JP5241814B2 - マルチアンテナを用いる移動通信システムにおけるデータ送／受信装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムのデータ送／受信装置及び方法に関し、特に多重送／受信アンテナを使用する移動通信システムにおける空間的な多重転送を具現するデータ送／受信装置及び方法に関する。

移動通信システムは、音声サービスだけでなく、データサービス及びマルチメディアサービス提供のために、高速、高品質の無線データパケット通信システムに発展している。例えば、３ＧＰＰで進行されているＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）と３ＧＰＰ２で進行されている１ｘＥＶ−ＤＶに対する標準化は、第３世代の移動通信システムにおいて、２Ｍｂｐｓ以上の高品質の無線データパケット転送サービスに対する解法を探すための努力の証と見ることができる。一方、第４世代の移動通信システムは、それ以上の高速、高品質のマルチメディアサービスを提供している。

無線通信において、高速、高品質のデータサービスを提供するために、送信端と受信端に多重のアンテナを使用する多重入／出力（Multiple Input Multiple Output：ＭＩＭＯ）アンテナシステムを用いた空間多重転送方式が提案されている。上記空間多重転送方式は、送信アンテナ別に互いに異なるデータストリームを同時に転送する。理論的に、追加的な周波数帯域幅の増加無しで、送／受信アンテナ数が増加するにつれて、サービス可能なデータ容量が送／受信アンテナ数に線形的に比例して増加することと知られている。

空間多重転送方式は、送／受信アンテナの間のフェーディングが独立的な場合に、送／受信アンテナ数に比例して高い容量を提供する。上記容量は、フェーディングが独立的な環境よりフェーディングの空間相関度が高い環境で相当に減少する。これは、送信アンテナから転送された信号が経るフェーディングが似ているようになって、受信端で空間的に信号を区別することが困難になるためである。また、転送可能な容量は、受信機の信号対雑音比（Signal to Noise Ratio：ＳＮＲ）により影響されるが、上記受信ＳＮＲが低いほど転送容量が減少する。従って、送受信機間の無線チャネル状態、即ちフェーディングの空間相関度と受信ＳＮＲに従い、同時に転送されるデータストリーム数と各データストリームの転送率を調節しなければ、転送データ率を極大化できない。仮に、転送しようとするデータ転送率が無線チャネルの提供可能な転送容量を超過することになれば、同時に転送されるデータストリーム間の干渉により多くの誤りが発生して、むしろ実際のデータ転送率は減少する。

これによって、空間多重転送方式の転送データ率を増加させるために、プリコーディング（Precoding）方式に対する深い研究が進行されて来た。上記プリコーディング方式は、送信機から受信機までのダウンリンクチャネル情報を用いて、送信機が転送しようとする各データストリームに送信重み付け値を掛けて転送する方式である。したがって、上記送信機では送信機の各送信アンテナから受信機の各受信アンテナへのダウンリンクチャネル状態を知っていなければならない。このためには、受信機がダウンリンクチャネル状態を推定した後、フィードバック（Feedback）チャネルを介して推定されたダウンリンクチャネル状態情報をフィードバック（Feedback）しなければならない。しかしながら、受信機は、ダウンリンクチャネル状態情報をフィードバックするために、アップリンクフィードバックチャネルを用いて多くのフィードバックデータ量を転送しなければならない。多量のフィードバックデータが転送される場合、帯域幅が制限されたアップリンクフィードバックチャネルを用いて受信機がダウンリンクチャネル状態情報を送信機にフィードバックするに多くの時間がかかる。上記従来のプリコーディング方式は、瞬時に変わる無線チャネル環境への適用が不可能になる。従って、受信機から送信機へ転送される必要があるフィードバックデータ量を最小化し、かつ、プリコーディングによるデータ転送率を極大化する技術が切実に要求される。

フィードバック情報量を減らす従来技術としては、プリコーダーコードブック（Precoder Codebook）方式が提案された。上記プリコーダーコードブック方式は、送信機と受信機が知っている限定された数のプリコーダーからなるプリコーダー集合（Precoder Codebook）において、受信機が候補プリコーダーのうち、最大転送率を有するプリコーダーを選択し、上記プリコーダーのインデックス（Index）を送信機にフィードバックする。送信機は、プリコーダーコードブックのうち、フィードバックされたインデックスに該当するプリコーダーを使用してデータを転送する。例えば、４ｂｉｔフィードバック情報を用いる場合、最大２^４＝１６個のプリコーダーからなるプリコーダーコードブックが送信機と受信機との間に予め設定される。フェーディングが時間によって変わるため、上記プリコーダー決定過程は毎時間スロット毎に反復されなければならないし、これによって決定されたプリコーダーインデックスを毎時間スロット毎に送信機にフィードバックしてくれる。

プリコーダーコードブック方法は、フィードバックされたチャネル状態情報を用いるプリコーディング方式に比べて少ないフィードバック情報量が要求される。各々送信アンテナがｎ_T個、受信アンテナがｎ_Ｒ個の多重入出力アンテナシステムを仮定する際、チャネル状態情報をフィードバックする場合、総ｎ_Ｔ×ｎ_Ｒ個の複素数チャネル係数をフィードバックしなければならない。１つの複素チャネル係数を表すにＱｂｉｔが必要であるとすれば、総ｎ_Ｔ×ｎ_Ｒ×Ｑｂｉｔが必要である。これに反して、プリコーダーコードブック方式は、充分のデータ率を提供するプリコーダーの数をＫとすれば、

従って、送受信アンテナ数の積に比例してフィードバック情報量が増加するチャネル状態情報を用いるプリコーディング方式とは異なり、プリコーダーコードブック方式は、プリコーダーコードブックに含まれるプリコーダー数、即ちプリコーダーコードブックのサイズにより決まる。

プリコーダーコードブック方式は、空間多重転送時に発生できる全ての可能な場合に対するプリコーダーを量子化した、予め作られた（ready-made）プリコーダーをコードブックに含めなければならない。上記プリコーダーコードブック方式は、上記予め決まったプリコーダーを使用することによって、フィードバック情報量を減らすことができるが、プリコーディング（Precoding）行列の自由度（degree of freedom）も同時に減少させることができる。プリコーディング行列の自由度の減少は、考慮すべき要素が多い場合に、考慮すべき予め設定されたプリコーダーの数を相当に増加させることによって、プリコーダーコードブックのサイズを増加させる。次の２つの場合でプリコーダーコードブック方式のコードブックのサイズが相当に増加することになる。

第１に、多様な空間相関度を有するチャネル環境において、１つのアプリケーションに対し、チャネルの空間相関度に従い全てのプリコーダーが考慮されなければならないので、考慮すべきプリコーダーの数が幾何級数的に増加する。チャネルの空間相関度に従って最適のプリコーダーコードブックが変わる。現在まで提案された技術プリコーダーコードブック技術は、空間相関度がないフェーディングチャネルを仮定して、プリコーダーコードブックをデザインする。しかしながら、フェーディングチャネルの空間相関度に従って有効アイゲンベクトル（Eigenvector）、即ちアイゲン値（Eigenvalue）が大きいアイゲンベクトルの分布が変わることになり、従って最適のプリコーダーも変わることになる。結局、高いデータ転送率をなすためには、フェーディングチャネルの空間相関度に従って最適化した多くの数のプリコーダーコードブックを使用しなければならない。

第２に、チャネル環境に従って同時に転送されるデータストリーム数を調節する場合、同時に転送されるデータストリーム数に従い全てのプリコーダーが考慮されなければならないので、考慮すべきプリコーダーの数が幾何級数的に増加する。同時に転送されるデータストリーム数は、チャネル環境に従って１から最大ｍｉｎ（ｎ_Ｔ，ｎ_Ｒ）（送信アンテナ数と受信アンテナ数のうち、最小の値）まで変わることになる。同時に転送されるデータストリーム数によってプリコーダー行列の列（column）の数が変わることになる。これは、プリコーダー行列をなす列ベクトルが重み付け値ベクトルとして各データストリームに掛けられるので、プリコーダー行列の列ベクトル数は、同時に転送されるデータストリーム数と一致しなければならない。例えば、送受信アンテナ数が全て４の場合、同時に転送可能なデータストリーム数は１から４まで変わることになるので、考慮されるべきプリコーダーは列ベクトルの数が１の予め決まったプリコーダー、列ベクトルの数が２のプリコーダー、列ベクトル数が３のプリコーダー、そして列ベクトル数が４のプリコーダーが考慮されなければならない。しかも、同時に転送できるデータストリームの最大数が送受信アンテナ数だけ増加する場合、考慮すべきプリコーダー数の増加に従って相当に多いフィードバック情報量が要求される。従って、チャネル環境に従って同時に転送されるデータストリーム数と転送データ率を可変させて、関連したチャネル環境で最大の転送率をなそうとする空間多重化転送方式には、このようなプリコーダーコードブック方式の適用が困難である。前述したように、予め決まったプリコードの集合を使用するプリコーダーコードブック方式において、送信アンテナ数と同時に転送されるデータストリーム数によってプリコーダーコードブックのサイズが大きくなり、実際の適用が困難な場合が発生する。

