(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームフォーミーデバイスからビームフォーマデバイスにチャネル状態情報をフィードバックする方法であって、
前記ビームフォーミーデバイスの複数のアンテナで、前記ビームフォーマデバイスから信号を受信することと、
ビームフォーミング行列を構成することと、前記ビームフォーミング行列は、部分ベクトル空間におよび、前記ビームフォーミーデバイスの前記複数のアンテナの各々によって受信された信号を示す、
ビームフォーミングフィードバック行列より少ない個数の０でない係数を用いて圧縮され得るように、前記ビームフォーミングフィードバック行列の前記部分ベクトル空間に及ぶ第１のフィードバック行列を決定することと、ここにおいて、前記第１のフィードバック行列を決定することは、前記ビームフォーミングフィードバック行列を表すために必要な係数の個数を最小限にするために、ユニタリー行列を最適化することによって、前記ビームフォーミング行列と前記ユニタリー行列との積を決定することを備え、
前記第１のフィードバック行列を複数の係数に圧縮することと、ここにおいて、前記第１のフィードバック行列を前記複数の角度係数に圧縮することは、前記第１のフィードバック行列のコサインサイン分解を決定することによって、前記第１のフィードバック行列を複数の角度係数に圧縮することを備え、
前記ビームフォーマデバイスに前記複数の係数の指示を送信することとを備える、方法。
【請求項２】
前記ビームフォーマデバイスに前記ユニタリー行列の指示を送信することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ユニタリー行列のエルミート転置と対角行列との積のギブンス分解として前記ユニタリー行列の前記指示を決定することをさらに備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
プロセッサで実行されたときに、前記プロセッサに、請求項１による方法を実行させるプロセッサ実行可能命令を保持する、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項５】
ビームフォーマデバイスから信号を受信し、前記ビームフォーマデバイスに複数の係数の指示を送信するように構成された複数のアンテナ
を備えるビームフォーミーデバイスであって、
前記ビームフォーミーデバイスの前記複数のアンテナの各々によって受信された前記信号を示すビームフォーミング行列を構成し、
ビームフォーミングフィードバック行列より少ない個数の０でない係数を用いて圧縮され得るように、前記ビームフォーミングフィードバック行列の部分ベクトル空間に及ぶ第１のフィードバック行列を決定し、ここにおいて、前記第１のフィードバック行列を決定することは、前記ビームフォーミングフィードバック行列を表すために必要な係数の個数を最小限にするために、ユニタリー行列を最適化することによって、前記ビームフォーミング行列と前記ユニタリー行列との積を決定することを備え、
前記第１のフィードバック行列を前記複数の係数に圧縮するように構成され、ここにおいて、前記第１のフィードバック行列を前記複数の角度係数に圧縮することは、前記第１のフィードバック行列のコサインサイン分解を決定することによって、前記第１のフィードバック行列を複数の角度係数に圧縮することを備える、
ビームフォーミーデバイス。
【請求項６】
前記複数のアンテナは、前記ビームフォーマデバイスに前記ユニタリー行列の指示を送信するようにさらに構成される、請求項５に記載のビームフォーミーデバイス。
【請求項７】
前記ユニタリー行列のエルミート転置と対角行列との積のギブンス分解として前記ユニタリー行列の前記指示を決定するように構成される、請求項６に記載のビームフォーミーデバイス。
【請求項８】
フィードバック行列を再構築するビームフォーミングデバイスにおける方法であって、ビームフォーミーデバイスから、複数の係数の指示を受信することと、ここにおいて、前記ビームフォーミーデバイスは、ユニタリー行列を最適化することによって、ビームフォーミング行列と前記ユニタリー行列との積を示す第１のフィードバック行列を決定すること、および、前記第１のフィードバック行列のコサインサイン分解を決定することによって、前記第１のフィードバック行列を前記複数の係数に圧縮することを備え、
前記複数の係数から、前記ビームフォーミーデバイスによって決定されたビームフォーミング行列とユニタリー行列の積を示す前記第１のフィードバック行列を決定することと、を備え、ここにおいて、前記ビームフォーミーデバイスによって決定された前記ビームフォーミング行列と前記ユニタリー行列の前記積を示す前記第１のフィードバック行列を前記決定することは、前記複数の係数の特異値分解を計算することを含む、
方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法により、複数のビームフォーミーデバイスの各々に対してフィードバック行列を再構築することと、
チャネル行列を形成するために前記再構築されたフィードバック行列を組み合わせることと、
前記チャネル行列からプリコーディング行列を決定することと、
前記プリコーディング行列を使用して前記ビームフォーミーデバイスに信号を送信することとを備える、ビームフォーミング方法。
【請求項１０】
前記ビームフォーミーデバイスから前記ユニタリー行列の指示を受信することをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
