(57)【要約】  必須でない情報、詳細には位相情報を、ビーム形成行列から因数分解することによって、閉ループＭＩＭＯシステムにおけるフィードバック帯域幅を低減するための方法。【選択図】図２
2008512951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム形成行列から位相情報を因数分解すること、及び
該位相情報のない前記ビーム形成行列を記述する少なくとも１つのパラメータを送信すること
を含む、方法。
【請求項２】
前記ビーム形成行列から位相情報を因数分解することは、前記ビーム形成行列内の各列から位相角を因数分解することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記送信することは、Ｎ２−Ｎ個のパラメータを送信することを含み、ただし、Ｎは前記ビーム形成行列の次元を表す、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ビーム形成行列の各行からの付加的な位相情報を因数分解することであって、それによって、位相行列及び大きさ行列を生成する、因数分解することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記送信することは、前記位相行列を表すための少なくとも１つのパラメータを送信すること、及び、前記大きさ行列を表すための少なくとも１つのパラメータを送信することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ビーム形成行列は、２つの行及び２つの列を含み、
前記位相行列を表すための前記少なくとも１つのパラメータは第１のパラメータから成り、
前記大きさ行列を表すための前記少なくとも１つのパラメータは第２のパラメータから成る、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のパラメータは角度から成る、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のパラメータは角度の関数から成る、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
２×２ビーム形成行列を複数の行列に因数分解することであって、該複数の行列の第１の行列は、該ビーム形成行列からの大きさ情報を含む成分を有する、因数分解すること、及び
前記複数の行列のうちの前記第１の行列を第１のパラメータで表すこと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記複数の行列は位相情報を有する２つの行列をさらに含み、前記２つの行列のうちの一方の行列は、第２のパラメータによって表され、前記２つの行列のうちの他方の行列は破棄される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のパラメータは角度を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のパラメータは角度の三角関数を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
３×３ビーム形成行列の各列からの位相角を因数分解すること、及び
６つのパラメータを用いて前記ビーム形成行列を表すこと
を含む、方法。
【請求項１４】
無線リンク上で前記６つのパラメータを送信することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記３×３ビーム形成行列の各行からの位相情報を因数分解することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記６つのパラメータのうちの２つは、各行から因数分解される前記位相情報を表すように選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの角度パラメータを受信すること、
該少なくとも１つの角度パラメータから、ビーム形成行列内の成分の大きさを求めること、
少なくとも１つの位相パラメータを受信すること、及び
前記ビーム形成行列内の少なくとも１つの行に前記少なくとも１つの位相パラメータを適用すること
を含む、方法。
【請求項１８】
前記ビーム形成行列は２つの行及び２つの列を含み、
前記少なくとも１つの角度パラメータは１つの角度パラメータから成り、
前記少なくとも１つの位相パラメータは１つの位相パラメータから成る、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ビーム形成行列は３つの行及び３つの列を含み、
前記少なくとも１つの角度パラメータは４つの角度パラメータから成り、
前記少なくとも１つの位相パラメータは２つの位相パラメータから成る、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
製品であって、
命令を保持するようになっている機械読取り可能媒体を含み、前記命令がアクセスされる結果として、機械が、ビーム形成行列から位相情報を因数分解し、前記位相情報のない、前記ビーム形成行列を記述する少なくとも１つのパラメータを送信する、製品。
【請求項２１】
前記ビーム形成行列から位相情報を因数分解することは、前記ビーム形成行列内の各列から位相角を因数分解することを含む、請求項２０に記載の製品。
