以下、本発明にかかる好ましい実施の形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。添付された図面と共に以下に開示する詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を説明するためのものであり、本発明が実施されうる唯一の実施の形態を示すためのものではない。以下の詳細な説明は、本発明の完全な理解を提供するために具体的細部事項を含む。しかしながら、当業者は、本発明がこのような具体的細部事項がなくても実施できることを理解すべきである。
いくつかの場合、本発明の概念が曖昧になることを避けるために、公知の構造及び装置は省略されるか、または各構造及び装置の核心機能を重心にしたブロック図形式で示されることができる。
本明細書において基地局は、端末と直接的に通信を行うネットワークの終端ノード(terminal node)としての意味を有する。本文書において基地局により行われると説明された特定動作は、場合によっては、基地局の上位ノード(upper node)により行われても良い。すなわち、基地局を含む複数のネットワークノード(network nodes)からなるネットワークにおいて端末との通信のために行われる多様な動作は、基地局または基地局以外の他のネットワークノードにより行われうることは明らかである。「基地局(BS:Base Station)」は、固定局(fixed station)、Node B、eNB(evolved-NodeB)、BTS(base transceiver system)、アクセスポイント(AP:Access Point)などの用語により代替されることができる。また、「端末(Terminal)」は、固定されるか、または移動性を有することができ、UE(User Equipment)、MS(Mobile Station)、UT(user terminal)、MSS(Mobile subscriber Station)、SS(Subscriber Station)、AMS(Advanced Mobile Station)、WT(Wireless terminal)、MTC(Machine−Type Communication)装置、M2M(Machine−to−Machine)装置、D2D(Device−to−Device)装置などの用語に代替されることができる。
以下、ダウンリンク(DL:downlink)は、基地局から端末への通信を意味し、アップリンク(UL:uplink)は、端末から基地局への通信を意味する。ダウンリンクにおける送信機は、基地局の一部で、受信機は、端末の一部でありうる。アップリンクにおける送信機は、端末の一部で、受信機は、基地局の一部でありうる。
以下の説明において用いられる特定用語は、本発明の理解に役立つために提供されたものであり、このような特定用語の使用は、本発明の技術的思想から外れない範囲内で他の形態に変更されることができる。
以下の技術は、CDMA(code division multiple access)、FDMA(frequency division multiple access)、TDMA(time division multiple access)、OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)、SC−FDMA(single carrier frequency division multiple access)、NOMA(non−orthogonal multiple access)などのような多様な無線接続システムに利用されることができる。CDMAは、UTRA(universal terrestrial radio access)またはCDMA2000のような無線技術(radio technology)により実現化されることができる。TDMAは、GSM(登録商標)(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)のような無線技術により実現化されることができる。OFDMAは、IEEE 802.11(Wi−Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802−20、E−UTRA(evolved UTRA)などのような無線技術により実現化されることができる。UTRAは、UMTS(universal mobile telecommunications system)の一部である。3GPP(3rd generation partnership project)LTE(long term evolution)は、E−UTRAを使用するE−UMTS(evolved UMTS)の一部であり、ダウンリンクにおいてOFDMAを採用し、アップリンクにおいてSC−FDMAを採用する。LTE−A(advanced)は、3GPP LTEの進化である。
本発明の実施の形態は、無線接続システムであるIEEE 802、3GPP及び3GPP2のうち、少なくとも1つに開示された標準文書により裏付けられることができる。すなわち、本発明の実施の形態のうち、本発明の技術的思想を明確にあらわすために、説明しないステップまたは部分は、前記文書により裏付けられることができる。また、本文書に開示しているすべての用語は、前記標準文書により説明されることができる。
説明を明確にするために、3GPP LTE/LTE−Aを中心に述べるが、本発明の技術的特徴がこれに制限されることではない。
本発明が適用されることができる無線通信システム一般
図1は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおける無線フレームの構造を示す。
3GPP LTE/LTE−Aでは、FDD(Frequency division Duplex)に適用可能なタイプ1無線フレーム(radio frame)構造とTDD(Time division Duplex)に適用可能なタイプ2の無線フレーム構造を支援する。
図1において、無線フレームの時間領域での大きさは、T_s=1/(15000*2048)の時間単位の倍数で表される。ダウンリンク及びアップリンク送信は、T_f=307200*T_s=10msの区間を有する無線フレームから構成される。
図1の(a)は、タイプ1無線フレームの構造を示す。タイプ1無線フレームは、全二重(full duplex)及び半二重(half duplex)FDDに全部適用されることができる。
無線フレーム(radio frame)は、10個のサブフレーム(subframe)から構成される。1つの無線フレームは、T_slot=15360*T_s=0.5ms長さの20個のスロットから構成され、各スロットは、0から19までのインデックスが付与される。1つのサブフレームは、時間領域(time domain)で連続的な2個のスロット(slot)から構成され、サブフレームiは、スロット2i及びスロット2i+1から構成される。1つのサブフレームを送信するのにかかる時間をTTI(transmission time interval)という。例えば、1つのサブフレームは、長さは1msで、1つのスロットの長さは、0.5msでありうる。
FDDにおいてアップリンク送信及びダウンリンク送信は、周波数ドメインにおいて区分される。全二重FDDに制限がないことに対し、半二重FDD動作における端末は、同時に送信及び受信ができない。
1つのスロットは、時間領域において複数のOFDM(orthogonal frequency division multiplexing)シンボルを含み、周波数領域において複数の資源ブロック(RB:Resource Block)を含む。3GPP LTEは、ダウンリンクにおいてOFDMAを使用するから、OFDMシンボルは、1つのシンボル区間(symbol period)を表現するためのものである。OFDMシンボルは、1つのSC−FDMAシンボルまたはシンボル区間ということができる。資源ブロック(resource block)は、資源割り当て単位で、1つのスロットにおいて複数の連続的な副搬送波(subcarrier)を含む。
図1の(b)は、タイプ2フレーム構造(frame structure type 2)を示す。
タイプ2無線フレームは、各153600*T_s=5msの長さの2個のハーフフレーム(half frame)から構成される。各ハーフフレームは、30720*T_s=1ms長さの5個のサブフレームから構成される。
TDDシステムのタイプ2フレーム構造においてアップリンク−ダウンリンク構成(uplink−downlink configuration)は、すべてのサブフレームに対してアップリンクとダウンリンクが割り当て(または予約)されるかどうかを表す規則である。表1は、アップリンク−ダウンリンク構成を示す。
<表1>を参照すると、無線フレームの各サブフレーム別に、「D」は、ダウンリンク送信のためのサブフレームを表し、「U」は、アップリンク送信のためのサブフレームを表し、「S」は、DwPTS(Downlink Pilot Time Slot)、保護区間(GP:Guard Period)、UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)3通りのフィールドから構成されるスペシャルサブフレーム(special subframe)を表す。
DwPTSは、端末での初期セルサーチ、同期化またはチャネル推定に使用される。UpPTSは、基地局でのチャネル推定と端末のアップリンク送信同期とを合せるのに使用される。GPは、アップリンクとダウンリンクとの間にダウンリンク信号の多重経路の遅延によりアップリンクにおいて生じる干渉を除去するための区間である。
各サブフレームiは、各T_slot=15360*T_s=0.5ms長さのスロット2i及びスロット2i+1から構成される。
アップリンク−ダウンリンク構成は、7通りに区分されることができ、各構成別にダウンリンクサブフレーム、スペシャルサブフレーム、アップリンクサブフレームの位置及び/または数が異なる。
ダウンリンクからアップリンクに変更されるとき点またはアップリンクからダウンリンクに切り替えられる時点を切り替え時点(switching point)という。切り替え時点の周期性(Switch−point periodicity)は、アップリンクサブフレームとダウンリンクサブフレームが切り替えられる様相が同様に繰り返される周期を意味し、5msまたは10msが全て支援される。5msダウンリンク−アップリンク切り替え時点の周期を有する場合には、スペシャルサブフレーム(S)は、ハーフ−フレーム毎に存在し、5msダウンリンク−アップリンク切り替え時点の周期を有する場合には、1番目のハーフ−フレームだけに存在する。
すべての構成において、0番、5番サブフレーム及びDwPTSは、ダウンリンク送信だけのための区間である。UpPTS及びサブフレームサブフレームに直ちにつながるサブフレームは、常にアップリンク送信のための区間である。
このような、アップリンク−ダウンリンク構成はシステム情報であって、基地局と端末ともが知っていることができる。基地局は、アップリンク−ダウンリンク構成情報が変わる毎に構成情報のインデックスだけを送信することによって、無線フレームのアップリンク−ダウンリンク割り当て状態の変更を端末に知らせることができる。また、構成情報は、一種のダウンリンク制御情報として他のスケジューリング情報と同様にPDCCH(Physical Downlink control Channel)を介して送信されることができ、放送情報としてブロードキャストチャネル(broadcast channel)を介してセル内のすべての端末に共通に送信されることもできる。
<表2>は、スペシャルサブフレームの構成(DwPTS/GP/UpPTSの長さ)を示す。
図1の例示による無線フレームの構造は、1つの例示に過ぎず、無線フレームに含まれる副搬送波の数またはサブフレームに含まれるスロットの数、スロットに含まれるOFDMシンボルの数は、多様に変更されることができる。
図2は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおける1つのダウンリンクスロットに対する資源グリッド(resource grid)を示した図である。
図2に示すように、1つのダウンリンクスロットは、時間領域において複数のOFDMシンボルを含む。ここで、1つのダウンリンクスロットは、7個のOFDMシンボルを含み、1つの資源ブロックは、周波数領域において12個の副搬送波を含むことを例示的に述べるが、これに限定されるものではない。
資源グリッド上において各要素(element)を資源要素(resource element)とし、1つの資源ブロック(RB:resource block)は、12×7個の資源要素を含む。ダウンリンクスロットに含まれる資源ブロックの数N^DLは、ダウンリンク送信帯域幅(bandwidth)に従属する。
アップリンクスロットの構造は、ダウンリンクスロットの構造と同一でありうる。
図3は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおけるダウンリンクサブフレームの構造を示す。
図3に示すように、サブフレーム内の第1番目のスロットにおいて前の最大3個のOFDMシンボルが制御チャネルが割り当てられる制御領域(control region)であり、残りのOFDMシンボルは、PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)が割り当てられるデータ領域(data region)である。3GPP LTEで使用されるダウンリンク制御チャネルの一例にPCFICH(Physical Control Format Indicator Channel)、PDCCH(Physical Downlink control Channel)、PHICH(Physical Hybrid−ARQ Indicator Channel)などがある。
PCFICHは、サブフレームの第1番目のOFDMシンボルにおいて送信され、サブフレーム内に制御チャネルの送信のために使用されるOFDMシンボルの数(すなわち、制御領域の大きさ)に関する情報を運ぶ。PHICHは、アップリンクに対する応答チャネルで、HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)に対するACK(Acknowledgement)/NACK(Not−Acknowledgement)信号を運ぶ。PDCCHを介して送信される制御情報をダウンリンク制御情報(DCI:downlink control information)という。ダウンリンク制御情報は、アップリンク資源割り当て情報、ダウンリンク資源割り当て情報または任意の端末グループに対するアップリンク送信(Tx)パワー制御命令を含む。
PDCCHは、DL−SCH(Downlink Shared Channel)の資源割り当て及び送信フォーマット(これをダウンリンクグラントともいう)、UL−SCH(Uplink Shared Channel)の資源割り当て情報(これをアップリンクグラントともいう)、PCH(Paging Channel)でのページング(paging)情報、DL−SCHでのシステム情報、PDSCHから送信されるランダムアクセス応答(random access response)のような上位階層(upper−layer)制御メッセージに対する資源割り当て、任意の端末グループ内の個別端末に対する送信パワー制御命令の集合、VoIP(Voice over IP)の活性化などを運ぶことができる。複数のPDCCHは、制御領域内で送信されることができ、端末は、複数のPDCCHをモニタリングできる。PDCCHは、1つまたは複数の連続的なCCE(control channel elements)の集合から構成される。CCEは、無線チャネルの状態に応じる符号化率(coding rate)をPDCCHに提供するために使用される論理的割り当て単位である。CCEは、複数の資源要素グループ(resource element group)に対応する。PDCCHのフォーマット及び使用可能なPDCCHのビット数は、CCEの数とCCEにより提供される符号化率間の関連関係によって決定される。
基地局は、端末に送信しようとするDCIに応じてPDCCHフォーマットを決定し、制御情報にCRC(Cyclic Redundancy Check)を付ける。CRCには、PDCCHの所有者(owner)または用途に応じて、固有の識別子(これをRNTI(Radio Network Temporary Identifier)という。)がマスキングされる。特定の端末のためのPDCCHであれば、端末の固有の識別子、例えばC−RNTI(Cell−RNTI)がCRCにマスキングされることができる。またはページングメッセージのためのPDCCHであれば、ページング指示識別子、例えばP−RNTI(Paging−RNTI)がCRCにマスキングされることができる。システム情報、さらに具体的にシステム情報ブロック(SIB:system information block)のためのPDCCHであれば、システム情報識別子、SI−RNTI(system information RNTI)がCRCにマスキングされることができる。端末のランダムアクセスプリアンブルの送信に対する応答であるランダムアクセス応答を指示するために、RA−RNTI(random access−RNTI)がCRCにマスキングされることができる。
図4は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおけるアップリンクサブフレームの構造を示す。
図4に示すように、アップリンクサブフレームは、周波数領域において制御領域とデータ領域とに分けられる。制御領域には、アップリンク制御情報を運ぶPUCCH(Physical Uplink control Channel)が割り当てられる。データ領域は、ユーザデータを運ぶPUSCH(Physical Uplink Shared Channel)が割り当てられる。単一搬送波特性を維持するために、1つの端末は、PUCCHとPUSCHを同時に送信しない。
1つの端末に対するPUCCHには、サブフレーム内に資源ブロック(RB:Resource Block)対が割り当てられる。RB対に属するRBは、2個のスロットの各々で互いに異なる副搬送波を占める。これをPUCCHに割り当てられたRB対は、スロット境界(slot boundary)から周波数跳躍(frequency hopping)されるという。
MIMO(Multi−Input Multi−Output)
MIMO技術は、いままで一般に一個の送信アンテナと一個の受信アンテナを使用したことから脱皮して、多重送信(Tx)アンテナと多重受信(Rx)アンテナを使用する。言い換えれば、MIMO技術は、無線通信システムの送信端または受信端で多重入出力アンテナを使用して用量増大または性能改善を図る技術である。以下、「MIMO」を「多重入出力アンテナ」と称する。
さらに具体的に、多重入出力アンテナ技術は、1つの完全なメッセージ(total message)を受信するために、一個のアンテナ経路に依存せず、いくつかのアンテナを介して受信した複数のデータ片を収集して完全なデータを完成させる。結果的に、多重入出力アンテナ技術は、特定システム範囲内でデータ送信率を増加させることができ、また特定データ送信率を介してシステム範囲を増加させることができる。
次世代移動通信は、従来の移動通信に比べて、はるかに高いデータ送信率を要求するので、効率的な多重入出力アンテナ技術が必ず必要であると予想される。このような状況でMIMO通信技術は、移動通信端末と中継器などに幅広く使用できる次世代移動通信技術であり、データ通信拡大などにより限界状況に応じて他の移動通信の送信量限界を克服できる技術として関心を集めている。
一方、現在研究されている多様な送信効率向上技術のうち、多重入出力アンテナ(MIMO)技術は、追加的な周波数割り当てまたは電力増加がなくても、通信用量及び送受信性能を画期的に向上させることができる方法として、現在最も大きな注目を受けている。
図5は、一般的な多重入出力アンテナ(MIMO)通信システムの構成図である。
図5を参照すると、送信アンテナの数をN_T個に、受信アンテナの数をN_R個に同時に増やすようになると、送信機または受信機においてのみ多数のアンテナを使用するようになる場合とは異なり、アンテナ数に比例して理論的なチャネル送信用量が増加するので、送信レート(transfer rate)を向上させ、周波数効率を画期的に向上させることができる。この場合、チャネル送信用量の増加に応じる送信レートは、1つのアンテナを利用する場合の最大送信レート(R_o)に次のようなレート増加率(R_i)が掛け算された分だけ理論的に増加できる。
すなわち、例えば、4個の送信アンテナと4個の受信アンテナを利用するMIMO通信システムでは、単一アンテナシステムに比べて理論上4倍の送信レートを獲得できる。
このような多重入出力アンテナの技術は、多様なチャネル経路を通過したシンボルを利用して送信信頼度を高める空間ダイバーシチ(spatial diversity)方式と、多数の送信アンテナを利用して多数のデータシンボルを同時に送信して送信率を向上させる空間マルチプレクス(spatial multiplexing)方式とに分けられる。また、このような2種類の方式を適切に結合して、各々の長所を適切に得ようとする方式に対する研究も最近多く研究されている分野である。
各々の方式について、さらに詳細に述べると、以下のとおりである。
第1に、空間ダイバーシチ方式の場合には、時空間ブロック符号系列と、ダイバーシチ利得と符号化利得を同時に利用する時空間トレリス(Trelis)符号系列方式がある。一般に、ビットエラー率改善性能と符号生成自由度は、トレリス符号方式が優秀であるが、演算複雑度は、時空間ブロック符号が簡単である。このような空間ダイバーシチ利得は、送信アンテナ数(N_T)と受信アンテナ数(N_R)との掛け算(N_T×N_R)に該当する量を得ることができる。
第2に、空間マルチプレクス技法は、各送信アンテナで互いに異なるデータ列を送信する方法であって、ことのとき、受信機では、送信機から同時に送信されたデータ間に相互干渉が発生するようになる。受信機では、この干渉を適切な信号処理技法を利用して除去した後に受信する。ここに用いられる雑音除去方式は、MLD(maximum likelihood detection)受信機、ZF(zero−forcing)受信機、MMSE(minimum mean square error)受信機、D−BLAST(Diagonal−Bell Laboratories Layered Space−Time)、V−BLAST(Vertical−Bell Laboratories Layered Space−Time)などがあり、特に送信端でチャネル情報が分かる場合には、SVD(singular value decomposition)方式などを使用することができる。
