JP2012518941A - 多重入出力送信ビーム形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、無線通信ネットワークに関する。無線通信ネットワークは、多数の基地局を含む。各基地局は、多数の加入局と無線通信することができる。少なくとも１つの基地局は、請求項１の表で示されたコードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードでデータをプリコードするように構成された処理機と、前記プリコードされたデータを送信するように構成された送信機とを含む。

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に無線通信システムでビーム形成方法及び装置に関する。

本願では、

をＸ_a ^bと表記する。

無線システムで送信ビームは、閉鎖ループ（closed-loop）方式や開放ループ（open-loop）方式で形成されることができる。開放ループシステムは、時分割多重化（Time Division Duplexing(TDD))システムに適している。開放ループシステムは、チャネル情報フィードバック（channel information feedback)を必要としない。結局、少ないオーバーヘッドがあるだけである。しかし、多重送信アンテナ（multiple transmission antennas)のうち送信高周波数チェーン（transmission radio frequency chain)と受信高周波数チェーン（reception radio frequency chain)との間に位相差を補償するために、開放ループシステムは、位相較正（phase calibration）過程を持続的に行わなければならないという点から、当該開放ループシステムには短所がある。開放ルプンシステムの他の短所は、アップリンクパイルロト（uplink pilots）のような定数アップリンク位相基準値（constant uplink phase reference)を必要とする点である。このような必要条件は、過度なフィードバックオーバーヘッドを生成することができる。位相較正過程は、高周波数チャネル環境（radio channel environment)に対して一般的にその費用を高めるだけでなく、高周波数チャネル環境から影響を受けやすい。

一方、閉鎖ループシステムは、位相較正過程を必要としない。しかし、閉鎖ループシステムは、送信機（transmitter）でチャネルフィードバックをしなければならないし、このような動作は、オーバーヘッドを追加に生成する。しかも、閉鎖ループシステムも、フィードバック遅延（feedback delay）または高速チャネル変動（fast channel variation）に起因して、フィードバックチャネルから影響を受けやすい。一般的に、周波数分割多重化（Frequency Division Duplexing（ＦＤＤ））システムは、閉鎖ループ送信ビーム形成方法（closed-loop transmit beam forming schemes)を利用する。しかし、閉鎖ループ送信ビーム形成方法もＴＤＤシステムに適用されることができる。

本発明の実施形態によって無線通信ネットワークを提供する。無線通信ネットワークは、多数の基地局を含む。各基地局は、多数の加入局と無線通信を行うことができる。少なくとも１つの基地局は、コードブック（codebook）からコードワード（codeword）を選択し、前記選択されたコードワードでデータをプリコード（precode）するように構成された処理機と、前記プリコードされたデータを送信するように構成された送信機とを含む。前記コードブックのランク１は、下記のアルゴリズムから選択される。

本発明の他の実施形態によって無線通信ネットワークを提供する。無線通信ネットワークは、多数の基地局を含む。各基地局は、多数の加入局と無線通信することができる。少なくとも１つの基地局は、コードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードでデータをプリコードするように構成された処理機と、前記プリコードされたデータを送信するように構成された送信機とを含む。前記コードブックのランク３〜８は、下記のアルゴリズムから選択される。

前記アルゴリズムにおいて、各ランクに対して列にある数字は、行列Ｖ８（：、：、１）及びＶ８（：、：、２）の列インデックス（column index）を示す。

本発明の他の実施形態によって無線通信ネットワークを提供する。無線通信ネットワークは、多数の基地局を含む。各基地局は、多数の加入局と無線通信することができる。少なくとも１つの基地局は、コードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードでデータをプリコードするように構成された処理機と、前記プリコードされたデータを送信するように構成された送信機とを含む。前記コードブックのランク１〜８は、下記のアルゴリズムから選択される。

前記アルゴリズムにおいて、各ランクに対して列にある数字は、行列

の列インデックスを示す。

本発明の他の実施形態によって基地局を提供する。基地局は、コードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードでデータをプリコードするように構成された処理機と、前記プリコードされたデータを送信するように構成された送信機とを含む。前記コードブックのランク１は、下記のアルゴリズムから選択される。

本発明の他の実施形態によって基地局を提供する。基地局は、コードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードでデータをプリコードするように構成された処理機と、前記プリコードされたデータを送信するように構成された送信機とを含む。前記コードブックのランク３〜８は、下記のアルゴリズムから選択される。

前記アルゴリズムにおいて、各ランクに対して列にある数字は、行列Ｖ８（：、：、１）及びＶ８（：、：、２）の列インデックスを示す。

本発明の他の実施形態によって基地局を提供する。基地局は、コードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードでデータをプリコードするように構成された処理機と、前記プリコードされたデータを送信するように構成された送信機とを含む。前記コードブックのランク１〜８は、下記のアルゴリズムから選択される。

前記アルゴリズムにおいて、各ランクに対して列にある数字は、行列

の列インデックスを示す。

本発明の実施形態によって基地局動作方法を提供する。基地局動作方法は、コードブックからコードワードを選択する段階と、前記選択されたコードワードでデータをプリコードする段階と、前記プリコードされたデータを送信する段階とを含む。前記コードブックのランク１は、下記のアルゴリズムから選択される。

本発明の他の実施形態によって基地局動作方法を提供する。基地局動作方法は、コードブックからコードワードを選択する段階と、前記選択されたコードワードでデータをプリコードする段階と、前記プリコードされたデータを送信する段階とを含む。前記コードブックのランク３〜８は、下記のアルゴリズムから選択される。

前記アルゴリズムにおいて、各ランクに対して列にある数字は、行列Ｖ８（：、：、１）及びＶ８（：、：、２）の列インデックスを示す。

本発明の実施形態によって基地局動作方法を提供する。基地局動作方法は、コードブックからコードワードを選択する段階と、前記選択されたコードワードでデータをプリコードする段階と、前記プリコードされたデータを送信する段階とを含む。前記コードブックのランク１〜８は、下記のアルゴリズムから選択される。

前記アルゴリズムにおいて、各ランクに対して列にある数字は、行列

の列インデックスを示す。

本明細書において使用された用語と語句は、次のように定義される。“含む（include）”及び“備える（comprise）”という用語とこれら用語の派生語は、“含む動作及び状態（inclusion）”を意味し、限定するという意味を有しない。“または（or）”という用語は、包括的に及び／または（and/or）を意味する。“〜と連関した（associated with)”及び“それと連関した（associated therewith)”という語句とこれら語句の派生語句は、含む、〜内部に含まれる、〜と相互連結する、含有する、〜内部に含有される、〜にまたは〜と連結する、〜にまたは〜と結合する、〜と通信することができる、〜と連携動作する。挟みこむ、並置する、〜に近接している、〜にまたは〜と結束される、有する、〜の属性を有する、などのような意味を有する。“制御機（controller）”という用語は、装置（device）、システムまたはその部品を意味する。ここで、システム及びその部品は、少なくとも１つの動作を制御し、前記装置は、ハードウェア、ファームウェアまたはソフトウェアまたはこれらのうち少なくとも２個を組み合わせて具現されることができる。特定制御機と連携された機能は、局所領域と関連されるか、または遠隔領域と関連されるかによって、集中化または分散化されることができることが分かる。前記用語と語句に対する定義は、本明細書全般にわたって使用されることができる。多くの場合ではないが、ほとんどの場合に、前記用語と語句に対する定義は、以前だけでなく、今後とも上記のように定義された用語と語句を使用すべき箇所に適用されることができることを当業者なら理解することができる。