【請求項２２】
前記ビーム形成行列の各行からの付加的な位相情報を因数分解することであって、それによって、位相行列及び大きさ行列を生成する、因数分解することをさらに含む、請求項２０に記載の製品。
【請求項２３】
前記送信することは、前記位相行列を表すための少なくとも１つのパラメータを送信すること、及び、前記大きさ行列を表すための少なくとも１つのパラメータを送信することを含む、請求項２２に記載の製品。
【請求項２４】
前記ビーム形成行列は、２つの行及び２つの列を含み、
前記位相行列を表すための前記少なくとも１つのパラメータは第１のパラメータから成り、
前記大きさ行列を表すための前記少なくとも１つのパラメータは第２のパラメータから成る、請求項２３に記載の製品。
【請求項２５】
前記ビーム形成行列は、３つの行及び３つの列を含み、
前記位相行列を表すための前記少なくとも１つのパラメータは２つのパラメータから成り、
前記大きさ行列を表すための前記少なくとも１つのパラメータは４つのパラメータから成る、請求項２３に記載の製品。
【請求項２６】
電子システムであって、
Ｎ個のアンテナと、
該Ｎ個のアンテナに接続されるプロセッサと、
イーサネットインターフェースと、
命令を保持するようになっている機械読取り可能媒体を有する製品と
を備え、前記命令がアクセスされる結果として、前記プロセッサが、Ｎ個の空間チャネルのためのチャネル状態情報を推定し、Ｎ×Ｎビーム形成行列の各列から位相角を因数分解し、Ｎ２−Ｎ個のパラメータを用いて、前記位相角のない前記ビーム形成行列を表現する、電子システム。
【請求項２７】
Ｎ＝２であり、前記Ｎ２−Ｎ個のパラメータは、位相を記述するための１つのパラメータと、大きさを記述するための１つのパラメータとを含む、請求項２６に記載の電子システム。
【請求項２８】
Ｎ＝３であり、前記Ｎ２−Ｎ個のパラメータは、位相を記述するための２つのパラメータと、大きさを記述するための４つのパラメータとを含む、請求項２６に記載の電子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には無線ネットワークに関し、より具体的には、複数の空間チャネルを利用する無線ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
閉ループ多重入力／多重出力（ＭＩＭＯ）システムは典型的には、受信機から送信機にチャネル状態情報を送信する。その際、送信機は、その情報を利用して、ビーム形成を行うことができる。チャネル状態情報を送信することによって、もし送信しなければデータトラフィックのために利用することができる帯域幅が使われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
以下に記載される詳細な説明では、例示として、本発明を実施することができる具体的な実施形態を示す添付の図面が参照される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるようにするほど十分に詳細に説明される。本発明の種々の実施形態は、異なる実施形態であっても、必ずしも相容れないわけではないことは理解されたい。たとえば、１つの実施形態に関連して本明細書において説明される特定の特徴、構造又は特性は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態内でも実現することができる。さらに、開示される各実施形態の中の個々の構成要素の位置又は配置は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更することができることを理解されたい。それゆえ、以下に記述される詳細な説明は、限定する意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、適切に解釈されるなら、請求項が権利を有する均等物の全範囲とともに、添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。図面においては、類似の符号は、いくつかの図を通して同じ又は類似の機能を指している。
【０００４】
図１は、２つの無線局、局１０２及び局１０４の図を示す。いくつかの実施形態において、局１０２及び１０４は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）の一部である。たとえば、局１０２及び１０４のうちの１つ又は複数を、ＷＬＡＮ内のアクセスポイントにすることができる。また、たとえば、局１０２及び１０４のうちの１つ又は複数を、ラップトップコンピュータ、個人情報端末（ＰＤＡ）等の移動局にすることができる。さらに、いくつかの実施形態では、局１０２及び１０４は、無線ワイドエリアネットワーク（ＷＷＡＮ）の一部である。
【０００５】
いくつかの実施形態では、局１０２及び１０４は、無線ネットワーク標準規格に部分的に準拠して、又は完全に準拠して動作することができる。たとえば、局１０２及び１０４は、ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ標準規格８０２．１１、１９９９年版のような標準規格に準拠して動作することができるが、これは本発明を限定するものではない。本明細書において用いられるときに、用語「８０２．１１」は、限定はしないが、１９９９年版を含む、任意の過去、現在又は将来のＩＥＥＥ８０２．１１標準規格を指している。また、たとえば、局１０２及び１０４は、任意の将来のＩＥＥＥパーソナルエリアネットワーク標準規格又はワイドエリアネットワーク標準規格のような、任意の他の標準規格に部分的に準拠して動作することもできる。
