特表 2022-514989 ＭＩＭＯシステム中でのチャネル推定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-16

(54)【発明の名称】ＭＩＭＯシステム中でのチャネル推定

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/0417 20170101AFI20220208BHJP

【ＦＩ】

H04B7/0417 130

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021550243

(86)(22)【出願日】2020-01-23

(85)【翻訳文提出日】2021-08-27

(86)【国際出願番号】 EP2020051653

(87)【国際公開番号】W WO2020173627

(87)【国際公開日】2020-09-03

(31)【優先権主張番号】201910149645.4

(32)【優先日】2019-02-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390028587

【氏名又は名称】ブリティッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＢＲＩＴＩＳＨ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ

【住所又は居所原語表記】１ Ｂｒａｈａｍ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｅ１ ８ＥＥ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ

(74)【代理人】

【識別番号】100209048

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 元嗣

(72)【発明者】

【氏名】ダイ、リンロン

(72)【発明者】

【氏名】タン、ジンボー

(72)【発明者】

【氏名】ワン、ビチャイ

(72)【発明者】

【氏名】マッケンジー、リチャード

(72)【発明者】

【氏名】ハオ、モー

(57)【要約】

通信チャネルを通して通信するように配置されたダウンリンクデバイス及びアップリンクデバイスを備える多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム中でチャネル推定を実行する方法であって、方法は、アップリンクデバイスにおいて、角度領域中の第１のチャネルベクトルのそれぞれの要素を各々示す角度領域支持点のセットを識別するために、角度領域中のダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスの第１のアンテナとの間のチャネル利得を表す第１のチャネルベクトルを分析することと、最大のチャネル利得を表す角度領域中の第１のチャネルベクトルの要素を含む値ベクトルを角度領域支持点のセットから生成することと、値ベクトルのインジケーションをアップリンクデバイスからダウンリンクデバイスにフィードバックすることと、ダウンリンクデバイスにおいて、同じ角度領域支持点のセットを識別するために、角度領域中のダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスの第２のアンテナとの間のチャネル利得を表す第２のチャネルベクトルを分析することと、送信ステアリング行列を角度領域支持点のセットから生成することと、アップリンクデバイスからフィードバックされた値ベクトルのインジケーションと生成された送信ステアリング行列とから第１のチャネルベクトルの推定値を生成することとを備える、方法。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

通信チャネルを通して通信するように配置されたダウンリンクデバイス及びアップリンクデバイスを備える多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム中でチャネル推定を実行する方法であって、前記方法は、
前記アップリンクデバイスにおいて、
角度領域中の第１のチャネルベクトルのそれぞれの要素を各々示す角度領域支持点のセットを識別するために、前記角度領域中の前記ダウンリンクデバイスと前記アップリンクデバイスの第１のアンテナとの間のチャネル利得を表す前記第１のチャネルベクトルを分析することと、
最大のチャネル利得を表す前記角度領域中の前記第１のチャネルベクトルの要素を含む値ベクトルを前記角度領域支持点のセットから生成することと、
前記値ベクトルのインジケーションを前記アップリンクデバイスから前記ダウンリンクデバイスにフィードバックすることと、
前記ダウンリンクデバイスにおいて、
同じ角度領域支持点のセットを識別するために、前記角度領域中の前記ダウンリンクデバイスと前記アップリンクデバイスの第２のアンテナとの間のチャネル利得を表す第２のチャネルベクトルを分析することと、
送信ステアリング行列を前記角度領域支持点のセットから生成することと、
前記アップリンクデバイスからフィードバックされた前記値ベクトルの前記インジケーションと生成された前記送信ステアリング行列とから前記第１のチャネルベクトルの推定値を生成することと
を備える、方法。

【請求項2】

前記方法は、前記ダウンリンクデバイスと前記アップリンクデバイスとの間の前記チャネルをモデル化するチャネル行列の推定値を生成するために前記第１のチャネルベクトルの前記推定値を使用することを更に備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記方法は、前記ダウンリンクデバイスから送信されるべきデータをプリコーディングする際に使用するための推定された前記チャネル行列を使用してデジタルプリコーディング行列を導出することを更に備える、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記アップリンクデバイスは、前記ダウンリンクデバイスから通信を受信するためにのみ前記第１のアンテナを使用し、前記ダウンリンクデバイスから通信を受信し、前記ダウンリンクデバイスに通信を送信するために前記第２のアンテナを使用するように配置される、請求項１～３のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記角度領域中の前記第１のチャネルベクトルを前記分析するステップは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）行列を使用して前記第１のチャネルベクトルを前記角度領域に変換することを備える、請求項１～４のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記角度領域支持点のセットは、前記角度領域中の第１のチャネル行列の非ゼロ要素から識別される、請求項１～５のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記値ベクトルは、前記角度領域中の前記第１のチャネルベクトルのＰ個の最大要素を選択することによって生成され、ここで、Ｐは、前記ダウンリンクデバイスと前記アップリンクデバイスとの間の分解可能な経路の数である、請求項１～６のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記方法は、コードブックを使用して前記アップリンクデバイスにおいて前記値ベクトルを量子化することを備え、前記値ベクトルの前記インジケーションは、前記コードブックに対する選択されたインデックスを備える、請求項１～７のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記値ベクトルの前記インジケーションは、前記値ベクトルの大きさを更に備える、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

選択された前記インデックスと前記値ベクトルの大きさとのみが、前記アップリンクデバイスから前記ダウンリンクデバイスにフィードバックされる、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

選択された前記インデックスＩ_nは、

【数1】

に従って選択され、ここで、

【数2】

は、前記値ベクトル

【数3】

のエルミート共役であり、

【数4】

は、前記コードブックであり、ｃ_iは、前記コードブックＣの量子化されたベクトルであり、Ｂは、前記コードブックにアクセスするためのビット数である、請求項８～１０のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

識別された前記角度領域支持点のセットの各角度領域支持点は、前記ダウンリンクデバイスと前記アップリンクデバイスとの間のそれぞれの経路についてのビーム発射角に依存する、請求項１～１１のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記送信ステアリング行列は、前記角度領域支持点のセットから計算された１つ以上のビーム発射角を使用して生成される、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記角度領域支持点のセットφは、以下によって与えられる：

【数5】

ここで、ｄは、前記ダウンリンクデバイスの隣接するアンテナ素子間の間隔であり、λは、前記ダウンリンクデバイスから発せられた信号の波長であり、Ｎは、前記ダウンリンクデバイスにおけるアンテナ素子の数であり、φ_pは、前記ダウンリンクデバイスと前記アップリンクデバイスとの間のｐ番目の経路に沿って前記ダウンリンクデバイスによって発せられた信号のビームの発射角である、請求項１～１３のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記角度領域中の前記第２のチャネルベクトルを前記分析するステップは、前記離散フーリエ変換（ＤＦＴ）行列を使用して前記第２のチャネルベクトルを前記角度領域に変換することを備える、請求項５に記載の方法。

【請求項16】

前記ＭＩＭＯ通信システムは、時分割複信（ＴＤＤ）ＭＩＭＯ通信システムである、請求項１～１５のうちのいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

