(57)【要約】  本発明は、閉ループ多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、フィードバック情報を用いるデータ送信/受信方法を開示する。上記方法は、チャンネル行列の特異値分解(ＳＶＤ)を通じて決定される送信固有ベクトル(eigenvector)選択情報をフィードバックして送信側に伝送するステップと、そのフィードバックされる送信固有ベクトル選択情報を受信し、上記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて伝送するデータを選択し、その選択された伝送データを少なくとも一つの送信アンテナにマッピングして受信側に伝送するステップと、を含むことを特徴とする。
2007512760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉ループ多重入出力(ＭＩＭＯ:Multi input multi output)移動通信システムで、フィードバック情報を用いるデータ送信/受信方法であって、
チャンネル行列の特異値分解(ＳＶＤ：Singular Value Decomposition)を通じて決定される送信固有ベクトル(eigenvector)選択情報をフィードバックして送信側に伝送するステップと、
前記フィードバックされる送信固有ベクトル選択情報を受信し、前記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて伝送するデータを選択し、前記選択された伝送データを少なくとも一つの送信アンテナにマッピングして前記受信側に伝送するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記送信固有ベクトル選択情報の決定は、次の数式により決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【数１】
2007512760.tif 000041
ここで、ｎは雑音信号を示し、ｄ0は前記送信側での最小距離を示し、λkはｋ番目の送信アンテナに対するチャンネルの固有値を示す。
【請求項３】
前記決定された送信固有ベクトル選択情報は、次の数式により決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【数２】
2007512760.tif 000042
ここで、Ｐe，jはエラー確率を示し、ｄminは送信データの信号空間で最小距離を示し、σｎはチャンネルの分散値を示し、ＱはＱ関数を示し、ｔｈは所定のしきい値を示す。
【請求項４】
前記送信アンテナ群にマッピングされた伝送データは、前記特異値分解方式に応じて送信固有ベクトル行列で演算された後に、前記送信アンテナを通じて伝送されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記伝送データにマッピングされる送信アンテナ群は、前記特異値分解の結果による対角行列の各固有値を所定のしきい値と比べて決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記送信アンテナ群は、前記対角行列の固有値群のうち、最小値から最大値に順次に決定されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記送信アンテナ群の決定時に、該当固有値が所定のしきい値より大きい場合、使用可能な送信アンテナとして判定し、前記固有値の次の固有値群に該当する送信アンテナ群に対して使用可能な送信アンテナ群として判定することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記フィードバックされる固有ベクトル選択情報は、ユニタリー行列で演算された出力値から前記特異値分解方式に応じて決定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、受信側からフィードバックされる情報に基づいて決定される多数の送信アンテナを通じてデータを伝送する方法であって、
前記受信側で、所定の送信固有ベクトル選択方法に応じて選択されてフィードバックされる送信固有ベクトルに対する選択情報を受信するステップと、
前記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて伝送するデータを選択し、前記選択された伝送データを前記多数の送信アンテナにマッピングして伝送するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記送信固有ベクトル選択情報は、各送信アンテナによるチャンネルの状態を、特異値分解方式によって算出された行列の固有値群を用いて推定することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記各チャンネルの状態による固有値群は、伝送信号のエラー確率を所定の基準値と比べた結果に応じて決定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記各チャンネルの状態による固有値群は、次の数式により決定されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【数３】
2007512760.tif 000043
ここで、ｎは雑音信号を示し、ｄ0は前記送信側での最小距離を示し、λkはｋ番目の送信アンテナに対するチャンネルの固有値を示す。
【請求項１３】
前記送信固有ベクトル選択情報の決定は、次の数式により決定されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【数４】
2007512760.tif 000044
ここで、Ｐe，jはエラー確率を示し、ｄminは送信データの信号空間で最小距離を示し、σｎはチャンネルの分散値を示し、ＱはＱ関数を示し、ｔｈは所定のしきい値を示す。
【請求項１４】
前記伝送データを前記送信アンテナ群にマッピングするステップは、上記特異値分解方式に応じて決定される送信固有ベクトル行列で前記伝送データを演算した後に、その伝送データを前記送信アンテナ群を通じて伝送するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記伝送データがマッピングされる送信アンテナ群は、前記特異値分解結果による対角行列の各固有値を所定のしきい値と比べて決定されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記送信アンテナ群は、前記対角行列の固有値群のうち、最小値から最大値に順次に決定されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記送信アンテナ群の決定時に、該当固有値が所定のしきい値より大きい場合、使用可能な送信アンテナとして判定し、前記固有値の次の固有値群に該当する送信アンテナ群に対して使用可能な送信アンテナ群として判定することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１８】
多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、多数の送信アンテナを通じて伝送されたデータを受信する方法であって、
前記多数の送信アンテナから伝送されたデータを受信するステップと、
送信/受信アンテナ群間のチャンネルの状態を特異値分解するステップと、
前記特異値分解結果による特異値に応じて送信データの数を決定するステップと、
前記決定された送信データの数に対する情報をフィードバックして送信側に伝送するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記送信データの数は、送信固有ベクトル選択情報であることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記特異値は、前記特異値分解結果による対角行列の各固有値を所定のしきい値と比べて決定されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記決定された送信データの数に対する情報と、前記送信/受信アンテナ群間のチャンネル行列を特異値分解して得られる固有ベクトルと、をともにフィードバックして伝送することを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記送信データの数は、次の数式によって決定されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【数５】
