(57)【要約】【課題】ソースの標本値の間の統計的な相互関係を考慮に入れていないといった、従来技術における別個のスカラー量子化の欠点を克服する。【解決手段】共同スカラー量子化の方法であって、もとの複数の変数を特別な変換関係に従って中間変数に変換し；中間変数の分散に従って、中間変数をフィードバックおよび送信し；もとの変数が必要とされるときは前記の特別な変換関係に従って中間変数をもとの変数に変換することを特徴とする方法が開示される。異なるシステム要件に適応するための中間変数量子化についての二つの方式も提供される。さらに、前記の共同スカラー量子化方式に基づいて、信号間の相互関係に従ってスカラー量子化レベルを適応的に調節する二つの方法が提供される。【選択図】図１
2008306716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共同スカラー量子化のための方法であって：
（１）もとの変数X1およびX2を式
Y1＝（X1＋X2）／√2
Y2＝（X1−X2）／√2
に従って二つの中間変数Y1およびY2に変換し、
（２）これらの中間変数の分散に基づいて、これらの中間変数の量子化、フィードバックおよび送信を以下の規則：
量子化ビットの数を不変に保つ場合、分散が大きなほうの中間変数を量子化するには2n+1個のレベルを使い、分散が小さなほうの中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使う；
量子化ビットの数を減らす場合、分散が大きなほうの中間変数を量子化するには2n個のレベルを使い、分散が小さなほうの中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使う、
に従って実行する、
ステップを含む方法。
【請求項２】
もとの変数が必要とされるとき、前記中間変数を式
【数１】
2008306716.tif 000009
に従ってもとの変数に変換するステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
もとの変数X1およびX2が、平均値0、分散σ2をもつガウス分布に従うランダム変数である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
中間変数の分散が式
【数２】
2008306716.tif 000010
に従って計算され、ここで、相関係数ρX1X2は：
ρX1X2＝E(X1,X2)／σ2    −1≦ρX1X2≦1
として定義される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
変数間の相互関係に従ってスカラー量子化レベルを適応的に調節する方法であって：
（１）二つのもとの変数X1およびX2の相関係数を計算し；
（２）二つのもとの変数X1およびX2の相関係数の絶対値がρ1（＝0.3）より小さいときは、別個の量子化を実行し；
（３）前記相関係数の絶対値がρ1より大きいときは、もとの変数X1およびX2を式
Y1＝（X1＋X2）／√2
Y2＝（X1−X2）／√2
に従って二つの中間変数Y1およびY2に変換し；
（４）これらの中間変数の分散に基づいて、分散が大きなほうの中間変数を量子化するには2n+1個のレベルを使い、分散が小さなほうの中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使う、
ステップを有する方法。
【請求項６】
変数間の相互関係に従ってスカラー量子化レベルを適応的に調節する方法であって：
（１）二つのもとの変数X1およびX2の相関係数を計算し；
（２）二つのもとの変数X1およびX2の相関係数の絶対値がρ1（＝0.3）より小さいときは、別個の量子化を実行し；
（３）前記相関係数の絶対値がρ1より大きいときは、もとの変数X1およびX2を式
Y1＝（X1＋X2）／√2
Y2＝（X1−X2）／√2
に従って二つの中間変数Y1およびY2に変換し；
（４）前記相関係数の絶対値がρ1より大きいがρ2（＝0.6）より小さいときは、これらの中間変数の分散に基づいて、分散が大きなほうの中間変数を量子化するには2n+1個のレベルを使い、分散が小さなほうの中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使い、
（５）前記相関係数の絶対値がρ2より大きいときは、これらの中間変数の分散に基づいて、分散が大きなほうの中間変数を量子化するには2n個のレベルを使い、分散が小さなほうの中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使う、