プロセッサで実行されたときに、前記プロセッサに、請求項８に記載の方法を実行させるプロセッサ実行可能命令を保持する、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１２】
ビームフォーミーデバイスから、複数の係数の指示を受信し、ここにおいて、ビームフォーミーデバイスは、ユニタリー行列を最適化することによって、ビームフォーミング行列と前記ユニタリー行列との積を示す第１のフィードバック行列を決定すること、および、前記第１のフィードバック行列のコサインサイン分解を決定することによって、前記第１のフィードバック行列を前記複数の係数に圧縮することを備え、
前記複数の係数から、前記ビームフォーミーデバイスによって決定されたビームフォーミング行列とユニタリー行列の積を示す第１のフィードバック行列を決定する、ように構成され、ここにおいて、前記ビームフォーミーデバイスによって決定された前記ビームフォーミング行列と前記ユニタリー行列の前記積を示す前記第１のフィードバック行列を前記決定することは、前記複数の係数の特異値分解を計算することを含む、
ビームフォーミングデバイス。
【請求項１３】
複数のアンテナを備え、複数のビームフォーミーデバイスの各々に対してフィードバック行列を再構築し、チャネル行列を形成するために、前記再構築されたフィードバック行列を組み合わせ、前記チャネル行列からプリコーディング行列を決定し、前記プリコーディング行列により、複数のアンテナを使用して、前記ビームフォーミーデバイスに信号を送信するようにさらに構成される、請求項１２に記載のビームフォーミングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記述した実施形態は、一般的に、マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）ワイヤレス通信のビームフォーミング情報のフィードバックに関する。
【背景技術】
【０００２】
シングルユーザ（ＳＵ）ＭＩＭＯおよびダウンリンクマルチユーザ（ＤＬ−ＭＵ）ＭＩＭＯのビームフォーミングは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎおよび８０２．１１ａｃなどＷＬＡＮ標準で広く採用されている手法である。これらの手法は、チャネル状態の情報を使用して空間領域において信号の向きを調整するために、複数のアンテナ（ビームフォーマ（beamformer））を用いる局によって使用される。ＳＵ−ＭＩＭＯでは、すべての空間ストリームは、単一の宛先（ビームフォーミー（beamformee））を対象とする一方、ＤＬ−ＭＵ−ＭＩＭＯでは、空間ストリームの異なる群は、いくつかの異なる受信機に向けられる。シングルユーザ手法とマルチユーザ手法の両方において、ビームフォーマは、ビームフォーミーの各々によって報告されたビームフォーミングフィードバック行列からステアリング行列を計算する。
【発明の概要】
【０００３】
以下において、本発明の実施形態について、図面に関して例を使って記述される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】実施形態によるワイヤレスネットワークを示す図。
【図２】実施形態によるビームフォーミーデバイスによって実行される方法を示す図。
【図３】実施形態によるビームフォーマデバイスによって実行される方法を示す図。
【図４】実施形態による方法に対するアーク長歪みを示す図。
【図５】実施形態による方法に対するアーク長歪みを示す図。
【図６】実施形態による通信プロトコルを示す図。
【図７】実施形態によるプリコーディング行列を計算するビームフォーマにおける方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
実施形態では、ビームフォーミーデバイスからビームフォーマデバイスにチャネル状態情報をフィードバックする方法が開示される。方法は、ビームフォーミーデバイスの複数のアンテナで、ビームフォーマデバイスからの信号を受信することと、ビームフォーミング行列を構成することと、ビームフォーミング行列は、部分ベクトル空間に及び、ビームフォーミーデバイスの複数のアンテナの各々によって受信される信号を示す、ビームフォーミングフィードバック行列より少ない個数の０でない係数を用いて圧縮され得るようにビームフォーミングフィードバック行列の部分ベクトル空間に及ぶ第１のフィードバック行列を決定することと、第１のフィードバック行列を複数の係数に圧縮することと、ビームフォーマデバイスに複数の係数の指示を送信することとを備える。
【０００６】
実施形態では、第１のフィードバック行列を決定することは、フィードバック行列を表すために必要な係数の個数を最小限にするためにユニタリー行列を最適化することによって、ビームフォーミング行列とユニタリー行列との積を決定することを備える。
【０００７】
実施形態では、第１のフィードバック行列を複数の係数に圧縮することは、複数の角度係数へと第１のフィードバック行列を分解することを備える。
【０００８】
実施形態では、第１のフィードバック行列を複数の角度係数に圧縮することは、第１のフィードバック行列のコサインサイン分解を決定することを備える。
【０００９】
実施形態では、方法は、ビームフォーマデバイスにユニタリー行列の指示を送信することをさらに備える。
【００１０】
実施形態では、方法は、ユニタリー行列のエルミート転置と対角行列との積のギブンス分解（Givens decomposition）としてユニタリー行列の指示を決定することをさらに備える。
【００１１】
