(57)【要約】ＭＩＭＯシステムにおいて、２つ以上の送信信号が、それぞれが１つ以上の送信アンテナを有する異なるアンテナクラスタから送信される。プリコーディング回路は、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、すべてのアンテナクラスタについて使用して、各送信アンテナから送信される送信信号に対して重み付けを行う。当該アンテナ重みは、同一のアンテナクラスタ内の複数の送信アンテナ間の相関に基づいて算出される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信信号を送信する送信機（１００）であって、
前記複数の送信信号のうちの１つをそれぞれ送信するＮ個のアンテナクラスタ（１５２）にグループ化される複数の送信アンテナ（１５０）と、
周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、すべてのアンテナクラスタ（１５２）について使用して、各アンテナクラスタ（１５２）内の各送信アンテナ（１５０）から送信される前記送信信号を重み付けするプリコーディング回路（１２０）と
を備えることを特徴とする送信機（１００）。
【請求項２】
フィードバック・プロセッサ（１２４）をさらに備え、
前記フィードバック・プロセッサ（１２４）は、
同一のアンテナクラスタ内の複数の送信アンテナ（１５０）間の相関を示すアンテナ相関を、前記受信機（２００）から受信し、
前記アンテナ相関に基づいて、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの前記共通セットを算出すること
を特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項３】
前記フィードバック・プロセッサ（１２４）は、
前記アンテナ相関に基づいて送信相関行列を算出し、かつ、各アンテナクラスタ（１５２）から送信される前記送信信号を重み付けするための共通の重みベクトルとして、前記送信相関行列の、最も大きい固有値を有する固有ベクトルを選択することによって、前記複数のアンテナ重みを算出すること
を特徴とする請求項２に記載の送信機（１００）。
【請求項４】
前記受信機（２００）から前記複数のアンテナ重みを受信するチャネル・フィードバック・プロセッサ（２２０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項５】
各アンテナクラスタ（１５２）は、等しい数の送信アンテナ（１５０）を有することを特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項６】
各アンテナクラスタ（１５２）内の前記複数の送信アンテナ（１５０）の相対的な間隔が同一であることを特徴とする請求項５に記載の送信機（１００）。
【請求項７】
異なる複数のアンテナクラスタ（１５２）における対応する送信アンテナ（１５０）は、同一のアンテナ重みを有することを特徴とする請求項６に記載の送信機（１００）。
【請求項８】
Ｎは、前記受信機（２００）における受信アンテナ（２５０）の数に等しいことを特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項９】
送信対象の情報信号を（Ｎ＞１）個のサブストリームに分割するデマルチプレクサ（１０６）と、
前記複数の送信信号を生成するために各サブストリームを符号化し、変調するチャネル符号化回路（１０７）と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項１０】
複数の送信信号を送信する方法であって、
前記複数の送信信号のうちの１つをそれぞれ送信するＮ個のアンテナクラスタ（１５２）に、複数の送信アンテナ（１５０）をグループ化するステップと、
周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、すべてのアンテナクラスタ（１５２）について使用して、各アンテナクラスタ（１５２）内の各送信アンテナ（１５０）から送信される前記送信信号を重み付けするステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
同一のアンテナクラスタ内の複数の送信アンテナ（１５０）間の相関を示すアンテナ相関を、前記受信機（２００）から受信するステップと、
前記アンテナ相関に基づいて、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの前記共通セットを算出するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記アンテナ相関に基づいて前記複数のアンテナ重みを算出する前記ステップは、
前記アンテナ相関に基づいて送信相関行列を算出するステップと、
各アンテナクラスタ（１５２）から送信される前記送信信号を重み付けするための共通の重みベクトルとして、前記送信相関行列の、最も大きい固有値を有する固有ベクトルを選択することによって、前記複数のアンテナ重みを算出するステップと
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記受信機（２００）から前記複数のアンテナ重みを受信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
