JP2013165489A - Data transmission method, system, and relay station - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セルラー移動通信技術に関し、特に、セルラー移動通信システムにおけるデータ伝送方法、システムおよび中継局に関する。 The present invention relates to a cellular mobile communication technology, and more particularly to a data transmission method, system, and relay station in a cellular mobile communication system.
現在のセルラー移動通信システムにおいて、ユーザの獲得できるデータレートは、ユーザの所在する位置に大きく依存する。例えば、セル端にあるセル端ユーザのデータレートは、セル中央にあるセル中央ユーザのデータレートより遥かに低くなる。従って、セル端ユーザのデータレートを如何に向上させるかは、次世代セルラー移動通信システムの解決すべき問題である。信号の無線環境での伝搬特性から分かるように、基地局から比較的遠いユーザで受信された信号は、空間損失を経た後、その強度が必ず弱化するため、そのデータレートが低下することになる。 In current cellular mobile communication systems, the data rate that a user can acquire largely depends on the location of the user. For example, the data rate of the cell edge user at the cell edge is much lower than the data rate of the cell center user at the cell center. Therefore, how to improve the data rate of the cell edge user is a problem to be solved in the next generation cellular mobile communication system. As can be seen from the propagation characteristics of the signal in the wireless environment, the signal received by a user relatively far from the base station is subjected to space loss, and its strength is always weakened, so its data rate is reduced. .
この場合、基地局による端ユーザへの送信電力を増加することで信号強度の損失を克服すれば、該基地局による隣接セルへの干渉が増加してしまうことになり、これによって、隣接セルの端ユーザのデータレートが低減してしまうことになる。そのため、セル端ユーザのデータレートを向上させるには、根本的に、セル間の干渉という問題を解決する必要がある。 In this case, if the loss of signal strength is overcome by increasing the transmission power to the end user by the base station, the interference to the adjacent cell by the base station will increase. The data rate of the end user will be reduced. Therefore, in order to improve the data rate of the cell edge user, it is necessary to fundamentally solve the problem of inter-cell interference.
本発明の実施例は、セル間干渉を効果的に除去してセル端ユーザのデータレートを向上させることが可能なデータ伝送方法、システムおよび中継局を提供している。 Embodiments of the present invention provide a data transmission method, system, and relay station that can effectively eliminate inter-cell interference and improve the data rate of cell edge users.
本発明の実施例で提供されているデータ伝送方法において、中継局は、第1移動端末から第1基地局を介して報告されたチャネル状態情報と、第2移動端末から第2基地局を介して報告されたチャネル状態情報とを受信し、中継局は、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、中継局は、決定された第1基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1基地局に通知する一方、第2基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2基地局に通知し、第1タイムスロットで、中継局は、第1基地局および第2基地局からの信号を受信し、第2タイムスロットで、中継局は、受信された信号を処理し、処理後の混合信号を第1移動端末および第2移動端末にブロードキャストする、ことを含み、ここで、第1移動端末および第2移動端末は、それぞれ、中継局で決定された基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第1タイムスロットで受信された第1基地局および第2基地局からの信号と、第2タイムスロットで受信された中継局からの信号とに対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る。 In the data transmission method provided in the embodiment of the present invention, the relay station transmits the channel state information reported from the first mobile terminal via the first base station and the second mobile terminal via the second base station. And the relay station receives the precoding matrices of the first base station and the second base station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal, and The relay station processing matrix is determined, and the relay station notifies the first base station of the determined precoding matrix of the first base station and the processing matrix of the relay station, while the precoding matrix of the second base station The processing matrix of the relay station is notified to the second base station, and in the first time slot, the relay station receives signals from the first base station and the second base station, and in the second time slot, the relay station Process the received signal Broadcasting the processed mixed signal to the first mobile terminal and the second mobile terminal, wherein each of the first mobile terminal and the second mobile terminal is a base station pre-determined by the relay station. Based on the coding matrix and the processing matrix of the relay station, for the signal from the first base station and the second base station received in the first time slot and the signal from the relay station received in the second time slot Then, integrated detection is performed, and the required data of the local station is obtained by demodulation.