2007512760.tif 000045
ここで、ｎは雑音信号を示し、ｄ0は前記送信側での最小距離を示し、λkはｋ番目の送信アンテナに対するチャンネルの固有値を示す。
【請求項２３】
前記決定された送信固有ベクトル選択情報は、次の数式によって決定されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【数６】
2007512760.tif 000046
ここで、Ｐe，jはエラー確率を示し、ｄminは送信データの信号空間で最小距離を示し、σｎはチャンネルの分散値を示し、ＱはＱ関数を示し、ｔｈは所定のしきい値を示す。
【請求項２４】
前記送信アンテナ群から受信されたデータを通じてチャンネルを推定し、前記チャンネル推定を通じて得られたチャンネル行列を特異値分解するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記伝送されたデータに対してユニタリー行列で演算を行い、前記演算された出力値から推定されたチャンネル行列を特異値分解するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記送信データの数は、前記特異値分解結果による対角行列の各固有値を所定のしきい値と比べて決定されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記送信データは、対角行列の固有値群のうち、最小値から最大値に順次に決定されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
前記送信データの決定時に、該当固有値が所定のしきい値より大きい場合、使用可能な送信アンテナとして判定し、前記固有値の次の固有値群に該当する送信データに対して使用可能な送信データとして判定することを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、多数の送信アンテナを通じてデータを伝送する装置であって、
送信/受信アンテナ群間のチャンネル行列を特異値分解し、前記特異値分解結果による特異値行列の対角成分である各固有値を、所定のしきい値と比べて決定された送信固有ベクトル群に対する選択情報を受信し、前記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて前記伝送するデータを選択する伝送データ選択器と、
前記伝送データ選択器によって選択された伝送データと前記送信固有ベクトルからなる行列とを乗算した後に、前記多数の送信アンテナにマッピングする前処理演算器と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項３０】
前記送信固有ベクトル選択情報は、次の数式によって決定されることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【数７】
2007512760.tif 000047
ここで、ｎは雑音信号を示し、ｄ0は前記送信側での最小距離を示し、λkはｋ番目の送信アンテナに対するチャンネルの固有値を示す。
【請求項３１】
前記決定された送信固有ベクトル選択情報は、次の数式によって決定されることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【数８】
2007512760.tif 000048
ここで、Ｐe，jはエラー確率を示し、ｄminは送信データの信号空間で最小距離を示し、σｎはチャンネルの分散値を示し、ＱはＱ関数を示し、ｔｈは所定のしきい値を示す。
【請求項３２】
前記伝送データ選択器は、受信側からフィードバックされた前記送信固有ベクトル選択情報を用いて伝送しようとするデータを前記選択された送信固有ベクトルの数だけ選択することを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記前処理演算器は、前記伝送データを前記送信アンテナ群にマッピングするときに、前記固有ベクトル行列で演算した後に、前記選択された固有ベクトルの数に対応する情報のみを前記送信アンテナ群にマッピングすることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３４】
前記選択された固有ベクトルの数に対応する情報データを除いた残りのデータには、０が入力されることを特徴とする、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記伝送データにマッピングされる送信アンテナ群は、前記特異値分解結果による対角行列の各固有値を所定のしきい値と比べて決定されることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３６】
前記送信アンテナ群は、前記対角行列の固有値のうち、最小値から最大値に順次に決定されることを特徴とする、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記送信アンテナ群の決定時に、該当固有値が所定のしきい値より大きい場合、使用可能な送信アンテナとして判定し、前記固有値の次の固有値群に該当する送信アンテナ群に対して使用可能な送信アンテナ群として判定することを特徴とする、請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
前記フィードバックされる固有ベクトル選択情報は、ユニタリー行列で演算された出力値から前記特異値分解方式に応じて求められることを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３９】
多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、多数の送信アンテナを通じて伝送されたデータを受信する装置であって、
送信/受信アンテナ群間のチャンネル行列に対する特異値分解を行う特異値分解器と、
前記特異値分解器で特異値分解した結果による特異値行列の対角行列の各固有値を、所定のしきい値と比べて送信固有ベクトル選択情報を決定し、前記選択された情報を送信側にフィードバックする送信固有ベクトル決定器と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項４０】
前記送信固有ベクトル選択情報は、前記送信データの数に対する選択情報であることを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記送信固有ベクトル決定器は、前記決定された送信固有ベクトル選択情報と、前記送信/受信アンテナ群間のチャンネル行列を特異値分解して得られる固有行列と、をともにフィードバックして伝送することを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
前記送信固有ベクトルは、次の数式によって決定されることを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【数９】
2007512760.tif 000049
ここで、ｎは雑音信号を示し、ｄ0は前記送信側での最小距離を示し、λkはｋ番目の送信アンテナに対するチャンネルの固有値を示す。
【請求項４３】
前記決定された送信固有ベクトル選択情報は、次の数式によって決定されることを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【数１０】
2007512760.tif 000050
ここで、Ｐe，jはエラー確率を示し、ｄminは送信データの信号空間で最小距離を示し、σｎはチャンネルの分散値を示し、ＱはＱ関数を示し、ｔｈは所定のしきい値を示す。
【請求項４４】
前記送信アンテナ群から受信されたデータを特異値分解方式に応じて決定されるユニタリー行列で演算する後処理演算器をさらに含むことを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【請求項４５】