各アンテナクラスタ（１５２）に対して等しい数の送信アンテナ（１５０）を割り当てるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
各アンテナクラスタ（１５２）内の前記複数の送信アンテナ（１５０）の間隔が同一であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
異なる複数のアンテナクラスタ（１５２）における対応する送信アンテナ（１５０）に対して同一のアンテナ重みを割り当てるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
Ｎは、前記受信機（２００）における受信アンテナ（２５０）の数に等しいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
情報信号を複数のサブストリームに分割するステップと、
前記複数の送信信号を生成するために各サブストリームをチャネル符号化するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
２つ以上のアンテナクラスタ（１５２）に分割された複数の送信アンテナ（１５０）を有する送信機（１００）と、複数のアンテナ受信機（２００）とを含む複数入力・複数出力の通信システムにおいて、チャネル・フィードバックを提供する方法であって、
同一のアンテナクラスタ（１５２）内の複数の送信アンテナ（１５０）間のアンテナ相関を決定するために受信信号を処理するステップと、
前記送信機（１００）に対して前記アンテナ相関に基づいてフィードバックを提供するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記送信機（１００）に対して前記アンテナ相関に基づいてフィードバックを提供する前記ステップは、
リバースリンク・チャネルで１つ以上のアンテナ相関を前記送信機（１００）に対して送信するステップ
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記送信機（１００）に対して前記アンテナ相関に基づいてフィードバックを提供する前記ステップは、
各アンテナクラスタ（１５２）で使用される前記複数の送信アンテナ（１５０）用の、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、前記アンテナ相関に基づいて算出するステップと、
前記周波数に依存しない複数のアンテナ重みを前記送信機（１００）に対して送信するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
複数入力・複数出力の通信システム用の移動端末であって、
送信機（１００）における異なる複数のアンテナクラスタ（１５２）から送信された２つ以上の送信信号を受信する複数の受信アンテナ（２５０）と、
各受信アンテナ（２５０）によって受信された信号を処理して、同一のアンテナクラスタ（１５２）内の複数の送信アンテナ（１５０）間のアンテナ相関を決定し、かつ、
前記送信機（１００）に対して前記アンテナ相関に基づいてフィードバックを提供する
受信信号プロセッサ（２０４）と
を備えることを特徴とする移動端末。
【請求項２３】
前記受信信号プロセッサ（２０４）によって提供される前記フィードバックは、１つ以上の前記アンテナ相関を含むことを特徴とする請求項２２に記載の移動端末。
【請求項２４】
前記受信信号プロセッサ（２０４）は、
各アンテナクラスタ（１５２）内の前記複数の送信アンテナ用の、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを算出し、
周波数に依存しない複数のアンテナ重みの前記共通セットを、前記送信機（１００）へフィードバックとして提供すること
を特徴とする請求項２２に記載の移動端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数入力・複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムに関するものであり、特に、（複数の）送信信号をプリフィルタリングするために通信チャネルの統計的な知識を使用するＭＩＭＯシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムにおけるデータレートを高めるために、複数入力・複数出力（ＭＩＭＯ）システムに大きな関心が集まっている。ＭＩＭＯシステムは、情報を送信及び受信するために、送信機及び受信機において複数のアンテナを用いる。受信機は、帯域幅を増大させることなく、より高い周波数利用効率と高いデータレートを実現するために、受信機における信号の空間的な次元を活用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＭＩＭＯシステムにおいては、チャネル応答が送信機において既知である場合に最も良好な性能が得られる。この場合、送信機は、送信機と受信機との間におけるチャネル状態を補償すべく、各アンテナ用のアンテナ重みを算出するためにチャネル応答の知識を使用することができる。このようなシステムにおいて、受信機からのチャネル・フィードバックの量は、送信機及び受信機におけるアンテナ数とともに増大する。受信機から送信機へのチャネル・フィードバックは、貴重なリバースリンク（reverse link）を消費する。