ここで、中継局が、受信された信号を処理することは、中継局が、受信された信号に対して、増幅転送処理を行う、ことを含む。 Here, the processing of the received signal by the relay station includes that the relay station performs an amplification transfer process on the received signal.
この場合、中継局が、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、
h11に対してSVD分解を行い、主右特異ベクトルを第1基地局のプリコーディング行列の初期値P1として設定し、h22に対してSVD分解を行い、主右特異ベクトルを第2基地局のプリコーディング行列の初期値P2として設定し、ここで、h11は、第1基地局から第1移動端末へのチャネルを代表し、h22は、第2基地局から第2移動端末へのチャネルを代表するステップAと、
数式
によって、中継局の処理行列Prを決定し、ここで、
であり、
は、Uのm列目の共役を代表し、Uは、HのSVD分解によって得られるものであり、H=U・S・VHであり、Hは、m行n列の行列であり、即ち、Pは、Hの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
であり、
であり、
であり、
であり、
であり、Tは、行列の転置処理であり、
は、Kronecker積であり、unvecは、ベクトルの行列化演算であり、
と
は、雑音分散行列であり、
であり、
であり、δ2は、受信側の雑音電力であり、[R]kkは、行列のk行目k列目の要素を表し、kは、k番目のデータストリームを代表し、h11とh12は、第1基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h21とh22は、第2基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h1rとh2rは、第1基地局および第2基地局から中継局へのチャネルをそれぞれ代表し、hr1とhr2は、中継局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、
であり、
であるステップBと、
数式
によって、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2を決定し、ここで、
であり、Kは、受信側の数を表し、
は、雑音分散行列であり、その定義が前述の通りであり、+は、行列の共役転置処理であり、Trは、行列のトレースを求める処理であり、bは、第1基地局および第2基地局の最大送信電力であるステップCと、
決定された中継局の処理行列Prおよび基地局のプリコーディング行列P1、P2が収束するかどうかを判断し、収束する場合、中継局の処理行列Prおよび基地局のプリコーディング行列P1、P2の最適解を得、収束しない場合、ステップBに戻るステップDと、を含む。
In this case, the relay station determines precoding matrices of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal. Is
performs SVD decomposition on h 11, the main right singular vectors is set as an initial value P 1 of the pre-coding matrix of the first base station performs SVD decomposition on h 22, the second base of the main right singular vectors Set as an initial value P 2 of the precoding matrix of the station, where h 11 represents the channel from the first base station to the first mobile terminal, and h 22 represents the second mobile terminal from the second base station Step A representing the channel to
Formula
By determining the processing matrix P r of the relay station, wherein,
And
Represents the conjugate of the m-th column of U, U is obtained by SVD decomposition of H, H = U · S · V H , H is a matrix of m rows and n columns, That is, P is the conjugate of the left singular vector corresponding to the minimum singular value of H,
And
And
And
And
T is matrix transposition processing,
Is the Kronecker product, unvec is a vector matrixing operation,
When
Is the noise variance matrix
And
Δ 2 is the noise power on the receiving side, [R] kk represents the element in the k-th row and the k-th column of the matrix, k represents the k-th data stream, h 11 and h 12 represents the channel from the first base station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively, and h 21 and h 22 represent the channels from the second base station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively. H 1r and h 2r represent the channels from the first base station and the second base station to the relay station, respectively, and h r1 and h r2 represent the first mobile terminal and the second mobile terminal from the relay station, respectively. Representing each channel to
And
Step B,
Formula
To determine precoding matrices P 1 , P 2 of the first base station and the second base station, where
And K represents the number on the receiving side,
Is a noise variance matrix, the definition of which is as described above, + is a conjugate transpose process of the matrix, Tr is a process of obtaining a trace of the matrix, b is the first base station and the second base station Step C which is the maximum transmission power of the base station;
It is determined whether or not the determined relay station processing matrix P r and base station precoding matrices P 1 and P 2 converge, and if so, the relay station processing matrix P r and base station precoding matrix P Steps 1 and 2 return to Step B if the optimal solution of 1 and P2 is obtained and does not converge.