前記送信アンテナ群から受信されたデータに基づいてチャンネル推定を行い、前記チャンネル推定された出力値を前記後処理演算器に提供するチャンネル推定器をさらに含むことを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【請求項４６】
前記送信固有ベクトルは、前記対角行列の固有値群のうち、最小値から最大値に順次に決定されることを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【請求項４７】
前記送信固有ベクトル群の決定時に、該当固有値が所定のしきい値より大きい場合、使用可能な送信アンテナとして判定し、前記固有値の次の固有値群に該当する送信固有ベクトル群に対して使用可能な送信固有ベクトル群として判定することを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信システムに係り、特に、閉ループ多重入出力(ＭＩＮＯ:multi input multi output)移動通信システムで、送信固有ベクトルを選択して伝送する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、次世代通信システムの第４世代(4th Generation:４Ｇ)通信システムでは、ほぼ１００Mbpsの伝送速度を有する様々なサービス品質(Quality of Service:ＱｏＳ)のサービスを加入者に提供するための活発な研究が行われつつある。現在、第３世代(3rd Generation:３Ｇ)通信システムは、比較的好ましくないチャンネル環境を有する室外チャンネル環境では、ほぼ３８４Kbpsの伝送速度を支援し、比較的好ましいチャンネル環境を有する室内チャンネル環境でも、最大２Mbps程度の伝送速度を支援する。
【０００３】
一方、無線近距離通信ネットワーク(Local Area Network:ＬＡＮ)システム及び無線都市地域ネットワーク(Metropolitan Area Network:ＭＡＮ)システムでは、一般に２０乃至５０Mbpsの伝送速度を支援する。さらに、４Ｇ通信システムは、相対的に高い伝送速度を保障する無線ＬＡＮシステム及び無線ＭＡＮシステムに移動性とＱｏＳとを保障するように開発されている。したがって、４Ｇ通信システムで提供しようとする高速サービスを支援可能にする新たな通信システムに対する研究が活発に行われている。
【０００４】
上記高速のサービス、例えば、無線マルチメディアサービスを提供するために、広帯域スペクトル資源を用いるが、この場合、多重経路伝送によるシンボル間の干渉現象が発生する。上記シンボル間の干渉は、システムの全体伝送効率を低める。このような多重経路伝送によるシンボル間の干渉を解決するための方式が、直交周波数分割多重化(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:ＯＦＤＭ)方式である。このＯＦＤＭ方式では、すべての周波数帯域を多数のサブキャリアー(sub-carrier)に分割して伝送する。上記ＯＦＤＭ方式を用いる場合、一つのシンボル区間が増加してシンボル間の干渉発生を低減することができる。
【０００５】
さらに、ＯＦＤＭ方式は、マルチキャリアー(Multi-Carrier)を用いてデータを伝送する方式で、直列入力されるシンボル列を並列に変換し、その各々を相互直交性を有する多数のサブキャリアーに変調して伝送するマルチキャリアー変調(Multi Carrier Modulation:ＭＣＭ)方式の一種である。
【０００６】
ＯＦＤＭ方式については、１９７１年にWeinsteinなどが、ＯＦＤＭ方式の変調/復調が離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform:ＤＦＴ)を用いて効率的に実行可能なことを発表してＯＦＤＭ方式に対する技術開発が急速になされた。さらに、保護区間及びサイクリックプレフィックス(cyclic prefix)保護区間挿入方式の導入は、多重経路及び遅延拡散に対するシステムの悪影響を一層減少させた。このようなＯＦＤＭ方式の幅広い実現にはハードウェアの複雑度という障害が存在したが、最近では高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:ＦＦＴ)と逆高速フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform:ＩＦＦＴ)とを含む各種ディジタル信号処理技術が開発されてＯＦＤＭ方式を実現可能にした。
【０００７】
ＯＦＤＭ方式は、従来の周波数分割多重(Frequency Division Multiplexing:ＦＤＭ)方式と類似しているが、多数のサブキャリアー間の直交性を保持して伝送することにより、高速データの伝送時に最適の伝送効率を得る特徴を有する。かつ、周波数の使用効率が良く、多重経路フェーディング(fading)にも強い特性があるため、高速データの伝送時に最適の伝送効率を得ることができる。より詳しくは、周波数スペクトルを重畳するため、周波数の使用を効率的に行い、周波数選択フェーディング及び多重経路フェーディングにも強い。その上、ＯＦＤＭ方式は、保護区間を用いてシンボル間の干渉(Inter Symbol Interference:ＩＳＩ)影響を低減し、ハードウェア的に等化器の構造を簡単に設計することができ、インパルス性の雑音にも強い長所があるため、通信システムの構造にその使用が増加している。
【０００８】
一方、上記ＯＦＤＭ方式に基づく多重接続方式が、直交周波数分割多重接続(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:ＯＦＤＭＡ)方式である。ＯＦＤＭＡ方式は、すべてのサブキャリアーのうち、一部のサブキャリアーをサブキャリアー集合に再構成し、そのサブキャリアー集合を特定の加入者端末機(Mobile Subscriber Station：ＭＳＳ)に割り当てる方式である。上記ＯＦＤＭＡ方式では、無線伝送路のフェーディング特性に応じて特定の加入者端末機に割り当てられるサブキャリアー集合を動的に割り当てる動的資源割り当てが可能である。
【０００９】
さらに、高速データ伝送のために、送信/受信側の両方で多重アンテナを用いる方法も開発されている。１９９７年にTarokhが提案した時空間符号化(Space Time Coding:ＳＴＣ)方法から、伝送率を高めるためにBell Labで考案したＢＬＡＳＴ(Bell lab Layered Space Time)方法が提案されている。特に、ＢＬＡＳＴ方法は、送信/受信アンテナの数に線形比例して伝送率が増加するため、高速のデータ伝送を目指すシステムに適用されている。
【００１０】
一方、既存のＢＬＡＳＴアルゴリズムは、開ループ(Open loop)方法で用いられてきた。その場合、上述した動的資源の割り当てが不可能なので、最近では閉ループ(Closed loop)方法が考案されている。そのうち、代表的なアルゴリズムは、特異値分解-多重入力多重出力(Singular Value Decomposition-Multi Input Multi Output:ＳＶＤ-ＭＩＭＯ)システムがある。これは線形代数で用いられる特異値分解(Singular Value Decomposition:ＳＶＤ)技術を用いてマトリックス形態のチャンネルを仮想の送信/受信アンテナの数だけのチャンネルに変換する方法をいう。
【００１１】
以下、上記ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムの理解のために、ＳＶＤ技術について簡略に説明する。
【００１２】
まず、ＳＶＤ技術の説明に先立ち、ＥＶＤ(eigenvalue decomposition)について説明する。ｍ×ｍの正方行列Ａとｍ×１の所定のベクトルχとの積が、複素数λと上記ベクトルχとの積と同じ場合、次の数１のように表現することができる。
【００１３】
【数１】
2007512760.tif 000003
【００１４】
数１において、λは行列Ａの固有値を示し、χは固有ベクトルを示す。ここで、上記ベクトルλを求めるために、数２を満たすλを決定する。
【００１５】
【数２】
2007512760.tif 000004
【００１６】
