(57)【要約】【課題】三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列を生成する方法と装置、及び送信機を提供すること。【解決手段】本発明の一実施例に係る三次元のマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）システムのためのプリコーディング行列を生成する方法は、送信機と受信機の間の三次元チャネルの水平成分情報に関する目的水平情報プリコーディング行列を取得し、送信機と受信機の間の三次元チャネルの垂直成分情報に関する目的垂直情報プリコーディング行列を取得し、送信機と受信機の間の三次元チャネルに関する目的連合プリコーディング行列を取得し、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列、及び目的連合プリコーディング行列に基づいて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する。【選択図】図１
2019041425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端末であって、
第１のプリコーディング行列インジケータ、第２のプリコーディング行列インジケータ、第３のプリコーディング行列インジケータ、及び第４のプリコーディング行列インジケータを取得する処理部と、
前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータを送信する送信部とを備え、
前記第１のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第１次元成分を指示するものであり、
前記第２のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第２次元成分を指示するものであり、
前記第３のプリコーディング行列インジケータと前記第４のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の連合成分を指示するものである、端末。
【請求項２】
前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータは、マルチアンテナシステムのプリコーディング行列を特定するために用いられる、請求項１に記載の端末。
【請求項３】
前記プリコーディング行列は、次の式によって定められ、
【数８】
2019041425.tif 000013
ここで、Cがマルチアンテナシステムのプリコーディング行列であり、W1が前記第１次元成分であり、W2が前記第２次元成分であり、
2019041425.tif 000014
が前記連合成分であり、Ωが前記連合成分の幅要素であり、Gが前記連合成分の位相要素である、
請求項２に記載の端末。
【請求項４】
各チャネルランク数について、前記プリコーディング行列の3次元プリコーディングベクトルは、次の式によって定められ、
【数９】
2019041425.tif 000015
ここで、ｃは、プリコーディング行列を列ごとにベクトル化した三次元プリコーディングベクトルである、請求項３に記載の端末。
【請求項５】
前記連合成分のうちの非主対角線要素または非主対角線行列ブロックが零である、
請求項１乃至４のいずれか1項に記載の端末。
【請求項６】
前記第３のプリコーディング行列が前記プリコーディング行列の幅要素を指示するものであり、
前記第４のプリコーディング行列が前記プリコーディング行列の位相要素を指示するものである
請求項１に記載の端末。
【請求項７】
前記第３のプリコーディング行列は、第３の帯域幅単位で送信され、
前記第４のプリコーディング行列は、第４の帯域幅単位で送信される、
請求項１または請求項６に記載の端末。
【請求項８】
前記第３の帯域幅は、前記第４の帯域幅より大きい、
請求項７に記載の端末。
【請求項９】
前記第３の帯域幅が広帯域であり、
前記第４の帯域幅が狭帯域である、
請求項７に記載の端末。
【請求項１０】
プリコーディング行列インジケータを送信する送信方法であって、
第１のプリコーディング行列インジケータ、第２のプリコーディング行列インジケータ、第３のプリコーディング行列インジケータ、及び第４のプリコーディング行列インジケータを取得するステップと、
前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータを送信するステップとを含み、
前記第１のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第１次元成分を指示するものであり、
前記第２のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第２次元成分を指示するものであり、
前記第３のプリコーディング行列インジケータと前記第４のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の連合成分を指示するものである、送信方法。
【請求項１１】
基地局であって、
第１のプリコーディング行列インジケータ、第２のプリコーディング行列インジケータ、第３のプリコーディング行列インジケータ、及び第４のプリコーディング行列インジケータを受信する受信部と、
前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータに従って、マルチアンテナシステムのプリコーディング行列を特定する処理部とを備え、
前記第１のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第１次元成分を指示するものであり、
前記第２のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第２次元成分を指示するものであり、
前記第３のプリコーディング行列インジケータと前記第４のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の連合成分を指示するものである、基地局。
【請求項１２】
プリコーディング行列を特定する特定方法であって、
第１のプリコーディング行列インジケータ、第２のプリコーディング行列インジケータ、第３のプリコーディング行列インジケータ、及び第４のプリコーディング行列インジケータを取得するステップと、
前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータに従って、マルチアンテナシステムのプリコーディング行列を特定するステップとを含み、
前記第１のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第１次元成分を指示するものであり、
前記第２のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第２次元成分を指示するものであり、
前記第３のプリコーディング行列インジケータと前記第４のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の連合成分を指示するものである、特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリコーディング行列を生成する方法と装置、及び送信機に関し、より具体的には、本発明は三次元のマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）システムのためのプリコーディング行列を生成する方法及び相応する装置、並びに三次元のマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）システムのためのプリコーディング行列を生成する送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）通信システム、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ通信システム、５Ｇ、新しい無線アクセス技術（ＮＲ：Ｎｅｗ  Ｒａｔ）において、無線基地局及び移動局でマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）アンテナシステムを使用できる。ＭＩＭＯシステムにおいては、信号の送受信機に複数のアンテナを設置し、ダイバーシチ或いは多重によってシステムの性能を向上させる。
【０００３】
ＭＩＭＯシステムにおける周波数スペクトルの利用率をさらに改善するために、信号伝播の方位角（即ち、水平方向角）と俯仰角（即ち、垂直方向角）を制御することができる三次元空間（以下、「三次元」と略称する）のＭＩＭＯシステムが提案されている。しかし、従来の方位角のみを制御する二次元のＭＩＭＯシステムと比べて、アンテナの垂直軸上の分布を加えたので、三次元のＭＩＭＯシステムにおけるアンテナの数が大きく、チャネルの次元数が高い。これにより、三次元のＭＩＭＯシステムにおけるプリコーディング行列のサーチと生成のための計算が複雑になるとともに、コードブックは大きな記憶空間を占める必要がある。
【０００４】
例えば、三次元のＭＩＭＯシステムでのトランスポートチャネル（以下、「三次元チャネル」と略称する）に対して、コードブックの構成を回転することにより、以下の式１により当該チャネルのためのプリコーディング行列又はチャネル量子化行列（以下、プリコーディング行列を例にとる）Ｃを取得することができる。
[式１]
Ｃ＝Ｗ１Ｗ２
【０００５】
ここで、Ｗ１は三次元チャネルの統計の空間相関行列であり、Ｗ２は三次元チャネルの瞬時及び／又は狭帯域情報を反映する基本コードワードであり、そしてＷ１を回転することにより、当該三次元チャネルに適するものに替えたＷ２を取得することができる。
【０００６】
三次元ＭＩＭＯの周波数分割二重（ＦＤＤ）システムに対して回転コードブック構成を使用する場合には、予め複数の三次元チャネルについての候補空間相関行列を含む空間相関行列コードブック、及び複数の候補基本コードワードを含む基本コードブックを記憶する必要がある。受信機がプリコーディング行列を選択するとき、予め記憶されている空間相関行列コードブックと基本コードブックの中でサーチすることにより、三次元チャネルのチャネルレスポンスにマッチした三次元チャネル空間相関行列Ｗ１と基本コードワードＷ２を取得する。
【０００７】
仮に三次元のＭＩＭＯシステムが８´８のアンテナ行列を含む場合、それぞれの三次元チャネル空間相関行列ごとのサイズは６４´６４である。つまり、無線基地局及び移動局のいずれも大きな記憶空間によってコードブックを記憶する必要があり、また回転プリコーディング行列Ｃを生成する際の計算複雑度が非常に高い。
【０００８】
複雑度を下げるために、三次元チャネルの水平方向と垂直方向に対してそれぞれ水平情報プリコーディング行列と垂直情報プリコーディング行列を特定するとともに、以下の式２に示すように三次元チャネルのプリコーディング行列Ｃを生成することが提案されている。
【数１】
2019041425.tif 000003
【０００９】
ここで、Ｗｈは三次元チャネルの水平方向上の水平情報プリコーディング行列であり、Ｗvは三次元チャネルの垂直方向上の垂直情報プリコーディング行列であり、ＷvＴはＷvの転置行列である。
【００１０】
また、方向毎に以上の結合式１に述べた回転コードブック構成を使用して、以下の式３によりＷｈを取得し、また以下の式４によりＷvを取得してもよい。
[式３]
Ｗｈ＝Ｗｈ,１Ｗｈ,２
[式４]
Ｗv＝Ｗv,１Ｗv,２
【００１１】
ここで、Ｗｈ,１は三次元チャネルの水平方向上の空間相関行列であり、Ｗｈ,１の回転変換によって当該三次元チャネルの水平方向上に適する水平基本コードワードＷｈ,２を取得する。類似して、Ｗv,１は三次元チャネルの垂直方向上の空間相関行列であり、Ｗv,１の回転変換によって当該三次元チャネルの垂直方向上に適する垂直基本コードワードＷv,２を取得する。
【００１２】
仮に三次元のＭＩＭＯシステムが８´８のアンテナ行列を含む場合、Ｗｈ,１とＷv,１のいずれも８´８の行列である。従って、コードブックが占める記憶空間を低減し、プリコーディング行列を生成するための計算複雑度を下げることになる。
【００１３】