実施形態では、コンピュータ可読キャリア媒体は、プロセッサで実行されたときに、プロセッサに、上に記述したような方法を実行させるプロセッサ実行可能命令を保持する。
【００１２】
実施形態では、ビームフォーミーデバイスが開示される。ビームフォーミーデバイスは、ビームフォーマデバイスから信号を受信し、ビームフォーマデバイスに複数の係数の指示を送信するように構成された複数のアンテナを備える。ビームフォーミーデバイスは、ビームフォーミーデバイスの複数のアンテナの各々によって受信された信号を示すビームフォーミング行列を構成し、ビームフォーミングフィードバック行列より少ない個数の０でない係数を用いて圧縮され得るようにビームフォーミングフィードバック行列の部分ベクトル空間に及ぶ第１のフィードバック行列を決定し、第１のフィードバック行列を複数の係数に圧縮するように構成される。
【００１３】
実施形態では、ビームフォーミーデバイスは、フィードバック行列を表すために必要な係数の個数を最小限にするためにユニタリー行列を最適化することによって、ビームフォーミング行列とユニタリー行列との積を決定することによって、第１のフィードバック行列を決定するように構成される。
【００１４】
実施形態では、ビームフォーミーデバイスは、複数の角度係数へ第１のフィードバック行列を分解することによって、第１のフィードバック行列を複数の係数に圧縮するように構成される。
【００１５】
実施形態では、ビームフォーミーデバイスは、第１のフィードバック行列のコサインサイン分解を決定することによって、第１のフィードバック行列を複数の角度係数に圧縮するように構成される。
【００１６】
実施形態では、複数のアンテナは、ビームフォーマデバイスにユニタリー行列の指示を送信するようにさらに構成される。
【００１７】
実施形態では、ビームフォーミーデバイスは、ユニタリー行列のエルミート転置と対角行列との積のギブンス分解としてユニタリー行列の指示を決定するように構成される。
【００１８】
実施形態では、フィードバック行列を再構築するビームフォーミングデバイスにおける方法が開示される。方法は、ビームフォーミーデバイスから、複数の係数の指示を受信することと、複数の係数から、ビームフォーミーデバイスによって決定されたビームフォーミング行列とユニタリー行列の積を示す第１のフィードバック行列を決定することとを備える。
【００１９】
実施形態では、ビームフォーミング方法が開示される。ビームフォーミング方法は、請求項１４の方法により、複数のビームフォーミーデバイスの各々に対してフィードバック行列を再構築することと、チャネル行列を形成するために再構築されたフィードバック行列を組み合わせることと、チャネル行列からプリコーディング行列を決定することと、プリコーディング行列を使用してビームフォーミーデバイスに信号を送信することとを備える。
【００２０】
実施形態では、方法は、ビームフォーミーデバイスからユニタリー行列の指示を受信することをさらに備える。
【００２１】
実施形態では、コンピュータ可読キャリア媒体は、プロセッサで実行されたときに、プロセッサに、上に記述したような方法を実行させるプロセッサ実行可能命令を保持する。
【００２２】
実施形態では、ビームフォーミングデバイスが開示される。ビームフォーミングデバイスは、ビームフォーミーデバイスから、複数の係数の指示を受信し、複数の係数から、ビームフォーミーデバイスによって決定されたビームフォーミング行列とユニタリー行列の積を示す第１のフィードバック行列を決定するように構成される。
【００２３】
実施形態では、ビームフォーミングデバイスは、複数のアンテナを備え、複数のビームフォーミーデバイスの各々に対してフィードバック行列を再構築し、チャネル行列を形成するために、再構築されたフィードバック行列を組み合わせ、チャネル行列からプリコーディング行列を決定し、プリコーディング行列により、複数のアンテナを使用して、ビームフォーミーデバイスに信号を送信するようにさらに構成される。
【００２４】
図１は、実施形態によるワイヤレスネットワーク１００を示す図である。ワイヤレスネットワークは、マルチユーザＭＩＭＯシステムとして構成されている。ワイヤレスネットワーク１００は、ビームフォーマ局１１０と、第１のビームフォーミー局１２０と、第２のビームフォーミー局１３０と、第３のビームフォーミー局１４０とを備える。ビームフォーマ局１１０は、複数のアンテナ１１５を備える。ビームフォーミー局の各々は、複数のアンテナを備える。第１のビームフォーミー局１２０は、複数のアンテナ１２５を備える。第２のビームフォーミー局１３０は、複数のアンテナ１３５を備える。第３のビームフォーミー局１４０は、複数のアンテナ１４５を備える。
【００２５】
ビームフォーマ局１１０は、ビームフォーミー局から受信されたチャネル状態情報を使用して、空間領域において信号の向きを調整するために複数のアンテナ１１５の異なるアンテナに対する重みを指定するステアリング行列を使用する。図１に示すように、第１の空間信号１１２は、第１のビームフォーミー局１２０に対して空間的に向きを調整され、第２の空間信号１１３は、第２のビームフォーミー局１３０に対して空間的に向きを調整され、第３の空間信号１１４は、第３のビームフォーミー局１４０に対して空間的に向きを調整される。
【００２６】
ビームフォーミー局の各々に対してステアリング行列を決定するために、ビームフォーマ局は、ビームフォーミー局の各々からのビームフォーミング情報を必要とする。この情報は、ビームフォーミー局へ非データパケット（ＮＤＰ）通知および非データパケット（ＮＤＰ）サウンディングパケット１５０を送るビームフォーマ局によって決定される。ＮＤＰ通知およびＮＤＰサウンディングパケット１５０に応じて、ビームフォーミー局は、ビームフォーマ局１１０に、圧縮されたビームフォーミング情報１６０を送信する。圧縮されたビームフォーミング情報１６０の決定および形式については、以下により詳細に記述する。
