特開 2023-87607 離散コサイン変換に基づくコードブックを生成する方法、および、電子装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023087607

(43)【公開日】2023-06-23

(54)【発明の名称】離散コサイン変換に基づくコードブックを生成する方法、および、電子装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/0456 20170101AFI20230616BHJP

   H04B 7/06 20060101ALI20230616BHJP

【ＦＩ】

H04B7/0456 110

H04B7/06 950

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021211209

(22)【出願日】2021-12-24

(31)【優先権主張番号】110146504

(32)【優先日】2021-12-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１９５，Ｓｅｃ．４，ＣｈｕｎｇＨｓｉｎｇＲｄ．，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３１０４０

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】陳 紹基

(72)【発明者】

【氏名】高 國峰

(72)【発明者】

【氏名】▲せん▼ 坤霖

(72)【発明者】

【氏名】陳 世揚

(57)【要約】

【課題】離散コサイン変換に基づいたコードブックの生成方法を提供する。
【解決手段】離散コサイン変換に基づいたコードブックの生成方法であって、複数のアンテナを有する電子装置に適用する。本方法は、単位行列を生成し、単位行列のサイズが、電子装置のアンテナの数量に関連する工程と、単位行列の複数の列ベクトルを、離散コサイン変換計算式中に入力して、列ベクトルに対応する複数の符号語素子を計算する工程と、列ベクトルに対応する複数の符号語を生成し、列ベクトルに対応する符号語が、列ベクトルに対応する符号語素子を有する工程と、符号語とアンテナの数量に関連する係数を掛け合わせる工程と、このような符号語の全ての計算がすでに完成しているか否かを判断する工程、および、コードブックを完成する工程、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

離散コサイン変換に基づいたコードブックの生成方法であって、複数のアンテナを有する電子裝置に適用し、
単位行列を生成し、前記単位行列の大きさが、前記電子裝置の前記アンテナの数量に関連する工程と、
前記単位行列の複数の列ベクトルを、離散コサイン変換計算式中に入力して、前記列ベクトルに対応する複数の符号語素子を計算する工程と、
前記列ベクトルに対応する複数の符号語を生成し、前記列ベクトルに対応する前記符号語が、前記列ベクトルに対応する前記符号語素子を有する工程と、
前記符号語と前記アンテナの数量に関する係数を掛け合わせる工程と、
このような符号語の全ての計算がすでに完成しているか否かを判断する工程、および、
前記コードブックを完成する工程、
を有することを特徴とする方法。

【請求項2】

前記離散コサイン変換計算式は：

【数1】

【数2】

式中、前記Ｎは、前記電子裝置の前記アンテナの数量であり、前記Ｘ_ｉ，ｋは、第ｋ個の符号語の第ｉ個の符号語素子であり、前記ｋは、前記符号語の索引で、前記ｋ＝０，１，２，・・・Ｎ－１であり、前記ｉは、前記符号語の一者中の前記符号語素子の索引で、前記ｉ＝０，１，２，・・・Ｎ－１であり、および、前記Ｘ_ｉ，ｎは、前記単位行列の第ｎ列第ｉ行の元素であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記アンテナの数量に関する前記係数は：

【数3】

式中、前記Ｃは前記係数であり、前記Ｎは、前記電子裝置の前記アンテナの数量であることを特徴とする請求項１、あるいは、２に記載の方法。

【請求項4】

このような前記の符号語の全ての計算がすでに完成しているか否か判断する前記工程は、
前記ｋ＝Ｎ－１であるとともに、ｉ＝０～Ｎ－１の計算が完成後、このような前記の符号語の全ての計算がすでに完成したと判断する工程を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項5】

更に、
マッチングアルゴリズムを利用して、離散コサイン変換に基づく前記コードブック中で、符号語を選択する工程と、
前記符号語で、無線周波数プリコーディングマトリクスを生成し、前記符号語が、前記無線周波数プリコーディングマトリクスの列ベクトルとなる工程と、
前記無線周波数プリコーディングマトリクスに基づいて、前記電子裝置の前記アンテナが発射する無線周波数信号を符号化する工程、および、
前記電子裝置の前記アンテナにより、前記無線周波数信号を発信する工程、
を有することを特徴とする請求項１～４の任意の一項に記載の方法。

【請求項6】

前記マッチングアルゴリズムは、直交マッチング追跡（Orthogonal Matching Pursuit：ＯＭＰ）アルゴリズムであることを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記マッチングアルゴリズムは、前記電子裝置ともう一つの電子裝置の間のチャネル状態メッセージに基づいて、前記符号語を選択することを特徴とする請求項５、あるいは、６に記載の方法。

【請求項8】

更に、
前記符号語の最小二乗（least square）を計算して、ベースバンドプリコーディングマトリクスを生成し、最小二乗を計算した後の前記符号語が、前記ベースバンドプリコーディングマトリクスの列ベクトルとなる工程、および、
前記ベースバンドプリコーディングマトリクスに基づいて、ベースバンドデジタルに対して、プリコーディングを実行する工程、
を有することを特徴とする請求項１～７の任意の一項に記載の方法。

