JP2013179624A - 多重偏波多重入出力システムのための端末機とその動作方法、及び基地局とその動作方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】多重偏波多重入出力システムのための端末機とその動作方法、及び基地局とその動作方法を提供する。
【解決手段】本発明の端末機は、コードブックに関連する情報を格納するコードブック格納部と、格納されたコードブックに関連する情報から対象マトリクスを選択する選択部と、対象マトリクスに関連する情報を基地局にフィードバックする情報伝達部と、を備え、基地局は、コードブックに関連する情報を格納するコードブック格納部と、コードブックから端末機によって選択されたマトリクスに関連する情報を受信する情報受信部と、選択されたマトリクスに関連する情報に基づいてプリコーディングマトリクスを選択するマトリクス選択部と、選択されたプリコーディングマトリクスを用いて送信しようとするデータストリームをプリコーディングするプリコーダと、を備える。
【選択図】図4
【解決手段】本発明の端末機は、コードブックに関連する情報を格納するコードブック格納部と、格納されたコードブックに関連する情報から対象マトリクスを選択する選択部と、対象マトリクスに関連する情報を基地局にフィードバックする情報伝達部と、を備え、基地局は、コードブックに関連する情報を格納するコードブック格納部と、コードブックから端末機によって選択されたマトリクスに関連する情報を受信する情報受信部と、選択されたマトリクスに関連する情報に基づいてプリコーディングマトリクスを選択するマトリクス選択部と、選択されたプリコーディングマトリクスを用いて送信しようとするデータストリームをプリコーディングするプリコーダと、を備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、多重入出力(Multiple Input Multiple Output:MIMO)通信システムに関し、より詳細には、MIMOシステムのための端末機とその動作方法、及び基地局とその動作方法に関する。
現在、無線通信環境において、多様なマルチメディアサービスを提供するための無線通信技術が開発されている。高品質のマルチメディアサービスを提供するためには、高速のデータ送信が要求される。従って、最近では、高速のデータ送信を支援するために多くの研究がなされており、複数のアンテナを受信機及び送信機の両方に用いたMIMO技術に関する研究が活発に進められている。
MIMO技術は、受信機及び送信機の両方で多数のアンテナを用いることにより、限定された周波数資源内でチャンネル容量及び送信率を向上させる。MIMOシステムは、散乱環境が優れている場合、多数のアンテナを用いることにより、理論的にはアンテナの数に比例するチャンネル容量を提供する。このようなMIMO技術は、3GPP、スーパー3G(LTE)、3GPP2、及び来るべき4Gシステム、特に、基地局から複数のユーザ装置へのダウンリンクにおいて、次世代移動通信システムの重要な構成要素として貢献することができる。
但し、MIMO技術において、アンテナを設置することができる空間及び面積は制限的であり、アンテナ間の間隔は通信性能に多くの影響を及ぼす。即ち、アンテナ間の間隔が狭くなるほど、無線チャンネルは互いに高い相関関係(correlation)を有する。特に、アンテナが等しい偏波を有する場合、無線チャンネルは極めて高い相関関係を有する。無線チャンネル間で発生する干渉は、データ通信の信頼性を減少させ、データ送信率を減少させる。
従って、多数のアンテナが設置される面積を減少させながらもチャンネル容量を増加させるためには、アンテナの偏波方向を多様に用いる必要性がある。なぜならば、MIMOシステムでアンテナが多重偏波を有する場合、無線チャンネル間で発生する干渉を減少させることができるためである。
MIMOシステムでシステム性能及び容量を最大化するためには、無線チャンネルを介したデータを効率的に送信するために、予めデータをコーディングするプリコーディング(precoding)作業が必要になる。プリコーディングは、データプリコーディング規則に応じて送信信号(データ)が各アンテナから放射されるマルチレイヤービーム形態を表す。即ち、受信機入力で信号電力が最大化されマルチパスフェーディングの影響が最小化される適切な位相(及び利得)の重み付けを意味する。重み付けは、プリコーディングマトリクス(即ち、行列で表現したビーム形態ベクトルの組)によって表わすことができ、プリコーディングマトリクスの集合であるコードブック内のプリコーディングマトリクスの組から選択される。
現在、アンテナが単一偏波を有する単一偏波MIMO技法の特別な場合に対する様々なコードブックが提示されている。但し、今までは、アンテナが多重偏波を有する多重偏波MIMO技法の場合に対する効率的なコードブックが提示されていない実情にある。
従って、アンテナが多重偏波を有する場合に対して、複雑度が低くて性能が優れた多重偏波多重入出力システムのためのコードブック生成方法及びその装置が求められている。
本発明は、アンテナが多重偏波を有する場合でも、単一偏波プリコーディングマトリクスを用いてプリコーディングマトリクスを生成することができ、より簡単な演算のみでも性能が優れたプリコーディングマトリクスを生成することができる多重偏波多重入出力システムのための端末機とその動作方法、及び基地局とその動作方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による多重偏波MIMOシステムのための端末機は、
を含むコードブックに関連する情報を格納するコードブック格納部と、前記格納された前記コードブックに関連する情報から対象マトリクスを選択する選択部と、前記対象マトリクスに関連する情報を基地局にフィードバックする情報伝達部と、を備える。