【００２７】
フィードバック情報の量を減らすために、サブキャリアｋに対するビームフォーミーｕによって計算されるビームフォーミング正規直行列フィードバック行列Ｖk,uは、ギブンス分解を使用することによって角度の形で圧縮される。同じフィードバックメカニズムが、ＤＬ−ＳＵ  ＭｌＭＯとＤＬ−ＭＵ  ＭｌＭＯの両方に対して使用され、これは、可能な最小個数の実数値係数を用いて実際の行列Ｖk,uを表し、それらを一様に量子化する。
【００２８】
Ｖk,uの各列の絶対位相は、ビームフォーマで必要ではないので、行列の列には、ギブンス分解を適用する前に、何らかの便宜的な位相シフト値が乗算されることに注意されたい。よって、一般性を失うことなく、Ｖk,uの最後の行が負でない実数であると想定することができる。
【００２９】
ギブンス分解の特性は、Ｖk,uが、範囲［０，２π）にあるＮa／２個の実パラメータ｛φ｝および範囲［０，π／２］にあるＮa／２個の実パラメータ｛ψ｝によって表されることを可能にすることであり、ここでＮaは、表現で使用されるパラメータの合計個数である。よって、２つの角度パラメータにｂφとｂφ＝ｂφ＋２ビットとをそれぞれ使用することによって、これらは同じ粒度で一様に量子化され得る。
【００３０】
実施形態では、ビームフォーミングフィードバック行列の表現において使用される角度パラメータの個数が減らされる一方、１）ビームフォーマのユーザの空間分離能力が改善し、２）ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃおよびＩＥＥＥ８０１．１１ｎにおける既存のフィードバックと同じ係数の量子化された表現を維持する。さらに、新しい表現は、フィードバック行列の２層の表現を提供するために、ギブンス分解と組み合わせられ得る。
【００３１】
以下において、同じ手順を任意のサブキャリアおよびユーザに適用するので、ビームフォーミングフィードバック行列の表現を記述するときに、サブキャリアおよびユーザインデックスを省略する。また、Ｖの行および列の個数をそれぞれＮrおよびＮcとして示す。一般的に、Ｎrは、送信アンテナの個数に等しく、Ｎcは、フィードバック動作を実行するユーザの空間ストリームの個数に等しいことに注意されたい。
【００３２】
圧縮された表現では、ビームフォーミーによって発見されたＮr×Ｎcビームフォーミング正規直行列フィードバック行列Ｖは、ギブンス分解を使って以下のように表される。
【００３３】
【数１】
0006387178.tif 000002
【００３４】
ここで
−  
【００３５】
【数２】
0006387178.tif 000003
【００３６】
は、Ｎr×Ｎrの対角行列である。
【００３７】
−  １i-1は、長さｉ−１のものの連続を示す。
【００３８】
−  
【００３９】
【数３】
0006387178.tif 000004
【００４０】
は、Ｎr×Ｎrギブンス回転行列を表している。
【００４１】
−  
【００４２】
【数４】
0006387178.tif 000005
【００４３】
は、Ｎr≠Ｎcのときに追加の行または列を満たすためにゼロで埋められた恒等行列である。
【００４４】
よって、Ｖは、範囲［０，２π）のＮa／２角度｛φ｝および範囲［０，π／２］のＮa／２角度｛ψ｝によって表され、
【００４５】
【数５】
0006387178.tif 000006
【００４６】
である。
【００４７】
一実施形態では、圧縮されたフィードバックは、フィードバック１として以下に参照される１つのメッセージを備える。別の実施形態では、圧縮されたフィードバックは、２つのメッセージを備える。第１は、以下のフィードバック１であり、第２は、以下に記述されるフィードバック２である。
【００４８】
図２は、実施形態におけるビームフォーミーによって実行される方法を示すフローチャートである。
【００４９】
方法は、ステップＳ２０２で開始し、ここで入力は、ビームフォーミングフィードバック行列Ｖである。
【００５０】
フィードバック１では、ビームフォーミーは、行列
【００５１】
【数６】
0006387178.tif 000007
【００５２】
の表現を最初に見つけ、ここで
【００５３】
【数７】
0006387178.tif 000008
【００５４】
は、Ｖ1を表すのに必要な角度係数の個数を最小限にする次元Ｎc×Ｎcの便宜的なユニタリー行列である。言い換えると、
【００５５】
【数８】
0006387178.tif 000009
【００５６】
は、以下の最適化問題を満たし、ここで正規直交列ビームフォーミング行列Ｖが与えられ、および
【００５７】
【数９】
0006387178.tif 000010
【００５８】
、
【００５９】
【数１０】
0006387178.tif 000011
【００６０】
は、Ｖ1の損失がない表現に使用されるパラメータを示す。
【００６１】
【数１１】
0006387178.tif 000012
【００６２】
マップｆ（・）は、また、最適化問題において未知数であることに注意されたい。問題の最後の２つの制約は、表現における実数の係数の範囲を修正し、これはギブンス分解の角度と同じである。
【００６３】
この新しいフィードバック行列は、Ｖと同じ部分ベクトル空間に及び、これは、ＤＬ−ＭＵ  ＭｌＭＯのユーザを空間的に分離するために、ビームフォーマが必要とする最も重要な情報である。しかし、以下に見られるように、Ｖ1は、Ｖより少数の係数で表され得る。
