(57)【要約】【課題】  伝送システムにおけるプリコーディングスキームのためのトラッキング行列コードブックを生成する効率的なコンセプトを提供する。【解決手段】  第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおけるプリコーディングスキームにおいて使用される１つ以上の更新用行列を求めて、該更新用行列を含むコードブックを生成するコードブック生成装置（４００）であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であって、第１の行列を求めて、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるジェネレータ（４０５）と、前記第１の行列と前記第２の行列を合成して１つの更新用行列を求めるコンバイナ（４１０）とを備えるコードブック生成装置（４００）。【選択図】図６
2008136199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおけるプリコーディングスキームにおいて使用される１つ以上の更新用行列を求めて、該行列を含んだコードブックを生成するコードブック生成装置（４００）であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であって、
第１の行列を求めて、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるジェネレータ（４０５）と、
前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して、１つの更新用行列を求めるコンバイナ（４１０）と
を備えるコードブック生成装置（４００）。
【請求項２】
複数の更新用行列が求められ、ここで、異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が用いられる、請求項１に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項３】
前記コンバイナ（４１０）が、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成したもののサブセットのみを用いて前記更新用行列を求める、請求項１または２に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項４】
前記サブセットが行ベクトルまたは列ベクトルである、請求項３に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項５】
前記ジェネレータ（４０５）が、０．５〜１．５の正規化された大きさを持つ列ベクトルを有する行列を求めるか、または任意の２つの列ベクトルの間の角度が４５°〜１３５°である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項６】
前記更新用行列が対称行列または複素対称行列である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項７】
前記ジェネレータ（４０５）が、直交する列またはほぼ直交する列を有する行列を求めるものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項８】
前記ジェネレータ（４０５）が、ユニタリ行列または略ユニタリ行列を求めるものであり、
該ユニタリ行列または該略ユニタリ行列が、直交する列またはほぼ直交する列を有するか、またはノルムが１もしくはほぼ１である列ベクトルを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項９】
前記ジェネレータ（４０５）が、ランダム行列または疑似ランダム行列を求めるものである、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１０】
前記更新用行列のそれぞれが、更新用行列のユニークなインデックスと関連付けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１１】
前記ジェネレータ（４０５）は、得られる更新用行列の対角要素の大きさの平均が、全ての非対角要素の大きさの平均の少なくとも２倍となるように、前記第１の行列と前記第２の行列とを求めるものである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１２】
前記更新用行列が正方行列である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１３】
前記ジェネレータ（４０５）が、前記相関度に関係する時間シフトを用いて前記第１の行列と前記第２の行列とを求めるものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１４】
前記相関度が無線チャネルのフェージング特性と関連する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１５】
前記ジェネレータ（４０５）が、複数の異なる相関度を用いて行列を求めるものである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１６】
前記ジェネレータ（４０５）が、Ｊａｋｅｓモデルに基づいて前記第１の行列と前記第２の行列とを求めるものである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１７】
前記ジェネレータ（４０５）が、行列の三角化が適用されるランダム行列を求めることにより前記第１の行列と前記第２の行列とを求めるか、または前記第１の行列の要素と前記第２の行列の要素とが独立同分布に従うものである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１８】
前記ジェネレータ（４０５）が、数回のトライアルによりチャネル容量を最適化するために前記第１の行列と前記第２の行列とを求めるものである、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項１９】
前記更新用行列を量子化する手段をさらに備えるか、または前記ジェネレータ（４０５）が量子化された行列を求めるものである、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項２０】
前記コンバイナ（４１０）が、前記第１の行列と前記第２の行列とを掛けることにより合成する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のコードブック生成装置（４００）。
【請求項２１】
第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおけるプリコーディングスキームにおいて使用される１つ以上の更新用行列を求める方法であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であって、
第１の行列を求めるサブステップと、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるサブステップとにより更新用行列のそれぞれを求めるステップと、
前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して、１つの更新用行列を求めるステップと
を含む方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
【請求項２３】
プリコーディングにおいて使用される少なくとも２つの更新用行列を含むコードブックであって、
前記更新用行列のそれぞれが、更新用行列のインデックスと関連付けられており、
前記更新用行列が、第１の行列を求めるステップと、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるステップと、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップとにより求められ、
異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が用いられる、コードブック。
【請求項２４】
コードブックが、プリコーディングにおいて使用される少なくとも２つの更新用行列を含み、
前記更新用行列のそれぞれが、更新用行列のインデックスと関連付けられ、
前記更新用行列が、第１の行列を求めるステップと、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるステップと、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップとにより求められ、