を含むコードブックに関連する情報を格納するコードブック格納部と、前記格納された前記コードブックに関連する情報から対象マトリクスを選択する選択部と、前記対象マトリクスに関連する情報を基地局にフィードバックする情報伝達部と、を備える。
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による多重偏波MIMOシステムのための端末機の動作方法は、基地局から送信されたパイロット信号を受信するステップと、
を含むコードブックに関連する情報を格納するステップと、前記パイロット信号に応答して、前記コードブックから対象マトリクスを選択するステップと、前記選択された対象マトリクスに関連する情報を前記基地局にフィードバックするステップと、を有する。
を含むコードブックに関連する情報を格納するステップと、前記パイロット信号に応答して、前記コードブックから対象マトリクスを選択するステップと、前記選択された対象マトリクスに関連する情報を前記基地局にフィードバックするステップと、を有する。
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による多重偏波MIMOシステムのための基地局は、
を含むコードブックに関連する情報を格納するコードブック格納部と、前記コードブックから端末機によって選択されたマトリクスに関連する情報を受信する情報受信部と、前記選択されたマトリクスに関連する情報に基づいてプリコーディングマトリクスを選択するマトリクス選択部と、前記選択されたプリコーディングマトリクスを用いて送信しようとするデータストリームをプリコーディングするプリコーダと、を備える。
を含むコードブックに関連する情報を格納するコードブック格納部と、前記コードブックから端末機によって選択されたマトリクスに関連する情報を受信する情報受信部と、前記選択されたマトリクスに関連する情報に基づいてプリコーディングマトリクスを選択するマトリクス選択部と、前記選択されたプリコーディングマトリクスを用いて送信しようとするデータストリームをプリコーディングするプリコーダと、を備える。
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による多重偏波MIMOシステムのための基地局の動作方法は、
を含むコードブックに関連する情報を格納するステップと、前記コードブックからプリコーディングマトリクスを選択するステップと、前記選択されたプリコーディングマトリクスを用いて送信しようとするデータストリームをプリコーディングするステップと、を有する。
を含むコードブックに関連する情報を格納するステップと、前記コードブックからプリコーディングマトリクスを選択するステップと、前記選択されたプリコーディングマトリクスを用いて送信しようとするデータストリームをプリコーディングするステップと、を有する。
本発明の追加的な特徴は、明細書から明確にすることができ、本発明の実施形態によっても知ることができる。
本発明の多重偏波多重入出力システムのための端末機とその動作方法、及び基地局とその動作方法によれば、アンテナの偏波が多重偏波を有する場合でも、単一偏波プリコーディングを用いてプリコーディングマトリクスを生成することにより、より簡単な演算のみでも性能が優れたプリコーディングマトリクスを生成することができる。
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に対する詳しい説明に先立ち、多重偏波MIMOの特別なケースとして、新たなコードブックの構成の理解の一助に、離散フーリエ変換(DFT)コードブック及び回転DFTコードブックを含む単一偏波MIMOのために設計された現在用いられているコードブックの一例を以下に示す。例えば、単一偏波MIMOシステムに対するDFTプリコーディングマトリクスを用いたDTFコードブックは、下記の数式1のように示すことができる。
数式1を参照すると、Bは2(B)の一つを示すのに必要なビット数であり、Mは送信アンテナの個数であり、γはDFTプリコーディングマトリクスの集合であるDFTコードブックを示し、U(b)はb番目のDFTプリコーディングマトリクスを意味する。また、b番目のDFTプリコーディングマトリクスであるU(b)において、m番目の列ベクトルは
で示すことができる。即ち、DFTコードブックは、2(B)個のDFTプリコーディングマトリクスで構成されており、2(B)個のDFTプリコーディングマトリクスそれぞれはM個の列ベクトルを含む。
で示すことができる。即ち、DFTコードブックは、2(B)個のDFTプリコーディングマトリクスで構成されており、2(B)個のDFTプリコーディングマトリクスそれぞれはM個の列ベクトルを含む。
即ち、DFTコードブックには2(B)個のDFTプリコーディングマトリクスが存在し、それぞれのDFTプリコーディングマトリクスのサイズはM×Mである。また、サイズがM×MであるDFTプリコーディングマトリクスのそれぞれはM個の列ベクトルを含む。このとき、列ベクトルは、M×1である列ベクトルであり、列ベクトルの要素は数式2のように決定することができる。
例えば、単一偏波を有する2個の送信アンテナがある場合、DFTプリコーディングマトリクスは、下記の数式3のように2個のマトリクスを含むことができる。
また、単一偏波MIMOシステムに対する回転DFTプリコーディングマトリクスの集合である回転DFTコードブックの一例は、下記の数式4のように示すことができる。
このとき、i番目の回転DFTプリコーディングマトリクスは、下記の数式5のように示すことができる。
数式5を参照すると、DFTMは、単一偏波MIMOシステムに対するDFTプリコーディングマトリクスであり、回転DFTプリコーディングマトリクスは、DFTプリコーディングマトリクスDFTMの列ベクトルの位相を特定角度だけ回転したものとして見ることができる。
また、MIMOシステムにおいて、送信アンテナが送信する信号は無線チャンネルを介して送信され、その無線チャンネルはチャンネルマトリクスHで示すことができる。多重偏波MIMOシステムの場合、チャンネルマトリクスHは