数２において、ｄｅｔは行列の行列式(determinant)を示す。この際、ベクトルλは、数２から得られる上記λから数１を満たすベクトルを決定する。例えば、行列
【数３】
2007512760.tif 000005
に対して固有値と固有ベクトルとを求めるために、次の数４を用いる。
【００１７】
【数４】
2007512760.tif 000006
【００１８】
ここで、上記λ1＝−１及びλ2＝２に対する固有ベクトルは、次の数５及び数６のように計算することができる。
【００１９】
【数５】
2007512760.tif 000007
【００２０】
【数６】
2007512760.tif 000008
【００２１】
上述したように、固有ベクトルを計算する方法を各ステップに応じて調べると、次の通りである。
ステップ１）  (Ａ−λＩ)の式を計算する。
ステップ２)   ステップ１の根(root)を求めて固有値を計算する。
ステップ３)   ステップ２で計算した固有値に対してＡχ＝λχを満たす固有ベクトルを計算する。
【００２２】
仮に、上記計算した固有ベクトル群が互いに線形独立的な場合、上記計算した固有値と固有ベクトルとを用いて上記行列Ａを再構成することができる。この際、上記固有値を対角成分とし、上記対角成分以外の成分は０である行列Ｄを定義すると、次の数７のようになる。
【００２３】
【数７】
2007512760.tif 000009
【００２４】
さらに、上述した固有ベクトルを列(column)で構成した行列Ｓを次の数８のように定義することができる。
【００２５】
【数８】
2007512760.tif 000010
【００２６】
一方、数７で定義された行列Ｄ及び数８で定義された行列Ｓに基づいて行列Ａを定義すると、次の数９のようになる。
【００２７】
【数９】
2007512760.tif 000011
【００２８】
数８に上述した例を適用すれば、上記
【数１０】
2007512760.tif 000012
は次の数１１のように表現することができる。
【００２９】
【数１１】
2007512760.tif 000013
【００３０】
以下、上述したＥＶＤに基づいてＳＶＤを説明する。
【００３１】
まず、上記ＥＶＤは正方行列のみについて求めることができる。したがって、正方行列でないｍ×ｎ行列に対しては、上記ＥＶＤと類似している方法を使用できる。すなわち、上記正方行列でない行列Ｂを定義すると、次の数１２のように因数分解が可能である。
【００３２】
【数１２】
2007512760.tif 000014
【００３３】
数１２において、Ｕは上述したｍ×ｍユニタリー行列で、ＢＢＨの固有ベクトルでＵの列を構成し、ＢＨＢの固有ベクトルはｎ×ｎ行列である上記Ｖの列を構成する。さらに、特異値群(行列Ｄの対角成分)は、ＢＢＨあるいはＢＨＢの固有値のうち、０でない値の平方根群である。
【００３４】
上述したＳＶＤ方法をＭＩＭＯシステムに適用するために、次のように使用することができる。 
【００３５】
すなわち、上記ＭＩＭＯシステムで送信アンテナの数がＮＴであり、受信アンテナの数がＮＲであると仮定する場合、送信器から送信されたデータが受信器に伝送されるまで通るチャンネルＨは、ＮＲ×ＮＴのランダムマトリックスとなり得る。この場合、チャンネルマトリックスＨを上記ＳＶＤ方式を通じて分離すれば、次の数１３のように表現することができる。
【００３６】
【数１３】
2007512760.tif 000015
【００３７】
数１３において、ＵはＮＲ×ＮＲユニタリー行列で、ＨＨＨの固有ベクトルでＵの列を構成し、受信固有ベクトル行列と称する。さらに、ＮＴ×ＮＴ行列である上記Ｖの列をＨＨＨの固有ベクトル群で構成し、そのＶは送信固有ベクトル行列と称する。さらに、行列Ｄの対角成分である特異値群は、ＨＨＨあるいはＨＨＨの固有値のうち、０でない根の平方根群である。以下、行列Ｄを特異値行列と称する。さらに、上記上付きの演算子Ｈは複素結合前置演算(Hermitian)を示す。
【００３８】
一般に、多重アンテナを用いる通信システムは、次の数１４のように表現することができる。
【００３９】
【数１４】
2007512760.tif 000016
【００４０】
数１４において、ＹはＮＲ×１の受信シンボルマトリックスを示し、ＸはＮＴ×１の送信シンボルマトリックスを示す。かつ、ＨはＮＲ×ＮＴのチャンネルマトリックスを示し、ＮはＮＲ×１のＡＷＧＮ(Additive White Gaussian Noise)マトリックスを示す。すなわち、上記送信しようとするシンボルマトリックスＸは、マトリックスＨのチャンネルを介して伝送され、上記雑音成分のマトリックスＮを含む形態として受信器に伝送される。
【００４１】
上述したＳＶＤ方法を用いてＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムについて説明する。
【００４２】
まず、送信器がマトリックスＶのような前処理フィルターを用いる場合、上記送信シンボルマトリックスＸは、次の数１５のように表現することができる。
【００４３】
【数１５】
2007512760.tif 000017
【００４４】
かつ、受信器がマトリックスＵＨのような後処理フィルターを用いる場合、上記受信シンボルマトリックスＹは、次の数１６のように表現することができる。
【００４５】
【数１６】
2007512760.tif 000018
【００４６】
したがって、送信器がマトリックスＶを前処理フィルターとして使用し、受信器はマトリックスＵＨを後処理フィルターとして使用する上記ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムを、次の数１７のように表現できる。
【００４７】
【数１７】
2007512760.tif 000019
【００４８】
すなわち、数１７を各マトリックスの要素(element)に応じて分解すると、次の数１８のように表現が可能である。ここでは、説明の便宜上、ＮＴ＜＝ＮＲと仮定する。
【００４９】
【数１８】
2007512760.tif 000020
【００５０】
数１８に示したように、ＳＶＤ-ＭＩＭＯでは、多数の送信アンテナから多数の受信アンテナにデータを伝送するシステムを多重ＳＩＳＯ(Single Input Single Output)システムとして見なすことができる。すなわち、チャンネルマトリックスＨが、上記送信器でマトリックスＶ及び受信器でマトリックスＵＨによる処理により、ｍｉｎ(ＮＴ,ＮＲ)より小さいか、同じ数の固有値群が対角成分からなるチャンネルＤに単純化することがわかる。上述したように、チャンネルＨをＳＶＤ方法を用いて再配列し、送信器及び受信器にそれぞれ前処理器と後処理器とを用いる場合、上記送信器が固有ベクトルＶ値のみを決定すると、ＭＩＭＯチャンネルを多数のＳＩＳＯチャンネルに単純化して容易に解釈することができる。さらに、上述したように、ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムは、λｉをチャンネル値とする複数のＳＩＳＯシステムに変わり、この際、送信器は所定のＶ及びλｉに基づいて最適の動的割り当てを行える。この場合、受信器はＶに対する情報とλｉに対する情報とを送信器に伝送すべきである。
【００５１】
以下、図１を参照して上述したＳＶＤ方法をＯＦＤＭシステムに適用した例を説明する。
【００５２】
図１は、従来の技術によるＳＶＤ-ＭＩＭＯ方式の多重入出力システムのブロック図である。
【００５３】
まず、図１では、上記ＳＶＤ-ＭＩＭＯ方式を上述したＯＦＤＭシステムに適用した例を説明するが、他の通信方法、例えば、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)、ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)、ＦＤＭＡ(Frequency Division Multiple Access)などの通信方法にも、上記ＳＶＤ-ＭＩＭＯ方式の適用が可能なのは明らかである。
【００５４】
さらに、送信器で伝送しようとするデータは、所定のチャンネル符号化器などによって符号化した後に伝送される。図１においては、説明の便宜上、上記符号化以後の過程を説明する。
【００５５】