また、１つの送信機と通信を行う受信機の間のアンテナの数は互いに異なることがある。例えば、基地局アンテナ数は４で、移動局は端末機形態によってアンテナの数が１、２、３、または４の場合に、最大転送可能な副データストリームの最大数が各々１、２、３、そして４となる。従って、プリコーダーコードブック技術を適用する場合、全ての使用可能な受信機アンテナ数に従うプリコーダーコードブックを各々定義し、各プリコーダーコードブックに従う各々のフィードバックチャネルを定義しなければならない。各受信機は、関連受信機のアンテナ数に従うプリコーダーコードブックと、そのプリコーダーコードブックに従うフィードバックチャネルを選択して使用しなければならない。これは、送信機と受信機との間に使用するプリコーダーコードブックと、フィードバック情報を定義するための過程が要求される。従って、多様な送受信アンテナ構造に適用できる柔軟なプリコーディング方式が要求される。

結論的に、多様な空間相関度を有するチャネル環境において、同時に転送されるデータストリーム数を調節する空間多重化転送方式に適用することができ、相当に少ないフィードバック情報量だけで高いデータ転送率を提供する、改善され、かつ効率の良いプリコーディング方式とフィードバック方式が要求される。

国際公開第２００５／０３６７９９号

2003年電子情報通信学会総合大会 B-5-163

従って、本発明の目的は、多重送／受信アンテナを使用する移動通信システムにおいて、チャネル環境に従い効率良くデータ転送率を提供するデータ送／受信装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、多重送／受信アンテナを使用する移動通信システムにおいて、少ないフィードバック情報量で高いデータ転送率を提供するデータ送／受信装置及び方法を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明の一実施形態に従うマルチアンテナを使用する無線通信システムは、受信データのフェーディングチャネルを推定して互いに直交する複数の重み付け値ベクトルを要素にする少なくとも１つの重み付け値集合のうち、データ転送率を最大にする重み付け値集合を選択し、上記選択された重み付け値集合及びチャネル別状態情報が含まれたフィードバック情報を送信機へ転送する受信機と、上記フィードバック情報に基づいて転送するデータを少なくとも１つの副データストリームに逆多重化し、各副データストリームに関連重み付け値を掛けて転送する送信機と、を有することを特徴とする。

受信機は、上記送信機から転送されたデータのパイロットチャネルを用いてチャネル状態を推定するダウンリンクチャネル推定器と、上記チャネル状態に基づいて、上記重み付け値集合及び上記重み付け値ベクトルを決定して、上記送信機に上記重み付け値集合及び重み付け値ベクトルに対する情報を転送する重み付け値選択器と、上記決定された重み付け値ベクトルに従う副データストリームのチャネル状態を推定して、上記送信機へ上記副データストリームのチャネル状態のみを転送する副チャネル別状態推定器とを含むことを特徴とする。

受信機は、上記送信機から転送されたデータのパイロットチャネルを用いてチャネル状態を推定するダウンリンクチャネル推定器と、上記チャネル状態に基づいて、上記重み付け値集合及び上記重み付け値ベクトルを決定し、上記決定された重み付け値集合及び重み付け値ベクトルを上記送信機へ転送する重み付け値選択器と、上記決定された重み付け値集合内の全ての重み付け値ベクトルのチャネル状態を推定して、その推定されたチャネル状態情報を上記送信機へ転送する副チャネル別状態推定器とを含むことを特徴とする。

副チャネル別状態推定器は、上記決定された重み付け値ベクトルに基づいて、使用しないチャネルに対し、‘転送無’状態を転送することを特徴とする。

送信機は、転送する主データストリームを少なくとも１つの副データストリームに逆多重化するデマルチプレクサと、上記少なくとも１つの副データストリームを受信して、チャネル符号化率と変調方式により独立的にチャネル符号化及び変調を遂行する少なくとも１つのチャネル符号化器及び変調器と、上記少なくとも１つのチャネル符号化及び変調された副データストリームに重み付け値を掛けて上記受信機へ転送するビーム成型器と、上記受信機から転送された上記フィードバック情報に基づいて、上記副データストリームの数と、上記少なくとも１つの副データストリームの符号化率と、変調方式と、各副データストリームの掛ける重み付け値を予め決定する制御器とを含むことを特徴とする。

上記フィードバック情報は、上記選択された重み付け値集合を表す重み付け値集合インデックス情報と、上記選択された重み付け値集合から選択された重み付け値ベクトルを表す重み付け値ベクトル情報と、上記少なくとも１つの副データストリームのチャネル状態情報とを含むことを特徴とする。

上記送受信機は、上記送受信アンテナ及び重み付け値集合の個数に従って重み付け値集合及び重み付け値ベクトルを予め格納することを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の一実施形態に従うマルチアンテナを使用する無線通信システムにおいて、データ送受信方法は、受信機における受信データのパイロットチャネルからフェーディングチャネルを推定する第１過程と、上記推定されたフェーディングチャネルに基づいて、互いに直交する複数の重み付け値ベクトルを要素にする少なくとも１つの重み付け値集合のうち、データ転送率を最大にする重み付け値集合を選択する第２過程と、上記選択された重み付け値集合に従うチャネル別状態情報を推定する第３過程と、上記選択された重み付け値集合及び上記チャネル別状態情報を含むフィードバック情報を上記送信機へ転送する第４過程と、上記フィードバック情報に基づいて、転送するアンテナ別データを転送する第５過程とを含むことを特徴とする。

上記重み付け値集合を設計する方法は、上記送信アンテナの数と上記重み付け値集合の個数に従って定義された位相差が出る複数の重み付け値ベクトルを決定する過程と、上記決定された複数の重み付け値ベクトルのうち、直交する重み付け値ベクトルを重み付け値集合で構成する過程とを含むことを特徴とする。

上記位相差は、次の数式を満たし、

2π／Ｎ・ｎ_Ｔ

ここで、上記Ｎは重み付け値集合の個数であり、上記ｎ_Ｔは送信アンテナの個数を表す。

上記重み付け値集合を設計する更に他の方法は、多数の重み付け値集合で互いに直交する複数の重み付け値ベクトルを決定する第１過程と、上記多数の重み付け値集合の個数だけ上記第１過程を繰り返す第２過程とを含むことを特徴とする。

上記第１過程は、上記決定された重み付け値ベクトルの直交要素に対する基準位相を決定する過程と、上記重み付け値ベクトルの１番目の要素から上記基準位相差が出る要素を決定する過程とを含むことを特徴とする。

上記フィードバック情報は、上記選択された重み付け値集合を表す重み付け値インデックス情報と、上記選択された重み付け値集合で選択された重み付け値ベクトルを表す重み付け値ベクトル情報と、少なくとも１つの副データストリームのチャネル状態情報とを含むことを特徴とする。

上記フィードバック情報は、上記選択された重み付け値集合を表す重み付け値集合インデックス情報と、上記選択された重み付け値集合に関する全ての副データストリームのチャネル状態情報とを含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態に従うデータ送受信方法において、上記第５過程は、転送する主データストリームを上記フィードバック情報に基づいて、少なくとも１つの副データストリームに逆多重化する過程と、上記フィードバック情報に基づいて定義されたチャネル符号化率と変調方式に従って上記逆多重化した少なくとも１つの副データストリームを独立的にチャネル符号化及び変調を遂行する過程と、上記チャネル符号化及び変調された副データストリームに上記フィードバック情報に基づいて定義された重み付け値を掛けて、上記受信機へ転送する過程と、を含むことを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の他の実施形態に従う多重アンテナを使用する無線通信システムは、受信データのフェーディングチャネルを推定して互いに直交する複数の重み付け値ベクトルを要素にする少なくとも１つの重み付け値集合がどの時間の間に適用され、どの所定時点で使われる少なくとも１つ重み付け値集合に対してデータ転送率を最大にする重み付け値ベクトルを決定し、上記決定された重み付け値ベクトル及びチャネル別状態情報が含まれたフィードバック情報を送信機へ転送する受信機と、上記フィードバック情報を受信して上記時間の間に適用される重み付け値集合の重み付け値ベクトルに基づいて、転送するデータを少なくとも１つの副データストリームに逆多重化し、各逆多重化した少なくとも１つの副データストリームに上記関連した重み付け値を掛けて転送する送信機と、を含むことを特徴とする。