ステップを有する方法。
【請求項７】
二つのもとの変数X1およびX2の相関係数を計算する前記ステップがさらに：
（１）送信側がデータ情報を送信し；
（２）受信側が前記データ情報を受信し、チャネル推定を実行してチャネル行列H＝[h1,h2]を得；
（３）チャネル要素の間の実部相関係数ρI＝E（Re(h1)・Re(h2)）／σ2および虚部相関係数ρQ＝E（Im(h1)・Im(h2)）／σ2をそれぞれ計算するステップを有し、
ここで、Re()およびIm()はそれぞれ実部および虚部を取ることを表す、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記送信側に周波数f1で、量子化されたチャネル情報をフィードバックし、
前記送信側に周波数f2（f2≦f1）で、チャネル要素の間のチャネル分散および相関係数をフィードバックし；
前記送信側で、チャネル要素間のフィードバック相関係数の絶対値および正もしくは負の符号に基づいて、使用された量子化方法および量子化レベルの数を判別し、チャネル要素間のフィードバック・チャネル分散およびフィードバック相関係数に基づいて共同量子化または別個の量子化の量子化レベルを計算する、
ステップを有する、請求項５または６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共同スカラー量子化方法およびスカラー量子化レベルを適応的に調節する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、一次元スカラー量子化とは、一つ一つの標本値に対して別個の量子化エンコードを実行する量子化をいう。すなわち、実数の標本値のシーケンスを、デジタル的に表現できる限られた値を取る整数値の集合に分けることをいう。一般に、アナログ‐デジタル変換プロセスは、標本化（サンプリング）ステップ、量子化ステップおよびエンコード・ステップの三つのステップに分けられる。
【０００３】
第一に、標本化ステップは、ナイキストの定理により、標本化されるべき信号の最高周波数の2倍の周波数で実行される。
【０００４】
第二に、レイヤー化された量子化ステップ、すなわち各標本値についてのスカラー量子化プロセスが、標本値のそれぞれに対して順に実行される。
【０００５】
最後に、量子化された標本値のそれぞれに対してエンコード・ステップが実行されて、二値符号の群が生成される。
【０００６】
スカラー量子化の最大の欠点として、標本値を互いに独立なものとして扱うことで、ソースの標本値の間の統計的な相互関係を考慮に入れていないということがある。
【０００７】
Q1が一次元のスカラー量子化符号を表すとすると、それは数学的には次のように表せる：
Q1：R1→{v1}
ここで、v1＝0,±1,±2,...,±2mである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ソースの標本値の間の統計的な相互関係を考慮に入れていないという上記の欠点に鑑み、本願は、信号の間の相互関係に従ってスカラー量子化レベルを適応的に調節する方法を提供する。本方法は、信号間の相互関係の変化に依存して異なる量子化レベルを採用するという利点を有する。通常の単独スカラー量子化と比較して、本発明は、互いの間で相互関係をもつ複数の信号の量子化により好適であり、その上、量子化効率がより高く、実装の複雑さはより低い。
【０００９】
本発明のある側面によれば、共同スカラー量子化方法であって：
（１）もとの変数X1およびX2を式
Y1＝（X1＋X2）／√2
Y2＝（X1−X2）／√2
に従って二つの中間変数Y1およびY2に変換し、
（２）これらの中間変数の分散に基づいて、これらの中間変数の量子化、フィードバックおよび送信を以下の規則：
量子化ビットの数を不変に保つ場合、より大きな分散をもつ中間変数を量子化するには2n+1個のレベルを使い、より小さな分散をもつ中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使う；
量子化ビットの数を減らす場合、より大きな分散をもつ中間変数を量子化するには2n個のレベルを使い、より小さな分散をもつ中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使う、
に従って実行する、
ステップを含む方法が提供される。
【００１０】
好ましくは、上記方法はさらに：
もとの変数が必要とされるとき、前記中間変数を式
【００１１】
【数３】
2008306716.tif 000003
に従ってもとの変数に変換するステップをさらに有する。
【００１２】