通信チャネルを通して通信するように構成されたダウンリンクデバイス及びアップリンクデバイスを備える多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムであって、
前記アップリンクデバイスは、
複数のアンテナと、
角度領域中の第１のチャネルベクトルのそれぞれの要素を各々示す角度領域支持点のセットを識別するために、前記角度領域中の前記ダウンリンクデバイスと前記アップリンクデバイスの第１のアンテナとの間のチャネル利得を表す前記第１のチャネルベクトルを分析することと、
最大のチャネル利得を表す前記角度領域中の前記第１のチャネルベクトルの前記要素を含む値ベクトルを前記角度領域支持点のセットから生成することと、
前記値ベクトルのインジケーションを前記ダウンリンクデバイスにフィードバックすることと
を行うように構成された処理ユニットと
を備え、
前記ダウンリンクデバイスは、
複数のアンテナと、
同じ角度領域支持点のセットを識別するために、前記角度領域中の前記ダウンリンクデバイスと前記アップリンクデバイスの第２のアンテナとの間のチャネル利得を表す第２のチャネルベクトルを分析することと、
送信ステアリング行列を前記角度領域支持点のセットから生成することと、
前記アップリンクデバイスからフィードバックされた前記値ベクトルの前記インジケーションと生成された前記送信ステアリング行列とから前記第１のチャネルベクトルの推定値を生成することと
を行うように構成された処理ユニットと
を備える、ＭＩＭＯ通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＩＭＯ通信システム中でのチャネル推定の実行に関する。

【背景技術】

【0002】

ミリメートル波（ｍｍＷａｖｅ）ワイヤレス通信システムは、ワイヤレスデバイスの増加する帯域幅要件を満たすことが有望であるため、その関心が高まっている。ｍｍＷａｖｅシステムは、典型的には、３０～３００ＧＨｚの周波数帯域中で動作する。これは、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ（登録商標））ネットワークのために現在使用されているサブ６ＧＨｚ帯域よりも遥かに大きい周波数帯域であり、その結果として、サブ６ＧＨｚ帯域中で動作する既存のシステムで現在サポートされることができる帯域幅と比較して、より大きい帯域幅がサポートされることができる。

【0003】

ｍｍＷａｖｅ通信に関連する１つの問題は、経験される可能性がある比較的高い自由空間経路損失である。この高い経路損失は、遮断（blockage）を経験する信号又は長距離にわたって通信される信号において重度の減衰を引き起こす可能性がある。

【0004】

この問題を克服するためのアプローチは、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システム内でｍｍＷａｖｅ通信を実装することである。ｍｍＷａｖｅ通信の比較的短い波長は、ＭＩＭＯシステムのアンテナ間隔が低減されることを可能にし、その結果として、比較的大きいアンテナアレイ（例えば、２５６～１０２４個のアンテナ素子を含む）がサブ６ＧＨｚ帯域中で動作するときに達成可能なものと比較して比較的小さい物理的サイズでパックされることを可能にする。これらの大きいアンテナアレイは、ｍｍＷａｖｅのより高い周波数通信によって引き起こされる高い経路損失を効果的に補償することが可能である。

【0005】

ＭＩＭＯシステムは、フルデジタルプリコーディングを伴って実装され得る。フルデジタルプリコーディングを伴う実例的なＭＩＭＯ基地局（ＢＳ）が図１に示されている。

【0006】

基地局１００は、デジタルプリコーダ１０２と、デジタルプリコーダ１０２に結合された複数の無線周波数（ＲＦ）チェーン（全体的に１０４で示される）とを備える。各ＲＦチェーンは、アンテナ（全体的に１０８で示される）に結合される。ここで示される例では、各ＲＦチェーンは、増幅器によってそれぞれのアンテナに結合される。増幅器は、全体的に１０６で示される。

【0007】

デジタルプリコーダ１０２は、全体的に１１０で示される複数のデータストリームを受信し、各受信されたデータストリームの振幅及び位相を制御して、所望の方向及び利得を有するアンテナ１０８から送信されるビームを達成するように動作する。データストリームは、プリコーディングされると、ＲＦチェーン１０４を通過する。各ＲＦチェーンは、単一のデータストリームをサポートし得る。ＲＦチェーンは、アンテナ１０８による送信のために、デジタルプリコーディングされたデータストリームをアナログ信号に変換するように動作する。各ＲＦチェーンは、典型的には、受信されたデジタルプリコーディングされたデータストリームからアナログ信号を生成するためのトランシーバ回路を含む。トランシーバ回路は、例えば、デジタル－アナログ（ＤＡＣ）変換器、ミキサ、及び周波数変換器を含み得る。各ＲＦチェーンによって生成された出力信号は、次いで、それぞれの増幅器によって増幅され、それぞれのアンテナから送信される。

【0008】

代替として、ＭＩＭＯシステムは、アナログ領域とデジタル領域との間でプリコーディング動作を分割するハイブリッドプリコーディングを使用して実装され得る。デジタルプリコーディングは、各ＲＦチェーンに関連付けられた重みを制御するためにデジタルプリコーダを使用して実装されることができる。アナログプリコーディングは、位相シフタを使用してアンテナによって送信される信号の位相を制御することによって実装されることができる。

【0009】

基地局とＭＩＭＯシステムのユーザデバイスとの間の通信チャネルに対する正確なチャネル状態情報（ＣＳＩ）推定は、ＭＩＭＯシステムの性能にとって重要であることが理解されている。例えば、ダウンリンク送信レート（即ち、ＢＳからユーザデバイスへの送信レート）は、異なるデータストリーム間の干渉を低減するためにプリコーディングに依存し得る。従って、ＣＳＩの正確な知識を使用して、プリコーディングのパラメータを設定して、干渉を低減し、故に性能を改善することができる。

【0010】

正確なダウンリンクチャネル推定値を取得することにおける困難性は、ＢＳにおけるアンテナの数が増加するにつれて増加する可能性があることが分かっている。アップリンクチャネルとダウンリンクチャネルとの間のチャネル相互関係（channel reciprocity）が成り立つシステムでは、これらの問題は、アップリンクチャネル推定値からプリコーディング用のＣＳＩを取得することによって回避されることができる。しかしながら、完全なチャネル相互関係が成り立たないある特定のワイヤレスシステムが存在する。例えば、いくつかのユーザデバイスは、ダウンリンク方向で受信するために用いるよりも少ないアンテナを、アップリンク方向で送信するために用いるように構成される。これは、送信ＲＦチェーンが受信ＲＦチェーンよりも電力及びハードウェア集約的であることに基づいて、デバイスの電力及びハードウェア要件を低減するために行われ得る。これらの場合、部分的なチャネル相互関係のみが成り立ち、完全なＣＳＩ推定値を取得するためには、ユーザデバイスからＢＳへの何らかの形態のチャネルフィードバックが望ましくなる。

【発明の概要】

【0011】

本発明によると、通信チャネルを通して通信するように配置されたダウンリンクデバイス及びアップリンクデバイスを備える多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システム中でチャネル推定を実行する方法が提供され、方法は、
アップリンクデバイスにおいて、
角度領域中の第１のチャネルベクトルのそれぞれの要素を各々示す角度領域支持点（angular domain support points）のセットを識別するために、角度領域中のダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスの第１のアンテナとの間のチャネル利得を表す第１のチャネルベクトルを分析することと、
最大のチャネル利得を表す角度領域中の第１のチャネルベクトルの要素を含む値ベクトルを角度領域支持点のセットから生成することと、
値ベクトルのインジケーションをアップリンクデバイスからダウンリンクデバイスにフィードバックすることと、
ダウンリンクデバイスにおいて、
同じ角度領域支持点のセットを識別するために、角度領域中のダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスの第２のアンテナとの間のチャネル利得を表す第２のチャネルベクトルを分析することと、
送信ステアリング行列（transmit steering matrix）を角度領域支持点のセットから生成することと、
アップリンクデバイスからフィードバックされた値ベクトルのインジケーションと生成された送信ステアリング行列とから第１のチャネルベクトルの推定値を生成することと
を備える。

【0012】

方法は、ダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスとの間のチャネルをモデル化するチャネル行列の推定値を生成するために第１のチャネルベクトルの推定値を使用することを更に備え得る。

