JP6344489B2

JP6344489B2 - データ通信方法及びｍｉｍｏ基地局

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Publication number: JP6344489B2
Application number: JP2016573632A
Authority: JP
Inventors: ズオンファン; 丸田　靖; 丸田　　靖
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: EP3155745A1; WO2015194228A1; US9929789B2; EP3155745A4; US20170085309A1; JP2017525217A; CN106537828A; CN106537828B

Description

本発明は、高度な無線通信ネットワークにおけるシグナリング制御に関する。特に、排他的でなく、本発明は、ＭＩＭＯ（マルチ入力及びマルチ出力（Multiple-Input and Multiple-Output））システムにおけるプリコーダ（precoder）の生成に関する。

次の表は、本明細書中に見出される特定の略語／頭文字語を含む。

無線通信システムは、ｅＮＢの範囲内にある（ユーザ装置（UEs）としても知られる）移動局と通信する（E-UTRAN Node Bs (eNBs)としても知られる）基地局が広く知られている。各ｅＮＢは、その利用可能な帯域幅、すなわち、周波数及び時間のリソースを異なるＵＥに対する異なるリソース割り当てに分割する。より多くのユーザ（より多くのＵＥ）、より多くのデータ集約型サービス及び／又はより高いデータ送信レートを受け入れるために、そのようなシステムの容量を増加し、リソース利用の効率を向上する一定の必要性がある。

OFDM (直交周波数分割多重方式（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）)は、無線通信システムにおけるデータを送信するために用いられる一つの技術である。OFDMベースの通信スキームは、送信されるべきデータシンボルをたくさんのサブキャリアに分配し、それ故、用語「周波数分割多重方式」という。データは、その位相、振幅、又は、位相及び振幅の両方を調整することにより、サブキャリア上で送受信される。OFDMという名称の「直交（orthogonal）」の部分は、周波数ドメイン内のサブキャリアの間隔が数学的な意味で、他のサブキャリアに直交するように選択されるという事実を意味する。言い換えると、それらは、隣接するサブキャリアのサイドバンドが重複してもよいが、内部サブキャリア干渉が予約されるためのサブキャリアに対して十分に最小化されるような周波数ドメイン内で整列される。

個々のサブキャリアやサブキャリアの集合が異なるユーザ（異なるＵＥ）に割り当てられる場合、結果は、OFDMA (直交周波数分割多元接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access)）として参照されるマルチアクセスシステムとなる。用語ＯＦＤＭは、用語ＯＦＤＭＡを含むことを度々意図する。それ故、二つの用語は、本説明の目的のために交換可能と考えてよい。異なる周波数／時間のリソースをセル内の各ＵＥに割り当てることにより、ＯＦＤＭＡは、既知のセルの範囲のＵＥの中で干渉を避けることができる。

基本的なＯＦＤＭスキームのさらなる修正は、「マルチ入力マルチ出力（multiple-input multiple-output）」を意味するＭＩＭＯと呼ばれる。このタイプのスキームは、送信機と受信機の間で通信可能なデータ容量を拡張するために、送信機及び／又は受信機（しばしば両方）における複数のアンテナを採用する。一般的に、このことは、ｅＮＢと当該ｅＮＢによりサービスされるユーザ装置（ＵＥ）の間の拡張されたデータ容量を達成するために用いられる。

例として、２ｘ２「シングルユーザＭＩＭＯ」（ＳＵ−ＭＩＭＯ）構成は、送信機における二つのアンテナと、その送信機と通信状態にある単一の受信機における二つのアンテナを含む。同様に、４ｘ４ＳＵ−ＭＩＭＯ構成は、送信機における４つのアンテナと、その送信機と通信状態にある単一の受信機における４つのアンテナを含む。送信機及び受信機について同じアンテナの数を用いる必要がない。一般的に、無線通信システムにおけるｅＮＢは、電力、コスト及びサイズの限界の違いにより、ＵＥと比較してより多くのアンテナを装備する。また、いわゆる「マルチユーザＭＩＭＯ」（ＭＵ−ＭＩＭＯ）はしばしば採用され、一度に複数のＵＥとＭＩＭＯ通信を行うことができる単一のｅＮＢを伴うことを留意すべきである。このことは、以下でさらに説明される。

用語「チャネル（channel）」は、送信機及び受信機の間の無線リンクの周波数（又は等価時間遅延）応答に共通に参照して使用される。ＭＩＭＯチャネル（以下、単に「チャネル」）は、全てのサブキャリア（上記のサブキャリアの議論を参照）を含み、送信の帯域幅全体を覆う。ＭＩＭＯチャネルは、多くの個々の無線リンクを含む。シングル入力シングル出力（SISO）チャネルとして独立してそれぞれ参照される、これらの個々の無線リンクの数は、Ｎ_ＲＸ×Ｎ_ＴＸである。ここで、Ｎ_ＴＸは、送信機におけるアンテナの数であり、Ｎ_ＲＸは、受信機におけるアンテナの数である。例えば、３ｘ２ＳＵ−ＭＩＭＯ配列が６リンクを含む場合、６ＳＩＳＯチャネルを有する。

図１に概略的に示される簡略化された２ｘ３ＳＵ−ＭＩＭＯシステムを考慮すると、受信機Ｒの受信アンテナＲ０が送信機Ｔの送信アンテナＴ０，Ｔ１及びＴ２のそれぞれからの送信を受信することがわかる。同様に、受信アンテナＲ１は、送信アンテナＴ０，Ｔ１及びＴ２からの送信を受信する。それ故、受信機において受信される信号は、送信アンテナからの送信の組合せ（すなわち、６ＳＩＳＯチャネルの組合せ）を備え（又は作り上げられ）る。一般に、ＳＩＳＯチャネルは、１以上のデータストリームを受信機へ送信する多様な方法で組み合わされ得る。