従って、下りリンクにおいて良好な性能を維持しつつ、リバースリンクで送信されるフィードバックの量を低減することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、良好な性能を維持しつつ、送信信号をプリフィルタリングするために必要となるチャネル・フィードバック量を低減するＭＩＭＯシステムに関するものである。送信機の複数の送信アンテナは、複数のクラスタにグループ化される。受信機における送信アンテナ及び受信アンテナにおけるアンテナクラスタ間には１対１の対応が存在する。異なる送信信号は各アンテナクラスタによって送信される。所与のアンテナクラスタにおける各送信アンテナは、同一の送信信号の重み付けされたバージョンを送信する。周波数に依存しないアンテナ重みの共通セットが、すべてのアンテナクラスタ用に使用される。従って、第１クラスタにおける第１送信アンテナ用のアンテナ重みは、第２アンテナクラスタ、第３アンテナクラスタ、第４アンテナクラスタ等における第１送信アンテナ用のアンテナ重みと同一である。すべてのアンテナクラスタについて同一のアンテナ重みのセットを使用することによって、送信信号をプリフィルタリングするために必要となるチャネル・フィードバック量が著しく低減される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】複数入力・複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムを示す図である。
【図２】ＭＩＭＯシステムにおける送信機用のクラスタ化アンテナ配置を示す図である。
【図３】ＭＩＭＯシステムにおける送信機用の分散アンテナ配置を示す図である。
【図４】クラスタ化配置を用いるアンテナごとのレート制御（ＰＡＲＣ）及び固有ビーム形成（ＥＢＦ）をそれぞれ使用するＭＩＭＯ送信機の相対的な性能を示すグラフである。
【図５】分散配置によるＰＡＲＣ及びＥＢＦを使用するＭＩＭＯ送信機の相対的な性能を示すグラフである。
【図６】クラスタ化配置を用いるＥＢＦ、及び分散配置によるＰＡＲＣをそれぞれ使用するＭＩＭＯ送信機の相対的な性能を示すグラフである。
【図７】クラスタ化配置ＥＢＦ（ＥＣＢＦ）を使用するＭＩＭＯ通信システム用の送信機を示す図である。
【図８】ＭＩＭＯ送信機用の典型的なＩＦＦＴ回路を示す図である。
【図９】ＭＩＭＯ送信機用の典型的なプリコーディング回路を示す図である。
【図１０】ＭＩＭＯ通信システム用の受信機を示す図である。
【図１１】クラスタ化配置によるＣＥＢＦ及びＥＢＦをそれぞれ使用するＭＩＭＯ送信機の相対的な性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１は、第１ステーション１２及び第２ステーション１４を含む複数入力／複数出力（ＭＩＭＯ）無線通信システム１０を示す。第１ステーション１２は、通信チャネル１６を通じて第２ステーション１４へ信号を送信する送信機１００を含み、その一方で、第２ステーション１４は、第１ステーション１２によって送信された信号を受信する受信機２００を含む。当業者であれば、第１ステーション１２及び第２ステーションの各々が双方向通信用に送信機１００及び受信機２００の両方を含み得ることを理解するであろう。典型的な一実施形態において、第１ステーション１２は無線通信ネットワークの基地局であり、第２ステーション１４は移動局である。本発明は、特に、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムにおいて有用である。
【０００７】
バイナリのデータストリーム形式の情報信号Ｉ(ｎ)は、第１ステーション１２における送信機１００に入力される。送信機は、送信機１００全体の動作を制御する制御器１０２と、送信信号処理回路１０４とを含む。送信信号処理回路１０４は、誤り訂正符号化を実行し、入力ビットを複素変調シンボルにマッピングし、各送信アンテナ１５０用の送信信号を生成する。周波数のアップコンバージョン、フィルタリング及び増幅の後、送信機１００は、通信チャネル１６を通じて第２ステーション１４へ、それぞれの送信アンテナ１５０から送信信号を送信する。
【０００８】
第２ステーション１４における受信機２００は、各アンテナ２５０において受信した信号を復調及び復号する。受信機２００は、受信機２００の動作を制御する制御器２０２と受信信号処理回路２０４とを含む。受信信号処理回路２０４は、第１ステーション１２から送信された信号を復調及び復号する。受信機２００からの出力信号は、元の情報信号の推定値
2010525736.tif 000003
から成る。誤りが存在しない場合、推定値
2010525736.tif 000004
は、送信機１００における元の情報信号入力Ｉ(ｎ)と同一となる。
【０００９】
複数のデータストリームが異なるアンテナ１５０から並列に送信されることに起因して、システムに加えられるアンテナ１５０，２５０のあらゆる組み合わせとともに、所要帯域幅を増大させることなくスループットが線形的に増大する。ＭＩＭＯシステムは、高い周波数利用効率を実現し、かつ、それにより高いデータレートを実現する潜在能力に起因して、無線通信ネットワークにおける使用について広範な研究活動が世界的になされている。
【００１０】
Ｍ個の送信アンテナとＮ個の受信アンテナとを備えるＭＩＭＯシステムは、典型的には次の行列表現によって記述される。
2010525736.tif 000005
ここで、ｙ(ｆ)はＮ×１の受信信号ベクトル、
2010525736.tif 000006