【0013】

方法は、ダウンリンクデバイスから送信されるべきデータをプリコーディングする際に使用するための推定されたチャネル行列を使用してデジタルプリコーディング行列を導出することを更に備え得る。

【0014】

アップリンクデバイスは、ダウンリンクデバイスから通信を受信するためにのみ第１のアンテナを使用し、ダウンリンクデバイスから通信を受信し、ダウンリンクデバイスに通信を送信するために第２のアンテナを使用するように配置され得る。

【0015】

角度領域中の第１のチャネルベクトルを分析するステップは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）行列を使用して第１のチャネルベクトルを角度領域に変換することを備え得る。

【0016】

角度領域支持点のセットは、角度領域中の第１のチャネル行列の非ゼロ要素から識別され得る。

【0017】

値ベクトルは、角度領域中の第１のチャネルベクトルのＰ個の最大要素を選択することによって生成され得、ここで、Ｐは、ダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスとの間の分解可能な経路（resolvable paths）の数である。

【0018】

方法は、コードブックを使用してアップリンクデバイスにおいて値ベクトルを量子化することを備え得、値ベクトルのインジケーションは、コードブックに対する選択されたインデックスを備え得る。

【0019】

値ベクトルのインジケーションは、値ベクトルの大きさ（magnitude）を更に備え得る。

【0020】

選択されたインデックスと値ベクトルの大きさとのみが、アップリンクデバイスからダウンリンクデバイスにフィードバックされ得る。

【0021】

選択されたインデックスＩ_nは、

【数1】

に従って選択され得、ここで、

【数2】

は、値ベクトル

【数3】

のエルミート共役であり、

【数4】

は、コードブックであり、ｃ_iは、コードブックＣの量子化されたベクトルであり、Ｂは、コードブックにアクセスするためのビット数である。

【0022】

識別された角度領域支持点のセットの各角度領域支持点は、ダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスとの間のそれぞれの経路についてのビーム発射角（beam angle of departure）に依存し得る。

【0023】

送信ステアリング行列は、角度領域支持点のセットから計算された１つ以上のビーム発射角を使用して生成され得る。

【0024】

角度領域支持点のセットφは、以下によって与えられる：

【数5】

ここで、ｄは、ダウンリンクデバイスの隣接するアンテナ素子間の間隔であり、λは、ダウンリンクデバイスから発せられた信号の波長であり、Ｎは、ダウンリンクデバイスにおけるアンテナ素子の数であり、φ_pは、ダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスとの間のｐ番目の経路に沿ってダウンリンクデバイスによって発せられた信号のビームの発射角である。

【0025】

角度領域中の第２のチャネルベクトルを分析するステップは、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）行列を使用して第２のチャネルベクトルを角度領域に変換することを備え得る。

【0026】

ＭＩＭＯ通信システムは、時分割複信（ＴＤＤ）ＭＩＭＯ通信システムであり得る。

【0027】

本開示の第２の態様によると、通信チャネルを通して通信するように構成されたダウンリンクデバイス及びアップリンクデバイスを備える多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムが提供され、
アップリンクデバイスは、
複数のアンテナと、
角度領域中の第１のチャネルベクトルのそれぞれの要素を各々示す角度領域支持点のセットを識別するために、角度領域中のダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスの第１のアンテナとの間のチャネル利得を表す第１のチャネルベクトルを分析することと、
最大のチャネル利得を表す角度領域中の第１のチャネルベクトルの要素を含む値ベクトルを角度領域支持点のセットから生成することと、
値ベクトルのインジケーションをダウンリンクデバイスにフィードバックすることと
を行うように構成された処理ユニットと
を備え、
ダウンリンクデバイスは、
複数のアンテナと、
同じ角度領域支持点のセットを識別するために、角度領域中のダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスの第２のアンテナとの間のチャネル利得を表す第２のチャネルベクトルを分析することと、
送信ステアリング行列を角度領域支持点のセットから生成することと、
アップリンクデバイスからフィードバックされた値ベクトルのインジケーションと生成された送信ステアリング行列とから第１のチャネルベクトルの推定値を生成することと
を行うように構成された処理ユニットと
を備える。

【0028】

本発明は、ここから、添付の図面を参照して例として説明される。図面は、以下の通りである。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】完全にデジタルプリコーディングされたＭＩＭＯ送信機の例を示す。

【図2】ＭＩＭＯ通信システムの例を示す。

【図3】本開示によるチャネル推定を実行するためのステップのフローチャートを示す。

【図4A】角度領域中のチャネルベクトルによって定義された関数の例を示す。

【図4B】角度領域中のチャネルベクトルによって定義された関数の例を示す。

【図5】本明細書で説明されるチャネル推定技法を用いて達成されたデータレートを従来のチャネル推定技法と比較するシミュレーション結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0030】

部分的なチャネル相互関係のみの場合に完全なＣＳＩ推定値を取得する問題に対処するため１つのアプローチは、ＢＳとユーザデバイスの受信専用アンテナとの間のチャネルについてのチャネル推定値（即ちチャネルベクトル）をＢＳにフィードバックすることである。これは、ＢＳ及びユーザデバイスに知られているベクトルの量子化コードブックの使用を通じて制限されたフィードバックを実行することによって行われ得る。ユーザデバイスにおいて、チャネルベクトルが、コードブックを使用して量子化され、チャネルベクトルを量子化するコードブックの選択されたベクトルに対するインデックスが、ＢＳにフィードバックされる。このアプローチのフィードバックオーバーヘッドは、Ｂビットであり、ここで、Ｂは、コードブックをインデックス付けするために必要とされるビット数である（即ち、コードブックは、２^Bまでの量子化されたベクトルを含む）。このアプローチでは、典型的には、全次元チャネルベクトルが量子化される（例えば、Ｎ個のアンテナを含むＢＳの場合、Ｎ要素チャネルベクトルが量子化され、ＢＳにフィードバックされる）。

【0031】

本開示は、チャネルベクトルが角度領域中で分析されるＭＩＭＯシステム中でのチャネル推定を実行するためのアプローチを対象とする。角度領域中で表されるチャネルベクトルは、本明細書では角度領域チャネルベクトルと呼ばれ得る。ＭＩＭＯシステムは、ダウンリンクデバイス（例えば、ＢＳ）及びアップリンクデバイス（例えば、ユーザデバイス）を含む。アップリンクデバイスにおいて、角度領域（即ち、角度領域チャネルベクトル）中で表されるチャネルベクトルの１つ以上の要素のセットが識別される。このチャネルベクトルは、ダウンリンクデバイスには知られていない。各識別された要素の値は、ＭＩＭＯシステムのダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスとの間のそれぞれの物理的経路についてのチャネル利得を表し得る。いくつかの例では、角度領域チャネルベクトルの識別された要素のセットは、そのベクトルの非ゼロ要素のセットである。識別された要素のセットは、これらの点が角度領域中のチャネルベクトルの非ゼロ成分を識別するので、本明細書では角度領域支持点と呼ばれる。角度領域支持点のセットから、最大チャネル利得を表す角度領域ベクトルの要素から形成されたベクトルが識別される。このベクトルは、本明細書では値ベクトルと呼ばれ得る。値ベクトルは、典型的には、Ｎ未満のサイズであり、ここで、Ｎは、ダウンリンクデバイスにおけるアンテナの数であり、いくつかの例ではサイズＬであり得、ここで、Ｌは、ダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスとの間の分解可能な物理的経路の数である。大規模ＭＩＭＯシステムでは、典型的には、ＬがＮよりも著しく少ない。識別された値ベクトルのインジケーションが、次いで、例えば量子化コードブックを使用してアップリンクデバイスからダウンリンクデバイスにフィードバックされる。ダウンリンクデバイスにおいて、ダウンリンクデバイスに知られている更なるチャネルベクトルが角度領域中で分析されて、同じ角度領域支持点のセットが識別される。これらの角度領域支持点は、ダウンリンクデバイスにおいて未知のチャネルベクトルの推定値を生成するために、フィードバックされた量子化されたベクトルと共に使用される。このアプローチは、量子化されたＮ次元チャネルベクトルをフィードバックする必要なしに、チャネル推定値がダウンリンクデバイスにおいて形成されることを可能にする。それはまた、アップリンクデバイスとダウンリンクデバイスとの両方に共通であると識別された角度領域支持点をフィードバックする必要性を回避する。これは、チャネル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。