上記受信機は、上記送信機から転送されたデータのパイロットチャネルを用いてチャネル状態を推定するダウンリンクチャネル推定器と、上記チャネル状態に基づいて、上記時間の間に適用される重み付け値集合での重み付け値ベクトル情報を決定して上記送信機へ上記重み付け値ベクトル情報を転送する重み付け値選択器と、上記選択された重み付け値ベクトルのチャネル状態を推定して上記送信機へ推定されたチャネル状態情報を転送する副チャネル別状態推定器とを含むことを特徴とする。

上記送信機は、転送する主データストリームを少なくとも１つの副データストリームに逆多重化するデマルチプレクサと、上記逆多重化した少なくとも１つの副データストリームを受信してチャネル符号化率と変調方式により上記受信された少なくとも１つの副データストリームを独立的にチャネル符号化及び変調を遂行する少なくとも１つのチャネル符号化器及び変調器と、上記少なくとも１つのチャネル符号化及び変調された副データストリームに重み付け値を掛けて上記受信機へ転送するビーム成型器と、上記重み付け値集合が適用される場合に、上記受信機から転送された上記フィードバック情報に基づいて、上記副データストリームの数と、上記少なくとも１つの副データストリームの符号化率と、変調方式と、各副データストリームの掛けられる重み付け値を予め決定する制御器とを含むことを特徴とする。

ここで、上記送受信機は、上記送受信アンテナ及び重み付け値集合の個数に従って重み付け値集合及び重み付け値ベクトルを格納することを特徴とする。

前述した目的を達成するための本発明の更に他の実施形態に従う無線通信システムにおけるデータ送受信方法は、受信機で受信データのパイロットチャネルからフェーディングチャネルを推定する第１過程と、上記推定されたフェーディングチャネルに基づいて、互いに直交する複数の重み付け値ベクトルを要素にする少なくとも１つの重み付け値集合がどの一定時間の間に適用され、ある１つの時点で使われる重み付け値集合に対してデータ転送率を最大にする重み付け値ベクトルを決定する第２過程と、上記決定された重み付け値ベクトルに従うチャネル別状態情報を推定する第３過程と、上記決定された重み付け値ベクトル及び上記チャネル別状態情報を含むフィードバック情報を送信機へ転送する第４過程と、上記フィードバック情報を受信し、上記時間の間に適用される重み付け値集合の重み付け値ベクトルに従って、各アンテナ別データを転送する過程とを含むことを特徴とする。

以上、前述したように、本発明のKnockdown Precoding技術は、従来のプリコーダーコードブック技術に比べて多様な空間相関度を有するチャネル環境への適用がより容易であり、性能が優れて、処理率（throughput）を高めることができる。また、本発明のKnockdown Precoding技術は、要求されるメモリ量がプリコーダーコードブック技術に比べて小さいし、空間多重化技術が適用されるシステムのアップリンクチャネル構造及び容量によって最適化することができる。

本発明の第１実施形態に従うシステムを示す図である。 本発明の第１実施形態に従うシステムの受信機で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。 本発明の第１実施形態に従うシステム送信機で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。 本発明のシステムで重み付け値集合を決定する方法を示す順序図である。 本発明のシステムで重み付け値集合を決定する方法を示す順序図である。 本発明の第２実施形態に従うシステムを示す図である。 本発明の第２実施形態に従うシステムの受信機で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。 本発明の第２実施形態に従うシステムの送信機で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。 本発明の第３実施形態に従うシステムを示す図である。 本発明の第３実施形態に従うシステムの受信機で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。 本発明の第３実施形態に従うシステムの送信機で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。 空間相関度がある環境で従来技術と本発明で提案されたシステムとの間のシステムの性能を比較した実験結果を示すグラフである。 空間相関度がない環境で従来技術と本発明で提案されたシステムとの間のシステムの性能を比較した実験結果を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態を詳細な説明が添付された図面を参照しつつ説明する。下記の説明において、具体的な特定事項が表れているが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものである。そして、本発明を説明するに当たり、関連のある公知の技術あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を余計に曖昧にする恐れのあると認められる場合、その詳細な説明は省かれる。

本発明は、多重送／受信アンテナを用いるシステムにおいて、送信機が空間相関度に従って受信機のフィードバック情報を受信して効率良く用いる装置及びそれに従う方法を提案する。

本発明の好ましい実施形態における多重送／受信アンテナを用いるシステムにおいて、受信機は多数の重み付け値集合のうち、データ転送率を最大にする重み付け値集合と集合内の重み付け値を選択して、アップリンクフィードバックチャネルを介して上記選択情報を送信機へ伝達する。送信機は上記受信機からフィードバックチャネルを介して転送された情報を用いてプリコーディング（Precoding）行列を構成する。ここで、上記情報は重み付け値集合のインデックス（Index）、上記重み付け値集合から選択された重み付け値に対する情報に該当する重み付け値ベクトル情報、各副データストリームのチャネル状態情報になることができる。本発明の好ましい実施形態において、上記重み付け値集合のインデックス、上記重み付け値集合から選択された重み付け値情報に該当する重み付け値ベクトル情報、各副データストリームのチャネル状態情報を含む情報をフィードバック情報と定義する。本発明で提案する技術をKnockdown Precoding技術と命名することにする。
次に、本発明に従うシステム及びフィードバック（Feedback）情報の生成方法について実施形態を参考しつつ説明する。

１．第１実施形態
１）Knockdown Precodingシステム
本発明では送信機にｎ_Ｔ個のアンテナが配列された送信アンテナ配列があり、受信機にｎ_Ｒ個のアンテナが配列された受信アンテナ配列がある多重送／受信アンテナシステムを考慮する。多数の重み付け値集合は、上記送受信機の間に予め定義される。上記重み付け値集合は、送信アンテナ数だけの重み付け値ベクトルを要素にする集合であって、Ｎ個の重み付け値集合を決定すると、総Ｎ×ｎ_Ｔ個の重み付け値ベクトルを決定することになる。

Knockdown Precoding技術は、受信機が多数のＮ重み付け値集合のうち、データ転送率を最大にする１つの重み付け値集合とその重み付け値集合から重み付け値を選択し、アップリンクフィードバックチャネルを介して選択情報を送信機に伝達し、送信機では上記送信された情報を用いてプリコーディング行列を構成する。

図１は、本発明の第１実施形態に従うシステムを示す図である。説明の便宜のため、本発明の第１実施形態では、送信機と受信機のアンテナ数が２の時の場合を示す。
図１を参照すると、本発明のシステム１００において、受信機１３０は、機能上、ダウンリンクチャネル推定器１３３、復調器１３１、重み付け値選択器１３５、副チャネル別状態推定器１３７、及びマルチプレクサ１３９から構成される。そして、送信機１１０は、制御器１１１、デマルチプレクサ１１３、チャネル符号化器及び変調器１１５、１１７、そしてビーム成型器１１９、１２１から構成される。

ダウンリンクチャネル推定器１３３は、送信機１１０から受信された信号のパイロットチャネルを用いてチャネル推定を遂行して、重み付け値選択器１３５に推定情報を転送する。重み付け値選択器１３５は、上記推定情報に基づいて、アンテナ数に従って、重み付け値集合と各重み付け値集合の重み付け値ベクトルを生成する。重み付け値選択器１３５は、重み付け値集合インデックス１５１と重み付け値ベクトル情報１５３を送信機１１０へ転送する。また、重み付け値選択器１３５は上記情報を同時に副チャネル別状態推定器１３７へ転送する。副チャネル別状態推定器１３７は、上記受信情報に従って選択された重み付け値集合に対するチャネル別状態を推定して送信機１１０へチャネル別状態情報を転送する。

送信機１１０の制御器１１１は、受信機１３０からフィードバック情報１５０を受信する。制御器１１１は、フィードバック情報１５０を用いてデマルチプレクサ１１３、各チャネル符号化器１１５、１１７、及び各ビーム成型器１１９、１２１を制御する。より詳しくは、制御器１１１はフィードバック情報１５０を用いて副データストリーム数を決定し、これをデマルチプレクサ１１３に知らせてくれる。そして、フィードバック情報１５０のうち、各副データストリームのチャネル状態情報１５５に基づいて、各副データストリームの符号化率と変調方式を決定し、これをチャネル符号化器及び変調器１１５、１１７に知らせてくれる。また、制御部は、ビーム成型時、フィードバック情報１５０のうち、重み付け値集合インデックス１５１または関連重み付け値集合で選択された重み付け値情報１５３を用いて各副データストリームに適用される重み付け値を計算し、これをビーム成型器１１９、１２１に知らせてくれる。