はＮ×ＭのＭＩＭＯチャネル応答、ｚ(ｆ)は個々の分散が２の、受信機における独立かつ同一分布（i.i.d.）のＡＷＧＮ、及びｘ(ｆ)は特定の電力拘束条件（constraint）を有するＭ×１の送信信号ベクトルである。一般的に、ＭＩＭＯシステムにおける最も良好な性能は、送信機１００においてチャネル応答が既知の場合に、送信信号が送信機１００によって送信前に適宜重み付けされ得るようにして実現される。
【００１１】
著しい注目を集めているＭＩＭＯのアプローチの１つは、アンテナごとのレート制御（ＰＡＲＣ：Per Antenna Rate Control）である。ＰＡＲＣシステムにおいては、送信される情報が複数のストリームに分割される。各ストリームは独立に符号化及び変調された後、それぞれの送信アンテナ１５０から送信される。符号化率は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）に依存する。従来のＰＡＲＣシステムでは、送信アンテナ１５０の数は固定されており、全ての送信アンテナ１５０は移動局へデータを送信するための全ての時間において使用される。
【００１２】
注目を集めている別のＭＩＭＯのアプローチは、固有ビーム形成（ＥＢＦ：Eigen Bermforming）として知られている。ＥＢＦシステムでは、各送信アンテナ１５０によって送信される送信信号は、送信前にプリフィルタリングされる。固有ビーム形成（ＥＢＦ）を使用するＭＩＭＯシステムのために、プリコーディング回路は、Ｍ×Ｎ符号化行列を適用され、各受信アンテナ２５０に対して１つずつ、Ｎ個の送信信号を出力する。プリコーディング行列の複数の行は、Ｎ個の固有ベクトルであり、以下の行列の最も大きい固有値に対応する。
2010525736.tif 000007
ここで、Ｎfは平均化するサブキャリヤの数である。ＥＢＦアプローチにおいて、プリコーディング行列のＭ×Ｎ個の複素成分は、受信機２００から送信機１００へリバースリンク（reverse link）でフィードバックされなければならない。この適用を目的として、リバースリンクという用語は、受信機から送信機へ情報をフィードバックするために使用されるチャネルを称するために使用される。リバースリンク・チャネルは、上りリンク（移動局から基地局へ）、又は下りリンク（基地局から移動局へ）でもよい。
【００１３】
ＰＡＲＣアプローチ又はＥＢＦアプローチとともに、異なるアンテナ配置を使用し得る。図２及び図３は、ＭＩＭＯ送信機１００用の２つの典型的なアンテナ配置を示す。図２に示すアンテナ配置は、本明細書においてクラスタ化配置（clustered geometry）と称され、複数の送信アンテナ１５０を２つ以上のアンテナクラスタ１５２にグループ化する。異なるアンテナクラスタ１５２のアンテナ１５０が本質的に相互に独立であると考えられ得るように、アンテナクラスタ１５２は、大きな距離（例：１０λ）を隔てて分離される。同一のアンテナクラスタ１５２内の複数の送信アンテナ１５０が大きな相関を有するように、各アンテナクラスタ１５２内の複数の送信アンテナ１５０は、近接した間隔（例：０．５λ）で配置される。図３に示す配置は、分散配置（distributed geometry）と称され、送信アンテナ１５０の全てが相互に独立であると考えられ得るように、送信アンテナ１５０を遠く離して（例：１０λ）位置付けている。
【００１４】
図４及び図５は、クラスタ化アンテナ配置及び分散アンテナ配置についてのＰＡＲＣアプローチ及びＥＢＦアプローチの相対的な性能を示す。図４は、ＰＡＲＣアプローチについて、平均ＳＮＲの関数として平均データレートを示す。分散配置（配置２）が使用される場合、ＰＡＲＣアプローチが最も良好であることを図４は示している。図５は、ＥＢＦアプローチについて、平均ＳＮＲの関数として平均データレートを示す。分散配置（配置１）が使用される場合、ＥＢＦアプローチが最も良好であることを図５は示している。
【００１５】
図６は、分散配置を使用するＰＡＲＣアプローチの性能とクラスタ化配置を使用するＥＢＦアプローチの性能とを比較している。図６は、ＳＮＲが１２ｄＢ以下である場合、クラスタ化配置を用いるＥＢＦアプローチが最も良好であることを示している。１／１の繰返し数（reuse factor）を用いる典型的な移動通信システムにおいては、ユーザの圧倒的多数（例：約９０％）が１２ｄＢより小さいＳＮＲを有するであろう。従って、クラスタ化配置を用いるＥＢＦアプローチは、ユーザの大多数にとって最も良好なアプローチとなるであろう。
【００１６】
ＥＢＦアプローチは、プリフィルタ行列を算出するために受信機２００から送信機１００へＭ×Ｎ個の複素係数をフィードバックすることを必要とする。図７は、本明細書においてクラスタ化固有ビーム形成（ＣＥＢＦ）と称する技術を使用する、送信機１００用の送信信号処理回路１０４を示す。この技術は、クラスタ化配置を用いるＥＢＦアプローチを使用して得られる性能レベルに非常に近い性能レベルを実現しつつ、必要となるチャネル・フィードバック量の低減を可能とする。このアプローチにおいて、複数の送信アンテナ１５０はＮ個のアンテナクラスタ１５２にグループ化され、ここでＮは受信機２００における受信アンテナ２５０の数と等しい。一実施形態において、各アンテナクラスタ１５２にはＭ／Ｎ個の送信アンテナ１５０が存在する。例えば、６個の送信アンテナ１５０と２つの受信アンテナ２５０とを有するＭＩＭＯシステムを考える。６個の送信アンテナ１５０は、それぞれが３個の送信アンテナ１５０を備える２つのアンテナクラスタ１５２に分割され得る。同一のアンテナクラスタ１５２内の複数の送信アンテナ１５０が高い相関を有するように、各アンテナクラスタ１５２内の送信アンテナ１５０は近接した間隔（例：０．５λ）で配置される。異なるアンテナクラスタ１５２の送信アンテナ１５０が独立であると考えられ得るように、アンテナクラスタ１５２は遠く離して（例：１０λ）位置付けられる。