図１を参照すれば、上記符号化したデータが直列/並列変換器１０１を通じて並列に変換されると、前処理演算器１０３で、上述したようなチャンネル行列Ｈが、ＳＶＤが行われた数１の行列Ｖで乗算される。上記行列Ｖとの乗算から得られた各々の計算結果は、多数の送信アンテナにマッピングされる多数のＩＦＦＴ部１０５ａ〜１０５ｎを通じてＩＦＦＴ(inverse fast Fourier transform)され、多数の並列/直列変換器１０７ａ〜１０７ｎ及び送信アンテナ１０９ａ〜１０９ｎを通じて受信側に伝送される。
【００５６】
一方、送信側の多数(例えば、ＮＴ)の送信アンテナ１０９ａ〜１０９ｎを通じて伝送された信号は、受信側の多数(例えば、ＮＲ)の受信アンテナ１１１ａ〜１１１ｎを通じて受信できる。すなわち、第１の送信アンテナ１０９ａから伝送された信号は、ＮＲ本の受信アンテナの各々で受信することができる。この際、上記各受信アンテナが受信した信号は、相異なるチャンネルを通じて受信される。同様に、第２の送信アンテナあるいは第ＮＴの送信アンテナから伝送された信号は、ＮＲ本の受信アンテナを通じて受信されうる。したがって、上記伝送チャンネルＨは、各送信/受信アンテナ間のチャンネルに応じて、次の数１９のように表現することができる。
【００５７】
【数１９】
2007512760.tif 000021
【００５８】
次に、伝送チャンネルＨを通じて伝送された信号は、ＮＲ本の受信アンテナを通じて受信される。上記各受信アンテナを通じて受信された信号は、直列/並列変換器１１３ａ〜１１３ｍを通じて並列に変換され、ＦＦＴ部１１５ａ〜１１５ｍを通じてＦＦＴされる。かつ、上記ＦＦＴされた受信信号は後処理演算器１１７で上述したＳＶＤ方式によって行列ＵＨで乗算された後に、並列/直列変換器１１９を通じて直列に変換される。
【００５９】
一方、上記ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムの受信器は、上記多重送信アンテナから多重受信アンテナへ伝送されるチャンネルの値を推定し、ＳＶＤ方式を用いて上記行列Ｈの行列Ｖ、Ｄ及びＵをそれぞれ求め、その情報を上記送信器にフィードバックする。上記行列Ｖ及びＤを受信器から送信器に伝送した場合、送信器は、行列Ｄの対角成分であるチャンネルＨの特異値λｉに基づいてチャンネルの状態による最適の資源割り当てアルゴリズムを用いることができる。
【００６０】
しかしながら、このような場合、上記行列Ｖ、Ｄの両方を送信器にフィードバックすべきなので、多くのフィードバック情報量が必要である。かつ、ＳＶＤシステムでは、行列Ｄの構成成分である固有値のうち、小さい値を有するチャンネルを通じてデータを伝送する場合が発生する。この際、エラー発生率が高くなることにより、データの伝送効率が急激に低下する。したがって、ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムで、データの伝送を一層効率的に行える方法が要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００６１】
上述した従来の技術による問題点を解決するための本発明の目的は、閉ループＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムで、高い信頼度のデータ伝送を行える装置及び方法を提供することである。
【００６２】
本発明の他の目的は、ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムで、高い特異値(singular value)に該当する固有ベクトル(eigenvector)を選択して伝送することにより、高い信頼度のデータ伝送を行える装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００６３】
このような目的を達成するために、本発明の一側面によれば、閉ループ多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、フィードバック情報を用いるデータ送信/受信方法が提供される。上記方法は、チャンネル行列の特異値分解(ＳＶＤ)を通じて決定される送信固有ベクトル選択情報をフィードバックして送信側に伝送するステップと、上記フィードバックされる送信固有ベクトル選択情報を受信し、上記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて伝送するデータを選択し、上記選択された伝送データを少なくとも一つの送信アンテナにマッピングして上記受信側に伝送するステップと、を含むことを特徴とする。
【００６４】
上記目的を達成するための本発明の他の側面によれば、多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、受信側からフィードバックされる情報に基づいて決定される多数の送信アンテナを通じてデータを伝送する方法が提供される。上記方法は、受信側で、所定の送信固有ベクトル選択方法に応じて選択されてフィードバックされる送信固有ベクトルに対する選択情報を受信するステップと、上記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて伝送するデータを選択し、上記選択された伝送データを上記多数の送信アンテナにマッピングして伝送するステップと、を含むことを特徴とする。
【００６５】
さらに、上記目的を達成するための本発明のもう１つの側面によれば、多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、多数の送信アンテナを通じて伝送されたデータを受信する方法が提供される。上記方法は、多数の送信アンテナから伝送されたデータを受信するステップと、送信/受信アンテナ群間のチャンネルの状態を特異値分解するステップと、上記特異値分解結果による特異値に応じて送信データの数を決定するステップと、上記決定された送信データの数に対する情報をフィードバックして送信側に伝送するステップと、を含むことを特徴とする。
【００６６】
上記目的を達成するための本発明の他の側面によれば、多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、多数の送信アンテナを通じてデータを伝送する装置が提供される。上記装置は、送信/受信アンテナ群間のチャンネル行列を特異値分解し、上記特異値分解結果による特異値行列の対角成分である各固有値を、所定のしきい値と比べて決定された送信固有ベクトル群に対する選択情報を受信し、上記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて上記伝送するデータを選択する伝送データ選択器と、上記伝送データ選択器によって選択された伝送データと上記送信固有ベクトルからなる行列とを乗算した後に、上記多数の送信アンテナにマッピングする前処理演算器と、を含むことを特徴とする。
【００６７】
上記目的を達成するための本発明のもう１つの側面によれば、多重入出力(ＭＩＭＯ)移動通信システムで、多数の送信アンテナを通じて伝送されたデータを受信する装置が提供される。上記装置は、送信/受信アンテナ群間のチャンネル行列に対する特異値分解を行う特異値分解器と、上記特異値分解器で特異値分解した結果による特異値行列の対角行列の各固有値を所定のしきい値と比べて送信固有ベクトル選択情報を決定し、上記選択された情報を送信側にフィードバックする送信固有ベクトル決定器と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００６８】
上述したように、本発明は、閉ループＭＩＭＯシステムで、伝送の信頼度を高めるために、チャンネルの状態に応じて送信アンテナを決定する。この方法は、既存のＭＩＭＯシステムの短所、すなわち、チャンネルがフルランク(full rank)を有しない場合の通信信頼度の低下を解決できる方法で、次世代のシステムに適用するときに多くの利点がある。さらに、本発明によれば、閉ループＭＩＭＯシステムで、高い特異値(singular value)に該当する固有ベクトル(eigenvector)を選択して伝送することにより、データ伝送の信頼度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【００７０】