本発明によれば、多重入出力送信ビームを形成するにあたって、基地局がさらに効率的に送信ビームを形成することができるコードブックを提案する。

本発明の詳細な説明と本発明の長所は、添付の図面を参考して説明することによって、さらに明確に理解することができ、同一の要素は、同一の参照符号で示す。

本発明の原理によってアップリンクでメッセージを送信する無線ネットワークの一例を示す図である。 本発明の実施形態による基地局（base station)の一例を詳細に示す図である。 本発明の実施形態による無線加入局（wireless subscriber station)の一例を詳細に示す図である。 本発明の実施形態による多数の移動局（mobile station)と通信する基地局の構成図である。 本発明の実施形態による４ｘ４多重入出力システムを示す図である。 本発明の実施形態による空間分割多重接続（Spatial Division Multiple Access(SDMA))方法を説明するための構成図である。 本発明の実施形態による１−段複素アダマール変換（one-stage complex Hadamard(CH) transformation)を説明するための構成図である。 本発明の実施形態による２−段複素アダマール変換を説明するための構成図である。 本発明の実施形態によるＮ−段複素アダマール変換を説明するための構成図である。 本発明による、基本行列（base matrix)からコードワードで行われるマッピングを示すコードブックの第１実施形態を示す図である。 本発明による、図１０Ａのコードブックでランク１を詳細に示す表である。 本発明の実施形態による、ランク−８である２つの行列を示す図である。 本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブックの第２実施形態を示す図である。 本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブックの第３実施形態を示す図である。 本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブックの第４実施形態を示す図である。 本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブックの第５実施形態を示す図である。 本発明の実施形態による、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すコードブックを利用するシステムの性能を示すグラフである。 本発明による基地局動作方法を示す流れ図である。 本発明による移動局または加入局動作方法を示す流れ図である。

図１〜図１８及び様々な実施形態は、本明細書に含まれた本発明の原理を記述するための例であって、本発明の範囲を限定する意味として解釈すべきものではない。当業者は、本発明の原理は、適切に配列した通信システムで具現されることができることを理解することができる。

図１は、本発明の原理によってアップリンクでメッセージを送信する無線ネットワーク１００の一例を示す図である。無線ネットワーク１００は、基地局（ＢＳ）１０１、基地局（ＢＳ）１０２、基地局（ＢＳ）１０３、及び他の類似の基地局（図示せず）を含む。
基地局１０１は、インターネット１３０または類似ＩＰ−基盤ネットワーク（similar IP-based network）（図示せず）と通信する。

基地局１０２は、基地局１０２のサービス領域（coverage area）１２０内にある多数の第１加入局が無線広帯域（wireless broad band)を通じてインターネット１３０と接続されるようにする。多数の第１加入局は、小規模事業領域（small business(SB))に位置する加入局１１１、大規模事業領域（enterprise（Ｅ））に位置する加入局１１２、ＷｉＦｉホットスポット（hotspot）（ＨＳ）に位置する加入局１１３、第１居住地（first residence)(R)に位置する加入局１１４、第２居住地（Ｒ）に位置する加入局１１５、及び移動装置（Ｍ）で具現されることができる加入局１１６を含む。移動装置（Ｍ）の例としては、携帯電話、無線ラップトップコンピュータ、無線ＰＤＡ、などを挙げることができる。

基地局１０３は、基地局１０３のサービス領域１２５内にある多数の第２加入局が無線広帯域を通じてインターネット１３０と接続されるようにする。多数の第２加入局は、加入局１１５及び加入局１１６を含む。本発明による実施形態において、基地局１０１〜１０３は、相互通信することができ、直交周波数多重（ＯＦＤＭ）技術または直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）技術を使用して加入局１１１〜１１６と通信することができる。

本発明の実施形態において、図１に示すように、基地局は、６個だけで具現したが、無線ネットワーク１００は、無線広帯域を通じてさらに多い加入局が追加に接続されることができることを理解しなければならない。加入局１１５と加入局１１６は、サービス領域１２０とサービス領域１２５の終端（edges）に位置する。加入局１１５と加入局１１６の各々は、２つの基地局（１０２、１０３）と通信をし、ハンドオフモードで動作することができる。このような内容は、当業者によく知られた技術である。

加入局１１１〜１１６は、インターネット１３０を通じて音声サービス、データサービス、映像サービス、映像会議サービス、及び／または他の広帯域サービスを利用することができる。本発明の実施形態において、加入局１１１〜１１６のうち１つ以上の加入局は、ＷｉＦｉ ＷＬＡＮのアクセスポイント（ＡＰ）と連関されることができる。加入局１１６は、任意の個数の移動装置で具現されることができる。移動装置は、無線通信が可能なラップトップコンピュータ、ＰＤＡ、ノート型パソコン、携帯用装置、または他の無線通信可能な装置を含む。加入局１１４、１１５は、例えば、無線通信可能な個人用コンピュータ（ＰＣ）、ラップトップコンピュータ、ゲートウェイ、またはそれに相当する他の装置で具現されることができる。

図２は、本発明の実施形態による基地局の一例を詳細に示す図である。図２に示す基地局（ＢＳ）１０２の実施形態は、本発明を説明するための例である。基地局１０２は、本発明の範囲を逸脱しない範囲で様々な実施形態で具現されることができる。

基地局１０２は、基地局制御機（ＢＳＣ）２１０と基地局送受信機システム（ＢＴＳ）２２０とを備える。基地局制御機２１０は、無線通信ネットワーク内で特定セルのための無線通信資源を管理する装置であって、基地局送受信機ザブシステム（base transceiver subsystems）を含む。基地局送受信機ザブシステムは、無線周波数送受信機、アンテナ、及び各セルに位置する他の電気設備を備える。このような電気設備は、空調機、暖房機、電気供給装置、電話機線インターフェース部、高周波数送信機及び高周波数受信機を含む。本発明の動作を簡単で且つ明確に説明するために、基地局送受信機ザブシステム及び各基地局送受信機ザブシステムと連関された基地局制御機は、基地局１０１、基地局１０２、基地局１０３で各々一括して表現した。

基地局制御機２１０は、基地局送受信機システム２２０を含むセルサイトで資源を管理する。ＢＴＳ２２０は、ＢＴＳ制御機２２５、チャネル制御機２３５、送受信機インターフェース２４５、高周波数送受信機２５０、及びアンテナ配列２５５を備える。チャネル制御機２３５は、多数のチャネル要素を備え、多数のチャネル要素は、チャネル要素２４０のような要素を含む。また、ＢＴＳ２２０を構成する要素は、ハンドオフ制御機２６０とメモリ２７０をさらに備える。本発明の実施形態を説明するために、ハンドオフ制御機２６０とメモリ２７０がＢＴＳ２２０に含まれているが、本発明の範囲を逸脱しない範囲内でＢＴＳ１０２の他の部分が位置することもできる。

ＢＴＳ制御機２２５は、動作プログラムを実行させる回路部とメモリの動作を処理する。動作プログラムは、ＢＳＣ２１０と通信を行い、ＢＴＳ２２０の全体動作を制御する。正常条件で、ＢＴＳ制御機２２５は、チャネル制御機２３５を制御する。チャネル制御機２３５は、チャネル要素２４０を含んで多数のチャネル要素を含む。チャネル要素２４０は、順方向チャネルと逆方向チャネルを通じて双方向通信を行う。順方向チャネルは、信号が基地局から移動局に送信されるチャネルを意味する（またはダウンリンク通信とも呼ばれる）。逆方向チャネルは、信号が移動局から基地局に送信されるチャネルを意味する（またはアップリンク通信とも呼ばれる）。本発明の実施形態において、チャネル要素は、ＯＦＤＭＡプロトコルによってセル１２０内にある移動局と通信する。送受信機インターフェース２４５は、チャネル制御機２４０と高周波数送受信機２５０との間に双方向チャネル信号を送信する。本発明の実施形態において、高周波数送受信機２５０は、単一装置として説明する。無線送受信機２５０は、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で別途の送信機装置と受信機装置を備えることができる。