【００１７】
ＣＥＢＦアプローチ用の送信信号処理回路１０４は、デマルチプレクサ１０６、チャネル符号化回路１０７、プリコーディング回路１２０、複数の送信フロントエンド回路１２２、及びフィードバック・プロセッサ１２４を備える。情報ビットストリームＩ(ｎ)は、デマルチプレクサ１０６によってＮ個のサブストリーム
2010525736.tif 000008
に分割され、ここでＮはアンテナクラスタ１５２の数に等しい。ｉ＝１,...Ｎについて各サブストリームＩi(ｎ)は、符号器１０８、変調器１１０、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）回路１１２を含む、対応するチャネル符号化回路１０７へ入力される。符号器１０８は、ターボ符号器又は畳み込み符号器のような誤り訂正符号器から成る。変調器１１０は、例えばＱＰＳＫ又はＱＡＭ変調器から成っていてもよい。それぞれの変調器１１０によって出力される変調シンボルストリーム
2010525736.tif 000009
は、ＩＦＦＴ回路１１２（図８）へ入力される。
【００１８】
ＩＦＦＴ回路１１２は、変調器１１０からの変調シンボルｓi(ｎ)のストリームを、サブキャリヤ数に等しいＮc個のサブストリームに分割する直並列（Ｓ／Ｐ）変換器１１４、周知技術として知られる逆高速フーリエ変換を適用するＩＦＦＴフィルタ１１６、及び、送信信号
2010525736.tif 000010
を生成する並直列（Ｐ／Ｓ）変換器１１８を含む。
【００１９】
各チャネル符号化回路１０７から出力される送信信号
2010525736.tif 000011
は、プリコーディング回路１２０へ入力される。プリコーディング回路１２０は、フィードバック・プロセッサ１２４によって提供されるサイズ（Ｍ／Ｎ×１）の重みベクトル
2010525736.tif 000012
によって表される複数のアンテナ重みを使用して、複数の送信信号に重み付けをする。各アンテナクラスタ１５２のために、周波数に依存しないアンテナ重みの共通セットが使用されることに留意されたい。以下では、送信信号
2010525736.tif 000013
からの、各送信アンテナ１５０に与えられる重み付けされた送信信号の生成について説明する。
【００２０】
図９を参照すると、プリコーディング回路１２０は、
2010525736.tif 000014
を入力とし、重み付けされた送信信号
2010525736.tif 000015
を出力として生成している。ここで、ｘk(ｎ)は、ｋ番目の送信アンテナ１５０のフロントエンド１２２に供給される信号を表す。送信アンテナ１５０は、各アンテナクラスタ１５２が（Ｍ／Ｎ）個の送信アンテナ１５０を有するＮ個のアンテナクラスタ１５２にグループ化される。図９に示すように、
2010525736.tif 000016
は、ｉ番目のアンテナクラスタ１５２内の複数の送信アンテナ１５０に供給される。アンテナ１５２内の各送信アンテナ１５０について、送信信号
2010525736.tif 000017
は対応するアンテナ重みｗjによって重み付けされる。ここで、ｊはアンテナクラスタ１５２内のｊ番目の送信アンテナ１５０を表す。従って、例えば、ｉ番目のアンテナクラスタ１５０内の第１送信アンテナ１５０は
2010525736.tif 000018
を送信し、ｉ番目のアンテナクラスタ１５０内の第２送信アンテナは
2010525736.tif 000019
を送信する。より一般的には、ｉ番目のアンテナクラスタ１５０内のｊ番目の送信アンテナは、
2010525736.tif 000020
を送信する。
【００２１】
典型的な一実施形態において、周波数に依存しないアンテナ重み
2010525736.tif 000021
の同一のセットが、各アンテナクラスタ１５２によって使用される。アンテナ重み
2010525736.tif 000022
の共通セットは、重みベクトル
2010525736.tif 000023
によって表現される。アンテナ重みは、以下のように算出され得る。
2010525736.tif 000024
を、ｉ番目のクラスタ１５２内の複数の送信アンテナと、受信機におけるＮ個の受信アンテナとの間のチャネルに関するＮ×（Ｍ／Ｎ）のチャネル応答行列とする。重みベクトル
2010525736.tif 000025
は、送信相関行列
2010525736.tif 000026
の最も大きい固有値に対応する固有ベクトルとして算出され得る。アンテナ重みは、受信機２００によって算出され、当該受信機２００から送信機１００へフィードバックされ得るか、あるいは、本明細書において以下で説明するように受信機２００からのアンテナ相関のフィードバックに基づいてフィードバック・プロセッサ１２４によって算出され得る。
【００２２】
送信相関行列
2010525736.tif 000027
は、各アンテナクラスタ１５２についてチャネル相関行列
2010525736.tif 000028