でモデリングすることができる。ここで、
はアダマール積(Hadamard product)であり、アダマール積は下記の数式6のような演算規則を有する。
でモデリングすることができる。ここで、
はアダマール積(Hadamard product)であり、アダマール積は下記の数式6のような演算規則を有する。
以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1〜3は、本発明の一実施形態による多重偏波MIMOチャンネルのための二重偏波送/受信アンテナによる異なる組み合わせを示している。
図1を参照すると、図面符号110には、2つの送信アンテナ111、112と2つの受信アンテナ113、114が示されている。送信アンテナそれぞれは互いに直角をなしているため、送信アンテナから送信される信号の偏波方向は互いに直交性を有する。
パラメータχは、デポラリゼーション(depolarization)ファクターと呼ばれ、アンテナ及びチャンネルの包括的XPD(cross polarization discrimination)として考えることができる。デポラリゼーションファクターの正確な値は多くの要因に依存し無線環境が多様に変化することから定量化することが難しい。このデポラリゼーションファクターは、0≦χ≦1の値の広い範囲の値を有する。
同じように、図2に示す図面符号120には、4つの送信アンテナ121、122、123、124と2つの受信アンテナ125、126が示されている。2つの送信アンテナ121、122と残りの2つの送信アンテナ123、124から送信される信号の偏波方向は、互いに直交性を有する。
更に、図3に示す図面符号130には、送/受信アンテナ131、132、133、134、135、136、137、138がそれぞれ4つずつ示されている。送/受信アンテナがそれぞれ4つずつある場合、マトリクスXは、下記の数式7のように示すことができる。
数式7を参照すると、マトリクスXの1番目の列と2番目の列は2つの送信アンテナ121、122に相応し、マトリクスXの3番目の列と4番目の列は残りの2つの送信アンテナ123、124に相応する。
即ち、チャンネルマトリクスHは
でモデリングすることができ、図3に示す図面符号130のように、送/受信アンテナがそれぞれ4つずつである場合、Xは数式7のように4×4マトリクスとなることができる。また、4つの送信アンテナ131、132、133、134が送信する信号の偏波方向は2つであるため、Xは対角方向に2つの等しいブロックを有するマトリクスでモデリングすることができる。
でモデリングすることができ、図3に示す図面符号130のように、送/受信アンテナがそれぞれ4つずつである場合、Xは数式7のように4×4マトリクスとなることができる。また、4つの送信アンテナ131、132、133、134が送信する信号の偏波方向は2つであるため、Xは対角方向に2つの等しいブロックを有するマトリクスでモデリングすることができる。
送信アンテナから受信アンテナまでの距離が近い場合、χは「0」に近づくようにモデリングすることができる。反対に、送信アンテナから受信アンテナまでの距離が遠い場合、χは「1」に近づくようにモデリングすることができる。従って、χが「0」から「1」まで変化する場合、コードブックは、MIMOシステムが単一偏波である場合だけではなく、多重偏波である場合に対しても優れた性能を有さなければならない。
図4は、本発明の一実施形態によるコードブック生成方法を示すフローチャートである。
このようなコードブックは、単一マトリクスの集合で構成され、重大な動作劣化なしに、多重偏波MIMO技法だけでなく、単一偏波MIMO技法に適用される。このような多重偏波MIMOのためのコードブックは、対角構造のブロック内に構成され、多重偏波コードブックの対角ブロックとして知られている。同様に、多重偏波MIMOのために用いられる対角構造のブロック内のプリコーディングマトリクスは、M×Nで表現することができる。ここで、Mは送信側の送信アンテナの個数を示し、NはマトリクスXのデータストリームの個数を示す。
また、プリコーディングマトリクスのサイズは、送信アンテナの個数又は送信しようとするデータストリームの個数に相応する送信ランクによって決定することができる。例えば、送信アンテナの個数が4つであり、送信しようとするデータストリームの個数である送信ランクが「4」である場合、プリコーディングマトリクスのサイズは4×4とすることができる。
プリコーディングマトリクスを複数のブロックに分割すれば、マトリクスの対角方向のブロックと残りのブロックを生成することができる。ここで、対角方向とは、M×Nマトリクスの場合、1行1列の要素からM行N列の要素に向かう方向を意味する。例えば、4×4サイズを有するAマトリクスが4つの2×2マトリクスに分割される場合、Aマトリクスの1行1列要素を含む2×2マトリクスとAマトリクスの4行4列要素を含む2×2マトリクスが対角ブロックである。
このとき、送信アンテナの偏波方向の個数が2つである場合、対角ブロック及び残りのブロックの個数は2つになるであろう。もし、送信アンテナの偏波方向の個数が3つである場合、対角ブロックの個数は3つであり、残りのブロックの個数は6つになるであろう。
図4を参照すると、本発明の一実施形態によるコードブック生成方法は、送信アンテナの偏波方向の個数によって分割された複数のブロックのうち、対角ブロックに単一偏波プリコーディングマトリクスを割り当てる(S210)。
例えば、単一偏波プリコーディングマトリクスは、DFTプリコーディングマトリクス又は回転DFTプリコーディングマトリクスを含むことができ、DFTプリコーディングマトリクス又は回転DFTプリコーディングマトリクスのうちのいずれか1つを対角ブロックに割り当てることができる。