アンテナ配列２５５は、高周波数送受信機２５０から受信した順方向チャネル信号を基地局１０２のサービス領域内に位置する移動局に送信する。同時に、アンテナ配列２５５は、基地局１０２のサービス領域内に位置する移動局から受信した逆方向チャネル信号を高周波数送受信機２５０に送信する。本発明の実施形態において、アンテナ配列２５５は、多重セクターアンテナで具現される。多重セクターアンテナは、３セクターアンテナを例示することができ、各セクターは、サービス領域で１２０゜の角度で送受信動作を担当する。また、高周波数送受信機２５０は、送受信動作を行う間に、アンテナ配列２５５で他のアンテナを選択するアンテナ選択部を含むことができる。

本発明の実施形態によるＢＴＳ制御機２２５は、メモリ２７０にコードブック２７１を保存するように構成されることができる。ＢＳ１０２は、コードブック２７１を使用して移動局とともにビーム形成動作を行う。メモリ２７０は、コンピュータが読み取り可能な媒体で具現されることができる。例えば、メモリ２７０は、電子方式、磁気方式、電磁気方式、光学式、電気光学式、電子機器方式、及び／または他の物理装置で具現されることができる。メモリ２７０は、マイクロ処理機または他のコンピュータ関連システムまたは方法がコンピュータプログラム、ソフトウェア、ファームウェア、または使用データを含有することができるか、保存することができるか、通信することができるか、伝搬することができるか、または送信することができるようにする。メモリ２７０の一部分は、ＲＡＭを備え、メモリ２７０の他の一部分は、ＲＯＭの機能をするフラッシュメモリを備える。

ＢＳＣ ２１０は、ＢＳ １０１、ＢＳ １０２、ＢＳ １０３と通信を維持するように構成される。基地局１０２は、無線連結（wireless connection）を通じて基地局１０１及び基地局１０３と通信する。本発明の一部の実施形態において、無線連結は、有線連結（wire-line connection)を意味する。

図３は、本発明の実施形態による無線加入局の一例を詳細に示す図である。図３に示す無線加入局１１６は、本発明を説明するための１つの例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で様々な実施形態があり得る。

無線加入局１１６は、アンテナ３０５、高周波数送受信機３１０、送信処理回路部３１５、マイク３２０、及び受信処理回路部３２５を備える。また、無線加入局１１６を構成する要素は、スピーカー３３０、主処理機３４０、入出力インターフェース３４５、キーパッド３５０、表示部３５５、及びメモリ３６０をさらに備える。メモリ３６０には、オペレーティング・システム・プログラム３６１とコードブック３６２がさらに含まれる。無線加入局１１６は、コードブックを使用して基地局とともにビームを成形する。

高周波数送受信機３１０は、アンテナ３０５を通じて無線ネットワーク１００の基地局が送信した着信高周波数信号（incoming RF signal)を受信する。高周波数送受信機３１０は、着信高周波数信号を低周波数に変換し、中間周波数信号またはベースバンド信号を生成する。中間周波数信号またはベースバンド信号は、受信処理回路部３２５に送信される。受信処理回路部３２５は、ベースバンド信号または中間周波数信号をフィルタリング、デコーディング及び／またはデジタル処理を行うことによって、処理されたベースバンド信号を生成する。受信処理回路部３２５は、処理されたベースバンド信号（すなわち、音声データ）をスピーカー３３０または主処理機３４０に送信する。主処理機３４０は、ベースバンド信号を追加に処理（例えば、ウェプ検索）する。

送信処理回路部３１５は、マイク３２０からアナログ音声データまたはデジタル音声データを受信するか、主処理機３４０から発信ベースバンドデータ（例えば、ウェブデータ、電子メール、相互作用テレビゲームデータ）を受信する。送信処理回路部３１５は、発信ベースバンドデータに対してコーディング、多重化及び／またはデジタル過程を行い、処理されたベースバンド信号または中間周波数信号を生成する。高周波数送受信機３１０は、送信処理回路部３１５から発信処理されたベースバンド信号または中間周波数信号を受信する。高周波数送受信機３１０は、ベースバンド信号または中間周波数信号を高周波数信号に変換し、高周波数信号は、アンテナ３０５を通じて送信される。

本発明の実施形態において、主処理機３４０は、マイクロ処理機またはマイクロコントローラで具現される。メモリ３６０は、主処理機３６０と連結される。本発明の実施形態において、メモリ３６０の一部分は、ＲＡＭを備え、メモリ３６０の他の一部分は、ＲＯＭの役目をするフラッシュメモリを備える。

主処理機３４０は、無線加入局１１６の全体動作を制御するためにメモリ３６０に保存されたオペレーティング・システム（ＯＳ）プログラム３６１を実行させる。動作を説明すれば、主処理機３４０は、高周波数送受信機３１０、受信処理回路部３２５及び送信処理回路部３１５を通じて、順方向チャネル信号の受信と逆方向チャネル信号の送信を制御する。

主処理機３４０は、他の処理過程を実行させ、メモリ３６０に保存されたプログラムを実行させることができる。主処理機３４０は、実行される処理過程によって必要によってメモリ３６０にデータを移動させるか、またはメモリ３６０からデータを読み出すことができる。主処理機３４０は、入出力インターフェース３４５と連結される。入出力インターフェース３４５は、加入局１１６を、ラップトップコンピュータと携帯用コンピュータのような、他の装置に連結させる。入出力インターフェース３４５は、前記周辺装置と主処理機３４０との間で通信通路として機能を行う。

主処理機３４０は、キーパッド３５０及び表示部３５５連結される。加入局１１６のオペレータは、加入局１１６にデータを入力するためにキーパッド３５０を使用する。表示部３５５は、液晶表示装置（ＬＣＤ）で具現されることができる。液晶表示装置は、ウェブサイトから送信されたテキスト及び／または少なくとも制限されたグラフィックを表示する。表示部３５５は、他の形態の表示装置で具現されることができる。

図１は、本発明に対するシステム水準を示す。すなわち、基地局は、多重アンテナビームを使用して多数の移動局と同時に通信を行い、各々のアンテナは、目的移動局に向かって同時に同一の周波数でアンテナビームを形成する。基地局から移動局に行われる無線通信は、ダウンリンク通信であることが当業者ならよく分かる。基地局と移動局は、高周波数信号を送信し受信するための多重アンテナを使用する。高周波数信号は、ＯＦＤＭ信号であることができる。移動局は、ＰＤＡ、ラップトップコンピュータ、または携帯用装置であることができる。

図４は、本発明の実施形態による多数の移動局４０２、４０４、４０６、４０８と通信する基地局４２０の構成図４００である。

本発明の実施形態において、基地局４２０は、各々の移動局に対して多数の受信機を通じてビーム形成過程を同時に行う。例えば、基地局４２０は、形成されたビーム信号４１０を通じてデータを移動局４０２に送信し、形成されたビーム信号４１２を通じてデータを移動局４０４に送信し、形成されたビーム信号４１４を通じてデータを移動局４０６に送信し、形成されたビーム信号４１６を通じてデータを移動局４０８に送信する。本発明の実施形態において、基地局４２０は、移動局４０２、４０４、４０６、４０８に対して同時にビームを形成することができる。本発明の実施形態において、各々の形成されたビーム信号は、同時に同一の周波数で目的移動局に向かって形成される。本発明を明確に説明するために、基地局から移動局に行われる通信は、ダウンリンク通信を示し、移動局から基地局に行われる通信は、アップリンク通信を示す。