第3に、空間ダイバーシチと空間マルチプレクスの結合された技法を例に挙げることができる。空間ダイバーシチ利得だけを得る場合、ダイバーシチ次数の増加に応じる性能改善利得が順次飽和され、空間マルチプレクス利得だけを取ると、無線チャネルにおいて送信信頼度が低下する。これを解決しながら2通りの利得を全部得る方式が研究されてきたし、このうち、時空間ブロック符号(Double−STTD)、時空間BICM(STBICM)などの方式がある。
上述のような多重入出力アンテナシステムにおける通信方法をさらに具体的な方法で説明するために、これを数学的にモデリングする場合、以下のように表すことができる。
まず、図5に示すように、N_T個の送信アンテナとN_R個の受信アンテナが存在すると仮定する。
まず、送信信号について述べると、このようにN_T個の送信アンテナがある場合、最大送信可能な情報は、N_T個であるから、これを以下のようなベクトルで表すことができる。
一方、各々の送信情報s_1,s_2,...,s_N_Tにおいて送信電力を異なるようにすることができ、このとき、各々の送信電力をP_1,P_2,...,P_N_Tとすると、送信電力が調整された送信情報は、次のようなベクトルで表すことができる。
また、式6の送信電力が調整された送信情報を以下のように送信電力の対角行列Pで表すことができる。
一方、式7の送信電力の調整された情報ベクトルは、その後に加重値行列Wが掛け算されて、実際送信されるN_T個の送信信号x_1,x_2,...,x_N_Tを構成する。ここで、加重値行列は、送信チャネル状況などによって送信情報を各アンテナに適切に分配する機能を行う。このような送信信号x_1,x_2,...,x_N_Tをベクトルxを利用して、以下のように表すことができる。
ここで、w_ijは、i番目の送信アンテナとj番目の送信情報間の加重値を表し、Wは、これを行列で表したものである。このような行列Wを加重値行列(Weight Matrix)またはプレコーディング行列(Precoding Matrix)と呼ぶ。
一方、上述のような送信信号(x)は、空間ダイバーシチを使用する場合と空間マルチプレクッスを使用する場合とに分けて考えることができる。
空間マルチプレクッスを使用する場合は、互いに異なる信号を多重化して送信するようになるので、情報ベクトルsの元素が全部異なる値を有するようになることに対し、空間ダイバーシチを使用するようになると、同じ信号を複数のチャネル経路を介して送信するようになるので、情報ベクトルsの元素が全部同じ値を有するようになる。
もちろん、空間マルチプレックスと空間ダイバーシチを混合する方法も考慮可能である。すなわち、例えば、3個の送信アンテナを介して同じ信号を空間ダイバーシチを利用して送信し、残りは、各々異なる信号を空間マルチプレックスして送信する場合も考慮することができる。
次に、受信信号は、N_R個の受信アンテナがある場合、各アンテナの受信信号y_1,y_2,...,y_N_Rをベクトルyで次のように表す。
一方、多重入出力アンテナ通信システムにおけるチャネルをモデリングする場合、各々のチャネルは、送受信アンテナインデックスに応じて区分でき、送信アンテナjから受信アンテナiを経るチャネルをh_ijで表示することにする。ここで、h_ijのインデックスの順序が受信アンテナインデックスが先、送信アンテナのインデックスが後であることに留意する。
このようなチャネルは、いくつかを1つにグループ化してベクトル及び行列形態でも表示可能である。ベクトル表示の例を挙げて説明すると、以下のとおりである。
図6は、多数の送信アンテナから1つの受信アンテナへのチャネルを示した図である。
図6に示すように、総N_T個の送信アンテナから受信アンテナiへ到着するチャネルは、次のように表現可能である。
また、前記式10のような行列表現により、N_T個の送信アンテナからN_R個の受信アンテナを経るチャネルを全部表す場合、以下のように表すことができる。
一方、実際チャネルは、上のようなチャネル行列Hを経た後に白色雑音(AWGN:Additive White Gaussian Noise)が加算されるので、N_R個の受信アンテナの各々に加算される白色雑音n_1,n_2,...,n_N_Rをベクトルで表現すると、以下のとおりである。
上述のような送信信号、受信信号、チャネル、及び白色雑音のモデリングを介して多重入出力アンテナ通信システムでの各々は、次のような関係を介して表すことができる。
一方、チャネルの状態を表すチャネル行列Hの行と列の数は、送受信アンテナ数によって決定される。チャネル行列Hは、上述のように行の数は、受信アンテナの数N_Rと同じくなり、列の数は、送信アンテナの数N_Tと同じくなる。すなわち、チャネル行列Hは、N_R×N_T行列になる。
一般に、行列のランク(rank)は、互いに独立である(independent)行または列の数の中で最小数で定義される。したがって、行列のランクは、行または列の数より大きくなってはならない。数式的に例を挙げると、チャネル行列Hのランク(rank(H))は、次のように制限される。
また、行列を固有値分解(Eigen value decomposition)をしたとき、ランクは、固有値(eigen value)のうち、0でない固有値の数で定義することができる。類似の方法で、ランクをSVD(singular value decomposition)したとき、0でない特異値(singular value)の数で定義することができる。したがって、チャネル行列においてランクの物理的な意味は、与えられたチャネルで互いに異なる情報を送ることができる最大数ということができる。
本明細書において、MIMO送信に対する「ランク(Rank)」は、特定時点及び特定周波数資源において独立的に信号を送信できる経路の数を表し、「レイヤー(layer)の数」は、各経路を介して送信される信号ストリームの数を表す。一般に、送信端は、信号送信に利用されるランク数に対応する数のレイヤーを送信するから、別の言及がない限り、ランクは、レイヤー数と同じ意味を有する。
以下、前述したMIMO転送技法と関連して、コードブック基盤のプリコーディング技法についてより具体的に説明する。
図7は、本発明が適用できる無線通信システムにおけるコードブック基盤のプリコーディングの基本概念を説明するための図である。
コードブック基盤のプリコーディング方式に従う場合、送信端と受信端は転送ランク、アンテナ個数などによって予め定まった所定個数のプリコーディング行列を含むコードブック情報を共有するようになる。
即ち、フィードバック情報が有限の(finite)場合にプリコーディング基盤のコードブック方式が使用できる。
受信端は受信信号を通じてチャネル状態を測定して、前述したコードブック情報を基盤に有限の個数の好むプリコーディング行列情報(即ち、該当プリコーディング行列のインデックス)を送信端にフィードバックすることができる。例えば、受信端ではML(Maximun Likelihood)またはMMSE(Minimum Mean Square Error)方式により受信信号を測定して最適のプリコーディング行列を選択することができる。
図7では受信端が送信端にプリコーディング行列情報をコードワード別に転送することを図示しているが、これに限定されるものではない。
受信端からフィードバック情報を受信した送信端は、受信された情報に基づいてコードブックから特定プリコーディング行列を選択することができる。プリコーディング行列を選択した送信端は、転送ランクに対応する個数のレイヤ信号に選択されたプリコーディング行列を掛ける方式によりプリコーディングを遂行し、プリコーディングが遂行された転送信号を複数のアンテナを介して転送することができる。プリコーディング行列で行(row)の個数はアンテナの個数と同一であり、列(column)の個数はランク値と同一である。ランク値はレイヤの個数と同一であるので、列(column)の個数はレイヤ個数と同一である。例えば、転送アンテナの個数が4で、レイヤの個数が2である場合には、プリコーディング行列が4×2行列で構成できる。以下の<数式12>はこのような場合のプリコーディング行列を通じて各々のレイヤにマッピングされた情報を各々のアンテナにマッピングさせる動作を示すものである。
<数式15>を参照すると、レイヤにマッピングされた情報はx_1、x_2であり、4×2行列の各要素P_ijはプリコーディングに使われる加重値である。y_1、y_2、y_3、y_4はアンテナにマッピングされる情報であって、各OFDM転送方式を使用して各々のアンテナを介して転送できる。
送信端でプリコーディングされて転送された信号を受信した受信端は、送信端でなされたプリコーディングの逆処理を遂行して受信信号を復元することができる。一般的に、プリコーディング行列はU・U^H=I(ここで、U^Hは行列Uのエルミート(Hermit)行列を意味する)のようなユニタリ行列(U)条件を満たすところ、前述したプリコーディングの逆処理は送信端のプリコーディングに用いられたプリコーディング行列(P)のエルミート(Hermit)行列(P^H)を受信信号に掛ける方式によりなされることができる。
また、プリコーディングは多様な方式のアンテナ構成に対して良好な性能を有することが要求されるので、コードブック設計において多様なアンテナ構成に対する性能を考慮する必要がある。以下、多重アンテナの例示的な構成について説明する。
既存の3GPP LTEシステム(例えば、3GPP LTEリリーズ−8または9の標準に従うシステム)では、ダウンリンクで最大4個の転送アンテナを支援するので、4転送アンテナに対するコードブックが設計されている。既存の3GPP LTEの進化である3GPP LTE−Aシステムでは、ダウンリンクで最大8転送アンテナを支援することができる。したがって、最大8転送アンテナを介してのダウンリンク転送に対して良好な性能を提供するプリコーディングコードブックを設計することが要求される。
また、コードブック設計においては、一定係数特性(constant modulus property)、有限アルファベット(infinite alphabet)、コードブックサイズに対する制限、ネステッド特性(nested property)、多様なアンテナ構成(antenna configuration)に対する良好な性能を提供することなどが一般的に要求される。
一定係数特性とは、コードブックを構成するプリコーディング行列の各々のチャネル要素(channel component)のサイズ(amplitude)が一定な特性を意味する。このような特性によれば、どんなプリコーディング行列が使われるかに関わらず、全てのアンテナの各々から転送される電力レベルが同一に維持できる。これによって、電力増幅器(Power Amplifier)使用の効率性を高めることができる。
有限アルファベット(finite alphabet)とは、例えば、2つの転送アンテナの場合にプリコーディング行列をスケーリング因子(scaling factor)を除いて、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)アルファベット(即ち、±1、±j)のみを使用して構成することを意味する。これによって、プリコーダでプリコーディング行列を乗算(multiplication)するに当たって、計算の複雑性を緩和することができる。
コードブックサイズは所定のサイズ以下に制限できる。コードブックのサイズが大きいほど多様な場合に対するプリコーディング行列を含むことができるので、チャネル状態をより精密に反映できるが、それによってプリコーディング行列指示子(PMI:Precoding Matrix Indicator)のビット数が増加するようになり、これはシグナリングオーバーヘッドを引き起こすことがあるためである。
ネステッド特性(nested property)とは、高いランクプリコーディング行列の一部分が低いランクプリコーディング行列で構成されることを意味する。このように、プリコーディング行列が構成されれば、端末から報告されたRI(Rank Indicator)で示すチャネルランクより低い転送ランクにダウンリンク転送するように基地局が決定する場合にも、適切な性能を保証することができる。また、この特性によってCQI(Channel Quality Information)計算の複雑性も減少することができる。なぜならば、相異するランクに対して設計されたプリコーディング行列のうちからプリコーディング行列を選択する動作をする時に、プリコーディング行列の選択のための計算が一部分共有できるためである。
多様なアンテナ構成(antenna configuration)に対する良好な性能を提供するということは、低い相関を有するアンテナ構成、高い相関を有するアンテナ構成、またはクロス−偏極アンテナ構成などの多様な場合に対して一定基準以上の性能を提供することが要求されるという意味である。
参照信号(RS:Reference Signal)
無線通信システムにおけるデータは無線チャネルを介して転送されるので、信号は転送中に歪曲されることがある。受信端で歪曲された信号を正確に受信するために、受信された信号の歪曲はチャネル情報を用いて補正されなければならない。チャネル情報を検出するために、送信側と受信側両方とも知っている信号転送方法と、信号がチャネルを介して転送される時、歪曲された程度を用いてチャネル情報を検出する方法を主に用いる。前述した信号をパイロット信号または参照信号(RS:reference signal)という。
また、最近、大部分の移動通信システムにおけるパケットを転送する時、今まで1つの送信アンテナと1つの受信アンテナを使用したことから脱皮、多重送信アンテナと多重受信アンテナを採択して送受信データ効率を向上させることができる方法を使用する。多重入出力アンテナを用いてデータを送受信する時、信号を正確に受信するために、送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネル状態が検出されなければならない。したがって、各送信アンテナは個別的な参照信号を有しなければならない。
移動通信システムにおけるRSは、その目的によって2種類に大別できる。チャネル状態情報獲得のための目的のRSと、データ復調のために使われるRSがある。前者はUEがダウンリンクへのチャネル状態情報を獲得することにその目的があるので、広帯域に転送されなければならず、特定サブフレームでダウンリンクデータを受信しないUEでも、そのRSを受信し測定できなければならない。また、これはハンドオーバーなどの無線資源無線資源管理(RRM:Radio Resource Management)測定などのためにも使われる。後者は、基地局がダウンリンクを送る時、該当リソースに共に送るRSであって、UEは該当RSを受信することによって、チャネル推定を行うことができ、したがって、データを復調することができるようになる。このRSは、データが転送される領域に転送されなければならない。
下向き参照信号は、セル内の全ての端末が共有するチャネル状態に対する情報獲得及びハンドオーバーなどの測定などのための1つの共通参照信号(CRS:common RS)と、特定端末のみのためにデータ復調のために使われる専用参照信号(dedicated RS)がある。このような参照信号を用いて復調(demodulation)とチャネル測定(channel measurement)のための情報を提供することができる。即ち、DRSはデータ復調用のみに使われ、CRSはチャネル情報獲得及びデータ復調の2つ目的に全て使われる。
受信側(即ち、端末)は、CRSからチャネル状態を測定し、CQI(channel Quality Indicator)、PMI(Precoding Matrix Index)、及び/又はRI(Rank Indicator)のようなチャネル品質と関連した指示子を送信側(即ち、基地局)にフィードバックする。CRSは、セル特定基準信号(cell−specifi CRS)ともいう。一方、チャネル状態情報(CSI:channel State Information)のフィードバックと関連した参照信号をCSI−RSと定義することができる。
DRSは、PDSCH上のデータ復調を必要とする場合、資源要素を通じて転送できる。端末は上位階層を通じてDRSの存否を受信することができ、相応するPDSCHがマッピングされた時のみ有効である。DRSを端末特定参照信号(UE−specifi CRS)または復調参照信号(DMRS:Demodulation RS)ということができる。
図8は、本発明が適用できる無線通信システムにおけるダウンリンク資源ブロック対にマッピングされた参照信号パターンを例示する。
図8を参照すると、参照信号がマッピングされる単位でダウンリンク資源ブロック対は時間領域で1つのサブフレーム×周波数領域で12個の副搬送波で示すことができる。即ち、時間軸(x軸)上で1つの資源ブロック対は一般循環前置(normal CP:normal Cyclic Prefix)である場合、14個のOFDMシンボルの長さを有し(図8(a)の場合)、拡張循環前置(extended CP:extended Cyclic Prefix)である場合、12個のOFDMシンボルの長さを有する(図8(b)の場合)。資源ブロック格子で、‘0’、‘1’、‘2’、及び‘3’として記載された資源要素(REs)は、各々アンテナポートインデックス‘0’、‘1’、‘2’、及び‘3’のCRSの位置を意味し、‘D’として記載された資源要素はDRSの位置を意味する。
以下、CRSに対してより詳しく記述すると、CRSは物理的アンテナのチャネルを推定するために使われ、セル内に位置した全ての端末に共通に受信できる参照信号であって、全体周波数帯域に分布する。即ち、このCRSはcell−specificなシグナルであって、広帯域に対して毎サブフレーム毎に転送される。また、CRSはチャネル品質情報(CSI)及びデータ復調のために利用できる。
CRSは転送側(基地局)でのアンテナ配列によって多様なフォーマットに定義される。3GPP LTEシステム(例えば、リリーズ−8)では基地局の転送アンテナ個数によって最大4個のアンテナポートに対するRSが転送される。ダウンリンク信号送信側は、単一の送信アンテナ、2つの送信アンテナ、及び4個の送信アンテナのように、3種類のアンテナ配列を有する。例えば、基地局の送信アンテナの個数が2つである場合、0番と1番アンテナポートに対するCRSが転送され、4個である場合、0〜3番アンテナポートに対するCRSが各々転送される。基地局の送信アンテナが4個である場合、1つのRBでのCRSパターンは図8の通りである。
基地局が単一の送信アンテナを使用する場合、単一アンテナポートのための参照信号が配列される。
基地局が2つの送信アンテナを使用する場合、2つの送信アンテナポートのための参照信号は時分割多重化(TDM:Time Division Multiplexing)及び/又は周波数分割多重化(FDM Frequency Division Multiplexing)方式を用いて配列される。即ち、2つのアンテナポートのための参照信号は、各々が区別されるために、互いに異なる時間資源及び/又は互いに異なる周波数資源が割り当てられる。
その上、基地局が4個の送信アンテナを使用する場合、4個の送信アンテナポートのための参照信号はTDM及び/又はFDM方式を用いて配列される。ダウンリンク信号の受信側(端末)によって測定されたチャネル情報は、単一の送信アンテナ転送、送信ダイバーシチ、閉鎖ループ空間多重化(closed−loop spatial multiplexing)、開放ループ空間多重化(open−loop spatial multiplexing)、または多重ユーザ−多重入出力アンテナ(Multi−User MIMO)のような転送方式を用いて転送されたデータを復調するために使用できる。
多重入出力アンテナが支援される場合、参照信号が特定のアンテナポートから転送される時、前記参照信号は参照信号のパターンによって特定された資源要素の位置に転送され、異なるアンテナポートのために特定された資源要素の位置に転送されない。即ち、互いに異なるアンテナの間の参照信号は互いに重ならない。
以下、DRSに対してより詳しく記述すると、DRSはデータを復調するために使われる。多重入出力アンテナ転送で特定の端末のために使われる先行符号化(precoding)加重値は、端末が参照信号を受信した時、各送信アンテナから転送された転送チャネルと結合されて相応するチャネルを推定するために変更無しで使われる。
3GPP LTEシステム(例えば、リリーズ−8)は、最大4個の転送アンテナを支援し、ランク1ビームフォーミング(beamforming)のためのDRSが定義される。ランク1ビームフォーミングのためのDRSはまたアンテナポートインデックス5のための参照信号を示す。
LTEシステムの進化発展した形態のLTE−Aシステムにおいて、基地局のダウンリンクに最大8個の送信アンテナが支援できるようにデザインされなければならない。したがって、最大8個送信アンテナに対するRSやはり支援されなければならない。LTEシステムにおいて、ダウンリンクRSは最大4個のアンテナポートに対するRSのみ定義されているので、LTE−Aシステムで基地局が4個以上、最大8個のダウンリンク送信アンテナを有する場合、これらアンテナポートに対するRSが追加的に定義されデザインされなければならない。最大8個の送信アンテナポートに対するRSは前述したチャネル測定のためのRSとデータ復調のためのRSの2つが全てデザインされなければならない。
LTE−Aシステムをデザインするに当たって、重要な考慮事項のうちの1つは、下位互換性(backward compatibility)、即ちLTE端末がLTE−Aシステムでも何の無理無しでよく動作しなければならず、システムまたこれを支援しなければならないということである。RS転送観点から見た時、LTEで定義されているCRSが全帯域に毎サブフレーム毎に転送される時間−周波数領域で追加的に最大8個の送信アンテナポートに対するRSが追加的に定義されなければならない。LTE−Aシステムにおいて、既存のLTEのCRSのような方式により最大8個の送信アンテナに対するRSパターンを毎サブフレーム毎に全帯域に追加するようになれば、RSオーバーヘッドが過度に大きくなる。
したがって、LTE−Aシステムにおいて、新しくデザインされるRSは2種類の分類に大別されるが、MCS、PMIなどの選択のためのチャネル測定目的のRS(CSI−RS:channel State Information−RS、channel State Indication−RSなど)と8個の転送アンテナに転送されるデータ復調のためのRS(DM−RS:Data Demodulation−RS)である。