【００６４】
ステップＳ２０４では、ビームフォーミーは、Ｖのコサインサイン（ＣＳ）分解（薄型（thin version））を見つけ、これは以下のように記述され得る。
【００６５】
【数１２】
0006387178.tif 000013
【００６６】
ステップＳ２０６では、ビームフォーミーは、行列Ｂを計算する。行列Ｂは、Ｖ1の圧縮された表現を形成し、次元ｍａｘ｛Ｎc，Ｎr−Ｎc｝×ｍｉｎ｛Ｎc，Ｎr−Ｎc｝を持つ。
【００６７】
【数１３】
0006387178.tif 000014
【００６８】
ステップＳ２０８で、ビームフォーミーは、｛ｂ｝および｛β｝を量子化する。対角行列
【００６９】
【数１４】
0006387178.tif 000015
【００７０】
を形成する要素は、［０，π／２］で定義されたプリンシパル角（principal angle）であるので、Ｂの要素の振幅は、π／２、すなわちｂik∈［０，π／２］によって境界が付けられることに注意されたい。
【００７１】
したがって、Ｂの要素は、角度パラメータとして見られ得る範囲［０，２π）のＮb／２角度｛β｝および［０，π／２］のＮb／２振幅値｛ｂ｝によって表され得て、
【００７２】
【数１５】
0006387178.tif 000016
【００７３】
である。
【００７４】
フィードバック１のみが計算される場合、方法は、ステップＳ２１０で停止し、量子化された値｛ｂ｝および｛β｝が出力される。
【００７５】
ビームフォーミーは、情報の追補であるフィードバック２を送ることができ、これは、フィードバック１つと組み合わせられて、ビームフォーマがＶを再構築することを可能にする（一部の関係がない列位相シフトまで）。これは図２の右手側に示されている。ステップＳ２１２で、ビームフォーミーは行列
【００７６】
【数１６】
0006387178.tif 000017
【００７７】
を計算し、ここで
−  
【００７８】
【数１７】
0006387178.tif 000018
【００７９】
は、以下のように取得された次元ＮC×ＮCのユニタリー行列である。
【００８０】
【数１８】
0006387178.tif 000019
【００８１】
−  
【００８２】
【数１９】
0006387178.tif 000020
【００８３】
は、列方向の対角行列であるため、Ｖ2の最後の行は、実数の負でない値を持つ。
【００８４】
フィードバック２の方法の開始はステップＳ２１４であり、方法への入力は行列Ｖ2である。
【００８５】
ステップＳ２１６では、ビームフォーミーは、行列
【００８６】
【数２０】
0006387178.tif 000021
【００８７】
にギブンス分解（１）を適用する。
【００８８】
したがって、範囲［０，２π）の
【００８９】
【数２１】
0006387178.tif 000022
【００９０】
角度｛φ｝および範囲［０，π／２］の
【００９１】
【数２２】
0006387178.tif 000023
【００９２】
角度｛ψ｝によってＶ2を表すことができ、
【００９３】
【数２３】
0006387178.tif 000024
【００９４】
である。
【００９５】
ステップＳ２１８で、｛ψ｝および｛φ｝は、ビームフォーマによって量子化される。フィードバック２の方法の出力は、ステップＳ２２０の｛ψ｝および｛φ｝の量子化された値である。
【００９６】
図３は、フィードバック行列Ｖ1およびビームフォーミングフィードバック行列
【００９７】
【数２４】
0006387178.tif 000025
【００９８】
を再構築するために、実施形態によりビームフォーマによって実行される方法を示すフローチャートである。
【００９９】
ステップＳ３０２で、ビームフォーマは、｛ｂ｝および｛β｝の量子化された値を受信する。ステップＳ３０４で、ビームフォーマは、Ｂの特異値分解（ＳＶＤ）を以下で計算する。
【０１００】
【数２５】
0006387178.tif 000026
【０１０１】
ステップＳ３０６で、ビームフォーマは、以下のようにＶ1を再構築する。
【０１０２】
【数２６】
0006387178.tif 000027
【０１０３】
ステップＳ３０８でフィードバック１の方法の出力は、フィードバック行列Ｖ1である。
【０１０４】
実施形態では、ビームフォーミーは、また、ビームフォーマに｛φ｝および｛φ｝の量子化された値を送信する。ビームフォーミング行列を回復する方法は、図３の右手側に示されている。
【０１０５】
ステップＳ３１０でフィードバック２の方法への入力は、フィードバック行列Ｖ1ならびに｛φ｝および｛φ｝の量子化された値である。
【０１０６】
ステップＳ３１２では、ビームフォーマは、量子化された値｛ψ｝および｛φ｝からＶ2を計算する。ステップＳ３１４では、ビームフォーマは、２つのフィードバックメッセージ
【０１０７】
【数２７】
0006387178.tif 000028
【０１０８】
を組み合わせることによって、ビームフォーミングフィードバック行列を再構築することができる。
【０１０９】
ステップＳ３１６では、方法からの出力は
【０１１０】
【数２８】
0006387178.tif 000029
【０１１１】
である。
【０１１２】
フィードバック１および２に必要なパラメータの個数および範囲はともに、従来の８０２．１１ｎ／ａｃの圧縮されたフィードバックのものに等しいことに注意されたい。
【０１１３】
以下の表１は、ビームフォーミングフィードバック行列の性質に関して提案された圧縮されたフィードバックと、フィードバックパラメータの個数および範囲との間の比較を示している。
【０１１４】
【表１】