【０００６】
局１０２及び１０４はそれぞれ複数のアンテナを備える。局１０２及び１０４はそれぞれ「Ｎ」個のアンテナを備える。ただし、Ｎは任意の数にすることができる。いくつかの実施形態では、局１０２及び１０４は、異なる数のアンテナを有する。本明細書の記述の残りの部分は、局１０２及び１０４が同じ数のアンテナを有する場合を説明するが、本発明の種々の実施形態はそのようには限定されない。局１０２及び１０４が通信する「チャネル」は、多数の取り得る信号経路を含むことができる。たとえば、局１０２及び１０４が、多数の「反射物」（たとえば、壁、ドア又は他の障害物）が存在する環境内にあるとき、多数の信号が異なる経路から到来することがある。この状態は、「マルチパス」として知られている。いくつかの実施形態では、局１０２及び１０４は、多数のアンテナを利用して、マルチパスを巧みに利用し、通信帯域幅を広げる。たとえば、いくつかの実施形態では、局１０２及び１０４は、多重入力／多重出力（ＭＩＭＯ）技法を用いて通信することができる。一般的に、ＭＩＭＯシステムは、マルチパスによって見込まれる複数の空間チャネルを利用することによって、より大きな容量を提供する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、局１０２及び１０４は、各空間チャネルにおいて直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いて通信することができる。マルチパスによって、周波数選択性フェージングが生じる可能性があり、それにより、シンボル間干渉（ＩＳＩ）のような劣化が生じる恐れがある。ＯＦＤＭは、各サブチャネルが、より平坦なチャネル特性を示すように、各空間チャネルを小さなサブチャネルに分割するので、周波数選択性フェージングを或る程度抑圧するのに有効である。サブチャネル毎に適したスケーリングを実施して、サブチャネルによって引き起こされるあらゆる減衰を補正することができる。さらに、各サブチャネルのデータ搬送容量を、サブチャネルのフェージング特性に応じて、動的に制御することもできる。
【０００８】
ＭＩＭＯシステムは、「開ループ」又は「閉ループ」のいずれかにおいて動作することができる。開ループＭＩＭＯシステムでは、或る局が、別の局から直にチャネル状態情報を受信することなく、チャネルの状態を推定する。一般的に、開ループシステムでは、チャネルを推定するための復号化が指数関数的に複雑になる。閉ループシステムでは、通信帯域幅を利用して、局間で現在のチャネル状態情報を伝送し、それにより、復号化が複雑になるのを緩和し、同時に全スループットも減少する。この目的のために用いられる通信帯域幅は、本明細書において、「フィードバック帯域幅」と呼ばれる。閉ループＭＩＭＯシステムにおいてフィードバック帯域幅が低減されるとき、データ通信のために、さらに広い帯域幅を利用することができる。
【０００９】
現在のチャネル状態情報は、特異値分解（ＳＶＤ）アルゴリズムを用いて求められるＮ×Ｎユニタリビーム形成行列Ｖによって表すことができ、送信機は、ビーム形成行列Ｖを用いて、出力される信号を処理して、複数の空間チャネル内で送信することができる。簡単な実施態様では、受信機が、ユニタリ行列Ｖの各要素を送信機に返送する。この方式は、任意のＮ×Ｎ複素ユニタリ行列の場合に、２Ｎ２個の実数に関連する情報を送信することを含む。ただし、ＮはＭＩＭＯシステム内の空間チャネルの数である。
【００１０】
本発明のいくつかの実施形態では、ビーム形成行列Ｖは、２Ｎ２個の実数の代わりに、Ｎ２−Ｎ個の実数によって表される。ビーム形成行列を表すために、２Ｎ２個の実数の代わりに、Ｎ２−Ｎ個の実数を送信することによって、フィードバック帯域幅を低減することができる。必須でない情報は、ビーム形成行列から因数分解され、ビーム形成行列を表すために用いられるパラメータを量子化する前に破棄することができる。たとえば、必須でない位相情報がビーム形成行列内の各列から因数分解され、Ｎ２−Ｎ個のパラメータを利用して、必須でない位相情報のない行列を表現することができる。
【００１１】
ＳＶＤ演算の数学的な背景が以下に与えられており、その際、２×２ＭＩＭＯシステム及び３×３ＭＩＭＯシステムの場合の例が与えられる。２×２閉ループＭＩＭＯの例では、［０，π／２］及び（π，−π］内の２つの角度がフィードバックパラメータとして用いられる。上記の簡単な例と比較すると、以下の２×２の例によって表される本発明の種々の実施形態は、フィードバックの量を、サブキャリア当たり、８つの実数から２つの実数まで低減する。３×３閉ループＭＩＭＯの例では、１つの符号ビットに加えて、［０，π／２］間の４つの角度、及び［π，−π］間の２つの角度がフィードバックパラメータとして用いられる。上記の簡単な例と比較すると、以下の３×３の例によって表される本発明の種々の実施形態は、フィードバックの量を、サブキャリア当たり、１８個の実数から６個の実数まで低減する。
【００１２】
送信ビーム形成行列は、ＳＶＤを用いて、以下のように求めることができる。
【００１３】
【数１】
2008512951.tif 000003
2008512951.tif 000004
【００１４】