図２は、より一般化されたＳＵ−ＭＩＭＯシステムの概念図である。図２において、送信機は、Ｎ_ＴＸ送信アンテナを利用して信号を送信し、単一の受信機は、Ｎ_ＲＸ受信アンテナを利用して送信機から信号を受信する。ＭＩＭＯチャネル（この場合、ＳＵ−ＭＩＭＯチャネル）全体の特性の数学モデルを生成するために、送信機と受信機の間の個々のＳＩＳＯチャネルを示す必要がある。図２に示されるように、個々のＳＩＳＯチャネルは、Ｈ_0,0からＨ_{NRX-1, NTX-1}により示され、図に示されるように、これらは、「チャネルマトリクス」又はチャネル応答マトリクスHと共通に呼ばれるマトリクスの項を形成する。Ｈ_0,0は、送信アンテナ０から受信アンテナ０へ信号を送信するためのチャネル特性（例えば、チャネル周波数応答）を示すことが認識されるであろう。同様に、「Ｈ_{NRX-1, NTX-1}」は、送信アンテナＮ_ＴＸ−１から受信アンテナＮ_ＲＸ−１等へ信号を送信するためのチャネル特性を示す。

図２において、送信アンテナ０からＮ_TX-1を共に用いて送信される信号要素を示す、記号ｘ_０からｘ_NTX-1は、送信信号ベクトルx＝（ｘ_０、ｘ_１、…、ｘ_NTX-1）^Ｔを形成する。ここで、（）^Ｔは、ベクトル転置を示す。同様に、受信アンテナ０からＮ_RX-1により共に受信される受信信号要素ｙ_０からｙ_NRX-1は、受信信号ベクトルy＝（ｙ_０、ｙ_１、…、ｙ_NRX-1）^Ｔを形成する。図２に示される簡略化されたシングルユーザシステムに関するベクトルｙ及びｘの間の関係は、基本ＭＩＭＯシステム方程式によりモデル化され得る：
y＝Hx＋n
（方程式０）
ここで、Hは、上記で参照されるチャネルマトリクスであり、nは、ノイズ（通常、加法性ホワイトガウスノイズであると仮定される）を示すベクトルである。

（上述された）図１及び図２の両方は、「シングルユーザ」ＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）システムに関連するという点において注意すべきである。しかしながら、前述されたように、いわゆる「マルチユーザ」ＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が度々採用され、これは、一度に（それぞれが複数のアンテナも有し得る）複数のＵＥとのＭＩＭＯ通信を行うことができる複数のアンテナを有する単一のｅＮＢを含む。特に、ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、ｅＮＢは、複数の送信アンテナから同一の時間周波数上で異なるＵＥへデータを送信する。ＵＥ間の干渉を最小化するために、ｅＮＢは、プリコーディング（precoding）を介して送信ビームを生成する。

例えば、ウィキペディアによれば、「プリコーディング」は、「ビームフォーミング（beamforming）」の一種であり、マルチアンテナ無線通信におけるマルチストリーム（又はマルチレイヤ）送信をサポートするために使用される。従来のシングルストリームビームフォーミングでは、同一の信号は、信号電力が受信機において最大化されるような、適切な重み付け（位相及び利得）を用いて送信アンテナのそれぞれから放出される。しかしながら、受信機が複数のアンテナを有する場合、シングルストリームビームフォーミングは、受信アンテナの全てにおける信号レベルを同時には最大化できない。マルチ受信機アンテナシステムにおけるスループットを最大化するために、マルチストリーム送信が一般的に要求される。

マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）において、マルチアンテナ送信機は、上述したように、（それぞれ１又は複数のアンテナを有する）複数の受信機と同時に通信する。実装の観点から、ＭＵ−ＭＩＭＯシステムに対するプリコーディングアルゴリズムは、線形及び非線形プリコーディング型に分類される。アルゴリズムによって達成されるシステム容量は、一般に非線形プリコーディング型の方が大きいが、線形プリコーディング型は、はるかに低い複雑さを用いた妥当な性能を達成できる。線形プリコーディング型は、例えば、maximum ratio transmission (MRT)、zero-forcing (ZF)プリコーディング、及び、transmit Wienerプリコーディングを含む。

性能最大化は、ポイントツーポイントＭＩＭＯにおいて明確な解釈を有するが、マルチユーザシステムは、一般に全ユーザに対する性能を同時に最大化することはできない。それ故、マルチユーザシステムは、各目的がユーザの一つの容量の最大化に対応するマルチ目的最適化問題（multi-objective optimization problem）を引き起こすと言われ得る。

任意のケースでは、受信側において、ＵＥがそのデータを取得するためのポストコーディング（デコーディング）を使用する。

当業者は、プリコーディングがチャネルの状態にしばしば高く依存すること（すなわち、「チャネル状態」に依存すること）‐下記参照、について上記説明から理解されるであろう。

数学的に、ＭＵ−ＭＩＭＯシステムは、上記簡略化されたシングルユーザＭＩＭＯシステム方程式（方程式０）を次のように修正することにより、説明される（モデル化される）。

（方程式１）

上記方程式１において、
y（i）は、ｉ番目のＵＥにおける受信信号であり、
x（i）は、ｉ番目のＵＥに対するデータ信号であり、
H（i）は、ｉ番目のＵＥに対するチャネルマトリクスであり、
V（i）は、ｉ番目のＵＥのプリコーダマトリクスであり、
n（i）は、ｉ番目のユーザにおける加法性ホワイトガウスノイズである。