また、単一偏波プリコーディングマトリクスのサイズは、等しい偏波方向を有する送信アンテナの個数によって決定することができる。例えば、送信アンテナの個数が計8つであり、そのうちの2つのアンテナによる偏波方向はx方向、残りの6つのアンテナによる偏波方向はy方向であると仮定する。ここで、x方向とy方向は直交するであろう。この場合、偏波方向は、x方向及びy方向として2つであり、プリコーディングマトリクスは、2つの対角ブロックを有する。
このとき、1つの対角ブロックに割り当てられる単一偏波プリコーディングマトリクスの行(row)の個数は「6」であり、残りの1つの対角ブロックに割り当てられる単一偏波プリコーディングマトリクスの行の個数は「2」とすることができる。このとき、送信ランクが「8」である場合、より具体的に、偏波方向がx方向である「2」つのアンテナの送信ランクが「2」であり、偏波方向がy方向である「6」つのアンテナの送信ランクが「6」である場合、いずれか1つの対角ブロックには2×2のサイズを有する単一偏波プリコーディングマトリクスを割り当てることができ、残りの1つの対角ブロックには6×6のサイズを有する単一偏波プリコーディングマトリクスを割り当てることができる。
また、本発明の一実施形態によるコードブック生成方法は、対角ブロックではない残りのブロックに、それぞれゼロマトリクスを割り当てる(S220)。
即ち、送信アンテナの偏波方向の個数によって分割されたブロックのうち、対角ブロックを除いたブロックには、すべての要素に「0」を有するゼロマトリクスが割り当てられる。
更に、本発明の一実施形態によるコードブック生成方法は、対角ブロックに割り当てられた単一偏波プリコーディングマトリクス及び残りのブロックに割り当てられたゼロマトリクスを組み合わせてプリコーディングマトリクスを生成する(S230)。
例えば、4つの送信アンテナが存在し、4つの送信アンテナのうちのいずれか2つの送信アンテナの偏波方向はx方向であり、残りの2つの送信アンテナの偏波方向はy方向である場合、多重偏波MIMOシステムのためのコードブックは、下記の数式8のように4×4マトリクスを含むことができる。
但し、数式8に記載された2つの多重偏波プリコーディングマトリクスは、本発明の一実施形態に過ぎず、多重偏波プリコーディングマトリクスは、数式3に記載された2つのDFTプリコーディングマトリクスを任意に組み合わせることによって生成することもできる。
即ち、プリコーディングマトリクスを送信アンテナの偏波方向の個数によって複数のブロックに分割し、分割されたブロックのうち、対角ブロックには単一偏波プリコーディングマトリクスを割り当てることにより、多重偏波MIMOシステムのためのプリコーディングマトリクスを生成することができる。このとき、残りのブロックには、ゼロマトリクスが割り当てられる。
例えば、送信アンテナの個数が4つであり、送信アンテナの偏波方向の個数が2つである場合を仮定する。このとき、プリコーディングマトリクスのサイズは4×4とすることができ、送信アンテナの偏波方向の個数は2つであるため、プリコーディングマトリクスは、偏波方向の個数によって計4つのブロックに分割される。そして、分割されたブロックのうちの2つの対角ブロックには上述した単一偏波プリコーディングマトリクスが割り当てられ、対角ブロックではない残りのブロックにはゼロマトリクスが割り当てられることにより、プリコーディングマトリクスが生成される。
また、本発明の一実施形態によるコードブック生成方法は、無線チャンネルを介して送信しようとするデータストリームの個数に相応する送信ランクによってプリコーディングマトリクスに含まれた少なくとも1つの列ベクトルを選択してプリコーディングマトリクスを再構成する(S240)。
例えば、4つの送信アンテナが多重偏波を有する場合、下記の数式9のように4×4サイズを有するプリコーディングマトリクスが生成されたと仮定する。
数式9を参照すると、もし送信ランクが「2」である場合、プリコーディングマトリクスに含まれた4つの列ベクトルのうちから2個の列ベクトルを選択してプリコーディングマトリクスを再構成することができる。即ち、下記の数式10のようにプリコーディングマトリクスが再構成され、6つの4×2のサイズを有するプリコーディングマトリクスを生成することができる。
このとき、送信アンテナの個数がMであり、送信ランクがrである場合に、M×Mのサイズを有するプリコーディングマトリクスを生成することができ、送信ランクによって列ベクトルを選択することにより、プリコーディングマトリクスを再構成してM×rのサイズを有するプリコーディングマトリクスを生成することもできる。
即ち、本発明は、送信ランクによってプリコーディングマトリクスを再構成することにより、プリコーディングマトリクスで不必要な列ベクトルを除去することができ、従って効果的にコードブックを生成することができる。
また、本発明の一実施形態によるコードブック生成方法は、送信アンテナの偏波方向が回転した場合、プリコーディングマトリクス及び回転マトリクスを用いて回転プリコーディングマトリクスを生成する(S250)。このとき、回転マトリクスは、送信アンテナの偏波方向の回転角度に相応するものとすることができる。
送信アンテナの配列(array)構造は、多様に実現することができる。例えば、多重偏波MIMOシステムにおいて、1つの偏波方向に相応する送信アンテナは基準面に対して垂直(vertical)方向に設置され、残りの1つの偏波方向に相応する送信アンテナは基準面に対して水平(horizontal)方向に設置することができる。また、1つの偏波方向に相応する送信アンテナは、基準面に対して+45度(degree)方向に設置し、残り1つの偏波方向に相応する送信アンテナは、基準面に対して−45度方向に設置することもできる。
即ち、送信アンテナの偏波方向が基準面に対して特定角度だけ回転した場合、プリコーディングマトリクスが回転した回転プリコーディングマトリクスを用いてデータストリームがビームフォーミングされなければならない。このとき、回転プリコーディングマトリクスは、回転マトリクスを用いて生成することができる。即ち、プリコーディングマトリクスに回転マトリクスを掛けることにより、回転プリコーディングマトリクスを生成することができる。