0006387178.tif 000030
【０１１５】
提案されたフィードバックの１つの利点は、フィードバック１メッセージは、ギブンス表現（Givens representation）より少数のパラメータを含んでいるが、ユーザの空間分離のより正確な情報を伝達することができることである。
【０１１６】
これは、ギブンス表現の歪みをアーク長に関するフィードバック１のものと比較することによって見られ得る。アーク長は、
【０１１７】
【数２９】
0006387178.tif 000031
【０１１８】
によって与えられる部分空間の間の距離の指標であり、ここで｛θi｝は、２つの部分空間の間のプリンシパル角である。
【０１１９】
図４は、レイリーフェージングの関連しないチャネルおよびＮr＝３，４，６，８の送信アンテナについての、ギブンス表現および提案されたフィードバック１に対するアーク長歪みを示す。空間ストリームの個数はＮc＝２である。２つの表現のパラメータは量子化され、マーカーは、以下に述べるように４つの可能な分解能を示している。
【０１２０】
−ＳＵ低分解能：それぞれ［０，π／２］および［０，２π）のパラメータに対して２／４ビット
−ＳＵ高分解能：それぞれ［０，π／２］および［０，２π）のパラメータに対して４／６ビット
−ＭＵ低分解能：それぞれ［０，π／２］および［０，２π）のパラメータに対して５／７ビット
−ＭＵ高分解能：それぞれ［０，π／２］および［０，２π）のパラメータに対して７／９ビット
図５は、Ｎr＝６，８の送信アンテナに対する４層の場合のアーク長歪みの比較を示す図である。図５に示すように、歪みは、固定された個数の送信アンテナに対してギブンスフィードバックを使用するときよりもフィードバック１における方が低い。したがって、フィードバック１は、サブキャリアごとに、ギブンス分解を使用するフィードバックより少ないフィードバックビットを必要とする。
【０１２１】
実施形態の提案されたフィードバックの別の利点は、フィードバック１メッセージは、ギブンス表現と同等なビームフォーミングフィードバック行列Ｖの表現を形成するために、追加のメッセージであるフィードバック２と組み合わせられ得ることである。最も強い空間の特異ベクトルの方向が範囲空間の情報に追加されるので、これは、ビームフォーマが、ＳＵ−ＭＩＭＯモードでステアリング行列を見つけたいときに有用な場合がある。フィードバック１および２を組み合わせることによって取得される表現は、ギブンス表現と、ユークリッド歪みに関して実質的に同じ正確さを提供する。
【０１２２】
提案されたフィードバック１は、ギブンス回転に基づいて圧縮されたフィードバックと比較して、圧縮されたフィードバックメッセージのサイズの減少を可能にする。フィードバック１は、また、ビームフォーマに、ビームフォーミーの空間分離に関するより正確な情報を提供し、これは、ＭＵ  ＭＩＭＯ送信に対するステアリング行列の計算において極めて重要である。
【０１２３】
加えて、フィードバック２は、フィードバック１と組み合わせられて、ビームフォーマが、ビームフォーミングフィードバック行列の個々のベクトルコンポーネントを再構築することを可能にする一部の追加の情報を提供し、これは主にＳＵ  ＭＩＭＯ動作に有用な場合がある。
【０１２４】
他の１つの利点は、フィードバック１と２の両方が、現在の８０２．１１ｎ／ａｃの圧縮されたフィードバックと同じ形式、すなわち角度係数で表現されるということである。
【０１２５】
ビームフォーミーから新しいフィードバックレポートを請求するために、実施形態においてビームフォーマによって使用されるサウンディングプロトコルについて、図６に示されている。
【０１２６】
図６は、サウンディング手順が８０２．１１超高スループット（ＶＨＴ：very high throughput）ＭＩＭＯ送信でどのように機能し得るかの例を示している。ビームフォーマはレガシ圧縮されたフィードバック（８０２．１１ａｃなど）と新しい圧縮されたフィードバックの両方を認識することができる。
【０１２７】
ビームフォーマは、関連するビームフォーミーに、マルチユーザ（ＭＵ）に設定されたフィードバックタイプを用いるフィードバックに対する要求を信号送信する非データパケット（ＮＤＰ）通知６０２をブロードキャストする。通知をブロードキャストした後、ビームフォーマは、ショートインターフレームスペース（ＳＩＦＳ：Short Interframe Space）の間待機する。ＮＤＰ通知の後に、ビームフォーミーがチャネルを測定し、フィードバックレポートを形成することを可能にするサウンディングパケット６０４が続く。
【０１２８】
ビームフォーミー１は、圧縮されたフィードバック１メッセージ６０６で応答する。ＳＩＦＳに続いて、ビームフォーマは、ビームフォーミングレポートポール６０８をブロードキャストする。レガシビームフォーミー２は、レガシ圧縮されたビームフォーミングメッセージ６１０で応答する。ＳＩＦＳに続いて、ビームフォーマは、ビームフォーミングレポートポール６１２をブロードキャストする。次に、ビームフォーミー３は、圧縮されたフィードバック１メッセージ６１４で応答する。
【０１２９】
例におけるビームフォーミー１および３は、圧縮されたフィードバック１メッセージで応答する一方、レガシビームフォーミー２は、従来のＩＥＥＥ８０２．１１ａｃで圧縮されたフィードバックを送信する。新しい圧縮されたフィードバックを報告することができるビームフォーミーは、フィードバックメッセージに、どのタイプのフィードバックが報告されるかの指示を含むことに注意されたい。
【０１３０】
