif 000106