ここで、中継局が、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、
等価チャネル行列
に対してSVD分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第1基地局のプリコーディング行列P1とし、
に対してSVD分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第2基地局のプリコーディング行列P2とし、数式
によって、中継局の処理行列Prを決定する、ことを含み、
ここで、
であり、
は、Uのm列目の共役を代表し、Uは、HのSVD分解によって得られるものであり、H=U・S・VHであり、Hは、m行n列の行列であり、即ち、Pは、Hの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
であり、
であり、
であり、
であり、
であり、Tは、行列の転置処理であり、
は、Kronecker積であり、unvecは、ベクトルの行列化演算であり、
と
は、雑音分散行列であり、
であり、
であり、δ2は、受信側の雑音電力であり、[R]kkは、行列のk行目k列目の要素を表し、kは、k番目のデータストリームを代表し、
であり、
であり、
であり、
であり、h11とh12は、第1基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h21とh22は、第2基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h1rとh2rは、第1基地局および第2基地局から中継局へのチャネルをそれぞれ代表し、hr1とhr2は、中継局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表する。
Here, the relay station determines precoding matrices of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal. Is
Equivalent channel matrix
And the main right singular vector obtained is the precoding matrix P 1 of the first base station,
And the main right singular vector obtained is used as the precoding matrix P 2 of the second base station,
Determining the processing matrix P r of the relay station by
here,
And
Represents the conjugate of the m-th column of U, U is obtained by SVD decomposition of H, H = U · S · V H , H is a matrix of m rows and n columns, That is, P is the conjugate of the left singular vector corresponding to the minimum singular value of H,
And
And
And
And
T is matrix transposition processing,
Is the Kronecker product, unvec is a vector matrixing operation,
When
Is the noise variance matrix
And
Δ 2 is the noise power on the receiving side, [R] kk represents the element in the k-th row and the k-th column of the matrix, k represents the k-th data stream,
And
And
And
H 11 and h 12 represent the channels from the first base station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively, and h 21 and h 22 represent the first mobile terminal and the first mobile terminal from the second base station, respectively. 2 represents the channel to the mobile terminal, h 1r and h 2r represent the channel from the first base station and the second base station to the relay station, respectively, and h r1 and h r2 represent the first channel from the relay station. Each channel represents a mobile terminal and a second mobile terminal.
また、中継局が、受信された信号を処理することは、中継局が、受信された信号に対して、先に検出を行い、それから転送処理を行う、ことを含む。 Also, processing of the received signal by the relay station includes that the relay station first detects the received signal and then performs transfer processing.
この場合、中継局が、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、プリコーディング行列の探索範囲内で、数式
を満足する第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2並びに中継局の処理行列Pr1、Pr2を探索する、ことを含み、
ここで、h11とh12は、第1基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h21とh22は、第2基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、hr1とhr2は、中継局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、δ2は、受信側の雑音電力である。
In this case, the relay station determines precoding matrices of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal. Within the search range of the precoding matrix,
Searching for precoding matrices P 1 , P 2 of the first base station and the second base station satisfying and a processing matrix P r1 , P r2 of the relay station,
Here, h 11 and h 12 represent the channels from the first base station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively, and h 21 and h 22 represent the first mobile terminal and the first mobile terminal from the second base station. 2 represents the channels to the two mobile terminals, h r1 and h r2 represent the channels from the relay station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively, and δ 2 represents the noise power on the receiving side.