異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が用いられる、前記コードブックを記憶している記憶媒体。
【請求項２５】
前記コードブックが量子化されて記憶される、請求項２４に記載の記憶媒体。
【請求項２６】
第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、送信装置におけるプリコーディングを制御する受信装置に備えられている記憶媒体であって、
前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、
前記受信装置が、
受信信号に基づいて前記送信装置と前記受信装置との間の無線チャネルを推定して無線チャネル推定値を求めるチャネル推定部と、
前記更新用行列の前記コードブックに含まれている前記更新用行列と、以前のプリコーディング行列とに基づいて新たなプリコーディング行列を提供する処理ユニットであって、前記更新用行列が少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する、処理ユニットと、
前記新たなプリコーディング行列のうち、無線チャネル推定値に基づく最適化基準を満たす新たなプリコーディング行列をサーチするサーチャと、
該新たなプリコーディング行列と関連付けられている、更新用行列のインデックスを送信する送信ユニットと
を備えるものである、
請求項２４または２５に記載の記憶媒体。
【請求項２７】
プリコードされた信号を送信する送信装置に備えられている記憶媒体であって、
前記信号が、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、更新されたプリコーディング行列を用いてプリコードされており、
前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であり、
前記送信装置が、
更新インデックスを受信する受信ユニットと、
異なる更新情報項目を含むコードブックを記憶する記憶手段であって、前記更新情報項目のそれぞれがそれ自体に関連付けられている更新インデックスを含む、記憶手段と、
受信した前記更新インデックスと、前記コードブック内で関連付けられている前記更新情報項目とを用いて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する更新用行列を求める更新用行列のジェネレータと、
以前に用いられたプリコーディング行列と前記更新用行列とを合成して、更新されたプリコーディング行列を求めるコンバイナと
を備えるものである、
請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の記憶媒体。
【請求項２８】
プリコーディング情報を提供する受信装置に備えられている記憶媒体であって、
前記受信装置が、
イベントを検出する検出部と、
前記イベントの発生の検出に応じて第１の時刻に完全なプリコーディング情報を送信し、前記第１の時刻とは異なる第２の時刻に差分プリコーディング情報を送信する送信ユニットと
を備えるものである、
請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の記憶媒体。
【請求項２９】
前記検出部が、前記完全なプリコーディング情報が送信された先の時刻から所定の時間が経過したことを前記イベントとして検出するか、または、通信リンクにとって前記差分プリコーディング情報よりも前記完全なプリコーディング情報が有利であることを前記イベントとして検出するものである、請求項２７に記載の記憶媒体。
【請求項３０】
プリコーディングを用いて信号を送信する送信装置に備えられている記憶媒体であって、
前記プリコーディングが、プリコーディング情報に基づいて更新され、
前記送信装置が、
イベントの発生を検出する検出部と、
イベントの発生の検出に応じて第１の時刻に前記完全なプリコーディング情報を用いて更新を行い、前記第１の時刻とは異なる第２の時刻に前記差分プリコーディング情報を用いて更新を行う手段と
を備えるものである、
請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の記憶媒体。
【請求項３１】
前記検出部が、前記完全なプリコーディング情報を受信した先の時刻から所定の時間が経過したことをイベントとして検出するか、または、通信リンクにとって前記差分プリコーディング情報よりも前記完全なプリコーディング情報が有利であることをイベントとして検出するものである、請求項３０に記載の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ（multiple-input-multiple-output）伝送の分野に関する。ＭＩＭＯ伝送は、モバイル通信のシナリオにおいてますます使用されつつあり、将来のモバイル通信システムであると考えられている。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯシステムは、一般に、モバイル通信システムのシステム容量を著しく向上させることができる。これは、例えば、ＭＩＭＯシステムが、複数の送信アンテナと受信アンテナとを用いて、複数のデータストリームを同時に送受信することができるため、達成される。図１７に一般的なＭＩＭＯシステム１７００を示している。このシナリオでは、Ｎt個の送信アンテナ１７１２を用いる送信ユニット１７１０が示されている。送信アンテナ１７１２が送信した信号は、Ｎr個の受信アンテナ１７２２を用いる受信ユニット１７２０が受信する。送信アンテナ１７１２と受信アンテナ１７２２との間にはモバイル無線チャネルがあり、これは、図１７においてＨkとして示されている。送信ユニット１７１０が送信する信号はｘkとして示されており、プリコーディングユニット１７３０によってプリコードされる。プリコーディングユニット１７３０は、送信される実際のデータストリームｓkに対してプリコーディング行列Ｆkを適用する。
【０００３】
プリコーディング行列Ｆkは、受信装置から受信したフィードバックに基づいている。好ましくは、受信装置は、コードブックを用いてインデックスｍoptをフィードバックする。図１７に示されているシナリオでは、これらのインデックスは、送信装置と受信装置とで利用できるコードブック１７４０に基づいて決定される。受信した信号は、チャネル推定を行う受信装置の検出部１７５０によって検出される。すなわち、チャネルＨkが推定され、チャネル推定値に基づいてプリコーディングが評価され、利用可能なコードブック１７４０に基づいてコード化され、それぞれのコードブックのインデックスが送信装置へ提供される。したがって、図１７には、コードブックベースのプリコーディングスキームを用いたＭＩＭＯシステムが示されている。ＭＩＭＯプリコーディングスキームは、複数のビーム１７６０により複数のデータストリームを送信することができ、よって、システム容量を増加させることができる。
【０００４】
受信装置から完全なチャネル情報がフィードバックされると、送信装置は完全なプリコーディングを行うことができるが、これは、大量のフィードバック情報、すなわち受信装置から送信装置へ信号を伝えるチャネルを必要とし、これらのチャネルは、フィードバック情報が詳細であるため高いデータレートを利用することになる。したがって、フィードバック量を低減することが、コードブックベースのプリコーディングを用いたＭＩＭＯシステムの分野における主要な課題である。コードブックベースの線形プリコーディングでは、フィードバック情報として設定された所定のコードブックの好ましいインデックスを送信するだけでよく、これと共に必要なフィードバック情報も少なくて済む。
【０００５】
図１７を参照する。送信アンテナの数がＮt、受信アンテナの数がＮr、同時に送信されるストリームの数がＮsの場合、時刻ｋにおける送信信号ベクトルは、以下のように表すことができる。
【数１】
2008136199.tif 000003
ここで、プリコーディング行列Ｆkは、コードブックの要素から計算される。式１において、ＭＩＭＯチャネルＨkは、
【数２】
2008136199.tif 000004
と定めることができる。
【０００６】
コードブックの設計のコンセプトは、「ワンショットコードブック」または「トラッキングコードブック」のいずれかに分類できる。２つのコードブック設計コンセプトの主な違いを表１に示す。
【０００７】
【表１】
2008136199.tif 000005
【０００８】
ワンショットコードブックの場合、コードブックの各要素は、行列またはベクトルとすることができる。前者を行列コードブックといい、後者をベクトルコードブックという。トラッキングコードブックの場合、従来のシステムは、以下でさらに詳述するように、主に再帰的な伝送アルゴリズムとともにベクトルコードブックを使用する。
【０００９】