ＭＩＭＯ送信スキームは、「非適応」又は「適応」のいずれかであると言われ得る。非適応ケースでは、送信機は、任意の条件の知識又はチャネルの属性を有さない。言い換えると、送信機は、「空気を介して（through the air）」送信されるような、送信信号を変更する方法の任意の知識を有さない。この「チャネル状態」についての知識の欠如は、送信機は、例えば、（送信信号が「空中で」の変化の仕方に影響を与える）チャネルの状態又は属性の変化に起因する条件の変化を考慮に入れることができないような性能を制限できる。適応スキームは、受信機から送信機（すなわち、アップリンク（ＵＬ）内で）への情報（いわば「チャネル状態情報（channel-state information）」又はＣＳＩ）のフィードバックを利用し、変更条件を送信ダウンリンク（ＤＬ）信号の変更に反映させ（すなわち、チャネル状態を変更に反映させ）、また、データスループットを最大化することを可能にする。言い換えると、ＣＳＩのフィードバックは、プリコーディングを用いて促進又は支援するために使用され得る。本発明は、ＭＩＭＯスキームのこれらの適応型に主に関心を持つ。

従来技術のＭＩＭＯシステムが備える問題は、それらが一般に計算的に複雑であることである。

以前又は既存のデバイス、装置、製品、システム、方法、実行、公開又は任意の他の情報、又は、任意の問題もしくは課題への本明細書での単なる参照は、その分野の当業者の共通の一般的知識の一部を形成する個別に又は任意の組合せかどうかのいずれのものかの確認応答や承認を構成するものではないこと、又は、それらが許容される従来技術であることを明確に理解されるべきである。

本発明は、高度な無線通信ネットワークにおけるデータ通信を対象とし、少なくとも、上述した不利益の少なくとも一つを克服するか、又は、有用又は商用の選択肢を消費者に提供することができる。

上記を鑑みて、一形態における本発明は、マルチ入力及びマルチ出力（ＭＩＭＯ）システムにおけるデータ通信方法に広く存在し、
前記ＭＩＭＯシステムは、複数のアンテナを備える基地局と、複数のユーザ装置（ＵＥ）とを備え、
前記方法は、
前記複数のアンテナのうち第１の部分集合に関連する第１のチャネル情報を、前記複数のＵＥのうち第１のＵＥから、受信し、
前記第１のチャネル情報に応じて第１のサブプリコーダを生成し、
前記複数のアンテナのうち第２の部分集合に関連する第２のチャネル情報を、前記第１のＵＥから、受信し、
前記第２のチャネル情報に応じて第２のサブプリコーダを生成し、
前記第１のサブプリコーダ及び前記第２のサブプリコーダを少なくとも用いてプリコーダを生成し、
前記プリコーダを用いて前記第１のＵＥへデータを送信する、
ことを含む。

望ましくは、前記第１及び第２のチャネル情報は、プリコーディングマトリクスインジケータ（ＰＭＩ）を含む。

望ましくは、前記ＭＩＭＯシステムは、マルチユーザマルチ入力及びマルチ出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）システムを備える。

前記アンテナは、複数の部分集合に分割されてよく、前記複数の部分集合は、前記第１の部分集合及び前記第２の部分集合を含む。

前記方法は、少なくとも前記第１及び第２のチャネル情報に応じて前記第１のＵＥに対する１以上の代表的サブチャネルを決定し、前記１以上の代表的サブチャネルの夫々に対してサブプリコーダを生成することをさらに含むとよい。

前記代表的サブチャネルは、前記第１のＵＥのランクインジケータ（ＲＩ）に応じて決定されるとよい。例えば、前記代表的サブチャネル＾Ｈ_ｉ（「＾」はハット記号とする。）は、次の方程式に応じて決定される。

及び、前記第１のＵＥのランクが前記第１のＵＥの受信アンテナの数と等しい場合、Ω_RIは、サイズN_RX×μ_TXのマトリクス＾Ｈ_ｉ（ｍ）、ｍ＝1、...を含み、Ｗ_ｉは、通知されたＰＭＩに対応するコードブックプレコーダを示す。代わりに、前記代表的サブチャネルは、複数のサブチャネルに対する相関値を計算し、前記相関値に基づいて前記代表的サブチャネルを選択することにより決定されるとよい。

前記方法は、前記第１のUEの副送信電力を決定し、副送信電力に応じて前記第１のUEと関連付けられたサブプリコーダを決定することをさらに含むとよい。

前記サブプリコーダは、少なくとも前記第１及び第２のチャネル情報に応じて、協調送受信最適化（joint transmit and receive optimization）を用いて生成されるとよい。特に、前記サブプリコーダＦ_ｉ(m)は、次の方程式に応じてｍ回以上繰り返して生成されるとよい。

ここで、G_i(m)は、ｉ番目のユーザのデコーダであり、H(i)は、チャネルマトリクスであり、Iは、識別マトリクス（identity matrix）であり、ν_(m)は、ラグランジュ乗数である。

前記ラグランジュ乗数ν_(m)は次のように計算されるとよく、
ａ）次の分解（decomposition）の特異値としてλ_ｎTX(m+1)を計算し、

ｂ）ν_(m+1)＝（ν_max＋ν_min）／２を設定し、
ｃ）次の量を計算し、

ｄ）^β＞βと判定するならば、ν_min＝ν_(m+1)を設定し、さもなければ、ν_max＝ν_(m+1)を設定し、
ｅ）｜^β−β｜＜ε_Lとなるまで、ステップｂ）、ｃ）及びｄ）を繰り返す。