前記プリコーディング行列の探索範囲は、
第1基地局のプリコーディング行列P1の探索範囲が、h11のSVD分解後の右特異行列Vの1列目、および、h12のSVD分解後の右特異行列Vの最後の1列であり、
第2基地局のプリコーディング行列P2の探索範囲が、h22のSVD分解後の右特異行列Vの1列目、および、h21のSVD分解後の右特異行列Vの最後の1列であり、
中継局の処理行列Pr1の探索範囲が、hr1のSVD分解後の右特異行列Vの1列目、および、hr2のSVD分解後の右特異行列Vの最後の1列であり、
中継局の処理行列Pr2の探索範囲が、hr2のSVD分解後の右特異行列Vの1列目、および、hr1のSVD分解後の右特異行列Vの最後の1列である、ことを含む。
The search range of the precoding matrix is:
Search range of the precoding matrices P 1 of the first base station, the first column of the right singular matrix V after SVD decomposition of h 11, and, in the last column of the right singular matrix V after SVD decomposition of h 12 Yes,
The search range of the precoding matrix P 2 of the second base station is the first column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h 22 and the last column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h 21. Yes,
The search range of the relay station processing matrix P r1 is the first column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h r1 and the last column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h r2 ,
The search range of the relay station processing matrix P r2 is the first column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h r2 and the last column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h r1 including.
本発明の実施例では中継局も提供されている。該中継局は、
第1移動端末から報告されたチャネル状態情報を第1基地局から受信し、第2移動端末から報告されたチャネル状態情報を第2基地局から受信するチャネル状態情報受信手段と、
第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定する行列決定手段と、
決定された第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を、それぞれ、第1基地局および第2基地局に通知する行列通知手段と、
中継局の処理行列に基づいて、受信された第1基地局および第2基地局からの混合信号を処理し、処理後の信号を第1移動端末および第2移動端末に送信する転送手段と、を含む。
In the embodiment of the present invention, a relay station is also provided. The relay station
Channel state information receiving means for receiving channel state information reported from the first mobile terminal from the first base station and receiving channel state information reported from the second mobile terminal from the second base station;
Matrix determining means for determining a precoding matrix of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal;
Matrix notification means for notifying the determined precoding matrices of the first base station and the second base station and the processing matrix of the relay station to the first base station and the second base station, respectively;
Transfer means for processing the received mixed signal from the first base station and the second base station based on the processing matrix of the relay station, and transmitting the processed signal to the first mobile terminal and the second mobile terminal; including.
データ伝送システムであって、
隣接する第1基地局および第2基地局と、第1基地局および第2基地局の間に配置される中継局と、第1基地局のカバー範囲内に位置する第1移動端末と、第2基地局のカバー範囲内に位置する第2移動端末とを含み、ここで、
第1移動端末は、自局のチャネル状態情報を第1基地局に報告し、第2移動端末は、自局のチャネル状態情報を第2基地局に報告し、
第1基地局および第2基地局は、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報を、それぞれ中継局に通知し、
中継局は、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、決定された第1基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1基地局に通知する一方、第2基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2基地局に通知し、
第1基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1移動端末に通知し、第2基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2移動端末に通知し、
第1タイムスロットで、第1基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第1移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第1移動端末および第2移動端末に送信し、第2基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第2移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第1移動端末および第2移動端末に送信し、
第2タイムスロットで、中継局は、自局の処理行列に基づいて、受信された第1基地局および第2基地局からの混合信号を処理し、処理後の混合信号を第1移動端末および第2移動端末にブロードキャストし、
第1移動端末および第2移動端末は、それぞれ、基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第1タイムスロットおよび第2タイムスロット内で受信された混合信号に対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る。
A data transmission system,
Adjacent first base station and second base station, relay station arranged between the first base station and second base station, a first mobile terminal located within the coverage of the first base station, A second mobile terminal located within the coverage of two base stations, where
The first mobile terminal reports its own channel state information to the first base station, the second mobile terminal reports its own channel state information to the second base station,
The first base station and the second base station respectively notify the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal to the relay station,
The relay station determines the precoding matrix of the first base station and the second base station and the processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal, Notifying the first base station of the precoding matrix of the first base station and the processing matrix of the relay station, while notifying the second base station of the precoding matrix of the second base station and the processing matrix of the relay station,
The first base station notifies the first mobile terminal of the precoding matrix of the local station and the processing matrix of the relay station, and the second base station transmits the precoding matrix of the local station and the processing matrix of the relay station to the second Notify the mobile device,
In the first time slot, the first base station performs precoding on the data to be transmitted to the first mobile terminal based on the precoding matrix of the local station, and transmits the precoded data to the relay station and the relay station. Transmitting to the first mobile terminal and the second mobile terminal, the second base station performs precoding on the data to be transmitted to the second mobile terminal based on the precoding matrix of the local station, and performs precoding The transmitted data to the relay station and the first mobile terminal and the second mobile terminal,
In the second time slot, the relay station processes the received mixed signal from the first base station and the second base station based on the processing matrix of the local station, and outputs the processed mixed signal to the first mobile terminal and Broadcast to the second mobile terminal,
The first mobile terminal and the second mobile terminal are jointly detected for the mixed signals received in the first time slot and the second time slot based on the precoding matrix of the base station and the processing matrix of the relay station, respectively. The necessary data of the own station is obtained by performing demodulation.