図１８は、時間軸に対するモバイル無線チャネルのチャネル係数のグラフを示している。フィードバックが提供されることとし、図１８に黒い点で示されている等間隔の周期でチャネルサンプルが取られるものと仮定する。図１８のサンプリング点から、２つのチャネル推定値及びフィードバック周期の間で、チャネルがある程度変化することがわかる。この度合いは、例えば、通信シナリオ内のモビリティなどに依存する。この変化に基づいて、コードブックの設計のコンセプトが選択される。チャネルの変化が小さい場合には、チャネルをトラッキングすることができるので、トラッキングコードブックが好ましいはずである。変化が多少大きい場合には、ワンショットコードブックが好ましい。実際の無線通信シナリオでは、例えば低速フェージングや、短いフィードバック周期に相当する高速サンプリング周波数などにより、２つのサンプリング点の間のチャネルを関連付けることができる。この場合、トラッキングコードブックは、必要なフィードバックビット、すなわちフィードバックチャネルにおいて必要なデータレートと性能との間のよりよいトレードオフを提供することができる。
【００１０】
以下、送信アンテナの数をＮt＝４とし、受信アンテナの数をＮr＝２とし、データストリームの数をＮs＝２としたシステムの例について説明する。さらに、この説明全体を通して、ｋはタイムインデックスとする。図１９に従来の受信装置１９００の構造を示している。従来の受信装置１９００は、受信信号を提供するためのチャネル推定部１９１０を備えている。チャネル推定部１９１０は、基準シンボル（reference symbol）に基づいて無線チャネルを推定し、処理ユニット１９２０へチャネル推定値Ｈkを提供し、処理ユニット１９２０は、
【数３】
2008136199.tif 000006
に基づいて特異値分解（singular value decomposition）を行い、ユニタリ行列Ｖkを求める。
【００１１】
受信装置１９００は、以前のプリコーディング行列Ｆk-1を記憶するメモリ１９３０をさらに備えている。
【００１２】
受信装置１９００は、
【数４】
2008136199.tif 000007
に基づいて、以前のプリコーディング行列Ｆk-1に列を追加して、（Ｆ’k-1）Hを求めるカラムアダー１９４０をさらに備えている。
【００１３】
式４には、カラムアダー１９４０が、以前のプリコーディング行列Ｆk-1へダミーカラムを追加することが示されている。デルタ行列を求めるために
【数５】
2008136199.tif 000008
に基づいて、カラムアダー１９４０の出力と処理ユニット１９２０の出力とが乗算部１９５０において掛け合わされ、乗算部１９５０がデルタ行列Ｄkを出力し、さらにデルタ行列Ｄkがコードブックサーチャ１９６０の入力とされる。
【００１４】
コードブックサーチャ１９６０は、
【数６】
2008136199.tif 000009
に基づいて、コードブック１９７０を用いてデルタ行列Ｄkをエンコードし、ベクトルコードブック１９７０のインデックスとしてインデックス
【数７】
2008136199.tif 000010
を出力する。
【００１５】
式６から分かるように、デルタ行列Ｄkは、列ごとにコード化される。このため、第１列を取り出し、適切にマッチングするベクトルがコードブック１９７０内でサーチされ、これに基づいて、式６に示したハウスホルダー関数Ｑnを用いて行列の次元が１次元低くなる。次元が低くなった行列においては、次の列は第１列よりも１次元低く、それ故より少ないフィードバックで済む。受信装置の構造の詳細及び数学的な背景については、非特許文献１に記載されている。
【００１６】
図２０は、個々の送信装置２０００のブロック図である。この送信装置２０００は、行列コンストラクタ２０１０を備えている。行列コンストラクタ２０１０は、コードブックのインデックス
【数８】
2008136199.tif 000011
を受信する。行列コンストラクタ２０１０は、受信装置で使用されるのと同じコードブックであるコードブック２０２０へ接続されている。再帰的なアルゴリズムを用いて、行列コンストラクタは、
【数９】
2008136199.tif 000012
に基づき、コードブックインデックスからそれぞれのデルタ行列Ｄkの推定値
【数１０】
2008136199.tif 000013
を求める。
【００１７】
送信装置２０００は、
【数１１】
2008136199.tif 000014
に基づいて、カラムアダー２０４０がダミー列を追加するための以前のプリコーディング行列Ｆk-1を記憶するメモリ２０３０をさらに備えている。
【００１８】
次いで、乗算部２０５０が、
【数１２】
2008136199.tif 000015
に基づいて、列が追加された以前のプリコーディング行列と推定されたデルタ行列とを掛け合わせて、新たなプリコーディング行列を求める。次いでこの新たなプリコーディング行列をデータストリームｓに適用して、送信信号ｘを求める。
【００１９】
代わりに上記の式を
ｘ＝ＦkＰｓ
に修正することもできる。この式において、ＰはＮｓ×Ｎｓの電力配分行列（power allocation matrix）である。
【００２０】
従来の送信装置２０００と従来の受信装置１９００とは、それぞれが異なる長さのベクトルで構成されている同じコードブック２０２０、１９７０を使用して、再帰的なデルタ行列コーディングアルゴリズムを実行する。式１０は、コードブックＣＢをより詳細に記述するものである。
【数１３】
2008136199.tif 000016
【００２１】
送信装置の構造の詳細と数学的な背景については、非特許文献２に記載されている。
【００２２】
図１９と図２０には、現在のプリコーディング行列が以前のプリコーディング行列を用いて更新される、トラッキング機能を有する従来のプリコーディングスキームの場合の受信装置１９００と送信装置２０００とが示されている。従来のスキームでは、行列のサイズを調整するためのカラムアダーが必要であるという短所がある。これは、
【数１４】
2008136199.tif 000017
により、以前のプリコーディング行列を左側から掛けることによってプリコーディング行列が更新されることによる。
【００２３】
追加される列またはダミー列の数は、送信されるデータストリームの数によって決まる。さらに従来のスキームには、フィードバックインデックスから
【数１５】
2008136199.tif 000018
を求めるために、送信装置が行列コンストラクタ２０１０を必要とするという短所がある。これは、従来のスキームではベクトルコードブックを使用するために複数のインデックスがフィードバックされるという事実によるものであり、その場合、複数のインデックスは、より多くのフィードバックビットまたはより高いフィードバックデータレートを必要とするという短所ももたらす。しかも、従来のスキームは、特異値分解を行うために処理ユニット１９２０を必要とするという短所ももたらす。特異値分解は、複雑な計算であり、受信装置はさらなる処理能力を必要とする。概して、従来のシステムには、プリコーディングスキームを実施するために、ハードウェア及びソフトウェアの高い複雑度が求められるという短所がある。
【００２４】
【非特許文献１】R1-060868, Intel, "Performance and complexity of scaleable Precoded MIMO (LLS & SLS),"3GPP RAN1 LTE, Mar 2006
【非特許文献２】R1-060868, Intel, "Performance and complexity of scaleable precoded MIMO (LLS & SLS)", 3GPP RAN1 LTE, Mar 2006
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的は、より高いシステム容量及びリンク容量を可能にする、伝送システムにおけるプリコーディングスキームのためのトラッキング行列コードブックを生成するより効率的なコンセプトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本目的は、請求項１に記載のコードブック生成装置と、請求項２１に記載の複数の行進用行列を求める方法と、請求項２３に記載のコードブックと、請求項２４に記載のコードブックを記憶する記憶媒体とにより達成できる。
【００２７】
上記目的は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおけるプリコーディングスキームにおいて使用される１つ以上の更新用行列を求めて、該更新用行列を含むコードブックを生成するコードブック生成装置であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であって、第１の行列を求めて、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるジェネレータと、前記第１の行列と前記第２の行列を合成して１つの更新用行列を求めるコンバイナ（４１０）とを備えるコードブック生成装置により達成される。