【請求項9】

無線周波数信号を送信する複数のアンテナ、および、
プロセッサを有し、
前記プロセッサは、
単位行列を生成し、前記単位行列の大きさが、前記電子裝置の前記アンテナの数量に関連する工程と、
前記単位行列の複数の列ベクトルを、離散コサイン変換計算式中に入力して、前記列ベクトルに対応する複数の符号語素子を計算する工程と、
前記列ベクトルに対応する複数の符号語を生成し、前記列ベクトルに対応する前記符号語が、前記列ベクトルに対応する前記符号語素子を有する工程と、
前記符号語と前記アンテナの数量に関連する係数を掛け合わせる工程と、
このような前記の符号語の全ての計算がすでに完成したか否か判断する工程、および、
前記コードブックを完成する工程、を実行し、
前記プロセッサは、前記アンテナが送信する前記無線周波数信号を制御することを特徴とする電子装置。

【請求項10】

前記プロセッサは、更に、
マッチングアルゴリズムを利用して、離散コサイン変換に基づいた前記コードブック中で、符号語を選択する工程と、
前記符号語で、無線周波数プリコーディングマトリクスを生成し、前記符号語が、前記無線周波数プリコーディングマトリクスの列ベクトルとなる工程と、
前記無線周波数プリコーディングマトリクスに基づいて、前記電子裝置の前記アンテナが発射する前記無線周波数信号を符号化する工程、および、
前記電子裝置の前記アンテナにより、前記無線周波数信号を発信する工程、
を実行することを特徴とする請求項９に記載の電子装置。

【請求項11】

前記マッチングアルゴリズムは、直交マッチング追跡アルゴリズムであることを特徴とする請求項１０に記載の電子装置。

【請求項12】

前記マッチングアルゴリズムは、前記電子裝置ともう一つの電子裝置の間のチャネル状態メッセージに基づいて、前記符号語を選択することを特徴とする請求項１０、あるいは、１１に記載の電子装置。

【請求項13】

前記プロセッサは、更に、
前記符号語の最小二乗（least square）を計算して、ベースバンドプリコーディングマトリクスを生成し、最小二乗を計算した後の前記符号語が、前記ベースバンドプリコーディングマトリクスの列ベクトルになる工程、および、
前記ベースバンドプリコーディングマトリクスに基づいて、ベースバンドデジタル信号に対して、プリコーディングを実行する工程、
を実行することを特徴とする請求項９～１２の任意の一項に記載の電子装置。

【請求項14】

前記離散コサイン変換計算式は：

【数4】

【数5】

式中、前記Ｎは、前記電子裝置の前記アンテナの数量であり、前記Ｘ_ｉ，ｋは、第ｋ個符号語の第ｉ個符号語素子であり、前記ｋは前記符号語の索引で、ｋ＝０，１，２，・・・Ｎ－１であり、前記ｉは、前記符号語の一者中の前記符号語素子の索引で、ｉ＝０，１，２，・・・Ｎ－１であり、および、前記Ｘ_ｉ，ｎは、前記単位行列の第ｎ列第ｉ行の元素であることを特徴とする請求項９～１３の任意の一項に記載の電子装置。

【請求項15】

前記アンテナの数量に関する前記係数は：

【数6】

式中、前記Ｃは前記係数で、前記Ｎは、前記電子裝置の前記アンテナの数量であることを特徴とする請求項９～１４の任意の一項に記載の電子装置。

【請求項16】

ｋ＝Ｎ－１であるとともに、前記プロセッサが、ｉ＝０～Ｎ－１の計算をすでに完成後、前記プロセッサは、このような前記の符号語の全ての計算がすでに完成したと判断することを特徴とする請求項１４に記載の電子装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通信のプリコーディング方法に関するものであって、特に、離散コサイン変換（DISCRETE COSINE TRANSFORM）に基づくコードブック（CODEBOOK）を生成する方法、および、電子装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

未来において、不断に増長するデータストリーム量は、現有の地上ネットワークに、巨大な挑戦をもたらす。衛星通信システムは、現有の地上通信が現在使用する周波数よりも大幅に高い高周波数での操作により、高データ速度を提供することが望まれる。低軌道（ＬＥＯ）衛星通信の軌道高度は、５００～２０００キロで、静止地球軌道（ＧＥＯ）、および、中地球軌道（ＭＥＯ）と比べて、低遅延、経路損耗、および、生産と発射コストが低いので、最近、よく研究されている。

【0003】

ＬＥＯ通信システム中の分配線リンク、即ち、ＬＥＯ衛星と地球上のゲートウェイの間の通信リンクにおいて、衛星と地球基地に装備するアンテナアレイは、周波数資源を増加しない状況下で、容量を増加させることに有益で、顕著なスペクトル効率を提供する。従来、ＬＥＯ衛星のＭＩＭＯアンテナアレイと地球上のゲートウェイにより、光束成形技術は、信号の効率をある方向上に集中させることができ、スペクトル効率を高めるのに役立つ。