例えば、4つの送信アンテナのうち、2つの送信アンテナは基準面に対して+45度方向に設置され、残りの2つの送信アンテナは−45度方向に設置された場合を仮定する。このとき、回転マトリクスは、下記の数式11のように示すことができる。
但し、回転マトリクスUrotには、任意の複素数を掛けることができるが、Urotに任意のスカラー値を掛ける構成は、本発明の技術的思想の範疇に含まれる。
プリコーディングマトリクスをWBDとすれば、プリコーディングマトリクスWBDが回転した回転プリコーディングマトリクスWRBDは、下記の数式12のように示すことができる。
数式12を参照すると、回転マトリクスUrotは、送信アンテナの偏波方向の回転角度に相応するように決定することができる。
即ち、本発明は、送信アンテナの偏波方向が回転した場合と同様に、多様なアレイを有する場合にも、回転マトリクスを用いて簡単に回転プリコーディングマトリクスを生成することができる。
このとき、回転プリコーディングマトリクスを生成するステップS250は、プリコーディングマトリクスに含まれた列ベクトルを再整列(reordering)して再整列マトリクスを生成し、再整列マトリクス及び回転マトリクスを用いて回転プリコーディングマトリクスを生成するステップとすることができる。
例えば、4つの送信アンテナのうち、2つの送信アンテナは基準面に対して+45度方向に設置され、残りの2つの送信アンテナは−45度方向に設置された場合、下記の数式13のように、プリコーディングマトリクスWBDが生成されたと仮定する。このとき、回転マトリクスUrotは、数式11のとおりとなる。
このとき、数式13のプリコーディングマトリクスWBDに含まれた列ベクトルの順序を再整列した場合、再整列マトリクスWreorder、BDは、下記の数式14のように示すことができる。
このとき、再整列マトリクスWreorder、BD及び数式11の回転マトリクスUrotを用いて下記の数式15のように回転プリコーディングマトリクスWRBDを生成することができ、生成された回転プリコーディングマトリクスWRBDを用いてデータストリームをビームフォーミングすることができる。
数式15を参照すると、4つの送信アンテナのうち、2つの送信アンテナは基準面に対して+45度方向に設置され、残りの2つの送信アンテナは−45度方向に設置された場合、数式13のWBDに相応する回転プリコーディングマトリクスWRBDは、数式15のように生成することができることが分かる。
また、本発明の一実施形態によるコードブック生成方法は、対角マトリクスを用いて再整列マトリクスに含まれたそれぞれの要素の位相を調節する(S260)。
このとき、対角要素は、位相が異なることがあるが大きさは1であり、残りの要素は0である対角マトリクスを用いて、再整列マトリクスに含まれた要素の位相を調節することができる。対角マトリクスは、MIMOシステムのチャンネル容量などを増加させることに目的があるのではなく、データシンボルの変調方式に関連するものである。例えば、データシンボルがQPSK(Quadrature Phase Shift Keying:QPSK)で変調された場合、対角マトリクスは、データシンボルの位相のみを変化させるだけで、MIMOシステムのチャンネル容量(capacity)には影響を与えることはない。
このとき、プリコーディングマトリクスWBD及び再整列マトリクスWreorder、BDが下記の数式16のように存在すると仮定する。
このとき、再整列マトリクスWreorder、BDに含まれる要素の位相は、下記の数式17のように調節することができ、データシンボルはW’reorder、BDを用いてビームフォーミングすることができる。
なお、本発明によるコードブック生成方法は、コンピュータにより実現される多様な動作を実行するためのプログラム命令を含むコンピュータ読取可能な記録媒体を含む。当該記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせて含むこともでき、記録媒体及びプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、CD−ROM、DVDのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びROM、RAM、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。上記ハードウェア要素は、本発明の動作を実行するために一以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成することができる。
図5は、本発明の一実施形態による多重偏波MIMOシステムに対するプリコーディングマトリクスを示す図である。
図5を参照すると、送信アンテナの個数が4であり、送信アンテナの偏波方向の個数が2である場合、Uは多重偏波MIMOシステムに対するプリコーディングマトリクスを示す。A310とB320は単一偏波プリコーディングマトリクスであり、2つのO330、340はゼロマトリクスを示す。
送信アンテナの偏波方向の個数が「2」であるため、対角ブロック及び残りのブロックがそれぞれ2つずつ存在する。対角ブロックには、それぞれ単一偏波プリコーディングマトリクスであるA310及びB320が割り当てられる。また、残りのブロックには、ゼロマトリクス330、340であるOが割り当てられる。
このとき、A310及びB320のサイズは、等しい偏波方向を有する送信アンテナの個数及び送信ランクによって決定することができる。