の期待値とほぼ等しいことに留意されたい。各アンテナクラスタ１５２内の複数のアンテナ１５０が同一の相対的な間隔を有すると想定すると、クラスタ化配置によって、アンテナクラスタ１５２内の複数の送信アンテナ１５０間の相関は、各アンテナクラスタ１５２について同一となる。その結果、すべてのアンテナクラスタ１５２内の複数のアンテナ１５０についてのチャネル相関行列
2010525736.tif 000029
の期待値は同一である。
【００２３】
図１０は、ＣＥＢＦアプローチを使用するＭＩＭＯ受信機２００用の受信信号処理回路２０４を示す。当該受信機はＮ個の受信アンテナ２５０を備える。上記のように、受信アンテナ２５０の数は、送信機１００のアンテナクラスタ１５２の数に等しい。受信フロントエンド回路２０６は、各受信アンテナ２５０の受信信号
2010525736.tif 000030
をベースバンド周波数へダウンコンバートし、受信信号処理回路２０４による処理のために当該ベースバンド信号をデジタル形式に変換する。デジタル化された受信信号
2010525736.tif 000031
は、合成器２０８へ入力され、合成器２０８は、当該受信信号
2010525736.tif 000032
を合成し、送信信号
2010525736.tif 000033
の推定値
2010525736.tif 000034
を出力する。推定値
2010525736.tif 000035
は、対応するＩＦＦＴ回路２１０へ入力され、ＩＦＦＴ回路２１０は、高速フーリエ変換を適用し、変調シンボルストリーム
2010525736.tif 000036
の推定値
2010525736.tif 000037
を出力する。シンボルストリームの推定値
2010525736.tif 000038
は、チャネル推定器２１８によって提供されるチャネル推定値を使用する、対応する復調器２１２によって復調される。チャネル推定器２１８は、技術的に周知なように、受信信号に基づいてチャネル推定値を算出する。復調器２１２は、符号化ビットストリームの推定値
2010525736.tif 000039
を出力する。これらの推定値は、並直列変換器２１４へ入力され、直列のビットストリームに変換される。当該ビットストリームは、送信機１００で入力される符号化ビットｃ(ｎ)の推定値
2010525736.tif 000040
である。復号器２１６は、元の情報信号Ｉ(ｎ)の推定値
2010525736.tif 000041
を生成するために、推定値
2010525736.tif 000042
を復号する。
【００２４】
チャネル推定器２１８によって算出されるチャネル推定値は、送信機１００によって使用されるチャネル・フィードバックを生成するために、フィードバック・プロセッサ２２０へも入力される。チャネル・フィードバック・プロセッサ２２０は、上述のようにアンテナ重みを算出し得るとともに、当該アンテナ重みを送信機１００へ送信する。このアプローチは、受信機２００がＭ×Ｎ個のアンテナ重みをフィードバックすることを必要とする。アンテナ重みを算出する代わりに、フィードバック・プロセッサ２２０は、送信相関行列
2010525736.tif 000043
から成る送信相関を算出してもよい。この場合、送信機１００のフィードバック・プロセッサ１２４は、当該送信相関からアンテナ重みを算出することができる。
【００２５】
当業者であれば、送信相関行列
2010525736.tif 000044
全体をフィードバックする必要がないことを認識し得るであろう。上記のように、送信相関行列
2010525736.tif 000045
における送信相関は、所与のアンテナクラスタ１５２内の複数の送信アンテナ１５０間の相関を表現し、これは、すべてのアンテナクラスタ１５２について同一である。送信相関行列
2010525736.tif 000046
は、テプリッツ・エルミート行列であることが観察されている。従って、受信機２００は、送信相関行列
2010525736.tif 000047
における単一の行に対応する送信相関のみをフィードバックする必要がある。送信機１００は、送信相関の単一の行を用いて送信相関行列
2010525736.tif 000048
を再構成するとともに、合成重みを算出することができる。
【００２６】
図１１は、図７に示すＣＥＢＦ送信機の性能と、より従来の、クラスタ化されたアンテナ配置を使用するＥＢＦ送信機の性能とを比較するグラフである。図１１に示すように、ＣＥＢＦアプローチは、各アンテナクラスタ１５２について異なるアンテナ重みを使用するＥＢＦアプローチに極めて近い性能レベルを実現する。ＣＥＢＦアプローチは、必要なチャネル・フィードバック量を著しく低減することから、魅力的な代替手段を提供する。
【００２７】
ＣＥＢＦアプローチを使用する送信機１００は、Ｍ／Ｎ個のアンテナ重みの計算を必要とする。それとは対照的に、上述のより従来のＥＢＦアプローチは、Ｍ×Ｎ個のアンテナ重みを計算することを必要とする。従って、本発明は、従来の実行と比較して、動作に必要なアンテナ重みの数をＮ2の係数で低減する。
【００２８】
本発明は、当然ながら、本発明の範囲及び本質的な特徴を逸脱することなく、本明細書で説明した方法以外の特定の方法で実行されてもよい。従って、本実施形態は、あらゆる点で例示であって限定的ではないものと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲の意義及び均等の範囲内から生じる全ての変形は、特許請求の範囲に含まれることを意図している。
【図１】
2010525736.tif 000049
【図２】
2010525736.tif 000050
【図３】
2010525736.tif 000051