但し、このように生成された三次元チャネルのプリコーディング行列構成は実際の三次元チャネル行列と異なり、また、水平方向と垂直方向において同じ情報が量子化され、これにより量子化精度が低下し、量子化誤差が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の問題点に鑑みて、三次元のマルチ入力マルチ出力システムのためのプリコーディング行列を生成する方法及び装置、並びに三次元のマルチ入力マルチ出力システムのためのプリコーディング行列を生成する送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一実施例によれば、三次元のマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）システムのためのプリコーディング行列を生成する方法であって、送信機と受信機の間の三次元チャネルの水平成分情報に関する目的水平情報プリコーディング行列を取得するステップと、送信機と受信機の間の三次元チャネルの垂直成分情報に関する目的垂直情報プリコーディング行列を取得するステップと、送信機と受信機の間の三次元チャネルに関する目的連合プリコーディング行列を取得するステップと、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列、及び目的連合プリコーディング行列に基づいて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算するステップと、を有する方法を提供する。
【００１６】
本発明のもう一つの実施例によれば、三次元のマルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）システムのためのプリコーディング行列を生成する、送信機に適用される方法であって、受信機から第１の目的水平情報プリコーディング行列を示す第１の水平情報インジケータ、第２の目的水平情報プリコーディング行列を示す第２の水平情報インジケータ、第１の目的垂直情報プリコーディング行列を示す第１の垂直情報インジケータ、及び第２の目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２の垂直情報インジケータを受信し、その中で、第１の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上で統計した水平成分情報を示し、第２の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの瞬時及び／又は狭帯域の水平成分情報を示し、第１の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上で統計した垂直成分情報を示し、第２の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの瞬時及び／又は狭帯域の垂直成分情報を示すステップと、第１の水平情報インジケータに基づいて、予め記憶されている第１の水平情報コードブックの中から第１の目的水平情報プリコーディング行列を取得するステップと、第２の水平情報インジケータに基づいて、予め記憶されている第２の水平情報コードブックの中から第２の目的水平情報プリコーディング行列を取得するステップと、第１の垂直情報インジケータに基づいて、予め記憶されている第１の垂直情報コードブックの中から第１の目的垂直情報プリコーディング行列を取得するステップと、第２の垂直情報インジケータに基づいて、予め記憶されている第２の垂直情報コードブックの中から第２の目的垂直情報プリコーディング行列を取得するステップと、第２の目的水平情報プリコーディング行列と第２の目的垂直情報プリコーディング行列に基づいて、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を取得するステップと、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を補正することにより、補正された瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を取得するステップと、第１の目的水平情報プリコーディング行列、第１の目的垂直情報プリコーディング行列、及び補正された瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列に基づいて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算するステップと、を有する方法を提供する。
【００１７】
本発明のもう一つの実施例によれば、送信機であって、受信機から第１の目的水平情報プリコーディング行列を示す第１の水平情報インジケータ、第２の目的水平情報プリコーディング行列を示す第２の水平情報インジケータ、第１の目的垂直情報プリコーディング行列を示す第１の垂直情報インジケータ、及び第２の目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２の垂直情報インジケータを受信し、その中で、第１の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上で統計した水平成分情報を示し、第２の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの瞬時及び／又は狭帯域の水平成分情報を示し、第１の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上で統計した垂直成分情報を示し、第２の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの瞬時及び／又は狭帯域の垂直成分情報を示す受信部と、第１の水平情報インジケータに基づいて、予め記憶されている第１の水平情報コードブックの中から第１の目的水平情報プリコーディング行列を取得する第１の水平行列取得部と、第２の水平情報インジケータに基づいて、予め記憶されている第２の水平情報コードブックの中から第２の目的水平情報プリコーディング行列を取得する第２の水平行列取得部と、第１の垂直情報インジケータに基づいて、予め記憶されている第１の垂直情報コードブックの中から第１の目的垂直情報プリコーディング行列を取得する第１の垂直行列取得部と、第２の垂直情報インジケータに基づいて、予め記憶されている第２の垂直情報コードブックの中から第２の目的垂直情報プリコーディング行列を取得する第２の垂直行列取得部と、第２の目的水平情報プリコーディング行列と第２の目的垂直情報プリコーディング行列に基づいて、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を取得する重み付き行列取得部と、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を補正することにより、補正された瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を取得する重み付き行列補正部と、第１の目的水平情報プリコーディング行列、第１の目的垂直情報プリコーディング行列、及び補正された瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列に基づいて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する計算部と、を備える送信機を提供する。
【００１８】
本発明のもう一つの実施例によれば、送信機であって、受信機から長時間・広帯域の目的水平情報プリコーディング行列を示す長時間・広帯域の水平情報インジケータ、瞬時・狭帯域の目的水平情報プリコーディング行列を示す瞬時・狭帯域の水平情報インジケータ、長時間・広帯域の目的垂直情報プリコーディング行列を示す長時間・広帯域の垂直情報インジケータ、及び瞬時・狭帯域の目的垂直情報プリコーディング行列を示す瞬時・狭帯域の垂直情報インジケータを受信し、その中で、長時間・広帯域、瞬時・狭帯域の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上での水平成分情報を示し、長時間・広帯域、瞬時・狭帯域の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上での垂直成分情報を示す受信部と、長時間・広帯域の水平情報インジケータに基づいて、予め記憶されている長時間・広帯域の水平情報コードブックの中から長時間・広帯域の目的水平情報プリコーディング行列を取得する第１の行列取得部と、瞬時・狭帯域の水平情報インジケータに基づいて、予め記憶されている瞬時・狭帯域の水平情報コードブックの中から瞬時・狭帯域の目的水平情報プリコーディング行列を取得する第２の行列取得部と、長時間・広帯域の垂直情報インジケータに基づいて、予め記憶されている長時間・広帯域の垂直情報コードブックの中から長時間・広帯域の目的垂直情報プリコーディング行列を取得する第３の行列取得部と、瞬時・狭帯域の垂直情報インジケータに基づいて、予め記憶されている瞬時・狭帯域の垂直情報コードブックの中から瞬時・狭帯域の目的垂直情報プリコーディング行列を取得する第４の行列取得部と、瞬時・狭帯域の目的水平情報プリコーディング行列と瞬時・狭帯域の目的垂直情報プリコーディング行列に基づいて、瞬時・狭帯域の重み付き係数行列を取得する第５の行列取得部と、瞬時・狭帯域の重み付き係数行列を補正することにより、補正された瞬時・狭帯域の重み付き係数行列を取得する補正部と、長時間・広帯域の目的水平情報プリコーディング行列、長時間・広帯域の目的垂直情報プリコーディング行列、及び補正された瞬時・狭帯域の重み付き係数行列に基づいて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する計算部と、を備える送信機を提供する。
【００１９】
本発明の他の一つの実施例によれば、端末を提供する。該端末は、第１のプリコーディング行列インジケータ、第２のプリコーディング行列インジケータ、第３のプリコーディング行列インジケータ、及び第４のプリコーディング行列インジケータを取得する処理部と、前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータを送信する送信部とを備え、前記第１のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第１次元成分を指示するものであり、前記第２のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第２次元成分を指示するものであり、前記第３のプリコーディング行列インジケータと前記第４のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の連合成分を指示するものである。
【００２０】
本発明の他の一つの実施例によれば、プリコーディング行列インジケータを送信する送信方法を提供する。該送信方法は、第１のプリコーディング行列インジケータ、第２のプリコーディング行列インジケータ、第３のプリコーディング行列インジケータ、及び第４のプリコーディング行列インジケータを取得するステップと、前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータを送信するステップとを含み、前記第１のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第１次元成分を指示するものであり、前記第２のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第２次元成分を指示するものであり、前記第３のプリコーディング行列インジケータと前記第４のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の連合成分を指示するものである。
【００２１】
本発明の他の一つの実施例によれば、基地局を提供する。該基地局は、第１のプリコーディング行列インジケータ、第２のプリコーディング行列インジケータ、第３のプリコーディング行列インジケータ、及び第４のプリコーディング行列インジケータを受信する受信部と、前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータに従って、マルチアンテナシステムのプリコーディング行列を特定する処理部とを備え、前記第１のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第１次元成分を指示するものであり、前記第２のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第２次元成分を指示するものであり、前記第３のプリコーディング行列インジケータと前記第４のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の連合成分を指示するものである。
【００２２】