好ましくは、もとの変数X1およびX2は、平均値0、分散σ2をもつガウス分布に従うランダム変数である。
【００１３】
好ましくは、中間変数の分散は次式に従って計算できる。
【００１４】
【数４】
2008306716.tif 000004
ρX1X2は、二つのもとの変数X1およびX2の相関係数である。
【００１５】
本発明のもう一つの側面によれば、変数間の相互関係に従ってスカラー量子化レベルを適応的に調節する方法であって：
（１）二つのもとの変数X1およびX2の相関係数を計算し；
（２）二つのもとの変数X1およびX2の相関係数の絶対値がρ1（＝0.3）より小さいときは、別個の量子化を実行し；
（３）前記相関係数の絶対値がρ1より大きいときは、もとの変数X1およびX2を式
Y1＝（X1＋X2）／√2
Y2＝（X1−X2）／√2
に従って二つの中間変数Y1およびY2に変換し；
（４）これらの中間変数の分散に基づいて、より大きな分散をもつ中間変数を量子化するには2n+1個のレベルを使い、より小さな分散をもつ中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使う、
ステップを有する方法が提供される。
【００１６】
本発明のもう一つの側面によれば、変数間の相互関係に従ってスカラー量子化レベルを適応的に調節する方法であって：
（１）二つのもとの変数X1およびX2の相関係数を計算し；
（２）二つのもとの変数X1およびX2の相関係数の絶対値がρ1（＝0.3）より小さいときは、別個の量子化を実行し；
（３）前記相関係数の絶対値がρ1より大きいときは、もとの変数X1およびX2を式
Y1＝（X1＋X2）／√2
Y2＝（X1−X2）／√2
に従って二つの中間変数Y1およびY2に変換し；
（４）前記相関係数の絶対値がρ1より大きいがρ2（＝0.6）より小さいときは、これらの中間変数の分散に基づいて、より大きな分散をもつ中間変数を量子化するには2n+1個のレベルを使い、より小さな分散をもつ中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使い、
（５）前記相関係数の絶対値がρ2より大きいときは、これらの中間変数の分散に基づいて、より大きな分散をもつ中間変数を量子化するには2n個のレベルを使い、より小さな分散をもつ中間変数を量子化するには2n-1個のレベルを使う、
ステップを有する方法が提供される。
【００１７】
好ましくは、二つのもとの変数X1およびX2の相関係数を計算する前記ステップはさらに：
（１）送信側がそのデータ情報を送信し；
（２）受信側がそのデータ情報を受信し、チャネル推定を実行してチャネル行列H＝[h1,h2]を得；
（３）チャネル要素の間の実部相関係数ρI＝E（Re(h1)・Re(h2)）／σ2および虚部相関係数ρQ＝E（Im(h1)・Im(h2)）／σ2をそれぞれ計算するステップを有する。ここで、Re()およびIm()はそれぞれ実部および虚部を取ることを表す。
【００１８】
好ましくは、スカラー量子化レベルを適応的に調節する上記の方法はさらに：
前記送信側に周波数f1で、量子化されたチャネル情報をフィードバックし、
前記送信側に周波数f2（f2≦f1）で、チャネル要素の間のチャネル分散および相関係数をフィードバックし；
前記送信側で、チャネル要素間のフィードバック相関係数の絶対値および正もしくは負の符号に基づいて、使用された量子化方法および量子化レベルの数を判別し、チャネル要素間のフィードバック・チャネル分散およびフィードバック相関係数に基づいて共同量子化または別個の量子化の量子化レベルを計算する、
ステップを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明によれば、二つのもとの変数X1およびX2は、平均値0、分散σ2をもつガウス分布に従うランダム変数であるとする。二つの変数が互いに独立であれば、両変数は古典的な最適スカラー量子化器を用いて別個に量子化できる。しかしながら、両変数が相互関係をもつと、古典的なスカラー量子化器を用いて別個の量子化を実行することは、量子化効率を低下させることがありうる。そこで、本発明は共同スカラー量子化（joint  scalar  quantization）と呼ばれるスカラー量子化方法を記載する。この方法は互いの間で相互関係をもつ変数について好適である。本方法は三つのステップに分けられる。
【００２０】
第一のステップでは、もとの変数X1およびX2から式(1)
Y1＝（X1＋X2）／√2
Y2＝（X1−X2）／√2      (1)
を通じて二つの中間変数Y1およびY2が得られる。
【００２１】
理論分析に基づき、Y1およびY2は互いに独立である。前記分析により、Y1およびY2の分散は：