前記方法は、
前記第１のＵＥに対するノイズ分散を推定し、前記ノイズ分散に応じて前記サブプリコーダを生成することをさらに含むとよい。

前記ノイズ分散σ_ｉ ²は、次の方程式に応じて決定されるとよい。

ここで、Ｌ_ｉは、ｉ番目のＵＥに対して用いられるコード語（code words）の数であり、Ｐは、送信電力であり、ＳＩＮＲ_ｉｌは、信号対干渉及び雑音比（signal-to-interference-plus-noise ratio）である。

前記プリコーダは、前記サブプリコーダをスタックすることにより生成されるとよい。

前記複数のアンテナは、４ｘ４配列のアンテナを備えるとよい。前記４ｘ４配列のアンテナは、４アンテナの４部分集合に分割されるとよい。

前記方法は、
前記複数のアンテナのうち前記第１の部分集合に関連する第３のチャネル情報を、前記複数のＵＥのうち第２のＵＥから、受信し、
前記第３のチャネル情報に応じて、第３のサブプリコーダを生成し、
前記複数のアンテナのうち第２の部分集合に関連する第４のチャネル情報を、前記第２のＵＥから、受信し、
前記第２のチャネル情報に応じて、第４のサブプリコーダを生成し、
前記第３のサブプリコーダ及び前記第４のサブプリコーダの少なくとも部分に応じて、第２のプリコーダを生成し、
前記第２のプリコーダを用いて前記第２のＵＥへ第２のデータを送信する
ことを含むとよい。

前記第2のデータは、前記第１のＵＥへ送信されるデータと同時に前記第２のＵＥへ送信されるとよい。

別の形態において、本発明は、複数のアンテナを備えるＭＩＭＯ基地局に広く存在し、前記基地局は、プロセッサと、前記プロセッサにより実行可能な命令コードとを備え、
前記複数のアンテナのうち第１の部分集合に関連する第１のチャネル情報を、前記複数のＵＥのうち第１のＵＥから、受信し、
前記第１のチャネル情報に応じて第１のサブプリコーダを生成し、
前記複数のアンテナのうち第２の部分集合に関連する第２のチャネル情報を、前記第１のＵＥから、受信し、
前記第２のチャネル情報に応じて第２のサブプリコーダを生成し、
前記第１のサブプリコーダ及び前記第２のサブプリコーダの少なくとも部分に応じてプリコーダを生成し、
前記プリコーダを用いて前記第１のＵＥへデータを送信する。

本発明の特定の実施形態の利点は、アンテナ集合が複数の部分集合に分割され、複数のＰＭＩ通知が設定されるメカニズムを通知するＰＭＩをサポートする機能を含むことである。結果として、従来技術の方法と比べた時に、性能は向上し得る。

特定の実施形態は、順番に複雑さを軽減する、例えば、ＰＭＩフィードバックのみを用いることにより、チャネルの完全な知識を要求することなしに協調送受信最適化が可能である。

本明細書に記載の特徴のいずれも、本発明の範囲内で、本明細書に記載の任意の１以上の他の特徴との任意の組合せで組み合されることができる。

本発明によれば、上述した不利益の少なくとも一つを克服するか、有用又は商用の選択肢を消費者に提供するための改善された技術を提供することができる。

本発明の好ましい特徴、実施形態及びバリエーションは、以下の詳細な説明から識別され、本発明を実施する当業者にとって十分な情報を提供する。詳細な説明は、上述した発明の概要の範囲を制限として何らみなされない。詳細な説明は、以下の図面の番号を参照する。
図１は、簡略化された２ｘ３ＳＵ−ＭＩＭＯシステムを概略的に示す。図２は、より一般化されたＳＵ−ＭＩＭＯシステムの概念図である。図３は、本発明の実施形態にかかる、マルチユーザマルチ入力及びマルチ出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線通信システムを示す模式図である。図４は、本発明の実施形態にかかる、図３のＭＵ−ＭＩＭＯ無線通信システムのメッセージフロー図を示す。図５は、本発明の実施形態にかかる、二次元（２Ｄ）アンテナ配列を示す。図６は、本発明の実施形態にかかる、図３のＭＵ−ＭＩＭＯシステムにおけるデータ通信について、ＰＭＩ通知及びプリコーダ生成の方法を示す。図７は、本発明の実施形態にかかる、図３のＭＵ−ＭＩＭＯシステムの複数のアンテナの分割例を示す。図８は、本発明の実施形態にかかる、ＵＥに対するプリコーダを生成する方法を示す。図９は、本発明の実施形態にかかる、サブプリコーダを生成する方法を示す。

図３は、本発明の実施形態にかかる、マルチユーザマルチ入力及びマルチ出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線通信システム３００を示す模式図である。

ＭＵ−ＭＩＭＯ無線通信システム３００は、Ｅ−ＵＴＲＡＮＮｏｄｅＢ（ｅＮｏｄｅＢ）３０５の形式である基地局と、複数のユーザ装置（ＵＥ）３１０とを備える。ｅＮｏｄｅＢ３０５は、データのＭＵ−ＭＩＭＯ通信のための複数のアンテナ３１５を備える。無線通信システム３００は、以下にさらに詳細に説明するように、ｅＮｏｄｅＢ３０５から複数のＵＥ３１０へのデータのＭＵ−ＭＩＭＯ送信を可能にする。