ただし、ｄはＮ個のデータストリームのためのコードビットのＮベクトルであり、ｘはアンテナにおいて送信される信号ベクトルであり、Ｈはチャネル行列であり、Ｈの特異値分解はＨ＝ＵＤＶ’であり、Ｕ及びＶはユニタリ行列であり、Ｄは、Ｈの固有値を有する対角行列であり、ＶはＮ×Ｎであり、Ｎは空間チャネルの数である。送信機においてＶを得るために、送信機は、トレーニングシンボルを受信機に送信することができ、受信機は行列Ｖ’を計算することができ、受信機は、Ｖを表すパラメータを送信機にフィードバックすることができる。後にさらに十分に説明されるように、Ｖを表すために用いられるフィードバックパラメータの数は、Ｖ’から必須でない位相情報を因数分解し、パラメータを量子化する前に、その情報を破棄することによって、削減することができる。
【００１５】
［２×２ビーム形成行列］
任意の２×２複素行列は以下のように書き表すことができる。
【００１６】
【数２】
2008512951.tif 000005
【００１７】
Ｖがユニタリ行列であり、すなわちＶＶ’＝Ｉである場合には、以下のようになる。
【００１８】
【数３】
2008512951.tif 000006
【００１９】
ただし、ｂ２１１＋ｂ２１２＝１である。さらに、一般性を損なうことなく、ｂ１１∈［０，１］、ｂ１２∈［０，１］、φｉｊ∈［−π，π）に制限することができる。Ｖには４つの自由度がある。行及び列毎に共通の位相を因数分解した後に、ユニタリ行列Ｖは以下のように書き表すことができる。
【００２０】
【数４】
2008512951.tif 000007
【００２１】
ただし、ＰＬ及びＰＲは純粋な位相行列及び対角行列である。ＰＲはＶの各列からの位相値を因数分解することによって生成され、ＰＬはＶの各行からの位相値を因数分解することによって求められる。
【００２２】
【数５】
2008512951.tif 000008
【００２３】
は、Ｖの成分の大きさを表すスカラー量から成る成分を有する大きさ行列である。ｂ２１１＋ｂ２１２＝１であるので、
【００２４】
【数６】
2008512951.tif 000009
【００２５】
は以下のように書き表すことができる。
【００２６】
【数７】
2008512951.tif 000010
【００２７】
ただし、θ∈［０，π／２］である。
【００２８】
本発明の種々の実施形態において、２つの角度、すなわちθ及びφ１１−φ２１だけが送信機にフィードバックされる。第１の角度θは、
【００２９】
【数８】
2008512951.tif 000011
【００３０】
を明白に表し、第２の角度φ１１−φ２１はＰＬを明白に表す。本発明の他の実施形態では、θの三角関数がパラメータとして選択され、フィードバックされることができる。たとえば、ｃｏｓθは、
【００３１】
【数９】
2008512951.tif 000012
【００３２】
を表すためのパラメータとしてフィードバックされることができる。さらに別の実施形態では、
【００３３】
【数１０】
2008512951.tif 000013
【００３４】
を明白に記述することができる別のパラメータを選択することができる。
【００３５】
ＰＲ内の位相情報は破棄することができる。式（１）は以下のように書き換えることができる。
【００３６】
【数１１】
2008512951.tif 000014
【００３７】
ただし、Ｄ及びＰ’Ｒが直交し、それゆえ可換であるという事実を用いている。
【００３８】
【数１２】
2008512951.tif 000015
【００３９】
はＨの特異値分解でもあることに留意されたい。ＳＶＤアルゴリズムの場合、Ｕから
【００４０】
【数１３】
2008512951.tif 000016
【００４１】
への変化は、受信機側において乗算行列を変更するだけである。Ｈがｍ×ｎ行列であるとき（ただし、ｍ≠ｎ）、さらに、
【００４２】
【数１４】
2008512951.tif 000017
【００４３】
と書き表すことができ、
【００４４】
【数１５】
2008512951.tif 000018
【００４５】
によるビーム形成の影響は、Ｉ／Ｑ平面における回転に相当し、それはトレーニング過程によって処理することができる。それゆえ、ＳＶＤアルゴリズムの場合、送信機に
【００４６】
【数１６】
2008512951.tif 000019
【００４７】
をフィードバックすることで十分である。
【００４８】
【数１７】
2008512951.tif 000020
【００４９】
はθ及びφ１１−φ２１によって完全に求められるので、フィードバックするために２つの角度だけが必要とされ、それらは［０，π／２］と（−π，π］との間にある。
【００５０】
先に述べられたように、ユニタリ行列Ｖは、３つの行列の積に因数分解することができる。
【００５１】
【数１８】
2008512951.tif 000021
【００５２】
ただし、θ及びφ２１−φ１１は［０，π／２］と（−π，π］との間にある。パラメータθ及びφ２１−φ１１は、以下のようにして、受信機において求めることができる。
【００５３】
【数１９】
2008512951.tif 000022
2008512951.tif 000023
【００５４】
受信機はθ及びφ２１−φ１１を量子化し、それらを
【００５５】
【数２０】
2008512951.tif 000024
【００５６】
を表すパラメータとして送信機にフィードバックすることができる。送信機は、θを用いて振幅を求め、φ２１−φ１１を用いて最も下の行に位相回転を適用することによって、
【００５７】
【数２１】
2008512951.tif 000025
【００５８】