【００２２】
【数５】
2008306716.tif 000005
となる。
【００２３】
Y1およびY2は、平均は0だが、0でない分散をもつガウス分布に従っていることが見て取れる。したがって、Y1およびY2を量子化するために要求されるレベルを得るために、量子化レベルは対応するσγ1またはσγ2を乗算される。Y1およびY2の量子化後には、量子化の結果として
【００２４】
2008306716.tif 000006
が得られる。X1およびX2のフィードバック送信は
【００２５】
【数７】
2008306716.tif 000007
のフィードバック送信として変換される。それにより、量子化誤差またはフィードバック・ビットを減らすことができる。
【００２６】
第二のステップでは、中間変数Y1およびY2が量子化される。具体的には、量子化レベルを設定するために次の二つの方式がある。
【００２７】
方式１：量子化されたビット数が一定の方式
通常の量子化が2nレベルの最適量子化器を使う場合、単一の信号要素を量子化することはnビットを必要とする。量子化されたビット数を一定に保つため、共同スカラー量子化では、より大きな分散をもつ信号要素は2n+1個のレベルで量子化され、より小さな分散をもつ要素は2n-1個のレベルで量子化される。すなわち、相関係数ρX1X2が0より大きければ、Y1は2n+1個のレベルを使って、Y2は2n-1個のレベルを使って量子化される。逆に、相関係数ρX1X2が0より小さければ、Y2は2n+1個のレベルを使って、Y1は2n-1個のレベルを使って量子化される。こうして、各要素を量子化するために必要とされる平均ビット数は相変わらずnビットである。量子化されたチャネル情報を送信側にフィードバックするとき、一定フィードバック量の場合、量子化の精度が効果的に改善されうる。
【００２８】
方式２：量子化されたビット数が減らされる方式
フィードバック・ビットを節約するため、より大きな分散をもつ中間変数は2n個のレベルを使って量子化されてもよく、より小さな分散をもつ中間変数は2n-1個のレベルを使って量子化されてもよい。すなわち、相関係数ρX1X2が0より大きければ、Y1は2n個のレベルを使って、Y2は2n-1個のレベルを使って量子化される。逆に、相関係数ρX1X2が0より小さければ、Y2は2n個のレベルを使って、Y1は2n-1個のレベルを使って量子化される。
【００２９】
数値計算では、二つの変数の相関係数の絶対値が0.3より大きいときに、方式１の量子化精度が通常の最適量子化より徐々に高くなることが判別できる。前記相関係数の絶対値が0.6より大きいときには、方式２のパフォーマンスが通常の方法よりさらによい。さらに、方式１のパフォーマンスは常に方式２よりもよい。これらの量子化方式は、システム要件に依存して選択できる。
【００３０】
第三のステップでは、もとの変数が必要とされるとき、もとの変数X1およびX2の量子化結果は変換表式(2)：
【００３１】
【数８】
2008306716.tif 000008
を通じて得られる。
【００３２】
上記の共同スカラー量子化方法によれば、本発明は、変数間の相互関係に従ってスカラー量子化レベルを適応的に調節する諸方法を提供する。該諸方法は次のものを含む：
（１）二つの変数の相関係数を計算し、前記二つの変数の相関係数の絶対値がρ1（＝0.3）より小さいときは、別個の量子化を実行し；前記二つの変数の相関係数の絶対値がρ1より大きいときは、共同スカラー量子化の方式１を使う；
（２）二つの変数の相関係数を計算し、前記二つの変数の相関係数の絶対値がρ1（＝0.3）より小さいときは、別個の量子化を実行し；前記相関係数の絶対値がρ1より大きいときは、共同スカラー量子化の方式１を実行し；前記相関係数の絶対値がρ2（＝0.6）より大きいときは、共同スカラー量子化の方式２を使う。
【００３３】
さらに、前記もとの変数X1およびX2が複素数である場合、上記のプロセスは、その実部および虚部に対してそれぞれ実行される。
【００３４】
以下では、本発明のある実施形態について、図面を参照して記述する。閉ループMIMOシステムでは、システム・パフォーマンスを改善するために、送信側はしばしばチャネル情報の全部または一部を知る必要がある。よって、本発明の共同信号量子化方法は、MIMOチャネル情報を量子化およびフィードバックするために使うことができる。送信側のアンテナ数は2であり、受信側のアンテナ数は1であるとする。データ情報を送るために重み付けされた方法が採用される。上記のシステム・パラメータに基づいて、本発明のステップは次のようになる。
【００３５】