基地局４２０と移動局４０２、４０４、４０６、４０８は、無線信号を送受信する多重アンテナを利用する。無線信号は、高周波信号であり、このような無線信号は、ＯＦＤＭ送信技術（ＯＦＤＭ transmission scheme)のような、よく知られた送信技術を使用して送信されることができることが当業者ならよく分かる。

移動局４０２、４０４、４０６、４０８は、無線信号を受信することができる装置で具現されることができる。移動局４０２、４０４、４０６、４０８は、ＰＤＡ、ラップトップコンピュータ、移動電話機、携帯用装置、または形成されたビームを受信することができる装置を例示することができる。しかし、本発明による移動局は、前記例に限定されない。

ＯＦＤＭ送信技術は、周波数領域（frequency domain)でデータを多重化する。変調シンボルは、周波数副搬送波によって送信される。直交振幅変調シンボル（quadrature amplitude modulation(QAM) modulated symbols)は、直列−並列変換過程で処理され、逆高速フーリエ変換過程（inverse fast Fourier transform(IFFT))で処理される。ＩＦＦＴ変換過程を進行すれば、Ｎ時間領域サンプルが求められる。Ｎは、ＯＦＤＭシステムが使用する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）／高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の大きさを示す。ＩＦＦＴを進行した信号は、並列−直列変換され、サイクリック・プリフィックス（cyclic prefix(CP))が信号シーケンス（signal sequence)に追加される。サイクリック・プリフィックス（ＣＰ）は、各々のＯＦＤＭシンボルに追加され、多重経路フェイディング（multipath fading)による衝撃を防止するかまたは緩和させる。サンプルの最終シーケンス（result sequence)は、サイクリック・プリフィックス（ＣＰ）を有するＯＦＤＭシンボルを示す。受信機の側では、時間と周波数が理想的に同期されたという前提で、受信機は、まずサイクリック・プリフィックスを除去し、信号は、直列−並列変換された後、ＦＦＴに入力される。ＦＦＴの出力は、並列−直列変換され、最終ＱＡＭ変調シンボルは、ＱＡＭ復調器に入力される。

ＯＦＤＭシステムにおいて全体帯域幅は、搬送波と呼ばれる狭い周波数部分（narrow frequency units)に分割される。搬送波の数は、ＯＦＤＭシステムで使用されるＦＦＴ／ＩＦＦＴ大きさであるＮと同一である。一般的に、データに使用される搬送波の数は、Ｎより小さい。何故なら、周波数スペクトルの終端（edge）でいくつかの搬送波は、保護搬送波（guard subcarriers)として予約されるからである。一般的に、保護搬送波は、情報を伝達しない。

各々のＯＦＤＭシンボルは、時間領域で有限持続時間（finite duration)を有するので、搬送波は、周波数領域で他の搬送波と各々重なる。しかし、送信機と受信機が理想的に周波数同期が行われたという前提で、直交性は、サンプリング周波数で維持される。不完全な周波数同期または高い移動性に起因して、周波数オフセットが発生した場合、サンプリング周波数で搬送波の直交性は破れ、それによって、搬送波間の干渉（inter-carrier-interference（ＩＣＩ））が発生する。

無線通信チャネルの容量と信頼度を改善するために、基地局と単一の移動局で多重送信アンテナと多重受信アンテナを使用する技術は、単一ユーザ多重入出力システム（single user multiple input multiple output(SU-MIMO)system)と知られている。多重入出力システムは、Ｋの大きさで容量を線形で増加させる。Ｋは、送信アンテナの数Ｎと受信アンテナの数Ｎのうち最も少ない数を示す（すなわち、Ｋ＝ｍｉｎ（Ｍ、Ｎ））。多重入出力システムは、空間多重化過程、送受信するビームを形成する過程または送受信多様化過程を通じて具現されることができる。

図５は、本発明の実施形態による４ｘ４多重入出力システムを示す図である。
本発明の実施形態において、４つの他のデータストリーム５０２は、各々４つの送信アンテナ５０４を通じて送信される。送信された信号は、４つの受信アンテナ５０６で受信され、これらは、受信信号５０８となる。空間信号処理部５１０は、受信信号５０８を処理し、４つのデータストリーム５１２を復元する。

空間信号処理部５１０は、Ｖ−ＢＬＡＳＴ（Vertical-Bell Laboratories Layered Space-Time)を例示することができる。 Ｖ−ＢＬＡＳＴ は、送信されたデータストリームを復元するために連続干渉除去原理（successive interference cancellation principle)を使用する。多重入出力技術の他の変形例は、送信アンテナと交差する空間−時間コーディング過程を行う方法を含む（例えば、 Ｄ−ＢＬＡＳＴ（diagonal Bell Laboratories Layered Space-Time))。さらに、多重入出力システムは、無線通信システムでリンク信頼度またはシステム容量を改善するために、送受信多様性方法及び送受信ビーム形成方法で具現されることができる。

多重入出力チャネル計算方法は、各々の送信アンテナから各々の受信アンテナに連結されたリンクに対して、チャネル利得と位相情報を計算する段階を含む。したがって、ＮｘＭ多重入出力システムに対するチャネル応答“Ｈ”は、下記の数式１で示すように、ＮｘＭ行列よりなる。

数式１で、多重入出力チャネル応答は、Ｈで示し、ａ_ｎｍは、送信アンテナｎから受信アンテナｍにチャネル利得を示す。多重入出力チャネル行列の成分を計算するために、個別パイロットが各々の送信アンテナから送信される。

単一ユーザ多重入出力システムの拡張システムとして、多重ユーザ多重入出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）システムは、基地局と多重移動局との間に次のように通信する方法を示す。すなわち、多重送信アンテナを有する基地局が、無線通信チャネルの容量と信頼度を改善するために、空間分割多重接続（Spatial Division Multiple Access(SDMA))のような多重−ユーザビーム形成方法を使用して、多重移動局と同時に通信を行う。

図６は、本発明の実施形態による空間分割多重接続（ＳＤＭＡ）方法を説明するための構成図である。

図６に示すように、基地局３２０は、８個の送信アンテナを有し、各々の移動局３０２、３０４、３０６、３０８は、２個のアンテナを有する。本発明の実施形態において、基地局３２０は、８個の送信アンテナを有する。各々の送信アンテナは、ビーム形成信号３１０、６０２、６０４、３１２、３１４、６０６、３１６、６０８のうち１つの信号を送信する。本発明の実施形態において、移動局３０２は、ビーム形成信号３１０、６０２を受信し、移動局３０４は、ビーム形成信号６０４、３１２を受信し、移動局３０６は、ビーム形成信号６０６、３１４を受信し、移動局３０８は、ビーム形成信号６０８、３１６を受信する。

基地局３２０は、８個の送信アンテナビーム（各アンテナは、データストリームのうち１つのストリームをビームで形成する）を有するので、ビームで形成されたデータの８個のストリームは、基地局３２０で形成されることができる。本発明の実施形態において、各移動局は、データストリーム（ビーム）を２個まで潜在的に受信することができる。各々の移動局３０２、３０４、３０６、３０８が、多重ストリームを同時に受信する代わりに、単一データストリームだけを受信するように制限されれば、これは、多重ユーザビーム形成過程（multi-user beam forming（ＭＵ−ＢＦ））となる。

多重入出力システムで多重ユーザ閉鎖ループ送信ビーム形成（ＭＵ−ＣＬＴＢ）方法は、基地局３２０が送信ビーム形成過程を行うようにし、同時にＯＦＤＭ高周波信号を使用して多重移動局と通信するようにする。