本発明は、閉ループＭＩＭＯシステムを用いる通信システムで、高信頼度の通信を行うために、送信固有ベクトルを選択して送信する方法及び装置を提案する。特に、本発明は、特異値分解(Singular Value Decomposition:ＳＶＤ)方式を用いる多重アンテナシステム(‘ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステム’)で、複雑度を低め、システムの性能を高めるために選択された送信固有ベクトルを通じて送信する方法を提案する。
【００７１】
以下、図２を参照して本発明の実施形態による選択的ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムについて説明する。
【００７２】
図２は、本発明の実施形態による閉ループＳＶＤ-ＭＩＭＯ通信システムの送受信器の内部構造を示したブロック図である。特に、理解の便宜上、図２では本発明をＯＦＤＭシステムに適用した場合の方法を説明する。しかしながら、本発明はこれに限らず、他の通信システム、例えば、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ及びＦＤＭＡなどの通信システムにも適用可能なのは明らかである。
【００７３】
さらに、図２は、説明の便宜上、送信器で伝送しようとするデータが所定のチャンネル符号化器などによる符号化過程を行った後のプロセスを示している。すなわち、符号化過程以後の伝送データについて、次のようなプロセスを行う。
【００７４】
まず、伝送データ選択器２０１は、受信器からフィードバックされた送信固有ベクトル選択情報に応じて伝送しようとするデータを選択する。すなわち、伝送データ選択器２０１は、受信器の送信固有ベクトル決定器２２３からフィードバックされた上記送信固有ベクトル選択情報を受信し、上記符号化して入力されるデータのうち、上記選択情報の固有ベクトルの数に相応する伝送データの数を選択して出力する。例えば、上記フィードバックされた送信固有ベクトル選択情報に応じて４本のアンテナが三つのデータのみを伝送する場合、上記伝送データ選択器２０１は三つの情報データのみを選択する。本発明による伝送データ選択器２０１の具体的な動作については後述する。
【００７５】
伝送データ選択器２０１の出力データは、直列/並列変換器２０３に入力され、上記直列/並列変換器２０３は、上記直列入力されたデータを並列に変換する。上記並列変換されたデータは、前処理演算器２０５に入力されて送信固有ベクトル行列Ｖと演算される。例えば、ＮＴ×ＮＴの行列ＶとＮＴ×１行列との乗算を通じて得られる前処理演算器２０５の出力データは、ＮＴ×１行列として出力される。上記出力データは、上記入力データ行列から選択された固有ベクトルの数に対応する数の情報データで、その他のデータは０の値を有する。
【００７６】
一方、前処理演算器２０５の出力データは、各送信アンテナにマッピングされた多数のＩＦＦＴ部２０７ａ〜２０７ｃ及び並列/直列変換器２０９ａ〜２０９ｃを通じて多数の送信アンテナ２１１ａ〜２１１ｃを介して受信側に伝送される。
【００７７】
次に、伝送チャンネルＨを通じて伝送された上記データは、多数(例えば、ＮＲ)の受信アンテナ２１３ａ〜２１３ｃを通じてそれぞれ受信される。上記各受信アンテナ２１３ａ〜２１３ｃを通じて受信されたデータは、直列/並列変換器２１５ａ〜２１５ｃを通じて並列に変換される。上記並列変換されたデータは、ＦＦＴ部２１７ａ〜２１７ｃを通じてＦＦＴされる。上記ＦＦＴされた受信データは、後処理演算器２１９で上述したＳＶＤ方式によって行列ＵＨで乗算された後に、並列/直列変換器２２１を通じて直列に変換される。
【００７８】
上述したように、上記ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムの受信側は、受信信号を通じてチャンネルの状態を把握し、受信信号から推定された行列Ｈから上記ＳＶＤ方式を用いて行列Ｖを計算し、その計算情報を送信側にフィードバックする。
【００７９】
すなわち、チャンネル推定器２２５は、受信アンテナ２１３ａ〜２１３ｃを通じて受信された信号に基づいてチャンネルの推定を行う。チャンネル推定器２２５の出力値は、ＳＶＤ部２２７によってＳＶＤされてＮＲ×ＮＴの行列Ｈとして出力される。上記ＳＶＤ部２２７のＳＶＤ出力結果であるチャンネル行列Ｈの特異値は、送信固有ベクトル決定器２２３に入力される。本発明に応じて上記送信固有ベクトル決定器２２３は、上記受信された信号と、上記ＳＶＤ方式によって求められた上記特異値とに基づいて各アンテナによるチャンネルの状態を分析し、その分析した各アンテナのチャンネル状態を用いて送信固有ベクトルを選択する。
【００８０】
例えば、上記送信アンテナの数が２(ＮＴ＝２)、上記受信アンテナの数が３(ＮＲ＝３)のシステムを仮定すれば、上記チャンネル行列Ｈは、次の数２０のように示すことができる。
【００８１】
【数２０】
2007512760.tif 000022
【００８２】
数２０に示したように、特異値は２、３となる。ここで、特異値２のみが選択されれば、上記送信器は、これに該当する送信固有ベクトル１０と上記選択された特異値の数１とを上記受信器から受信する。
【００８３】
以下、本発明による上記送信固有ベクトル選択方法を詳しく説明する。
【００８４】
まず、受信器で受信した信号を後処理演算器２１９でマトリックスＵＨで演算した出力信号は、数１７のようにＤＸ＋Ｎの信号となる。ここで、マトリックスＤは、上述したように、チャンネルマトリックスＨの固有値で、大きい値から小さい値の手順に整列される。すなわち、マトリックスＤの各値の大きさは、チャンネル状態の良好や不良を示す。したがって、マトリックスＤは、次の数２１のように示すことができる。
【００８５】
【数２１】
2007512760.tif 000023
【００８６】
数２１において、ｒはチャンネルマトリックスＨのランクを示し、ｒ＜＝min(ＮＴ,ＮＲ)の値を有する。仮に、チャンネルマトリックスＨのランクが送信/受信アンテナの数より小さければ、数２１において、ｒ＜ｉ＜(ＮＴ or ＮＲ)に対するλｉは０となる。上述したように、λｉ(１＜＝ｉ＜＝ｒ)は、チャンネルマトリックスＨの固有値である。ここで、上記ｉ及びｊは、インデックスを示す。すなわち、行列Ｄの対角成分は、大きさが大きい成分から小さい成分の手順に応じて配列されている。
【００８７】
数２１からわかるように、本発明に応じて構成したＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムでは、多数のアンテナを通じて伝送されたデータがチャンネルＨを通過しない。さらに、多数のＳＩＳＯチャンネルでチャンネルを構成することができ、上記λ１乃至λｒを実際のチャンネルとして見なすことができる。すなわち、数２１に示したように、マトリックスＶを処理する送信器とマトリックスＵＨを処理する受信器とを含むシステムを、多数の送信アンテナから多数の受信アンテナに信号が重畳されて伝送されるか、並列に伝送されるシステムとして見なすこともできる。したがって、ランクが高い場合、チャンネルの容量を増加させうる。
【００８８】
上述したように、λｉ(１＜＝ｉ＜＝ｒ)は、大きい成分から小さい成分の手順に応じて整列されている。そのλｉ(１＜＝ｉ＜＝ｒ)の大きさは、各送信アンテナに対するチャンネル状態の良好や不良を示す。したがって、本発明は、λｉ(１＜＝ｉ＜＝ｒ)を用いて各送信アンテナに対してチャンネルの状態が悪くて所定の条件を満たさない場合、該当固有ベクトルを通じてはデータを伝送しない。
【００８９】
一方、上記固有ベクトルは、伝送信号のエラー確率を低減するために選択されることができる。以下、上記伝送信号のエラー確率を低めるための固有ベクトルの選択方式について調べる。
【００９０】
上述したように、選択的ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムは、多数のＳＩＳＯシステムの並列結合として見なすことができ、各々の伝送データ間の関係は、次の数２２のように表現しうる。
【００９１】
【数２２】
2007512760.tif 000024
【００９２】
数２２において、ｙ´ｊは受信信号に後処理演算器２１９の演算値(ＵＨ)を乗算したＮＲ×１行列のｊ番目の信号を示し、χｊはｊ番目の伝送信号を示し、ｎ´ｊはｊ番目のＡＷＧＮ信号(その分散(variance)値はσｎ２)を示す。ここで、上記λｊ は正の整数なので、ｙ´ｊをλｊで割り算すれば、ＡＷＧＮの分散値は
【数２３】
2007512760.tif 000025