例えば、送信アンテナの偏波方向がx方向及びy方向である場合、偏波方向の個数は2つとなり、4つの送信アンテナのうちの2つの送信アンテナの偏波方向はx方向であり、残りの2つの送信アンテナの偏波方向はy方向であると仮定する。このとき、A310は、x方向の偏波方向に相応する単一偏波プリコーディングマトリクスとすることができ、x方向の偏波方向に相応する送信アンテナの個数は2つであるため、A310の行の個数は2つとすることができる。同じように、B320の行の個数は、2つとすることができる。
このとき、x方向に対する送信ランクが2である場合、A310の列の個数は2つとすることができる。同じように、y方向に対する送信ランクが2である場合、B320の列の個数は2つとすることができる。
図6は、本発明の一実施形態による多重偏波MIMOシステムにおいて、対角ブロックにDFTプリコーディングマトリクスが割り当てられたプリコーディングマトリクスを示す図である。
図6を参照すると、WBD、1及びWBD、2は、送信アンテナの個数が4つ、偏波方向の個数が2つ、等しい偏波方向を有する送信アンテナの個数が2つである場合に対するプリコーディングマトリクスである。
下記の数式18のように示されるDFTプリコーディングマトリクスがプリコーディングマトリクス(WBD、1、WBD、2)の対角ブロックに割り当てられたことが分かる。
このとき、プリコーディングマトリクス(WBD、1、WBD、2)に含まれた列ベクトルの順序が再整列された再整列マトリクス(Wreorder、BD、1、Wreorder、BD、2、Wreorder、BD、3、Wreorder、BD、4、Wreorder、BD、5、Wreorder、BD、6、Wreorder、BD、7、Wreorder、BD、8)の一例は、下記の数式19のように示すことができる。
また、再整列マトリクスに対角マトリクスが掛けられることがある。このとき、対角マトリクスの対角要素は、大きさが1である複素数であり、残りの要素は0である。そして、対角マトリクスは、チャンネル容量又はビームフォーミング性能に影響を与えず、単にデータシンボルの変調方式と関連する。
例えば、任意の対角マトリクスを用いて再整列マトリクスに含まれたそれぞれの要素の位相は、下記の数式20のように調節することができる。このとき、Diの対角要素は、大きさが1である任意の複素数とすることができる。
また、回転プリコーディングマトリクスWRBD、iは、再整列マトリクスWreorder、BD、iと対角マトリクスDiを介して生成されたWC、iから生成することができる。より本質的には、回転プリコーディングマトリクスWRBD、iは、プリコーディングマトリクスWBD、1、WBD、2の数学的な変形を介して生成することができる。
このとき、プリコーディングマトリクスから再整列マトリクスが生成され、再整列マトリクスに対角マトリクスが掛けられてWC,iが生成された場合、回転プリコーディングマトリクスWRBD、iは、下記の数式21を介して生成することができる。
このとき、数式21を用いて、数式20に記載されたWC、iに対する回転プリコーディングマトリクスWRBD、iは、下記の数式22のように示すことができる。
数式22を参照すれば、1つの偏波方向に相応する送信アンテナは、基準面に対して+45度方向に設置され、残りの1つの偏波方向に相応する送信アンテナは、基準面に対して−45度方向に設置された場合、回転マトリクスを用いて4つの回転プリコーディングマトリクスを生成することができることが分かる。但し、数式22には、4つの回転プリコーディングマトリクスが記載されているが、当業者であれば本発明の技術的思想を用いて多様な回転プリコーディングマトリクスを生成することができる。
また、本発明の一実施形態による回転プリコーディングマトリクスWRBD、iは、下記の数式23のように示すこともできる。
ここで、数式22及び数式23において、WRBD、iを計算すると、下記の数式24のように示すことができる。
即ち、空間分割多重接続(SDMA)技法によってデータを送/受信する多様な通信装置は、数式24に記載されたプリコーディングマトリクスのうちの少なくとも1つを用いて通信することができる。このとき、数式24に記載されたプリコーディングマトリクスは、送信ランクが「4」である場合に関するものであるが、送信ランクによって数式24に記載されたプリコーディングマトリクスの列ベクトルを選択することにより、多様な送信ランクに相応するプリコーディングマトリクスを生成することができる。
また、基地局(BS)及び端末機は、数式24に記載されたマトリクスをコンピュータで判読可能な記録媒体などに格納することができる。基地局がパイロット信号を送信する場合、端末機それぞれは、パイロット信号に応答して格納されたマトリクスのうちのいずれか1つのマトリクスを選択することができる。このとき、それぞれの端末機は、端末機それぞれと基地局との間に形成された無線チャンネルの状態を考慮していずれか1つのマトリクスを選択することもでき、達成されることができるデータ送信率を考慮していずれか1つのマトリクスを選択することもできる。更に、端末機は、選択されたマトリクスに含まれた列ベクトルのうちのいずれか1つのベクトルを選択することもできる。
そして、端末機は、選択されたマトリクスと関連する情報又は選択された列ベクトルと関連する情報を基地局にフィードバックすることができる。このとき、選択されたマトリクスと関連する情報は、選択されたマトリクスのインデックス情報とすることができ、選択された列ベクトルと関連する情報は、選択された列ベクトルのインデックス情報とすることができる。
このとき、基地局は、端末機からフィードバックされた情報を用いて、数式24に記載されたマトリクスのうちのいずれか1つをプリコーディングマトリクスとして選択することができる。特に、基地局は、PU2RC(Per User Unitary Rate Control)技法によってプリコーディングマトリクスを選択することができる。そして、基地局は、選択されたプリコーディングマトリクスを用いて、送信しようとするデータストリームをプリコーディングすることができる。