【図４】
2010525736.tif 000052
【図５】
2010525736.tif 000053
【図６】
2010525736.tif 000054
【図７】
2010525736.tif 000055
【図８】
2010525736.tif 000056
【図９】
2010525736.tif 000057
【図１０】
2010525736.tif 000058
【図１１】
2010525736.tif 000059
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月4日(2009.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信信号を送信する送信機（１００）であって、
前記複数の送信信号のうちの１つをそれぞれ送信するＮ個のアンテナクラスタ（１５２）にグループ化される複数の送信アンテナ（１５０）と、
各アンテナクラスタの前記送信信号をプリフィルタリングするために必要となるチャネル・フィードバックの量を低減するために、受信機（２００）からのチャネル・フィードバックから決定される、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、すべてのアンテナクラスタ（１５２）について使用して、各アンテナクラスタ（１５２）内の各送信アンテナ（１５０）から送信される前記送信信号を重み付けするプリコーディング回路（１２０）と
を備えることを特徴とする送信機（１００）。
【請求項２】
フィードバック・プロセッサ（１２４）をさらに備え、
前記フィードバック・プロセッサ（１２４）は、
同一のアンテナクラスタ内の複数の送信アンテナ（１５０）間の相関を示すアンテナ相関を、前記受信機（２００）から受信し、
前記アンテナ相関に基づいて、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの前記共通セットを算出すること
を特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項３】
前記フィードバック・プロセッサ（１２４）は、
前記アンテナ相関に基づいて送信相関行列を算出し、かつ、各アンテナクラスタ（１５２）から送信される前記送信信号を重み付けするための共通の重みベクトルとして、前記送信相関行列の、最も大きい固有値を有する固有ベクトルを選択することによって、前記複数のアンテナ重みを算出すること
を特徴とする請求項２に記載の送信機（１００）。
【請求項４】
前記受信機（２００）から前記複数のアンテナ重みの形式でチャネル・フィードバックを受信するチャネル・フィードバック・プロセッサ（２２０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項５】
各アンテナクラスタ（１５２）は、等しい数の送信アンテナ（１５０）を有することを特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項６】
各アンテナクラスタ（１５２）内の前記複数の送信アンテナ（１５０）の相対的な間隔が同一であることを特徴とする請求項５に記載の送信機（１００）。
【請求項７】
異なる複数のアンテナクラスタ（１５２）における対応する送信アンテナ（１５０）は、同一のアンテナ重みを有することを特徴とする請求項６に記載の送信機（１００）。
【請求項８】
Ｎは、前記受信機（２００）における受信アンテナ（２５０）の数に等しいことを特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項９】
送信対象の情報信号を（Ｎ＞１）個のサブストリームに分割するデマルチプレクサ（１０６）と、
前記複数の送信信号を生成するために各サブストリームを符号化し、変調するチャネル符号化回路（１０７）と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機（１００）。
【請求項１０】
複数の送信信号を送信する方法であって、
前記複数の送信信号のうちの１つをそれぞれ送信するＮ個のアンテナクラスタ（１５２）に、複数の送信アンテナ（１５０）をグループ化するステップと、
各アンテナクラスタの前記送信信号をプリフィルタリングするために必要となるチャネル・フィードバックの量を低減するために、受信機（２００）からのチャネル・フィードバックから決定される、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、すべてのアンテナクラスタ（１５２）について使用して、各アンテナクラスタ（１５２）内の各送信アンテナ（１５０）から送信される前記送信信号を重み付けするステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
同一のアンテナクラスタ内の複数の送信アンテナ（１５０）間の相関を示すアンテナ相関を、前記受信機（２００）から受信するステップと、
前記アンテナ相関に基づいて、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの前記共通セットを算出するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記アンテナ相関に基づいて前記複数のアンテナ重みを算出する前記ステップは、
前記アンテナ相関に基づいて送信相関行列を算出するステップと、