図４は、本発明の実施形態にかかる、ＭＵ−ＭＩＭＯ無線通信システム３００のメッセージフロー図４００を示す。

第１のダウンリンクデータは、４０５ａ（ダウンリンク（ＤＬ）データ）により示されるように、ｅＮｏｄｅＢ３０５から複数のＵＥ３１０のうち第１のＵＥ３１０ａへ送信され、第２のダウンリンクデータは、４０５ｂ（ダウンリンク（ＤＬ）データ）により示されるように、ｅＮｏｄｅＢ３０５から複数のＵＥ３１０のうち第２のＵＥ３１０ｂへ送信される。第１のデータの受信時に、第１のＵＥ３１０ａは、プリコーディングマトリクスインジケータ（ＰＭＩ群）の第１の集合の形式でチャネル情報（ＣＩ）を生成する。同様に、第２のＵＥ３１０ｂは、ＰＭＩ群の第２の集合の形式でチャネル情報を生成する。

ＰＭＩ群の第１の集合は、４１０ａ（アップリンク（ＵＬ）ＣＩ）により示されるように、第１のＵＥ３１０ａによりｅＮｏｄｅＢ３０５へ送信され、ＰＭＩ群の第２の集合は、４１０ｂ（アップリンク（ＵＬ）ＣＩ）により示されるように、第２のＵＥ３１０ｂによりｅＮｏｄｅＢ３０５へ送信される。ｅＮｏｄｅＢ３０５は、第１及び第２のＵＥ３１０ａ及び３１０ｂの夫々に対してプリコーダを生成するために、ＰＭＩ群の第１及び第２の集合を用いる。

受信機から送信機へのチャネル情報（例えば、ＰＭＩ）のフィードバックは、以下にさらに説明するように、変更条件を考慮し、データスループットを最大化するために、ｅＮｏｄｅＢ３０５にダウンリンク（ＤＬ）信号を修正させる。特に、ＵＥ３１０は、チャネルの特性を最も良く示すＰＭＩに対して、ＰＭＩのコードブックを介して検索する。

複数のアンテナ３１５は、本発明の実施形態にかかる、図５に示されるような、二次元（２Ｄ）アンテナ配列５００を定義する。アンテナ配列５００が二次元（すなわち４ｘ４アンテナ）である場合、対応する通信チャネルは三次元（３Ｄ）となる。

図６は、本発明の実施形態にかかる、ＭＵ−ＭＩＭＯシステム３００におけるデータ通信について、ＰＭＩ通知及びプリコーダ生成の方法６００を示す。

ステップ６０５において、複数のアンテナ３１５は、複数の部分集合に分割される。複数のアンテナは、ｅＮｏｄｅＢ３０５において部分集合に有利に分割されるが、例えば、所定のパターンに応じて分割されるとよい。

図７は、本発明の実施形態にかかる、複数のアンテナ３１５の分割例７００ａ、７００ｂ及び７００ｃを示す。アンテナ３１５は、複数の部分集合７０５に分割される。部分集合７０５のそれぞれは、各分割例７００ａ、７００ｂ、７００ｃにおいて、合計４つの部分集合７０５が存在するように、４つのアンテナ３１５を備える。

図６に戻り参照し、複数の部分集合の夫々に対するＰＭＩは、６１０で生成される。特に、第１のＵＥ３１０ａは、複数のアンテナ３１５のうち第１の部分集合及び第２の部分集合に対してＰＭＩを生成するだろう。当業者は、アンテナ３１５が任意の適切な部分集合の数に分割され得ることを容易に理解するだろう。

そして、第１のＵＥ３１０ａは、サブチャネル、すなわち、複数の部分集合のそれぞれに対応するサブチャネルの特性を最も良く示すＰＭＩに対して、ＰＭＩのコードブックを介して検索する。そして、ＰＭＩは、ｅＮｏｄｅＢ３０５へ提供される。

ステップ６１５において、以下に説明するように、第１のＵＥ３１０ａと後の通信のために、プリコーダがｅＮｏｄｅＢにおいて生成される。

図８は、本発明の実施形態にかかる、ＵＥに対するプリコーダを生成する方法８００を示す。方法８００は、例えば、方法６００のステップ６１５におけるプリコーダを生成するために用いられ得る。

ステップ８０５において、ＵＥの副送信電力βは次のように計算される。

（方程式２）
ここで、Ｐは、ｅＮｏｄｅＢの送信電力であり、ＮはＵＥの数である。

ステップ８１０において、サブプリコーダＦ_ｉ（ｎ），ｎ＝１，... ，Ｎ_sub-channel,ｉ＝１，... ，Ｎ_UEが計算される。特に、通知されたＰＭＩ群に対応する代表的サブチャネルが計算され、サブプリコーダは、代表的サブチャネルの夫々に対して生成される。

アンテナ部分集合に対する代表的サブチャネルは、下記のように決定され得る。

ｉ番目のＵＥの通知されたＰＭＩに対応するコードブックプリコーダをW_ｉとし、ＰＭＩコードブックから生成され得る代表的チャネルマトリクスの固定コードブックをΩ_RIとし、チャネルH_ｉに対する代表的サブチャネルを＾H_ｉとする。次のように、異なるランクインジケータ（ＲＩ）に対する異なるΩ_RIが存在する。
ＲＩ＝Ｎ_RXについて、Ω_RIは、サイズＮ_RX×μ_TXのマトリクス＾H(m)、ｍ＝１、...を含む。
ＲＩ＜Ｎ_RXについて、Ω_RIは、サイズμ_TX×１のマトリクス＾h(m)、ｍ＝１、...を含む。

（方程式３）

ＲＩ_ｉ＜Ｎ_RXならば、
ａ）相関値を計算する：

（方程式４）
ｂ）Ｎ_RX最大相関値Ｃ_ｉ（ｍ_１）＞Ｃ_ｉ（ｍ_２）＞...＞Ｃ_ｉ（ｍ_ＮRX）、及び、以下のチャネルマトリクスを形成するために、＾h(m_１)、＾h(m_２)、... ＾h(m_ＮRX)に対応するＮ_RXを見つけるためにソートする。