を構成し直すことができる。
【００５９】
【数２２】
2008512951.tif 000026
【００６０】
その後、送信機はビーム形成するために
【００６１】
【数２３】
2008512951.tif 000027
【００６２】
を用いることができる。
【００６３】
【数２４】
2008512951.tif 000028
【００６４】
［３×３ビーム形成行列］
任意の複素単位３ベクトルは以下のように書き表すことができる。
【００６５】
【数２５】
2008512951.tif 000029
【００６６】
ただし、‖ｖ‖２＝‖ｖ１‖２＋‖ｖ２‖２＋‖ｖ３‖２＝１であり、φ１，φ２∈［０，π／２］であり、θ１，θ２，θ３∈［−π，π）である。
【００６７】
さらに、任意の３×３ユニタリ行列は以下のように書き表すことができる。
【００６８】
【数２６】
2008512951.tif 000030
【００６９】
ただし、ｖ’ｊｖｊ＝１及びｖ’ｊｖｋ＝０（ｊ，ｋ＝１，２，３）である。第１の行及び第１の列の位相は、以下の３つの行列の積として因数分解することができる。
【００７０】
【数２７】
2008512951.tif 000031
【００７１】
ただし、ＰＬ及びＰＲは純粋な位相行列及び対角行列である。ＰＲはＶの各列から位相値を因数分解することによって生成され、ＰＬはＶの各行からの位相値を因数分解することによって求められ、φｊｋ∈［０，π／２］であり、ｃｏｓ（φｊｋ），ｃｏｓ（φｊｋ），ｓｉｎ（φｊｋ）≧０である。
【００７２】
【数２８】
2008512951.tif 000032
【００７３】
はＶの成分内に元々存在する全ての大きさ情報を含む大きさ行列である。本明細書において用いられる場合、用語「大きさ行列」は、ＰＬ及びＰＲが元々のビーム形成行列から因数分解された後に残る行列を指している。上記の例に示されるように、大きさ行列内の１つ又は複数の成分は位相情報を含むことがある。位相因数分解は、ユニタリ特性を変更しないので、
【００７４】
【数２９】
2008512951.tif 000033
【００７５】
は依然としてユニタリ行列であることに留意されたい。
【００７６】
本発明の種々の実施形態において、ＰＬを表すために２つのパラメータが選択され、
【００７７】
【数３０】
2008512951.tif 000034
【００７８】
を表すために４つのパラメータが選択され、ＰＲは破棄される。いくつかの実施形態において、角度θ２１、θ３１は、ＰＬを表すためのパラメータとして選択される。行列
【００７９】
【数３１】
2008512951.tif 000035
【００８０】
は４つのパラメータ及び１つの符号ビットによって求めることができ、
【００８１】
【数３２】
2008512951.tif 000036
【００８２】
内の全ての角度のサブセットである４つのパラメータの数多くの組み合わせが存在する。組み合わせが異なる結果として、送信機において、
【００８３】
【数３３】
2008512951.tif 000037
を構成し直す際に複雑さが異なることになる。
【００８４】
【数３４】
2008512951.tif 000038
【００８５】
の全ての角度を抽出する複雑さは、４つのパラメータに基づいて、
【００８６】
【数３５】
2008512951.tif 000039
【００８７】
を構成する複雑に比べて相対的に低いことに留意されたい。角度を直に返送する代わりに、いくつかの実施形態は、選択された４つの角度の関数を返送することができる。たとえば、ｓｉｎ（）、ｃｏｓ（）及びｔａｎ（）のような一般的な三角関数を選択することができる。本発明の種々の実施形態は、
【００８８】
【数３６】
2008512951.tif 000040
【００８９】
を表すために４つのパラメータの全ての取り得る組を含む。１組の４つのパラメータφ１１、φ１２、φ２１、φ２２及びψ２２の符号が、ここで詳述される解を与える。角度φ１１、φ１２、φ２１、φ２２の抽出は、以下のように実行することができる。
【００９０】
【数３７】
2008512951.tif 000041
2008512951.tif 000042
2008512951.tif 000043
2008512951.tif 000044
【００９１】
φ１１、φ１２、φ２１、φ２２は全て、［０，π］ではなく、［０，π／２］内にあり、ψ２２の符号は１ビットだけしか取らないことに留意されたい。種々の実施形態において、フィードバックは、［０，π］において１つの角度、及び［０，π／２］において３つの角度を含む。
【００９２】
ＰＬ及び
【００９３】
【数３８】
2008512951.tif 000045
【００９４】
を表すために上記のパラメータを用いる実施形態では、受信機はθ２１、θ３１、φ１１、φ１２、φ２１、φ２２を量子化し、それらをｓｉｇｎ（ψ２２）とともに送信機にフィードバックする。ただし、ｓｉｇｎ（ψ２２）は、以下のように求めることができる。
【００９５】
【数３９】
2008512951.tif 000046
【００９６】
受信機はそれらのパラメータを受信し、
【００９７】
【数４０】
2008512951.tif 000047
【００９８】
を構成し直して、ビーム形成を実行することができる。
【００９９】
【数４１】
2008512951.tif 000048
【０１００】
を構成し直す概要は以下のとおりである。ψ２２、ψ３２を計算し、
【０１０１】
【数４２】
2008512951.tif 000049