一般的に実際閉鎖ループ送信ビーム形成方法は、コードブック設計を基礎にする。コードブックは、あらかじめ定められたアンテナビームを集めた集合として移動局が分かっている。閉鎖ループコードブック−基盤送信ビーム形成方法は、基地局が一度にあらかじめ設定した周波数で単一ユーザに向かって送信アンテナビームを形成するようにする過程を意味する。

コードブック基盤プリコード多重入出力システムは、ダウンリンク閉鎖ループ多重入出力システムが相当なスペクトル効率利得を得ることができるようにするという技術はよく知られている。ＩＥＥＥ ８０２．１６ｅと３ＧＰＰ ＬＴＥ標準は、４送信制限フィードバック基盤閉鎖ループ多重入出力構成（４ ＴＸ ｌｉｍｉｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｂａｓｅｄ ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ ＭＩＭＯ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を支援する。しかし、最高のスペクトル効率性を生成するために、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｍと３ＧＰＰ ＬＴＥ向上した標準は、顕著なプリコード閉鎖ループ多重入出力ダウンリンクシステムとして、８送信アンテナ構成を提案する。

コードブックの性能と大きさとの間には、互いに等価交換（trade-off）関係にある。性能面から大きい大きさのコードブックを有することは、小さい数のコードワードを有するより良い。しかし、性能改善のための量は、結局、コードブック大きさの増加を鈍化させる。また、ランク適応（rank adaptation)が使用される時、大きい大きさのコードブックは、チャネル品質インデックス（channel quality index(CQI))の計算量が大きくなることを意味する。

実質的に、基地局で全体配列のために次元が10λ必要である（すなわち、８送信システムで、２つの隣接アンテナ間の間隔は1.5λより小さい）。これは、チャネルが基地局側と相関関係が非常に高いことを意味する。このように、相関関係があるチャネルを利用すれば、小さいコードブックは、スペクトル効率性を十分に高めることができる。

コードブックが必ず備えるべき条件の１つは、電力増幅均衡を確保するために、ベースライン（baseline）として定数モジュラス（constant modulus(CM))特性を有するようにすることである。このような制約条件の結果として、コードブックを設計することは、同一の利得送信プリコーダーを設計することと似ている。

ランク適応（rand adaptation)は、低い水準の幾何学ユーザ（low geometry users)のスペクトル効率を改善するために使用されることができる。さらに低いランクのすべてのコードワードがさらに高いランクのコードワードを構成するために再使用される時、当該コードワードは、ネスト特性（nested property)を有すると呼ばれる。このようなネスト特性は、ランク適応が実行される時、ＣＱＩ算出の複雑性を低減する。

大きい次元のコードワードが低い次元の生成ベクトルまたは行列から生成されれば、システムを設計する時に多い利点を有する。すなわち、このような過程は、生成ベクトルまたは行列を保存する時に必要なメモリの容量を低減するか、またはコードワードを生成する時に使用されるシステムの物理的大きさを低減する。

３ＧＰＰ ＬＴＥ標準で、４送信コードブックは、同一の次元の１６生成ベクトルとして知られた、ハウスホルダー変換（Householder reflection)に基づいて生成される。ハウスホルダー変換は、生成ベクトルである６４要素を保存するための大きいメモリ容量を必要とする。ハウスホルダー変換の主な利点は、定数モジュラス特性を有する４ｘ４ユニタリ行列を生成することにある。しかし、４次元のハウスホルダー変換は、定数モジュラス特性が保存される、特別な場合である。他の次元に対しては、ハウスホルダー変換の定数モジュラス特性は壊れる。定数モジュラスは、システムで必ず備えるべき必要条件なので、ハウスホルダー変換は、他の次元を含む８送信コードブックを設計するのに適切な解決方法ではない。

本発明は、ＣＭコードブックを構成するシステム及び方法を提供することを目的とし、当該ＣＭコードブックは、例外なしに閉鎖ループ多重入出力システムのダウンリンクで意味あるスペクトル効率性利得を提供する。

本発明の実施形態において、制約Ｍについてのアルファベット（constraint M-ary alphabet）のための、そして２^ｎ次元アンテナのための体系的なコードブック設計方法論を提示する。

本発明の実施形態において、Ｍに関するアルファベットを有する８送信アンテナのための４−ビットコードブック設計方法が提示される。Ｍに関する位相−移動キーアルファベット（Ｍ−ａｒｙ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ（ＭＰＳＫ）ａｌｐｈａｂｅｔ）に対して、変換行列の集合は、下記の数式２に示すように定義される。

ここで、

Ｔ_iは、２ｘ２ユニタリ行列を形成する。また、Ｔ_iは、さらに大きい次元の行列を構成するために使用される生成行列を変換するのに使用される。Ｍ−ＰＳＫに対して変換行列集合Γ_Ｍが与えられれば、複数個の複素アダマール（ＣＨ）変換が定義されることができる。例えば、２つの生成行列Ｖ₁及びＶ₂∈Ｕ^ｍ×ｎが与えられる時、１−段複素アダマール（ＣＨ）変換は、下記の数式３に示すように定義されることができる。ここで、Ｕ^ｍ×ｎは、ｍ×ｎ次元の行列空間を示し、その空間の列は、互いに直交する。

Ｉ_ｍは、ｍ−次元恒等行列Ｈ_i(Ｖ₁,Ｖ₂)を示す。ここで、Ｈ_i(Ｖ₁,Ｖ₂)∈Ｕ^2ｍ×2ｎである。符号

は、クロネッカー積（Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔ）を示す。最終行列Ｗ_i ⁽¹⁾で、下付き文字は、変換段階の数を示す。

図７は、本発明の実施形態による１−段複素アダマール変換７００を説明するための構成図である。

図７に示すように、i=1であれば、１−段複素アダマール変換７００は、実数アダマール変換と同等になる。１段複素アダマール変換とともに、直交列を有する行列が生成される。

同様の方式で、２−段複素アダマール変換も定義されることができる。生成行列Ｖ₁,Ｖ₂,Ｖ₃及びＶ₄∈Ｕ^ｍ×ｎが与えられる時、２−段複素アダマール（ＣＨ）変換は、下記数式４に示すように定義されることができる。

ここで、１≦ｉ,k,l≦Ｍ/２関係が成立し、最終行列Ｗ_i ⁽²⁾は、直交列を有する４ｍ×４ｎ行列を形成する。

図８は、本発明の実施形態による２−段複素アダマール変換８００を説明するための構成図である。

このような種類の拡張過程は、再帰的に変換過程を適用することによって、Ｎｍ×Ｎｎ行列を構成するためのＮ−段変換過程について行われることができる。

図９は、本発明の実施形態によるＮ−段複素アダマール変換９００を説明するための構成図である。

生成行列Ｖ_jのエントリーがＭ−ＰＳＫアルファベット集合に制限されれば、数式４に示すように、Ｍ−ＰＳＫアルファベットで定義された前記Ｎ−段ＣＨ変換９００は、Ｍ−ＰＳＫエントリー（entries）を有するＮｍ×Ｎｎ行列集合を生成するための便利な方法を提供する。Ｍ−ＰＳＫ生成行列の集合を定義するための簡単な方法は、生成行列Ｖ_ｊをΓ_Ｍに制限する(すなわち、Ｖ_ｊ∈Γ_Ｍ関係がある）。したがって、Ｍ−ＰＳＫアルファベットに対して定義されたＣＨ変換９００は、Ｍ−ＰＳＫアルファベットを有する２^Ｎ×２^Ｎユニタリ行列の集合を生成する便利な方法を提供する。最終ユニタリ行列は、ブロック対角行列の回転を含む。ブロック対角行列の回転は、良いチャネルマッチング特性を二重偏向アンテナに提供する。二重偏光アンテナは、異なる送信ランク（different rank of transmissions)に対して適切な列下部集合（appropriate column subset)を選択する。