即ち、本発明の一実施形態による端末機は、基地局から送信されたパイロット信号を受信する信号受信部と、
のうちの少なくとも1つのWRBD、i(ここで、iは、1から8までの範囲に属する自然数である)を格納するコードブック格納部と、パイロット信号に応答して格納された少なくとも1つのWRBD,iのうちから対象(ターゲット)マトリクスを選択する選択部と、対象マトリクスと関連した情報を基地局にフィードバックする情報伝達部とを備える。
のうちの少なくとも1つのWRBD、i(ここで、iは、1から8までの範囲に属する自然数である)を格納するコードブック格納部と、パイロット信号に応答して格納された少なくとも1つのWRBD,iのうちから対象(ターゲット)マトリクスを選択する選択部と、対象マトリクスと関連した情報を基地局にフィードバックする情報伝達部とを備える。
このとき、選択部は、端末機と基地局との間に形成された無線チャンネルの状態を考慮して、格納された少なくとも1つのWRBD,iのうちから対象マトリクスを選択することができる。そして、選択部は、達成することができるデータ送信率を考慮して、格納された少なくとも1つのWRBD,iのうちから対象マトリクスを選択することができる。また、選択部は、パイロット信号に応答して格納された少なくとも1つのWRBD,iのうちから対象マトリクスを選択し、対象マトリクスに含まれた列ベクトルのうちから少なくとも1つの列ベクトルを更に選択することができる。このとき、情報伝達部は、選択された対象マトリクスのインデックス情報及び選択された少なくとも1つの列ベクトルのインデックス情報を基地局にフィードバックすることができる。
また、本発明の一実施形態による基地局は、
のうちの少なくとも1つのWRBD、i(ここで、iは、1から8までの範囲に属する自然数である)を格納するコードブック格納部と、格納された少なくとも1つのWRBD,iのうちから端末機によって選択されたマトリクスと関連する情報を受信する情報受信部と、選択されたマトリクスと関連する情報に基づいてプリコーディングマトリクスを選択するマトリクス選択部と、選択されたプリコーディングマトリクスを用いて送信しようとするデータストリームをプリコーディングするプリコーダとを備える。
のうちの少なくとも1つのWRBD、i(ここで、iは、1から8までの範囲に属する自然数である)を格納するコードブック格納部と、格納された少なくとも1つのWRBD,iのうちから端末機によって選択されたマトリクスと関連する情報を受信する情報受信部と、選択されたマトリクスと関連する情報に基づいてプリコーディングマトリクスを選択するマトリクス選択部と、選択されたプリコーディングマトリクスを用いて送信しようとするデータストリームをプリコーディングするプリコーダとを備える。
具体的に、情報受信部は複数の端末機に相応するマトリクスと関連する情報を受信することができ、マトリクスはそれぞれの端末機によって選択され、マトリクス選択部は複数の端末に相応するマトリクスと関連する情報に基づきプリコーディングマトリクスを選択することができる。
図7は、本発明の一実施形態によるコードブック生成装置を示すブロック図である。
図7を参照すると、本発明の一実施形態によるコードブック生成装置は、単一偏波プリコーディングマトリクス割当部510と、ゼロマトリクス割当部520と、プリコーディングマトリクス生成部530と、プリコーディングマトリクス再構成部540と、回転プリコーディングマトリクス生成部550と、位相調節部560とを備える。
単一偏波プリコーディングマトリクス割当部510は、送信アンテナの偏波方向の個数によって分割された複数のブロックのうち、対角ブロックに単一偏波プリコーディングマトリクスを割り当てる。
また、ゼロマトリクス割当部520は、対角ブロックではない残りのブロックにゼロマトリクスを割り当てる。
また、プリコーディングマトリクス生成部530は、対角ブロックに割り当てられた単一偏波プリコーディングマトリクス及び残りのブロックに割り当てられたゼロマトリクスを組み合わせてプリコーディングマトリクスを生成する。
また、プリコーディングマトリクス再構成部540は、送信しようとするデータストリームの個数に相応する送信ランクによってプリコーディングマトリクスに含まれた少なくとも1つの列ベクトルを選択してプリコーディングマトリクスを再構成する。
また、回転プリコーディングマトリクス生成部550は、送信アンテナの偏波方向が回転した場合、プリコーディングマトリクス及び偏波方向の回転角度に相応する回転マトリクスを用いて回転プリコーディングマトリクスを生成する。
このとき、回転プリコーディングマトリクス生成部550は、プリコーディングマトリクスに含まれた列ベクトルを再整列して再整列マトリクスを生成し、再整列マトリクス及び回転マトリクスを用いて回転プリコーディングマトリクスを生成することができる。
また、位相調節部560は、対角マトリクスを用いて再整列マトリクスに含まれたそれぞれの要素の位相を調節する。
図7に示す装置に関して説明していない事項は、図1〜6を参照しながら既に詳細に説明したため、以下では省略する。
また、本発明の一実施形態によって生成されたプリコーディングマトリクスを含むマトリクスは、多様な通信装置に格納されて用いることができる。例えば、通信装置は、本発明の一実施形態によって生成されたマトリクスを用いて空間分割多重接続(SDMA)方式でデータを送/受信することができる。このとき、通信装置は、基地局、中継器、端末機など、空間分割多重接続通信のための多様な装置を含むことができる。
即ち、送信アンテナの偏波方向の個数によって分割された複数のブロックのうち、対角ブロックに単一偏波プリコーディングマトリクスが割り当てられ、対角ブロックではない残りのブロックにはゼロマトリクスが割り当てられて生成されたプリコーディングマトリクスは、通信装置に格納することができる。