本発明の他の一つの実施例によれば、プリコーディング行列を特定する特定方法を提供する。該特定方法は、第１のプリコーディング行列インジケータ、第２のプリコーディング行列インジケータ、第３のプリコーディング行列インジケータ、及び第４のプリコーディング行列インジケータを取得するステップと、前記第１のプリコーディング行列インジケータ、前記第２のプリコーディング行列インジケータ、前記第３のプリコーディング行列インジケータ、及び前記第４のプリコーディング行列インジケータに従って、マルチアンテナシステムのプリコーディング行列を特定するステップとを含み、前記第１のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第１次元成分を指示するものであり、前記第２のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の第２次元成分を指示するものであり、前記第３のプリコーディング行列インジケータと前記第４のプリコーディング行列インジケータがプリコーディング行列の連合成分を指示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例によって三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列を生成する方法を説明するフローチャートである。
【図２】図１に示す方法を受信機に適用する際に、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列及び目的連合プリコーディング行列を取得する方法を示す模式的なフローチャートである。
【図３】図１に示す方法を送信機に適用する際に、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列及び目的連合プリコーディング行列を取得する方法を示す模式的なフローチャートである。
【図４ａ】式２−４をもとに説明したプリコーディング行列生成方法と図１をもとに説明したプリコーディング行列生成方法１００を示すコーディング性能の比較図であり、ここで、プリコーディング行列生成方法１００において、水平情報コードブックでは水平チャネル空間相関行列の特徴ベクトルからなる行列を水平情報プリコーディング行列として採用し、垂直情報コードブックでは垂直チャネル空間相関行列の特徴ベクトルからなる行列を垂直情報プリコーディング行列として採用する。
【図４ｂ】水平情報コードブックで水平チャネル空間相関行列のすべての特徴ベクトルからなる水平情報プリコーディング行列を採用するとともに、垂直情報コードブックで垂直チャネル空間相関行列のすべての特徴ベクトルからなる垂直情報プリコーディング行列を採用するプリコーディング行列のプリコーディング行列生成方法１００−aと、水平情報コードブックで水平チャネル空間相関行列の部分的な主な特徴ベクトルからなる水平情報プリコーディング行列（即ち、次元が低下された水平情報プリコーディング行列）を採用するとともに、垂直情報コードブックで垂直チャネル空間相関行列の部分的な主な特徴ベクトルからなる垂直情報プリコーディング行列（即ち、次元が低下された垂直情報プリコーディング行列）を採用するプリコーディング行列のプリコーディング行列生成方法１００−ｂとのコーディング性能の比較図である。
【図５】本発明の一実施例による三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列を生成する装置（以下、プリコーディング行列生成装置と略称する）を示す例示的な構成ブロック図である。
【図６】本発明の一実施例による第３の行列取得部を示す例示的な構成ブロック図である。
【図７】本発明のもう一つの実施例による第３の行列取得部を示す例示的な構成ブロック図である。
【図８】本発明のもう一つの実施例によって三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列を生成する方法（以下、プリコーディング行列生成方法と略称する）を説明したフローチャートである。
【図９】第２の目的水平プリコーディング行列と第２の目的垂直プリコーディング行列に基づいて瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列Ａを取得することを例示的に示す。
【図１０】本発明の一実施例による送信機を示す例示的な構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。本明細書と図面において、基本的に同一のステップと素子を有するものに同一の参考符号を付し、これらのステップと素子については重複する説明を省略する。以下の実施例において、上付き記号である（）Ｔは行列又はベクトルに対して転置することを表し、上付き記号である（）Ｈは行列又はベクトルに対して共役転置を行うことを表し、ｖｅｃ（Ａ）は行列Ａに対して列ごとにベクトル化をすることを表し、「。」はアダマール積（Ｈａｄａｍａｒｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ）或いはエントリ順積（Ｅｎｔｒｙｗｉｓｅ  ｐｒｏｄｕｃｔ）であり、
2019041425.tif 000004
はクロネッカー積（Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ  ｐｒｏｄｕｃｔ）である。
【００２５】
本発明の実施例による方法、装置、送信機、端末、及び基地局は、ＬＴＥ−Ａ（ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ）、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、４Ｇ、５Ｇ、ＦＲＡ（Ｆｕｔｕｒｅ  Ｒａｄｉｏ  Ａｃｃｅｓｓ）、ＮＲ（Ｎｅｗ  Ｒａｔ）などの通信システムに適用してもよい。
【００２６】
図１は、本発明の一実施例によって三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列を生成する方法（以下、プリコーディング行列生成方法と略称する）１００を説明するフローチャートである。以下、図１を参照して本発明の一実施例によるプリコーディング行列生成方法１００を説明する。
【００２７】
図１に示すように、ステップＳ１０１で、送信機と受信機の間の三次元チャネルの水平成分情報に関する目的水平情報プリコーディング行列を取得する。好ましくは、目的水平情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した水平成分情報を示す。例えば、目的水平プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時間帯内に、周波数帯域上で統計した長時間及び／又は広帯域の水平成分情報を示してもよい。代えて、目的水平情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時刻及び／又は特定の周波数（瞬時及び／又は狭帯域）上の水平成分情報を示してもよい。
【００２８】
本発明の一例示によると、目的水平情報プリコーディング行列は、第１の所定閾値以上の三次元のＭＩＭＯシステムの水平成分情報の特徴値に対応する水平成分情報の特徴ベクトルにより構成される。例えば、目的水平情報プリコーディング行列の、三次元チャネルの水平情報に対する量子化精度を確保するために、目的水平情報プリコーディング行列は、三次元チャネルでの水平成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成される。しかし、特徴ベクトルの数が多い場合には、すべての特徴ベクトルにより目的水平情報プリコーディング行列を構成しなくてもよい。好ましくは、後の計算の便宜のために、三次元のＭＩＭＯシステムの水平成分情報の大きい特徴値に対応する水平成分情報の特徴ベクトルにより目的水平情報プリコーディング行列を構成して、目的水平プリコーディング行列の次元を低下させる。例えば、目的水平プリコーディング行列は、三次元チャネルでの水平成分の空間相関行列の最も大きい水平特徴値に対応する水平特徴ベクトルと、二番目に大きい水平特徴値に対応する水平特徴ベクトルを含むものであってもよい。
【００２９】
また、本発明のもう一つ例示によると、ステップＳ１０１で、予め記憶されている複数の水平情報プリコーディング行列を含む水平情報コードブックの中から前記目的水平情報プリコーディング行列を選択する。異なるチャネルランクの数（以下、チャネルランク数と略称する）について、予め異なる水平情報コードブックを記憶してもよい。即ち、現れる可能性があるチャネルランク数によって、予め当該チャネルランク数に相応する水平情報コードブックを記憶する。ステップＳ１０１で、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶された水平情報コードブックの中から目的水平情報プリコーディング行列を選択する。代えて、現れる可能性がある異なるチャネルランク数に対して、予め同じ水平情報コードブックを記憶してもよい。即ち、受信機が受信するチャネルランク数に関わらず、予め記憶された同じ水平情報コードブックに対応する。このような場合に、受信機が受信するチャネルランク数が１より大きいときは、これらの複数のチャネルランクの目的水平情報プリコーディング行列は同じでよい。
【００３０】
取得される目的水平情報プリコーディング行列が三次元チャネルでの水平成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成されることが望ましいときは、予め記憶されている水平情報プリコーディング行列はいずれも三次元チャネルでの水平成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成される。また、取得される目的水平情報プリコーディング行列が次元の低下された行列であることが望ましいときは、予め記憶されている水平情報プリコーディング行列はいずれも第１の所定閾値以上の三次元のＭＩＭＯシステムの水平成分情報の特徴値に対応する水平成分情報の特徴ベクトルにより構成され、これによりコードブックの記憶に必要な記憶空間が節約される。
【００３１】
ステップＳ１０１に似て、ステップＳ１０２で、送信機と受信機の間の三次元チャネルの垂直成分情報に関する目的垂直情報プリコーディング行列を取得する。好ましくは、目的垂直情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した垂直成分情報を示してもよい。例えば、目的垂直プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時間帯内に、周波数帯域上で統計した長時間及び／又は広帯域の垂直成分情報を示してもよい。代えて、目的垂直情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時刻及び／又は特定の周波数（瞬時及び／又は狭帯域）上で統計した垂直成分情報を示してもよい。
【００３２】
本発明の一例示によると、目的垂直情報プリコーディング行列は、第２の所定閾値以上の三次元のＭＩＭＯシステムの垂直成分情報の特徴値に対応する垂直成分情報の特徴ベクトルにより構成される。例えば、目的垂直情報プリコーディング行列の、三次元チャネルの垂直情報に対する量子化精度を確保するために、目的垂直情報プリコーディング行列は、三次元チャネルでの垂直成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成される。しかし、特徴ベクトルの数が多い場合には、すべての特徴ベクトルにより目的垂直情報プリコーディング行列を構成しなくてもよい。好ましくは、後の計算の便宜のために、三次元のＭＩＭＯシステムの垂直成分情報の大きい特徴値に対応する垂直成分情報の特徴ベクトルにより目的垂直情報プリコーディング行列を構成して、目的垂直プリコーディング行列の次元を低下させる。例えば、目的垂直プリコーディング行列は、三次元チャネルでの垂直成分の空間相関行列の最も大きい垂直特徴値に対応する垂直特徴ベクトルと、二番目に大きい垂直特徴値に対応する垂直特徴ベクトルを含むものであってもよい。
【００３３】
また、本発明のもう一つの例示によると、ステップＳ１０２で、予め記憶されている複数の垂直情報プリコーディング行列を含む垂直情報コードブックの中から前記目的垂直情報プリコーディング行列を選択する。現れる可能性がある異なるチャネルランク数によって、予め異なる垂直情報コードブックを記憶してもよい。即ち、現れる可能性があるチャネルランク数に対して、予め当該チャネルランク数に相応する垂直情報コードブックを記憶する。ステップＳ１０２で、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶された垂直情報コードブックの中から目的垂直情報プリコーディング行列を選択する。代えて、現れる可能性がある異なるチャネルランク数に対して、予め同じ垂直情報コードブックを記憶してもよい。即ち、受信機が受信するチャネルランク数に関わらず、いずれも予め記憶された同じ垂直情報コードブックに対応する。このような場合に、受信機が受信するチャネルランク数が１より大きいときは、これらの複数のランクの目的垂直情報プリコーディング行列は同じでよい。