デマルチプレクサ１１３は、制御器１１１から転送された副データストリーム数に従って主データストリームを逆多重化する。各チャネル符号化器及び変調器１１５、１１７は、制御器１１１から受信された符号化率と変調方式の情報を用いて、主データストリームを逆多重化して得られた副データストリームを独立的に符号化及び変調することになる。ビーム成型器１１９、１２１は、チャネル符号化器及び変調器１１５、１１７から受信された副データストリームに重み付け値を掛ける。すると、送信機１１０は、上記各副データストリームを合算して送信アンテナ１２３を介して上記データを転送することになる。

次に、図２及び図３を参照して本発明のシステムにおける送受信機において、データ転送方法について詳細に説明する。

図２は、図１のシステムの受信機１３０で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。

図２を参照すると、受信機１３０のダウンリンクチャネル推定器１３３は、ステップ２０１で、多数の受信アンテナ１３９から受信されたパイロットチャネルやパイロットシンボルを用いてダウンリンクのフェーディングチャネルを推定する。即ち、各送信アンテナから各受信アンテナへのダウンリンクに対するフェーディングチャネルを推定する。次に、重み付け値選択器１３５は、ステップ２０３で、上記推定されたフェーディングチャネル情報に基づいて、データ転送率を最大にする重み付け値情報を選択する。ここで、重み付け値情報は重み付け値集合インデックス１５１と重み付け値ベクトル情報１５３を意味する。

ステップ２０３を詳細に説明すれば、Ｎ個の重み付け値集合の各々からデータ転送率を最大にする重み付け値ベクトルを選択し、上記選択された重み付け値ベクトルにより転送可能なデータ率を計算する。即ち、Ｎ個の選択された重み付け値集合（または、各重み付け値集合で選択された重み付け値ベクトルを要素にする重み付け値集合）の間に転送可能データ率を比較して、最大データ転送率を有する重み付け値集合を選択する。最大の転送率を有する重み付け値集合が属した重み付け値集合インデックス（Index）を決定し、最大転送率を有する重み付け値集合に属した重み付け値ベクトルを実際に転送することに使用する重み付け値が決まる。

そして、副チャネル別状態推定器１３７は、ステップ２０５で、上記重み付け値情報に従って各副データストリームチャネルを推定する。即ち、重み付け値選択器１３５により選択された重み付け値により形成された副データストリームの信号対干渉比（Signal To Interference Noise Ratio：ＳＩＮＲ）を計算して副データストリーム別チャネル状態情報、またはＭＣＳ（Modulation and Coding Selection）を決定する。次に、受信機１３０は、ステップ２０７で、上記重み付け値情報及びチャネル状態情報が含まれたフィードバック情報１５０を送信機へ転送する。ここで、上記受信機は、同時にまたは別々に上記フィードバック情報の要素を転送することができる。

図３は、図１のシステムの送信機１１０で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。

図３を参照すると、送信機１１０の制御器１１１は、ステップ３０１で、受信機１３０からフィードバック情報１５０を受信する。次に、制御器１１１は、ステップ３０３で、フィードバック情報１５０のうち、重み付け値情報を用いて最終転送可能な副データストリーム数を決定する。ここで、上記転送可能な副データストリーム数は選択された重み付け値等の数と同一である。

デマルチプレクサ１１３は、ステップ３０５で、転送しようとする主データストリームを上記転送可能な副データストリーム数だけの副データストリームに逆多重化する。そして、各チャネル符号化器及び変調器１１５、１１７は、ステップ３０７で、フィードバックされた副データストリーム別チャネル状態情報から決定された符号化率と変調方式の情報を用いて、独立的に副データストリームを符号化し、シンボルにマッピングを遂行する。次に、ビーム成型器１１９、１２１は、ステップ３０９で、各副データストリームに制御器１１１から伝えられた重み付け値を掛けて送信アンテナ１２３を介して送信する。

本発明の実施形態において、重み付け値集合及びその重み付け値ベクトルを求める過程で、データ転送率を最大にする重み付け値によりなされたプリコーダー（Precoder）を送信機１１０にフィードバックするためには、選択された重み付け値集合インデックス１５１と上記選択された重み付け値集合から選択された重み付け値に対する重み付け値ベクトル情報１５３を転送するに当たり、フィードバックチャネルが要求される。そして、Ｎ個の重み付け値集合は数式（１）により設計され、上記Ｎ個の重み付け値集合は、ある１つのセル内で送信機と受信機により定義されれば、選択された重み付け値集合のインデックス１５３をフィードバックするためのフィードバックチャネルに割り当てられたビット数は

１つの選択された重み付け値集合に属している各重み付け値の選択または非選択を表す方式が１つの重み付け値集合から選択された重み付け値に対して使われる場合、各重み付け値別１ｂｉｔのフィードバック情報が必要であるので、総送信アンテナ数だけのフィードバックビットが必要である。従って、プリコーダーをフィードバックするために必要なフィードバック情報量は、

となる。また、副チャネル別状態推定器１３７で推定して選択された重み付け値により形成される副データストリーム別チャネル状態情報をフィードバックするためのフィードバックチャネルが更に必要である。

次に、本発明に従う重み付け値集合を設計する方法について説明する。

２）Knockdown Precoding技術のための重み付け値集合設計
送信機１１０と受信機１３０は、多数の重み付け値集合を定義する。重み付け値集合は、送信アンテナ数ｎ_Ｔだけの重み付け値ベクトルを要素にする集合である。上記重み付け値ベクトルは簡単に重み付け値とも命名する。ここで、１つの重み付け値ベクトルはｎ_Ｔ個の複素数要素で構成される。Ｎ個の重み付け値集合を定義すると、総Ｎ×ｎ_Ｔ個の重み付け値ベクトルを構成することになる。Ｎ個の重み付け値集合を設計するに当たり、空間相関度を考慮するために、次の原則が用いられる。第１に、１つの重み付け値集合に属するｎ_Ｔ個の重み付け値は互いに直交し、各重み付け値のサイズは１である。

第２に、決まる総Ｎ×ｎ_Ｔ個の重み付け値ベクトルにより形成されるビームの主ビーム方向が互いに重ならず、サービス領域内で均一に分けられなければならない。

上記第１と第２の原則を満たす総Ｎ個の重み付け値集合を決定するために、各重み付け値ベクトルの隣の要素の間の位相差が2π／Ｎ・ｎ_Ｔの定数倍である総Ｎ×ｎ_Ｔ個の重み付け値ベクトルを作り、重み付け値ベクトルの同一位置要素の間の位相差が2π／ｎ_Ｔの定数倍ｎ_Ｔ個の重み付け値を１つの重み付け値集合にグルーピング（Grouping）すると、同一重み付け値集合に属するｎ_Ｔ個の重み付け値が互いに直交する総Ｎ個の重み付け値集合が決定される。

図４は、総Ｎ個の重み付け値集合を決定する過程の一例を示す図である。

図４を参照すると、ステップ４００で、Ｎ×ｎ_Ｔ個の重み付け値ベクトルが生成される。重み付け値集合の個数Ｎと送信アンテナの個数ｎ_Ｔの入力を受ける。Ｎ×ｎ_Ｔ個の重み付け値ベクトルを求めるために、ｋ＝０からｋ＝Ｎ×ｎ_Ｔまで、ステップ４０１ないしステップ４０５の循環過程を経る。ステップ４０２で、ｋ番目の重み付け値ベクトルを求めるために、重み付け値ベクトル内の隣の要素間の位相差Δ_k＝2πｋ／Ｎｎ_Ｔを計算する。ここで、計算された位相差を持って、ステップ４０３で、ｋ番目の重み付け値ベクトルを決定する。ｋ番目の重み付け値ベクトルの１番目の要素は