各アンテナクラスタ（１５２）から送信される前記送信信号を重み付けするための共通の重みベクトルとして、前記送信相関行列の、最も大きい固有値を有する固有ベクトルを選択することによって、前記複数のアンテナ重みを算出するステップと
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記受信機（２００）から前記複数のアンテナ重みの形式でチャネル・フィードバックを受信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
各アンテナクラスタ（１５２）に対して等しい数の送信アンテナ（１５０）を割り当てるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
各アンテナクラスタ（１５２）内の前記複数の送信アンテナ（１５０）の間隔が同一であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
異なる複数のアンテナクラスタ（１５２）における対応する送信アンテナ（１５０）に対して同一のアンテナ重みを割り当てるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
Ｎは、前記受信機（２００）における受信アンテナ（２５０）の数に等しいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
情報信号を複数のサブストリームに分割するステップと、
前記複数の送信信号を生成するために各サブストリームをチャネル符号化するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
２つ以上のアンテナクラスタ（１５２）に分割された複数の送信アンテナ（１５０）を有する送信機（１００）と、複数のアンテナ受信機（２００）とを含む複数入力・複数出力の通信システムにおいて、チャネル・フィードバックを提供する方法であって、
同一のアンテナクラスタ（１５２）内の複数の送信アンテナ（１５０）間のアンテナ相関を決定するために受信信号を処理するステップと、
各アンテナクラスタの送信信号をプリフィルタリングするために必要となるチャネル・フィードバックの量を低減するために、前記チャネル・フィードバックから決定される、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、すべてのアンテナクラスタ（１５２）について使用して、各アンテナクラスタ（１５２）内の各送信アンテナ（１５０）から送信される前記送信信号を重み付けする前記送信機（１００）に対して、前記アンテナ相関に基づいてフィードバックを提供するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記送信機（１００）に対して前記アンテナ相関に基づいてフィードバックを提供する前記ステップは、
リバースリンク・チャネルで１つ以上のアンテナ相関を前記送信機（１００）に対して送信するステップ
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記送信機（１００）に対して前記アンテナ相関に基づいてフィードバックを提供する前記ステップは、
各アンテナクラスタ（１５２）で使用される前記複数の送信アンテナ（１５０）用の、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、前記アンテナ相関に基づいて算出するステップと、
前記周波数に依存しない複数のアンテナ重みを前記送信機（１００）に対して送信するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
複数入力・複数出力の通信システム用の移動端末であって、
送信機（１００）における異なる複数のアンテナクラスタ（１５２）から送信された２つ以上の送信信号を受信する複数の受信アンテナ（２５０）と、
各受信アンテナ（２５０）によって受信された信号を処理して、同一のアンテナクラスタ（１５２）内の複数の送信アンテナ（１５０）間のアンテナ相関を決定し、かつ、
各アンテナクラスタの前記送信信号をプリフィルタリングするために必要となるチャネル・フィードバックの量を低減するために、前記移動端末からの前記チャネル・フィードバックから決定される、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを、すべてのアンテナクラスタ（１５２）について使用して、各アンテナクラスタ（１５２）内の各送信アンテナ（１５０）から送信される前記送信信号を重み付けする前記送信機（１００）に対して、前記アンテナ相関に基づいてフィードバックを提供する
受信信号プロセッサ（２０４）と
を備えることを特徴とする移動端末。
【請求項２３】
前記受信信号プロセッサ（２０４）によって提供される前記フィードバックは、１つ以上の前記アンテナ相関を含むことを特徴とする請求項２２に記載の移動端末。
【請求項２４】
前記受信信号プロセッサ（２０４）は、
各アンテナクラスタ（１５２）内の前記複数の送信アンテナ用の、周波数に依存しない複数のアンテナ重みの共通セットを算出し、
周波数に依存しない複数のアンテナ重みの前記共通セットを、前記送信機（１００）へフィードバックとして提供すること
を特徴とする請求項２２に記載の移動端末。
【国際調査報告】
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