【０１０２】
の第２の列である
【０１０３】
【数４３】
2008512951.tif 000050
【０１０４】
を構成し直し；そして、
【０１０５】
【数４４】
2008512951.tif 000051
【０１０６】
のユニタリ特性を用いて、
【０１０７】
【数４５】
2008512951.tif 000052
【０１０８】
の第３の列である
【０１０９】
【数４６】
2008512951.tif 000053
【０１１０】
を計算する。
【０１１１】
【数４７】
2008512951.tif 000054
【０１１２】
は以下のように書き換えられる。
【０１１３】
【数４８】
2008512951.tif 000055
【０１１４】
【数４９】
2008512951.tif 000056
【０１１５】
は
【０１１６】
【数５０】
2008512951.tif 000057
【０１１７】
と直交するので、ｖ’１ｖ２＝０、又は以下の式が成り立つ。
【０１１８】
【数５１】
2008512951.tif 000058
【０１１９】
ただし、以下の式が成り立つ。
【０１２０】
【数５２】
2008512951.tif 000059
【０１２１】
φ１１、φ１２、φ２１、φ２２は全て［０，π／２］内にあるので、ｃｊは全て０以上である。式（２１）は余弦法則を用いることによって明白に解くことができる。ψ２２、ψ３２の解は以下のとおりである。
【０１２２】
【数５３】
2008512951.tif 000060
【０１２３】
【数５４】
2008512951.tif 000061
【０１２４】
もユニタリ行列であるので、第１の行のノルムは１である。
【０１２５】
【数５５】
2008512951.tif 000062
【０１２６】
が正の数であると考えると、
【０１２７】
【数５６】
2008512951.tif 000063
【０１２８】
は以下のように解かれる。
【０１２９】
【数５７】
2008512951.tif 000064
【０１３０】
【数５８】
2008512951.tif 000065
【０１３１】
はユニタリ行列であるので、
【０１３２】
【数５９】
2008512951.tif 000066
【０１３３】
の第２の行は第２の行と直交する。
【０１３４】
【数６０】
2008512951.tif 000067
【０１３５】
は以下のように解くことができる。
【０１３６】
【数６１】
2008512951.tif 000068
【０１３７】
同様に、
【０１３８】
【数６２】
2008512951.tif 000069
【０１３９】
は以下のようになる。
【０１４０】
【数６３】
2008512951.tif 000070
【０１４１】
【数６４】
2008512951.tif 000071
【０１４２】
が成り立つことを思い起こすと、ビーム形成は以下のように実行することができる。
【０１４３】
【数６５】
2008512951.tif 000072
【０１４４】
図２は、本発明の種々の実施形態による流れ図を示す。いくつかの実施形態では、方法２００は、ＭＩＭＯ技術を利用する無線システムにおいて、又はその無線システムのために用いることができる。いくつかの実施形態では、方法２００、又はその部分は、無線通信デバイスによって実行され、その複数の実施形態が種々の図において示される。他の実施形態では、方法２００は、プロセッサ又は電子システムによって実行される。方法２００は、その方法を実行する特定のタイプの装置又はソフトウエアの構成要素によって限定されない。方法２００の種々の動作は、提示される順序で実行することができるか、又は異なる順序で実行することができる。さらに、実施形態によっては、図２に列挙されるいくつかの動作が、方法２００から省かれる。
【０１４５】
図示される方法２００は、ブロック２１０において開始し、ブロック２１０では、チャネル状態情報が、受信された信号から推定される。チャネル状態情報は、上記のチャネル状態行列Ｈを含むことができる。２２０では、チャネル状態情報から、ビーム形成行列が求められる。いくつかの実施形態では、これは、式（１）及び（７）を参照して先に説明されたように、特異値分解（ＳＶＤ）を実行することに対応する。ビーム形成行列Ｖも先に説明されている。
【０１４６】
２３０では、ビーム形成行列の各列から位相角が因数分解される。たとえば、式（５）、（８）及び（１５）において先に示されたように、位相行列ＰＲを、ビーム形成行列から因数分解して、破棄することができる。２４０では、付加的な位相情報が、ビーム形成行列から因数分解され、位相行列及び大きさ行列が生成される。上記の本発明の種々の実施形態では、付加的な位相情報は、位相行列ＰＬによって表され、大きさ行列は、
【０１４７】
【数６６】
2008512951.tif 000073
【０１４８】
によって表される。大きさ行列は、元々のビーム形成行列Ｖからの大きさ情報を含み、位相情報を含むことも、含まないこともある。したがって、
【０１４９】
【数６７】
2008512951.tif 000074
【０１５０】
内の成分はスカラー又は複素数の場合がある。
【０１５１】