数式４に示すように、上記のように定義された複素アダマール変換過程を利用して、離散フーリエ変換（discrete Fourier transform（ＤＦＴ））行列は、簡単な列置換（column permutation)を行うことによって構成される。例えば、４次元ＤＦＴ行列は、下記数式５に示すように、１−段変換で構成される。

ここで、Ｐ_４は、行置換行列を示し、下記の通りである。

８−次元ＤＦＴ行列は、下記の数式６に示すように、２−段変換で構成されることができる。

ここで、Ｐ₈は、行置換行列を示し、下記の通りである。

列置換行列の効果（effect）は、基本行列（base matrix)の列下部集合を取り扱う技術（strategy）と併合されることができるので、本発明の実施形態において、設計されたコードブックは、基本行列としてＤＦＴ行列自体を含むことができる。

本発明の他の実施形態は、ユニタリ行列構成システム及び方法を使用する、８−ＰＳＫアルファベットを有する４−ビット８送信コードブックに関する。ランク適応とともにネスト特性が与えられれば、８送信プリコーダーは、ユニタリ基本行列の列下部集合として構成される。８送信の場合に、２−段複素アダマール（ＣＨ）変換は、８ｘ８基本行列の集合を生成するために使用される。表記を便利にするために、２段変換は、下記の数式７に示すように再定義される。

図１０は、本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブックの第１実施形態を示す図である。単純に説明するために、当該基本行列の列インデックスだけをコードブック１０００に示した。

コードブック１０００は、ｎｏｎ−ＱＰＳＫを基盤とする。４−ビット８送信コードブック１０００は、２つの８ｘ８基本行列を基盤で構成される。このようなコードブックは、ＳＰアンテナ構成素子とともに良好に動作するように設計され、ＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯを支援することを目的とする。すなわち、コードブックは、無相関アンテナ配列（ＳＵ−ＭＩＭＯ）と相関アンテナ配列（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が最適となるように設計される。

基本コードブックは、２つの行列であるＶ８（：、：、１）とＶ８（：、：、２）から構成され、この２つの行列は、下記の数式８a、数式８bのように構成される。

は、

を定義するために使用される。

コードブック１０００に対して、各ランクに対する列に示す数字は、Ｖ８（：、：、１）とＶ８（：、：、２）行列の列インデックスを示す。

図１１は、本発明による、図１０のコードブック１０００でランク１を詳細に示す表１０１０である。

一方、図１１では、コードブックに対する各コードワードを実数値（Real Value)と虚数値（Imaginary Value)を各々加えた複素数形式で表現したが、必ずこのような表現形式に限定されるものではない。具現上の差異によって、本発明の実施形態によるコードブックは、前記コードブックを構成する各々のコードワードを、実数値と虚数値を各々加えた複素数形式でなく、実数部（Real part)と虚数部（Imaginary Part)各々に対応する値で保存されることもでき、これは、下記の表１０で例示される通りである。

また、前記表１で記述されたコードブックの各コードワードに対する実数部と虚数部の値は、設定された値の大きさまたは範囲によって変更可能である。ここで、設定された値の大きさによって変更可能であることは、前記コードブックのコードワードに対して任意の実数倍数に変換して使用可能であることを意味する。例えば、前記表に示されたコードブックのコードワードに一律的に１０を乗じた値を使用することもできる。

また、前記設定された値の範囲によって変更可能であることは、各々‘ａ０＜Ｒｅ＜ｂ０’‘ｃ０＜Ｉｍ＜ｄ０’の範囲（第１範囲）を有する実数部と虚数部の大きさを‘ａ１＜Ｒｅ＜ｂ１’‘ｃ２＜Ｉｍ＜ｄ２’の範囲（第２範囲）を有する実数部と虚数部にマッピングして使用可能であることを意味する。この場合、第１範囲で前記表１に示されたコードブックのコードワードが有する相関関係は、第２範囲にマッピングされたコードワードに対しても同一に維持される。

さらに、本発明の実施形態によるコードブックは、前記コードブックを構成する各々のコードワードを実数値と虚数値に対応する大きさと位相で表現されることもできる。

前述したように、本発明のコードブックが様々な実施様態で具現されることができるという原理は、以下で記述されるすべてのコードブック及び前記コードブックのすべてのランクに対しても適用されることができる。

図１２は、本発明の実施形態による、ランク−８の２つの行列１１１０、１１２０を示す図である。

本発明の実施形態において、ランク１の８送信ビーム形成コードブックは、相関アンテナ配列のために最適となる。ランク１の８送信コードブックの基本行列は、Ｖ８（：、：、３）で示し、基本行列Ｖ８（：、：、３）の大きさは、８ｘ１６となる。基本行列Ｖ８（：、：、３）のｊ−番目列ベクトルは、下記の数式９のように表現される。

ここで、ｋ＝１、２、…１６である。

θ_ｊ（ｋ＝１、……、１６）の集合の１つの例は、すべてのビームが均等な角間隔（uniform angular spacing)を有するものである。特に、各セクターが１２０゜の角間隔を有する３−セクターシステムで、θ_ｊ（ｋ＝１、……、１６）の集合は、下記の数式１０のように与えられる。

数式１０が成立するためには、基準角（すなわち、０度方向）がアンテナ配列の位相中心に対応するという条件を満足しなければならない。

図１３は、本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブック１２００の第２実施形態を示す図である。単純に説明するために、当該基本行列の列インデックスだけをコードブック１２００に示す。

コードブック１２００は、ｎｏｎ−ＱＰＳＫを基盤とし、４つの８ｘ８基本行列から構成される。このようなコードブック１２００は、ＳＰアンテナ構成素子とともに良好に動作するように設計され、ＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯを支援することを目的とする。すなわち、コードブック１２００は、無相関アンテナ配列（ＳＵ−ＭＩＭＯ）と相関アンテナ配列（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が最適となるように設計される。

本発明の実施形態において、コードブック１２００は、３−ビット８送信コードブックで具現される。本発明の実施形態において、基本行列Ｖ８（：、：、４）は、ランク１送信過程のために使用され、基本行列Ｖ８（：、：、２）は、２以上のランクを有する送信過程に使用される。

本発明の他の実施形態において、ランク−１の８送信ビーム形成コードブックは、３−セクターシステムで相関アンテナ配列のために最適となる。３−セクターシステムで、各セクターは１２０゜の角間隔を有する。ランク−１の８送信コードブックの基本行列は、Ｖ８（：、：、４）で示し、基本行列Ｖ８（：、：、４）の大きさは、８ｘ８となる。基本行列Ｖ８（：、：、４）のｊ−番目列ベクトルは、下記の数式１１のように表現される。

ここで、ｋ＝１、２、…８である。

本発明の他の実施形態において、θ_ｊ（ｋ＝１、……、８）は、すべてのビームが均等な角間隔（uniform angular spacing)を有する集合であって、下記の数式１２のように表現される。

数式１１が成立するためには、基準角（すなわち、０度方向）がアンテナ配列の位相中心に対応するという条件を満足しなければならない。

コードブック１２００に対して、各ランクに対して列にある数字は、行列Ｖ８（：、：、２）とＶ８（：、：、４）の列インデックスを示す。

図１４は、本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブック１３００の第３実施形態を示す図である。単純に説明するために、当該基本行列の列インデックスだけをコードブック１３００に示す。