（方程式５）

尚、ＰＭＩがＰＭＩ＃１及びＰＭＩ＃２から成るならば、W_ｉ＝W_ｉ(1)×W_ｉ(2)である。

ステップ８１５において、プリコーダＶ_ｉは、次のように、サブプリコーダＦ_ｉ(ｎ)をスタックすることにより計算される。

（方程式６）

図９は、本発明の実施形態にかかる、サブプリコーダを生成する方法を示す。方法９００は、方法８００のステップ８１０におけるサブプリコーダを生成するために用いられ得る。下記のように、方法９００は繰り返しであり、ｍは、アルゴリズムのｍ回目の繰り返しを示す。

ブロック９０５において、複合チャネルマトリクスＧ_ｉ(m=0)は、Ｇ_ｉ(m=0)＝Ｊ_ｉ、ｉ＝１、...、Ｎ_ＵＥに初期化される。ここで、Ｊ_ｉは、ａ≠ｂに対してゼロであり、ａ＝ｂに対して１である要素（ａ、ｂ）を用いたＲＩ_ｉ×Ｎ_RXマトリクスである。さらに、ラグランジュ乗数ν_(m=0)が１に初期化される。

ステップ９１０において、プリコーダＦ_ｉ(m+1)は、複合チャネルマトリクスＧ_ｉ(m)、及び、ｉ＝1、...、Ｎ_ＵＥに対するラグランジュ乗数ν_(m)を用いて次のように計算される。

（方程式７）

ステップ９１５において、次の複合チャネルマトリクスＧ_ｉ(m+1)がｉ＝1、...、Ｎ_ＵＥに対するプリコーダＦ_ｉ(m+1) を用いて次のように計算される。

（方程式８）
ここで、σ_ｉ ²は、ノイズ分散推定（noise variance estimate）である。

特定の実施形態によれば、ノイズ分散推定σ_ｉ ²は、通知されたＣＱＩに基づくステップ９２０において次のように生成される：
１）ＣＱＩルックアップテーブル内のＳＩＮＲ閾値に基づき、信号対干渉及び雑音比（Signal to Interference and Noise Ratio）ＳＩＮＲ_ｉｌを見つける。
２）ＳＩＮＲ_ｉｌ及び送信電力Ｐを用いてノイズ分散推定σ_ｉ ²を次のように計算する。

（方程式９）
ここで、Ｌ_ｉは、ｉ番目のＵＥに対して用いられるコード語（code words）の数である。

例えば、複雑さを減少するための代替的な実施形態によれば、ノイズ分散は、次のようにゼロに固定され得る。

（方程式１０）

ステップ９２５において、現在の複合チャネルマトリクスＧ_ｉ(m)と次の複合チャネルマトリクスＧ_ｉ(m+1)の間の差分Ｅは、次のように決定される。

（方程式１１）
ここで、||・||² _Fは、フロベニウスノルムを示す。

ステップ９１０、９１５、９２５及び９３０は、差分Ｅが閾値εより低くなるまで繰り返される。特に、ｍはステップ９３０において増加され、新たなラグランジュ乗数ν_(m+1)はステップ９３５において計算される。

新たなラグランジュ乗数ν_(m+1)は次のように計算され得る。
ａ）次の分解（decomposition）の特異値としてλ_ｎTX(m+1)が計算される。

（方程式１２）
ｂ）ν_(m+1)＝（ν_max＋ν_min）／２を設定する。
ｃ）次の量を計算する。

ｄ）^β＞βと判定するならば、ν_min＝ν_(m+1)を設定し、さもなければ、ν_max＝ν_(m+1)を設定する。
ｅ）｜^β−β｜＜ε_Lとなるまで、ステップｂ）、ステップｃ）及びステップｄ）を繰り返す。

差分Ｅが閾値εより低い場合、ステップ９４０において、Ｆ_ｉ(m+1)、ｉ＝1、...、Ｎ_ＵＥが出力される。

部分集合は、４つのアンテナ３１５を含む夫々として上記で記載される。しかしながら、当業者は、部分集合が複数のアンテナ及び単独のアンテナを含む任意の適切な数のアンテナを含み得ることを容易に理解するだろう。

本明細書及び（もしあれば）特許請求の範囲において、単語「備えている（comprising）」及び「備える（comprises）」を含むその派生語及び「備える（comprise）」は、述べられた整数のそれぞれを含むが、１以上のさらなる整数の包含を除外するものではない。

「一実施形態」又は「実施形態」への本明細書を通しての参照は、その実施形態と関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通じて様々な場所に現れるフレーズ「一実施形態において」又は「実施形態において」は、必ずしも同じ実施形態を参照するものではない。さらに、特定の特徴、構造又は特性が１以上の組合せにおいて任意の適切な方法で組み合わされても良い。

法令に準拠して、本発明は、構造的又は方法的特徴に多かれ少なかれ特定の言語で説明されていた。本発明は、本明細書で説明された意味が本発明を有効に置く好ましい形式を備えるために、示され又は説明された特定の特徴に限定されないことが理解されるべきである。それ故、本発明は、当業者によって適切に解釈され、添付の特許請求の範囲（もしあれば）の適切な範囲内でその形態又は修飾のいずれかに記載されている。