【0004】

しかし、全デジタル光束成形は、各アンテナ素子に、専用のベースバンドと無線周波数ハードウェアを配備する必要があり、アンテナ数量が多いとき、コストと電力消耗が理想的ではない。よって、発射機/受信機に用いる低複雜度の光束成形方法を設計することが、エネルギー欠乏の衛星システム中で特に重要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、離散コサイン変換（DISCRETE COSINE TRANSFORM）に基づくコードブック（CODEBOOK）を生成する方法、および、電子装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックの生成方法は、複数のアンテナを有する電子装置に適用する。本方法は、単位行列を生成し、単位行列のサイズが、電子装置のアンテナの数量に関連する工程と、単位行列の複数の列ベクトルを、離散コサイン変換計算式中に入力して、列ベクトルに対応する複数の符号語素子を計算する工程と、列ベクトルに対応する複数の符号語を生成し、列ベクトルに対応する符号語が、列ベクトルに対応する符号語素子を有する工程と、符号語とアンテナの数量に関連する係数を掛け合わせる工程と、すべての符号語の計算がすでに完成したか否かを判断する工程、および、コードブックを完成する工程、を有する。

【0007】

上述の方法によると、離散コサイン変換計算式は：

【数1】

【数2】

【0008】

式中、Ｎは電子装置のアンテナの数量である。 Ｘ_ｉ，ｋは、第ｋ個の符号語の第ｉ個符号語素子である。ｋは、符号語の索引で、ｋ＝０，１，２，・・・Ｎ－１である。ｉは符号語の一者中の符号語素子の索引で、ｉ＝０，１，２，・・・Ｎ－１である。および、Ｘ_ｉ，ｎは、単位行列の第ｎ列第ｉ行の元素である。

【0009】

上述の方法によると、アンテナの数量に関する係数は：

【数3】

【0010】

式中、Ｃは係数、Ｎは電子装置のアンテナの数量である。

【0011】

上述の方法によると、このような符号語の全ての計算がすでに完成しているか否かを判断する工程は、ｋ＝Ｎ－１であるとともに、ｉ＝０～Ｎ－１である計算を完成後、このような符号語の全ての計算がすでに完成したと判断する工程を有する。

【0012】

上述の方法によると、更に、マッチングアルゴリズムを利用して、離散コサイン変換に基づくコードブック中で、符号語を選択する工程と、符号語で、無線周波数プリコーディングマトリクスを生成し、符号語が、無線周波数プリコーディングマトリクスの列ベクトルになる工程と、無線周波数プリコーディングマトリクスに基づいて、電子装置のアンテナが発射する無線周波数信号を符号化する工程、および、電子装置のアンテナにより、無線周波数信号を発信する工程、を有する。

【0013】

上述の方法によると、マッチングアルゴリズムは、直交マッチング追跡（Orthogonal Matching Pursuit：ＯＭＰ）アルゴリズムである。

【0014】

上述の方法によると、マッチングアルゴリズムは、電子装置ともう一つの電子装置の間のチャネル状態メッセージに基づいて、符号語を選択する。

【0015】

上述の方法によると、更に、符号語の最小二乗（least square）を計算して、ベースバンドプリコーディングマトリクスを生成し、最小二乗を計算した後の符号語が、ベースバンドプリコーディングマトリクスの列ベクトルとなる工程、および、ベースバンドプリコーディングマトリクスに基づいて、ベースバンドデジタル信号に対し、プリコーディングを実行する工程、を有する。

【0016】

本発明の実施形態の電子装置によると、複数のアンテナ、および、プロセッサを有する。アンテナは、無線周波数信号を伝送する。プロセッサは、単位行列を生成し、単位行列のサイズが、電子装置のアンテナの数量に関連する工程と、単位行列の複数の列ベクトルを、離散コサイン変換計算式中に入力して、列ベクトルに対応する複数の符号語素子を計算する工程と、列ベクトルに対応する複数の符号語を生成し、列ベクトルに対応する符号語が、列ベクトルに対応する符号語素子を有する工程と、符号語とアンテナの数量に関連する係数を掛け合わせる工程と、すべての符号語の計算がすでに完成したか否かを判断する工程、および、コードブックを完成する工程、を実行する。プロセッサは、アンテナが送信する無線周波数信号を制御する。

【0017】

上述の電子装置によると、プロセッサは、更に、マッチングアルゴリズムを利用して、離散コサイン変換に基づくコードブック中で、符号語を選択する工程と、符号語で、無線周波数プリコーディングマトリクスを生成し、符号語が、無線周波数プリコーディングマトリクスの列ベクトルになる工程と、無線周波数プリコーディングマトリクスに基づいて、電子装置のアンテナが発射する無線周波数信号を符号化する工程、および、電子装置のアンテナにより、無線周波数信号を発信する工程、を実行する。