２５０では、Ｎ２−Ｎ個のパラメータを用いて、位相行列及び大きさ行列が表される。ただし、Ｎは空間チャネルの数である。たとえば、上記の２×２の実施形態では、Ｎ＝２であり、位相行列及び大きさ行列は、２つのパラメータによって表される。１つのパラメータθを用いて、大きさ行列が表され、１つのパラメータφ１１−φ２１を用いて、位相行列が表される。また、たとえば、上記の３×３の実施形態では、Ｎ＝３であり、位相行列及び大きさ行列は６つのパラメータ、及び符号ビットによって表される。位相行列は、２つのパラメータによって表され、大きさ行列は、４つのパラメータ及び１つの符号ビットによって表される。大きさ行列を表すためのパラメータの選択は広範囲にわたる。
【０１５２】
２６０では、パラメータが量子化される。それらのパラメータは、個別に、又はまとめて量子化することができる。それらのパラメータは、選択されたパラメータの範囲にとって相応しい範囲内で量子化される。たとえば、上記の２×２の実施形態では、θ及びφ１１−φ２１はそれぞれ、［０，π／２］及び（−π，π］の間で量子化される。２７０では、量子化されたパラメータが送信される。量子化されたパラメータは、図１を参照して説明されたような局間の無線リンクのような無線リンクを含む、任意のタイプのプロトコル又は任意のタイプの通信リンクを用いて送信することができる。
【０１５３】
図３は、本発明の種々の実施形態による流れ図を示す。いくつかの実施形態では、方法３００は、ＭＩＭＯ技術を利用する無線システムにおいて、又はその無線システムのために用いることができる。いくつかの実施形態では、方法３００、又はその一部は、無線通信デバイスによって実行され、その複数の実施形態が種々の図において示される。他の実施形態では、方法３００は、プロセッサ又は電子システムによって実行される。方法３００は、その方法を実行する特定のタイプの装置又はソフトウエアの構成要素によって限定されない。方法３００の種々の動作は、提示される順序で実行することができるか、又は異なる順序で実行することができる。さらに、実施形態によっては、図３に列挙されるいくつかの動作は、方法３００から省かれる。
【０１５４】
図示される方法３００は、ブロック３１０において開始し、ブロック３１０では、少なくとも１つの角度パラメータが受信される。これは、送信機が大きさ行列を表す１つ又は複数の角度パラメータを受信することに対応することができる。たとえば、少なくとも１つの角度パラメータは、式（６）を参照して先に説明されたようなθを含むことができるか、又は式（１５）〜（１９）を参照して先に説明されたようなφ１１、φ１２、φ２１、φ２２を含むことができる。
【０１５５】
３２０では、少なくとも１つの角度パラメータから、ビーム形成行列内の成分の大きさが求められる。たとえば、式（１１）に示されるように、２×２ビーム形成行列内の成分の大きさは、角度パラメータθから求めることができ、式（２０）及び（２４）〜（２６）に示されるように、３×３ビーム形成行列内の成分の大きさは、角度パラメータφ１１、φ１２、φ２１及びφ２２から求めることができる。
【０１５６】
３３０では、少なくとも１つの位相パラメータが受信される。これは、送信機が位相行列を表す１つ又は複数の位相パラメータを受信することに対応することができる。たとえば、少なくとも１つの位相パラメータは、式（５）及び（８）を参照して先に説明されたようなφ２１〜φ１１を含むことができるか、又は式（１５）〜（１９）を参照して先に説明されたようなφ１１、φ１２、φ２１、φ２２を含むことができる。３４０では、少なくとも１つの位相パラメータを、ビーム形成行列内の少なくとも１つの行に適用することができる。たとえば、式（１１）又は式（２８）に示されるように、位相行列及び大きさ行列を乗算することができる。さらに、式（２８）に示されるように、ビーム形成する際に、そのビーム形成行列を用いることができる。
【０１５７】
図４は、本発明の種々の実施形態によるシステム図を示す。電子システム４００は、アンテナ４１０と、物理層（ＰＨＹ）４３０と、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層４４０と、イーサネットインターフェース４５０と、プロセッサ４６０と、メモリ４７０とを備える。いくつかの実施形態では、電子システム４００として、これまでの図を参照しながら先に説明されたように、ビーム形成行列を因数分解し、パラメータを量子化することができる局を用いることができる。他の実施形態では、電子システムとして、量子化されたパラメータを受信し、ＭＩＭＯシステムにおいてビーム形成を実行する局を用いることができる。たとえば、電子システム４００は、局１０２又は局１０４（図１）のように、無線ネットワークにおいて利用することができる。また、たとえば、電子システム４００として、上記の式（１）〜（２８）のいずれにおいて示される計算を実行することができる局を用いることができる。
【０１５８】
いくつかの実施形態では、電子システム４００は、アクセスポイント又は移動局及び他の回路を含むシステムを表すことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、電子システム４００として、周辺機器として又は集積ユニットとしてアクセスポイント又は移動局を含む、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等のコンピュータを用いることができる。さらに、電子システム４００は、ネットワークにおいて互いに接続される一連のアクセスポイントを含むことができる。
【０１５９】
動作時に、システム４００は、アンテナ４１０を用いて信号を送受信し、その信号は、図４に示される種々の構成要素によって処理される。アンテナ４１０として、ＭＩＭＯ処理をサポートするアンテナアレイ又は任意のタイプのアンテナ構造を用いることができる。システム４００は、８０２．１１標準規格のような無線ネットワーク標準規格に部分的に準拠して、又は完全に準拠して動作することができる。