チャネル測定の目的のCSI−RSは既存のCRSがチャネル測定、ハンドオーバーなどの測定などの目的と共に、データ復調のために使われることとは異なり、チャネル測定中心の目的のためにデザインされる特徴がある。勿論、これもまたハンドオーバーなどの測定などの目的にも使用できる。CSI−RSがチャネル状態に対する情報を得る目的のみで転送されるので、CRSとは異なり、毎サブフレーム毎に転送されなくてもよい。CSI−RSのオーバーヘッドを減らすためにCSI−RSは時間軸上で間歇的に転送される。
データ復調のために該当時間−周波数領域でスケジューリングされたUEに専用的(dedicated)にDM−RSが転送される。即ち、特定UEのDM−RSは該当UEがスケジューリングされた領域、即ちデータの受信を受ける時間−周波数領域のみに転送されるものである。
LTE−Aシステムにおいて、基地局のダウンリンクに最大8個の送信アンテナを支援する。LTE−Aシステムにおいて、既存LTEのCRSのような方式により最大8個の送信アンテナに対するRSを毎サブフレーム毎に全帯域に転送するようになれば、RSオーバーヘッドが過度に大きくなる。したがって、LTE−AシステムではMCS、PMIなどの選択のためのCSI測定目的のCSI−RSとデータ復調のためのDM−RSに分離されて2つのRSが追加された。CSI−RSは、RRM測定などの目的でも使用できるが、CSI獲得の主目的のためにデザインされた。CSI−RSは、データ復調に使われないので、毎サブフレーム毎に転送される必要はない。したがって、CSI−RSのオーバーヘッドを減らすために時間軸上で間歇的に転送するようにする。即ち、CSI−RSは1サブフレームの整数倍の周期を有して周期的に転送されるか、または特定転送パターンで転送できる。この際、CSI−RSが転送される周期やパターンはeNBが設定することができる。
データ復調のためには該当時間−周波数領域でスケジューリングされたUEに専用(dedicated)にDM−RSが転送される。即ち、特定UEのDM−RSは該当UEがスケジューリングされた領域、即ちデータの受信を受ける時間−周波数領域のみに転送される。
CSI−RSを測定するために、UEは必ず自身が属したセルの各々のCSI−RSアンテナポートに対するCSI−RSの転送サブフレームインデックス、転送サブフレーム内でCSI−RS資源要素(RE)時間−周波数位置、そしてCSI−RSシーケンスなどに対する情報を知っていなければならない。
LTE−AシステムにeNBはCSI−RSを最大8個のアンテナポートに対して各々転送しなければならない。互いに異なるアンテナポートのCSI−RS転送のために使われる資源は互いに直交(orthogonal)しなければならない。1つのeNBが互いに異なるアンテナポートに対するCSI−RSを転送する時、各々のアンテナポートに対するCSI−RSを互いに異なるREにマッピングすることによって、FDM/TDM方式によりこれらの資源を直交(orthogonal)するように割り当てることができる。または、互いに異なるアンテナポートに対するCSI−RSを互いに直交(orthogonal)するコードにマッピングさせるCDM方式により転送することができる。
CSI−RSに関する情報をeNBが自身のセルUEに知らせる時、先に各アンテナポートに対するCSI−RSがマッピングされる時間−周波数に対する情報を知らせなければならない。具体的に、CSI−RSが転送されるサブフレーム番号、またはCSI−RSが転送される周期、CSI−RSが転送されるサブフレームオフセットであり、特定アンテナのCSI−RS REが転送されるOFDMシンボル番号、周波数間隔(spacing)、周波数軸でのREのオフセット、またはシフト値などがある。
CSI−RSは1個、2個、4個、または8個のアンテナポートを介して転送される。この際、使われるアンテナポートは、各々p=15、p=15、16、p=15,...,18、p=15,...,22である。CSI−RSはサブキャリア間隔Δf=15kHzに対してのみ定義できる。
CSI−RS転送のために設定されたサブフレーム内で、CSI−RSシーケンスは以下の<数式13>のように各アンテナポート(p)上の参照シンボル(reference symbol)として用いられる複素変調シンボル(complex−valued modulation symbol)a_k、l^(p)にマッピングされる。
前記<数式16>で、(k’,l’)(ここで、k’は資源ブロック内の副搬送波インデックスであり、l’はスロット内のOFDMシンボルインデックスを示す)及びn_sの条件は、以下の<表3>または<表4>のようなCSI−RS設定(configuration)によって決定される。
<表3>は、一般CPでCSI−RS構成から(k’、l’)のマッピングを例示する。
<表4>は、拡張CPでCSI−RS構成から(k’、l’)のマッピングを例示する。
<表3>及び<表4>を参照すると、CSI−RSの転送において、異種ネットワーク(HetNet:heterogeneous network)環境を含んでマルチセル環境でセル間干渉(ICI:inter−cell interference)を減らすために、最大32個(一般CPの場合)、または最大28個(拡張CPの場合)の互いに異なる構成(configuration)が定義される。
CSI−RS構成は、セル内のアンテナポートの個数及びCPによって互いに異なり、隣接したセルは最大限互いに異なる構成を有することができる。また、CSI−RS構成は、フレーム構造によってFDDフレームとTDDフレームに全て適用する場合と、TDDフレームのみに適用する場合とに分けられる。
<表3>及び<表4>に基づいてCSI−RS構成によって(k’、l’)及びn_sが定まり、各CSI−RSアンテナポートによってCSI−RS転送に用いる時間−周波数資源が決定される。
図9は、本発明が適用できる無線通信システムにおける参照信号がマッピングされる資源を例示する図である。
図9(a)は1つまたは2つのCSI−RSアンテナポートによるCSI−RS転送に使用可能な20種類のCSI−RS構成を示すものであり、図9(b)は4個のCSI−RSアンテナポートにより使用可能な10種類のCSI−RS構成を示すものであり、図9(c)は8個のCSI−RSアンテナポートによりCSI−RS転送に使用可能な5種類のCSI−RS構成を示すものである。
このように、各CSI−RS構成によってCSI−RSが転送される無線資源(即ち、RE対)が決定される。
特定セルに対し、CSI−RS転送のために1つあるいは2つのアンテナポートが設定されれば、図9(a)に図示された20種類のCSI−RS構成のうち、設定されたCSI−RS構成に従う無線資源上でCSI−RSが転送される。
同様に、特定セルに対してCSI−RS転送のために4個のアンテナポートが設定されれば、図9(b)に図示された10種類のCSI−RS構成のうち、設定されたCSI−RS構成に従う無線資源上でCSI−RSが転送される。また、特定セルに対してCSI−RS転送のために8個のアンテナポートが設定されれば、図9(c)に図示された5種類のCSI−RS構成のうち、設定されたCSI−RS構成に従う無線資源上でCSI−RSが転送される。
2つのアンテナポート別(即ち、{15,16}、{17,18}、{19,20}、{21,22})に、各々のアンテナポートに対するCSI−RSは同一な無線資源にCDMされて転送される。アンテナポート15及び16を例に挙げれば、アンテナポート15及び16に対する各々のCSI−RS複素シンボルは同一であるが、互いに異なる直交コード(例えば、ウォルシュコード(walsh code)が掛けられて同一な無線資源にマッピングされる。アンテナポート15に対するCSI−RSの複素シンボルには、[1,1]が掛けられ、アンテナポート16に対するCSI−RSの複素シンボルには[1−1]が掛けられて、同一な無線資源にマッピングされる。これは、アンテナポート{17,18}、{19,20}、{21,22}も同様である。
UEは、転送されたシンボルに掛けられたコードを掛けて特定アンテナポートに対するCSI−RSを検出することができる。即ち、アンテナポート15に対するCSI−RSを検出するために掛けられたコード[11]を掛けて、アンテナポート16に対するCSI−RSを検出するために掛けられたコード[1−1]を掛ける。
図9(a)から(c)を参照すると、同一なCSI−RS構成インデックスに該当するようになれば、アンテナポート数の多いCSI−RS構成に従う無線資源はCSI−RSアンテナポート数の少ないCSI−RS構成に従う無線資源を含む。例えば、CSI−RS構成0の場合、8個のアンテナポート数に対する無線資源は4個のアンテナポート数に対する無線資源と1つまたは2つのアンテナポート数に対する無線資源を全て含む。
1つのセルで複数のCSI−RS構成が使用できる。ノン−ゼロ電力(NZP:non−zero power)CSI−RSは0個または1個のCSI−RS構成のみ用いられ、ゼロ電力(ZP:zero power)CSI−RSは0個または多数個のCSI−RS構成が利用できる。
上位階層により設定される16ビットのビットマップであるZP CSI−RS(ZeropowerCSI−RS)で1に設定された各ビット別に、UEは前記の<表3>及び<表4>の4個のCSI−RS列(column)に該当するREで(上位階層により設定されたNZP CSI−RSを仮定するREと重複する場合を除外)ゼロ転送電力を仮定する。最上位ビット(MSB:Most Significant Bit)は、最も低いCSI−RS構成インデックスに該当し、ビットマップ内でその次のビットは順次に次のCSI−RS構成インデックスに該当する。
CSI−RSは、前記の<表3>及び<表4>で(n_s mod 2)の条件を満たすダウンリンクスロット、及びCSI−RSサブフレーム構成を満たすサブフレームのみで転送される。
フレーム構造タイプ2(TDD)の場合、スペシャルサブフレーム、同期信号(SS)、PBCH、またはSIB 1(SystemInformationBlockType1)メッセージ転送と衝突するサブフレーム、またはページングメッセージ転送のために設定されたサブフレームでCSI−RSは転送されない。
また、アンテナポートセットS(S={15}、S={15,16}、S={17,18}、S={19,20}、またはS={21,22})内に属する如何なるアンテナポートに対するCSI−RSが転送されるREは、PDSCHまたは異なるアンテナポートのCSI−RS転送に使われない。
CSI−RS転送に使われる時間−周波数資源はデータ転送に使用できないので、CSI−RSオーバーヘッドが増加するほどデータ処理量(throughput)が減少する。これを考慮してCSI−RSは毎サブフレーム毎に転送されるように構成されず、多数のサブフレームに該当する所定の転送周期毎に転送されるように構成される。この場合、毎サブフレーム毎にCSI−RSが転送される場合に比べてCSI−RS転送オーバーヘッドが格段に低くなることができる。
CSI−RS転送のためのサブフレーム周期(以下、‘CSI転送周期’と称する)(T_CSI−RS)及びサブフレームオフセット(Δ_CSI−RS)は、以下の<表5>の通りである。
<表5>は、CSI−RSサブフレーム構成を例示する。
<表5>を参照すると、CSI−RSサブフレーム構成(I_CSI−RS)によってCSI−RS転送周期(T_CSI−RS)及びサブフレームオフセット(Δ_CSI−RS)が決定される。
<表5>のCSI−RSサブフレーム構成は、先の‘SubframeConfig’フィールド及び‘zeroTxpowerSubframeConfig’フィールドのうち、いずれか1つに設定できる。CSI−RSサブフレーム構成は、NZP CSI−RS及びZP CSI−RSに対して個別的に(separately)設定できる。
CSI−RSを含むサブフレームは、以下の<数式14>を満たす。
<数式17>で、T_CSI−RSはCSI−RS転送周期、Δ_CSI−RSはサブフレームオフセット値、n_fはシステムフレームナンバー、n_sはスロットナンバーを意味する。
サービングセルに対して転送モード9(tranmission mode 9)が設定されたUEの場合、UEは1つのCSI−RS資源構成が設定できる。サービングセルに対して転送モード10(tranmission mode 10)が設定されたUEの場合、UEは1つまたはその以上のCSI−RS資源構成が設定できる。
現在、LTE標準でCSI−RS構成はアンテナポート個数(antennaPortsCount)、サブフレーム構成(subframeConfig)、資源構成(resourceConfig)などで構成されているので、CSI−RSが何個のアンテナポートで転送されるのか、CSI−RSが転送されるサブフレームの周期及びオフセットがどうなるのか、そして該当サブフレームでどのRE位置(即ち、周波数とOFDMシンボルインデックス)で転送されるのかを知らせてくれる。
具体的に、各CSI−RS(資源)構成のための以下のようなパラメータが上位階層シグナリングを通じて設定される。
−転送モード10が設定された場合、CSI−RS資源構成識別子。
−CSI−RSポート個数(antennaPortsCount):CSI−RS転送のために使われるアンテナポートの個数を示すパラメータ(例えば、1 CSI−RSポート、2 CSI−RSポート、4 CSI−RSポート、8 CSI−RSポート)。
−CSI−RS構成(resourceConfig)(<表3>及び<表4>参照):CSI−RS割り当て資源位置に関するパラメータ。
−CSI−RSサブフレーム構成(subframeConfig、即ちI_CSI−RS)(<表5>参照):CSI−RSが転送されるサブフレーム周期及び/又はオフセットに関するパラメータ。
−転送モード9が設定された場合、CSIフィードバックのための転送パワー(P_C):フィードバックのための参照PDSCH転送パワーに対するUEの仮定と関連して、UEがCSIフィードバックを導出し、1dBステップサイズに[−8,15]dB範囲内で値を取る時、P_CはPDSCH RE当たりエネルギー(EPRE:Energy Per Resource Element)とCSI−RS EPREの割合で仮定される。
−転送モード10が設定された場合、各CSIプロセスに対してCSIフィードバックのための転送パワー(P_C)。CSIプロセスに対してCSIサブフレームセットC_CSI、0、及びC_CSI、1が上位階層により設定されれば、P_CはCSIプロセスの各CSIサブフレームセット別に設定される。
−任意ランダム(pseudo−random)シーケンス発生器パラメータ(n_ID)。
−転送モード10が設定された場合、QCL(QuasiCo−Located)タイプB UE仮定のためのQCLスクランブリング識別子(qcl−Scrambling Identity−r11)、CRSポートカウント(crs−PortsCount−r11)、MBSFNサブフレーム設定リスト(mbsfn−SubframeConfigList−r11)パラメータを含む上位階層パラメータ(‘qcl−CRS−Info−r11’)。
UEが導出したCSIフィードバック値が[−8,15]dB範囲内の値を有する時、P_CはCSI−RS EPREに対するPDSCH EPREの割合で仮定される。ここで、PDSCH EPREはCRS EPREに対するPDSCH EPREの割合がρ_Aであるシンボルに該当する。
サービングセルの同一なサブフレームでCSI−RSとPMCHが共に設定されない。
フレーム構造タイプ2で4個のCRSアンテナポートが設定された場合、UEは一般CPの場合[20−31]セット(<表3>参照)または拡張CPの場合[16−27]セット(<表4>参照)に属するCSI−RS構成インデックスが設定されない。
UEは、CSI−RS資源構成のCSI−RSアンテナポートが遅延拡散(delay spread)、ドップラー拡散(Doppler spread)、ドップラーシフト(Doppler shift)、平均利得(average gain)、及び平均遅延(average delay)に対してQCL関係を有すると仮定することができる。
転送モード10、そしてQCLタイプBが設定されたUEは、CSI−RS資源構成に該当するアンテナポート0−3とCSI−RS資源構成に該当するアンテナポート15−22がドップラー拡散(Doppler spread)、ドップラーシフト(Doppler shift)に対してQCL関係と仮定することができる。
転送モード1−9が設定されたUEの場合、サービングセルに対してUEは1つのZP CSI−RS資源構成が設定できる。転送モード10が設定されたUEの場合、サービングセルに対してUEは1つまたはその以上のZP CSI−RS資源構成が設定できる。
上位階層シグナリングを通じてZP CSI−RS資源構成のための以下のようなパラメータが設定できる。
−ZP CSI−RS構成リスト(ZeroTxPowerResourceConfigList)(<表3>及び<表4>参照):ゼロ−パワーCSI−RS構成に関するパラメータ。
−ZP CSI−RSサブフレーム構成(eroTxpowersubframeConfig、即ちI_CSI−RS)(<表5>参照):ゼロ−パワーCSI−RSが転送されるサブフレーム周期及び/又はオフセットに関するパラメータ。
サービングセルの同一なサブフレームでZP CSI−RSとPMCHが同時に設定されない。
転送モード10が設定されたUEの場合、サービングセルに対して1つまたはその以上のCSI−IM(channel−State Information−interference Measurement)資源構成が設定できる。
上位階層シグナリングを通じて各CSI−IM資源構成のための以下のようなパラメータが設定できる。
−ZP CSI−RS構成(<表3>及び<表4>参照)。
−ZP CSI RSサブフレーム構成(I_CSI−RS)(<表5>参照)。
CSI−IM資源構成は設定されたZP CSI−RS資源構成のうち、いずれか1つと同一である。
サービングセルの同一なサブフレーム内のCSI−IM資源とPMCHが同時に設定されない。
マッシブMIMO(Massive MIMO)
多数のアンテナを有するMIMOシステムをマッシブMIMO(Massive MIMO)システムと称することができ、スペクトル効率(spectral efficiency)、エネルギー効率(energy efficiency)、プロセシング複雑度(processing complexity)を向上させるための手段として注目を受けている。
最近、3GPPでは未来の移動通信システムのスペクトル効率性に対する要求事項を満たすために、マッシブMIMOシステムに対する議論が始まった。マッシブMIMOは全−次元MIMO(FD−MIMO:Full−Dimension MIMO)とも称される。
LTEリリーズ(Rel:release)−12以後の無線通信システムでは、能動アンテナシステム(AAS:Active Antenna System)の導入が考慮されている。
信号の位相及びサイズを調整することができる増幅器とアンテナが分離されている既存の受動アンテナシステムとは異なり、AASは各々のアンテナが増幅器のような能動素子を含むように構成されたシステムを意味する。
AASは、能動アンテナ使用によって増幅器とアンテナを連結するための別途のケーブル、コネクタ、その他のハードウェアなどを必要とせず、したがって、エネルギー及び運用費用面で効率性が高いという特徴を有する。特に、AASは各アンテナ別電子式ビーム制御(electronic beam control)方式を支援するので、ビーム方向及びビーム幅を考慮した精巧なビームパターン形成または3次元ビームパターンを形成するなどの進歩したMIMO技術を可能にする。
AASなどの進歩したアンテナシステムの導入により多数の入出力アンテナと多次元アンテナ構造を有する大規模MIMO構造も考慮されている。一例に、既存の一字型アンテナ配列とは異なり、2次元(2D:2−Dimension)アンテナ配列を形成する場合、AASの能動アンテナにより3次元ビームパターンを形成することができる。
図10は、本発明が適用できる無線通信システムにおいて、64個のアンテナ要素(antenna elements)を有する2次元能動アンテナシステムを例示する。
図10では一般的な2次元(2D:2Dimension)アンテナ配列を例示しており、図10のようにN_t=N_v・N_h個のアンテナが正方形の形態を有する場合を考慮することができる。ここで、N_hは水平方向にアンテナ列の個数を、N_vは垂直方向にアンテナ行の個数を示す。
このような2D構造のアンテナ配列を利用すれば、3次元空間で転送ビームを制御することができるように無線波長(radio wave)が垂直方向(高度(elevation))及び水平方向(方位角(azimuth))に全て制御できる。このようなタイプの波長制御メカニズムを3次元ビームフォーミングと称することができる。
図11は、本発明が適用できる無線通信システムにおける基地局または端末がAAS基盤の3D(3−Dimension)ビーム形成可能な多数の送/受信アンテナを有しているシステムを例示する。
図11は前述した例を図式化したものであって、2次元アンテナ配列(即ち、2D−AAS)を用いた3D MIMOシステムを例示する。
送信アンテナ観点から前記3次元ビームパターンを活用する場合、ビームの水平方向だけでなく、垂直方向への準−静的または動的なビーム形成を遂行することができ、一例に、垂直方向のセクター形成などの応用を考慮することができる。
また、受信アンテナ観点では、大規模受信アンテナを活用して受信ビームを形成する時、アンテナ配列利得(antenna array gain)に従う信号電力上昇効果を期待することができる。したがって、アップリンクの場合、基地局が多数のアンテナを介して端末から転送される信号を受信することができ、この際、端末は干渉影響を減らすために、大規模の受信アンテナの利得を考慮して自身の送信電力を非常に低く設定することができる長所がある。
図12は、本発明が適用できる無線通信システムにおける交差偏波(cross polarization)を有する2次元アンテナシステムを例示する。
偏波(Polarization)を考慮した2D平面配列アンテナ(planar antenna array)モデルの場合、図12のように図式化することができる。
受動的アンテナ(passive antenna)に従う既存のMIMOシステムとは異なり、能動アンテナに基盤したシステムは、各アンテナ要素に付着された(または、含まれた)能動素子(例えば、増幅器)に加重値を適用することによって、アンテナ要素の利得(gain)を動的に調節することができる。放射パターン(radiation pattern)は、アンテナ要素の個数、アンテナ間隔(spacing)などのアンテナ配置(arrangement)に依存するので、アンテナシステムはアンテナ要素レベルでモデリングできる。
図12の例示のようなアンテナ配列モデルを(M、N、P)で示すことができ、これはアンテナ配列構造を特徴づけるパラメータに該当する。