【0018】

上述の電子装置によると、マッチングアルゴリズムは、直交マッチング追跡アルゴリズムである。

【0019】

上述の電子装置によると、マッチングアルゴリズムは、電子装置ともう一つの電子装置の間のチャネル状態メッセージに基づいて、符号語を選択する。

【0020】

上述の電子装置によると、プロセッサは、更に、符号語の最小二乗（least square）を計算して、ベースバンドプリコーディングマトリクスを生成し、最小二乗を計算した後の符号語が、ベースバンドプリコーディングマトリクスの列ベクトルとなる工程、および、ベースバンドプリコーディングマトリクスに基づいて、ベースバンドデジタル信号に対し、プリコーディングを実行する工程、を実行する。

【0021】

上述の電子装置によると、離散コサイン変換計算式は：

【数4】

【数5】

【0022】

式中、Ｎは、電子装置のアンテナの数量である。Ｘ_ｉ，ｋは、第ｋ個の符号語の第ｉ個の符号語素子である。ｋは、符号語の索引で、ｋ＝０，１，２，・・・Ｎ－１である。ｉは、符号語の一者中の符号語素子の索引で、ｉ＝０，１，２，・・・Ｎ－１である。および、Ｘ_ｉ，ｎは、単位行列の第ｎ列第ｉ行の元素である。

【0023】

上述の電子装置によると、アンテナの数量に関連する係数は：

【数6】

【0024】

式中、Ｃは係数、Ｎは、電子装置のアンテナの数量である。

【0025】

上述の電子装置によると、ｋ＝Ｎ－１であるとともに、プロセッサがすでに、ｉ＝０～Ｎ－１の計算を完成後、プロセッサは、このような符号語の全ての計算がすでに完成したと判断する。

【発明の効果】

【0026】

本発明の方法、および、電子装置により、効果的に、プリコーディング器に、一個の新しいコードブックを構築し、コードブック中に、離散コサイン変換（ＤＣＴ）に基づいた正交符号語を設計して、ＯＭＰアルゴリズムが符号語を捜す時、マトリクス乘法計算の回数を大幅に減少させ、現有方法よりさらに良い周波数効率パフォーマンスを実現する。計算量の減少は、衛星の電力を節約するだけでなく、地球上のゲートウェイ、あるいは、ユーザー装置の快速な光束採集に有利である。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックの生成方法のフローチャートである。

【図2】本発明の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックを生成する電子装置を示す図である。

【図3】本発明の実施形態の電子装置ともう一つの電子装置の間の通信時の相対位置を示す図である。

【図4】本発明の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックの応用、および、その他のコードブックを応用して通信を実行する時のスペクトル効率の比較図である。

【図5】本発明の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックの応用、および、その他のコードブックを応用して通信を実行する時のマトリクス乗法回数の比較図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明は、図面を参照しながら説明し、図面中の同じ数字は、相似する、あるいは、同じ素子を表示する。図面は実際の尺寸通りに描かれておらず、本発明の説明のために提供される。開示されるいくつかの形態は、下方で、図解する応用の参考となる。多くの特殊な詳細、関係、および、方法の記述により、この発明を完全に理解できるようにする。当業者なら、一個、あるいは、さらに多くの特殊な詳細がなくても、あるいは、その他の方法を用いても、この発明は実現できる。

【0029】

その他の例において、本発明を明確にするため、既知の構造や操作は詳細に記述されていない。本開示は、記述される行為や事象順序に制限されず、ある行為は、異なる順序、あるいは、同時に、その他の行為や事象の下で発生する。この他、すべての行為や事象は、現有の開示される相同の方法中で実行される必要はない。

【0030】

図１は、本発明の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックの生成方法のフローチャートである。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、複数のアンテナを有する電子装置に適用する。いくつかの実施形態において、電子装置は、たとえば、衛星通信中の地球上のゲートウェイ（gateway）、あるいは、ユーザー装置（ＵＥ）であり、電子装置は、衛星通信中の通信衛星でもよいが、本発明はこの限りではない。図１に示されるように、本発明の離散コサイン変換（discrete cosine transform）に基づいたコードブック（codebook）の生成方法は、単位行列を生成し、単位行列のサイズは、電子装置のアンテナの数量に関連する工程（工程Ｓ１００）と、単位行列の複数の列ベクトルを、離散コサイン変換計算式中に入力して、列ベクトルに対応する複数の符号語素子を計算する工程（工程Ｓ１０２）と、列ベクトルに対応する複数の符号語を生成し、列ベクトルに対応する符号語が、列ベクトルに対応する符号語素子を有する工程（工程Ｓ１０４）と、符号語とアンテナの数量に関連する係数を掛け合わせる工程（工程Ｓ１０６）と、すべての符号語の計算がすでに完成しているか否か判断する工程（工程Ｓ１０８）、および、コードブックを完成する工程（工程Ｓ１１０）、を有する。本発明の方法は、工程Ｓ１０８において、すべての符号語の計算がまだ、未完成であると判断する時、工程Ｓ１０２に戻る。本発明の方法は、工程Ｓ１０８において、すべての符号語の計算がすでに完成したと判断する時、工程Ｓ１１０を続行する。