【００３４】
取得される目的垂直情報プリコーディング行列が三次元チャネルでの垂直成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成されることが望ましいときは、予め記憶されている垂直情報プリコーディング行列はいずれも三次元チャネルでの垂直成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成される。また、取得される目的垂直情報プリコーディング行列が次元の低下された行列であることが望ましいときは、予め記憶されている垂直情報プリコーディング行列はいずれも第２の所定閾値以上の三次元のＭＩＭＯシステムの垂直成分情報の特徴値に対応する垂直成分情報の特徴ベクトルにより構成され、これによりコードブックの記憶に必要な記憶空間が節約される。
【００３５】
ステップＳ１０３で、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている複数の連合プリコーディング行列を含む連合コードブックの中から、目的連合プリコーディング行列を選択する。具体的には、目的連合プリコーディング行列は水平成分情報と垂直成分情報に対する重み付き係数行列でよい。また、複数のチャネルランクがあるときは、複数のチャネルランクの目的連合プリコーディング行列は、二つずつが互いに直交する。
【００３６】
本発明の一例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列でよい。連合コードブックは複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックでよい。ステップＳ１０３で、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックの中から、位相目的連合プリコーディング行列を選択してもよい。
【００３７】
また、本発明のもう一つの例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの幅に関する幅目的連合プリコーディング行列と三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列に基づいて取得する。例えば、目的連合プリコーディング行列は幅目的連合プリコーディング行列と位相目的連合プリコーディング行列のエントリ順積である。好ましくは、幅目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）幅情報を示し、位相目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの特定の時刻及び／又は特定の周波数（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）上での位相情報を示す。
【００３８】
連合コードブックは、複数の幅連合プリコーディング行列を含む幅連合コードブックと複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックとを備える。ステップＳ１０３で、予め記憶されている幅連合コードブックから幅目的連合プリコーディング行列を選択するとともに、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている位相連合コードブックから位相目的連合プリコーディング行列を選択してもよい。
【００３９】
複数のチャネルランク数があるときは、隣接する二つのチャネルランクの位相目的連合プリコーディング行列は互いに直交される。より具体的には、現れる可能性がある異なるチャネルランク数に対して、予め異なる位相連合コードブックを記憶してもよい。例えば、現れる可能性があるチャネルランク数＝１であるときに、位相連合コードブック＝｛[Ｇ１,１]，[Ｇ２,１]，．．．，[ＧＭ,１]｝を予め記憶してもよい。ここで、Ｍは位相連合コードブックの中の位相連合プリコーディング行列の個数であり、かつＭは正の整数であり、Ｇは位相連合プリコーディング行列である。現れる可能性があるチャネルランク数＝２であるときに、位相連合コードブック＝｛[Ｇ１,１，Ｇ１,２]，[Ｇ２,１，Ｇ２,２]，．．．，[ＧＭ,１，ＧＭ,２]｝を予め記憶してもよい。ここで、Ｇｉ,１，Ｇｉ,２は直交する（ｉ＝１,２,．．．Ｍ）。現れる可能性があるチャネルランク数＝Ｌ（Ｌは正の整数である）であるときに、位相連合コードブック＝｛[Ｇ１,１，Ｇ１,２，．．．，Ｇ１,Ｌ]，[Ｇ２,１，Ｇ２,２，．．．，Ｇ２,Ｌ]，．．．，[ＧＭ,１，ＧＭ,２，．．．，ＧＭ,Ｌ]｝を予め記憶してもよい。ここで、Ｇｉ,１，Ｇｉ,２，．．．，Ｇｉ,Ｌは二つずつが互いに直交する。そして、ステップＳ１０３で、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックの中から前記位相目的連合プリコーディング行列を選択してもよく、隣接する二つのチャネルランクの位相目的連合プリコーディング行列は互いに直交する。
【００４０】
図２は、図１に示す方法を受信機に適用する際に、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列及び目的連合プリコーディング行列を取得する方法を示す模式的なフローチャートである。
【００４１】
図２に示すように、ステップＳ２０１で、送信機と受信機の間での三次元チャネルレスポンスに基づいて、前記水平チャネル成分情報と前記垂直チャネル成分情報を計算する。例えば、受信機が送信機から受信したパイロット信号に基づいて、送信機と受信機の間での三次元チャネルレスポンスを推定してもよい。
【００４２】
そして、ステップＳ２０２で、水平情報コードブックからサーチすることにより、水平チャネル情報にマッチする水平情報プリコーディング行列を、目的水平情報プリコーディング行列として取得する。また、ステップＳ２０３で、垂直情報コードブックからサーチすることにより、垂直チャネル情報にマッチする垂直情報プリコーディング行列を取得し、目的垂直情報プリコーディング行列として取得する。
【００４３】
そして、ステップＳ２０４で、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列と三次元チャネルレスポンス、及び受信機により特定されたチャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている複数の連合プリコーディング行列を含む連合コードブックの中から目的連合プリコーディング行列を選択する。例えば、受信機はチャネル容量を最大にするランク数をチャネルランク数と特定してもよい。
【００４４】
前述のように、本発明の一例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列であってもよいし、連合コードブックは複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックでよい。ステップＳ２０４で、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する位相連合コードブックの中の各位相連合プリコーディング行列について、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列及び当該連合プリコーディング行列を通じて三次元のＭＩＭＯシステムの候補プリコーディング行列を計算し、また、三次元チャネルレスポンスにマッチする候補プリコーディング行列に対応する位相連合プリコーディング行列を目的位相連合プリコーディング行列とする。
【００４５】
また、本発明のもう一つの例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの幅に関する幅目的連合プリコーディング行列と三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列に基づいて取得する。また、連合コードブックは、複数の幅連合プリコーディング行列を含む幅連合コードブックと複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックとを備える。ステップＳ２０４で、まず目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列及び三次元チャネルレスポンスによって、参照行列を計算する。幅連合コードブックからサーチすることにより、参照行列にマッチする幅連合プリコーディング行列を、目的幅連合プリコーディング行列として取得する。
【００４６】
好ましくは、以下の式５により長時間及び／又は広帯域上で統計した参照行列Ω’の素子
2019041425.tif 000005
を計算する。
【数２】
2019041425.tif 000006
【００４７】
ここで、Ｗｈ(:,i)はサーチされた目的水平情報プリコーディング行列Ｗｋの第ｉ列（即ち、水平チャネル情報のｉ番目の特徴ベクトル）であり、Ｈは三次元チャネルレスポンスであり、Ｗv(:,j)はサーチされた目的垂直情報プリコーディング行列Ｗvの第ｊ列（即ち、垂直チャネル情報のｊ番目の特徴ベクトル）である。
2019041425.tif 000007
は三次元空間の伝播特徴ベクトル
【数３】
2019041425.tif 000008
に対応する重み付き係数の幅値である。
【００４８】
そして、チャネルランク数によって、当該チャネルランク数に相応する位相連合コードブックの中の各位相連合プリコーディング行列について、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列、目的幅連合プリコーディング行列及び当該連合プリコーディング行列を通じて三次元のＭＩＭＯシステムの候補プリコーディング行列を計算し、また、三次元チャネルレスポンスにマッチする候補プリコーディング行列に対応する位相連合プリコーディング行列を目的位相連合プリコーディング行列とする。
【００４９】
例えば、チャネルランク数＝１である場合に、行列形式で表した三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列は以下の式６により位相目的連合プリコーディング行列を取得してもよい。
【数４】
2019041425.tif 000009
【００５０】
つまり、
【数５】
2019041425.tif 000010
を最大値にさせる位相連合プリコーディング行列Ｇｉが位相目的連合プリコーディング行列になる。ここで、Ｗｈは目的水平情報プリコーディング行列であり、Ｗvは目的垂直情報プリコーディング行列であり、Ωは目的幅連合プリコーディング行列であり、Ｇｉは位相連合コードブックでの位相連合プリコーディング行列であり、ｉは位相連合コードブックでの位相連合プリコーディング行列の番号である。
【００５１】
そして、目的位相連合プリコーディング行列と目的幅連合プリコーディング行列に基づいて、例えばエントリ順積により目的連合プリコーディング行列を計算する。
【００５２】
図３は、図１に示す方法を送信機に適用する際に、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列及び目的連合プリコーディング行列を取得する方法を示す模式的なフローチャートである。
【００５３】
図３に示すように、ステップＳ３０１で、受信機から目的水平情報プリコーディング行列を示す第１のインジケータ、目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２のインジケータ、及び目的連合プリコーディング行列を示す第３のインジケータを受信する。ステップＳ３０２で、受信機からチャネルランク数を示すためのチャネルランク数インジケータを受信する。そして、ステップＳ３０３で、水平情報コードブックから、第１のインジケータに対応する水平情報プリコーディング行列を、目的水平情報プリコーディング行列として取得する。また、ステップＳ３０４で、垂直情報コードブックから、第２のインジケータに対応する垂直情報プリコーディング行列を、目的垂直情報プリコーディング行列として取得する。また、ステップＳ３０５で、当該チャネルランク数に相応する連合コードブックから、前記第３のインジケータに対応する連合プリコーディング行列を、前記位相連合プリコーディング行列として取得する。
【００５４】
前述のように、本発明の一例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列であってもよく、そして連合コードブックは複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックであってもよい。このような場合には、第３のインジケータは位相目的連合プリコーディング行列の位相インジケータを示す。ステップＳ３０５で、チャネルランク数インジケータに基づいてチャネルランク数を特定してから、当該チャネルランク数に相応する位相連合コードブックから、第３のインジケータに対応する位相連合プリコーディング行列を、目的位相連合プリコーディング行列として取得してもよい。