Mは、各列(即ち、垂直方向で)で同一な偏波(polarization)を有しているアンテナ要素(antenna element)の個数(即ち、各列で+45゜傾斜(slant)を有しているアンテナ要素の個数、または各列で−45゜傾斜(slant)を有しているアンテナ要素の個数)を示す。
Nは、水平方向の列の個数(即ち、水平方向でアンテナ要素の個数)を示す。
Pは、偏波(polarization)の次元(dimension)の個数を示す。図12の場合のように、交差偏波(cross polarization)の場合、P=2であるが、同一偏波(co−polarization)の場合、P=1である。
アンテナポート(antenna port)は、物理的アンテナ要素(physical antenna element)でマッピングできる。アンテナポート(antenna port)は、該当アンテナポートと関連した参照信号により定義できる。例えば、LTEシステムで、アンテナポート0はCRS(Cell−specific reference signal)と関連し、アンテナポート6はPRS(Positioning Reference Signal)と関連できる。
一例に、アンテナポートと物理的アンテナ要素との間は一対一にマッピングできる。単一の交差偏波(cross polarization)アンテナ要素がダウンリンクMIMOまたはダウンリンク転送ダイバーシチのために使われる場合などがこれに該当できる。例えば、アンテナポート0は1つの物理的アンテナ要素にマッピングされる一方、アンテナポート1は異なる物理的アンテナ要素にマッピングできる。この場合、端末の立場では、2つのダウンリンク転送が存在する。1つはアンテナポート0のための参照信号と関連し、もう1つはアンテナポート1のための参照信号と関連する。
他の一例に、単一のアンテナポートは多重の物理的アンテナ要素にマッピングできる。ビームフォーミング(beamforming)のために使われる場合などがこれに該当できる。ビームフォーミングは多重の物理的アンテナ要素を用いることによって、ダウンリンク転送が特定端末に向けるようにすることができる。一般的に、多重の交差偏波(cross polarization)アンテナ要素の多重の列(column)で構成されるアンテナ配列(antenna array)を使用してこれを達成することができる。この場合、端末の立場では、単一のアンテナポートから発生した単一のダウンリンク転送が存在する。1つはアンテナポート0のためのCRSと関連し、もう1つはアンテナポート1のためのCRSと関連する。
即ち、アンテナポートは基地局で物理的アンテナ要素から転送された実際ダウンリンク転送でない、端末の立場でのダウンリンク転送を示す。
他の一例に、多数のアンテナポートがダウンリンク転送のために使われるが、各アンテナポートは多重の物理的アンテナ要素にマッピングできる。この場合は、アンテナ配列がダウンリンクMIMOまたはダウンリンクダイバーシチのために使われる場合などがこれに該当できる。例えば、アンテナポート0及び1は、各々多重の物理的アンテナ要素にマッピングできる。この場合、端末の立場では、2つのダウンリンク転送が存在する。1つはアンテナポート0のための参照信号と関連し、もう1つはアンテナポート1のための参照信号と関連する。
FD−MIMOでは、データストリームのMIMOプリコーディングはアンテナポート仮想化、トランシーバーユニット(または、送受信ユニット)(TXRU:transceiver unit)仮想化、アンテナ要素パターンを経ることができる。
アンテナポート仮想化は、アンテナポート上のストリームがTXRU上でプリコーディングされる。TXRU仮想化は、TXRU信号がアンテナ要素上でプリコーディングされる。アンテナ要素パターンは、アンテナ要素から放射される信号は方向性の利得パターン(directional gain pattern)を有することができる。
既存の送受信機(transceiver)モデリングでは、アンテナポートとTXRUとの間の静的な一対一マッピングが仮定され、TXRU仮想化の効果はTXRU仮想化及びアンテナ要素パターンの効果の全てを含む静的な(TXRU)アンテナパターンに合わせられる。
アンテナポート仮想化は、周波数−選択的な方法により遂行できる。LTEでアンテナポートは参照信号(または、パイロット)と共に定義される。例えば、アンテナポート上でプリコーディングされたデータ転送のために、DMRSがデータ信号と同一な帯域幅で転送され、DMRSとデータが全て同一なプリコーダ(または、同一なTXRU仮想化プリコーディング)でプリコーディングされる。CSI測定のためにCSI−RSは多重のアンテナポートを介して転送される。CSI−RS転送において、端末でデータプリコーディングベクトルのためのTXRU仮想化プリコーディング行列を推定することができるように、CSI−RSポートとTXRUとの間のマッピングを特徴づけるプリコーダは固有な行列に設計できる。
TXRU仮想化方法は、1次元TXRU仮想化(1D TXRU virtualization)と2次元TXRU仮想化(2D TXRU virtualization)が論議され、これに対して以下の図面を参照して説明する。
図13は、本発明が適用できる無線通信システムにおけるトランシーバーユニットモデルを例示する。
1D TXRU仮想化において、M_TXRU個のTXRUは同一な偏波(polarization)を有する単一の列(column)アンテナ配列で構成されるM個のアンテナ要素と関連する。
2D TXRU仮想化において、先の図12のアンテナ配列モデル構成(M、N、P)に相応するTXRUモデル構成は(M_TXRU、N、P)で示すことができる。ここで、M_TXRUは2Dと同一な列、同一な偏波(polarization)に存在するTXRUの個数を意味し、M_TXRU≦Mを常に満たす。即ち、TXRUの総個数はM_TXRU×N×Pと同一である。
TXRU仮想化モデルは、アンテナ要素とTXRUとの相関関係によって図13(a)のようにTXRU仮想化(virtualization)モデルオプション−1:サブ−配列分割モデル(sub−array partition model)と、図13(b)のように、TXRU仮想化モデルオプション−2:全域連結(full−connection)モデルとに区分できる。
図13(a)を参照すると、サブ−配列分割モデル(sub−array partition model)の場合、アンテナ要素は多重のアンテナ要素グループに分割され、各TXRUはグループのうちの1つと連結される。
図13(b)を参照すると、全域連結(full−connection)モデルの場合、多重のTXRUの信号が結合されて単一のアンテナ要素(または、アンテナ要素の配列)に伝達される。
図13で、qは1つの列(column)内のM個の同一な偏波(co−polarized)を有するアンテナ要素の送信信号ベクトルである。wは広帯域TXRU仮想化加重値ベクトル(wideband TXRU virtualization weight vector)であり、Wは広帯域TXRU仮想化加重値行列(wideband TXRU virtualization weight matrix)である。xはM_TXRU個のTXRUの信号ベクトルである。
ここで、アンテナポートとTXRUとのマッピングは、一対一(1−to−1)または一対多(1−to−many)でありうる。
図13で、TXRUとアンテナ要素との間のマッピング(TXRU−to−element mapping)は1つの例示を示すものであり、本発明がこれに限定されるものではなく、ハードウェア観点で、その他の多様な形態に具現できるTXRUとアンテナ要素との間のマッピングにも本発明が同一に適用できる。
2D AASを基盤に動作する3D MIMOシステムのためのコードブック設計方法
本発明では、先の図10及び図12で例示したように、2D AASのためにDFT(Discrete Fourier transform)基盤にコードブックを構成(設計)する方法を提案する。
LTE−Aでは、フィードバックチャネルの正確度を高めるために、8Tx(transmitter)コードブックのプリコーディング行列指示子(PMI:Precoding Matrix Indicator)を長期(long term)及び/又は広帯域(wideband)プリコーダであるW_1と、短期(short term)及び/又はサブ−バンド(sub−band)であるW_2の2つに分けて設計する。
2つのチャネル情報から1つの最終PMIを構成する数式は、以下の<数式15>のように、W_1とW_2との積で表現される。
<数式18>で、WはW_1とW_2から生成されたプリコーダであり、UEはこの情報を基地局にフィードバックする。norm(A)は行列Aの各列(column)別のノルム(norm)が1に正規化(normalization)された行列を意味する。
LTEに定義された8Txコードブックで、W_1とW_2の具体的な構造は、以下の<数式19>の通りである。
ここでi_1、i_2は各々W_1とW_2のインデックスを示し、
はk番目の元素の値が1であり、残りの値は0である、長さがMである選択ベクトル(selection vector)を示す。
前記のようなコードワード(codeword)構造は、交差偏波アンテナ(cross polarized antenna)を使用し、アンテナ間の間隔が稠密な場合(例えば、隣接アンテナ間の距離が信号波長の半分以下の場合)、発生するチャネルの相関(correlation)特性を反映して設計した構造である。交差偏波アンテナの場合、アンテナを水平アンテナグループ(horizontal antenna group)と垂直(vertical antenna group)に区分することができるが、各アンテナグループは均等線形配列(ULA:uniform linear array)アンテナの特性を有し、2つのアンテナグループは同一な位置(co−located)に位置できる。したがって、各グループのアンテナ間の相関(correlation)は同一な線形位相増加(LPI:linear phase increment)特性を有し、アンテナグループ間の相関(correlation)は位置回転(phase rotation)された特性を有する。
コードブックは、チャネルを量子化(quantization)した値であるので、ソース(source)に該当するチャネルの特性をそのまま反映してコードブックを設計することが必要である。
説明の便宜のために、前記構造で作ったランク(rank)1コードワードを例に挙げれば、このようなチャネル特性が<数式19>を満たすコードワードに反映されたことを確認することができる。
<数式21>で、コードワード(codeword)はN_t(Txアンテナ数)X1のベクトルで表現され、上位ベクトル
と下位ベクトル
の2つに構造化されており、各々は水平アンテナグループと垂直アンテナグループの相関(correlation)特性を示す。
は、各アンテナグループのアンテナ間の相関(correlation)特性を反映して線形位相増加(LPI)を有するベクトルで表現することが有利であり、代表的な例に、DFT行列が利用できる。
このようなコードブック構造は2D AASを使用するシステムにも適用可能であり、数式で表現すれば、以下の<数式25>の通りである。
ここで、W_1はチャネルの長期(long−term)性格を示し、広帯域(wideband)単位でフィードバックされ、W_2はチャネルの短期(short−term)性格を示し、サブバンド(subband)単位でフィードバックされ、主に選択(selection)と位相一致(co−phasing)(交差偏波アンテナの場合)の役割を遂行するようになる。また、下添字(subscript)HとVは各々水平と垂直方向を意味し、
はクロネッカー積(Kronecker product)を意味する。
W_1Vは以下の<数式19>のようなDFTコードブックD行列内の列からなるD行列の部分集合(subset)として選択される。DFTコードブックは、以下の<数式27>のように作ることができる。
<数式27>で、QVはオーバーサンプリング因子(oversampling factor)であり、NVは垂直アンテナポート(vertical antenna port)の個数である。
ここで、アンテナポートはアンテナ仮想化(antenna virtualization)によってアンテナ要素(antenna element)が該当することができ、以下、説明の便宜のために、本明細書では、アンテナポートと称する。
また、これと類似するように、W_1Hは以下の<数式28>のようなD行列内の列からなるD行列の部分集合(subset)として選択される。DFTコードブックは、以下の<数式28>のように作ることができる。
<数式28>で、Qhはオーバーサンプリング因子(oversampling factor)であり、Nhは水平アンテナポート(horizontal antenna port)の個数である。
また、前述したように、コードブック内のプリコーディング行列WはW=W1W2のように示すことができる。この際、W1は
のように導出することができる。ここで、X1はN_1xL_1行列であり、L_1個の列ベクトルで構成できる。この際、列ベクトルは長さがN_1であり、O_1倍にオーバーサンプリングされたDFTベクトル、即ち
に該当できる。また、X2はN_2xL_2行列であり、L_2個の列ベクトルで構成できる。この際、列ベクトルは長さがN_2であり、O_2倍にオーバーサンプリングされたDFTベクトル、即ち
に該当できる。ここで、N_1は第1次元(例えば、水平ドメイン)で同一な偏波当たりアンテナポートの個数を示し、N_2は第2次元(例えば、垂直ドメイン)で同一な偏波当たりアンテナポートの個数を示す。
図14は、本発明が適用できる無線通信システムにおける2D AASを例示する。
図14(a)は8トランシーバーユニット(または、送受信ユニット)(TXRU:transceiver unit)2D AASを例示し、図14(b)は12 TXRU 2D AASを例示し、図14(c)は16 TXRU 2D AASを例示する。
図14で、Mは同一な偏波(polarization)を有する単一の列(column)(即ち、第1次元)のアンテナポートの個数であり、Nは同一な偏波(polarization)を有する単一の行(row)(即ち、第2次元)のアンテナポートの個数である。Pは偏波(polarization)の次元(dimension)の個数を示す。Qは全体TXRU(アンテナポート)の個数を示す。
以下、本発明で提案するコードブックは、図14で例示する2D AASに適用可能である。また、図14で例示した2D AASに限定するものではなく、図14の例示の以外のアンテナ構成でも本発明が拡張適用できる。
まず、(M、N、P、Q)=(2,2,2,8)である場合を説明する。この場合、+45゜傾斜(slant)アンテナ(図14で、“/”アンテナ)が水平方向に2つ、垂直方向に2つずつ位置するようになり、Nh=2,Nv=2となる。
水平方向のオーバーサンプリング因子(oversampling factor)値、Qh及び垂直方向のオーバーサンプリング因子(oversampling factor)値Qvによって各々W_1HとW_1Vを構成するコードブックをなす列の個数(即ち、プリコーディング行列の個数)は各々NhQh、NvQvとなる。W_1を構成する全体コードブックC_1は、水平、垂直アンテナポートと相応するコードブックのクロネッカー積(Kroenecker product)で構成されるため、全体コードブックC_1を構成する列の数はNhQhNvQvとなり、8TXRUである場合であるので、4QhQvとなる。
このようにオーバーサンプリング因子(oversampling factor)と受信端末が基地局にフィードバックするPMIのビット数などによって、コードブックの種類が多様に構成できる。
以下、W_1に相応するフィードバックビット数をL_1、W_2に相応するフィードバックビット数をL_2と定義する。
また、前述したNhQh、NvQvのパラメータは、図14に示すように、アンテナポート数によって相異することがあり、基地局が端末にRRCシグナリングなどを通じて知らせるか、または端末と予め定義された値を使用することもできる。
本発明では、少なくともW_1行列が二重(dual)構造を有する2D AASのためのコードブックデザインでW_1とW_2を構成/設定する方法を提案する。
以下、本発明の説明において、説明の便宜のために、2Dアンテナアレイで第1次元(dimension)/ドメイン(domain)は水平次元/ドメインと称し、第2次元/ドメインは垂直次元/ドメインを称するものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、以下、本発明の説明において、特別な説明がない限り、各数式で使われる同一な変数は同一な記号で表示されることができ、同一に解析できる。
また、以下、本発明の説明において、ビーム(beam)は該当ビーム(beam)を生成するためのプリコーディング行列として解析されることができ、ビームグループはプリコーディング行列のセット(または、プリコーディングベクトルのセット)と同一な意味として解析できる。また、ビーム(beam)(または、ビーム対(beam pair))を選択するということは、該当ビーム(beam)を生成することができるプリコーディング行列(または、ベクトル)を選択するという意味として解析できる。
1.8 TXRU
図14(a)のような8 TXRU 2D AASのためのコードブックを構成する方法を説明する。以下、Qh=4,Qv=2,L1=4,L2=4である場合を仮定する。
この場合、全体コードブックC1を構成する列(column)の数は32(=NhQhNvQv=2*4*2*2)である。そして、各列(column)は4 Tx DFTベクトルで構成される。
この列(column)のうち、受信端末は基地局が転送した参照信号(例えば、CSI−RSなど)を用いて長期(long−term)/広帯域(wide band)観点から受信端末に適合したW_1のインデックスを基地局に報告(即ち、フィードバック)することができる。
この際、各インデックスに相応するW_1を構成する方法は、選択(selection)と位相一致(co−phasing)を担当するW_2行列のフィードバックビット数であるL_2と相関関係にありうる。便宜上、選択(selection)に相応するビット数をL_2S、位相一致(co−phasing)に相応するビット数をL_2Cと定義し、この際、L_2=L_2S+L_2Cの関係が成立する。
例えば、L_2S=2の場合、各インデックスに相応するW_1は4個の列からなることができる。この場合、W_1とW_2を構成する方法は、次の通りである。
まず、内部プリコーダ(inner precoder)W1は最初のコードブックから選択できる。
本発明に従う一実施形態として、W_1を次の<数式32>のように構成することができる。
ここで、i_1はW_1(即ち、プリコーディング行列のセット)のインデックス(即ち、W_1を特定するための第1のPMI)を示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックス(即ち、プリコーディング行列のセット内で選択されたプリコーディングを特定するための第2のPMI)である。
前述したように、全体コードブックC1を構成する列(column)の数はNhQhNvQv個(<数式32>の場合、32)であり、各々の列(column)はプリコーディング行列(または、プリコーディングベクトル)(W_m)に該当し、mのインデックスとして識別できる。
また、全体コードブックC1を構成するプリコーディング行列を2次元形態に示すことができ(以下の図15参照)、この場合、各々のプリコーディング行列(W_m)は、第1次元(即ち、水平次元)でのインデックスhと第2次元(即ち、垂直次元)でのインデックスvに特定できる。即ち、インデックスmは(h、v)のようなインデックス対に一対一にマッピングできる。
また、第1次元のインデックスhにより第1次元アンテナポートのための第1行列(または、第1ベクトル)(例えば、水平成分の行列(または、ベクトル))v_hが特定され、第2次元のインデックスvにより第2次元アンテナポートのための第2行列(または、第2ベクトル)(例えば、水平成分の行列(または、ベクトル))v_vが特定できる。そして、w_mはDFT行列の形態を有し、v_hとv_vのクロネッカー積(Kronecker product)で生成できる。
i_1により全体コードブックで1つ以上のプリコーディング行列で構成されるプリコーディング行列のセット(例えば、4個のプリコーディング行列)が定まり、定まったプリコーディング行列のセット内でi_2により1つのプリコーディング行列が定まることができる。言い換えると、i_1によりプリコーディング行列のセットに属する1つ以上のプリコーディング行列のプリコーディング行列インデックスm値、またはプリコーディングインデックス対(h、v)の値が定まることができる。そして、定まったプリコーディング行列のセット内でi_2により1つのプリコーディング行列インデックスm値、またはプリコーディングインデックス対(h、v)の値が定まることができる。
前記の<数式32>を図式化すると、図15の通りである。
図15は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図15で、0−31の数字は全体コードブックC_1を構成する列(即ち、プリコーディング行列w_m)のインデックスを示す。即ち、全体プリコーディング行列のインデックスmを示す。mは0からN_h*Q_h*N_v*Q_v値を有することができる。
また、図15では全体コードブックC_1を構成する列(即ち、プリコーディング行列w_m)を2次元の形態に示すものである。h、vは全体コードブックC_1を構成する各列(即ち、プリコーディング行列w_m)の水平成分に対するインデックス(即ち、w_mを構成するDFTベクトルのうち、水平成分に対するインデックス)、垂直成分に対するインデックス(即ち、w_mを構成するDFTベクトルのうち、垂直成分に対するインデックス)を示す。即ち、hは0ないしN_h*Q_h値(図15の場合、0〜7)を有することができ、vは0からN_v*Q_v値(図15の場合、0から3)を有することができる。
また、図15で図示された各ボックスは、W_1(i_1)(即ち、W_1(0)、W_1(1)、W_1(2)、W_1(3))を示す。即ち、i_1によりW_1(i_1)のボックスが定まることができる。図15を参照すると、W_1(0)は、m=0、1、2、3のプリコーディング行列で構成できる。これを水平次元でのインデックスと垂直次元でのインデックスの対で表記すれば、(h,v)=(0,0)、(1,0)、(2,0)、(3,0)であるプリコーディング行列で構成できる。W_1(1)は、m=2、3、4、5のプリコーディング行列(即ち、(h,v)=(2,0)、(3,0)、(4,0)、(5,0)であるプリコーディング行列)で構成できる。W_1(2)は、m=4、5、6、7のプリコーディング行列(即ち、(h,v)=(4,0)、(5,0)、(6,0)、(7,0)であるプリコーディング行列)で構成できる。W_1(3)は、m=6、7、0、1であるプリコーディング行列で構成(即ち、(h,v)=(6,7)、(7,0)、(0,0)、(1,0)であるプリコーディング行列)できる。W_1(4)からW_1(15)に対しても同一な方式により構成できる。