【0032】

ここから、本開示の態様が、以下でより詳細に説明される。

【0033】

図２は、ＭＩＭＯ通信システム２００を示す。システム２００は、ダウンリンクデバイス２０２及びアップリンクデバイス２０４を備える。ダウンリンクデバイス２０２は、例えば基地局（ＢＳ）、又はより一般的にはＭＩＭＯ送信機であり得る。アップリンクデバイス２０４は、ユーザデバイス、又はＭＩＭＯ受信機であり得る。ダウンリンクデバイス２０２は、ダウンリンク方向でワイヤレス通信信号を通信チャネル２０６を通してデバイス２０４に送信するように動作する。チャネルによって定義される物理的通信経路の数は、Ｐと示される。この例では、例示のためにＰ＝３である。Ｐは、有意な又は分解可能な物理的経路の数を示す。分解可能な又は有意な経路は、信号電力が何らかの閾値を超える経路であり得る。散乱物体２０８及び２１０は、部分的に分解可能な経路を定義する、ダウンリンクデバイス２０２から受信された信号を散乱させるように動作する。

【0034】

ＭＩＭＯシステム２００は、時分割複信（ＴＤＤ）システム（ＴＤＤ ＭＩＭＯシステム）である。

【0035】

ダウンリンクデバイス２０２は、デジタルプリコーダ２１２と、全体的に２１４で示されるＲＦチェーンのセットと、アンテナアレイ２１６と、処理ユニット２１８とを備える。アンテナアレイ２１６は、Ｎ個のアンテナを備える。この例におけるアンテナアレイ２１６は、均一線形アレイ（ＵＬＡ：uniform linear array）である。

【0036】

デジタルプリコーダ２１２は、複数Ｎ_sのデータストリーム２２０を受信し、それらのストリームに対してデジタルプリコーディングを実行する。プリコーディングされたストリームは、次いで、ＲＦチェーン２１４を通過する。各ＲＦチェーンは、単一のデータストリームをサポートし得る。ＲＦチェーンの数は、アンテナの数Ｎに等しくあり得る。ＲＦチェーンは、アンテナアレイ２１６に接続される。

【0037】

アップリンクデバイス２０４は、この例ではＵＬＡでもあるレンズアレイ２２２を備える。レンズアレイ２２２は、Ｍ個のアンテナを備える。図２に示される例では、Ｍ＝２である。レンズアレイ２２２は、ＲＦチェーン２２４のセットに結合される。ＲＦチェーンのセットは、デジタルコンバイナ２２６に結合される。アップリンクデバイス２０４は、処理ユニット２２８を更に備える。

【0038】

動作中、プリコーダ２１２は、複数Ｎ_sのデータストリームを受信する。プリコーダは、それらのデータストリームに対してデジタルプリコーディングを実行する。プリコーディングは、各データストリームの重み及び／又は位相を調整することを含み得る。プリコーディングは、異なるデータストリーム間の干渉を低減するために実行され得る。プリコーディングは、デジタルプリコーディング行列Ｆをデータストリームに適用することによって実行され得る。プリコーディングされたデータストリームは、アナログ信号を生成するために、ＲＦチェーン２１４のセットを通して渡される。単一のデータストリームが、各ＲＦチェーンを通過し、即ち、各ＲＦチェーンは、単一のデータストリームをサポートする。ＲＦチェーンによって生成されたアナログ信号は、そのＲＦチェーンを通過したデータストリームを示すか又は表す。ＲＦチェーンによって生成された信号は、チャネル２０６を通したアップリンクデバイス２０４への送信のためにアンテナアレイ２１６に渡される。信号は、アンテナアレイ２１６によって送信された信号が離散数のビームを形成するように、アレイ２１６のアンテナに送られる。ビームは、特定の進行方向又は角度に集束された１つ以上の信号の集合を指す。信号は、ビームが各通信経路に沿って進むように、即ち、各ビームがそれぞれの物理的経路に沿って進むように、アンテナアレイ２１６から送信される。この例示された例では、発せられた信号は、３つのビーム、即ち、第１の経路上を進む第１のビーム、第２の経路上を進む第２のビーム、及び第３の経路上を進む第３のビームを形成する。

【0039】

各ビームは、アンテナアレイ２１６からの発射角（ＡｏＤ）を有する。発射角は、アレイに関して定義された基準方向に対して測定され得る。第１の経路上のビームについての発射角はφ₁と示され、第２の経路上のビームについての発射角はφ₂と示され、第３の経路上のビームについての発射角はφ₃と示される。

【0040】

発せられたビームは、チャネルを通して通信され、デバイス２０４において受信される。各ビームは、到来角（ＡｏＡ：angle of arrival）でアンテナアレイ２２２に入射する。各ビームについての到来角は、アレイ２２２関して定義された基準方向に対して測定される。第１の経路上のビームについての到来角はθ₁と示され、第２の経路上のビームについての到来角はθ₂と示され、第３の経路上のビームについての到来角はθ₃と示される。

【0041】

ビームは、アンテナアレイ２２２において受信される。アレイ２２２のアンテナは、チェーン２２４のセットのＲＦチェーンに結合される。アレイ２２２の各アンテナは、それぞれのＲＦチェーンに結合され得る。ＲＦチェーン２２４は、デバイス２０２のＲＦチェーン２１４とは逆の動作を実行する。即ち、ＲＦチェーン２１４は、アナログ信号を生成するために、受信されたプリコーディングされたデータストリームに対して処理動作を実行するのに対して、ＲＦチェーン２２４は、受信されたアナログ信号からプリコーディングされたデータストリームのデジタル信号表現を生成するように動作する。各ＲＦチェーンによって生成されたデジタル信号は、次いで、コンバイナ２２６に通信される。コンバイナ２２６は、復号されたデータストリーム２３０を生成するために、デバイス２０２のプリコーダ２１２によってデータストリームに適用されたプリコーディングを不要にする又は除去するように動作する。

【0042】

デバイス２０４における受信された信号は、以下のようにモデル化されることができる：

【数6】

【0043】

式（１）では、ｙは、ダウンリンクデバイス２０４において受信された信号ベクトルであり、Ｈは、デバイス２０２とデバイス２０４との間のチャネルをモデル化する空間チャネル行列であり、Ｆは、デジタルプリコーダ２１２によって適用されたデジタルプリコーダ行列であり、ｓは、デバイス２０２からの送信された信号ベクトルであり、ｎは、雑音ベクトルである。

【0044】

ベクトルｙは、サイズＭ×１であり、即ちＭ要素ベクトルである。ベクトルｓは、サイズＮ×１であり、即ちＮ要素ベクトルである。チャネル行列Ｈは、Ｍ×Ｎ行列、即ちＭ行及びＮ列を有する行列である。チャネル行列Ｈは、以下のように定義される：

【数7】

ここで、ｈ_iは、デバイス２０２のアンテナとデバイス２０４のｉ番目のアンテナとの間のチャネルベクトルを表す。各チャネルベクトルｈ_iは、従って、Ｎ×１ベクトル（即ちＮ要素ベクトル）であり、チャネルベクトルのｊ番目の要素［ｈ_i］
_jは、ダウンリンクデバイス２０２のｊ番目のアンテナとアップリンクデバイス２０４のｉ番目のアンテナとの間のチャネルを表す。