【００５５】
また、本発明のもう一つの例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの幅に関する幅目的連合プリコーディング行列と三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列に基づいて取得したものであり、且つ連合コードブックは、複数の幅連合プリコーディング行列を含む幅連合コードブックと複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックとを備える。このような場合には、第３のインジケータは位相目的連合プリコーディング行列を示す位相インジケータと幅目的連合プリコーディング行列を示す幅インジケータを含んでもよい。ステップＳ３０５で、幅連合コードブックにおいて、幅インジケータに対応する幅連合プリコーディング行列を取得して幅目的連合プリコーディング行列とし、その一方、チャネルランク数インジケータに基づいてチャネルランク数を特定してから、当該チャネルランク数に相応する位相連合コードブックにおいて、第３のインジケータに対応する位相連合プリコーディング行列を取得して目的位相連合プリコーディング行列とする。そして、目的位相連合プリコーディング行列と目的幅連合プリコーディング行列に基づいて、例えばエントリ順積により目的連合プリコーディング行列を計算する。
【００５６】
注意すべきことは、図３に示す方法の各ステップは示された順番で実行しなくてもよい。逆順に或いは並行していくつかのステップを実行してもよい。例えば、受信機から目的水平情報プリコーディング行列を示す第１のインジケータ、目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２のインジケータ、及び目的連合プリコーディング行列を示す第３のインジケータを受信するステップ（ステップＳ３０１）と、受信機からチャネルランク数を示すためのチャネルランク数インジケータを受信するステップ（ステップＳ３０２）を同時に実行してもよく、また、まず受信機からチャネルランク数を示すためのチャネルランク数インジケータを受信するステップ（ステップＳ３０２）を実行してから、受信機から目的水平情報プリコーディング行列を示す第１のインジケータ、目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２のインジケータ、及び目的連合プリコーディング行列を示す第３のインジケータを受信するステップ（ステップＳ３０１）を実行してもよい。
【００５７】
図１に戻って、ステップＳ１０４で、各目的水平情報プリコーディング行列、各目的垂直情報プリコーディング行列、及び各目的連合プリコーディング行列を通じて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する。具体的には、また、各チャネルランク数について、当該チャネルランク数の目的水平情報プリコーディング行列、前記目的垂直情報プリコーディング行列、及び前記目的連合プリコーディング行列を通じて、当該チャネルランク数の三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する。
【００５８】
例えば、チャネルの各チャネルランク数について、以下の式７により、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列、及び目的連合プリコーディング行列に基づいて、当該チャネルランク数の三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算してもよい。
【数６】
2019041425.tif 000011
【００５９】
ここで、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列Ｃの次元数はth×tvであり、thは水平方向のアンテナ数であり、tvは垂直方向のアンテナ数であり、且つthとtvは正の整数であり、Ｗｈは目的水平情報プリコーディング行列であり、Ｗvは目的垂直情報プリコーディング行列であり、Ωは目的幅連合プリコーディング行列であり、Ｇは目的位相連合プリコーディング行列である。
【００６０】
代えて、式８に示すように、各チャネルランク数について、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列が列ごとにベクトル化された三次元プリコーディングベクトルｃを取得してもよい。
【数７】
2019041425.tif 000012
【００６１】
本実施例に係るプリコーディング行列生成方法においては、互いに独立した目的水平プリコーディング行列と目的垂直プリコーディング行列が採用され、前記三次元チャネル相関行列と三次元チャネル回転行列を採用してプリコーディング行列を計算する方法に比べて、移動局においてコードブックを記憶するために必要な空間が低減され、コードブックの中でチャネル行列をサーチする際に、コードブックの遍歴にかかる時間が低減されるとともに、さらにチャネル行列に基づいてプリコーディング行列を取得するために必要な計算を簡素化させる。
【００６２】
また、本実施例に係るプリコーディング行列生成方法においては、目的水平プリコーディング行列と目的垂直プリコーディング行列の両者に対する重み付き係数行列として目的連合プリコーディング行列が採用され、前記水平方向と垂直方向から離れたチャネル相関行列を採用してプリコーディング行列を計算する方法に比べて、生成された三次元チャネルのプリコーディング行列の構成がより実際の三次元チャネル行列に近づき、量子化精度を向上させることにより、誤差を減少させる。
【００６３】
注意すべきことは、図１に示す方法の各ステップは示された順番で実行しなくてもよい。逆順に或いは並行していくつかのステップを実行してもよい。例えば、図２をもとに説明した例示において、目的水平情報プリコーディング行列を取得するステップ（即ち、ステップＳ２０２、ステップＳ１０１に対応する）と、目的垂直情報プリコーディング行列を取得するステップ（即ち、ステップＳ２０３、ステップＳ１０２に対応する）を同時に実行してから、取得された目的水平情報プリコーディング行列と目的垂直情報プリコーディング行列に基づいて目的連合プリコーディング行列を取得してもよい（即ち、ステップＳ２０４、ステップＳ１０３に対応する）。また、例えば、図３をもとに説明した例示において、目的水平情報プリコーディング行列を取得するステップ（即ち、ステップＳ３０２、ステップＳ１０１に対応する）と、目的垂直情報プリコーディング行列を取得するステップ（即ち、ステップＳ３０３、ステップＳ１０２に対応する）と、及び取得された目的水平情報プリコーディング行列と目的垂直情報プリコーディング行列に基づいて目的連合プリコーディング行列を取得するステップ（即ち、ステップＳ３０４、ステップＳ１０３に対応する）を同時に実行してもよい。
【００６４】
なお、受信機に適用するときには、図１に示す方法は、特定された目的水平情報プリコーディング行列を示す第１のインジケータ、目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２のインジケータ、及び目的連合プリコーディング行列を示す第３のインジケータを送信機に送信するステップをさらに含んでもよい。また、送信機にチャネルランク数を示すためのチャネルランク数インジケータを送信する。
【００６５】
具体的には、第１の時間間隔と第１の帯域間隔にて第１のインジケータを送信し、第２の時間間隔と第２の帯域間隔にて第２のインジケータを送信し、第３の時間間隔と第３の帯域間隔にて第３のインジケータを送信してもよい。本発明の一例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列であってもよい。前述のように、目的水平情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）水平成分情報を示すものであってもよく、目的垂直情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）垂直成分情報を示すものであってもよく、位相目的連合プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時刻及び／又は特定の周波数（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）上での位相情報を示すものであってもよい。従って、第１の時間間隔と第２の時間間隔が第３の時間間隔より大きく、第１の帯域間隔と第２の帯域間隔が第３の帯域間隔より大きいことが好ましい。
【００６６】
本発明のもう一つの例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの幅に関する幅目的連合プリコーディング行列と三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列に基づいて取得する。また、第３のインジケータは位相目的連合プリコーディング行列を示す位相インジケータと幅目的連合プリコーディング行列を示す幅インジケータを含んでよい。このような場合には、第１の時間間隔と第１の帯域間隔にて第１のインジケータを送信し、第２の時間間隔と第２の帯域間隔にて第２のインジケータを送信し、第３の時間間隔と第３の帯域間隔にて第３のインジケータを送信するとともに、第４の時間間隔と第４の帯域間隔にて幅インジケータを送信してもよい。幅目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した幅情報を示すからである。なお、第１の時間間隔、第２の時間間隔及び第４の時間間隔は第３の時間間隔より大きくてもよく、第１の帯域間隔、第２の帯域間隔及び第４の帯域間隔は第３の帯域間隔より大きくてもよい。
【００６７】
図４ａは、式２−４をもとに説明したプリコーディング行列生成方法と図１をもとに説明したプリコーディング行列生成方法１００を示すコーディング性能の比較図であり、ここで、プリコーディング行列生成方法１００において、水平情報コードブックでは水平チャネル空間相関行列の特徴ベクトルからなる行列を水平情報プリコーディング行列として採用し、垂直情報コードブックでは垂直チャネル空間相関行列の特徴ベクトルからなる行列を垂直情報プリコーディング行列として採用する。図４ａに示すように、テスト条件が同じ場合に、プリコーディング行列生成方法１００のコーディング性能は、式２−４をもとに説明したプリコーディング行列生成方法１４００のコーディング性能より約１０％向上している。
【００６８】
図４ｂは、水平情報コードブックで水平チャネル空間相関行列のすべての特徴ベクトルからなる水平情報プリコーディング行列を採用するとともに、垂直情報コードブックで垂直チャネル空間相関行列のすべての特徴ベクトルからなる垂直情報プリコーディング行列を採用するプリコーディング行列のプリコーディング行列生成方法１００−aと、水平情報コードブックで水平チャネル空間相関行列の部分的な主な特徴ベクトルからなる水平情報プリコーディング行列（即ち、次元が低下された水平情報プリコーディング行列）を採用するとともに、垂直情報コードブックで垂直チャネル空間相関行列の部分的な主な特徴ベクトルからなる垂直情報プリコーディング行列（即ち、次元が低下された垂直情報プリコーディング行列）を採用するプリコーディング行列のプリコーディング行列生成方法１００−ｂとのコーディング性能の比較図である。図４ｂに示すように、テスト条件が同じ場合に、プリコーディング行列生成方法１００−aとプリコーディング行列生成方法１００−ｂのコーディング性能はほぼ同じである。つまり、次元が低下された水平情報プリコーディング行列と垂直情報プリコーディング行列を採用することにより、コードブックに必要な記憶空間を低減したとともに、コーディング性能に対してほとんど影響を与えない。
【００６９】
図５は、本発明の一実施例による三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列を生成する装置（以下、プリコーディング行列生成装置と略称する）５００を示す例示的な構成ブロック図である。図５に示すように、本実施例のプリコーディング行列生成装置５００は、第１の行列取得部５１０、第２の行列取得部５２０、第３の行列取得部５３０、及び計算部５４０を備える。プリコーディング行列生成装置５００の各部はそれぞれ上記図１におけるプリコーディング行列生成方法１００の各ステップ・機能を実行することができる。そこで、以下、プリコーディング行列生成装置５００の主要部分のみに対して説明し、既に図１をもとに説明した詳細な内容は省略することとする。