本発明の実施例に係る干渉除去方法および中継局は、隣接する基地局の間に中継局を導入し、かつ、2つのタイムスロットでのデータ送信構成を採用することにより、セル間干渉を効果的に低減させ、ユーザのデータレート、特に、セル端ユーザのデータレートを向上させることができる。 The interference cancellation method and relay station according to an embodiment of the present invention can effectively reduce inter-cell interference by introducing a relay station between adjacent base stations and adopting a data transmission configuration in two time slots. Therefore, the user data rate, particularly the cell edge user data rate can be improved.
セル間干渉を低減させて、セル端ユーザのデータレートを向上させるために、本発明の実施例では、隣接基地局の間に、中継局(RS:Relay Station)という中間ノードが配置されている。図1は、本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムの基本構成を示す。図1に示すように、隣接する2つの基地局BS1とBS2との間には、1つの中継局RSが配置されている。本発明の実施例は、2つのタイムスロットのデータ送信構成を採用する。即ち、第1タイムスロットで、第1基地局BS1および第2基地局BS2は、ビーム形成という方式を採用して、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2に送信しようとするデータを、それぞれ中継局RSに送信するとともに、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2は、データを受信することもできる。しかし、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2で受信されたのが混合信号であるため、第1タイムスロットで、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2は、受信された混合信号から自局の所要データを復調できない。第2タイムスロットで、中継局RSは、第1基地局BS1および第2基地局BS2から受信された混合信号を処理してから、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2に転送する。第1移動端末UE1および第2移動端末UE2は、2つのタイムスロット内で受信された2つの混合信号を統合処理することで、自局の所要データを復調する。以下、図面を参照しながら本発明の実施例で提供されるデータ伝送方法を詳しく説明する。 In an embodiment of the present invention, an intermediate node called a relay station (RS) is arranged between adjacent base stations in order to reduce inter-cell interference and improve the data rate of the cell edge user. . FIG. 1 shows a basic configuration of a cellular mobile communication system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, one relay station RS is arranged between two adjacent base stations BS1 and BS2. Embodiments of the present invention employ a data transmission configuration with two time slots. That is, in the first time slot, the first base station BS1 and the second base station BS2 adopt a method called beam forming to transmit data to be transmitted to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2, respectively. While transmitting to relay station RS, 1st mobile terminal UE1 and 2nd mobile terminal UE2 can also receive data. However, since the mixed signal is received by the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2, in the first time slot, the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 Unable to demodulate the required data of own station. In the second time slot, the relay station RS processes the mixed signal received from the first base station BS1 and the second base station BS2, and then forwards it to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2. The first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 demodulate the required data of the local station by integrating the two mixed signals received in the two time slots. Hereinafter, a data transmission method provided in an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は、本発明の実施例に係るデータ伝送方法のフローを示す。図2に示すように、該方法は、主に、以下のステップを含む。 FIG. 2 shows a flow of a data transmission method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the method mainly includes the following steps.