【0045】

デジタルプリコーダ行列Ｆは、Ｎ×Ｎ行列である。雑音ベクトルｎは、以下を満たす加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ：additive white Gaussian noise）ベクトルである：

【数8】

ここで、σ²は、雑音電力の分散を表し、Ｉ_Mは、Ｍ×Ｍ単位行列（ identity matrix）である。

【0046】

プリコーダ行列Ｆは、以下の電力制約を満たす：

【数9】

ここで、ρは、受信機における平均受信信号電力である。

【0047】

送信された信号ベクトルｓは、以下を満たす：

【数10】

【0048】

アンテナアレイ２１６は、均一線形アレイ（ＵＬＡ）であり、そのため、チャネルをモデル化するチャネル行列は、以下のように表されることができる：

【数11】

ここで、ｇ_pは、ｐ番目の物理的経路についての経路利得であり、ａ（φ、Ｎ）及びａ（θ、Ｍ）は、それぞれダウンリンクデバイス２０２及びアップリンクデバイス２０４におけるアレイ応答ベクトルであり、φ_pは、ｐ番目の経路についての発射角であり、θ_pは、ｐ番目の経路についての到来角である。ｇ_pの値は、ＣＮ（０、１）を満たし、

【数12】

である。

【0049】

アレイ応答ベクトルａ（φ、Ｎ）は、以下のように書かれることができる：

【数13】

ここで、λは、信号の波長であり、ｄは、ダウンリンクデバイス２０２における隣接するアンテナ間の間隔である。λ及びｄの値は、同じ単位、例えばメートルで表される。

【0050】

行列Ａは、以下のように定義されることができる：

【数14】

【0051】

そして、ベクトルｇ_mは、以下のように定義されることができる：

【数15】

【0052】

これらの定義により、（式（２）及び（６）を使用して）以下が得られる：

【数16】

【0053】

行列Ａは、送信ステアリング行列、即ちダウンリンクデバイス２０２のアレイ２１６のステアリング行列である。

【0054】

式（１０）は、チャネルベクトルｈ_mが発射角φに依存するステアリング行列Ａと、受信機利得ベクトルと見なされ得るｇ_mとから決定されることができることを概説している。

【0055】

図２に示される例では、アップリンクデバイス２０４は、２つのアンテナ素子を含み、このことから、Ｈ＝［ｈ₁，ｈ₂］
である。式１０から、以下のようになる：

【数17】

【0056】

アップリンクデバイス２０４は、そのアンテナのうちの第１のアンテナ（アンテナ１と呼ばれる）がデバイス２０２からダウンリンク送信を受信し、デバイス２０２にアップリンク送信を通信するように配置され、そのアンテナのうちの第２のアンテナ（アンテナ２と呼ばれる）がデバイス２０２からダウンリンク送信を受信するようにだけ配置されるように構成される。即ち、デバイス２０４は、アンテナ２からのアップリンク送信を通信することができず、即ち、アンテナ２からアップリンク方向に信号を送信することができない。その結果として、チャネル２０６の部分的な相互関係のみが存在し、それは、ダウンリンクデバイス２０２が、例えばアップリンクチャネル推定技法を通じて、デバイス２０２のアンテナとデバイス２０４のアンテナ１との間のチャネルベクトルを示すチャネルベクトルｈ₁の推定値を決定することが可能であるが、同様の技法を使用してｈ₂（デバイス２０２のアンテナとデバイス２０４のアンテナ２との間のチャネルベクトルを示す）を正確に推定することができないことを意味する。

【0057】

ここから、ダウンリンクデバイス２０２におけるチャネルベクトルｈ₂を推定するためのアプローチが、図３におけるフローチャートを参照して説明される。以下の説明では、ダウンリンクデバイス２０２がチャネルベクトルｈ₁の推定値を（例えばアップリンクチャネル推定を通じて）計算することが可能であると仮定される。また、アップリンクデバイス２０４が、例えばダウンリンクチャネル推定を通じて、チャネルベクトルｈ₁及びｈ₂の両方の推定値を計算することが可能であると仮定される。

【0058】

ステップ３０２において、アップリンクデバイス２０４は、チャネルベクトルｈ₂についての角度領域支持点のセットを識別するために、角度領域中のベクトルｈ₂を分析する。ステップ３０２は、デバイス２０４の処理ユニット２２８によって実行され得る。デバイス２０４は、

【数18】

と示される、チャネルベクトルｈ₂の角度領域表現を分析することによって、角度領域中のチャネルベクトルｈ₂を分析する。言い換えれば、

【数19】

は、ｈ₂の角度領域ベクトルであるか、又は別の言い方をすれば、

【数20】

は、角度領域中のチャネルベクトルｈ₂である。各角度領域支持点は、角度領域ベクトル

【数21】

のそれぞれの要素を示すか又は識別する。

【0059】

角度領域ベクトル

【数22】

は、チャネルベクトルｈ₂に対して離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を実行することによって生成されることができる。これは、ＤＦＴ行列を使用して実装され得る。チャネルベクトルｈ₂は、角度領域ベクトル

【数23】

を生成するために、ＤＦＴ行列Ｄで乗算されることができる。数学的には、デバイス２０４は、以下に従って角度領域ベクトルを生成する：

【数24】

【0060】

ＤＦＴ行列Ｄは、以下のように表されることができる：

【数25】

【0061】

このことから、Ｄの要素は、以下によって与えられる：

【数26】

ここで、ｐ^’、ｑ^’＝０、１、・・・、Ｎ－１である。

【0062】

角度領域支持点を識別するために角度領域ベクトルの分析がどのように使用されることができるかを理解するために、アップリンクデバイス２０４が単一のアンテナのみを含み（即ち、Ｍ＝１）、１つの物理的経路のみが存在する（即ち、Ｐ＝１）例を考える。この場合、ａ（θ、Ｍ）＝１であり、式（１０）は以下のように低減する：

【数27】

【0063】

また、以下が得られる：

【数28】

【0064】

式（１５）から、Ｄのｐ番目の行は以下のように与えられるようになる：

【数29】

【0065】

式（７）、（１６）、（１７）、及び（１８）を使用すると、

【数30】

のｐ番目の要素は、以下のように書かれることができる：

【数31】

ここで、

【数32】

である。

【0066】

式（１９）の係数を取ると以下が得られる：

【数33】

ここで、

【数34】

である。

【0067】

式（２０）は、

【数35】

がサンプリング点η_pにおける関数ｆ（η_p）のサンプルであることを実証する。言い換えれば、角度領域ベクトル

【数36】

の要素の値は、サンプル点η_pにおける関数ｆ（η_p）によって与えられる。関数ｆ（η_p）は、中心点ｆ（０）を有するｓｉｎｃ状の分布を有する。

【0068】

式（２０）から、η_p＝０のとき、以下のようになる：

【数37】

ここで、ｐ₀は、関数ｆ（η_p）の中心点に対応する角度領域ベクトル

【数38】

の要素である。ｐ₀の値は、従って、以下のように与えられる：

【数39】

ここで、

【数40】

は、ｐ₀が最も近い整数に与えられることを示す（ｐ₀は角度領域ベクトルの要素を識別するので）。

【0069】

φ₁が式（２１）を満たすとき、角度領域ベクトル

【数41】

は、１つの非ゼロ要素ｐ₀のみを有する。φ₁が式（２１）を満たさない場合には、

【数42】

は、複数の非ゼロ要素を有し得る。しかしながら、典型的なシステムでは、Ｎ（ダウンリンクデバイス２０２におけるアンテナの数）の値が比較的大きいので、

【数43】

は、依然として、点ｐ₀の周りに分布され、点ｐ₀の近傍のベクトル要素のみが無視できない値を取るであろう。言い換えれば、式（２１）を満たさない場合であっても、角度領域ベクトル