このとき、プリコーディングマトリクスは、対角ブロックに割り当てられた単一偏波プリコーディングマトリクス及び残りのブロックに割り当てられたゼロマトリクスが組み合わされて生成されたものとすることができる。
また、本発明の一実施形態による通信装置は、送信しようとするデータストリームの個数に相応する送信ランクによってプリコーディングマトリクスに含まれた少なくとも1つの列ベクトルを選択して再構成されたマトリクスを格納することができる。
また、本発明の一実施形態による通信装置は、送信アンテナの偏波方向が回転した場合、プリコーディングマトリクス及び偏波方向の回転角度に相応する回転マトリクスを用いて生成された回転プリコーディングマトリクスを格納することができる。
また、本発明の一実施形態による通信装置は、プリコーディングマトリクスに含まれた列ベクトルの順序を再整列して再整列マトリクスを生成し、再整列マトリクス及び回転マトリクスを用いて生成されたマトリクスを格納することができる。
また、本発明の一実施形態による通信装置は、対角マトリクスを用いて再整列マトリクスに含まれたそれぞれの要素の位相が調節されたマトリクスを格納することができる。
もし、通信装置が、3GPP、スーパー3G(LTE)、3GPP2、及び将来の4Gシステムのような無線通信網における複数のユーザ装置(UEs)を維持するのに用いられる基地局である場合、基地局は、基地局に格納されたマトリクスを用いてデータストリームをビームフォーミングした送信信号を送信することができる。即ち、基地局は、本発明によるマトリクスを格納するコードブック格納部と、格納されたマトリクスを用いてデータストリームをビームフォーミングするビームフォーマ(beam former)とを備えることができる。
反対に、通信装置が端末機である場合、端末機は、端末機に格納されたコードブックから選択されたマトリクスを用いてフィードバックデータを生成することができる。フィードバックデータは基地局がビームフォーミングを遂行するのに用いられ、複数のデータストリームが、端末に格納されたコードブックから選択されたマトリクスと関連する送信アンテナから放射される。即ち、端末機は、本発明によるマトリクスを格納するコードブック格納部と、コードブック格納部に格納されたマトリクスを用いて基地局と形成された無線チャンネルに相応するフィードバックデータを生成するフィードバックデータ生成部とを備えることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
111、112、121、122、123、124、131、132、133、134 送信アンテナ
113、114、125、126、135、136、137、138 受信アンテナ
510 単一偏波プリコーディングマトリクス割当部
520 ゼロマトリクス割当部
530 プリコーディングマトリクス生成部
540 プリコーディングマトリクス再構成部
550 回転プリコーディングマトリクス生成部
560 位相調節部
113、114、125、126、135、136、137、138 受信アンテナ
510 単一偏波プリコーディングマトリクス割当部
520 ゼロマトリクス割当部
530 プリコーディングマトリクス生成部
540 プリコーディングマトリクス再構成部
550 回転プリコーディングマトリクス生成部
560 位相調節部
Claims (17)
- 前記選択部は、
前記端末機と前記基地局との間に形成された無線チャンネルの状態に基づいて、前記コードブックに関連する情報から前記対象マトリクスを選択することを特徴とする請求項1に記載の端末機。 - 前記選択部は、
達成することができるデータ送信率に基づいて、前記コードブックから前記対象マトリクスを選択することを特徴とする請求項1に記載の端末機。 - 前記選択部は、
前記コードブックから前記対象マトリクスを選択し、前記選択された対象マトリクスに含まれる列ベクトルから少なくとも1つの列ベクトルを選択し、
前記情報伝達部は、
前記選択された対象マトリクスに関連する情報及び前記選択された少なくとも1つの列ベクトルに関連する情報を前記基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項1に記載の端末機。 - 前記情報伝達部は、
前記選択された対象マトリクスのインデックス情報及び前記選択された少なくとも1つの列ベクトルのインデックス情報を前記基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項5に記載の端末機。 - 前記対象マトリクスは、
前記端末機と前記基地局との間に形成された無線チャンネルの前記状態に基づいて、前記コードブックから選択されることを特徴とする請求項7に記載の端末機の動作方法。 - 前記選択された対象マトリクスに含まれる列ベクトルから少なくとも1つの列ベクトルを選択するステップと、
前記選択された少なくとも1つの列ベクトルに関連する情報を前記基地局にフィードバックするステップと、を更に含むことを特徴とする請求項7に記載の端末機の動作方法。 - 前記選択された対象マトリクスに関連する前記情報は、インデックス情報であり、
前記選択された少なくとも1つの列ベクトルに関連する前記情報は、インデックス情報であることを特徴とする請求項10に記載の端末機の動作方法。 - 前記情報受信部は、
複数の端末機のそれぞれによって選択されたマトリクスに関連する情報を受信し、
前記マトリクス選択部は、
前記複数の端末機のそれぞれによって選択されたマトリクスに関連する前記情報に基づいて前記プリコーディングマトリクスを選択することを特徴とする請求項12に記載の基地局。 - 複数の端末機のそれぞれによって選択された前記マトリクスに関連する情報を前記コードブックから受信するステップを更に含み、
前記プリコーディングマトリクスは、
前記マトリクスに関連する情報に基づいて選択されることを特徴とする請求項15に記載の基地局の動作方法。
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