フィードバックレポートが受信されると、ビームフォーマは、３つのユーザの空間分離をチェックすることができる。例では、ビームフォーマは、この分離は、ＭＵ送信をサポートするのに十分ではないと決定し、代わりに、ビームフォーミー３にＳＵ  ＭＩＭＯ送信を選ぶ。
【０１３１】
次に、ビームフォーマは、フィードバックタイプＳＵ  ２の別のＮＤＰ通知６１６をブロードキャストし、それに対して、ビームフォーミー３は、フィードバック２メッセージ６１８を送信することによって返答する。フィードバック２は、以前のチャネル測定からのビームフォーミー３によって計算されるので、この新しいタイプのＳＵ通知の後にサウンディングパケットは続かないことに注意されたい。
【０１３２】
図７は、実施形態によるプリコーディング行列を計算するビームフォーマにおける方法を示す図である。ビームフォーマは、ビームフォーミーによって受信された情報からプリコーディング行列としても知られているＤＬ−ＭＵ−ＭＩＭＯステアリング行列を計算することができる。
【０１３３】
ステップＳ７０２では、ビームフォーマは、ビームフォーミーの各々からフィードバック行列を再構築する。ビームフォーマは、送信のためにビームフォーミー
【０１３４】
【数３０】
0006387178.tif 000032
【０１３５】
をスケジューリングしており、
【０１３６】
【数３１】
0006387178.tif 000033
【０１３７】
によって、フィードバック１またはフィードバック２、すなわち、図３に示したステップＳ３０８またはステップＳ３１６の出力からビームフォーマによって再構築されたそれぞれのフィードバック行列を示すことを想定する。ビームフォーミーは、また、報告されたフィードバックベクトル
【０１３８】
【数３２】
0006387178.tif 000034
【０１３９】
の各々に対する品質（振幅）の測定を報告することができるため、ビームフォーマは、
【０１４０】
【数３３】
0006387178.tif 000035
【０１４１】
としてビームフォーミーのチャネルを再構築することができる。
【０１４２】
ステップＳ７０４では、ビームフォーマは、単一のチャネル行列においてスケジューリングされたユーザの再構築されたチャネルを組み合わせる。
【０１４３】
【数３４】
0006387178.tif 000036
【０１４４】
ステップＳ７０６では、ビームフォーマは、プリコーディング行列Ｇを計算するために組み合わせられたチャネル行列を使用するため、一般的な時間サンプルの一般的なサブキャリアの送信信号は、
【０１４５】
【数３５】
0006387178.tif 000037
【０１４６】
によって与えられ、ここでｕは、ユーザデータシンボルを含む。
【０１４７】
プリコーダーＧの計算は、多くの方法で実行され得る。例として、最大の送信電力Ｐと、すべてのユーザに同じＳＩＮＲを保証する公平性戦略（fairness strategy）とを用いて、すべてのストリーム間の干渉を取り除く、ゼロフォーシング（zero-forcing）設計を使用したい場合、プリコーダーは、
【０１４８】
【数３６】
0006387178.tif 000038
【０１４９】
によって与えられ、ここで
【０１５０】
【数３７】
0006387178.tif 000039
【０１５１】
は、チャネルの擬似逆であり、
【０１５２】
【数３８】
0006387178.tif 000040
【０１５３】
である。
【０１５４】
実施形態によるサウンディングプロトコルの利点は、ＭＵサウンディング手順でユーザによって報告されるフィードバックの量を減らす一方、同時に、新しいフィードバック１の圧縮されたメッセージを使用することによって、ビームフォーマによってそれらの空間分離が認識されている正確性を増加させることである。
【０１５５】
特定の実施形態は、概略的に提示されている。読者は、各実施形態の詳細な実装は、複数の方法で達成され得ることを認識されるであろう。たとえば、専用ハードウェア実装が、設計および構築され得る。他方では、プロセッサは、実施形態に関して上に記述した管理ユニットを実装するために、記憶媒体（たとえば磁気的、光学的、ソリッドステートメモリベースのデバイス）またはコンピュータで受信可能な信号（たとえば完全なプログラムのダウンロードまたは既存プログラムへの「パッチ」更新）のいずれかを使って伝達されるもののような、コンピュータプログラムを用いて構成され得る。これらの２つの位置に加えて、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなど、多機能のハードウェアデバイスは、構成命令によって構成され得る。
【０１５６】
特定の実施形態について記述してきたが、これらの実施形態は、専ら例示を目的に提示されたものであり、本発明の範囲を制限することを意図するものではない。実際は、本明細書に記述された新規の方法およびデバイスは、様々な他の形式で具現化され得る。さらに、本発明の趣旨から逸脱することなく、本明細書に記述された方法およびデバイスの様々な省略、置き換え、および変更が行われ得る。添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物は、本発明の範囲および趣旨に該当するそのような形式または修正を包含することを意図するものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
〔１〕
ビームフォーミーデバイスからビームフォーマデバイスにチャネル状態情報をフィードバックする方法であって、
前記ビームフォーミーデバイスの複数のアンテナで、前記ビームフォーマデバイスから信号を受信することと、