【００７０】
第１の行列取得部５１０は、送信機と受信機の間の三次元チャネルの水平成分情報に関する目的水平情報プリコーディング行列を取得する。好ましくは、目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した水平成分情報を示すものであってもよい。例えば、目的水平情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時間帯内に、周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）水平成分情報を示すものであってもよい。代えて、目的水平情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時刻上及び／又は特定の周波数（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）上の水平成分情報を示すものであってもよい。
【００７１】
本発明の一例示によると、目的水平情報プリコーディング行列は、第１の所定閾値以上の三次元のＭＩＭＯシステムの水平成分情報の特徴値に対応する水平成分情報の特徴ベクトルにより構成される。例えば、目的水平情報プリコーディング行列の、三次元チャネルの水平情報に対する量子化精度を確保するために、目的水平情報プリコーディング行列は、三次元チャネルでの水平成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成される。しかし、特徴ベクトルの数が多い場合には、すべての特徴ベクトルにより目的水平情報プリコーディング行列を構成しなくてもよい。好ましくは、後の計算の便宜のために、三次元のＭＩＭＯシステムの水平成分情報の大きい特徴値に対応する水平成分情報の特徴ベクトルにより目的水平情報プリコーディング行列を構成して、目的水平プリコーディング行列の次元を低下させる。例えば、目的水平プリコーディング行列は、三次元チャネルでの水平成分の空間相関行列の最も大きい水平特徴値に対応する水平特徴ベクトルと、二番目に大きい水平特徴値に対応する水平特徴ベクトルを含むものであってもよい。
【００７２】
また、本発明のもう一つの例示によると、第１の行列取得部５１０は、予め記憶されている複数の水平情報プリコーディング行列を含む水平情報コードブックの中から前記目的水平情報プリコーディング行列を選択してもよい。現れる可能性があるチャネルランク数について、予め異なる水平情報コードブックを記憶してもよい。即ち、現れる可能性があるチャネルランク数によって、予め当該チャネルランク数に相応する水平情報コードブックを記憶する。第１の行列取得部５１０はチャネルランク数によって、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている水平情報コードブックの中から目的水平情報プリコーディング行列を選択する。代えて、現れる可能性がある異なるチャネルランク数に対して、予め同じ水平情報コードブックを記憶してもよい。即ち、受信機が受信するチャネルランク数に関わらず、予め記憶された同じ水平情報コードブックに対応する。このような場合に、受信機が受信するチャネルランク数が１より大きいとき、複数のチャネルランクの目的水平情報プリコーディング行列は同じでよい。
【００７３】
取得される目的水平情報プリコーディング行列が三次元チャネルでの水平成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成されることが望ましいときは、予め記憶されている水平情報プリコーディング行列はいずれも三次元チャネルでの水平成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成される。しかし、取得される目的水平情報プリコーディング行列が次元の低下された行列であることが望ましいときは、予め記憶されている水平情報プリコーディング行列はいずれも第１の所定閾値以上の三次元のＭＩＭＯシステムの水平成分情報の特徴値に対応する水平成分情報の特徴ベクトルにより構成され、これによりコードブックの記憶に必要な記憶空間が節約される。
【００７４】
第１の行列取得部５１０に比べて、第２の行列取得部５２０は、送信機と受信機の間の三次元チャネルの垂直成分情報に関する目的垂直情報プリコーディング行列を取得してもよい。好ましくは、目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した水平成分情報を示すものであってもよい。例えば、目的垂直情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時間帯内に、周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）垂直成分情報を示すものであってもよい。代えて、目的垂直情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時刻及び／又は特定の周波数（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）上の垂直成分情報を示すものであってもよい。
【００７５】
本発明の一例示によると、目的垂直情報プリコーディング行列は、第２の所定閾値以上の三次元のＭＩＭＯシステムの垂直成分情報の特徴値に対応する垂直成分情報の特徴ベクトルにより構成される。例えば、目的垂直情報プリコーディング行列の、三次元チャネルの垂直情報に対する量子化精度を確保するために、目的垂直情報プリコーディング行列は、三次元チャネルでの垂直成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成される。しかし、特徴ベクトルの数が多い場合には、すべての特徴ベクトルにより目的垂直情報プリコーディング行列を構成しなくてもよい。好ましくは、後の計算の便宜のために、三次元のＭＩＭＯシステムの垂直成分情報の大きい特徴値に対応する垂直成分情報の特徴ベクトルにより目的垂直情報プリコーディング行列を構成して、目的垂直プリコーディング行列の次元を低下させる。例えば、目的垂直プリコーディング行列は、三次元チャネルでの垂直成分の空間相関行列の最も大きい垂直特徴値に対応する垂直特徴ベクトルと、二番目に大きい垂直特徴値に対応する垂直特徴ベクトルを含むものであってもよい。
【００７６】
また、本発明のもう一つの例示によると、第２の行列取得部５２０は、予め記憶されている複数の垂直情報プリコーディング行列を含む垂直情報コードブックの中から前記目的垂直情報プリコーディング行列を選択してもよい。現れる可能性がある異なるチャネルランク数について、予め異なる垂直情報コードブックを記憶してもよい。即ち、伝送する可能性があるチャネルランク数によって、予め当該チャネルランク数に相応する垂直情報コードブックを記憶する。第２の行列取得部５２０はチャネルランク数によって、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている垂直情報コードブックの中から目的垂直情報プリコーディング行列を選択する。代えて、伝送する可能性がある異なるチャネルランク数に対して、予め同じ垂直情報コードブックを記憶してもよい。即ち、受信機が受信するチャネルランク数に関わらず、予め記憶された同じ垂直情報コードブックに対応する。このような場合に、受信機が受信するチャネルランク数が１より大きいとき、複数のチャネルランクの目的垂直情報プリコーディング行列は同じでよい。
【００７７】
取得される目的垂直情報プリコーディング行列が三次元チャネルでの垂直成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成されることが望ましいときは、予め記憶されている垂直情報プリコーディング行列はいずれも三次元チャネルでの垂直成分の空間相関行列のすべての特徴ベクトルにより構成される。しかし、取得される目的垂直情報プリコーディング行列が次元の低下された行列であることが望ましいときは、予め記憶されている垂直情報プリコーディング行列はいずれも第２の所定閾値以上の三次元のＭＩＭＯシステムの垂直成分情報の特徴値に対応する垂直成分情報の特徴ベクトルにより構成され、これによりコードブックの記憶に必要な記憶空間が節約される。
【００７８】
第３の行列取得部５３０はチャネルランク数によって、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている複数の連合プリコーディング行列を含む連合コードブックの中から目的連合プリコーディング行列を選択する。具体的には、目的連合プリコーディング行列は水平成分情報と垂直成分情報に対する重み付き係数行列でよい。また、チャネルランク数が１より大きいときは、複数のチャネルランクの目的連合プリコーディング行列は、二つずつが互いに直交する。
【００７９】
本発明の一例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列であってもよい。連合コードブックは複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックでよい。第３の行列取得部５３０は、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックの中から、位相目的連合プリコーディング行列を選択してもよい。
【００８０】
また、本発明のもう一つの例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの幅に関する幅目的連合プリコーディング行列と三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列に基づいて取得する。例えば、目的連合プリコーディング行列は幅目的連合プリコーディング行列と位相目的連合プリコーディング行列のエントリ順積である。好ましくは、幅目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）幅情報を示し、位相目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの特定の時刻及び／又は特定の周波数（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）上での位相情報を示す。
【００８１】
連合コードブックは、複数の幅連合プリコーディング行列を含む幅連合コードブックと複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックとを備える。第３の行列取得部５３０は、予め記憶されている幅連合コードブックから幅目的連合プリコーディング行列を選択するとともに、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている位相連合コードブックから位相目的連合プリコーディング行列を選択してもよい。
【００８２】
チャネルランク数が１より大きいときに、隣接する二つのチャネルランクの位相目的連合プリコーディング行列は互いに直交される。より具体的には、伝送する可能性がある異なるチャネルランク数に対して、予め異なる位相連合コードブックを記憶してもよい。例えば、伝送する可能性があるチャネルランク数＝１であるときは、位相連合コードブック＝｛[Ｇ１,１]，[Ｇ２,１]，．．．，[ＧＭ,１]｝を予め記憶してもよい。ここで、Ｍは位相連合コードブックの中の位相連合プリコーディング行列の個数であり、またＭは正の整数であり、Ｇは位相連合プリコーディング行列である。伝送する可能性があるチャネルランク数＝２であるときは、位相連合コードブック＝｛[Ｇ１,１，Ｇ１,２]，[Ｇ２,１，Ｇ２,２]，．．．，[ＧＭ,１，ＧＭ,２]｝を予め記憶してもよい。ここで、Ｇｉ,１，Ｇｉ,２は直交する（ｉ＝１,２,．．．Ｍ）。伝送する可能性があるチャネルランク数＝Ｌ（Ｌは正の整数である）であるときは、位相連合コードブック＝｛[Ｇ１,１，Ｇ１,２，．．．，Ｇ１,Ｌ]，[Ｇ２,１，Ｇ２,２，．．．，Ｇ２,Ｌ]，．．．，[ＧＭ,１，ＧＭ,２，．．．，ＧＭ,Ｌ]｝を予め記憶してもよい。ここで、Ｇｉ,１，Ｇｉ,２，．．．，Ｇｉ,Ｌは二つずつが互いに直交する。従いまして、ステップＳ１０３で、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックの中から前記位相目的連合プリコーディング行列を選択し、隣接する二つのチャネルランクの位相目的連合プリコーディング行列は互いに直交する。
【００８３】
本発明の一例示によると、図５に示す装置５００が受信機であるときに、装置５００は情報取得部をさらに備えてもよい。情報取得部は、送信機と受信機の間での三次元チャネルレスポンスに基づいて、前記水平チャネル成分情報と前記垂直チャネル成分情報を計算する。例えば、情報取得部は、受信機が送信機から受信したパイロット信号に基づいて、送信機と受信機の間での三次元チャネルレスポンスを推定してもよい。