【数44】

の無視できない値が、依然として、ベクトル要素ｐ₀の周りに集中されるであろう。

【0070】

図４Ａ及び図４Ｂは、実例的なｆ（η_p）及び

【数45】

を例示する。図４Ａは、φ₁が式（２１）を満たす場合を実証し、図４Ｂは、φ₁が式（２１）を満たさない場合を実証する。図４Ａでは、角度領域ベクトルの唯一の非ゼロ要素がｐ₀であることが分かる。図４Ｂは、角度領域ベクトルが複数の非ゼロ要素を含むが、ｐ₀の近傍内のもの（４０４及び４０６において示される）のみが無視できない値を有することを示す。両方の図では、円形のマーキングは、角度領域ベクトル

【数46】

の要素の値を示す。実線は、角度領域中のチャネルベクトルによって定義された関数ｆ（η_p）を示す。

【0071】

上記の説明は、１つの物理的経路が、角度領域ベクトルの要素ｐ_oに対応する角度領域中のチャネルベクトルについての単一の中心点を形成することを例示する。別の言い方をすれば、チャネルベクトルは、角度領域ベクトルの要素ｐ_oに対応する単一の中心点を有する角度領域中の関数を定義する。中心点は、要素ｐ_oと正確に整列し得るか（φ₁が式（２１）を満たす場合）、又は要素ｐ_oは、関数の中心点に最も近い要素であり得る（例えば図４Ｂに示されるように、φ₁が式（２１）を満たさない場合）。中心点（及び故に要素ｐ_o）は、物理的経路についてのビームの発射角φ₁に依存する。

【0072】

デバイス２０２と２０４との間に複数の物理的経路が存在するとき、角度領域ベクトル

【数47】

は、ベクトル

【数48】

のそれぞれの要素に対応する単一の中心点を各々有する関数の線形結合を定義する。言い換えれば、Ｐ個の物理的経路について、角度領域ベクトル

【数49】

は、Ｐ個の関数の線形結合を定義し、ここで、Ｐ個の関数の各々は、角度領域ベクトルの要素

【数50】

に対応する単一の中心点を有する。各要素数

【数51】

は、それぞれの物理的経路についてビーム発射角に依存し、即ち、要素数

【数52】

は、物理的経路ｐについてのビーム発射角に依存し、ここで、ｐ＝１、・・・、Ｐである。この要素のセットは、本明細書では角度領域支持点のセットと呼ばれる。

【0073】

図２に示された実例的なシステムに戻って参照すると、アップリンクデバイス２０４は、以下によって与えられる、ベクトルについての角度領域支持点のセットΦ₂を計算するために、角度領域ベクトル

【数53】

を分析する：

【数54】

【0074】

このことから、各角度領域支持点は、角度領域ベクトルのそれぞれの要素を識別する。角度領域支持点の各々における角度領域ベクトル

【数55】

の値は、それぞれの物理的経路についての利得を表す。

【0075】

ステップ３０４において、アップリンクデバイス２０４は、角度領域支持点のセットから値ベクトルを生成する。このステップはまた、処理ユニット２２８によって実行され得る。

【0076】

値ベクトルは、最大チャネル利得を表す角度領域ベクトル

【数56】

の要素から形成される。値ベクトルは、角度領域ベクトルのＬ個の最大要素を選択することによって生成され得る。いくつかの例では、Ｌ＝Ｐである。他の例では、ＬはＰ未満である。

【0077】

数学的に、値ベクトルは、最初にＤＦＴ行列Ｄの選択された行をチャネルベクトルｈ₂に適用することによって計算されることができる。適用されるべきＤＦＴ行列の行は、角度領域制御点によって決定される。特に、角度領域支持点に等しい行番号（ row numbers）を有する行が、チャネルベクトルに適用されるべきである。これは、数学的に以下のように表される：

【数57】

【0078】

又は、別の言い方をすれば：

【数58】

ここで、

【数59】

は、Ｐ個の角度領域支持点Φ₂によって識別された角度領域ベクトル

【数60】

のＰ個の要素から形成されたベクトルである。ベクトル

【数61】

は、中間値ベクトルと呼ばれ得る。

【0079】

ベクトル

【数62】

は、次いで、そのノルムによって降順にソートされ、次いで、最大のチャネル利得を表すＬ個の要素が選択される。これは、ベクトル

【数63】

のＬ個の最大要素を選択することによって行われ得る。

【0080】

数学的には：

【数64】

ここで、

【数65】

は、降順に要素の大きさによってソートされた中間値ベクトルに等しく、

【数66】

は、角度領域ベクトル

【数67】

の最大のＬ個の要素から形成されたＬ要素ベクトルである。言い換えれば、ベクトル

【数68】

は、Ｌ個の最大チャネル利得を表す角度領域ベクトルのＬ個の要素から形成される。

【0081】

値ベクトルは、この例では、ベクトル

【数69】

である。下付き文字「２」は、値ベクトルがチャネルベクトルｈ₂について形成されていることを示すことに留意されたい。

【0082】

上述されたように、Ｌの値は、実装形態に応じて選択されることができ、いくつかの例では、分解可能な物理的経路の数Ｐに等しい。Ｌの値＝Ｐである場合、ベクトル

【数70】

のＬ個の最大要素を選択するステップを実行する必要はない。このことから、いくつかの配列では、値ベクトルは、ベクトル

【数71】

であるか、又はそれは、角度領域支持点によって識別された全てのＰ個の要素が保持される場合、ベクトル要素がソートされる必要がないことに基づいて、ベクトル

【数72】

であり得る。

【0083】

ステップ３０６において、アップリンクデバイス２０４は、生成された値ベクトルのインジケーションをダウンリンクデバイス２０２にフィードバックする。

【0084】

処理ユニット２２８は、値ベクトルのインジケーションをＲＦチェーン２２４に通信し得、ＲＦチェーン２２４は、次いで、アンテナアレイ２２２のアンテナ１（これは、アップリンク方向に送信することが可能な唯一のアンテナである）に渡される値ベクトルのインジケーションを表すアナログ信号を生成する。アンテナ１は、次いで、値ベクトルのインジケーションを表す信号をアップリンク方向でデバイス２０２に送信し、デバイス２０２に値ベクトルのインジケーションをフィードバックする。

【0085】

値ベクトルのインジケーションは、アップリンクデバイス２０４及びダウンリンクデバイス２０２の両方に知られている量子化コードブックＣを使用して生成され得る。量子化コードブックは、量子化ベクトルのセットから形成される。アップリンクデバイス２０４は、生成された値ベクトルを量子化するために、量子化コードブックＣを使用することができる。値ベクトルを量子化するために選択された量子化ベクトルをインデックス付けする量子化コードブックに対するインデックスが、次いで、ダウンリンクデバイス２０２にフィードバックされることができる。言い換えれば、ダウンリンクデバイスにフィードバックされた値ベクトルのインジケーションは、量子化コードブックに対する選択されたインデックスを備える。コードブックの量子化ベクトルは、単位ノルムベクトルであり得る。この場合、処理ユニット２２８はまた、値ベクトルの大きさを計算し、これをインデックスと共に量子化コードブックにフィードバックし得る。このことから、コードブックが単位ノルムベクトルを含む実装形態では、値ベクトルのインジケーションは、コードブックＣに対する選択されたインデックスと値ベクトルの大きさとを備える。

【0086】

コードブックＣは、数学的に以下のように表されることができる：

【数73】

ここで、２^Bは、コードブック中の量子化ベクトルの数であり、Ｂは、コードブックをインデックス付けするのに必要とされるビット数であり、即ち、各コードブックインデックスは、Ｂビットである。