であり、２番目の要素はΔ_kを位相として有する

である。３番目の要素は２番目の要素でΔ_kだけ位相を増加させた

である。このような方法によりｎ_Ｔ個の要素を全て詰めると、ｋ番目の重み付け値ベクトルが完成される。ｋ番目の重み付け値ベクトルを決定した後には、ステップ４０４で、ｋを１つ増加させて、ステップ４０２とステップ４０３を繰り返して（ｋ＋１）番目の重み付け値ベクトルを決定する。ステップ４０６で、Ｎ×ｎ_Ｔ個の重み付け値ベクトルを全て決定した後、ステップ４０７で、これらの中で、直交（Orthogonal）した重み付け値ベクトルのみを集めて重み付け値集合に分類する。分類する基準は、同一位置にある重み付け値ベクトル要素の間の位相差が2π／ｎ_Ｔの定数倍であるｎ_Ｔ個の重み付け値を１つの重み付け値集合に集めるものである。この基準を満たすように、重み付け値集合を分類すると、重み付け値集合１は、ｋがｋ＝０，Ｎ，２Ｎ，．．．，（ｎ_Ｔ−１）Ｎであるｋ番目の重み付け値ベクトルで構成され、重み付け値集合２は、ｋがｋ＝１，Ｎ＋１，２Ｎ＋１，．．．，（ｎ_Ｔ−１）Ｎ＋１であるｋ番目の重み付け値ベクトルで構成される。一般的に表現すると、重み付け値集合ｎ＋１はｋ＝ｎ，Ｎ＋ｎ，２Ｎ＋ｎ，．．．，（ｎ_Ｔ−１）Ｎ＋ｎ番目の重み付け値ベクトルで構成される。

前述した重み付け値集合設計原則による具体的な設計例は、次に通りである。Ｎ個の重み付け値集合{Ｅ_ｎ}（ｎ＝１，Ｌ，Ｎ）を設計すると、各重み付け値集合Ｅ_ｎは直交（Orthogonal）したｎ_Ｔ個の重み付け値ベクトル{ｅ_ｎ，１}（ｎ＝１，Ｌ，ｎ_Ｔ）の要素で構成される。即ち、Ｅ_ｎ＝{ｅ_n１，ｅ_n２，Ｌ，ｅ_nnＴ}である。ここで、｛ｅ_ｎ，１｝はＮ番目の重み付け値集合、Ｅ_ｎに属するｉ番目の重み付け値ベクトルを表して、次の数式（１）のように設計される。

図５は、本発明の一実施形態に従う重み付け値集合を決定する更に他の一例を示す順序図であって、特に、上記数式（１）により総Ｎ個の重み付け値集合を決定する過程を図示したものである。まず、ステップ５００で、重み付け値集合番号ｎを１に初期化する。ステップ５０１では、ｎ番目の重み付け値集合を計算するため、ステップ５００の以後、１番目の重み付け値集合を直ぐに計算する。ステップ５０２で、ｎを１だけ増加させて総Ｎ個の重み付け値集合が完成されるまでステップ５０１を繰り返すことになる。全ての重み付け値集合が完成されると、ステップ５０４で完了される。

ステップ５０１で、ｎ番目の重み付け値集合内のｎ_T個の重み付け値ベクトルを計算する。ステップ５１０では、ｎ番目の重み付け値集合の重み付け値ベクトル番号ｉを１に初期化する。ステップ５１１では、ｎ番目の重み付け値集合のｉ番目の重み付け値ベクトルを決定する。即ち、ステップ５１０の後にｎ番目の重み付け値集合の１番目の重み付け値ベクトルを計算することになる。ステップ５１２で、ｉを１だけ増加させてｎ番目の重み付け値集合内の総ｎ_T個の重み付け値ベクトルが完成されるまでステップ５１１を繰り返すことになる。ｎ番目の重み付け値集合の全ての重み付け値ベクトルが決定されると、ステップ５１４で、ｎ番目の重み付け値集合決定を完了し、次の重み付け値集合決定ステップを経ることになる。

ステップ５１１で、ｎ番目の重み付け値集合のｉ番目の重み付け値ベクトルを計算する過程が行われる。ステップ５２０では、ｎ番目の重み付け値集合のｉ番目の重み付け値ベクトルを計算するための基準位相φ_njを決定する。基準位相が決定されると、この基準位相を持ってｎ番目の重み付け値集合内のｉ番目の重み付け値ベクトルの各要素を計算する。ステップ５２１では、まず要素番号ｍを１に初期化する。ステップ５２２では、ｎ番目の重み付け値集合内のｉ番目の重み付け値ベクトルのｍ番目の要素をステップ５２０で求めた基準位相をω⁽ⁿ⁾ _mj＝exp｛j(m−1)φ_nj｝に適用して決定する。即ち、ステップ５２１の直後にはｎ番目の重み付け値集合内のｉ番目の重み付け値ベクトルの１番目の要素を計算することになる。このような過程をｍ＝１からｍ＝ｎ_Tまで繰り返すと、ステップ５２５で、ｎ番目の重み付け値集合内のｉ番目の重み付け値ベクトルを完成することになり、次の重み付け値ベクトルを決定する過程を経ることになる。
４個の送信アンテナを含む多重送／受信アンテナシステムにおいて、２つの重み付け値集合を上記のように設計すると、次の数式（３）の通りである。

上記数式（３）のＥ₁に属した４個の重み付け値は互いに直交し、サイズが１である。また、数式（３）のＥ_２に属した４個の重み付け値も互いに直交し、サイズが１である。しかしながら、互いに異なる重み付け値集合に属する{ｅ_１，ｉ}（ｉ＝１，２，３，４）と{ｅ_２，ｉ}（ｉ＝１，２，３，４）重み付け値は互いに直交しない。互いに直交する重み付け値に基づくデータストリームが転送される際、同時に転送されるデータストリームの間の干渉が最小化し、同時に転送されるデータストリームの転送率の和が最大化することができる。本発明で提案する好ましいknockdown precoding技術は、１つの重み付け値集合に属する重み付け値が互いに直交するように設計し、同時に転送されるデータストリームが１つの重み付け値集合から選択された重み付け値に従って転送されるようにすることで、同時に転送されるデータストリームの間の干渉を減らして、同時に転送されるデータストリームによる転送率の和が最大化するようにする。また、Ｅ_１とＥ_２に属する８個の重み付け値により形成される主ビーム（main lobe）の方向が互いに重ならず、サービス領域内で均一に分けられる。したがって、これは送信機のサービス領域内でランダムに分布する受信機が如何なる方向に位置しても、８個の送信重み付け値のうち、１つあるいはその以上の重み付け値によるビーム成型利得が得られる。
総Ｎ×ｎ_Ｔ個の重み付け値の中で、同時に転送される副データストリームによる転送率の和が最大になるように重み付け値を選択することになれば、選択された重み付け値が同一な重み付け値集合に属する確率が高い。１つの重み付け値集合を選択し、該当重み付け値集合で選択された重み付け値を表す階層的な表現方式を使用すると、データ転送率を最大にする選択された重み付け値を表現するためのフィードバック情報量を最小化することができる。

次に、本発明の好ましいシステムにおいて、送信アンテナ個数（ｎ_Ｔ）、重み付け値集合個数（Ｎ）に対して上記数式（１）を満たす場合に対する一例を次の表１ないし表１２に示す。下記の表において、（ｘ、ｙ）は実数成分がｘ、虚数成分がｙである複素数を表記したものである。即ち、（ｘ、ｙ）＝ｘ＋ｙｉを意味する。

２．第２実施形態
副データストリーム状態情報に対するフィードバックチャネルを用いた重み付け値選択情報フィードバック方式

１つの重み付け値集合から選択された重み付け値を表すための情報は、次のような２つの方式によりフィードバックされることがきる。

第１の方式は、本発明の第１実施形態のように、１つの重み付け値集合から選択された重み付け値に対する情報のみを伝達する専用フィードバック（Dedicated feedback）チャネルを使用する方式である。これは、選択された重み付け値集合に属する各重み付け値別に選択されるか否かを表す、各重み付け値別１ビットフィードバック情報を使用する方式である。プリコーダーフィードバック（Precoder Feedback）情報量は選択された重み付け値集合インデックス（Index）の転送のためのフィードバック情報を含んで、

となる。また、転送するデータストリーム別に転送データ率を調節するためには、選択された重み付け値により形成される各データストリーム別チャネル状態情報を更にフィードバックしなければならない。上記重み付け値の選択情報を伝達するための専用フィードバックチャネルを使用する場合には、選択されない重み付け値に対する副データストリーム別チャネル状態情報はフィードバックする必要がない。

第２の方式は、本発明の第２実施形態に従い重み付け値選択情報を伝達するためのフィードバック方式である。転送するデータストリーム別に転送データ率を調節するために上記方式を受信機から送信機に副データストリーム別チャネル状態情報をフィードバックするシステムのデータストリーム別チャネル状態情報に対するフィードバックチャネルを用いる方式である。

図６は、本発明の第２実施形態に従うKnockdown Precodingシステム６００を示す図である。上記第１実施形態と第２実施形態の間に同一な構成素子は同一な参照符号として表した。上記第１実施形態と第２実施形態との間の差異点のみを説明し、同一な機能を遂行する部分は、省略または簡略に説明する。