ビームフォーミング行列を構成することと、前記ビームフォーミング行列は、部分ベクトル空間におよび、前記ビームフォーミーデバイスの前記複数のアンテナの各々によって受信された信号を示す、
ビームフォーミングフィードバック行列より少ない個数の０でない係数を用いて圧縮され得るように、前記ビームフォーミングフィードバック行列の前記部分ベクトル空間に及ぶ第１のフィードバック行列を決定することと、
前記第１のフィードバック行列を複数の係数に圧縮することと、
前記ビームフォーマデバイスに前記複数の係数の指示を送信することとを備える、方法。
〔２〕
前記第１のフィードバック行列を決定することは、前記フィードバック行列を表すために必要な係数の個数を最小限にするために、ユニタリー行列を最適化することによって、前記ビームフォーミング行列と前記ユニタリー行列との積を決定することを備える、〔１〕に記載の方法。
〔３〕
前記第１のフィードバック行列を複数の係数に圧縮することは、複数の角度係数へと前記第１のフィードバック行列を分解することを備える、〔１〕に記載の方法。
〔４〕
前記第１のフィードバック行列を複数の角度係数に圧縮することは、前記第１のフィードバック行列のコサインサイン分解を決定することを備える、〔３〕に記載の方法。
〔５〕
前記ビームフォーマデバイスに前記ユニタリー行列の指示を送信することをさらに備える、〔２〕に記載の方法。
〔６〕
前記ユニタリー行列のエルミート転置と対角行列との積のギブンス分解として前記ユニタリー行列の前記指示を決定することをさらに備える、〔５〕に記載の方法。
〔７〕
プロセッサで実行されたときに、前記プロセッサに、〔１〕による方法を実行させるプロセッサ実行可能命令を保持する、コンピュータ可読キャリア媒体。
〔８〕
ビームフォーマデバイスから信号を受信し、前記ビームフォーマデバイスに複数の係数の指示を送信するように構成された複数のアンテナ
を備えるビームフォーミーデバイスであって、
前記ビームフォーミーデバイスの前記複数のアンテナの各々によって受信された前記信号を示すビームフォーミング行列を構成し、
ビームフォーミングフィードバック行列より少ない個数の０でない係数を用いて圧縮され得るように、前記ビームフォーミングフィードバック行列の部分ベクトル空間に及ぶ第１のフィードバック行列を決定し、
前記第１のフィードバック行列を前記複数の係数に圧縮するように構成される、ビームフォーミーデバイス。
〔９〕
前記フィードバック行列を表すために必要な係数の個数を最小限にするために、ユニタリー行列を最適化することによって、前記ビームフォーミング行列と前記ユニタリー行列との積を決定することによって、前記第１のフィードバック行列を決定するように構成される、〔８〕に記載のビームフォーミーデバイス。
〔１０〕
複数の角度係数へ前記第１のフィードバック行列を分解することによって、前記第１のフィードバック行列を複数の係数に圧縮するように構成される、〔８〕に記載のビームフォーミーデバイス。
〔１１〕
前記第１のフィードバック行列のコサインサイン分解を決定することによって、前記第１のフィードバック行列を複数の角度係数に圧縮するように構成される、〔１０〕に記載のビームフォーミーデバイス。
〔１２〕
前記複数のアンテナは、前記ビームフォーマデバイスに前記ユニタリー行列の指示を送信するようにさらに構成される、〔９〕に記載のビームフォーミーデバイス。
〔１３〕
前記ユニタリー行列のエルミート転置と対角行列との積のギブンス分解として前記ユニタリー行列の前記指示を決定するように構成される、〔１２〕に記載のビームフォーミーデバイス。
〔１４〕
フィードバック行列を再構築するビームフォーミングデバイスにおける方法であって、ビームフォーミーデバイスから、複数の係数の指示を受信することと、前記複数の係数から、前記ビームフォーミーデバイスによって決定されたビームフォーミング行列とユニタリー行列の積を示す第１のフィードバック行列を決定することとを備える方法。
〔１５〕
〔１４〕に記載の方法により、複数のビームフォーミーデバイスの各々に対してフィードバック行列を再構築することと、
チャネル行列を形成するために前記再構築されたフィードバック行列を組み合わせることと、
前記チャネル行列からプリコーディング行列を決定することと、
前記プリコーディング行列を使用して前記ビームフォーミーデバイスに信号を送信することとを備える、ビームフォーミング方法。
〔１６〕
前記ビームフォーミーデバイスから前記ユニタリー行列の指示を受信することをさらに備える、〔１４〕に記載の方法。
〔１７〕
プロセッサで実行されたときに、前記プロセッサに、〔１４〕に記載の方法を実行させるプロセッサ実行可能命令を保持する、コンピュータ可読キャリア媒体。
〔１８〕
ビームフォーミーデバイスから、複数の係数の指示を受信し、前記複数の係数から、前記ビームフォーミーデバイスによって決定されたビームフォーミング行列とユニタリー行列の積を示す第１のフィードバック行列を決定するように構成される、ビームフォーミングデバイス。
〔１９〕
複数のアンテナを備え、複数のビームフォーミーデバイスの各々に対してフィードバック行列を再構築し、チャネル行列を形成するために、前記再構築されたフィードバック行列を組み合わせ、前記チャネル行列からプリコーディング行列を決定し、前記プリコーディング行列により、複数のアンテナを使用して、前記ビームフォーミーデバイスに信号を送信するようにさらに構成される、〔１８〕に記載のビームフォーミングデバイス。
【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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