【００２８】
上記目的は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおけるプリコーディングスキームにおいて使用される１つ以上の更新用行列を求める方法であって、前記第１の数が１より大きく、前記第２の数が１以上であって、第１の行列を求めるサブステップと、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるサブステップとにより更新用行列をそれぞれ求めるステップを含む。前記方法は、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップをさらに含む。
【００２９】
上記目的は、プリコーディングにおいて使用される少なくとも２つの更新用行列を含むコードブックであって、更新用行列のそれぞれがある更新用行列のインデックスと関連付けられており、前記更新用行列が、第１の行列を求めるステップと、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるステップと、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップとにより求められ、異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が使用される、コードブックにより達成される。
【００３０】
上記目的は、コードブックが、プリコーディングにおいて使用される少なくとも２つの更新用行列を含み、更新用行列がそれぞれある更新用行列のインデックスと関連付けられ、前記更新用行列が、第１の行列を求めるステップと、ある相関度により該第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるステップと、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップとにより求められ、異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が使用される、前記コードブックを記憶している記憶媒体によって達成される。
【００３１】
本発明は、ＭＩＭＯ伝送におけるプリコーディングスキームを可能にする、更新用行列を含むトラッキングコードブックが、相関のある行列の合成に基づいて効率良く求められるという知見に基づくものである。行列は、ユニタリかつランダムとなるように求めることができ、例えば、特異値分解を用いて、更新用行列コードブックがトラッキング機能を有するものとなるように、任意のランダム行列からユニタリランダム行列を求めることができる。コードブックは、本発明に係るコードブック生成装置、またはコードブックに含まれる複数の更新用行列を求める本発明に係る方法を用いて効率良く生成することができ、次いで、送信装置または受信装置の記憶媒体に記憶することができる。相関関係にある第１の行列と第２の行列とは、コヒーレンス時間を有するランダムジェネレータの時間シフト行列を利用するか、または、まず独立した行列を求め、例えば、忘却フィルタ（forgetting filter）などのフィルタを利用して第２の行列と第１の行列とを関連付けることにより、効率良く求められる。本発明は、さらに、プリコーディングスキームとＭＩＭＯ伝送のための更新用行列を含むコードブックが、同時にトラッキング機能を提供しながら効率良く求められるという利点も提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の実施形態について、添付図面を用いて詳細に説明する。
【００３３】
図１は、受信装置１００の一実施形態を示している。受信装置１００はチャネル推定部１１０を備えており、このチャネル推定部１１０は処理ユニット１２０と接続されている。処理ユニット１２０は、コードブック１２２とプリコーディング行列を記憶するメモリ１２４とサーチャ１３０とへ接続されている。サーチャ１３０は、送信ユニット１４０と接続されている。受信装置１００は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、送信装置におけるプリコーディングを制御する。ここで、第１の数は１より大きく、第２の数は１以上である。受信装置１００は、受信信号に基づいて、送信装置と受信装置１００との間の無線チャネルを推定して無線チャネル推定値を求めるチャネル推定部１１０を備えている。
【００３４】
受信装置１００は、更新用行列コードブック１２２に含まれている更新用行列と、プリコーディング行列を記憶するメモリ１２４に記憶されている以前のプリコーディング行列とに基づいて、新たな行列を提供する処理ユニット１２０をさらに備えている。更新用行列は、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列を有するものとすることができる。一般に、処理ユニットは、更新用コードブックに含まれている更新情報項目と以前のプリコーディング行列とに基づいて、新たなプリコーディング行列を提供する。好ましくは、更新用コードブックは、更新情報項目として更新用行列を含み、ここで更新用行列は少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する。
【００３５】
受信装置１００は、新たなプリコーディング行列のうち、無線チャネル推定値に基づく最適化基準を満たす新たなプリコーディング行列をサーチするサーチャ１３０と、新たなプリコーディング行列をサーチするときに見つかる新たなプリコーディング行列と関連付けられる更新用行列のインデックスを送信する送信ユニット１４０とをさらに備えている。
【００３６】
一実施形態では、受信アンテナの数である第２の数は１より大きく、プリコーディング行列は、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有している。処理ユニットは、更新用行列と以前の処理行列（processing matrix）との乗算により、新たなプリコーディング行列を提供することができる。さらに、受信装置１００は、マルチキャリア信号を受信し、マルチキャリア信号の各搬送波または一連の搬送波においてプリコーディングを制御することができる。
【００３７】
一実施形態では、処理ユニット１２０は乗算部として実装されており、プリコーディング行列を記憶するメモリ１２４に記憶されている以前のプリコーディング行列をコードブック１２２に含まれている更新用行列と掛け合わせる。新たなプリコーディング行列が得られると、処理ユニットは、次の更新のためにプリコーディング行列を更新することができる。
【００３８】
図２は受信装置１５０の別の実施形態を示している。受信装置１５０はチャネル推定部１５５を備えている。このチャネル推定部１５５は、受信信号に基づくチャネル推定値Ｈkを評価して、チャネル推定値Ｈkをコードブックサーチャ１６０へ提供する。受信装置は、以前のプリコーディング行列Ｆk-1を記憶するメモリ１６５をさらに備えている。以前のプリコーディング行列Ｆk-1は、乗算部１７０により、コードブック１７５の更新用行列Ｃmと掛け合わされて、新たな一連のプリコーディング行列Ｃ’mが得られ、これもまたコードブックサーチャ１６０へ提供される。更新されたプリコーディング行列は、以下の式で与えられる。
【数１６】
2008136199.tif 000019
ここで、サーチされる新たな一連のプリコーディング行列を決定するために、右側から以前のプリコーディング行列Ｆk-1が掛け合わされている。式１２では、（Ｂより）小さい数を個数とする更新されたプリコーディング行列を計算することもできる。一般に、ｌはＢ以下の整数であり、ｐは１以上の下位乗算インデックス（lower multiplication index）であり、ｑはＢ以下の上位乗算インデックス（higher multiplication index）である。よって、１からＢまでのインデックスのサブセット、例えば１、２、４、Ｂなどを計算することもできる。この場合、ｐが１であり、ｑがＢであり、その間には２、４の２つの数しかないことになる。
【００３９】
別の実施形態では、他の任意のプリコーディングまたは適応化（adaptation task）を実行するために、別の行列が掛け合わされる。すなわち、Ｃ’k＝ＣkＡkＦk-1である。コードブックサーチャ１６０は、最適化されたプリコーディング行列
【数１７】
2008136199.tif 000020
を見つけるために、更新されたすべてのプリコーディング行列Ｃ’mをサーチする。最適化されたプリコーディング行列は、例えば一実施形態では、所与のチャネル推定値Ｈkについてチャネル容量を最大にするものであり、以下のように表すことができる。
【数１８】
2008136199.tif 000021
ここで、σ2はノイズ分散またはノイズ電力である。別の実施形態では、最適化基準が異なっていてもよく、例えば、信号対雑音比または通信リンクの品質に関連する他のメトリックを最大にするものでもよい。コードブックサーチャ１６０は、最適なプリコーディング行列