上記第２実施形態について図６を参照しつつ簡略に説明する。上記の実施形態のシステム６００の重み付け値選択器６３１は、ダウンリンクチャネル推定器１３３で推定されたフェーディングチャネル情報を用いてデータ転送率を最大にする重み付け値を選択し、関連重み付け値集合で選択された重み付け値ベクトルを副チャネル別状態推定器６２３へ伝達する。副チャネル別状態推定器６２３は、重み付け値選択器６３１により形成される副データストリームのＳＩＮＲを計算し量子化して、副データストリームのチャネル状態情報６５３、即ちＣＱＩ（Channel Quality Indicator）やＭＣＳを決定する。ここで、副データストリームのチャネル状態情報６５３において、多様な変調方式と符号化率の組合せが可能である。これに対する一例として次の表１３に表すことができる。

本実施形態では、１つの重み付け値集合から選択された重み付け値に対する情報をフィードバックするために、既存のＭＣＳやＣＱＩ（Channel Quality Indicator）レベルに関連重み付け値が使われないことを表す転送無（No transmission）レベルを追加する。即ち、該当重み付け値が転送に使われるように選択されなかった場合、No transmissionレベルにて副データストリーム別状態情報６５３を通じてフィードバックする。

送信機６１０の制御器６１１は、重み付け値集合インデックス情報６５１と副データストリーム別状態情報６５３が含まれたフィードバック情報６５０を受信する。制御器６１１は、副データストリーム別状態情報６５３を用いて同時転送可能な副データストリーム数を決定して、その決定された数をデマルチプレクサ１１３に知らせてくれる。また、フィードバック情報６５０を用いて符号化率及び変調方式と各副データストリーム別関連重み付け値を決定して各々チャネル符号化器及び変調器１１５、１１７、ビーム成型器１１９、１２１に決定された結果を知らせてくれる。

次に、図７及び図８を用いて、本発明のシステム６００における送受信機で動作するデータ送受信方法について詳細に説明する。

図７は、本発明の第２実施形態に従うシステム６００における受信機６３０で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。

図７を参照すると、受信機６３０のダウンリンクチャネル推定器１３３は、ステップ７０１で、多数の受信アンテナから受信されたパイロットチャネルやパイロットシンボルを用いてダウンリンクのフェーディングチャネルを推定する。即ち、各送信アンテナから各受信アンテナへのダウンリンクフェーディングチャネルを推定する。次に、重み付け値選択器６３１は、ステップ７０３で、転送率を最大にする重み付け値集合と関連重み付け値集合から選択された重み付け値ベクトルを決定する。上記決定情報は、副チャネル別状態推定器６３３に知らせることになる。すると、副チャネル別状態推定器６３３は、ステップ７０５で、上記決定された重み付け値ベクトルに従う副データストリーム別チャネル状態を推定する。即ち、副チャネル別状態推定器６２３は、選択された重み付け値により形成される副データストリームのＳＩＮＲを計算し、副データストリーム別チャネル状態情報６５３を決定する。ステップ７０７で、受信機６３０は、上記重み付け値集合インデックス６５１及び転送情報と副データストリーム別チャネル状態情報が含まれたフィードバック情報６５０を転送する。

次に、ステップ７０７を詳細に説明すると、ステップ７０３で、選択されない重み付け値の状態情報をNo transmissionレベルに設定（Setting）し、選択された重み付け値集合に属した全ての重み付け値の状態情報を送信機６１０にフィードバックする。従って、選択された重み付け値集合インデックス情報６５１を伝達するためのフィードバックチャネルと推定された選択重み付け値により形成される副データストリーム別チャネル状態情報６５３を伝達するためのフィードバックチャネルのみ必要である。ここで、重み付け値集合インデックス６５１と副データストリーム別状態情報６５３は、同時に転送することもでき、別に転送することもできる。

図８は、本発明の第２実施形態に従うシステム６００における送信機６１０で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。

図８を参照すると、まず、送信機６１０は、ステップ８０１で、受信機６３０からフィードバック情報６５０を受信する。次に、制御器６１１は、ステップ８０３で、副データストリーム別チャネル状態情報６５３を用いて最終的に転送可能な副データストリーム数を設定する。使われないチャネルはNo transmissionレベルに設定されるので、制御器６１１は副データストリーム別チャネル状態情報６５３を知ることができる。すると、デマルチプレクサ１１３は、ステップ８０５で、転送される主データストリームを転送可能な副データストリームに逆多重化する。そして、符号化率と変調方式を用いてチャネル符号化器及び変調器１１５、１１７は、ステップ８０７で、副データストリームに対する独立的に符号化及びシンボルマッピングを遂行する。次に、ステップ８０９で、ビーム成型器１１９、１２１は、副データストリームに重み付け値を掛けて、ビーム成型過程を遂行した後、符号化され変調された副データストリームを受信機６３０へ転送する。関連重み付け値集合に属している重み付け値の選択情報は、副データストリーム別チャネル状態情報６５３に含まれているので、送信機６１０は上記の重み付け値を知ることができる。
実際の転送に使われない重み付け値に対するＭＣＳ情報もフィードバックしなければならないので、プリコーダーフィードバックとＭＣＳフィードバックの総情報量を考慮する。本発明の第２実施形態では、実際の送信に使われる重み付け値の数が（総送信アンテナ数の１／２）＋１より少ない場合のみに、上記第１実施形態より少ないフィードバック情報量が要求される。実際の送信に使われる重み付け値の数が（総送信アンテナ数の１／２）＋１より大きい場合には、フィードバック情報を転送するために、副データストリーム別チャネル状態情報をフィードバックするためのフィードバックチャネルを用いる。その以外の場合には、重み付け値選択情報のみを伝達するための専用フィードバック（dedicated feedback）チャネルを用いて、２つの方式が結合された形態のフィードバックが遂行されることができる。

３．第３実施形態
Open Loop Knockdown Precoding技術
提案したKnockdown Precoding技術は、選択された重み付け値集合インデックス情報を伝達するためのフィードバックチャネルの有無に従ってOpen Loop Knockdown Precoding技術とClosed Loop Knockdown Precoding技術として動作することができる。
前述した第１実施形態と第２実施形態に示すClosed Loop Knockdown Precoding技術は、選択された共通重み付け値集合のインデックス情報がフィードバックされる場合の技術であり、重み付け値選択情報を伝達するためのフィードバック方式により、第３実施形態のOpen Loop Knockdown Precodingシステムの送信機と受信機構造と動作は、図１の専用フィードバック（Dedicated Feedback）チャネルを使用するknockdown precodingシステム１００、または図６の副チャネル別状態情報のフィードバックチャネルを使用するKnockdown Precodingシステム６００の構造と動作と同一である。

第３実施形態では、選択された重み付け値集合のインデックスを伝達するフィードバックチャネルがなく、選択された重み付け値に対する情報を伝達するフィードバックチャネルが存在する。送受信アンテナが２つである時、上記Open Loop方式のKnockdown Precodingシステム構造は、図１、図６の構造と同一である。

次に、本発明の第３実施形態に従うシステム９００について図９を参照して説明する。第３実施形態において、上記第１及び第２実施形態と同一な部分を省略及び簡略にして説明する。

図９を参照すると、第３実施形態のシステム９００は、前述したClosed Loop knockdown precoding技術のシステムとほぼ同一であるが、システム９００は選択された共通重み付け値集合インデックスに対するフィードバックチャネルがないという点に差がある。選択された共通重み付け値集合インデックスに対するフィードバックチャネルがないため、送信機９１０とセル内の受信機９３０は、一時間スロットでは１つの重み付け値集合のみを使用する。使われる重み付け値集合は固定されず、周期的にＮ個の重み付け値集合が順次に使われる。即ち、上記重み付け値集合は、周期的にＥ_１，Ｅ_２，Ｅ_３，．．．，Ｅ_Ｎ，Ｅ_１の順に使われることができる。使われる重み付け値集合は決まった周期と順序に従って変わる。従って、制御器９１１は、選択された重み付け値ベクトル情報９５１と副データストリーム別状態情報９５３を用いて主データストリームの逆多重化、符号化、変調、及びビーム成型の過程を制御する。送信機９１０でのデータ処理方法は、前述した実施形態の方法と同一であるので、ここでは省略する。
所定時間スロットにおける重み付け値集合が知られると、重み付け値選択器９３１は、重み付け値集合から重み付け値ベクトルを選択して、重み付け値ベクトル情報９５１をフィードバックすることになる。そして、副チャネル別状態推定器９３３は、重み付け値選択器９３１から選択された重み付け値ベクトルを検出して副データストリームの状態情報９５３を送信機９１０に知らせることになる。