となる。したがって、上記ｊ番目のデータｘｊ(１＜＝ｊ＜＝ｒ)を伝送する場合のエラー確率は、次の数２４のように示すことができる。
【００９３】
【数２４】
2007512760.tif 000026
【００９４】
数２４において、ｄｍｉｎは、伝送データの信号空間上の最小短距離を示す。σｎはチャンネルの分散値を示し、ＱはＱ関数を示す。この際、Ｍ-ＱＡＭ(M-Quadrature Amplitude Modulation)信号を伝送する場合を仮定すると、信号の分散がσｓ２の場合、ｄｍｉｎは次の数２５のように表現し、Ｑ関数は次の数２６のように表現することができる。
【００９５】
【数２５】
2007512760.tif 000027
【００９６】
数２５において、ｄｍｉｎは、伝送データの信号空間上の最小距離を示し、σｓ２は伝送信号の分散値を示し、ＭはＭ-ＱＡＭを示す。例えば、Ｍ＝４の場合は４-ＱＡＭを示し、Ｍ＝１６の場合は１６-ＱＡＭを示す。
【００９７】
【数２６】
2007512760.tif 000028
【００９８】
したがって、数２４において、最も小さい値λｊから順次にｊを増加させ、平均エラー確率(数２６の結果)が所定のしきい値より大きい場合には、伝送しない。例えば、平均エラー確率(数２４の結果)が０.５より大きい場合は、固有ベクトルを選択しない。上記所定のしきい値を決定する方法は、本発明の範囲を逸脱するため、ここではその詳細説明を省略する。一方、ｊ番目の特異値に基づいてｊ番目の送信固有ベクトルの伝送を決定するときは、次の数２７を満たす場合である。
【００９９】
【数２７】
2007512760.tif 000029
【０１００】
特に、ＣＤＭＡシステムでは、次のような固有ベクトル選択方法を考慮することができる。この際、上記λ値群は、上述したように、各ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムで各送信アンテナによるチャンネルの状態を示す値なので、上記λ値群のうち、最も小さい値を有するλｉが、ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムで最もチャンネルの状態が悪い送信アンテナを示す。以下、上記最小値を有するλｉをλminと表示する。したがって、λminに該当する送信アンテナに対するデータを伝送するか否かを判定する。上記λminは、全ての送信アンテナを通じて伝送されたチャンネルＨのうち、最も悪いチャンネル状態を有する送信アンテナに対するチャンネル情報なので、次の数２８を満たす。
【０１０１】
【数２８】
2007512760.tif 000030
【０１０２】
数２８によれば、雑音を考慮しない場合、送信信号ｘがチャンネルＨを通った後の信号の正規値(normal value)である
【数２９】
2007512760.tif 000031
は、最小固有値λminと上記送信信号ｘの正規値との積である
【数３０】
2007512760.tif 000032
より常に大きいか、同一であるべきである。
【０１０３】
さらに、雑音信号の正規値が最小距離の半分より大きくなると、エラーが発生する。これを、次の数３１のように表現できる。
【０１０４】
【数３１】
2007512760.tif 000033
【０１０５】
数３１において、ｄminは送信側の変調でコンステレーション(constellation)図上の最小距離を示す。したがって、仮に、送信可能なすべてのベクトルの集合をＳと仮定すれば、ＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)の場合、上記Ｓは(-1,-1)、 (-1,+1)、 (+1,-1)、 (+1,+1)となる。一方、多重アンテナを用いる通信システムにおいて、上記最小距離ｄminは、次の数３２のように表示することができる。
【０１０６】
【数３２】
2007512760.tif 000034
【０１０７】
数３２に示したように、受信信号の最小距離ｄminは、上記各伝送シンボル(sｉ,sｊ)に対してチャンネルマトリックスＨを通じて受信されたシンボル間の距離の最小値となる。
ここで、数３２のＨ(sｉ-sｊ)を数２８に適用すれば、次の数３３のように表示できる。
【０１０８】
【数３３】
2007512760.tif 000035
【０１０９】
この際、数３３を数３２に代入すれば、次の数３４が得られる。
【０１１０】
【数３４】
2007512760.tif 000036
【０１１１】
数３４において、送信側での最小距離(すなわち、
【数３５】
2007512760.tif 000037
)をｄ0とすれば、数３４は次の数３６のように表現することができる。
【０１１２】
【数３６】
2007512760.tif 000038
【０１１３】
数３６において、送信側での最小距離ｄ0は、変調方式に応じて決定された常数値である。したがって、上記チャンネルＨの最小固有値λminが大きい場合、ｄmin値が大きくなることにより、エラー発生確率は低くなる。しかしながら、ｄmin値は調整できない固定値である。したがって、任意のチャンネルマトリックスＨが与えられると、本発明に応じて複数のアンテナを選択して使用することにより、エラー発生確率を低減することができる。
【０１１４】
すなわち、数３６を数３１に代入すると、次の数３７が得られる。
【０１１５】
【数３７】
2007512760.tif 000039
【０１１６】
本発明の実施形態による送信アンテナの選択に対する判定基準は、数３７により行われる。数３７において、ｄ0は、上述したように、常数値であり、上記雑音信号の正規値は受信信号によって測定される値である。一方、一般にＣＤＭＡシステムでは、送信信号に拡散シーケンスを乗算して送信するため、一つのチップ当たり、送信電力と雑音電力とが極めて小さい。したがって、受信信号の平均電力を求めると、上記雑音電力を求めることができる。
【０１１７】
上述したように、ＳＶＤ方法によって受信信号から得られる数２１のようなマトリックスＤで、上記マトリックスを構成する成分が示す各送信アンテナの特異値(すなわち、λ値)に応じて送信アンテナを選択するか否かが決定される。言い換えれば、数３７において、右辺のλminｄ0/２値が雑音信号の正規値より小さい場合、該当チャンネルを通じて伝送される信号は、エラーの発生確率が高い。したがって、上記該当チャンネルを通じてはデータを伝送しないことが効率的である。
【０１１８】
一方、上記λ値のうち、最も小さいλmin値が所定の値を超える場合(すなわち、該当チャンネルの状態が良好になる)、上記λminｄ0/２値が雑音信号の正規値より大きくなると、上記該当送信アンテナを用いて伝送することが好ましい。この際、残りのチャンネルに対する固有値は、上記λmin値より大きい値なので、数３７のような判定なしに、上記条件を満たす。
【０１１９】
したがって、上記λ値をλmin値から、数３７の条件を満たさなくなるまで(すなわち、λminｄ0/２値が雑音信号の正規値より大きくなる場合まで)、上記判定を行うことが好ましく、数３７の条件を満たすチャンネルに該当する送信アンテナに対しては、データを伝送しないことが好ましい。
【０１２０】
上述した方法で決定される送信固有ベクトル選択情報は、上記受信側でフィードバックされて送信側に伝送されるが、上述した伝送データ選択器２０１は、上記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて送信アンテナを選択してデータを伝送する。上述した本発明では、チャンネルの環境が悪い送信アンテナに対してデータを伝送しないことによって、エラーの発生確率を低減する。
【０１２１】
一方、受信側は、上述したように、上記送信固有ベクトル選択情報のみならず、ＳＶＤ方式を適用するために、ベクトルＶに対する情報もフィードバックすることが好ましい。この際、ベクトルＶは、サブキャリアー(sub-carrier)当たり、(ＮＴ×ＮＲ)の大きさで存在する。
【０１２２】
この際、上記システムが周波数分割多重化(ＦＤＤ:Frequency division multiplexing)システムの場合、上述したように、受信側からフィードバックする情報を用いるが、上記システムが時間分割多重化(ＴＤＤ：Time division multiplexing)システムの場合、受信側からのフィードバックなしに、送信/受信されるデータ及びパイロット信号を用いて追跡することができる。すなわち、上記時間分割多重化システムでは、送信データと受信データとが同じチャンネル環境を通じて時間分割されて伝送されるため、受信側から受信される信号を通じて推定されたチャンネルを用いて送信データに対するチャンネルを判定しうる。