【数１９】
2008136199.tif 000022
を求める。次いで、この最適なプリコーディング行列が、プリコーディング更新の次の反復におけるＦkとして、以前のプリコーディング行列を記憶するメモリ１６５へ提供される。さらに、コードブックサーチャ１６０は、見つけられた最適化されている更新用行列
【数２０】
2008136199.tif 000023
のインデックスｍoptを送信装置へ提供する。
【００４０】
別の実施形態では、コードブックサーチャ１６０は、最小平均二乗誤差逐次干渉除去（ＭＭＳＥ−ＳＩＣ（minimum-mean-square-error-successive-interference-cancellation））の検出に基づいて最大の容量を求める。別の実施形態では、図１に示した処理ユニット１２０は、コードブック１７５に基づくコードブックを記憶する記憶手段を備えている。
【００４１】
図３は、送信装置２００の一実施形態を示している。送信装置２００は、受信ユニット２１０と、記憶手段２２０と、更新用行列のジェネレータ２３０と、コンバイナ２４０と、プリコーディング行列を記憶するメモリ２４５を備えている。
【００４２】
送信装置２００は、プリコードされた信号を送信する。この信号は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームにおいて、プリコーディング行列を記憶するメモリ２４５に記憶されている更新されたプリコーディング行列を用いてプリコードされている。ここで、第１の数は１より大きく、第２の数は１以上である。送信装置２００は、更新インデックスを受信する受信ユニット２１０と、それぞれが更新インデックスと関連付けられている異なる更新情報項目を含むコードブックを記憶する記憶手段２２０とを備えている。送信装置２００は、受信した更新インデックスと、記憶手段２２０に記憶されているコードブック内で関連付けられている更新情報項目とを用いて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する更新用行列を求める更新用行列のジェネレータ２３０と、以前に使用されたプリコーディング行列２４５とジェネレータ２３０により提供される更新用行列とを合成して、更新されたプリコーディング行列を求めるコンバイナ２４０とをさらに備えている。
【００４３】
一実施形態では、受信ユニット２１０は、受信した更新用行列のインデックス（ｍopt）を受信することができる。記憶手段２２０は、それぞれが更新用行列のインデックス（ｍ）と関連付けられていて、少なくとも２つの行と少なくとも２つの列とを有する異なる更新用行列（Ｃm）を含むコードブックを記憶する。
【００４４】
別の実施形態では、コンバイナ２４０は、乗算により更新されたプリコーディング行列（Ｆk）を求める。この乗算は、以前使用されたプリコーディング行列（Ｆk-1）と更新用行列
【数２１】
2008136199.tif 000024
とを掛けることにより行われる。ここで、以前に使用されたプリコーディング行列（Ｆk-1）が右側から掛けられる。受信アンテナの数である第２の数は１より大きくてもよく、プリコーディング行列（Ｆk-1、Ｆk）は正方行列とすることができる。さらに、更新用行列（Ｃm）も正方行列とすることができる。送信装置２００は、マルチキャリア信号を送信して、マルチキャリア信号内の各搬送波または一連の搬送波におけるプリコーディングを制御することもできる。
【００４５】
図４は、送信装置２５０の別の実施形態を示している。送信装置２５０はコードブック２５５を備えており、このコードブック２５５は、受信装置から受信した最適な更新用行列のインデックスｍoptを含む。受信した更新用行列のインデックスを用いて、コードブックは、関連付けられた更新用行列
【数２２】
2008136199.tif 000025
を提供することができる。送信装置２５０は、以前のプリコーディング行列Ｆk-1を記憶するメモリ２６０をさらに備えている。さらに、送信装置２５０は乗算部２６５を備えている。乗算部２６５は、
【数２３】
2008136199.tif 000026
に基づいて、更新用行列と以前のプリコーディング行列とを掛け合わせる。
【００４６】
次いで、乗算部２６５は、更新されたプリコーディング行列Ｆkを提供することができる。図４に示した実施形態によれば、コンバイナ２４０は、乗算部２６５として実装できる。別の実施形態では、送信装置２００及び２５０はそれぞれ、プリコーディング行列Ｆkを送信信号に適用するプリコーダを備えている。
【００４７】
さらに、別の実施形態では、プリコーディング行列Ｆkを初期化することができる。初期化は、状況によってはトラッキングエラーを低減するのに役立つ。初期化は、定期的に行うこともでき、または、制御信号もしくは受信装置からのフィードバックによりトリガすることもできる。初期化のための行列は、コードブックの１つの要素とすることができる。一実施形態では、単位行列から抽出した単位ベクトルで構成することができる。例えば、送信アンテナの数がＮt＝４、データストリームの数がＮs＝２の場合は以下のようになる。
【数２４】
2008136199.tif 000027
【００４８】
従来のスキームとの本質的な違いは、
【数２５】
2008136199.tif 000028
に右側から以前のプリコーディング行列を掛け合わせることにより、プリコーディング行列が更新されることであるという点に留意されたい。これにより、行列のサイズを調整するためのカラムアダーと、特異値分解とが不要になる。さらに、従来のスキームにおけるベクトルコードブックの代わりに行列コードブックを使用することにより、行列コンストラクタが不要となり、加えて、必要なフィードバック情報も低減できる。したがって、実施形態は、送信装置及び受信装置のハードウェア及びソフトウェアの複雑度を低減するという利点を提供する。さらに、必要なフィードバック情報が従来のスキームよりも少なく、したがって、フィードバックビット数、データレート、及びフィードバックチャネルの伝送リソースもより少なくて済む。
【００４９】
図５は、一実施形態に基づく受信装置３１０を備えたＭＩＭＯ伝送システム３００を示している。受信装置３１０は、受信ユニット３１４に接続されているＮr個の受信アンテナ３１２を備えている。受信ユニット３１４は、チャネル推定部３１６とＭＭＳＥ−ＳＩＣ検出部及びデコーダ３１８とに対して受信信号を提供する。次いで、チャネル推定部３１６は、ＭＭＳＥ−ＳＩＣ検出部及びデコーダ３１８とコードブックサーチャ３２０とに対してチャネル推定値を提供する。コードブックサーチャ３２０は乗算部３２２に接続されており、前述したものと同様の記憶手段３２４に記憶されている以前のプリコーディング行列Ｆk-1と、コードブック３２６の更新用行列との乗算の結果を乗算部３２２から受け取る。最適な更新用行列を見つけると、コードブックサーチャ３２０は、その最適な更新用行列のインデックスｍoptを送信装置３５０へ提供する。このＭＩＭＯスキームにおいては、好ましくは、プリコーディング行列ＦkまたはＦk-1の行の数が列の数よりも大きくなるように、第１の数と第２の数が選ばれる。しかしながら、受信アンテナの数を１とすることもできる。
【００５０】
送信装置３５０はコードブック３５２を備えており、コードブック３５２は、受信装置３１０から最適な更新用行列のインデックスｍoptを受け取る。次いで、コードブック３５２は、その最適な更新用行列を乗算部３５４へ提供することができる。乗算部３５４は、さらに、以前のプリコーディング行列を記憶するメモリ３５６から以前のプリコーディング行列Ｆk-1を受け取る。エンコーダ及びシンボルマッパ３５８が乗算部３５４へ送信信号を提供し、乗算部３５４が、送信信号と更新されたプリコーディング行列とを掛け合わせ、その結果を送信ユニット３６０へ提供する。送信ユニット３６０は、Ｎr個の送信アンテナ３６２を用い、無線チャネルを介して受信装置３１０へ信号を送信する。
【００５１】
図５に示した実施形態では、コードブックサーチャ３２０は、例えば、ＭＭＳＥ−ＳＩＣの検出を前提として計算できるリンク容量またはシステム容量を最適化するなどにより、最適な更新用行列を評価することができる。したがって、一実施形態では、コードブックサーチャ３２０とＭＭＳＥ−ＳＩＣ検出部及びデコーダ３１８とは、回路を部分的に共用することができる。これは、ハードウェアとソフトウェアの複雑度のさらなる低減につながる。さらに、別の実施形態では、コードブックの行列のそれぞれがユニタリ行列であり、これについては以下に詳述する。コードブックベースのプリコーディングシステムの実施形態では、送信装置と受信装置が同じコードブックを共用する必要がある。コードブックは、オフラインで生成して、記憶媒体または送信装置及び受信装置のメモリに記憶することができる。一般に、コードブックの生成はシステムの性能に関連するため、コードブックの生成は極めて重要である。前述した実施形態によれば、コードブックの各要素Ｃkは、Ｎt×Ｎtの行列である。したがって、前述のようにトラッキングプリコーディングのスキームが想定され、そのため、コードブックは、トラッキングできるように生成されなければならない。