【０１６０】
物理層（ＰＨＹ）４３０は、アンテナ４１０に接続され、無線ネットワークとやりとりする。ＰＨＹ４３０は、無線周波数（ＲＦ）信号の送信及び受信をサポートするための回路を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、ＰＨＹ４３０は、信号を受信し、低雑音増幅（ＬＮＡ）、フィルタリング、周波数変換等の「フロントエンド」処理を実行するためのＲＦ受信機を含む。さらに、いくつかの実施形態では、ＰＨＹ４３０は、ＭＩＭＯ信号処理をサポートするための変換機構及びビーム形成回路を含む。また、たとえば、いくつかの実施形態では、ＰＨＹ４３０は、周波数アップコンバージョンをサポートするための回路、及びＲＦ送信機を含む。
【０１６１】
媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層４４０として、任意の適当な媒体アクセス制御層の実施態様を用いることができる。たとえば、ＭＡＣ４４０は、ソフトウエア若しくはハードウエア、又はそれらの任意の組み合わせで実装することができる。いくつかの実施形態では、ＭＡＣ４４０の一部をハードウエアで実装し、一部を、プロセッサ４６０によって実行されるソフトウエアにおいて実施することができる。さらに、ＭＡＣ４４０は、プロセッサ４６０とは別個のプロセッサを備えることもできる。
【０１６２】
動作時に、プロセッサ４６０がメモリ４７０から命令及びデータを読み出し、それらに応じて動作を実行する。たとえば、プロセッサ４６０は、メモリ４７０からの命令にアクセスし、方法２００（図２）若しくは方法３００（図３）、又は他の図を参照しながら説明された方法のような、本発明の方法の実施形態を実行することができる。プロセッサ４６０は、限定はしないが、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ等を含む、任意のタイプのプロセッサを表す。
【０１６３】
メモリ４７０は、機械読取り可能媒体を含む製品を表す。たとえば、メモリ４７０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又はプロセッサ４６０によって読取り可能である媒体を含む任意の他のタイプの製品を表す。メモリ４７０は、本発明の種々の方法の実施形態を実行するための命令を格納することができる。またメモリ４７０は、ビーム形成行列又はビーム形成ベクトルも格納することができる。
【０１６４】
システム４００の種々の構成要素は図４において別個に示されるが、プロセッサ４６０、メモリ４７０、イーサネットインターフェース４５０及びＭＡＣ４４０の回路要素を単一の集積回路に統合する実施形態もある。たとえば、メモリ４７０として、プロセッサ４６０内にある内部メモリを用いることができるか、又はプロセッサ４６０内にあるマイクロプログラム制御記憶装置を用いることができる。いくつかの実施形態では、システム４００の種々の構成要素は、別個にパッケージして、共通の回路基板上に実装することができる。他の実施形態では、種々の構成要素は、マルチチップモジュール内に存在するような、一緒にパッケージされる別個の集積回路ダイであり、さらに別の実施形態では、種々の構成要素は同じ集積回路ダイ上に存在する。
【０１６５】
イーサネットインターフェース４５０は、電子システム４００と他のシステムとの間の通信を提供することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、電子システム４００として、イーサネットインターフェース４５０を利用して、有線ネットワークと通信するか、又は他のアクセスポイントと通信するアクセスポイントを用いることができる。本発明のいくつかの実施形態は、イーサネットインターフェース４５０を含まない。たとえば、いくつかの実施形態では、電子システム４００として、バス又は他のタイプのポートを用いてコンピュータ又はネットワークと通信する、ネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）を用いることができる。
【０１６６】
本発明が特定の実施形態に関連して説明されてきたが、当業者であれば容易に理解するように、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、変更及び改変して実施できることは理解されたい。そのような変更及び改変は、本発明及び添付の特許請求の範囲の中にあるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】２つの無線局を示す図である。
【図２】本発明の種々の実施形態による流れ図である。
【図３】本発明の種々の実施形態による流れ図である。
【図４】本発明の種々の実施形態による電子システムを示す図である。
【図１】
2008512951.tif 000075
【図２】
2008512951.tif 000076
【図３】
2008512951.tif 000077
【図４】
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【国際調査報告】
2008512951.tif 000079
2008512951.tif 000080
2008512951.tif 000081