【００８４】
そして、第１の行列取得部５１０は、水平情報コードブックからサーチすることにより、水平チャネル情報にマッチする水平情報プリコーディング行列を、目的水平情報プリコーディング行列として取得する。また、第２の行列取得部５２０は、垂直情報コードブックからサーチすることにより、垂直チャネル情報にマッチする垂直情報プリコーディング行列を、目的垂直情報プリコーディング行列として取得する。
【００８５】
そして、第３の行列取得部５３０は、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列と三次元チャネルレスポンス、及びチャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する、予め記憶されている複数の連合プリコーディング行列を含む連合コードブックの中から目的連合プリコーディング行列を選択してもよい。
【００８６】
前述のように、本発明の一例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列であってもよく、連合コードブックは複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックであってもよい。第３の行列取得部５３０は、チャネルランク数に基づいて、当該チャネルランク数に相応する位相連合コードブックでの各位相連合プリコーディング行列について、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列及び当該連合プリコーディング行列を通じて三次元のＭＩＭＯシステムの候補プリコーディング行列を計算し、また、三次元チャネルレスポンスにマッチする三次元のＭＩＭＯシステムの候補プリコーディング行列に対応する位相連合プリコーディング行列を目的位相連合プリコーディング行列としてもよい。
【００８７】
また、本発明のもう一つの例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの幅に関する幅目的連合プリコーディング行列と三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列に基づいて取得する。また、連合コードブックは、複数の幅連合プリコーディング行列を含む幅連合コードブックと複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックとを備える。図６は、本発明の一実施例による第３の行列取得部５３０を示す例示的な構成ブロック図である。第３の行列取得部５３０は、参照行列取得モジュール６１０と、幅行列取得モジュール６２０と、位相行列取得モジュール６３０とを備える。具体的には、参照行列取得モジュール６１０は、まず目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列及び三次元チャネルレスポンスに基づいて、参照行列を計算する。幅行列取得モジュール６２０は、幅連合コードブックからサーチすることにより、参照行列にマッチする幅連合プリコーディング行列を、目的幅連合プリコーディング行列として取得する。好ましくは、以上の式５により長時間及び／又は広帯域上で統計した参照行列を計算し、ここでは再び説明しないこととする。
【００８８】
そして、位相行列取得モジュール６３０は、チャネルランク数によって、当該チャネルランク数に相応する位相連合コードブックの中の各位相連合プリコーディング行列について、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列、目的幅連合プリコーディング行列及び当該連合プリコーディング行列を通じて三次元のＭＩＭＯシステムの候補プリコーディング行列を計算し、また、三次元チャネルレスポンスにマッチする候補プリコーディング行列に対応する位相連合プリコーディング行列を目的位相連合プリコーディング行列とする。
【００８９】
そして、第３の行列取得部５３０は、目的位相連合プリコーディング行列と目的幅連合プリコーディング行列に基づいて、例えばエントリ順積により目的連合プリコーディング行列を計算する。
【００９０】
本発明のもう一つの例示によると、図５に示す装置５００が受信機でもよいときに、装置５００はさらに受信部を備えてもよい。受信部は、受信機から目的水平情報プリコーディング行列を示す第１のインジケータ、目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２のインジケータ、及び目的連合プリコーディング行列を示す第３のインジケータを受信するとともに、受信機からチャネルランク数を示すためのチャネルランク数インジケータを受信する。
【００９１】
そして、第１の行列取得部５１０は、水平情報コードブックから、第１のインジケータに対応する水平情報プリコーディング行列を、目的水平情報プリコーディング行列として取得する。第２の行列取得部５２０は、垂直情報コードブックにおいて、第２のインジケータに対応する垂直情報プリコーディング行列を、目的垂直情報プリコーディング行列として取得する。また、第３の行列取得部５３０は、当該チャネルランク数に相応する連合コードブックから、前記第３のインジケータに対応する連合プリコーディング行列を、前記位相連合プリコーディング行列として取得する。
【００９２】
前述のように、本発明の一例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列でよいし、そして連合コードブックは複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックでもよい。このような場合には、第３のインジケータは位相目的連合プリコーディング行列の位相インジケータを示す。第３の行列取得部５３０は、チャネルランク数インジケータに基づいてチャネルランク数を特定してから、当該チャネルランク数に相応する位相連合コードブックから、第３のインジケータに対応する位相連合プリコーディング行列を、目的位相連合プリコーディング行列として取得してもよい。
【００９３】
また、本発明のもう一つの例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの幅に関する幅目的連合プリコーディング行列と三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列に基づいて取得され、且つ連合コードブックは、複数の幅連合プリコーディング行列を含む幅連合コードブックと複数の位相連合プリコーディング行列を含む位相連合コードブックとを備える。このような場合には、第３のインジケータは位相目的連合プリコーディング行列を示す位相インジケータと幅目的連合プリコーディング行列を示す幅インジケータを含んでよい。図７は、本発明のもう一つの実施例による第３の行列取得部５３０を示す例示的な構成ブロック図である。第３の行列取得部５３０は、幅行列取得モジュール７１０、チャネルランク数特定モジュール７２０、及び位相行列取得モジュール７３０を備える。具体的には、幅行列取得モジュール７１０は、幅連合コードブックにおいて、幅インジケータに対応する幅連合プリコーディング行列を取得して幅目的連合プリコーディング行列とし、その一方、チャネルランク数特定モジュール７２０は、チャネルランク数インジケータに基づいてチャネルランク数を特定してから、位相行列取得モジュール７３０が、当該チャネルランク数に相応する位相連合コードブックから、第３のインジケータに対応する位相連合プリコーディング行列を目的位相連合プリコーディング行列として取得する。そして、第３の行列取得部５３０は、目的位相連合プリコーディング行列と目的幅連合プリコーディング行列に基づいて、例えばエントリ順積により目的連合プリコーディング行列を計算する。
【００９４】
図５に戻って、計算部５４０は、目的水平情報プリコーディング行列、目的垂直情報プリコーディング行列、及び目的連合プリコーディング行列のそれぞれを通じて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する。具体的には、また、現れる可能性がある各チャネルランク数について、当該チャネルランク数の目的水平情報プリコーディング行列、前記目的垂直情報プリコーディング行列、及び前記目的連合プリコーディング行列を通じて、当該チャネルランク数の三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する。
【００９５】
本実施例に係るプリコーディング行列生成装置においては、互いに独立した目的水平プリコーディング行列と目的垂直プリコーディング行列が採用され、前記三次元チャネル相関行列と三次元チャネル回転行列を採用してプリコーディング行列を計算する装置に比べて、移動局においてコードブックを記憶するに必要な空間が低減され、コードブックの中でチャネル行列をサーチする際に、コードブックの遍歴にかかる時間が低減されるとともに、さらにチャネル行列に基づいてプリコーディング行列を取得するために必要な計算を簡素化させる。
【００９６】
また、本実施例に係るプリコーディング行列生成装置においては、目的水平プリコーディング行列と目的垂直プリコーディング行列の両者に対する重み付き係数行列として目的連合プリコーディング行列が採用され、前記水平方向と垂直方向から分かれたチャネル相関行列を採用してプリコーディング行列を計算する装置に比べて、生成された三次元チャネルのプリコーディング行列の構成がより実際の三次元チャネル行列に近づき、量子化精度を向上させることにより、誤差を減少させる。
【００９７】
また、装置５００が受信機であるときに、図５に示す装置は送信部をさらに備えてもよい。送信部は、特定された目的水平情報プリコーディング行列を示す第１のインジケータ、目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２のインジケータ、及び目的連合プリコーディング行列を示す第３のインジケータを送信機に送信する。また、送信機にチャネルランク数を示すためのチャネルランク数インジケータを送信する。
【００９８】
具体的には、送信部は、第１の時間間隔と第１の帯域間隔にて第１のインジケータを送信し、第２の時間間隔と第２の帯域間隔にて第２のインジケータを送信し、第３の時間間隔と第３の帯域間隔にて第３のインジケータを送信してもよい。本発明の一例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列であってもよい。前述のように、目的水平情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）水平成分情報を示してもよく、目的垂直情報プリコーディング行列は、三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）垂直成分情報を示してもよく、位相目的連合プリコーディング行列は、三次元チャネルの特定の時刻及び／又は特定の周波数（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）上での位相情報を示してもよい。従って、第１の時間間隔と第２の時間間隔が第３の時間間隔より大きく、第１の帯域間隔と第２の帯域間隔が第３の帯域間隔より大きいことが好ましい。
【００９９】
本発明のもう一つの例示によると、目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの幅に関する幅目的連合プリコーディング行列と三次元チャネルの位相に関する位相目的連合プリコーディング行列に基づいて取得する。また、第３のインジケータは位相目的連合プリコーディング行列を示す位相インジケータと幅目的連合プリコーディング行列を示す幅インジケータを含んでよい。このような場合には、第１の時間間隔と第１の帯域間隔にて第１のインジケータを送信し、第２の時間間隔と第２の帯域間隔にて第２のインジケータを送信し、第３の時間間隔と第３の帯域間隔にて位相インジケータを送信するとともに、第４の時間間隔と第４の帯域間隔にて幅インジケータを送信してもよい。幅目的連合プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／又は周波数帯域上で統計した幅情報を示すからである。なお、第１の時間間隔、第２の時間間隔及び第４の時間間隔は第３の時間間隔以上であってもよいし、第１の帯域間隔、第２の帯域間隔及び第４の帯域間隔は第３の帯域間隔以上であってもよい。
【０１００】