【００５２】
図６は、ジェネレータ４０５とコンバイナ４１０とを備えたコードブック生成装置４００の一実施形態を示している。この実施形態によれば、コードブック生成装置４００は、第１の数の送信アンテナと第２の数の受信アンテナとを用いた伝送スキームを用いたプリコーディングスキームにおいて使用される１つ以上の更新用行列をそれぞれ計算して、これらの更新用行列を含むコードブックを生成する。ここで、第１の数は１より大きく、第２の数は１以上である。このコードブック生成装置４００は、第１の行列を生成して、ある相関度（correlation degree）により第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるジェネレータ（４０５）と、第１の行列と第２の行列を合成して１つの更新用行列を求めるコンバイナ（４１０）とを備えている。
【００５３】
コードブック生成装置４００は、プリコーディングにおいて使用される少なくとも２つの更新用行列を含むコードブックを生成する。各更新用行列は、更新用行列のインデックスと関連付けられている。更新用行列は、第１の行列を求めるステップと、ある相関度により前記第１の行列と関連付けられる第２の行列を求めるステップと、前記第１の行列と前記第２の行列とを合成して１つの更新用行列を求めるステップとによって求められる。異なる更新用行列を計算するために、異なる第１の行列と同じ相関度、または、異なる相関度が用いられる。
【００５４】
一実施形態では、ジェネレータ４０５は、０．５〜１．５の範囲の大きさを有していて、任意の２つの列ベクトルの間の角度が４５°〜１４５°の範囲にある列ベクトルを有する行列を求める。別の実施形態では、ジェネレータ４０５は、例えば、ランダム行列または疑似ランダム行列に基づいて、直交する列を有する行列またはほぼ直交する行列であるユニタリ行列を求めることができる。別の実施形態では、各更新用行列が、関連付けられたユニークな更新用行列のインデックスを有する。別の実施形態では、合成された更新用行列は、任意の非対角要素の大きさの少なくとも２倍の大きさを持つ要素を対角要素として有する。第１の行列と第２の行列の間の相関度は、例えば、コヒーレンス時間を有するジェネレータにより実現できる。すなわち相関度は、生成される２つの行列の間の時間シフトに対応する。相関度はさらに、無線チャネルのフェージング特性と関連付けることもできる。より大きなコードブックの一実施形態では、更新用行列を求めるために複数の異なる相関度を有する行列が用いられる。例えば、第１の行列と第２の行列をＪａｋｅｓモデルにより生成できる。
【００５５】
コードブック生成装置４００の別の実施形態では、ジェネレータ４０５は、ユニタリ行列を得るために、特異値分解を適用するためのランダム行列を求めること、または任意の行列の三角化によって第１の行列と第２の行列を求めることができる。この場合、ユニタリ行列は、トラッキング機能を有するやはりユニタリ行列である更新用行列を求めるために互いに掛け合わされる。別の実施形態では、前述したコードブックが、記憶媒体に記憶される。行列コードブックを使用する場合、好ましくは、コードブックの各要素行列はユニタリ行列であり、ユニタリ行列は、よりよい性能とより低い複雑度をもたらす直交列を有する。
【００５６】
図７は、コードブック生成方法の一実施形態を示している。第１のユニタリ行列Ｖ（ｔ）が、所与の時間シフトΔｔに基づいてランダムユニタリ行列ジェネレータにより生成される。次いで、２つの行列がステップ４４０で掛け合わされ、その結果が、
【数２６】
2008136199.tif 000029
による行列Ｇであり、式１６に示したように１つの更新用行列Ｃmが得られる。図７の実施形態によれば、コードブックの各要素は、２つのランダムユニタリ行列を掛け合わせることによって生成される。したがって、結果として生じる行列もユニタリ行列である。加えて、２つのユニタリ行列は、互いに時間シフトしたバージョンである。すなわち、ジェネレータがコヒーレンス時間を有する限り、これらの２つの行列は関連付けられており、そのため、結果として得られるコードブックの要素はトラッキング機能を有する。より具体的には、再び式１６を参照すると、２つのサンプル周期の間、すなわち２つのフィードバック周期の間のチャネルの変動が小さいとき、Ｃmの非対角要素εijは、対角要素ｇiiに比べて小さい。かかる行列は、より細かいプリコーディング行列の調整のためのものである。２つのサンプル周期の間のチャネル変動が、例えば、無線チャネルの高速フェージングなどにより大きい場合、非対角要素εijは、より動的なプリコーディング行列の調整を可能とするために、対角要素ｇiiと同程度の大きさとする必要がある。したがって、各要素行列が様々なΔｔから生成されてコードブックが求められる場合、更新用行列は、様々なチャネル環境に対して生成できる。したがって、各実施形態は、コードブックが、それぞれ相関度に基づいて、時間シフトΔｔに基づく様々な環境に適応できるという利点を提供する。
【００５７】
図８ａは、コードブックを生成する方法の一実施形態の疑似コードを示している。図８ａに示した疑似コードにおいて、Ｂはコードブックのサイズである。したがって、ループが、ステップ４５０とステップ４６０の「ｆｏｒ」ループで示されているように、Ｂ回繰り返される。ステップ４５１において、Δｔだけ時間シフトされているサイズがＮt×Ｎtの２つの行列が生成される。ステップ４５２で、両方の行列の特異値分解が計算され、ステップ４５３で、ステップ４５２で得られた２つのユニタリ行列が掛け合わされて、１つの更新用行列Ｃmが得られる。このようにして、ループがＢ回行われる。ステップ４５１で生成されるランダム行列は、フェージング係数を求めるのにも広く使用されているＪａｋｅｓモデルに基づいて求めることもできる。特異値分解は、ユニタリ行列を求めるために使用される。ステップ４５３で、コードブックの各要素が求められる。さらに、図８ａのプロセスは、環境に応じて実現できるチャネル容量という点で最適な一連のコードブックまたは最適な一連の更新用行列を得るのに十分な回数にわたって反復できる。
【００５８】
別の実施形態では、行列Ｇのサブセットを
【数２７】
2008136199.tif 000030
として定めることができる。すなわち、Ｖ（ｔ）Ｖ（ｔ＋Δｔ）Hのサブセット、例えば行ベクトルまたは列ベクトルなどを使って、コードブックの更新用行列が求められる。一実施形態では、コンバイナ（４１０）は、第１の行列と第２の行列との合成のサブセットのみを使って更新用行列を求めることができ、別の実施形態では、この部分が行ベクトルまたは列ベクトルに対応する。
【００５９】
コードブック生成装置（４００）は、数回のトライアルによってチャネル容量を最適化するために、第１の行列と第２の行列とを求めるジェネレータを備えることができる。コードブック生成装置（４００）は、更新用行列を量子化する手段をさらに備えることもできる。更新用行列は、別の実施形態では、正方行列とすることもできる。
【００６０】
図８ａに示した疑似コードの一環として求められる行列は、伝搬チャネル特性を有する。一実施形態では、これらの行列は、互いにランダムな独立同分布に従う変数（mutually random independent identically distributed (i.i.d.) variables）として求めることができる。すなわち、相関度もゼロとすることができる。別の実施形態では、これらの行列は、相互に相関性があるランダムな変数として求めることができる。ここで、相関値または相関度を調整できる。別の実施形態では、さまざまな（a range of）異なる相関値がカバーされる。また、各要素の平均電力（average power）の間に不均衡が存在していてもよい。すなわち、
【数２８】
2008136199.tif 000031
であってもよい。アンテナ間の相関や、アンテナ間または伝搬経路間の平均電力の不均衡など、実際の伝搬チャネルの特性を考慮してコードブックを生成する場合、リンクまたはシステム容量をさらに一層増加させることができる。さらに、コードブックは、単位行列に近い更新用行列、または単位行列と同一でさえある更新用行列を含むこともできる。これは、場合によってはプリコーディング行列を更新しないというオプションを提供するものである。この場合、プリコーディング行列を更新しない方がより有利となることもある。
【００６１】
図８ｂは、一実施形態を用いて達成できる容量の改善を表すグラフである。図８ｂには、信号対雑音比（ＳＮＲ）の平均に対するリンク容量の２つのグラフが示されている。上のグラフは本実施形態を用いて達成されるものであり、下のグラフは従来のスキームを用いて達成されるものである。送信アンテナの数がＮt＝４であり、受信アンテナの数がＮr＝２であり、データストリームの数がＮs＝２である例示したシナリオを考慮したものである。この実施形態では、約０．３ｂ／（ｓ  Ｈｚ）の容量の改善が実現できる。