コードブック１３００は、ｎｏｎ−ＱＰＳＫを基盤とし、８個の８ｘ８基本行列から構成される。このようなコードブック１３００は、ＳＰアンテナ構成素子とともに良好に動作するように設計され、ＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯを支援することを目的とする。すなわち、コードブック１３００は、無相関アンテナ配列（ＳＵ−ＭＩＭＯ）と相関アンテナ配列（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が最適となるように設計される。

本発明の実施形態において、コードブック１３００は、３−ビット８送信コードブックで具現される。本発明の実施形態において、基本行列Ｖ８（：、：、４）は、ランク１送信過程のために使用され、基本行列Ｖ８（：、：、１）は、２以上のランクを有する送信過程に使用される。

コードブック１３００に対して、各ランクに対して列にある数字は、行列Ｖ８（：、：、１）とＶ８（：、：、４）の列インデックスを示す。

図１５は、本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブック１４００の第４実施形態を示す図である。単純に説明するために、当該基本行列の列インデックスだけをコードブック１４００に示す。

コードブック１４００は、ｎｏｎ−ＱＰＳＫを基盤とする。このようなコードブック１４００は、ＳＰアンテナ構成素子とともに良好に動作するように設計され、ＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯを支援することを目的とする。すなわち、コードブック１４００は、無相関アンテナ配列（ＳＵ−ＭＩＭＯ）と相関アンテナ配列（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が最適となるように設計される。

本発明の実施形態において、コードブック１４００は、３−ビット８送信コードブックで具現される。本発明の実施形態において、基本行列Ｖ８（：、：、５）は、ランク１送信過程のために使用され、基本行列Ｖ８（：、：、２）またはＶ８（：、：、１）は、２以上のランクを有する送信過程に使用される。

本発明の他の実施形態において、ランク−１の８送信ビーム形成コードブック１４００は、３−セクターシステムで相関アンテナ配列のために最適となる。３−セクターシステムで、各セクターは、１２０゜の角間隔を有する。θ_ｊ（ｋ＝１、……、８）の集合の１つの例は、すべてのビームが均等な角間隔（uniform angular spacing)を有する集合であって、下記の数式１３のように表現される。

ここで、ｋ＝１、２、…８である。

Ｄは、線形アンテナ配列で２つのアンテナ要素の間に最小アンテナ間隔を示し、波長の数として表現される。θ_ｊ（ｋ＝１、……、８）の集合の１つの例は、すべてのビームが均等な角間隔（uniform angular spacing)を有する集合であって、下記の数式１４のように表現される。

数式１４が成立するためには、基準角（すなわち、０度方向）がアンテナ配列の位相中心に対応するという条件を満足しなければならない。

コードブック１４００に対して、各ランクに対して列にある数字は、行列Ｖ８（：、：、１）、Ｖ８（：、：、２）及びＶ８（：、：、５）の列インデックスを示す。

本発明の実施形態において、コードブック１２００、１３００、１４００は、３−ビットコードブックで具現され、ＳＰアンテナ構成要素とともに良好に動作するように設計される。このようなコードブックは、ＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯ動作を支援することを目的とする。すなわち、コードブック１２００、１３００、１４００は、無相関アンテナ配列（ＳＵ−ＭＩＭＯ）と相関アンテナ配列（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が最適となるように設計される。

本発明の実施形態において、コードブック下部集合制限規則（codebook subset restriction rule)は、前記３つのコードブックのために使用される。本発明の実施形態において、このようなコードブックのコードワード（ＣＷ）大きさは、１６である。これは、１６個のコードワードを送信するのに４ビットが必要であるという意味である。また、３つのコードブックの下部集合が使用される。本発明の実施形態において、８個のコードワードを送信するために３ビットを使用しなければならない。コードブック下部集合制限規則を使えば、ＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯは、最適で動作する。すなわち、ランク−１の送信過程で、基本行列Ｗ４またはＷ５は、ＭＵ−ＭＩＭＯ動作のために相関配列を最適にするために使用される。一方、基本行列Ｗ２またはＷ１は、２以上のランクを有する送信過程のために使用され、これは、ＳＵ−ＭＩＭＯ動作のために無相関アンテナ配列を最適にする。

基本行列Ｖ８（：、：、１）、Ｖ８（：、：、２）、Ｖ８（：、：、４）、及びＶ８（：、：、５）の列ベクトルの数は、８であり、これは、８個の列ベクトルを示すために３ビットだけを必要とするという意味である。コードブック下部集合制限規則が閉ループＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯ動作に使用されるので、移動局またはユーザ端末機（user terminal)は、サービスを提供する基地局にチャネル品質インデックス（ＣＱＩ）を通知する。通知されたＣＱＩには、コードブックのランクと通知されたランクに対するコードワードインデックス（すなわち、プリコーダー行列インデックス（ＰＭＩ）またはプリコーダーベクトルインデックス（ＰＶＩ））を含む。

図１６は、本発明による、基本行列からコードワードで行われるマッピングを示すコードブック１５００の第５実施形態を示す図である。単純に説明するために、当該基本行列の列インデックスだけをコードブック１５００に示す。

コードブック１５００は、ＳＰアンテナ構成素子とともに良好に動作するように設計され、基本行列（すなわち、２つの基本行列）の最小限の個数を有することを目的とする。２つの基本行列のエントリーは、下記の数式１５と数式１６で与えられる。

図１６に示すように、コードブック１５００は、ＱＰＳＫアルファベットだけで構成され、コードワードは、２つの８ｘ８ユニタリ基本行列から抽出される。基本行列は、２−段複素アダマール変換を使用して設計される。ＣＱＩを計算するために、コードブック１５００は、ランク−１のプリコーダーＦ_iに対してＨＦ_i(i=1,...,16)を演算する。Ｈは、チャネル行列を示す。他のランクに対しては、以前に演算した値がさらに使用される。

コードブック１５００に対して、各ランクに対する列にある数字は、行列

の列インデックスを示す。

図１７は、本発明の実施形態による基地局でＭＵ−ＭＩＭＯが使用される時、図１０と図１１に示すコードブック１０００を利用するシステムの性能を示すグラフ１６００である。

図１７は、基地局がＭＵ−ＭＩＭＯ方法を利用して多重移動局と通信する時、基地局のシステム効率を示す。システム効率は、基地局ごとに平均処理量を意味する。本発明の実施形態において、８送信アンテナ配列は、基地局で使用され、２受信アンテナ配列は、ユーザ端末機で使用されると仮定する。曲線１６１０は、コードブック１０００を使用する時のシステム効率を示す。曲線１６２０は、従来の方法を使用する時のシステム効率を示す。図１６に示すように、本発明による方法は、従来の方法に比べてその利得の大きさがさらに大きい。

図１８は、本発明による基地局動作方法１７００を示す流れ図である。
図１８に示すように、基地局は、本発明によるコードブックのうちいずれか１つのコードブックからコードワードを選択する（１７１０）。例えば、基地局は、コードブック１０００、１２００、１３００、１４００、または１５００からコードワードを選択することができる。基地局は、選択されたコードワードを通じてデータをプリコードし（１７２０）、当該選択されたコードワードを利用してプリコードされたデータを送信する（１７３０）。次に、基地局は、送信されたデータと連関されたＣＱＩ情報を受信し（１７４０）、当該受信されたＣＱＩ情報に対して少なくとも部分的にデータ送信過程を行うために、当該選択されたコードワードが使用されるか否かを決定する（１７５０）。基地局が当該選択されたコードワードを使用することに決定すれば、基地局は、選択されたコードワードを使用して続いて通信過程を行う（１７６０）。一方、基地局が当該選択されたコードワードを使用しないことに決定すれば、基地局は、コードブックから他のコードワードを選択する（１７１０）。