【0087】

処理ユニット２２８は、値ベクトル

【数74】

に最も密接に一致する、コードブックＣからの量子化ベクトルｃ_iを選択し得る。具体的には、処理ユニット２２８は、以下に従って値ベクトルを量子化するために、コードブックＣのインデックスＩ_nを選択し得る：

【数75】

【0088】

インデックスＩ_n及び値ベクトルの大きさ

【数76】

が、次いで、ダウンリンクデバイス２０２にフィードバックされる。

【0089】

値ベクトル

【数77】

のインジケーションは、アンテナアレイ２１６及びＲＦチェーン２１４によってダウンリンクデバイス２０２において受信され、処理ユニット２１８に渡される。

【0090】

ステップ３０８において、ダウンリンクデバイス２０２は、ステップ３０２においてアップリンクデバイスによって識別された同じ角度領域支持点のセットを識別するために、デバイスに知られているチャネルベクトルｈ₁を分析する。これは、処理ユニット２１８によって実行され得る。

【0091】

ダウンリンクデバイス２０２は、角度領域中のチャネルベクトルｈ₁を分析することによって角度領域支持点を識別する。角度領域中に表されたチャネルベクトルｈ₁は、

【数78】

と示され、即ち、

【数79】

は、角度領域ベクトルである。角度領域ベクトル

【数80】

は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）行列Ｄを使用してチャネルベクトルｈ₁に対してＤＦＴを実行することによって生成されることができる。チャネルベクトルｈ₁は、角度領域ベクトル

【数81】

を生成するために、ＤＦＴ行列Ｄで乗算されることができる。数学的には、デバイス２０２は、以下に従って角度領域ベクトルを生成する：

【数82】

【0092】

ダウンリンクデバイス２０２は、アップリンクデバイス２０４がステップ３０２に関して上記で説明された角度領域ベクトル

【数83】

を分析した方法と類似の方法でと角度領域支持点を生成するために、角度領域ベクトル

【数84】

を分析する。そうする際、ダウンリンクデバイス２０２は、以下によって与えられる、Φ₁と示される、ベクトル

【数85】

についての角度領域支持点のセットを生成する：

【数86】

【0093】

ベクトル

【数87】

についての角度領域支持点は、従って、式（２３）によって与えられるベクトル

【数88】

についての角度領域支持点に等しい。これを見るために、ベクトル

【数89】

についての角度領域支持点は、発射角φ_pにのみ依存し、到来角θ_pには依存しないことに留意されたい。式（１１）及び（１２）から、ｈ₁＝Ａｇ₁及びｈ₂＝Ａｇ₂であり、式（８）から、ステアリング行列Ａが角度領域支持点と同じ発射角に依存することも観察された。ベクトルｈ₁及びｈ₂は、従って、共通の角度領域支持を有する、即ち、それらは、同等の角度領域支持点を共有する。これは、ＭＩＭＯシステム２００の物理的解釈と一致しており、典型的には、アップリンクデバイス２０４の隣接するアンテナ間の距離は、散乱物体（例えば、２０８及び２１０）とアップリンクデバイスとの距離よりも遙かに小さい。これは、２つのアンテナについての物理的伝播経路が同じ散乱物体を介し、そのため、２つのアンテナについてのチャネルベクトルが同じ発射角に依存することを意味する。

【0094】

ステップ３１０において、ダウンリンクデバイス２０２は、角度領域支持点の計算されたセットΦ₁から送信ステアリング行列Ａを生成する。以下でより詳細に説明されるように、ダウンリンクデバイス２０２は、角度領域支持点Φ₁から計算された１つ以上の発射角から送信ステアリング行列を生成する。一般に、ダウンリンクデバイス２０２は、Ｌ個の最大チャネル利得を表す角度領域ベクトルのそれぞれのＬ個の要素から計算されたＬ個の発射角から送信ステアリング行列を生成する。即ち、送信ステアリング行列Ａは、Ｌ個の最大チャネル利得を表すＬ個の角度領域支持点のセットから生成される。

【0095】

角度領域支持点Φ₁から最大チャネルチェーンを表すＬ個の角度領域支持点のセットを識別するために、ダウンリンクデバイス２０２は、角度領域支持点Φ₁から値ベクトルを生成する。値ベクトルは、最大チャネル利得を表す角度領域ベクトル

【数90】

の要素から形成される。値ベクトルは、角度領域ベクトル

【数91】

のＬ個の最大要素を選択することによって生成される。

【0096】

数学的には、値ベクトルは、最初にＤＦＴ行列Ｄの選択された行をチャネルベクトルｈ₁に適用することによって、上記で説明された値ベクトル

【数92】

と類似の方法で計算される。適用されるべきＤＦＴ行列の行は、角度領域制御点Φ₁によって決定される。特に、角度領域支持点に等しい行番号を有する行が、チャネルベクトルに適用されるべきである。これは、数学的に以下のように表される：

【数93】

【0097】

又は、別の言い方をすれば：

【数94】

ここで、

【数95】

は、Ｐ個の角度領域支持点Φ₁によって識別された角度領域ベクトル

【数96】

のＰ個の要素から形成されたベクトルである。ベクトル

【数97】

は、中間値ベクトルと呼ばれ得る。

【0098】

ベクトル

【数98】

は、次いで、そのノルムによって降順にソートされ、次いで、最大のチャネル利得を表すＬ個の要素が選択される。これは、ベクトル

【数99】

のＬ個の最大要素を選択することによって行われ得る。

【0099】

数学的には：

【数100】

ここで、

【数101】

は、降順に要素の大きさによってソートされた中間値ベクトルに等しく、

【数102】

は、角度領域ベクトル

【数103】

の最大のＬ個の要素から形成されたＬ要素ベクトルである。言い換えれば、ベクトル

【数104】

は、Ｌ個の最大チャネル利得を表す角度領域ベクトル

【数105】

のＬ個の要素から形成される。ベクトル

【数106】

は、ダウンリンクデバイス２０２によって計算された値ベクトルである。下付き文字「１」は、値ベクトルがチャネルベクトルｈ₁について形成されていることを示す。

【0100】

ダウンリンクデバイスは、ソートされた次元での、

【数107】

の要素の

【数108】

への配列を記述するインデックスベクトルＩ₁を更に計算する。ベクトルＩ₁は、従って、

【数109】

の再配列を示すＰ要素ベクトルである。ベクトルＩ₁の最初のＬ個の要素は、従って、最大チャネル利得を表すベクトル

【数110】

のＬ個の要素を識別又はインデックス付けする。

【0101】

最大チャネル利得を表すＬ個の角度領域支持点のセットは、従って、以下に従って角度領域支持点のセットΦ₁から識別されることができる：

【数111】

【0102】

このことから、要約すると、ダウンリンクデバイス２０２は、そのデバイスに知られているチャネルベクトルｈ₁からＰ個の角度領域支持点のセットΦ₁を計算する。これらの角度領域支持点の各々は、角度領域ベクトル

【数112】

のそれぞれの要素を識別する。最大チャネル利得を表すＬ個の角度領域支持点

【数113】

のセットが次いで識別され、ここで、Ｌは、Ｐ以下である。上記で説明された例では、この点のセットは、Ｐ個の角度領域支持点のセットΦ₁によって識別された角度領域ベクトル

【数114】

のＰ個の要素から形成された中間値ベクトル

【数115】

を計算することによって識別される。中間値ベクトルは、次いで、そのノルムによって降順にソートされ、最大チャネル利得を表すＬ個の要素が、インデックスベクトルＩ₁によって識別される。インデックスベクトルは、次いで、Ｐ個の角度領域支持点のセットΦ₁中の対応するＬ個の角度領域支持点をインデックス付けするために使用される。