【００６２】
トラッキング機能を有するコードブックベースのプリコーディングは、２つのサンプル点の間のチャネルコヒーレンス、すなわち１フィードバック周期のコヒーレンスを用いるものであり、ワンショットのコードブックベースのプリコーディングより大きい容量を提供する。しかしながら、フィードバックエラーが生じるか、または伝搬チャネルの急激な変化が生じる場合、信頼できるプリコーディング行列のトラッキングが困難になることもある。したがって、トラッキング機能を有するコードブックベースのプリコーディングのように更新情報の差分を提供するのではなく、場合によってはワンショットのコードブックベースのプリコーディングのように、完全なプリコーディング情報を提供する方が有利となる。図９は、検出部７１０と送信ユニット７２０を備えた受信装置７００を示している。受信装置７００は、プリコーディング情報を提供するものであって、イベントを検出する検出部７１０と、イベントの発生の検出に応じて第１の時刻に完全なプリコーディング情報を送信し、第１の時刻とは異なる第２の時刻に差分プリコーディング情報を送信する送信ユニット７２０とを備えている。
【００６３】
一実施形態では、検出部７１０は、完全なプリコーディング情報が送られた先の時刻からの所定時間の経過をイベントとして検出するか、または通信リンクに対して差分プリコーディング情報よりも完全なプリコーディング情報が有利である状況をイベントとして検出する。
【００６４】
図１０に、受信装置７５０の別の実施形態を示している。受信装置７５０は、ワンショットのコードブックをサーチするコードブックサーチャ７６０に対してチャネル推定値を提供するチャネル推定部７５５を備えている。チャネル推定部７５５はさらに、トラッキング可能なコードブックにおいてサーチを行う別のコードブックサーチャ７６５に対してもチャネル推定値を提供する。図１０に示した受信装置７５０の実施形態では、コードブックサーチャ７６５とコードブックサーチャ７６０とが同じコードブック７７０へアクセスする。別の実施形態では、これらのコードブックサーチャが別々のコードブックを有していてもよい。受信装置７５０は、メモリユニット７７５をさらに備えている。このメモリユニット７７５は、前述のコードブックのサーチを可能にするために、トラッキング機能を有するコードブックサーチャ７６５に対して以前のプリコーディング行列を提供する。さらに、図１０に示した実施形態では、スイッチ７８０を備えている。このスイッチ７８０は、ワンショットのコードブックに基づいたプリコーディング情報、すなわち完全なプリコーディング情報を送信することができる一方で、トラッキング機能を有するコードブックに基づいたトラッキング可能な更新情報、すなわち差分プリコーディング情報を送信することができることを示している。
【００６５】
受信装置７００の別の実施形態では、検出部７１０はそれぞれ、さまざまな（a range of）完全プリコーディング情報とさまざまな差分プリコーディング情報とに基づいて、完全なプリコーディング情報がより有利である状況を検出する。この実施形態では、無線チャネルのわずかな変化をトラッキングするために差分プリコーディング情報が提供される。しかしながら、コードブックは、例えば非常に高速なフェージング、高いモビリティまたはドップラーシナリオによって誘発されるような無線チャネルのより高速な変化をトラッキングすることができない。チャネルの変化が大きすぎるときは常に、検出部７１０は、完全なプリコーディング情報を送信することを決定できる。別の実施形態では、送信ユニット７２０は、現在送信されているプリコーディング情報が完全であるかそれとも差分であるかを示すインジケータを送信する。このインジケータは、含まれている制御情報をどのようにして解釈すべきかを示す、フィードバックまたは制御チャネルを通して送信される単一のビットによって実施できる。
【００６６】
別の実施形態では、受信装置は、マルチキャリア信号を受信し、マルチキャリア信号内の各搬送波または一連の搬送波のプリコーディング情報を提供することができる。受信装置（７００）は、例えば、行列コードブックのインデックスとしてプリコーディング情報を提供することができる。別の実施形態では、受信装置（７００）は、行列コードブックに基づいて差分プリコーディング情報を提供することができ、行列コードブックは、完全なプリコーディング情報のための特別なコードブックのインデックスを有し、完全なプリコーディング情報は、完全なプリコーディング行列の列ベクトルに基づいて提供される。
【００６７】
図１１に送信装置８００の一実施形態を示している。送信装置８００は、プリコーディング情報に基づいて更新されるプリコーディングを用いて信号を送信するものであって、イベントを検出する検出部８１０と、イベントの発生の検出に応じて第１の時刻に完全なプリコーディング情報を用いて更新を行い、第１の時刻とは異なる第２の時刻に差分プリコーディング情報を用いて更新を行う手段８２０とを備えている。一実施形態では、検出部８１０は、完全なプリコーディング情報を受け取った先の時刻から所定の時間が経過したことをイベントとして検出するか、または通信リンクに対して差分プリコーディング情報よりも完全なプリコーディング情報が有利である状況をイベントとして検出する。別の実施形態では、送信装置８００は、完全なプリコーディング情報または差分プリコーディング情報を受け取るレシーバをさらに備えている。別の実施形態では、レシーバは、完全なプリコーディング情報の方が、差分プリコーディング情報よりも有利である状況が発生しているかどうかのインジケータを提供する。一実施形態では、送信装置は、無線チャネル自体を推定することによって状況を判断することができる。
【００６８】
図１２は送信装置８５０の別の実施形態を示している。送信装置８５０は、以前のプリコーディング行列Ｆk-1を記憶するメモリ８５５を備えている。以前のプリコーディング行列Ｆk-1は、トラッキング機能を有するプリコーディング行列コードブックサーチャ８６０へ提供される。送信装置８５０は、ワンショットモードのプリコーディング行列サーチャ８６５と、トラッキングモードのプリコーディング行列コードブックサーチャ８６０と、共通のコードブック８７０とを備えている。送信装置８５０は、スイッチ８７５をさらに備えている。このスイッチ８７５は、トラッキング、すなわち差分プリコーディング情報に基づくプリコーディングと、ワンショットの更新に基づくプリコーディング、すなわち完全なプリコーディング情報に基づくプリコーディングとを切り替えることができる。送信装置８００の別の実施形態では、完全なプリコーディング情報と差分プリコーディング情報とに対して別々のコードブックを用いることができる。
【００６９】
送信装置（８００）は、一実施形態では、マルチキャリア信号を送信し、差分プリコーディング情報または完全なプリコーディング情報を用いて、マルチキャリア信号内の各搬送波または一連の搬送波をプリコードする。送信装置（８００）は、行列コードブックインデックスに基づいてプリコードすることができる。行列コードブックは、完全なプリコーディング情報のための特殊なコードブックインデックスを有してもよく、完全なプリコーディング情報は、完全なプリコーディング行列の列ベクトルに基づいて提供される。
【００７０】
前述した各実施形態は、急なチャネル変化またはフィードバックエラーが発生する状況に対処するために、トラッキングコードブックモードとワンショットコードブックモードとを切り替える機構を提供する。一実施形態によれば、送信装置におけるプリコーディング行列の生成とコードブックサーチは、トラッキングコードブックモードまたはワンショットコードブックモードで行われる。一実施形態では、１つのコードブックが２つのモードの間で共用される一方、別の実施形態では別々のコードブックが使用される。２つのモードの間の切替えは、例えば、一実施形態では、送信装置と受信装置に認識されている所定の時間に基づいて定期的に行われる。別の実施形態では、例えば、フィードバック内で使用されるインジケータによるなど、受信装置からのフィードバックに基づいて切替えが行われる。
【００７１】
図１３は、左側のセルが送信装置を表し、右側のセルが受信装置を表し、上方のセルがワンショットモードを表し、下方のセルがトラッキングモードを表す、４つのセルを持つ表を示している。ワンショットモードでは、文献「R1-050903, Qualcomm, Europe, "Description and link simulations of MIMO schemes for OFDMA based E-UTRA downlink evaluation"」に詳細に記載されているように、列ベクトルインデックスをプリコーディングベクトルとして使用することが好ましい。
【００７２】