【0031】

いくつかの実施形態において、本発明の方法を適用する電子装置が、Ｎ×Ｎ個のアンテナ（たとえば、アレイアンテナ）を有する時、工程Ｓ１００中の単位行列のサイズは、同様に、Ｎ×Ｎである。続いて、工程Ｓ１０２中、本発明の方法は、サイズがＮ×Ｎの単位行列の各列ベクトル（たとえば、全部でＮ行）を、順に、離散コサイン変換計算式中に代入して、各列ベクトルに対応する複数の符号語素子を計算する。いくつかの実施形態において、離散コサイン変換計算式は、以下の計算式１、 計算式２で表示できる。

【0032】

【数7】

【0033】

【数8】

【0034】

計算式１、計算式２中、Ｎは、本発明の方法に適用する電子装置のアンテナの数量である。Ｘ_ｉ，ｋは、第ｋ個の符号語の第ｉ個の符号語素子である。ｋは、符号語の索引で、ｋ＝０，１，２，・・・Ｎ－１である。ｉは、符号語の一者中の符号語素子の索引で、ｉ＝０，１，２，・・・Ｎ－１である。および、Ｘ_ｉ，ｎは、この単位行列の第ｎ列第ｉ行の元素である。

【0035】

表一は、本発明の方法により得られるコードブック表である。

【表1】

【0036】

表一中、ｗ_０、ｗ_ｋ、ｗ_Ｎ－１は、コードブック中のＮ個の符号語中の３個符号語である。たとえば、符号語ｗ_ｋは以下のようである：

【数9】

【0037】

計算式３中の、１／２、cos（πｋ／ｎ－１）、（１／２）・（－１）^ｋは、符号語ｗ_ｋが含むＮ個の符号語素子中の４個の符号語素子である。つまり、工程Ｓ１０２中、本発明の方法は、計算式１、計算式２に基づいて得られるコードブック中の各符号語が対応する符号語素子であるとともに、工程Ｓ１０４中、コードブック中の各符号語を求める。いくつかの実施形態において、符号語ｗ_０は、工程Ｓ１００中の単位行列の第１列の列ベクトルに対応し、符号語ｗ_ｋは、工程Ｓ１００中の単位行列の第ｋ＋１行の列ベクトルに対応する。同様に、符号語ｗ_Ｎ中、計算式３を参照すると、符号語素子１／２は、工程Ｓ１００中の単位行列の第ｋ＋１行の列ベクトル中の第１個の元素に対応し、符号語素子cos（πｋ／ｎ－１）は、工程Ｓ１００中の単位行列の第ｋ＋１行の列ベクトル中の第２個の元素に対応し、以下同様である。

【0038】

続いて、工程Ｓ１０６中、本発明の方法は、符号語（たとえば、表一中のｗ_０、ｗ_ｋ、ｗ_Ｎ－１）とアンテナの数量に関連する係数（たとえば、係数Ｃ）を掛け合わせ、計算式４のようである。Ｎは、本発明の方法に適用する電子装置のアンテナの数量である。

【0039】

【数10】

【0040】

その後、工程Ｓ１０８中、本発明の方法は、すべての符号語の計算がすでに完成したか否か判断する。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、ｋ＝Ｎ－１である（ｋ＝０～Ｎ－１である計算がすでに完成している）と共に、ｉ＝０～Ｎ－１である計算が完成後、全ての符号語の計算がすでに完成したと判断する時、工程Ｓ１１０を実行して、表一中のコードブックを得る。本発明の方法が、工程Ｓ１０８中で、全ての符号語の計算が、まだ、未完成であると判断する時、本発明の方法は工程Ｓ１０２に戻り、符号語素子の計算を続行する。

【0041】

表一のコードブックを得た後、本発明の方法は、更に、得られたコードブックを利用して、以下の工程を実行する。それらの工程は、マッチングアルゴリズムを利用して、離散コサイン変換に基づいたコードブック中で、符号語を選択する工程と、符号語で、無線周波数プリコーディングを生成し、電子装置のアンテナが発射する無線周波数信号を符号化する工程、および、電子装置のアンテナにより、無線周波数信号を発信する工程、を有する。いくつかの実施形態において、マッチングアルゴリズムは、たとえば、直交マッチング追跡（Orthogonal Matching Pursuit：ＯＭＰ）アルゴリズムであるが、本発明はこの限りではない。いくつかの実施形態において、マッチングアルゴリズムは、電子装置ともう一つの電子装置の間のチャネル状態メッセージに基づいて、本発明の方法から得られたコードブック中から、符号語を選択する。

【0042】

表一のコードブックを得た後、本発明の方法は、更に、得られたコードブックを利用して、以下の工程を実行する。それらの工程は、マッチングアルゴリズムが選択した符号語の最小二乗（least square）を計算して、ベースバンドプリコーディングマトリクスを生成し、最小二乗を計算した後の符号語が、ベースバンドプリコーディングマトリクスの列ベクトルとなる工程、および、ベースバンドプリコーディングマトリクスに基づいて、ベースバンドデジタル信号に対し、プリコーディングを実行する工程、を有する。