図８は、本発明のもう一つの実施例によって三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列を生成する方法（以下、プリコーディング行列生成方法と略称する）８００を説明したフローチャートである。以下、図８を参照して本発明の一実施例によるプリコーディング行列生成方法８００を説明する。プリコーディング行列生成方法８００は送信機に適用することができる。
【０１０１】
図８に示すように、ステップＳ８０１で、受信機から第１の目的水平情報プリコーディング行列を示す第１の水平情報インジケータ、第２の目的水平情報プリコーディング行列を示す第２の水平情報インジケータ、第１の目的垂直情報プリコーディング行列を示す第１の垂直情報インジケータ、及び第２の目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２の垂直情報インジケータを受信する。具体的には、第１の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）水平成分情報を示し、第２の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの特定の時刻及び／或いは特定の周波数上で統計した（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）水平成分情報を示し、第１の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）垂直成分情報を示し、第２の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの特定の時刻及び／或いは特定の周波数上で統計した（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）垂直成分情報を示す。
【０１０２】
そして、ステップＳ８０２で、第１の水平情報インジケータに基づいて、第１の水平情報コードブックの中から第１の目的水平情報プリコーディング行列を取得する。予め第１の水平情報コードブックを記憶し、第１の水平情報コードブックは複数の第１の水平情報プリコーディング行列を含むものであってもよい。類似して、ステップＳ８０３で、第２の水平情報インジケータに基づいて、第２の水平情報コードブックの中から第２の目的水平情報プリコーディング行列を取得する。予め第２の水平情報コードブックを記憶し、第２の水平情報コードブックは複数の第２の水平情報プリコーディング行列を含むものであってもよい。ステップＳ８０４で、第１の垂直情報インジケータに基づいて、第１の垂直情報コードブックの中から第１の目的垂直情報プリコーディング行列を取得する。予め第１の垂直情報コードブックを記憶し、第１の垂直情報コードブックは複数の第１の垂直情報プリコーディング行列を含むものであってもよい。ステップＳ８０５で、第２の垂直情報インジケータに基づいて、第２の垂直情報コードブックの中から第２の目的垂直情報プリコーディング行列を取得する。予め第２の垂直情報コードブックを記憶し、また第２の垂直情報コードブックは複数の第２の垂直情報プリコーディング行列を含むものであってもよい。
【０１０３】
ステップＳ８０６で、第２の目的水平情報プリコーディング行列と第２の目的垂直情報プリコーディング行列に基づいて、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を取得する。例えば、第２の目的水平情報プリコーディング行列と第２の目的垂直情報プリコーディング行列を掛け合わせることにより、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を取得する。
【０１０４】
図９は、第２の目的水平プリコーディング行列と第２の目的垂直プリコーディング行列に基づいて瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列Ａを取得することを例示的に示す。図９に示すように、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列Ａは、素子ｇｈｇvの以外に、非主対角線素子である「ｇｈ」と「ｇv」をさらに含む。第１の目的水平情報プリコーディング行列、第1の目的垂直情報プリコーディング行列と瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列に基づいて、三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列を計算し、素子「ｇｈ」と「ｇv」及びｇｈｇvを、それぞれ第１の目的水平プリコーディング行列と第１の目的垂直プリコーディング行列における素子と掛け合わせることにより、三次元のＭＩＭＯシステムのためのプリコーディング行列には水平方向と垂直方向上で繰り返し重み付けされたデータ項を含むことになる。
【０１０５】
それに鑑み、ステップＳ８０７で、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列に対して補正を行うことで、補正された瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列が得られる。好ましくは、ステップＳ８０７で、前記瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列における非主対角線素子を零に設定することで、前記瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を補正する。
【０１０６】
最後に、ステップＳ８０８で、第１の目的水平情報プリコーディング行列、第１の目的垂直情報プリコーディング行列と補正された瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列に基づいて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する。
【０１０７】
本実施例のプリコーディング行列生成方法によれば、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列に水平方向と垂直方向上で繰り返して重み付けされたデータ項が含まれることを避けて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列の量子化精度を向上させ、誤差を減少させる。
【０１０８】
図１０は、本発明の一実施例による送信機１０００を示す例示的な構成ブロック図である。図１０に示すように、本実施例の送信機１０００は、受信部１０１０と、第１の水平行列取得部１０２０と、第２の水平行列取得部１０３０と、第１の垂直行列取得部１０４０と、第２の垂直行列取得部１０５０と、重み付き行列取得部１０６０と、重み付き行列補正部１０７０と、計算部１０８０とを備える。送信機１０００の各部はそれぞれ上記図８におけるプリコーディング行列生成方法８００の各ステップ・機能を実行することができる。そこで、以下、送信機１０００の主要部分のみに対して説明し、既に図８をもとに説明した詳細な内容は省略することとする。
【０１０９】
受信部１０１０は、受信機から第１の目的水平情報プリコーディング行列を示す第１の水平情報インジケータ、第２の目的水平情報プリコーディング行列を示す第２の水平情報インジケータ、第１の目的垂直情報プリコーディング行列を示す第１の垂直情報インジケータ、及び第２の目的垂直情報プリコーディング行列を示す第２の垂直情報インジケータを受信する。具体的には、第１の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）水平成分情報を示し、第２の目的水平情報プリコーディング行列は三次元チャネルの特定の時刻及び／或いは特定の周波数上で統計した（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）水平成分情報を示し、第１の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの時間上及び／或いは周波数帯域上で統計した（即ち、長時間及び／又は広帯域）垂直成分情報を示し、第２の目的垂直情報プリコーディング行列は三次元チャネルの特定の時刻及び／或いは特定の周波数上で統計した（即ち、瞬時及び／又は狭帯域）垂直成分情報を示す。
【０１１０】
そして、第１の水平行列取得部１０２０は、第１の水平情報インジケータに基づいて、第１の水平情報コードブックの中から第１の目的水平情報プリコーディング行列を取得する。予め第１の水平情報コードブックを記憶し、第１の水平情報コードブックは複数の第１の水平情報プリコーディング行列を含むものであってもよい。類似して、第２の水平行列取得部１０３０は、第２の水平情報インジケータに基づいて、第２の水平情報コードブックの中から第２の目的水平情報プリコーディング行列を取得する。予め第２の水平情報コードブックを記憶し、第２の水平情報コードブックは複数の第２の水平情報プリコーディング行列を含むものであってもよい。第１の垂直行列取得部１０４０は、第１の垂直情報インジケータに基づいて、第１の垂直情報コードブックの中から第１の目的垂直情報プリコーディング行列を取得する。予め第１の垂直情報コードブックを記憶し、第１の垂直情報コードブックは複数の第１の垂直情報プリコーディング行列を含むものであってもよい。第２の垂直行列取得部１０５０は、第２の垂直情報インジケータに基づいて、第２の垂直情報コードブックの中から第２の目的垂直情報プリコーディング行列を取得する。予め第２の垂直情報コードブックを記憶し、第２の垂直情報コードブックは複数の第２の垂直情報プリコーディング行列を含むものであってもよい。
【０１１１】
重み付き行列取得部１０６０は、第２の目的水平情報プリコーディング行列と第２の目的垂直情報プリコーディング行列に基づいて、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を取得する。例えば、第２の目的水平情報プリコーディング行列と第２の目的垂直情報プリコーディング行列を掛け合わせることにより、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を取得する。そして、重み付き行列補正部１０７０は、瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列に対して補正を行うことで、補正された瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列が得られる。好ましくは、ステップＳ８０７で、前記瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列における非主対角線素子を零に設定することで、前記瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列を補正する。
【０１１２】
最後に、計算部１０８０は、第１の目的水平情報プリコーディング行列、第1の目的垂直情報プリコーディング行列と補正された瞬時及び／又は狭帯域の重み付き係数行列に基づいて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列を計算する。
【０１１３】
本実施例の送信機によれば、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列に水平方向と垂直方向上で繰り返し重み付けされたデータ項が含まれることを避けて、三次元のＭＩＭＯシステムのプリコーディング行列の量子化精度を向上させ、誤差を減少させる。
【０１１４】
当業者にとって、本文が公開した実施例に記載されている各例示の部、モジュール及びアルゴリズムステップを組み合わせることにより、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア或いは両者の組み合わせによって実現することができる。また、コンピュータソフトウェアはいかなる形式の記憶媒体に設置されてもよい。ハードウェアとソフトウェアの互換性を明確に説明するために、上記説明では既に機能に従って一般的に各例示の構成とステップを説明した。これらの機能が果たしてハードウェアとソフトウェアのどちらによって実行されるかは、技術案の特定な応用と設計制約条件によって定まる。当業者は、特定な応用のそれぞれについて異なる方法を利用して説明された機能を実現することができ、このような実現は本発明の範囲を超えるものと理解すべきではない。
【０１１５】
当業者が理解すべきことは、請求の範囲及びその均等物の範囲内にある限り、設計ニーズやその他の要因に依存して、本発明に各種の修正、組合せ、部分的な組合せ及び入替えを行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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