ステップ１：送信側がそのデータ情報を送信し；受信側がそのデータ情報を受信し、チャネル推定を実行してチャネル行列H＝[h1,h2]を得；Hに基づいて、チャネル要素の間の実部相関係数ρI＝E（Re(h1)・Re(h2)）／σ2および虚部相関係数ρQ＝E（Im(h1)・Im(h2)）／σ2がそれぞれ計算される。ここで、Re()およびIm()はそれぞれ実部および虚部を取ることを表す。
【００３６】
ステップ２：チャネル情報の実部および虚部をそれぞれ量子化する。
【００３７】
実部について：
システムがより高い量子化パフォーマンスを要求するとき、上述した本発明の方法（１）が採用される。ステップ１で得られたチャネル要素相関係数ρIおよびρQが閾値と比較される。相関係数の絶対値がρ1（＝0.3）より小さいときは、別個の量子化が実行され、前記二つの変数の相関係数の絶対値がρ1より大きいときは、共同スカラー量子化方法の方式１が採用される。
【００３８】
システムが量子化されたビット数を減らす必要があるとき、本発明の方法（２）が採用される。ステップ１で得られたチャネル要素相関係数ρIおよびρQが閾値と比較される。相関係数の絶対値がρ1（＝0.3）より小さいときは、別個の量子化が実行され、前記二つの変数の相関係数の絶対値がρ1より大きいがρ2（＝0.6）より小さいときは、共同スカラー量子化方法の方式１が採用される。前記相関係数の絶対値がρ2より大きいときは、共同スカラー量子化の方式２が採用される。
【００３９】
ステップ３：前記送信側に周波数f1で、量子化されたチャネル情報をフィードバックし、前記送信側に周波数f2（f2≦f1）（そのような信号伝達情報［signaling  information］はより長い期間に一度フィードバックされればよい）で、チャネル要素の間のチャネル分散および相関係数をフィードバックする。
【００４０】
ステップ４：前記送信側で、チャネル要素間のフィードバック相関係数の絶対値および正もしくは負の符号に基づいて、使用された量子化方法および量子化レベルの数を判別し、チャネル要素間のフィードバック・チャネル分散およびフィードバック相関係数に基づいて共同量子化または別個の量子化の量子化レベルを計算する。上述したような分析に基づいてもとのチャネル情報を復元し、該情報に基づいて、重み付けされた送信のためのベクターを計算する。
【００４１】
図１は、本発明に基づいてスカラー量子化レベルを適応的に調節する方法のブロック図である。図１では、チャネル情報に従って、送信側が重み付けされたデータを受信側にMIMOチャネルを通じて送信する。受信側は、チャネル推定後にチャネル行列Hを取得し、次いでチャネル要素の相関係数およびチャネル分散を計算し、次いでチャネル情報をフィードバックするために使われる量子化方式を決定し、次いで信号伝達チャネル（signaling  channel）を通じてチャネル要素の相関係数およびチャネル分散を送信側にある周期でフィードバックする。チャネル情報の量子化後、量子化されたビットは送信側にフィードバックされる。量子化されたビットおよびフィードバック情報に基づいて、送信側はチャネル情報を復元し、次の送信の準備をする。
【００４２】
図１の１０１の部分を実装するためには、それぞれ図２および図３に示されている二つの方法がある。ここで、図２は、本発明のある実施形態に基づくスカラー量子化レベルを適応的に調節するための方法のフローチャートであり、図３は、本発明の別の実施形態に基づくスカラー量子化レベルを適応的に調節するための方法のフローチャートである。
【００４３】
まとめると、本発明は、二つの変数が互いの間に相互関係をもつときに量子化の精度を改善できる方法、すなわち共同スカラー量子化方法を提供する。この方法は、ソースの標本値の間の統計的な相互関係を考慮に入れていないといった、従来の別個のスカラー量子化の欠点を克服することにより、量子化精度を改善し、実装の複雑さを軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に基づく、スカラー量子化レベルを適応的に調節する方法のブロック図である。
【図２】本発明のある実施形態に基づく、スカラー量子化レベルを適応的に調節する方法のフローチャートである。
【図３】本発明の別の実施形態に基づく、スカラー量子化レベルを適応的に調節する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１０１  量子化方式を選択して量子化を実行
１０２  チャネル情報を復元
【図１】
2008306716.tif 000011
【図２】
2008306716.tif 000012
【図３】
2008306716.tif 000013
【外国語明細書】
2008306716000001.pdf