【0043】

図２は、本発明の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックの生成に用いる電子装置２００を示す図である。図２に示されるように、電子装置２００は、プロセッサ２０２、および、複数のアンテナ２０４を有する。アンテナ２０４は、プロセッサ２０２からの無線周波数信号を送信する。プロセッサ２０２は、単位行列を生成し、単位行列のサイズが、電子装置２００のアンテナ２０４の数量に関連する工程（図１の工程Ｓ１００）と、単位行列の複数の列ベクトルを、離散コサイン変換計算式中に入力して、列ベクトルに対応する複数の符号語素子を計算する工程（図１の工程Ｓ１０２）と、列ベクトルに対応する複数の符号語を生成し、列ベクトルに対応する符号語が、列ベクトルに対応する符号語素子を有する工程（図１の工程Ｓ１０４）と、符号語と、アンテナ２０４の数量に関連する係数を掛け合わせる工程（図１の工程Ｓ１０６）と、全ての符号語の計算がすでに完成したか否か判断する工程（図１の工程Ｓ１０８）、および、 （ＤＣＴ）コードブック２１０を完成する工程（図１の工程Ｓ１１０）、を実行する。プロセッサ２０２は、アンテナ２０４が伝送する無線周波数信号を制御することができる。

【0044】

いくつかの実施形態において、プロセッサ２０２は、計算式１、計算式２の演算を実行し、単位行列に対応する列ベクトルの符号語素子を得る。プロセッサ２０２は、計算式４の演算を実行して、コードブック２１０が含む全ての符号語を得る。プロセッサ２０２が、コードブック２１０を得た後、マッチングアルゴリズムを実行して、符号語マッチング２１６と最小二乗値を計算する２１８機能を完成する。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０２が実行するマッチングアルゴリズムは、直交マッチング追跡（Orthogonal Matching Pursuit：ＯＭＰ）アルゴリズム２１４であるが、本発明はこの限りではない。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０２は、直交マッチング追跡アルゴリズム２１４を、離散コサイン変換に基づいたコードブック２１０中で実行して、符号語を選択する（即ち、符号語マッチング２１６の機能ブロック）。続いて、プロセッサ２０２は、選択した符号語で、無線周波数プリコーディングマトリクス２２０を生成する。いくつかの実施形態において、選択した符号語は、無線周波数プリコーディングマトリクス２２０の列ベクトルとなる。

【0045】

いくつかの実施形態において、直交マッチング追跡アルゴリズム２１４は、電子装置２００ともう一つの電子装置（図示しない）の間のチャネル状態メッセージ２１２に基づいて、符号語を選択する。その後、プロセッサ２０２は、無線周波数プリコーディングマトリクス２２０に基づいて、電子装置２００のアンテナ２０４が発射する無線周波数信号を符号化する （即ち、無線周波数アナログプリコーディング２２４の機能ブロック）。プロセッサ２０２は、最後に、電子装置２００のアンテナ２０４により、無線周波数信号をもう一つの電子装置に送信する。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０２は更に、選択した符号語の最小二乗（least square）（即ち、最小二乗２１８の機能ブロック）を計算して、ベースバンドプリコーディングマトリクス２２２を生成する。最小二乗を計算した後の符号語は、ベースバンドプリコーディングマトリクス２２２の列ベクトルとなる。その後、プロセッサ２０２は、ベースバンドプリコーディングマトリクス２２２に基づいて、ベースバンドデジタル信号に対し、プリコーディングを実行する（即ち、ベースバンドデジタルプリコーディング２２６の機能ブロック）。

【0046】

いくつかの実施形態において、プロセッサ２０２は、Ｎ_Ｓ個のベースバンドデータストリーム（BB data stream）に対して、ベースバンドデジタルプリコーディング２２６の機能を実行する。ベースバンドデジタルプリコーディング２２６を経た後のベースバンドデータストリームは、Ｎ_ＴＲＦ個の無線周波数リンクに分配され、無線周波数リンク中、デジタルアナログコンバーター２２８、および、無線周波数処理回路２３０を有する。デジタルアナログコンバーター２２８は、ベースバンドデータストリームを、アナログ信号に変換するとともに、無線周波数処理回路２３０により、フィルタリング、あるいは、増幅させ、最後に、アナログ信号は、無線周波数アナログプリコーディング２２４の機能ブロックに進入し、アナログプリコーディング後、アンテナ２０４により出力される。いくつかの実施形態において、電子装置２００は、Ｎ_Ｔ個のアンテナ２０４を有して、アナログプリコーディング後のアナログ信号を、もう一つの電子装置に発送する。