加えて、本発明は、上記例示的実施形態により限定されないが、様々な改変が既に述べられた本発明の範囲から逸脱することなく行うことができることが明らかである。例えば、上記例示的実施形態は、本発明がハードウェア構成であるとして説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、コンピュータプログラム上の任意のプロセスをCPU（Central Processing Unit）に実行させることにより、実現されてもよい。この場合、本プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable media）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。

非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ−Ｒ（compact disc recordable）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（compact disc rewritable）、DVD (Digital Versatile Disc), BD (Blu-ray (登録商標) Disc)、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable media）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、（電線及び光ファイバ等の）有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給するために使用され得る。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
マルチ入力及びマルチ出力（ＭＩＭＯ）システムにおけるデータ通信方法であって、
前記ＭＩＭＯシステムは、複数のアンテナを備える基地局と、複数のユーザ装置（ＵＥ）とを備え、
前記方法は、
前記複数のアンテナのうち第１の部分集合に関連する第１のチャネル情報を、前記複数のＵＥのうち第１のＵＥから、受信し、
前記第１のチャネル情報に応じて第１のサブプリコーダを生成し、
前記複数のアンテナのうち第２の部分集合に関連する第２のチャネル情報を、前記第１のＵＥから、受信し、
前記第２のチャネル情報に応じて第２のサブプリコーダを生成し、
前記第１のサブプリコーダ及び前記第２のサブプリコーダを少なくとも用いてプリコーダを生成し、
前記プリコーダを用いて前記第１のＵＥへデータを送信する、
ことを含む方法。
（付記２）
前記第１及び第２のチャネル情報のそれぞれは、プリコーディングマトリクスインジケータ（ＰＭＩ）を含む、
付記１に記載の方法。
（付記３）
前記ＭＩＭＯシステムは、マルチユーザマルチ入力及びマルチ出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）システムを備える
付記１に記載の方法。
（付記４）
前記アンテナは、複数の部分集合に分割され、前記複数の部分集合は、前記第１の部分集合及び前記第２の部分集合を含む
付記１に記載の方法。
（付記５）
少なくとも前記第１及び第２のチャネル情報に応じて前記第１のＵＥに対する１以上の代表的サブチャネルを決定し、
前記１以上の代表的サブチャネルの夫々に対してサブプリコーダを生成すること
をさらに含む付記１に記載の方法。
（付記６）
前記代表的サブチャネルは、前記第１のＵＥのランクインジケータ（ＲＩ）に応じて決定される
付記５に記載の方法。
（付記７）
前記代表的サブチャネル＾Ｈ _ｉは、次の方程式に応じて決定される。

及び、前記第１のＵＥのランクが前記第１のＵＥの受信アンテナの数と等しい場合、Ω _RI は、サイズN _RX ×μ _TX のマトリクス＾Ｈ _ｉ（ｍ）、ｍ＝1、...を含む
付記５に記載の方法。
（付記８）
前記代表的サブチャネルは、複数のサブチャネルに対する相関値を計算し、前記相関値に基づいて前記代表的サブチャネルを選択することにより決定される
付記５に記載の方法。
（付記９）
前記第１のＵＥの副送信電力を決定し、副送信電力に応じて前記第１のＵＥと関連付けられたサブプリコーダを決定する
ことをさらに含む付記１に記載の方法。
（付記１０）
前記サブプリコーダは、少なくとも前記第１及び第２のチャネル情報に応じて、協調送受信最適化（joint transmit and receive optimization）を用いて生成される
付記１に記載の方法。
（付記１１）
前記サブプリコーダＦ _ｉ(m) は、次の方程式に応じてｍ回以上繰り返して生成される。

ここで、G _i(m) は、ｉ番目のユーザのデコーダであり、H(i)は、チャネルマトリクスであり、Iは、識別マトリクス（identity matrix）であり、ν _(m) は、ラグランジュ乗数である、
付記１に記載の方法。
（付記１２）
前記ラグランジュ乗数ν _(m) は次のように計算され、
ａ）次の分解（decomposition）の特異値としてλ _ｎTX(m+1) を計算し、

ｂ）ν _(m+1) ＝（ν _max ＋ν _min ）／２を設定し、
ｃ）次の量を計算し、

ｄ）^β＞βと判定するならば、ν _min ＝ν _(m+1) を設定し、さもなければ、ν _max ＝ν _(m+1) を設定し、
ｅ）｜^β−β｜＜ε _L となるまで、ステップｂ）、ｃ）及びｄ）を繰り返す、
付記１１の方法。
（付記１３）
前記第１のＵＥに対するノイズ分散を推定し、前記ノイズ分散に応じて前記サブプリコーダを生成することをさらに含む
付記１に記載の方法。
（付記１４）
前記ノイズ分散σ _ｉ ² は、次の方程式に応じて決定される。