本発明の他の実施形態において、基地局は、受信されたＣＱＩ情報とあらかじめ定められた値を比較することによって、追加にデータ送信過程のために選択されたコードワードが使用されるか否かを決定するように具現されることができる。受信されたＣＱＩ情報があらかじめ定められた値以上なら、基地局は、追加にデータ送信過程のために選択されたコードワードを使用する。一方、受信されたＣＱＩ情報があらかじめ定められた値より小さければ、基地局は、追加にデータ送信過程のために選択されたコードワードを使用しない代わりに、コードブックから他のコードワードを選択する。本発明の他の実施形態において、基地局は、コードブックにあるすべてのコードワードを使ってデータを送信し、最も高いＣＱＩの情報と連関されたコードワードを選択するように具現されることができる。

図１９は、本発明による移動局または加入局動作方法１８００を示す流れ図である。
図１９に示すように、加入局は、本発明によるコードブックから選択されたコードワードを使用してプリコードされたデータを受信する（１８１０）。例えば、コードワードは、コードブック１０００、１２００、１３００、１４００、または１５００から選択されることができる。加入局は、プリコードされたデータと連関されたＣＱＩ情報を送信する（１８２０）。次に、加入局は、選択されたコードワードを使用して通信過程を維持する（１８３０）。

たとえ本発明によるコードブックは、３−ビットまたは４−ビットコードブックを基準で説明したが、本発明の範囲と思想を逸脱しない限り、本発明のコードブックは、さらに大きい大きさのコードブックでも具現される可能性があることがよく分かる。同様に、たとえ本発明によるコードブックは、ビームを形成する８送信アンテナを基準で説明したが、本発明の範囲と思想を逸脱しない限り、本発明のコードブックは、８個以上の送信アンテナを使用する、ビーム形成方法でも拡張されることができることがよく分かる。

本発明は、実施形態により説明したが、それから多様な変更例と変形例があり得ることが当業者ならよく分かる。このような変更例と変形例も添付の特許請求範囲の範囲に含まれる。

１００ 無線ネットワーク
１０１、１０２、１０３ 基地局（ＢＳ）
１１１〜１１６ 加入局
１３０ インターネット

Claims (23)

1. 無線通信システムで複数のアンテナ配列（antenna array）を有する基地局において、
   コードブックと；
   前記コードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードを利用してデータをコーディングする処理機と；
   前記コーディングされたデータを伝送する送信機と；を含み、
   前記コードブックのコードワードは、下記の表１で示される値に基づいていることを特徴とする基地局。
   

   

   ここで、前記テーブルの各行は、コードブック行列インデックス（codebook matrix index)であり、各列（ｃ１〜ｃ８）は、前記複数のアンテナ配列でのアンテナを意味する。
2. 前記表１の値は、下記の数式１に基づいて獲得されることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
   

   

   ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６であり、前記ｋは、コードブック行列インデックスを意味する。
3. 前記θ_ｋは、下記の数式２によって決定されることを特徴とする請求項２に記載の基地局。
   

   

   ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６であり、前記ｋは、コードブック行列インデックスを意味する。
4. 前記コードブックは、４ビットコードブックであることを特徴とする請求項１に記載の基地局。
5. 前記表２は、各コードブック行列インデックスに対する複数のアンテナ配列の第２〜第８アンテナに対する実数値及び虚数値を含むことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
6. 無線通信システムで複数のアンテナ配列を有する基地局において、
   コードブックと；
   前記コードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードを利用してデータをコーディングする処理機と；
   前記コーディングされたデータを伝送する送信機と；を含み、
   前記コードブックのコードワードは、下記の数式３に基づいていることを特徴とする基地局。
   

   

   ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６である。
7. 前記θ_ｋは、下記の数式４によって決定されることを特徴とする請求項６に記載の基地局。
   

   

   ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６である。
8. 前記コードブックは、４ビットコードブックであることを特徴とする請求項６に記載の基地局。
9. 前記コードブックのコードワードは、前記複数のアンテナ配列のうち１つ以上のアンテナに対する実数部（real component)及び虚数部（imaginary component)を説明することを特徴とする請求項６に記載の基地局。
10. 無線通信システムで複数のアンテナ配列を有する基地局のデータコーディング方法において、
    コードブックからコードワードを選択する段階と；
    前記選択されたコードワードを利用してデータをコーディングする段階と；
    前記コーディングされたデータを伝送する段階と；を含み、
    前記コードブックのコードワードは、下記の表２で示される値に基づいていることを特徴とするデータコーディング方法。
    

    

    ここで、前記テーブルの各行は、コードブック行列インデックス（ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｄｅｘ）であり、各列（ｃ１〜ｃ８）は、前記複数のアンテナ配列でのアンテナを意味する。
11. 前記表２の値は、下記の数式５に基づいて獲得されることを特徴とする請求項１０に記載のデータコーディング方法。
    

    

    ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６であり、前記ｋは、コードブック行列インデックスを意味する。
12. 前記θ_ｋは、下記の数式６によって決定されることを特徴とする請求項１１に記載のデータコーディング方法。
    

    

    ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６であり、前記ｋは、コードブック行列インデックスを意味する。
13. 前記コードブックは、４ビットコードブックであることを特徴とする請求項１２に記載のデータコーディング方法。
14. 前記表２は、各コードブック行列インデックスに対する複数のアンテナ配列の第２〜第８アンテナに対する実数値及び虚数値を含むことを特徴とする請求項１３に記載のデータコーディング方法。
15. 無線通信システムで複数のアンテナ配列を有する基地局のデータコーディング方法において、
    コードブックからコードワードを選択する段階と；
    前記選択されたコードワードを利用してデータをコーディングする段階と；
    前記コーディングされたデータを伝送する段階と；を含み、
    前記コードブックのコードワードは、下記の数式７に基づいていることを特徴とするデータコーディング方法。
    

    

    ここで、ｋ＝１、２、３、…１６である。
16. 前記θ_ｋは、下記の数式８によって決定されることを特徴とする請求項１５に記載のデータコーディング方法。
    

    

    ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６であり、前記ｋは、コードブック行列インデックスを意味する。
17. 前記コードブックは、４ビットコードブックであることを特徴とする請求項１５に記載のデータコーディング方法。
18. 前記コードブックのコードワードは、複数のアンテナ配列のうち１つ以上のアンテナに対する実数部（real component)及び虚数部（imaginary component)を説明することを特徴とする請求項１５に記載のデータコーディング方法。
19. 移動通信システムで複数のアンテナ配列を具備する基地局のデータコーディングのためにコンピュータ読み取り可能な媒体に保存されたデータ構造において、
    コードブックからコードワードを選択し、前記選択されたコードワードを利用してデータをコーディングするための前記コードブックを含み、
    前記コードブックのコードワードは、下記の表３で示される値に基づいていることを特徴とするデータ構造。
    

    

    ここで、前記テーブルの各行は、コードブック行列インデックス（ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｄｅｘ）であり、各列（ｃ１〜ｃ８）は、前記複数のアンテナ配列でのアンテナを意味する。
20. 前記表３の値は、下記の数式９に基づいて獲得されることを特徴とする請求項１９に記載のデータ構造。
    

    

    ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６であり、前記ｋは、コードブック行列インデックスを意味する。
21. 前記θ_ｋは、下記の数式１０によって決定されることを特徴とする請求項２０に記載のデータ構造。
    

    

    ここで、ｋ＝１、２、３、…、１６であり、前記ｋは、コードブック行列インデックスを意味する。
22. 前記コードブックは、４ビットコードブックであることを特徴とする請求項１９に記載のデータ構造。
23. 前記表３は、各コードブック行列インデックスに対する複数のアンテナ配列の第２〜第８アンテナに対する実数値及び虚数値を含むことを特徴とする請求項１９に記載のデータ構造。

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