このように、W_1は固定された(同一な)垂直成分に対して、各々4個の水平成分の部分集合で構成され、連続する(隣接した)W_1間に水平成分2つずつ重複(overlap)できる。即ち、水平次元方向に連続する(隣接した)W_1間に2つのプリコーディング行列が重複(overlap)する。これをまた表現すると、水平次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)は2に該当することができる。例えば、図15のようにW_1のインデックスが0−3であるW_1を構成するプリコーディング行列(w_m)は、全て同一な垂直成分行列
で構成できる。
図15のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x+3,y)に該当することができる。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
これを先の例のように、水平次元と垂直次元でのインデックス対で表現すれば、(h,v)、(h+1,v)、(h+2,v)、(h+3,v)の通りである。以下、本明細書で説明した異なるコードブック構成方式でも同様に、x,yのインデックスは水平次元と垂直次元で考慮した場合に、h、vに代替できる。
水平次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)によって、x値が有することができる値が相異するように定まることができる。例えば、図15の例示のように第1次元(例えば、水平次元)方向で間隔(spacing)が2の場合、xは2の倍数の値を有することができる。一方、第1次元(例えば、水平次元)方向で間隔(spacing)が1の場合、xは1の倍数の値を有することができる。同様に、垂直次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)によってy値が有することができる値が相異するように定まることができる。
以下、本発明の説明において、先の<数式32>及び図15に対する説明と同一な部分に対しては別途の説明を省略し、差がある部分を中心として説明する。
他の実施の例として、W_1を次の<数式34>のように構成することもできる。
前記の<数式22>を図式化すると、図16の通りである。
図16は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図16を参照すると、W_1が各々垂直、水平成分2つずつ有しており、連続するW_1間に1つの水平成分が重複(overlap)する。即ち、水平次元方向に連続する(隣接した)W_1間に2つのプリコーディング行列が重複(overlap)する。これをまた表現すると、水平次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)は1に該当することができる。
例えば、W_1のインデックスが0−7の場合、W_1に含まれるw_mは垂直成分行列
で構成できる。また、W_1のインデックスが8−15の場合、W_1に含まれるw_mは垂直成分行列
で構成できる。
図16のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x,y+1)、(x+1,y+1)に該当することができる。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
水平次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)によって、x値が有することができる値が相異するように定まることができる。例えば、第1次元(例えば、水平次元)方向で間隔(spacing)が2の場合、xは2の倍数の値を有することができる。一方、図16の例示のように水平次元方向で間隔(spacing)が1の場合、xは1の倍数の値を有することができる。同様に、垂直次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)によってy値が有することができる値が相異するように定まることができる。
更に他の実施の例として、W_1を次の<数式37>のように構成することもできる。
前記の<数式37>を図式化すると、図17の通りである。
図17は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図17を参照すると、ビームグルーピング時、垂直ドメインの長さがμだけ設定できる。図17ではμ=2の場合を例示する。
図17のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x,y+μ)、(x+1,y+μ)に該当することができる。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
そして、水平次元方向に連続する(隣接した)W_1間に2つのプリコーディング行列が重複(overlap)する。これをまた表現すると、水平次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)は1に該当することができる。
更に他の実施の例として、W_1を次の<数式38>のように構成することもできる。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。
前記の<数式38>を図式化すると、図18の通りである。
図18は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図18を参照すると、W_1が各々垂直、水平成分2つずつ有しており、連続するW_1間に1つの垂直成分が重複(overlap)する。即ち、垂直次元方向に連続する(隣接した)W_1間に2つのプリコーディング行列が重複(overlap)する。これをまた表現すると、垂直次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)は1に該当することができる。
例えば、W_1のインデックスが{0,4,8,12}である場合、W_1に含まれるw_mは水平成分行列
で構成されることができ、W_1のインデックスが{1,5,9,13}である場合、W_1に含まれるw_mは水平成分行列
で構成できる。
図18のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+1,y)、(x+1,y+1)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
そして、垂直次元方向に連続する(隣接した)W_1間に2つのプリコーディング行列が重複(overlap)する。これをまた表現すると、垂直次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)は1に該当することができる。
更に他の実施の例として、W_1を次の<数式41>のように構成することもできる。
前記の<数式41>を図式化すると、図19及び図20の通りである。
図19は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図19を参照すると、W_1はジグザグ(zig−zag)パターン(または、チェックパターン)で構成できる。即ち、W_1(0)の場合、{w_0,w_2,w_9,w_11}で構成できる。
図19のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+2,y)、(x+1,y+1)、(x+3,y+1)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
そして、水平次元方向に連続する(隣接した)W_1間に2つのプリコーディング行列が重複(overlap)する。これをまた表現すると、水平次元方向で連続する(隣接した)プリコーディング行列のセット間の間隔(spacing)は2に該当することができる。
先の図19の例示では、W_1のパターンはW_1のビームグループが{w_0,w_2,w_9,w_11}である場合を考慮した結果である。
また、前記ジグザグ(Zig−zagパターン)(または、チェックパターン)の余集合でW_1が構成できる。
図20は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図20を参照すると、先の図19の例示のようなジグザグ(Zig−zagパターン)(または、チェックパターン)を{w_0,w_1,w_2,w_3,w_8,w_9,w_10,w_11}からなる2X4の矩形ビームグループで、余集合{w_1,w_3,w_8,w_10}を考慮した場合を例示する。
図20のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x+1,y)、(x,y+1)、(x+2,y+1)、(x+3,y)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
図20の場合、W_1ビームグループ(即ち、プリコーディング行列のセット)間の間隔(spacing)が2である場合を考慮したものであり、以下に記述されるジグザグ(Zig−zagパターン)(または、チェックパターン)に対しても、前述した図20に示されるジグザグ(Zig−zagパターン)(または、チェックパターン)の実施形態が容易に適用されることは自明である。
前述したジグザグ(zig−zag)パターン(または、チェックパターン)の場合、水平に隣接したプリコーディング行列のセット間の列のインデックスが1または2離れた場合のみを説明したが、これを一般化することができる。これを数式で表現すると、次の<数式42>の通りである。
前記の<数式42>を図式化すると、図21の通りである。
図21は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図21を参照すると、W_1を構成するw_mは水平に列のインデックスがa、b値だけ、垂直に列のインデックスがc値だけ離れたことを考慮することができる。
図21のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、N(x,y)、(x+a,y)、(x+b,y+c)、(x+a+b,y+c)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
前記のジグザグパターンの構成方式の場合、水平に各々Bh個のW_1が存在し、このようなW_1グループが垂直には総Bv/2個が存在する。これと類似するように、水平に各々Bh/2個のW_1を作り、このようなW_1グループが垂直にBv4個が存在するように作ることができるが、これを数式化すると、以下の<数式43>の通りである。
前記の<数式42>は、<数式14>はジグザグ(Zig−zagパターン)(または、チェックパターン)の一般化した数式を示す。<数式42>で、3個のパラメータa、b、及び/又はcを調整すれば、前述した正方形パターン(square pattern)(図18参照)を導出することができる。即ち、先の<数式42>で、に設定すれば、正方形パターン(square pattern)(図18参照)を導出することができる。または、図22のようなブロック形態のパターンが導出できる。
図22は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図22を参照すると、先の<数式42>で、a=0、b=2、c=0に設定すれば、図22(a)のようなパターンが構成できる。図22のパターンの場合、ビームグループ間隔(spacing)を2に設定すれば、ビームグループ間の重複無しで、ビーム−グリッド(GoB:grid of beam)の全ての領域をカバーすることができる長所がある。
図22(a)のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y+1)、(x+3,y+1)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
また、図22(b)は2X4ビームグループで図22(a)の余集合を示す。図22(b)のようなW_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y+1)、(x+1,y+1)、(x+2,y)、(x+3,y)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
また、このような特徴を有するパターンには、図23のような“V”パターンも考慮することができる。
図23は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図23(a)のように、<数式42>で3個のパラメータa、b、及び/又はcを調整すれば、“V”パターンが導出できる。
図23(a)のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y+1)、(x+2,y+1)、(x+3,y)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
図23(b)は、2X4ビームグループで図23(a)の余集合を示す。
図23(b)のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y+1)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x+3,y+1)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
図23(c)は、Vパターンの1つの実施形態を示す。この際、水平に8個のビームがある状況を考慮したものであり、ビームグループは横に2ずつ離隔(spacing)する状況を例示する。
前述した図22及び図23のパターンの場合、全てのGoBをカバーすることができる長所があるが、W_1が偶数または奇数のみを選択するものとして表現できるコードブックサブサンプリング(codebook subsamping)を考慮する場合、重複を許容する図20で例示された図19で例示されたジグザグ(Zig−zagパターン)(または、チェックパターン)に比べて、サブサンプリング(subsampling)の許容時、GoBを均等でなくカバーするようになって、その性能劣化が発生することもある。
今まで、W_1が4個の列で構成される実施形態を記述した。これを用いた時、W_2を構成する方法は、以下の通りである。
転送ランク(tranmission rank)が1の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
ランク1の場合、前述したようにW_1が構成され、W_1に含まれるプリコーディング行列(または、ベクトル)のうち、1つのプリコーディング行列が選択できる。
本発明に従う一実施形態において、W_2を次の<数式45>のように構成することができる。
ここで、ekはk番目の元素のみが1の値を有し、残りは0の値を有する選択(selection)ベクトルである。k(即ち、選択インデックス)の値(即ち、1から4のうちの1つの値)はi_2により定まる。
即ち、プリコーディング行列のセットW_1に属したプリコーディング行列のうち、k番目のプリコーディング行列が選択され、kはプリコーディング行列内に属したプリコーディング行列を区分するためのインデックスを意味することもできる。
この際、kは先の<数式32>のようなW_1を構成するための数式でW_1に属したw_mの左側から右側への順にインデクシングできる。
または、プリコーディング行列のセットW_1内に属したプリコーディング行列w_mは第1次元のインデックス(即ち、xまたはh)が増加する順に、その次に第2次元のインデックス(即ち、yまたはv)が増加する順にk値がインデクシングできる。例えば、先の図19の例示で、{w_0,w_2,w_9,w_11}は順に各々k={1,2,3,4}にインデクシングできる。または、反対に、第2次元のインデックス(即ち、yまたはv)が増加する順に、その次に第1次元のインデックス(即ち、xまたはh)が増加する順にk値がインデクシングできる。例えば、先の図19の例示で、{w_0,w_9,w_2,w_11}は順に各々k={1,2,3,4}にインデクシングできる。
または、プリコーディング行列のセットW_1内に属したプリコーディング行列w_mは、第1次元のインデックス(即ち、xまたはh)が増加する順にk値がインデクシングされることもできる。例えば、先の図19の例示で、{w_0,w_9,w_2,w_11}は順に各々k={1,2,3,4}にインデクシングできる。
φは偏波アンテナポート(polarization antenna port)グループ間の位相一致(co−phasing)の役割を遂行する。言い換えると、φはクロス−偏波アンテナ(cross−plarization)で第1偏波アンテナポートと第2偏波アンテナポートとの間の位相を調節するための因子を示し、
のうちの1つに定まることができる。
<数式45>で示されるように、L_2S=2、L_2C=2で、全体L_2は4ビットとなる。
先の例示した図15から図20から見ることができるように、互いに連接したW1同士は2つのビームが互いに重複(overlap)する。即ち、図15の例示のように、W_1(0)は{0,1,2,3}のビームグループからなっており、W_1(1)は{2,3,4,5}のビームグループで構成され、{2,3}が重複(overlap)する。この場合、全体コードブックのビームレゾリューション(resolution)を高めることができる方法のうちの1つは、選択ベクトル(selection vector)eiに回転係数(rotation coefficient)(例えば、
)を掛けることができる。ここで、
、あるいはシステム性能に合せた任意の回転係数に該当することができる。
より具体的に、回転係数(rotation coefficient)は
、あるいは任意の値が設定できる。
この場合、<数式45>は以下の<数式50>で表現できる。
ここで、iは選択ベクトルeiのインデックスである。
転送ランク(tranmission rank)が2の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
ランク2以上の場合、ランク1の場合と同様に、プリコーディング行列のセットに含まれたプリコーディング行列のうちの1つのプリコーディング行列が選択できる。この際、プリコーディング行列は各レイヤ別に適用されるプリコーディングベクトルで構成できる。そして、前述したように、W_1が構成され、W_1に含まれるプリコーディングベクトルのうち、各レイヤ別に適用されるプリコーディングベクトルが選択できる。即ち、ランク2以上の場合でプリコーディングベクトルのセットは、ランク1の場合でプリコーディング行列のセットに該当することができる。そして、各レイヤ別に選択されたプリコーディングベクトルで構成されるプリコーディング行列が導出できる。したがって、ランク2以上の場合、プリコーディング行列のセットは、各レイヤに対するプリコーディングベクトルの多様な組み合わせによって生成されたプリコーディング行列の集合を意味することができる。
本発明に従う一実施形態として、W_2を次の<数式52>のように構成することができる。
<数式52>に示されるように、L_2S=3、L_2C=1で、全体L_2は4ビットとなる。
ランクが2の場合にも、<数式50>と同様にαiを導入することができ、これを数式で示すと、以下の<数式53>の通りである。
ランク1に相応する<数式45>及び<数式50>、ランク2に相応する<数式52>及び<数式53>は、互いに組み合わせわせて使用できる。より具体的な実施形態に、<数式45>と<数式52>の組み合わせ、<数式50>と<数式53>の組み合わせ、<数式50>と<数式52>の組み合わせ、あるいは<数式50>と<数式53>の組み合わせによりW_2が構成できる。
<数式50>と<数式53>の場合のように、後述するコードブックW_2を構成する時、特定回転係数(rotation coefficient) αiを考慮したコードブックも利用できる。
今まで、L_1=4、L_2=4の場合を考慮した。しかしながら、固定されたL_2=4に対し、L_1を5、6、7、8、9ビットなどに拡張する時、前述したW_1を構成するパターン(図15から図23)を容易に拡張適用して使用することができる。図15から図23に示された32個のビームは、オーバーサンプリング因子(oversampling factor)とアンテナポート(antenna port)の次元数(dimensionality)により決定される。即ち、全体ビームの数はBT=NhQhNvQvであり、列の個数は水平DFT行列であるW_1Hの列の個数Bh=NhQh、行の個数は垂直DFT行列のW_1Vの列の数であるcBh=NhQhとなる。オーバーサンプリング(Oversampling)に従うL_1ビット数は、以下の<表6>のように整理できる。
<表6>は(2,2,2,8)AASで、L_2が4の時、オーバーサンプリング(oversampling)に従うL_1ビット数を例示する。
これを用いて先の<数式32>を一般化して表現すると、以下の<数式54>の通りである。即ち、<表6>のようなL_1ビット数が決定/設定されれば、これによって<数式54>のような形態に本発明で提案するW_1構成方式が一般化できる。
また、水平部分は既存に存在する3GPPリリーズ(realease)−12の4Txコードブックを使用することもできる。この場合、<数式54>は以下の<数式55>のように表現できる。
ここで、μは同一なW_1グループ内のビーム同士の間隔を意味し、μ=8の場合、水平方向は既存リリーズ−12 4 Txコードブックと同一である。
先の<数式34>、<数式37>、<数式38>、<数式42>、及び<数式43>は、一般化された<数式54>で関数m(i1,i2)を変更すれば、一般化が可能である。
<数式54>で、関数m(i1,i2)を以下の<数式56>のように変更すれば、<数式34>を一般化することができる。
また、<数式54>で関数m(i1,i2)を以下の<数式57>のように変更すれば、<数式37>を一般化することができる。
また、<数式54>で関数m(i1,i2)を以下の<数式58>のように変更すれば、<数式38>を一般化することができる。
また、<数式54>で関数m(i1,i2)を以下の<数式59>のように変更すれば、<数式42>を一般化することができる。