【0047】

図３は、本発明の実施形態の電子装置３００ともう一つの電子装置３０２の間の通信時の相対位置を示す図である。図３に示されるように、電子装置３００は、地球表面３０４に設置され、電子装置３０２は、地球表面３０４を離れる大気層、あるいは、宇宙空間に設置される。いくつかの実施形態において、電子装置３００は、地球上のゲートウェイ（gateway）、あるいは、ユーザー装置（ＵＥ）であり、電子装置は通信衛星である。図３の実施形態において、電子装置３００（のアンテナ）が、座標系（Ｘ_Ｔ,Ｙ_Ｔ,Ｚ_Ｔ）の原点に設置されるとき、電子装置３００の視線角度で見ると、電子装置３０２は、電子装置３００の仰角θ_Ｔと方位角φ_Ｔの箇所に位置する。同様に、電子装置３０２（のアンテナ）が、座標系（Ｘ_Ｒ,Ｙ_Ｒ,Ｚ_Ｒ）の原点に設置されるとき、電子装置３０２の視線角度で見ると、電子装置３００は、電子装置３０２の俯角θ_Ｒと方位角φ_Ｒの箇所に位置する。図３の実施形態中、電子装置３００は送信端で、電子装置３０２は受信端である。

【0048】

図４は、本発明の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックの応用と、その他のコードブックを応用して通信を実行する時のスペクトル効率の比較図である。図４は、図３の電子装置３０２に基づいた、電子装置３００にダウンリンク送信する状況下で、異なる俯角θ_Ｒ、および、方位角φ_Ｒに対応して得られる平均スペクトル効率、および、信号ノイズ比の関係図である。同時に、図３、および、図４を参照すると、図４の横軸は、信号ノイズ比（ＳＮＲ）であり、電子装置３００と電子装置３０２の間の通信信号の強度を表す。図４の縱軸は、スペクトル効率を表し、電子装置３００と電子装置３０２の間の通信が、固定バンド幅の制限下で、伝送することができるデータの総量を表す。電子装置３００と電子装置３０２は、どちらも、多重入出力システム（ＭＩＭＯ）アンテナを使用するとともに、電子装置３００は、本発明のコードブック２１０に基づいて、１個のデータストリームに対してプリコーディングを実行し、線分４００のスペクトル効率とＳＮＲの間の関係を得る。電子装置３００と電子装置３０２が、どちらも、多重入出力システム（ＭＩＭＯ）アンテナを使用するとともに、電子装置３００が、本発明のコードブック２１０に基づいて、２個のデータストリームに対して、プリコーディングを実行する時、線分４０２のスペクトル効率とＳＮＲの間の関係を得ることができる。本発明のコードブック２１０は、離散コサイン変換（ＤＣＴ）に基づくコードブックである。

【0049】

電子装置３００と電子装置３０２が、どちらも、多重入出力システム（ＭＩＭＯ）アンテナを使用するとともに、電子装置３００が、現有の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）に基づいたコードブックにしたがって、１個のデータストリームに対して、プリコーディングを実行する時、線分４０４のスペクトル効率とＳＮＲの間の関係を得ることができる。電子装置３００と電子装置３０２が、どちらも、使用多重入出力システム（ＭＩＭＯ）アンテナを使用するとともに、電子装置３００が、現有の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）に基づいたコードブックにしたがって、２個のデータストリームに対して、プリコーディングを実行する時、線分４０６のスペクトル効率とＳＮＲの間の関係を得ることができる。電子装置３００と電子装置３０２が、どちらも、多重入出力システム（ＭＩＭＯ）アンテナを使用するとともに、電子装置３００が、現有のアレイ応答ベクトル（array response vector）に基づいたコードブックにしたがって、１個のデータストリームに対して、プリコーディングを実行する時、線分４０８のスペクトル効率とＳＮＲの間の関係を得ることができる。電子装置３００と電子装置３０２が、どちらも、多重入出力システム（ＭＩＭＯ）アンテナを使用するとともに、電子装置３００が、現有のアレイ応答ベクトル（array response vector）に基づいたコードブックにしたがって、２個のデータストリームに対して、プリコーディングを実行する時、線分４１０のスペクトル効率とＳＮＲの間の関係を得ることができる。電子装置３００と電子装置３０２が、どちらも、直列入力直列出力（ＳＩＳＯ）アンテナを使用するともに、現有のシャノンの通信路符号化定理に基づいて、データストリームに対して、プリコーディングを実行する時、線分４１２のスペクトル効率とＳＮＲの間の関係を得る。図４の実施例中、線分４１２は、その他の線分の比較サンプルとなる。

【0050】

図４に示されるように、電子装置３００と電子装置３０２が、どちらも、多重入出力システム（ＭＩＭＯ）アンテナを使用するとともに、電子装置３００が１個のデータストリームに対して、プリコーディングを実行する条件下で（即ち、線分４００、４０４、４０８）、本発明のＤＣＴコードブックの線分４００に基づいて、同じＳＮＲの状況下で、最高のスペクトル効率を得ることができる。同様に、電子装置３００と電子装置３０２が、どちらも、多重入出力システム（ＭＩＭＯ）アンテナを使用するとともに、電子装置３００が、２個のデータストリームに対して、プリコーディングを実行する条件下で（即ち、線分４０２、４０６、４１０）、本発明のＤＣＴコードブックの線分４０２に基づいて、同じＳＮＲの状況下で、最高のスペクトル効率を得ることができる。つまり、本発明のＤＣＴコードブックに基づいた無線周波数信号、あるいは、デジタル信号に対するプリコーディングの実行は、ＤＦＴ、あるいは、アレイ応答ベクトルに基づいたプリコーディングの実行よりも、さらに高いスペクトル効率を達成することができる。