ステップ101で、第1移動端末UE1は、自局のチャネル状態情報(CSI)を自局のサービング基地局である第1基地局BS1に報告し、第2移動端末UE2は、自局のCSIを自局のサービング基地局である第2基地局BS2に報告する。
In
ステップ102で、第1基地局BS1および第2基地局BS2は、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2から報告されたCSIを、それぞれ中継局RSに通知する。
In
ステップ103で、中継局RSは、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2から報告されたCSIに基づいて、第1基地局BS1および第2基地局BS2のプリコーディング行列P1、P2並びに中継局RSの処理行列Pr1とPr2(Pr1とPr2は同一または異なってもよく、中継局が信号検出機能を有する場合、Pr1とPr2は異なる)を決定し、決定された第1基地局のプリコーディング行列P1と中継局RSの処理行列Pr1とを第1基地局BS1に通知する一方、第2基地局のプリコーディング行列P2と中継局RSの処理行列Pr2とを第2基地局BS2に通知する。
In
ステップ104で、第1基地局BS1は、自局のプリコーディング行列P1と中継局RSの処理行列Pr1とを第1移動端末UE1に通知し、第2基地局BS2は、自局のプリコーディング行列P2と中継局RSの処理行列Pr2とを第2移動端末UE2に通知する。
In
ステップ105で、第1タイムスロットで、第1基地局BS1は、自局のプリコーディング行列P1に基づいて、第1移動端末UE1に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局RS並びに第1移動端末UE1および第2移動端末UE2に送信し、第2基地局BS2は、自局のプリコーディング行列P2に基づいて、第2移動端末UE2に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局RS並びに第1移動端末UE1および第2移動端末UE2に送信する。
In
ステップ106で、第2タイムスロットで、中継局RSは、自局の処理行列Pr1とPr2に基づいて、受信された第1基地局BS1および第2基地局BS2からの混合信号を処理し、処理された混合信号を第1移動端末UE1および第2移動端末UE2にブロードキャストする。
In
ステップ107で、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2は、それぞれ、基地局のプリコーディング行列および中継局RSの処理行列に基づいて、第1タイムスロットおよび第2タイムスロット内で受信された混合信号に対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る。
In
上記方法において、中継局は、まず、第1移動端末から第1基地局を介して報告されたチャネル状態情報と、第2移動端末から第2基地局を介して報告されたチャネル状態情報とを受信し、それから、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、次に、決定された第1基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1基地局に通知する一方、第2基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2基地局に通知し、第1タイムスロットで、中継局は、第1基地局および第2基地局からの信号を受信し、第2タイムスロットで、受信された信号を処理し、処理後の信号を第1移動端末および第2移動端末に送信する。 In the above method, the relay station first obtains channel state information reported from the first mobile terminal via the first base station and channel state information reported from the second mobile terminal via the second base station. And then determining the precoding matrices of the first base station and the second base station and the processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal, The first base station is notified of the determined precoding matrix of the first base station and the processing matrix of the relay station, while the precoding matrix of the second base station and the processing matrix of the relay station are notified to the second base station. In the first time slot, the relay station receives signals from the first base station and the second base station, processes the received signal in the second time slot, and outputs the processed signal to the first time slot. Mobile terminal and second mobile To send the end of the.
具体的に、上記第1タイムスロットで、第1基地局BS1および第2基地局BS2は、自局のプリコーディング行列P1、P2をそれぞれ利用して、各自の送信すべきデータX1、X2に対してプリコーディング処理を行って、送信しようとする信号P1X1、P2X2を得るとともに、信号を第1移動端末UE1、第2移動端末UE2および中継局RSに送信する。この場合、第1移動端末UE1、第2移動端末UE2および中継局RSで受信された混合信号は、それぞれ、下記の数式1、2および3に示す通りである。
[数式1]
[数式2]
[数式3]
Specifically, in the first time slot, the first base station BS1 and the second base station BS2 use their own precoding matrices P 1 and P 2 , respectively, to transmit their data X 1 , performing precoding processing on X 2, together with obtaining a signal P 1 X 1,
[Formula 1]
[Formula 2]
[Formula 3]
ここで、N1 1は、第1タイムスロットでの第1移動端末UE1の受信機雑音であり、N2 1は、第1タイムスロットでの第2移動端末UE2の受信機雑音であり、Nrは、第1タイムスロットでの中継局RSの受信機雑音であり、h11とh12は、第1基地局BS1から第1移動端末UE1および第2移動端末UE2へのチャネルをそれぞれ代表し、h21とh22は、第2基地局BS2から第1移動端末UE1および第2移動端末UE2へのチャネルをそれぞれ代表し、h1rとh2rは、第1基地局BS1および第2基地局BS2から中継局RSへのチャネルをそれぞれ代表する。 Here, N 1 1 is the receiver noise of the first mobile terminal UE1 in the first time slot, N 2 1 is the receiver noise of the second mobile terminal UE2 in the first time slot, and N r is the receiver noise of the relay station RS in the first time slot, and h 11 and h 12 represent the channels from the first base station BS1 to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2, respectively. , H 21 and h 22 represent the channels from the second base station BS2 to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2, respectively, and h 1r and h 2r represent the first base station BS1 and the second base station, respectively. Each channel from BS2 to relay station RS is represented.