また、<数式54>で関数m(i1,i2)を以下の<数式60>のように変更すれば、<数式43>を一般化することができる。
また、<数式54>でW_1を構成する列のインデックスの集合を水平でない垂直に縛る方法も可能であり、これを数式で示すと、以下の<数式61>の通りである。
W_1を構成するベクトルが4個である更に他の実施形態として、W_1を次の<数式62>のように構成することができる。
前記の<数式62>を図式化すると、図24の通りである。
図24は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図24を参照すると、バックスラッシュ(back slash)パターンでW_1が構成できる。図24のようなバックスラッシュパターンの場合、W_1を構成するビームの間隔が9に設定できる。
図24のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y+1)、(x+2,y+2)、(x+3,y+3)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
また、W_1を構成するビームの間隔を8に設定すれば、垂直ストライプ(vertical stripe)パターンを構成することができる。
<数式62>でm(i1,i2)を以下の<数式63>に変更すれば、これを一般化することができる。
ここで、μはW_1を構成するビームベクトルの間の一定の間隔を示す。i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。
図17及び図21(または、図22、図23)のようにW_1を構成する時、構成されるビームのインデックスが水平あるいは垂直に連続するか、またはギャップ(gap)が設定されることによって、W_1が構成できる。
また、与えられた垂直ドメインの1つに水平成分のビームのみで構成される<数式54>、<数式55>がある。<数式54>は水平に連続するビームからなり、<数式55>は水平に8の間隔を有するビームから構成される。
このようなコードブック構成方法は、基地局アンテナレイアウト(layout)に従って適応的に適用できる。即ち、アンテナポートレイアウト(layout)が水平に広い場合(例えば、TXRUサブアレイモデルなど)、W_1内にビームが間隔の広い<数式55>を用いるか、または図21(または、図22、図23)の水平間隔を定める変数を相対的に広く設定することができる。
反対に、水平アンテナポートレイアウト(layout)が狭い場合は<数式54>を用いるか、または図21(または、図22、図23)の水平間隔を定める変数を相対的に狭く設定することができる。垂直の場合も同様の方式により拡張適用することができる。また、垂直あるいは水平ビームの細分化(granularity)に従って、図17、図21(または、図22、図23)のビーム間隔を決定する変数を用いて適応的に設定することができる。
今までは2D AASで長期(long−term)観点のW_1のフィードバックビット数を増加させる場合を説明した。これは、システムオーバーヘッド観点で、短期(short−term)W_2のフィードバックビット数を増加させる場合より有利である。しかしながら、大規模アンテナポートを使用する2D AASではW_2のビット数を増加させる場合も考慮することができる。
本発明に従う他の実施形態として、図14(a)のような8 TXRU 2D AASのためのコードブックを構成する方法を説明する。以下、Qh=16,Qv=4、L1=6の場合を仮定する。
この場合、全体コードブックはC_1を構成する列(column)の数は256個(=NhQhNvQv=2*16*2*4)である。そして、各列(column)は4 Tx DFTベクトルで構成される。
このC_1の列(column)のうち、W_1はi_1に従って8個のDFTベクトル(即ち、8個の列)からなることを考慮することができる。この場合にも、L_2=4の場合と類似するようにW1を構成する多数個のパターンを考慮することができる。
本発明に従う一実施形態として、W_1を次の<数式64>のように構成することができる。
前記の<数式64>を図式化すると、図25の通りである。
図25は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図25で、0−255の数字は全体コードブックC_1を構成する列のインデックスを示し、h、vは各々C_1の元素であるW_1内のw_mを構成するDFTベクトルのうち、水平、垂直成分を示す。
図25を参照すると、W_1は8個の列で構成され、隣接したi_1を有するW_1の間には4個のビームが重複(overlap)できる。
図25のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x+3,y)、(x+4,y)、(x+5,y)、(x+6,y)、(x+7,y)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
<数式64>を一般化すれば、以下の<数式65>の通りである。
他の実施の例として、W_1を次の<数式66>のように構成することもできる。
前記の<数式66>を図式化すると、図26の通りである。
図26は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図26を参照すると、W_1は水平成分が4個、垂直成分が2個で構成され、隣接したi_1を有するW_1間には2個の水平成分が重複(overlap)できる。
図26のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x+3,y)、(x,y+1)、(x+1,y+1)、(x+2,y+1)、(x+3,y+1)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
他の実施の例として、W_1を次の<数式67>のように構成することもできる。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。B_hは水平アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示し、B_vは垂直アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示す。
前記の<数式67>を図式化すると、図27の通りである。
図27は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図27を参照すると、W_1は水平成分が4個、垂直成分が2個で構成され、隣接したi_1を有するW_1間には1個の垂直成分が重複(overlap)できる。
図27のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x+3,y)、(x,y+1)、(x+1,y+1)、(x+2,y+1)、(x+3,y+1)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
他の実施の例として、W_1を次の<数式68>のように構成することもできる。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。B_hは水平アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示し、B_vは垂直アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示す。
前記の<数式68>を図式化すると、図28の通りである。
図28は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図28を参照すると、W_1は水平成分が2個、垂直成分が4個で構成され、隣接したi_1を有するW_1間には2個の垂直成分が重複(overlap)できる。
図28のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x,y+1)、(x+1,y+1)、(x,y+2)、(x+1,y+2)、(x,y+3)、(x+1,y+3)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
他の実施の例として、W_1を次の<数式69>のように構成することもできる。
前記の構成方式の場合、水平に各々Bh個のW_1が存在し、このようなW_1グループが垂直には総Bv/2個が存在する。これと類似するように、水平に各々Bh/2個のW_1を作り、このようなW_1グループが垂直にBv4個が存在するように作ることができるが、これを数式化すると、以下の<数式70>の通りである。
前記の<数式69>を図式化すると、図29の通りである。
図29は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図29を参照すると、4X4正四角形に属した列インデックスのうち、W_1を構成するビームベクトルをチェックパターンで8個選択できる。<数式69>はこれを一般化した数式である。
図29のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y+1)、(x+2,y)、(x+3,y+1)、(x,y+2)、(x+1,y+3)、(x+2,y+2)、(x+3,y+3)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
先の<数式64>から<数式70>を用いてW_1を構成した時、W_2を構成する方法は、次の通りである。
転送ランク(tranmission rank)が1の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
本発明に従う一実施形態として、W_2を次の<数式72>のように構成することができる。
<数式72>に示されるように、L_2S=3、L_2C=2で、全体L_2は5ビットとなる。
転送ランク(tranmission rank)が2の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
本発明に従う一実施形態として、W_2を次の<数式74>のように構成することができる。
<数式74>に示されるように、L_2S=4、L_2C=1で、全体L_2は5ビットとなる。
ここで、選択ベクトルの組み合わせは、次のような方法により求めることができる。
1)同一なベクトルの組み合わせで8対(pair)を作り、残りの8対は互いに連接したベクトルの組み合わせを優先に埋める方法
この方法の一例に、以下の<数式75>のように構成することができる。
2)最終コードブックWを計算した時、できる限り全ての対に対してコーダル距離(chordal distance)が最大化されるようにベクトルの組み合わせを構成する方法
ここで、行列AとBのコーダル距離(chordal distance)は、以下の<数式76>のように定義される。
<数式76>で、‖.‖F はフロベニウスノルム(Frobenius norm)演算を意味する。この方法の一例に、先の<数式74>のように構成できる。
3)以下の<数式77>のように同一なベクトルの組み合わせで8対を作り、位相一致(co−phasing)を2ビット作って、総5ビットを作る組み合わせが利用されることもできる。
また、L_2=6ビットを考慮すれば、次のようなW_2構成を考慮することができる。
転送ランク(tranmission rank)が1の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
本発明に従う一実施形態として、W_2を次の<数式79>のように構成することができる。
<数式79>に示されるように、L_2S=3、L_2C=3で、全体L_2は6ビットとなる。
転送ランク(tranmission rank)が2の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
本発明に従う一実施形態として、W_2を次の<数式81>のようで構成することができる。
<数式81>に示されるように、L_2S=4、L_2C=2で、全体L_2は6ビットとなる。
本発明に従う他の一実施形態として、W_2を次の<数式82>のように構成することができる。
<数式82>に示されるように、L_2S=5、L_2C=1で、全体L_2は6ビットとなる。
先の<数式74>で説明した(Y_1、Y_2)対を定める方式は、<数式81>及び<数式82>にも同一に適用できる。
2.12 TXRU
図14(b)のような12 TXRU 2D AASのためのコードブックを構成する方法を説明する。図14(b)のように、12 TXRUのような場合、2Dアンテナパネルの形態に従って、(3,2,2,12)と(2,3,2,12)の2つの場合に分けられる。
以下、説明の便宜のために、(2,3,2,12)の場合について説明するが、本発明がこれに限定されるものではなく、(3,2,2,12)の場合も後述する(2,3,2,12)コードブック設計方式と類似するようにコードブックを拡張適用することができる。
まず、Qh=2,Qv=2,L1=4の場合を仮定する。
この場合、水平に3 Txアンテナポート、垂直に2 Txアンテナポートを有しているので、最終W_1を構成する列は6 Tx DFTベクトルで構成され、構造は次の<数式83>の通りである。
ここで、mは8 TXRUの場合と同様に、i_1、i_2の関数で与えられる。
まず、8 TXRUの場合と同様に、W_1を構成する列の個数(即ち、ビームの数)が全体コードブックC_1で4個であることを選択した場合を先に考慮することができる。
本発明に従う一実施形態として、W_1を次の<数式84>のように構成することができる。
前記の<数式84>を図式化すると、図30の通りである。
図30は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図30を参照すると、列の数が2の冪数でないので、固定された垂直インデックスに対し、W_1が3個ずつ構成することができ、総12個のW_1を構成することができる。
図30のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x+3,y)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
与えられたL_1=4を用いて構成することができるW_1は、総16個である。この際、12個のW_1のみ使用する場合と、16個のW_1を使用する場合を考慮することができる。
1)12個のW_1のみ使用する場合
先の<数式54>を用いてW_1が構成できる。
仮に、W_1に対する(端末の)フィードバック情報を(基地局が)デコーディングして得た結果が12、13、14、15値を得るようになれば、(基地局は)W_1に対してエラーが発生したと判断することができる。
本発明では、このようにW_1フィードバックのような特定報告タイプ(reporting type)内に予約された状態(reserved states)(例えば、前記の例では12、13、14、15)が存在する時、これを活用して受信端でエラーチェックできるようにすることができる。これによって、その次に繋がるフィードバック時点(feedback instances)が該当エラーにより無意味な報告になることを防止することができる一連の技術を提案する。例えば、次のような方法のうち、少なくとも1つの方法が適用できる。
1−A)基地局は非周期的なCSI要請(Aperiodic CSI request)信号/メッセージを端末に転送することによって、W_1を含んだCSI情報を非周期的なフィードバックを通じてまた受信することができる。
1−B)周期的なフィードバックチェーン(Periodic feedback chain)を用いる場合、基地局は誤り発生したW_1が次の周期に報告される時まで、受信されるその他のCSI(例えば、W_1とフィードバック階位が低いか、または周期が短いCSI、一例に、W_2及び/又はCQIなど)を全て無視することができる。
1−C)周期的なフィードバックチェーン(Periodic feedback chain)を用いる場合、基地局は特定B−ビット指示子(例えば、B=1)を#n番目のサブフレーム(SF:subframe)にシグナリング(例えば、DCI)して、(誤りが発生した)報告タイプ(例えば、W_1)をオーバーライディング(overriding)して例外的に再転送を行うようにすることができる。
ここで、B−ビット指示子により、#(n−k)SFの以前に(例えば、kは予め定義されるか、または端末に設定できる)最も最近に報告された前記特定報告タイプ(例えば、W_1)をフィードバックしたCSIプロセス(CSI process)に対して(誤りが発生した)報告タイプ(例えば、W_1)をオーバーライディング(overriding)して例外的に再転送を行うようにすることができる。そして/または、該当CSIプロセスが前記予約された状態(reserved states)などが含まれた特定Xポート(例えば、X=12)CSI報告が設定された場合、該当CSIプロセスの#n SFの以後、最初に表れる特定の周期的な報告時点(periodic reporting instance(s))に前記(誤りが発生した)報告タイプ(例えば、W_1)をオーバーライディング(overriding)して例外的に再転送を行うようにすることができる。
また、不必要なアップリンクオーバーヘッド(uplink overhead)を防止するために、次の有効な前記(誤りが発生した)報告タイプ(例えば、W_1)のCSI報告時点(CSI reporting instance)が表れる以前までのその他のCSI(例えば、W_1とフィードバック階位が低いか、または周期が短いCSI、一例に、W_2及び/又はCQIなど)を全てドロップ(drop)するように(即ち、端末が転送しないように)定義されるか、または端末に設定できる。
このような動作の支援を通じて、エラーが発見された特定の周期的なCSI報告時点(periodic CSI reporting instance)の以後の連続した周期的なCSI報告時点に対して不必要なアップリンクオーバーヘッドを防止するか、または直ちにCSI報告の再転送を指示することによって、効果的な周期的報告が遂行されるようにする長所がある。
2)16個のW_1のみ使用する場合
追加的に4個のW_1構成パターンを追加する方法であって、これを一般化された数式で示すと、以下の<数式85>の通りである。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。B_hは水平アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示し、B_vは垂直アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示す。
前記の<数式85>を図式化すると、図31の通りである。
図31は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図31では、先の<数式85>でi_1=12、13、14、15の場合、垂直パターンを考慮した場合を例示する。
他の実施の例には、先の図18から図21(または、図22、図23)のパターンが適用できる。
W_1を構成する列の個数が4であるので、L_2=4の場合、W_2を構成する方法は、先に記述した<数式45>または<数式52>を用いて構成できる。
前述した例では、L_1=4であり、先の<数式45>を用いる場合を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、先の<表6>で例示された全ての場合に対して先の<数式54>から<数式61>を用いて前記の方式を容易に拡張して適用することができる。
次に、W_1を構成する列の個数(即ち、ビームの数)が6の場合を考慮することができる。
本発明に従う一実施形態として、W_1を次の<数式86>のように構成することができる。
前記の<数式86>を図式化すると、図32の通りである。
図32は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図32を参照すると、W_1をなす列のインデックスが与えられた垂直成分インデックスに対して水平に連続的な場合である。
図32のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x+3,y)、(x+4,y)、(x+5,y)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
他の実施形態として、<数式86>で関数m(i1,i2)を以下の<数式87>のように変更することによって、W_1を構成することができる。
<数式87>のような関数m(i1,i2)が適用された<数式86>を図式化すると、図33の通りである。
図33は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図33を参照すると、水平成分3個と垂直成分2個を有するDFTベクトルからなる矩形状のパターンでW_1が構成できる。この場合、垂直に連接したW_1同士は3個のビームが重複(overlap)する。
図33のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x,y+1)、(x+1,y+1)、(x+2,y+1)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
図32及び図33の例示の他にも、W_1間に2つのビームがoverlapする場合を考慮することができる。しかしながら、12 TXRUの場合にはW1のインデックスが2の冪数で表現できないので、前述したW_1を4個のビームで構成する場合のように、インデックスを全て使用できない場合が生じる。
これを数式で示すと、以下の<数式88>の通りである。先の<数式85>で関数m(i1,i2)を以下の<数式88>のように変更することによって、W_1を構成することができる。
前記の<数式88>を図式化すると、図34の通りである。
図34は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図34のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x+2,y)、(x,y+1)、(x+1,y+1)、(x+2,y+1)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
また、先の<数式85>で関数m(i1,i2)を以下の<数式89>のように変更することによってW_1を構成することができる。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。B_hは水平アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示し、B_vは垂直アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示す。