ここで、Ｌ _ｉは、ｉ番目のＵＥに対して用いられるコード語（code words）の数であり、Ｐは、送信電力であり、ＳＩＮＲ _ｉｌは、信号対干渉及び雑音比（signal-to-interference-plus-noise ratio）である、
付記１３に記載の方法。
（付記１５）
前記サブプリコーダをスタックする前記プリコーダを生成する、
付記１に記載の方法。
（付記１６）
前記複数のアンテナは、４ｘ４配列のアンテナを備える
付記１に記載の方法。
（付記１７）
前記４ｘ４配列のアンテナは、４アンテナの４部分集合に分割される
付記１６に記載の方法。
（付記１８）
前記複数のアンテナのうち前記第１の部分集合に関連する第３のチャネル情報を、前記複数のＵＥのうち第２のＵＥから、受信し、
前記第３のチャネル情報に応じて、第３のサブプリコーダを生成し、
前記複数のアンテナのうち前記第２の部分集合に関連する第４のチャネル情報を、前記第２のＵＥから、受信し、
前記第４のチャネル情報に応じて、第４のサブプリコーダを生成し、
前記第３のサブプリコーダ及び前記第４のサブプリコーダの少なくとも部分に応じて、第２のプリコーダを生成し、
前記第２のプリコーダを用いて前記第２のＵＥへ第２のデータを送信する、
付記１に記載の方法。
（付記１９）
前記第２のデータは、前記第１のＵＥへ送信されるデータと同時に前記第２のＵＥへ送信される
付記１８に記載の方法。
（付記２０）
複数のアンテナと、プロセッサと、前記プロセッサにより実行可能な命令コードとを備えるＭＩＭＯ基地局であって、
前記複数のアンテナのうち第１の部分集合に関連する第１のチャネル情報を、前記複数のＵＥのうち第１のＵＥから、受信し、
前記第１のチャネル情報に応じて第１のサブプリコーダを生成し、
前記複数のアンテナのうち第２の部分集合に関連する第２のチャネル情報を、前記第１のＵＥから、受信し、
前記第２のチャネル情報に応じて第２のサブプリコーダを生成し、
前記第１のサブプリコーダ及び前記第２のサブプリコーダの少なくとも部分に応じてプリコーダを生成し、
前記プリコーダを用いて前記第１のＵＥへデータを送信する、
ＭＩＭＯ基地局。
（付記２１）
付記１から１９のいずれか１項の基地局を制御する処理をコンピュータに実行させるための制御プログラムを格納する非一時的なコンピュータ可読媒体。

本出願は、２０１４年６月１６日に出願されたオーストラリア仮特許出願第２０１４９０２２８０号からの優先権の利益を主張し、該特許出願の開示は参照によりその全体が本明細書に援用される。

Ｒ０アンテナ
Ｒ１受信アンテナ
Ｒ受信機
Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２送信アンテナ
Ｔ送信機
３００ＭＵ−ＭＩＭＯ無線通信システム
３０５ｅＮｏｄｅＢ
３１０ＵＥ
３１５アンテナ
４００メッセージフロー図
４０５ダウンリンク（ＤＬ）データ
４１０アップリンク（ＵＬ）チャネル情報（ＣＩ）
５００二次元（２Ｄ）アンテナ配列
７００ａ，７００ｂ，７００ｃパーティション例
７０５部分集合

Claims

マルチ入力及びマルチ出力（ＭＩＭＯ）システムにおけるデータ通信方法であって、
前記ＭＩＭＯシステムは、複数のアンテナを備える基地局と、複数のユーザ装置（ＵＥ）とを備え、
前記方法は、
前記複数のアンテナのうち第１の部分集合に関連する第１のチャネル情報を、前記複数のＵＥのうち第１のＵＥから、受信し、
前記第１のチャネル情報に応じて第１のサブプリコーダを生成し、
前記複数のアンテナのうち第２の部分集合に関連する第２のチャネル情報を、前記第１のＵＥから、受信し、
前記第２のチャネル情報に応じて第２のサブプリコーダを生成し、
前記第１のサブプリコーダ及び前記第２のサブプリコーダを少なくとも用いてプリコーダを生成し、
前記プリコーダを用いて前記第１のＵＥへデータを送信し、
少なくとも前記第１及び第２のチャネル情報に応じて前記第１のＵＥに対する１以上の代表的サブチャネルを決定し、
前記１以上の代表的サブチャネルの夫々に対してサブプリコーダを生成する、
ことを含む方法。
前記第１及び第２のチャネル情報のそれぞれは、プリコーディングマトリクスインジケータ（ＰＭＩ）を含む、
請求項１に記載の方法。
前記ＭＩＭＯシステムは、マルチユーザマルチ入力及びマルチ出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）システムを備える
請求項１に記載の方法。
前記アンテナは、複数の部分集合に分割され、前記複数の部分集合は、前記第１の部分集合及び前記第２の部分集合を含む
請求項１に記載の方法。
前記代表的サブチャネルは、前記第１のＵＥのランクインジケータ（ＲＩ）に応じて決定される
請求項１に記載の方法。
前記代表的サブチャネルは、複数のサブチャネルに対する相関値を計算し、前記相関値に基づいて前記代表的サブチャネルを選択することにより決定される
請求項１に記載の方法。
前記第１のＵＥの副送信電力を決定し、当該副送信電力に応じて前記第１のＵＥと関連付けられたサブプリコーダを決定する
ことをさらに含む請求項１に記載の方法。
複数のアンテナと、プロセッサと、前記プロセッサにより実行可能な命令コードとを備えるＭＩＭＯ基地局であって、
前記複数のアンテナのうち第１の部分集合に関連する第１のチャネル情報を、前記複数のＵＥのうち第１のＵＥから、受信し、
前記第１のチャネル情報に応じて第１のサブプリコーダを生成し、
前記複数のアンテナのうち第２の部分集合に関連する第２のチャネル情報を、前記第１のＵＥから、受信し、
前記第２のチャネル情報に応じて第２のサブプリコーダを生成し、
前記第１のサブプリコーダ及び前記第２のサブプリコーダの少なくとも部分に応じてプリコーダを生成し、
前記プリコーダを用いて前記第１のＵＥへデータを送信し、
少なくとも前記第１及び第２のチャネル情報に応じて前記第１のＵＥに対する１以上の代表的サブチャネルを決定し、
前記１以上の代表的サブチャネルの夫々に対してサブプリコーダを生成する、
ＭＩＭＯ基地局。
請求項１から７のいずれか１項の基地局を制御する処理をコンピュータに実行させるための制御プログラム。