【０１２３】
以下、図３及び図４を参照して本発明の実施形態によるデータ送受信過程を説明する。
【０１２４】
図３は、本発明の実施形態による選択的ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムにおけるデータ送信方法を示した流れ図である。
【０１２５】
図３を参照すれば、送信側では、本発明に応じて受信側から送信固有ベクトル選択情報を受信する(ステップ３０１)。上記送信固有ベクトル選択情報は、上述したように、各送信アンテナによるチャンネルの状態を、ＳＶＤ方式で算出されたマトリックスＤの固有値によって推定し、上記各チャンネルの状態による固有値(すなわち、λ値)を、上述したように、伝送信号のエラー確率が基準値を超えるか否かに基づいて決定する。
【０１２６】
その後、送信側は、伝送するデータを、上記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じて選定する(ステップ３０３)。すなわち、上記受信された送信固有ベクトル選択情報に応じてチャンネルの状態が悪くて伝送しないと決定した固有ベクトルに対しては、データが伝送されないようにマッピングする。
【０１２７】
以下、図２を参照して伝送データ選択器２０１で行うデータと送信アンテナとのマッピング過程を詳しく説明する。
【０１２８】
まず、送信アンテナ及び受信アンテナの数を、それぞれ４と仮定し(すなわち、ＮT＝４、ＮR＝４)、シンボルｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４が初期に伝送される場合を仮定する。この際、本発明の実施形態に応じて、上記雑音信号の正規値及びマトリックスＤの固有値を、数２４乃至数３１の条件に適用してデータ伝送のために使用する送信アンテナを決定する。
【０１２９】
上記送信アンテナの決定過程で、第４のアンテナのみが悪いチャンネルを通ると仮定すると、その次のシンボルは、上記受信側が次のチャンネル状態を把握するまで(すなわち、次の送信固有ベクトルを決定するまで)、上記決定された送信固有ベクトルのみを通じて伝送される。この際、上記チャンネルの状態は静的な状況でないため、連続して周期的にチェックすることが好ましい。
【０１３０】
一方、送信側では、上記シンボルｓ５，ｓ６，ｓ７，ｓ８のように待機しているベクトルシンボルが、伝送データ選択器２０１に入力される。上記伝送データ選択器２０１は、上記受信側からフィードバックされた送信固有ベクトル選択情報に応じて、上記入力されたシンボルが第１の送信アンテナ〜第３の送信アンテナのみを通じて伝送されるように選択する。すなわち、上記送信固有ベクトル選択情報に応じて第１〜第３の送信アンテナのみを使用すると決定されるので、伝送データ選択器２０１は、次の数３８のようなマトリックスで演算して、上記入力シンボルをアンテナにマッピングする。
【０１３１】
【数３８】
2007512760.tif 000040
【０１３２】
したがって、シンボルｓ５，ｓ６，ｓ７及びｓ８が入力されると、上記入力シンボルは数３８のようなマトリックスで乗算される。その後、上記演算に応じてシンボルｓ５，ｓ６及びｓ７のみが直列/並列変換器２０３に入力される。この際、最後のデータ値として０がマッピングされる。すなわち、最後の固有ベクトルで演算されるデータ値は０となる。
【０１３３】
一方、データ伝送の連続性を保持するために、次のシンボルベクトルはシンボルｓ８から再び伝送すべきなので、上記伝送データ選択器２０１は、上記伝送されないシンボルを記憶すべきである。
【０１３４】
次に、上記伝送するシンボルデータが、上記伝送データ選択器２０１によって各アンテナにマッピングされた後に、ＳＶＤ方式の適用に応じて送信固有ベクトル行列Ｖで演算される(ステップ３０５)。上記送信固有ベクトルＶで演算されたデータシンボルは、各送信アンテナを通じて伝送される(ステップ３０７)。
【０１３５】
以下、図４を参照して本発明の実施形態によるデータ受信過程を説明する。
【０１３６】
図４は、本発明の実施形態による選択的ＳＶＤ-ＭＩＭＯシステムで、データ受信方法を示した流れ図である。
【０１３７】
図４を参照すれば、受信側は、上記送信側から伝送されたデータを受信し(ステップ４０１)、その受信データはＳＶＤ方式の適用のための後処理演算器を通じて行列ＵＨで演算される(ステップ４０３)。その後、受信側は、上記受信されたデータを通じてチャンネル推定を行う(ステップ４０５)。次に、上記チャンネル推定を通じて求めたチャンネル行列Ｈに対するＳＶＤ(Singular Value Decomposition)を行う(ステップ４０７)。上述したように、上記行列ＵＨで演算された出力値から推定されたチャンネルは、上記ＳＶＤ方式に応じて行列Ｄのような形態を有する。
【０１３８】
さらに、図２で説明したように、数２７乃至数３７の条件に応じて送信固有ベクトルを選択する(ステップ４０９)。その後、上記計算された送信固有ベクトル行列Ｖ情報及び送信固有ベクトル選択情報は、送信側にフィードバックされて伝送される(ステップ４１１)。この際、上述したように、上記システムが時間分割多重化(ＴＤＤ)システムの場合、送信固有ベクトル行列Ｖは送信側で計算が可能なので、送信固有ベクトル行列Ｖをフィードバックしないことがある。
【０１３９】
上述したように、図３及び図４を参照して本発明の実施形態によるデータ送受信方法を説明した。以下、図５を参照して各送信アンテナに対してチャンネル推定された値から、送信アンテナを決定する方法を説明する。
【０１４０】
図５は、本発明の実施形態による閉ループＭＩＭＯシステムで、送信固有ベクトル選択方法を示した流れ図である。
【０１４１】
図５を参照すれば、まず、受信されたデータに対してＳＶＤを通じてベクトルＤを推定する(ステップ５０１)。この際、Ｋ値をＮＴと仮定する(ステップ５０３)。その後、ＮＴ値から１ずつ減算しながら、送信固有ベクトルに対する選択をするか否かを決定する。さらに、上述した数２７乃至数３７に基づいて選択する固有ベクトルを決定する(ステップ５０５)。その後、上記条件を満たすＫ値を記憶し(ステップ５０７)、次のλに対する検査のために上記Ｋ値から１を減算する(ステップ５０９)。この際、上記記憶されたＫ値に該当する送信アンテナは、データ伝送のために使用されない。
【０１４２】
上記所定のλ値に対してチャンネルの状態が良好で上記条件を満たさなければ(ステップ５０５)、次のλ値に対しても条件を満たさなくなる。したがって、上記条件を満たさないまで、上記記憶されたＫ値に対する送信固有ベクトルとして、データ伝送のために使用しない送信固有ベクトルを最終的に決定する(ステップ５１１)。
【０１４３】
さらに、上記決定された送信アンテナ情報は送信側に伝送され、上記送信側は、次の伝送時に上記該当送信アンテナを使用しない。この際、上記過程で最初の比較で該当する条件が発生しなければ、次の伝送時にも、すべてのアンテナを使用する。
【０１４４】
以上、本発明の詳細について具体的な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及び該記載と同等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】従来の技術によるＭＩＭＯシステムのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による閉ループＭＩＭＯシステムのブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による閉ループＭＩＭＯシステムで、データ送信方法を示した流れ図である。
【図４】本発明の実施形態による閉ループＭＩＭＯシステムで、データ受信方法を示した流れ図である。
【図５】本発明の実施形態による閉ループＭＩＭＯシステムで、送信固有ベクトルの選択方法を示した流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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