次に、第３実施形態のシステム９００におけるデータ送／受信方法について次の図１０、図１１を参照して説明する。

図１０は、本発明の第３実施形態に従うシステム９００の受信機９３０で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。

図１０を参照すると、ダウンリンクチャネル推定器１３３は、ステップ１００１で、多数の受信アンテナ１３９から受信されたパイロットチャネルやパイロットシンボルを用いて各送信アンテナから各受信アンテナへのフェーディングチャネルを推定する。次に、ステップ１００３で、重み付け値選択器９３１は、所定時間区間での重み付け値集合が知られているので、実際に転送する重み付け値ベクトル情報９５１を選択する。すると、副チャネル別状態推定器９３３は、ステップ１００５で、上記選択された重み付け値ベクトルに従う副データストリーム別チャネル状態を推定する。次に、受信機９３０は、ステップ１００７で、重み付け値ベクトル情報９５１及び副データストリーム別チャネル状態情報９５３が含まれたフィードバック情報９５０を送信機９１０へ転送することになる。

図１１は、本発明の第３実施形態に従うシステム９００の送信機９１０で遂行するデータ送／受信方法を示す順序図である。

図１１を参照すると、送信機９１０は、ステップ１１０１で、フィードバック情報９５０を受信すると、ステップ１１０３で、フィードバック情報９５０を用いて同時転送可能な副データストリーム数を決定する。すると、デマルチプレクサ１１３は、ステップ１１０５で、転送する主データストリームを転送可能な副データストリームに逆多重化することになる。そして、チャネル符号化器及び変調器１１５、１１７は、ステップ１１０７で、各副データストリームに対し、符号化率及び変調方式を用いて独立的に符号化及びシンボルマッピングを遂行する。次に、ビーム成型器１１９、１２１は、ステップ１１０９で、上記副データストリームに重み付け値を掛けて、ビーム成型過程を遂行して、符号化され変調された副データストリームを上記受信機へ転送する。第３実施形態のシステム９００のOpen Loop方式において、選択された重み付け値集合インデックスをフィードバックするチャネルがなく、１つの時間スロットに１つの重み付け値集合のみを使用するため、上記第１及び２実施形態でのClosed Loop方式に比べて転送できるデータ転送率が低い。しかしながら、Open Loop方式は、Closed Loop方式に比べてフィードバック情報量が少ないので、フィードバック情報転送量が制限されるシステムに適用されて、プリコーディング方式による転送データ率の改善をなすことができる。

本発明の提案技術と従来技術との比較分析

従来のプリコーダーコードブック（Precoder Codebook）技術と提案技術であるKnockdown Precoding技術を同時に転送するデータストリーム数を調節する方式と、このために要求されるフィードバック情報量の点で比較分析する。

従来技術であるプリコーダーコードブック技術は、送信アンテナ数ｎ_Ｔ、受信アンテナ数ｎ_Ｒ、そして同時に転送されるデータストリーム数Ｎ_Ｓに従ってプリコーダーコードブックを別に定義して使用する。仮に、送信アンテナ数が４の送信機と受信アンテナ数が１、２、３、そして４の受信機が通信を行う状況で、各送受信機チャネル状態に従って同時に転送されるデータストリーム数を調節する場合、考慮されるべきプリコーダーコードブックは、言い換えると、（ｎ_Ｔ，ｎ_Ｒ，ｎ_Ｓ）＝（４，１，１），（４，２，１），（４，２，２），（４，３，１），（４，３，２），（４，３，３），（４，４，１），（４，４，２），（４，４，３）、そして、（４，４，４）で、総１０つである。送信機と受信機は、上記の１０つのプリコーダーコードブックを予め約束する。受信機は、受信アンテナ数ｎ_Ｒとデータストリーム数Ｎ_Ｓを送信機にフィードバックして、送信機は使用するプリコーダーコードブックを選択する。受信機は、受信アンテナ数ｎ_Ｒとデータストリーム数Ｎ_Ｓに適合したプリコーダーコードブックのうち、最大容量を転送するプリコーダー（precoder）を選択し、選択されたプリコーダーのインデックスを送信機にフィードバックする。送信機はフィードバックされたｎ_ＲとＮ_Ｓに適合したプリコーダーコードブックのうち、フィードバックインデックスを有するプリコーダーを選択してデータを転送する。

ｎ_Ｒは、ただ１回のみフィードバックできるので、ｎ_Ｒに対して要求されるフィードバック情報量は無視する。チャネル状況によって同時的に変わるＮ_Ｓに対するフィードバック情報は、選択されたプリコーダーのインデックスに対するフィードバック情報と共に転送されなければならない。各プリコーダーコードブックが８個のプリコーダーで構成されていると仮定すると、Ｎ_Ｓのフィードバック情報のために２ｂｉｔｓ／ｕｓｅと選択されたプリコーダーのインデックスのフィードバック情報のために、３ｂｉｔｓ／ｕｓｅが必要であるので、フィードバック情報のために、総５ｂｉｔｓ／ｕｓｅが必要である。

最適のプリコーダーコードブックは、運用されるチャネルのフェーディング空間相関度に従って変わる。現在まで従来のプリコーダーコードブック技術において、フェーディングの空間相関度がないという仮定下にプリコーダーコードブックを設計して来た。従って、フェーディングの空間相関度が存在するチャネル環境では、性能劣化が発生される。これを克服するためには、送信機でダウンリンクチャネルの空間相関度行列を用いて既存のプリコーダーコードブックを圧伸（companding）させてくれなければならない。このためには、受信機がダウンリンクチャネルの空間相関度行列を推定した後、送信機に推定された後列をフィードバックするため、Ｎ_Ｓと選択されたインデックスをフィードバックするためのフィードバック情報だけでなく、追加的にダウンリンクチャネルの空間相関度行列をフィードバックするためのフィードバック情報量が要求される。

本発明で提案するknockdown precoding技術において、送信アンテナ数ｎ_Ｔだけの直交する重み付け値からなるＮ個の重み付け値集合が定義される。受信機は使用している受信アンテナ数ｎ_Ｒを考慮して、転送データ率を最大にする最大ｍｉｎ（ｎ_Ｔ，ｎ_Ｒ）個の重み付け値を選択する。受信機は、選択された重み付け値集合インデックスと関連集合から選択された重み付け値のフィードバック情報を通じて選択された重み付け値を送信機にフィードバックする。送信機は、上記フィードバック情報に基づいて、重み付け値集合から選択された重み付け値を用いて多重データストリームを転送する。受信機の受信アンテナが多様で、同時に転送されるデータストリーム数が多様であっても、総Ｎ・ｎ_Ｔ個の重み付け値からなるＮ個の重み付け値集合を共通的に使用するため、送信機と受信機との間で定義されるべき重み付け値集合に対する情報量が、プリコーダーコードブック方式で要求される情報量に比べて相当に少ない。特に、送信アンテナ数が４個を超過する場合、考慮すべきプリコーダーコードブック数が相当に増加するため、送受信機が定義すべきプリコーダーコードブックに対する情報量が相当に増加することになる。これに反して、提案するKnockdown Precoding方式では、送信アンテナ数ｎ_Ｔが増加しても、重み付け値集合数Ｎは減少することになるので、送信機と受信機との間で定義されるべき重み付け値集合に対する情報量が殆ど増加しない。これは、Knockdown Precoding技術の性能が重み付け値の数Ｎ・ｎ_Ｔにより決まるためである。

重み付け値選択情報フィードバックのための専用フィードバックチャネル（dedicated feedback channel）を使用するClosed Loop Knockdown Precoding技術で要求されるフィードバック情報量は選択された重み付け値集合インデックス（index）のフィードバックには

が、重み付け値選択情報のフィードバックにはｎ_Ｔｂｉｔｓ／ｕｓｅが必要であるので、

が必要である。送信アンテナ数が４であり、Ｎ＝２の場合、総５ｂｉｔｓ／ｕｓｅが必要である。重み付け値選択情報フィードバックのための専用フィードバック（Dedicated Feedback）チャネルを使用するOpen Loop Knockdown Precoding技術で要求されるフィードバック情報量は単に重み付け値選択情報をフィードバックするためのｎ_Ｔｂｉｔｓ／ｕｓｅである。また、重み付け値選択情報に必要なフィードバック情報量を減らすために、副データストリーム別チャネル状態情報を転送するフィードバックチャネルを用いて重み付け値選択情報をフィードバックする方式を使用することができる。

提案するKnockdown Precoding技術は、適用するシステムのアップリンクチャネル構造に従って重み付け値選択情報を転送するフィードバック方式を選択することができ、使われる重み付け値集合の数はシステムで使用することができるアップリンクチャネル容量に従って調節されて適用されることができる。特に、システムで使用することができるアップリンクチャネル容量が極めて少ない場合にはOpen Loop Knockdown Precoding技術を適用することができる。