第2タイムスロットで、中継局RSは、処理行列Pr1とPr2に基づいて、受信された混合信号Yrを処理して、Xrを得、それから、生成された信号を第1移動端末UE1および第2移動端末UE2に送信する。具体的に、中継局RSは、2つの方法を採用して、受信された混合信号を処理することができる。この2つの方法は、方法1である増幅転送と、方法2である検出転送とを含む。
In the second time slot, the relay station RS processes the received mixed signal Y r based on the processing matrices P r1 and P r2 to obtain X r , and then the generated signal is transmitted to the first mobile terminal. Transmit to UE1 and second mobile terminal UE2. Specifically, the relay station RS can employ two methods to process the received mixed signal. The two methods include amplification transfer that is Method 1 and detection transfer that is
上記の方法1に示す増幅転送を採用する場合、中継局RSの処理行列Pr1とPr2は同一であり、Prで表される。この場合、中継局RSは、受信された混合信号Yrに対して、増幅処理を行い、即ち、受信された混合信号と電力正規化係数αとを乗算する。ここで、αの設定は、中継局の電力制限のみを満足してもよく、同時に端末の電力を考慮して、移動端末と中継局との間の最適化電力割り当てを実現してもよい。それから、処理行列Prを利用して、Xr=α・Pr・Yrを生成する。次に、生成された信号Xrを第1移動端末UE1および第2移動端末UE2にブロードキャストする。この場合、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2で受信された混合信号は、それぞれ、下記の数式4と5に示す通りである。
[数式4]
[数式5]
When the amplification transfer shown in the above method 1 is employed, the processing matrices P r1 and P r2 of the relay station RS are the same and are represented by P r . In this case, the relay station RS on the received mixed signals Y r, performs amplification processing, i.e., multiplies the received mixed signal and power normalization coefficient alpha. Here, the setting of α may satisfy only the power limit of the relay station, and at the same time, the optimized power allocation between the mobile terminal and the relay station may be realized in consideration of the power of the terminal. Then, X r = α · P r · Y r is generated using the processing matrix P r . Next, it broadcasts the generated signal X r to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2. In this case, the mixed signals received by the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 are as shown in the following equations 4 and 5, respectively.
[Formula 4]
[Formula 5]
ここで、N1 2は、第2タイムスロットでの第1移動端末UE1の受信機雑音であり、N2 2は、第2タイムスロットでの第2移動端末UE2の受信機雑音であり、hr1とhr2は、中継局RSから第1移動端末UE1および第2移動端末UE2へのチャネルをそれぞれ代表する。 Where N 1 2 is the receiver noise of the first mobile terminal UE1 in the second time slot, N 2 2 is the receiver noise of the second mobile terminal UE2 in the second time slot, h r1 and h r2 represent the channels from the relay station RS to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2, respectively.
つまり、2つのタイムスロットを経た後、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2は、それぞれ、下記の数式6と7に示すような2つの混合信号を受信した。
[数式6]
[数式7]
That is, after passing through two time slots, the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 respectively received two mixed signals as shown in the following formulas 6 and 7.
[Formula 6]
[Formula 7]
この場合、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2は、この2つの混合信号に対して統合検出を行い、例えば、最小平均二乗誤差検出アルゴリズムを採用して、自局の所要データを得ることができる。 In this case, the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 perform integrated detection on the two mixed signals, and, for example, adopt the minimum mean square error detection algorithm to obtain the required data of the own station Can do.