【0051】

図５は、本発明の実施形態による離散コサイン変換に基づいたコードブックの応用、および、その他のコードブックを応用して、通信を実行する時のマトリクス乗法回数の比較図である。同時に、図３、および、図５を参照すると、図５の横軸は、発射アンテナの個数である（即ち、図２のアンテナ２０４の個数）。図５の縱軸は、マトリクス乗法回数で、本発明の方法、および、電子装置３００が、計算式１、計算式２、計算式４の演算を実行する時、実行が必要なマトリクス乗法回数を表す。図５に示されるように、電子装置３００が、本発明の離散コサイン変換（ＤＣＴ）に基づいたコードブックを採用して、無線周波数信号、あるいは、デジタル信号に対して、プリコーディングを実行する時、線分５００のマトリクス乗法回数と発射アンテナ個数の間の関係が得られる。電子装置３００が、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）に基づいたコードブックを採用して、無線周波数信号、あるいは、デジタル信号に対して、プリコーディングを実行する時、線分５０２のマトリクス乗法回数と発射アンテナ個数の間の関係を得ることができる。電子装置３００が、アレイ応答ベクトル（array response vector）に基づいたコードブックを採用して、無線周波数信号、あるいは、デジタル信号に対して、プリコーディングを実行する時、線分５０４のマトリクス乗法回数と発射アンテナ個数の間の関係を得ることができる。

【0052】

図５に示されるように、電子装置３００が、同じ発射アンテナ個数を有する条件下で、電子装置３００が、本発明のＤＣＴコードブックに基づいて、計算式１、計算式２、および、計算式４に対して演算を実行する時のマトリクス乗法回数は、ＤＦＴ、あるいは、アレイ応答ベクトルに基づいたコードブックを採用して演算を実行する時のマトリクス乗法回数よりはるかに少ない。

【0053】

本発明の方法、および、電子装置は、効果的に、プリコーディング器に、一個の新しいコードブックを構築し、コードブック中に、離散コサイン変換（ＤＣＴ）に基づいた正交符号語を設計して、ＯＭＰアルゴリズムが符号語を捜す時、マトリクス乘法計算の回数を大幅に減少させ、現有方法よりさらに良い周波数効率パフォーマンスを実現する。計算量の減少は、衛星の電力を節約するだけでなく、地球上のゲートウェイ、あるいは、ユーザー装置の快速な光束採集に有利である。

【0054】

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の思想を脱しない範囲内で各種の変形を加えることができる。

【0055】

一つ以上の実施方式に関して、すでに、本発明が説明、および、記述されているが、本明細書と添付画面を閲読、理解後、当業者なら、同等の変更、および、修正を考え付く。このほか、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施中のひとつだけに関して開示されているが、このような特徴は、所定の、あるいは、特定のアプリケーションに対して、その他の実施の一つ以上のその他の特徴と結合する。

【0056】

その他で定義されない限り、ここで用いられる全用語（技術、および、科学用語を含む）は、当業者により理解されるものと同じ意義を有する。さらに、通常用いられる辞典で定義される用語は、特に定義されない限り、従来の技術の文脈中のそれらの意義と一致する意味を有するものとして解釈され、且つ、理想化、あるいは、過度に正式に解釈されるべきではない。

【符号の説明】

【0057】

Ｓ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０ 工程
２００ 電子装置
２０２ プロセッサ
２０４ アンテナ
２１０ ＤＣＴコードブック
２１２ チャネル状態メッセージ
２１４ 直交マッチング追跡アルゴリズム
２１６ 符号語マッチング
２１８ 最小二乗
２２０ 無線周波数プリコーディングマトリクス
２２２ ベースバンドプリコーディングマトリクス
２２４ 無線周波数アナログプリコーディング
２２６ ベースバンドデジタルプリコーディング
２２８ デジタルアナログコンバーター
２３０ 無線周波数処理回路
Ｎ_Ｓ、Ｎ_ＴＲＦ、Ｎ_Ｔ 個数
３００、３０２ 電子装置
３０４ 地球表面
Ｘ_Ｔ、Ｙ_Ｔ、Ｚ_Ｔ 座標系
Ｘ_Ｒ、Ｙ_Ｒ、Ｚ_Ｒ 座標系
θ_Ｔ 仰角
θ_Ｒ 俯角
φ_Ｔ、φ_Ｒ 方位角
４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２ 線分
５００、５０２、５０４ 線分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【外国語明細書】