【0103】

式（３１）及び（３６）に従って、ｌ＝１、・・・、Ｌについての発射角φ_lは、以下のように、Ｌ個の角度領域支持点の識別されたセットから計算されることができる：

【数116】

【0104】

式（８）に従って、Ｌ個の識別された発射角についてのステアリング行列Ａは、ダウンリンクデバイス２０２によって以下のように計算される：

【数117】

【0105】

行列Ａは、ダウンリンクデバイス２０２において計算された角度領域制御点のセットΦ₁から計算された送信ステアリング行列を表す。それは、Ｎ×Ｌ行列である。

【0106】

ステップ３１２において、デバイス２０２は、

【数118】

と示される、チャネルベクトルｈ₂のアップリンク推定値を、デバイス２０４からフィードバックされた値ベクトル

【数119】

のインジケーションとデバイス２０２において計算されたステアリング行列Ａとから計算する。

【0107】

具体的には、ダウンリンクデバイス２０２は、以下に従って、チャネルベクトル推定値

【数120】

を計算することができる：

【数121】

ここで、ｃ_Fは、デバイス２０４からフィードバックされたインデックスＩ_nに従って選択されたコードブックＣからの量子化ベクトルであり、

【数122】

は、デバイス２０４からフィードバックされた値ベクトル

【数123】

の大きさである。

【0108】

ベクトル

【数124】

は、ダウンリンク推定技法を通じて計算されることができなかったチャネルベクトルｈ₂の計算された推定値である。

【0109】

チャネルベクトルを計算するための上記で説明されたアプローチは、チャネル推定の従来の技法に勝るいくつかの利点を提供することができる。量子化され、ダウンリンクデバイス２０２にフィードバックされるベクトルは、低減された次元のＬ次元ベクトルであり、ここで、Ｌは、分解可能な物理的経路の数であるＰ以下である。物理的経路の数は、典型的には、ダウンリンクデバイスにおけるアンテナの数Ｎよりも遙かに少なく、このことから、本アプローチは、Ｎ次元ベクトルが量子化されフィードバックされる制限されたフィードバックの従来のアプローチと比較して勝っている。量子化されるべきベクトルのサイズを低減することによって、より正確な量子化が、所与のサイズのコードブックに対してを実行されることができる。更に、角度領域中のチャネル間に相関があり、このことから、ダウンリンクデバイスの異なる受信機のチャネルは、共通の角度領域支持を有する（即ち、それらは角度領域点の共通のセットを共有する）ことが理解されている。これは、角度領域支持点のフィードバックが省略されることを可能にし、チャネルフィードバックオーバーヘッドを低減する。

【0110】

図５は、上記のアプローチが、比較的低いチャネルフィードバックオーバーヘッドを用いて高い合計レート性能が達成されることを可能にすることを実証する、本発明者らによって取得されたシミュレーション結果を示す。

【0111】

このシミュレーションでは、値ベクトル

【数125】

が、６ビットのランダムベクトル量子化（ＲＶＱ）コードブックを使用して量子化される。理想的なチャネル状態情報（ＣＳＩ）を用いて達成されることができる合計レート性能が５０２に示されている。最適な（即ち量子化されていない）値ベクトル

【数126】

を使用して達成されることができる合計レート性能が５０４に示されている。本フィードバック方式及び６ビットのＲＶＱコードブックを使用して量子化された値ベクトル

【数127】

用いて達成されることができる合計レート性能が５０６に示され、ＲＶＱコードブックを使用する従来の制限されたフィードバックが５０８に示されている。本明細書で説明されるフィードバック方式は、Ｎ次元ベクトルを量子化する従来のＲＶＱコードブック方式よりも性能が優れていることが観察される。更に、値ベクトルを量子化することによって被る性能損失は比較的小さいことが観察されることができ、それは、従来の方式と比較してチャネルフィードバックオーバーヘッドを増加させることなく、良好な性能を有するチャネルフィードバック方式が達成されることができることを意味する。

【0112】

チャネルベクトルｈ₂の推定値を計算すると、ダウンリンクデバイス２０２は、完全なＣＳＩを取得するために、推定されたチャネルベクトル

【数128】

と（例えば、アップリンクチャネル推定から取得された）計算されたチャネルベクトル推定値ｈ₁とを使用してチャネル行列Ｈの推定値を計算することができる。チャネル行列Ｈを計算すると、ダウンリンクデバイス２０２は、更新されたプリコーディング行列Ｆを計算することができる。これを行うために、ダウンリンクデバイスは、以下のようにチャネル行列を分解するために、特異値分解（ＳＶＤ）を使用することができる：

【数129】

ここで、Ｕは、左特異行列であり、Σは、降順の特異値から成る対角行列であり、Ｖは、右特異行列である。

【0113】

プリコーディング行列Ｆは、次いで、以下のように、Ｖの最初のＭ個の列から計算されることができる：

【数130】

ここで、Ｉ_Mは、Ｍ×Ｍ単位行列である。

【0114】

ダウンリンクデバイスは、次いで、更新された又は最適化されたプリコーディング行列Ｆを使用して、アンテナアレイ２１６を通して信号を通信することができる。

【0115】

本明細書で説明される例では、アップリンクデバイス２０４は、２つのアンテナを含み、それらのうちの１つは、アップリンク方向に送信することができない。これは例示のみを目的としたものであり、本明細書で説明された技法は、任意の適切な数のアンテナを有するダウンリンクデバイスに適用可能であることが理解されるであろう。一般に、本明細書で説明された技法は、ダウンリンクデバイスとアップリンクデバイスのアンテナとの間のチャネルベクトルｈについての推定値が、ダウンリンクデバイスにとって利用可能な他のチャネルベクトル（例えば、アップリンク推定技法を使用して取得される）と、アップリンクデバイスからフィードバックされた角度領域中のチャネルベクトルｈの要素を含む値ベクトルのインジケーションとを使用して、ダウンリンクデバイスにおいて計算されることを可能にする。いくつかの実装形態では、例えば、アップリンクデバイスは、８つのアンテナを含み得、それらのうちの４つは、ダウンリンク送信を受信することに限定される（即ち、４つのアンテナのみが、アップリンク次元で送信することが可能である）。

【0116】

上記の例では、Ｌ個の角度領域支持点のセットが識別され、チャネルベクトル推定値を計算するために使用される。いくつかの例では、ＬはＰに等しい。これらの状況では、アップリンクデバイスにおいて値ベクトルを生成するために、ベクトル

【数131】

をソートし、Ｌ個の要素を選択する必要がないことがあり、ベクトル

【数132】

が値ベクトルとして取られ得、それは次いで、量子化され、ダウンリンクデバイスにフィードバックされる。更に、ダウンリンクデバイスにおいて、ベクトル

【数133】

を計算することによってＬ個の角度領域支持点のセットを識別する必要がないことがあり、代わりに、行列Ａを計算するために使用されるＰ個の発射角が、式（３７）に従ってＰ個の角度領域制御点のセットΦ₁から直接計算されることができる。

【0117】

本出願人は、本明細書で説明された各個々の特徴及び２つ以上のそのような特徴の任意の組み合わせを、そのような特徴又は特徴の組み合わせが本明細書で開示された任意の問題を解決するかどうかにかかわらず、且つ特許請求の範囲を限定することなく、そのような特徴又は組み合わせが当業者の共通の一般的知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施されることが可能な範囲まで、分離して開示する。出願人は、本発明の態様が任意のそのような個々の特徴又は特徴の組み合わせから成り得ることを示す。前述の説明を考慮すると、本発明の範囲内で様々な修正が行われ得ることが当業者には明らかであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【国際調査報告】