前記の<数式89>を図式化すると、図35の通りである。
図35は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図35のようなW_1の構成方法を一般的に表現すると、W_1を構成するプリコーディング行列の第1次元でのインデックスと第2次元でのインデックスの対は、(x,y)、(x+1,y)、(x,y+1)、(x+1,y+1)、(x,y+2)、(x+1,y+2)に該当する。ここで、x及びyは負数でない整数に該当する。
先の<数式86>から<数式89>を用いてW_1は6個の列で構成され、この際、W_2を構成する方法は、次の通りである。
転送ランク(tranmission rank)が1の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
本発明に従う一実施形態として、W_2を次の<数式91>のように構成することができる。
<数式76>で示されるように、L_2S=3、L_2C=2で、全体L_2は5ビットとなる。
転送ランク(tranmission rank)が2の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
本発明に従う一実施形態として、W_2を次の<数式93>のように構成することができる。
<数式93>に示されるように、L_2S=4、L_2C=1で、全体L_2は5ビットとなる。
また、以下の<数式94>のように、ランク2を構成する時、ビーム対を自身のビームで構成された場合、3ビットと位相一致(co−phasing)2ビットを考慮することができる。
先の<数式91>から<数式94>はL_2=5ビットである場合を例示しているが、L_2=6ビットである場合、次の通りである。
転送ランク(tranmission rank)が1の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
W_2を次の<数式96>のように構成することができる。
<数式79>に示されるように、L_2S=3、L_2C=3で、全体L_2は6ビットとなる。
転送ランク(tranmission rank)が2の場合、外部プリコーダ(outer precoder)W2は2番目のコードブック
から選択できる。
W_2を次の<数式98>のように構成することができる。
<数式98>に示されるように、L_2S=4、L_2C=2で、全体L_2は6ビットとなる。
または、W_2を次の<数式99>のように構成することができる。
<数式98>に示されるように、L_2S=5、L_2C=1で、全体L_2は6ビットとなる。
<数式97>及び<数式99>の場合、各々L_2Sが3ビットと5ビットで構成されているので、各々(Y_1、Y_2)対を8個と32個を表現することができる。しかしながら、<数式97>及び<数式99>から見ることができるように、(Y_1、Y_2)対が6個と21個の場合しかないので、この場合を除外した対を指示するインデックスが端末からフィードバックされれば、基地局は転送誤りと認識し、この場合、基地局は次の通り動作することができる。
2−A)非周期的なCSI要請(Aperiodic CSI request)信号/メッセージを受信端末に送信して、W_2の情報を非周期的なフィードバックを通じてまた受信することができる。
2−B)周期的なフィードバックチェーン(Periodic feedback chain)を用いる場合、基地局は誤りが発生したW_2が次の周期に報告される時まで、受信されるその他の特定CSIを無視することができる。
2−C)または、先の1−C)で説明した提案動作方式を誤りが発生したW_2に対して類似するように適用することができる。
周期的なフィードバックチェーン(Periodic feedback chain)を用いる場合、基地局は特定B−ビット指示子(例えば、B=1)を#n番目のサブフレーム(SF:subframe)にシグナリング(例えば、DCI)して、(誤りが発生した)W_2をオーバーライディング(overriding)して例外的に再転送を行うようにすることができる。
ここで、B−ビット指示子により、#(n−k)SFの以前に(例えば、kは予め定義されるか、または端末に設定できる)最も最近に報告されたW_2をフィードバックしたCSIプロセス(CSI process)に対して(誤りが発生した)W_2をオーバーライディング(overriding)して例外的に再転送を行うようにすることができる。そして/または、該当CSIプロセスの#n SFの以後、最初に表れる特定周期的な報告時点(periodic reporting instance(s))に前記(誤りが発生した)W_2をオーバーライディング(overriding)して例外的に再転送を行うようにすることができる。
また、不必要なアップリンクオーバーヘッド(uplink overhead)を防止するために、次の有効な前記(誤りが発生した)W_2のCSI報告時点(CSI reporting instance)が表れる以前までのその他のCSIを全てドロップ(drop)するように(即ち、端末が転送しないように)定義されるか、または端末に設定できる。
また、先の<数式81>の場合はL_2Sが4であるので、<数式81>と<数式75>で説明した方法を用いて(Y_1、Y_2)対が選択できる。
今までは(2,3,2,12)のためのコードブック設計を説明した。(3,2,2,12)の場合もこれと類似するように拡張適用できる。差異点は、最終W_1を構成する列をなす6 Tx DFTベクトルが以下の<数式100>のように構成される。
ここで、m(i1,i2)はW)1とW)2のフィードバックインデックスであるi_1、i_2の関数であって、前記記述したW_1を構成する方式に関する関数である。これを用いて前記記述した12 TXRUのためのコードブック設計方式を拡張適用してコードブックWを構成することができる。
今までは、基地局アンテナポートパネルサイズに符合するDFTベクトルでコードブックを構成する方法を提案した。即ち、水平成分で例を挙げて説明すれば、(2,2,2,8)である場合、2 Tx DFTベクトル、(3,2,2,12)は3 Tx DFTベクトルで構成される。しかしながら、既存のLTE基盤のシステムで適用されるコードブックは2の冪数である2、4、8などの形態であり、2の冪数でない、3、6、Txコードブックを用いるようになれば、受信端末具現などの複雑度が高まることと予想される。
このために、本発明では水平あるいは垂直あるいは水平、垂直成分に2の冪数でないアンテナポートを使用する2D AASアンテナシステムで、2の冪数で構成されるDFTベクトルを用いてコードブックを構成する方法を提案する。
以下の<数式101>はオーバーサンプリング因子(oversampling factor)がQ_hである4Tx DFTコードブックC_4Txを示す。
オーバーサンプリングはコードブックのビーム細分化(beam granularity)を高めるために使われ、これは4Qh×4QhDFT行列の1、2、3、4番目の行からなる行列を構成することによって具現できる。このようなオーバーサンプリングDFT行列を構成する原理を適用して、2の冪数でないアンテナポートPを有するP Txコードブックを構成する方法は次の通りである。
3−A)Pより大きく、最も近い2の冪数を求める。即ち、2N-1<P<2Nを満たすNを求めることができる。
3−B)システムで与えられたオーバーサンプリング因子Qを用いて、NQ×NQDFT行列を構成することができる。
3−C)この行列で1,...,P番目の行と1,...,PQ列からなる部分行列C_PTxを計算することができる。
水平、垂直成分全て2の冪数でないアンテナポートで構成された場合は、前記のプロセスを繰り返して更に他のコードブックC’_PTxを構成した後、C_PTxとC’_PTxのコードブックのクロネッカー積(kronecker product)で全体コードブックを構成することができる。
3.16 TXRU
図14(C)のような16 TXRU 2D AASのためのコードブックを構成する方法を説明する。図14(C)のように、16 TXRUの場合、アンテナ構成に従って、(2,4,2,16)と(4,2,2,16)で構成できる。
(2,4,2,16)の場合、W_1を構成するコードブックC_1を構成する8 Tx DFTベクトルは,次の<数式102>のように構成される。
(4,2,2,16)の場合、W_1を構成するコードブックC_1を構成する8 Tx DFTベクトルは、次の<数式103>のように構成される。
ここで、m(i1,i2)はW_1とW_2のフィードバックインデックスであるi_1、i_2の関数であって、前記記述したW_1を構成する方式に関する関数である。
16 TXRUの場合m(i1,i2)を構成する方法は、8 TXRUの場合に使われたパターンを再使用することができる。即ち、W_1が4個の列で構成される場合、W1を構成する方法は、先の<数式54>から<数式61>と<数式102>、<数式103>を組み合わせることにより構成できる。
例えば、(2,4,2,16)を使用するシステムで、図15のパターンを用いてコードブックを構成すれば、以下の<数式104>の通りである。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。B_hは水平アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示し、B_vは垂直アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示す。
この際、ランク1と2の場合に、W_2は各々<数式28>及び<数式30>で構成できる。
また、W_1が8個の列で構成される場合、<数式65>、<数式66>、<数式67>、<数式68>と、<数式102>、<数式103>を組み合わせることにより構成できる。
例えば(2,4,2,16)を使用するシステムで、図25のパターンを用いてコードブックを構成すれば、以下の<数式105>の通りである。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。B_hは水平アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示し、B_vは垂直アンテナポートの数とオーバーサンプリング因子の積を示す。
この際、ランク1の場合、W_2は先の<数式72>または<数式76>のように構成できる。また、ランク2の場合、W_2は各々先の<数式74>または<数式81>または<数式82>のように構成できる。
前述した本発明の実施形態では、説明の便宜のために、垂直と水平成分のDFTベクトルを構成する時、位相オフセットがない場合を仮定して、DFTベクトルを求めて、このDFTベクトルをクロネッカー積(kronecker product)演算を用いて、全体コードブックベクトルを構成する方法を説明した。
即ち、先の<数式27>及び<数式28>でオフセットを考慮したことを数式で示すと、各々<数式106>及び<数式107>の通りである。
ここで、δhとδVは各々垂直、水平DFTベクトルの位相オフセットを示す。前記のようなオフセットを考慮したコードブックを構成する実施形態では、特定コードブック位相に相応するアンテナティルティング(tiliting)角度を利用しない場合、オフセットを設定することによってコードブックを構成することができる。
また、説明の便宜のために、全体列の個数が行の個数より多い行列(fat matrix)のビームインデックスを水平方向を優先に記述した。ビームインデックスを垂直とする場合、先の図15は図36のように示すことができる。
図36は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
この場合、全体コードブック及びW_1、W_2構成方式は、前記の説明した方式と同一であるが、数式で表現する時、ビームインデクシング方式の差によって変わることがある。例えば、<数式32>は以下の<数式108>で示すことができる。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。
前記の実施形態のように、前述したW_1構成方式はビームインデクシングが垂直に変わっても容易に拡張適用できる。
本発明で説明されたW_1の構成方式は、構成方式によって、互いに水平あるいは垂直ドメインで連接したW_1同士W_1を構成するビームの個数の半分だけ重複する場合が発生することがある。
即ち、先の図36で、W_1(0)とW_1(1)の場合、8番、12番インデックスのビームを同時に含んでいる。しかしながら、重複を考慮しないW_1の構成方式も利用できる。
このような、水平ドメインで重複が存在する場合、既存のW_1構成方式で、偶数インデックス{0,2,4,6,...}あるいは奇数インデックス{1,3,5,...}のみを選択してW_1を再構成することができる。または、特定数の倍数、例えば4であれば、(0,4,8,...)等で構成できる。
先の図18の例示のように垂直ドメインで重複(overlap)が発生するデザインの場合、同一な垂直ドメインからなるW_1の個数をN_w1と定義すれば、既存のW_1の構成方式で{0、1,....,(N_w1)−1,2N_w1,...}のインデックスを用いてW_1を再構成することによって、W_1同士の重複がないビームで構成できる。あるいは、特定数の倍数、例えば垂直に4だけ移動した場合、{0,1,...,(N_w1)−1,4N_w1,...}などのインデックスを用いてW_1が構成できる。
垂直あるいは水平ドメインで重複があるW_1構成方法の場合、前記の2つの原理(principle)を用いてビームの重複をなくすことができる。
このように、W_1を構成することによって、W_1のフィードバックビット数であるL_1を減らすことができる効果がある。
先の本発明の実施形態では3D−MIMOのために図14に表れたアンテナレイアウト(layout)に適用可能な多様なコードブックデザイン方法を提案した。このようなコードブックデザイン方法に対して、基地局は次のような方法のシグナリングを用いて端末がどんなコードブックを使用するべきかを端末に知らせることができる。
A.基地局は8、12、16などのアンテナポート数をRRCシグナリングを通じて端末に知らせることができる。
仮に、12、16アンテナポートレイアウトは各々横に長い四角形模様と縦に長い四角形模様があり、基地局は各アンテナポートレイアウトに適合したコードブックを1ビット指示子をRRCシグナリングを通じて端末に知らせることができる。例えば、0であれば横に長い四角形アンテナレイアウト、1であれば縦に長い四角形アンテナレイアウトとして端末は認識することができ、1ビット指示子を通じて端末は各アンテナレイアウトに適合したコードブックを生成することができる。
i.追加的に、アンテナレイアウトに1次元形状も考慮する場合(即ち、12アンテナポートの場合(1,6,2)、(6,1,2)、16アンテナポートの場合(1,8,2)、(8,1,2))、基地局は2ビット指示子あるいはビットマップをRRCシグナリングを通じて端末に知らせることができる。端末はこれを用いてコードブックを構成することができる。
ii.追加的に、端末が前述したコードブックを一部または全て使用する場合、前述したコードブック構成方法をビットマップ形態に端末に知らせることができる。
iii.非周期的なCSI報告(aperiodic CSI reporting)の場合、基地局はW_1とW_2に相応するビット数である、L_1、L_2をRRCシグナリングを通じて明示的(explicit)に端末に知らせるか、またはビットマップ形態に端末に知らせることができる。すると、端末は各該当ビット数に相応する予め定まったコードブックを構成して使用することができる。また、L_1、L_2に相応する前述したコードブックをビットマップをビットマップ形態に端末に知らせて、端末がコードブックを構成することもできる。
B.基地局は8、12、16などのアンテナポート数に相応するレイアウトの構成方法、即ち水平、垂直アンテナポート数を端末に明示的に知らせることができる。即ち、(M、N)あるいは(M、N、P)に該当する情報を端末にRRCシグナリングを通じて知らせることができ、端末はこれに相応するコードブックを予め定まった前述した方法のうちの1つの方法によりコードブックを構成することができる。
i.追加的に、端末が前述したコードブックを一部または全て使用する場合、前述したコードブック構成方法をビットマップ形態に端末に知らせることができる。
ii.非周期的CSI報告(aperiodic CSI reporting)の場合、基地局はW_1とW_2に相応するビット数であるL_1、L_2をRRCシグナリングを通じて端末に明示的に知らせるか、またはビットマップ形態に端末に知らせることができる。すると、端末は各該当ビット数に相応する予め定まったコードブックを構成して使用することができる。また、L_1、L_2に相応する前述したコードブックをビットマップ形態に端末に知らせて、端末がコードブックを構成することができる。
C.基地局はレガシーコードブックを含むアンテナポート数が8の場合、1ビット指示子をRRCシグナリングを通じて端末に知らせることができる。端末はこれを通じて、レガシーコードブックまたは(2,2,2)のためのコードブックを生成することができる。
i.追加的に、端末が前述したコードブックを一部または全て使用する場合、前述したコードブック構成方法をビットマップ形態に端末に知らせることができる。
ii.非周期的CSI報告(aperiodic CSI reporting)の場合、基地局はW_1とW_2に相応するビット数であるL_1、L_2をRRCシグナリングを通じて明示的に端末に知らせるか、またはビットマップ形態に端末に知らせることができる。すると、端末は各該当ビット数に相応する予め定まったコードブックを構成して使用することができる。また、L_1、L_2に相応する前述したコードブックをビットマップ形態に端末に知らせて、端末がコードブックを構成することができる。
3D MIMOシステムの一例に、図14で例示するアンテナポートレイアウトでアンテナポート間の間隔(spacing)はコードブックデザインに多い影響を与える。即ち、アンテナポート間の間隔(spacing)が大きい場合(例えば、アンテナポート仮想化あるいはアンテナ要素の物理的距離が大きい場合)と小さな場合に従ってコードブックをどのように構成するかによって性能に差がつくためである。
通常的に、アンテナポート間の間隔(spacing)が大きい場合は、W_1のビームグループを構成する時、ビーム間の間隔(spacing)が大きいように構成することが好ましく、アンテナポート間の間隔(spacing)が小さな場合、W_1のビームグループを構成する時、ビーム間の間隔(spacing)が小さいように構成することが好ましい。このように多様な環境に合せたコードブックデザイン適用のために、本発明では次のような方法を提案する。
本発明に従う一実施形態として、与えられた垂直成分のビームに対してW_1を構成する水平成分のビームが連続的に縛られるようになる<数式54>が利用できる。または、水平成分のビームが特定インデックスグループμ=8(あるいは、任意のμは予め定義されるか、または基地局がRRCシグナリングを通じて端末に知らせることができる)を維持したまま構成される<数式55>が利用できる。
(2,4,2,16)でW_1が4個のビームで構成される場合に、コードブック構成のための数式を書き直せば、以下の<数式109>及び<数式110>の通りである。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。
1.基地局は1ビットシグナリングを通じて、アンテナポートの間隔(spacing)に適合したコードブックを端末に知らせることができる。即ち、1ビットを用いて<数式109>または<数式110>に対する情報を端末に知らせることができる。端末はこれを用いてコードブックを再構成することができる。
2.コードブックを構成時、<数式109>及び<数式110>が含まれるW_1を構成し、これを数式で示すと、<数式111>の通りである。
ここで、i_1はW_1のインデックスを示し、i_2はW_2の選択に相応するインデックスである。
この場合、W_1に相応するペイロードサイズが1ビット増加できるが、端末の広帯域(wideband)/長期(long term)成分のコードブック選択の幅を広めることができる効果がある。
3.先の2.の方式で、ペイロードサイズを増加させない方法に、<数式109>及び<数式110>で各々1/2にサブサンプリング(subsampling)する方法が用いられることもできる。即ち、<数式109>及び<数式110>で、i_1のインデックスを奇数あるいは偶数のみを取って組み合わせることができる。
4.先の2.で説明した2つのコードブックの併合に関する提案方法は、<数式109>及び<数式110>の組み合わせの他、前述した多様なコードブックデザインに拡張適用できる。
16ポートCSI−RSのための2Dコードブック設計
先の図14(c)のように、本発明に従う一実施形態では16 TXRUのためのコードブック設計方法を提案する。
提案するコードブックは、以下の<数式112>のように二重コードブック(dual codebook)構造を有する。
ここで、W_1は長期(long term)及び/又は広帯域(wideband)チャネル特性に該当し、W_2は短期(short−term)及び/又はサブバンド(subband)チャネル特性に該当する。また、W_1は2つの偏波グループ内でビーム方向性を示す2つの同一なサブ行列(sub matrices)を含み、W_2はW_1のビーム選択及び量子化された偏波位相に該当する。二重コードブック構造によって、互いに異なるフィードバック周期を設定することによって、フィードバック(即ち、W_1のための長期フィードバック及びW_2のための短期フィードバック)オーバーヘッドを低減することができる。
レガシーシステムのコードブックと比較して、2Dアンテナアレイのためのコードブック設計内の主要差異点は、垂直ドメイン内の追加的な自由度(degrees of freedom)を用いるという点である。このために、以下の<数式113>のようにブロック対角構造(block diagonal structure)を維持したまま、水平のDFT行列と垂直のDFT行列のクロネッカー積(Kronecker product)がW_1内に導入される。
ここで、
はW_1のためのインデックスであり、L1はW_1のためのフィードバックビット数である。X(i1)はi1によって水平及び垂直ビーム−グリッド(grid−of−beam)ベクトルの選択された列のクロネッカー積(Kronecker product)である。