図１３から分かるように、ワンショットモードの送信装置においては、列ベクトルがコードブックから選択され、プリコーディング行列として使用される。図１３に示されている例では、４つの送信アンテナを利用し、すなわちＮt＝４である。ワンショットモードの受信装置では、例えば、図１３に示すようにチャネル容量を最大化するために、同じコードブックすなわち同じ行列から列ベクトルがしかるべく選択される。次いで、好ましい列の部分が、送信装置に通知される。トラッキングモードでは、送信装置が、前述したように通知された更新用行列を以前のプリコーディング行列へ適用する。受信装置は、前述したように最適化された更新用行列のインデックスを評価し、これを送信装置へフィードバックする。トラッキングモードでは、ワンショットモードで決定される初期のプリコーディング行列が、ワンショットモードを使って設定される。その後初期のプリコーディング行列は、トラッキングモードを使って更新できる。
【００７３】
図１４は、信号スキームの一実施形態を示している。シグナリングワードは、シグナリングワード１４００に基づく複数の桁を有するものとする。図１４に示した実施形態では、シグナリングワード１４００は、トラッキングモードとワンショットモードのどちらが使用されるかを示すインジケータをその第１桁に含んでいる。その他の桁は、トラッキングモードの場合にはコードブックインデックスを、ワンショットモードでは行列の列部分をそれぞれ表す。再度、４つの送信アンテナ、すなわちＮt＝４の例について説明すると、２つのサンプルコードワード１４１０及び１４２０が得られる。サンプルシグナリングワード１４１０は、その第１桁にワンショットモードを示す１を含んでいる。したがって、送信装置は、残りの桁が列部分のインデックスＣ1を表すことを潜在的に認識する。シグナリングワード１４２０を受け取ると、送信装置は、第１桁が０であることによりトラッキングモードが使用されていることを認識する。この場合、シグナリングワードの残りの４桁は、例えば、Ｃ2からＣ17までのコードブックのコードブックインデックスを表す。図１４で、トラッキングモードとワンショットモードとについて説明したコードブックは、Ｂ＝１７を個数とする行列を含み、そのうちの第１のものＣ1はワンショットモード専用であり、Ｃ2からＣ17まではトラッキングモード専用である。
【００７４】
５ビットのインデックスの第１ビットは、トラッキングモードとワンショットモードとのどちらが使用されているかを示すビットである。その他のビットは、それぞれ、ワンショットの場合には列の添字であるインデックスであり、トラッキングの場合にはコードブックインデックスである。このように、同じフィードバックビットが両方のモードで使用される。
【００７５】
２つのモードの切替えが、所定時間のスキームによって定期的に行われる場合は、図１４の第１ビットｘは明らかに不要であり、省略できる。前述した各実施形態は、例えば、ＯＦＤＭ（直交波周波数分割多重）システムなどと直接組み合わせることもできる。この場合、プリコーディングは、副搬送波または副搬送波のチャンクについて行う必要がある。一般に、これらの実施形態は、任意の複数の接続スキームと共に使用できる。
【００７６】
図１５は、一実施形態を用いて達成可能な容量の改善を表すグラフである。図１５には、本実施形態とワンショットモードのみの従来スキームとの場合の、平均ＳＮＲに対する２つの容量の図がｂ／（ｓ  Ｈｚ）単位で示されている。例示したシナリオでは、送信アンテナの数をＮt＝４とし、受信アンテナの数をＮr＝２とし、データストリームの数をＮs＝２とする。ある環境において厳しい無線チャネルの変化が予測されるとき、従来のスキームはワンショットモードだけを使用する一方、本実施形態は、前述の切替え機構を利用することができる。本実施形態を用いて達成される容量を上方に示し、従来の概念を用いて達成される容量を図１５の下方に示している。本実施形態は、１つの予備ビットをモードインジケータとして使い、約０．５ｂ／（ｓ  Ｈｚ）の容量の利得を達成できることが分かる。
【００７７】
図１６ａは、フィードバックビット数に対するｂ／（ｓ  Ｈｚ）単位のリンク容量を評価したグラフである。図１６ａに示した容量のグラフのシミュレーションにおいて、送信アンテナの数をＮt＝４、受信アンテナの数をＮr＝２、データストリームの数をＮs＝２としている。このグラフでは、従来のスキームが丸印で示されており、本実施形態が十字印で示されている。本実施形態は、使用されるフィードバックビット数とは無関係により高い容量を達成できることが分かる。したがって、本実施形態の利点は、より高いリンク容量及びシステム容量を提供するということである。
【００７８】
図１６ｂは、平均ＳＮＲに対してリンク容量をｂ／（ｓ  Ｈｚ）単位で表した別のグラフである。図１６ｂに示したシミュレーションでは、送信アンテナの数をＮt＝４とし、受信アンテナの数をＮr＝２とし、データストリームの数をＮs＝２としている。グラフには、３つの容量のグラフ、すなわち、十字印で示されている本発明に係る手法のものと、丸印で示されている従来の手法のものと、理論的なアッパーバウンド（シャノン限界）のものとが示されている。グラフには、本発明に係る手法の容量が、従来の手法の容量よりもアッパーバウンドに近いことが示されている。したがって、実施形態は、リンクまたはシステムの容量が、従来の手法のものよりも大きいという利点を提供する。
【００７９】
要約すると、実施形態は、プリコーディングを使ってＭＩＭＯ伝送システムにおいてより大きい容量が達成できるという利点を提供する。さらに、実施形態では、従来の手法よりも少ないフィードバックで済む。これによって、ＭＩＭＯシステムのスペクトル効率が改善され、少ないフィードバックによる追加的な容量を利用することができる。
【００８０】
本発明の方法のいくつかの実施の要件に応じて、本発明に係る方法は、ハードウェアとしてもソフトウェアとしても実施できる。その実施は、デジタル記憶媒体、特にプログラム可能なコンピュータシステムと協働して本発明の方法を実行する電子的に読取り可能な制御信号が記憶されているディスク、ＤＶＤまたはＣＤを使って行うことができる。したがって、一般に本発明は機械可読媒体であって、プログラムコードがコンピュータに対して本発明に係る方法を実行させる。したがって、言い換えると、本発明に係る方法は、本発明の方法の少なくとも１つをコンピュータに実行させるプログラムコードを含むコンピュータプログラムである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】受信装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】受信装置の別の実施形態を示すブロック図である。
【図３】送信装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図４】送信装置の別の実施形態を示すブロック図である。
【図５】ＭＩＭＯ伝送システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図６】コードブック生成装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図７】複数の更新用行列を求める方法の一実施形態を示す説明図である。
【図８ａ】複数の更新用行列を求める方法の一実施形態の疑似コードを示す説明図である。
【図８ｂ】それぞれの実施形態により達成可能な容量の改善を示すグラフである。
【図９】受信装置の別の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】受信装置の別の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】送信装置の別の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】送信装置の別の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】完全なプリコーディング更新情報及び差分のプリコーディング更新情報を用いてプリコーディング情報を更新する方法の一実施形態を示す説明図である。
【図１４】プリコーディング情報を提供する方法の一実施形態を示す説明図である。
【図１５】それぞれの実施形態により達成可能な容量の改善を示すグラフである。
【図１６ａ】それぞれの実施形態による容量の改善を表すシミュレーション結果のグラフである。
【図１６ｂ】それぞれの実施形態により達成可能な信号対雑音比の平均に対する容量の改善を表すシミュレーション結果のグラフである。
【図１７】一般的なＭＩＭＯシステムを表す説明図である。
【図１８】時間軸に対するモバイル無線チャネルのチャネル係数のグラフである。
【図１９】従来の受信装置の構造を表すブロック図である。
【図２０】送信装置のブロック図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【外国語明細書】
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