図１２は、ｎ_Ｔ＝ｎ_Ｒ＝４の場合、空間相関度が高い環境でプリコーダーコードブック技術と提案されたknockdown precoding技術を用いるＭＭＳＥ−ＯＳＩＣ（Minimum Mean Square Error- Ordered Successive Interference Cancellation）システムの性能を比較した結果を示している。Knockdown Precoding技術において、２つの重み付け値集合を使用する場合を考慮すると、Closed loop Knockdown Precoding技術は、重み付け値集合インデックス（index）フィードバックのための１ｂｉｔと４個の重み付け値の選択情報をフィードバックするための４ｂｉｔ、即ち、総５ｂｉｔ／ｕｓｅが要求される。Open loop Knockdown Precoding技術は、４個の重み付け値の選択情報をフィードバックするための４ｂｉｔ／ｕｓｅが必要である。プリコーダーコードブック技術は、同時に転送するデータストリーム数を調節するための２ｂｉｔｓ／ｕｓｅと選択されたプリコーダーのインデックスをフィードバックするための３ｂｉｔｓ／ｕｓｅ、即ち総５ｂｉｔｓ／ｕｓｅのフィードバック情報量が要求される。Closed loop Knockdown Precoding技術と圧伸（Companding）せず、同一なフィードバック情報量が要求されるプリコーダーコードブック技術との性能を比較すると、Closed loop Knockdown Precoding技術が圧伸（Companding）をしないプリコーダーコードブック技術より相当に優れることが分かる。しかも、４ｂｉｔｓ／ｕｓｅが必要なOpen loop Knockdown Precoding技術がむしろ５ｂｉｔｓ／ｕｓｅが必要な圧伸（Companding）をしないプリコーダーコードブック技術より相当に優れることが分かる。圧伸（Companding）をするプリコーダーコードブック技術の場合、Closed loop Knockdown Precoding技術と殆ど似ている性能を示す。圧伸（Companding）のためにダウンリンクチャネルの空間相関行列に対する追加的なフィードバックが要求されるので、要求されるフィードバック情報量がClosed loop Knockdown Precoding技術で要求されるフィードバック情報量より相当に多い。

上記の実験結果から提示された本発明のKnockdown Precoding技術は、従来のプリコーダーコードブック技術に比べて、多様な空間相関度を有するチャネル環境に適用がより容易で、かつ性能も優れることが分かる。

図１３は、ｎ_Ｔ＝ｎ_Ｒ＝４の場合、空間相関度がない環境でプリコーダーコードブック技術と提案するKnockdown Precoding技術を使用するＭＭＳＥ−ＯＳＩＣシステムの性能を比較した結果を示している。

図１３を参照すると、相関度がない（Uncorrelated）環境では、圧伸（Companding）をするプリコーダーコードブック技術と圧伸（Companding）をしないプリコーダーコードブック技術は、同一な性能を示している。これは、相関度がない（uncorrelated）環境では送信相関行列が単位行列になり、圧伸（Companding）をしてもプリコーダーコードブックが変わらないためである。２つのプリコーダーコードブック技術はClosed loop Knockdown Precoding技術と同一な性能を示し、Open loop Knockdown Precoding技術より若干優れる性能を示す。図１２及び図１３の性能結果から提示したプリコーダーコードブック技術は、従来技術に比べて相関度がない環境でも類似している性能を表し、多様な空間相関度を有するチャネル環境で性能が優れることが分かる。

一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲から外れない限度内で種々の変形が可能であることは勿論である。即ち、本発明では説明の便宜のため、送信アンテナと受信アンテナが２つであるシステムを示したが、その以上のアンテナの適用も可能である。本発明の範囲は前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

１００ 本発明のシステム
１１０ 送信機１１０
１１１ 制御器
１１３ デマルチプレクサ
１１５、１１７ チャネル符号化器及び変調器
１１９、１２１ ビーム成型器
１３０ 受信機
１３１ 復調器
１３３ ダウンリンクチャネル推定器
１３５ 重み付け値選択器
１３７ 副チャネル別状態推定器
１３９ マルチプレクサ

Claims (20)

1. 無線通信システムにおいて使用されるフリーコーディングのためのコードブックを構成するための方法であって、
   前記コードブックで、複数のコードブックインデックスに対応する重み付け値ベクトルを設定する過程を含み、
   ここで、二つのアンテナを通じて転送されるデータストリームの個数が１であるとき、前記重み付け値ベクトルのそれぞれは、
   

   

   であることを特徴とするコードブック構成方法。
2. 前記二つのアンテナを通じて転送されるデータストリームの個数が２であるとき、前記重み付け値ベクトルのそれぞれは、正規化された
   

   

   であることを特徴とする請求項１に記載のコードブック構成方法。
3. コードブックインデックスは、重み付け値集合インデックスと重み付け値ベクトル情報により決定されることを特徴とする請求項２に記載のコードブック構成方法。
4. 前記コードブックは送信機と受信機に設定されることを特徴とする請求項２に記載のコードブック構成方法。
5. 前記コードブックで、前記重み付け値ベクトルは互いに直交することを特徴とする請求項２に記載のコードブック構成方法。
6. 無線通信システムにおいて使用されるフリーコーディングのためのコードブックを格納するコンピュータ記録媒体であって、
   前記コードブックは、複数のコードブックインデックスに対応する重み付け値ベクトルを含み、
   ここで、二つのアンテナを通じて転送されるデータストリームの個数が１であるとき、前記重み付け値ベクトルのそれぞれは、
   

   

   であることを特徴とするコンピュータ記録媒体。
7. 前記二つのアンテナを通じて転送されるデータストリームの個数が２であるとき、前記重み付け値ベクトルのそれぞれは、正規化された
   

   

   であることを特徴とする請求項６に記載のコンピュータ記録媒体。
8. コードブックインデックスは、重み付け値集合インデックスと重み付け値ベクトル情報により決定されることを特徴とする請求項７に記載のコンピュータ記録媒体。
9. 前記コードブックは送信機と受信機に設定されることを特徴とする請求項７に記載のコンピュータ記録媒体。
10. 前記コードブックで、前記重み付け値ベクトルは互いに直交することを特徴とする請求項７に記載のコンピュータ記録媒体。
11. 無線通信システムにおいてコードブックを使用してデータを送信するための装置であって、
    複数のコードブックインデックスに対応する重み付け値ベクトルを含むコードブックを格納するためのメモリと、
    前記メモリに格納されたコードブックを利用してデータストリームを転送するための送信機と、を含み、
    ここで、二つのアンテナを通じて転送されるデータストリームの個数が１であるとき、前記重み付け値ベクトルのそれぞれは、
    

    

    であることを特徴とするデータ送信装置。
12. 前記二つのアンテナを通じて転送されるデータストリームの個数が２であるとき、前記重み付け値ベクトルのそれぞれは、正規化された
    

    

    であることを特徴とする請求項１１に記載のデータ送信装置。
13. コードブックインデックスは、重み付け値集合インデックスと重み付け値ベクトル情報により決定されることを特徴とする請求項１２に記載のデータ送信装置。
14. 前記コードブックは送信機と受信機に設定されることを特徴とする請求項１２に記載のデータ送信装置。
15. 前記コードブックで、前記重み付け値ベクトルは互いに直交することを特徴とする請求項１２に記載のデータ送信装置。
16. 無線通信システムにおいてデータを受信するための装置であって、
    複数のコードブックインデックスに対応する重み付け値ベクトルを含むコードブックを格納するためのメモリと、
    前記メモリに格納されたコードブックを利用して送信機から転送されたデータストリームを受信するための受信機と、を含み、
    ここで、二つのアンテナを通じて転送されるデータストリームの個数が１であるとき、前記重み付け値ベクトルのそれぞれは、
    

    

    であることを特徴とするデータ受信装置。
17. 前記二つのアンテナを通じて転送されるデータストリームの個数が２であるとき、前記重み付け値ベクトルのそれぞれは正規化された、
    

    

    であることを特徴とする請求項１６に記載のデータ受信装置。
18. コードブックインデックスは、重み付け値集合インデックスと重み付け値ベクトル情報により決定されることを特徴とする請求項１７に記載のデータ受信装置。
19. 前記コードブックは送信機と受信機に設定されることを特徴とする請求項１７に記載のデータ受信装置。
20. 前記コードブックで、前記重み付け値ベクトルは互いに直交することを特徴とする請求項１７に記載のデータ受信装置。

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