1.W_1のためのコードブック設計
まず、全体列の個数が行の個数より多い行列(fat matrix)であるW_1を
のように定義する。
ここで、
は各々水平ドメイン及び垂直ドメインのためのfat matrixである。
XHは
のようなN−Tx DFTベクトルから構成できる。ここで、BH=NOH、
である。OHは水平ドメインでオーバーサンプリング因子(oversampling factor)を指示する。
類似するように、XVは
のようなM−Tx DFTベクトルから構成できる。ここで、BV=MOV、
である。OVは垂直ドメインでオーバーサンプリング因子(oversampling factor)を指示する。
クロネッカー積(Kronecker product)の演算後に、fat matrix X内の全体ビームの個数は
の通りである。そして、Xは
のように示すことができる。ここで、
である。例えば、
でありうる。
W_1のためのフィードバックオーバーヘッド、L_1はオーバーサンプリング因子とW_1のためのビームグループと密接に関連する。
以下、各アンテナ構成に対して次のようなオーバーサンプリング因子を考慮する。
(4,2,2,16):O_V=2、4、8及びO_H=8、16。
(2,4,2,16):O_V=4、8、16及びO_H=8。
Xのi1番目のサブセットと定義され、W_1のビームグルーピングと関連するX(i1)を決定する方法を提案する。
以下、X(i1)は4個のビームを含むと仮定し、X(i1)を構成するための3つのオプションを次の通り提案する。
図37は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
オプション1:水平的ストライプ(Horizontal stripe)。
図37(a)を参照すると、与えられた垂直ビームに対し、水平ドメインで連続的な4個のビームが選択される。このオプションで、隣接した(adjacent)X(i1)間に2つのビームが重複(overlap)する。この場合、X(i1)は以下の<数式125>のように定まることができる。
オプション2:矩形(Rectangle)
図37(b)を参照すると、水平ドメイン及び垂直ドメイン全てで連続的な2つのビームが選択される。このオプションで、隣接した(adjacent)X(i1)間に2つのビームの重複(overlap)する。この場合、X(i1)は以下の<数式126>のように定まることができる。
オプション2:チェックパターン(Check pattern)
図37(c)を参照すると、4個の連続的な水平ビームと2つの連続的な垂直ビームで構成される8個のビームで、4個のビームが1つ置きに1つずつ(one across the one)選択される。即ち、チェックパターンに選択される。このオプションで、隣接した(adjacent)X(i1)間に2つのビームが重複(overlap)する。この場合、X(i1)は以下の<数式127>のように定まることができる。
オプション2及び3は、オプション1に比べて垂直ドメインで追加的な自由度を有することができる。
図38は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
X(i1)のための8個のビームがL1ビット長期(long term)フィードバックされれば、前述したオプション2(即ち、図38(a)の場合、オプション4:矩形(rectangle)パターン)及びオプション3(即ち、図38(b)の場合、オプション5:チェックパターン(Check pattern))が適用できる。即ち、図38(a)及び図38(b)のように、隣接した(adjacent)X(i1)間に8ビームのうち、4個のビームが重複する。
オプション4及びオプション5に該当するX(i1)は各々以下の<数式128>及び<数式129>のように定まることができる。
結果的に、W_1行列は<数式113>と、<数式125>、<数式126>、<数式127>、<数式128>、<数式129>のうち、いずれか1つを用いて構成できる。
2.W_2のためのコードブック設計
オプション1、2、及び3の場合において、X(i1)は4個のビームで構成されるので、3GPPリリーズ12 4TxコードブックでW_2を再使用することもできる。
したがって、ランク1の場合、W_2は以下の<数式130>のように定まることができる。
ここで、
であり、
は(i2+1)番目の元素のみが1であり、残りは全て0である4個の元素を有する選択ベクトル(selection vector)である。そして、
は2つの偏波グループ間に位相一致(co−phasing)の量子化レゾリューション(quantization resolution)を増加させるための回転(rotation)項(term)である。
ランク2の場合、W_2は以下の<数式134>のように定まることができる。
ここで、
である。したがって、W_2フィードバックのためにL2=4ビットが要求される。
オプション4及び5で、X(i1)は8個のビームで構成されるので、これはW_2のための追加的なフィードバックビットが増加する。
類似するように、ランク1の場合、W_2は以下の<数式136>のように定まることができる。
ここで、
であり、
は(i2+1)番目の元素のみが1であり、残りは全て0である8個の元素を有する選択ベクトル(selection vector)である。そして、
である。
ランク2の場合、W_2は以下の<数式140>のように定まることができる。
ここで、
である。<数式140>で選択対(selection pair)は全ての可能なコードブック対のコーダル距離(Chordal distance)を比較することにより獲得できる。オプション4及び5で、短期フィードバックのために5ビットが要求される(即ち、L2=5)。
3.性能評価
Cat−2基準値(baseline)と16−TXRUのための多様なコードブック設計間の性能を評価する。公正な比較のために、以下の<表7>で表記されたCSI−RSオーバーヘッドを考慮する。
<表7>は、2Dコードブック設計のためのパラメータを例示する。
ノン−プリコーディング基盤方式(non−precoded based scheme)でRSパワー制限によって、CSI−RSデ−ブースティング因子(de−boosting factor)のシミュレーションが導入される。CSI−RSデ−ブースティング因子(de−boosting factor)が2であることはCat−2基準値でのCSI−RS転送パワーに比べて半分であることを示す。また、CSI−RSフィードバック周期の増加に基盤した方式がCSI−RSオーバーヘッドの増加に基盤した方式に比べて向上した性能を提供することができるので、10msフィードバック周期が仮定される。
<表8>は、3D−UMi(3D−Urban Micro)シナリオでコードブックオプション1の(4,2,2,16)アンテナレイアウトに対する性能を例示する。
<表8>は、3D UMiシナリオでコードブックオプション1と水平及び垂直ドメインで多様なオーバーサンプリング因子を適用した(4,2,2,16)に対する比較結果を示し、3D UMa(3D−Urban Macro)でのシミュレーション結果は以下の<表15>で例示される。シミュレーションで、CSI−RSポートはTXRUに一対一にマッピングされる。また、セル関連(cell association)は最初のTXRUにマッピングされるCRSポート0から参照信号受信パワー(RSRP:reference signal received power)に基盤し、垂直ビーム選択利得(margin)は3dBを仮定する。詳細な評価仮定は<表11>で例示される。<表8>に示すように、より大きいオーバーサンプリング因子はより大きい性能利得を提供する。しかしながら、O_H=16及びO_H=8ケースに対する性能を比較すると、2つの因子が類似の性能を示す。特に、O_H=16及びO_H=8ケースは平均及び5%UE歩留まりの面で、各々Cat−2 baseline対比16.9%及び60.4%利得まで提供する。一方、O_H=8、O_V=8ケースは、17%及び58.1%利得のみを提供する。<表12>で、偏波(polarization)別、行(column)別の4 TXRUを有し、単一のTXRUが100度のティルティング(tilting)を有する同一な行と、偏波内の2つの隣接したアンテナ要素で仮想化される(8,2,2,16)で類似の傾向が発見される。したがって、W_1のためのフィードバックビットを考慮してO_H=8 and O_V=8を選択することが好ましい。
<表9>は、3D−UMiシナリオでコードブックオプション1の(2,4,2,16)アンテナレイアウトに対する性能を例示する。
<表9>は、3D UMiシナリオでコードブックオプション1と垂直ドメインで多様なオーバーサンプリング因子を適用した(2,4,2,16)に対する比較結果を示す。3D UMa(3D−Urban Macro)でのシミュレーション結果は、以下の<表15>で例示される。100度のティルティング(tilting)角度を有する(4,4,2,16)及び(8,4,2,16)に対する結果は各々<表13>及び<表14>で示す。また、3D−UMa 500mシナリオに対するシミュレーション結果は、<表16>で示す。
高い(tall)アンテナポートレイアウトケースと類似するように、fatアンテナポートレイアウトケースで、より大きいオーバーサンプリング因子はより大きい歩留まり性能を提供する。W_1のためのフィードバックビットの観点で、O_H=8、O_V=8はW_1=8ビットを要求する一方、O_H=9、O_V=8はW_1=9ビットを要求する。2ケースの間に限界性能(marginal performance)向上によって、O_H=8、O_V=8がtall及びfatアンテナポートレイアウト全てでより良い解決策を提示することができる。
したがって、W_1のためのフィードバックビットを考慮して、16−TXRUのためのオーバーサンプリング因子はO_H=8、O_V=8が決定されることが好ましい。
また、2Dアンテナアレイのためのコードブック設計は、本発明に従う5種類のオプションのうちの1つが選択されることが好ましい。
<表10>で提案されたコードブック設計オプションの性能を比較する。オプション1、2、及び3で、W_1は4個のビームで構成されるので、W_2のためのフィードバックビットは4である。一方、オプション4及び5の場合、W_2のために5ビットが要求される。短期垂直ビーム選択を用いることによって、オプション2及び3はオプション1に比べて若干の性能利得を提供する。オプション1、4、及び5を比較すると、W_2の追加的なフィードバックビットを消費する時、平均及び5%UE歩留まりで各々2.6%及び4.6%までの性能利得を得ることができる。コードブックオプション間に、チェックパターンに基盤したコードブック設計は優れる性能によって16−TXRUのための良い候補になることができる。
<表10>は、3D−UMiシナリオでO_H=8、O_V=8が適用される時、(4,2,2,16)アンテナレイアウトに対する性能を例示する。
<表10>を参照すると、オプション1とは異なり、オプション2、3、4、5は与えられたオーバーサンプリング因子に対して短期垂直選択(short−term vertical selection)が可能であり、もっと最適化できる余地があるので、より良い性能を示すことが予想される。
結局、W_1のためのフィードバックビットを考慮して、16−TXRUのためのオーバーサンプリング因子はO_H=8、O_V=8が決定されることが好ましい。
また、2Dアンテナアレイのためのコードブック設計は、本発明に従う5種類のオプションのうちの1つが選択されることが好ましい。
<表11>は、シミュレーションパラメータと仮定を例示する。
<表12>は、3D−UMiシナリオでコードブックオプション1の(8,2,2,16)アンテナレイアウトに対する性能を例示する。
<表13>は、3D−UMiシナリオでコードブックオプション1の(4,4,2,16)アンテナレイアウトに対する性能を例示する。
<表14>は、3D−UMiシナリオでコードブックオプション1の(8,4,2,16)アンテナレイアウトに対する性能を例示する。
<表15>は、3D−UMa 500mシナリオでコードブックオプション1の(4,2,2,16)アンテナレイアウトに対する性能を例示する。
<表16>は、3D−UMa 500mシナリオでコードブックオプション1の(2,4,2,16)アンテナレイアウトに対する性能を例示する。
前記適用されたチェックパターン(即ち、W1ビームグループ間に水平に2ビーム、垂直に1ビームずつ間隔をおいて構成)を用いるようになれば、図37のオプション3で例示されたように、与えられた全体ビームNhQhNvQvを含めない場合が発生する。
これを防止するために、図39のような新しいチェックパターン(あるいは、ジグザグ(zigzag)パターン)が利用できる。
図39は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図39を参照すると、先の図37のオプション3に示されるように、W_1の奇数インデックスに該当するパターンに対してのみ反転させて、図39のように作ることができる。前記の方式はW_1の偶数インデックスを反転させて構成されることもできる。
また、先のオプション1では水平ストライプ(horizontal stripe)(即ち、ビームが与えられた同一な垂直ビームで水平に2つのビームが重複)パターンを示す。仮に、前記パターンでW_1のペイロードサイズを縮めるために、垂直インデックスのうち、奇数(偶数)あるいは特定数の倍数に選択するようになれば、特定垂直ビームに対するビームを考慮できなくなる。
図40は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図40では、垂直インデックス基準に偶数のみ選択した場合に対する例示である。この場合、奇数垂直インデックスに該当するビームは選択できない。これを解決するために、図41のように変形された水平ストライプ(horizontal stripe)パターンが考慮できる。
図41は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図41を参照すると、W_1の奇数インデックスに対して垂直インデックスを1増加させた場合を例示する。このように構成すれば、図40のパターンに比べて、より多い垂直成分のビームを考慮することができるので、性能が向上することと期待される。
先の図39で説明した方式は、チェックパターンをなす2X4矩形の代わりに4X2を用いた矩形を用いて構成されたチェックパターンに対しても同一に適用できる。
図42は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図42を参照すると、チェックパターン(あるいは、ジグザグパターン)を一般化することができる。
これを数式で示すと、以下の<数式93>の通りである。
先の図40及び図41で説明した方式は、水平ストライプを垂直ドメインに反転させた垂直ストライプ(vertical stripe)に対しても同一に適用できる。
図43は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図43を参照すると、水平インデックス基準に偶数のみ選択した場合、垂直ストライプ(Vertical stripe)パターンを例示する。
図44は、本発明の一実施形態に従うコードブックを構成する方法を説明するための図である。
図44を参照すると、W_1の奇数インデックスに対して水平インデックスを1増加させた場合、垂直ストライプ(Vertical stripe)パターンを例示する。
図45は、本発明の一実施形態に従うコードブック基盤に信号を送受信するための方法を例示する。
図45を参照すると、基地局(eNB)は端末(UE)に多重アンテナポートを介して参照信号(例えば、CSI−RSなど)を転送する(S4501)。
端末は、チャネル状態情報を基地局に報告する(S4502)。
ここで、チャネル状態情報はCQI、RI、PMI、PTIなどを含むことができ、端末は基地局から受信した参照信号を用いてCQI、RI、PMI、PTIなどを導出することができる。
特に、本発明によれば、PMIはコードブックからプリコーディング行列のセットを選択するための第1のPMI及びプリコーディング行列のセットから1つのプリコーディング行列を選択するための第2のPMIを含むことができる。
ここで、コードブックは先の<数式27>から<数式142>及び/又は図15から図44の例示から説明した方式により構成できる。
ここで、多重レイヤ(layer)に適用されるプリコーディング行列は各レイヤ別に適用されるプリコーディングベクトルで構成できる。この際、各レイヤ別に適用される各々のプリコーディングベクトルは第1のPMIにより定まるプリコーディングベクトルのセット内で定まり、各々のプリコーディングベクトルに対する組み合わせは第2のPMIにより定まることができる。ここで、第1のPMIにより定まるプリコーディングベクトルのセットは1レイヤに対するプリコーディング行列のセットに該当することができる。したがって、多重レイヤの場合、プリコーディング行列のセットは各レイヤに対するプリコーディングベクトルの多様な組み合わせによって生成されたプリコーディング行列の集合を意味することができる。
一例に、コードブックは第1次元(例えば、水平次元)アンテナポートのための第1行列と第2次元(例えば、垂直次元)アンテナポートのための第2行列のクロネッカー積(Kronecker product)を基盤に生成されたプリコーディング行列で構成できる。
全体コードブックを構成するプリコーディング行列を2次元形態に示すことができ、この場合、各々のプリコーディング行列は、第1次元(即ち、水平次元)でのインデックスと第2次元(即ち、垂直次元)でのインデックスに特定できる。また、プリコーディング行列の第1次元のインデックスにより第1行列が特定され、プリコーディング行列の第2次元のインデックスにより前記第2行列が特定できる。
また、第1のPMIを基盤にプリコーディング行列のセットに属したプリコーディング行列の第1次元のインデックス及び第2次元のインデックスの値が定まることができる。
前述したように、多様な方式によりプリコーディング行列のセットが構成できる。この場合、基地局はプリコーディング行列のセットを構成する方式、第1次元で同一偏波(polarization)を有するアンテナポートの個数、第2次元で同一偏波(polarization)を有するアンテナポートの個数、第1次元で用いられるオーバーサンプリング因子(oversampling factor)、第2次元で用いられるオーバーサンプリング因子(oversampling factor)をRRC(Radio Resource Control)メッセージなどを通じて先のステップS4501の以前に端末に転送することができる。
本発明が適用できる装置の一般
図46は、本発明の一実施形態に従う無線通信装置のブロック構成図を例示する。
図46を参照すると、無線通信システムは基地局4610と、基地局4610領域内に位置した多数の端末4620を含む。
基地局4610は、プロセッサ(processor)4611、メモリ(memory)4612、及びRF部(radio frequency unit)4613を含む。プロセッサ4611は先の図1から図45で提案された機能、過程及び/又は方法を具現する。無線インターフェースプロトコルの階層はプロセッサ4611により具現できる。メモリ4612はプロセッサ4611と連結されて、プロセッサ4611を駆動するための多様な情報を格納する。RF部4613はプロセッサ4611と連結されて、無線信号を送信及び/又は受信する。
端末4620は、プロセッサ4621、メモリ4622、及びRF部4623を含む。プロセッサ4621は、先の図1から図45で提案された機能、過程、及び/又は方法を具現する。無線インターフェースプロトコルの階層はプロセッサ4621により具現できる。メモリ4622はプロセッサ4621と連結されて、プロセッサ4621を駆動するための多様な情報を格納する。RF部4623はプロセッサ4621と連結されて、無線信号を送信及び/又は受信する。
メモリ4612、4622はプロセッサ4611、4621の内部または外部にあることができ、よく知られた多様な手段によりプロセッサ4611、4621と連結できる。また、基地局4610及び/又は端末4620は1つのアンテナ(single antenna)または多重アンテナ(multiple antenna)を有することができる。
以上で説明された実施形態は本発明の構成要素と特徴が所定の形態に結合されたものである。各構成要素または特徴は別途の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮されなければならない。各構成要素または特徴は、他の構成要素や特徴と結合されない形態に実施できる。また、一部の構成要素及び/又は特徴を結合して本発明の実施形態を構成することも可能である。本発明の実施形態で説明される動作の順序は変更できる。ある実施形態の一部の構成や特徴は他の実施形態に含まれることができ、または他の実施形態の対応する構成または特徴と取替えできる。特許請求範囲で明示的な引用関係のない請求項を結合して実施形態を構成するか、または出願後の補正により新たな請求項に含めることができることは自明である。
本発明に従う実施形態は、多様な手段、例えば、ハードウェア、ファームウエア(firmware)、ソフトウェア、またはそれらの結合などにより具現できる。ハードウェアによる具現の場合、本発明の一実施形態は1つまたはその以上のASICs (application specific integrated circuits)、DSPs(digital signal processors)、DSPDs (digital signal processing devices)、PLDs(programmable logic devices)、FPGAs (field programmable gate arrays)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどにより具現できる。
ファームウエアやソフトウェアによる具現の場合、本発明の一実施形態は以上で説明された機能または動作を遂行するモジュール、手続、関数などの形態に具現できる。ソフトウェアコードはメモリに格納されてプロセッサにより駆動できる。前記メモリは、前記プロセッサの内部または外部に位置して、既に公知された多様な手段により前記プロセッサとデータをやり取りすることができる。
本発明は、本発明の必須特徴を逸脱しない範囲で他の特定の形態に具体化できることは当業者に自明である。したがって、前述した詳細な説明は全ての面で制限的に解析されてはならず、例示的なものとして考慮されなければならない。本発明の範囲は添付した請求項の合理的な解析により決定されなければならず、本発明の等価的な範囲内での全ての変更は本発明の範囲に含まれる。