上記の方法2に示す検出転送を採用する場合、中継局RSは、まず、第1タイムスロットで受信された第1基地局BS1および第2基地局BS2からの混合信号に対して、雑音除去を行い、例えば、最小平均二乗誤差検出アルゴリズムを利用して、雑音除去を行い、それから、自局の処理行列に基づいて、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2に転送しようとする信号をそれぞれ処理し、最後に、処理後の信号を第1移動端末UE1および第2移動端末UE2に転送する。
When the detection transfer shown in the
具体的に、まず、第1タイムスロットで、中継局RSで受信された第1基地局BS1および第2基地局BS2からの混合信号は、下記の数式に示す通りである。
第2タイムスロットで、中継局RSは、上記の混合信号Yrを処理する。まず、検出を行い、MMSE受信検出アルゴリズムを利用して、受信行列
を求めることができ、このようにして、
になる。理想の場合で、MMSE検出によれば、雑音を完全に取り除いて、X1とX2の完全な情報を得ることができ、即ち、Xr=[X1X2]Tになる。それから、中継局RSは、検出された信号Xr=[X1X2]Tと中継局RSの処理行列Pr=[Pr1Pr2]とをそれぞれ乗算して、移動端末に送信しようとする信号Pr・Xr=[Pr1Pr2]・[X1X2]Tを得てから、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2にブロードキャストする。この場合で、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2が第2タイムスロットで受信した信号は、それぞれ、下記の数式の通りに示すことができる。
Specifically, first, the mixed signal from the first base station BS1 and the second base station BS2 received by the relay station RS in the first time slot is as shown in the following equation.
In the second time slot, the relay station RS processes the mixed signal Y r above. First, detection is performed, and a reception matrix is obtained using an MMSE reception detection algorithm.
In this way,
become. In an ideal case, MMSE detection can completely remove the noise and obtain complete information of X 1 and X 2 , ie X r = [X 1 X 2 ] T. The relay station RS then multiplies the detected signal X r = [X 1 X 2 ] T by the processing matrix P r = [P r1 P r2 ] of the relay station RS and tries to transmit it to the mobile terminal. After obtaining the signal P r · X r = [P r1 P r2 ] · [X 1 X 2 ] T , the signal is broadcast to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2. In this case, the signals received by the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 in the second time slot can be respectively expressed as the following formulas.
2つのタイムスロットを経た後、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2は、それぞれ、2つの混合信号を受信しており、この2つの混合信号に対して統合検出を行うことにより、例えば、最小平均二乗誤差検出アルゴリズムを採用することにより、自局の所要データを得ることができる。 After passing through two time slots, each of the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 receives two mixed signals, and by performing integrated detection on the two mixed signals, for example, By using the minimum mean square error detection algorithm, it is possible to obtain the required data of the local station.
上記の分析から分かるように、中継局RSがどの転送方法を採用しても、基地局のプリコーディング行列および中継局RSの処理行列を如何に決定するかが、セル間干渉を低減させて、セル端ユーザのデータレートを向上させるキーとなる。 As can be seen from the above analysis, no matter what transfer method the relay station RS adopts, how to determine the precoding matrix of the base station and the processing matrix of the relay station RS reduces the inter-cell interference, It is a key to improve the data rate of cell edge users.
以下、中継局RSが異なる方法を採用する場合、上記のステップ103において、中継局RSが第1移動端末UE1および第2移動端末UE2から報告されたCSIに基づいて、第1基地局BS1および第2基地局BS2のプリコーディング行列並びに中継局RSの処理行列を決定する具体的な方法を詳しく説明する。
Hereinafter, when the relay station RS adopts a different method, in
上記のように、中継局RSが上記の方法1における増幅転送方法を採用する場合、第1移動端末UE1および第2移動端末UE2が2つのタイムスロット内で受信した2つの混合信号は、上記の数式6と7に示す通りである。 As described above, when the relay station RS adopts the amplification transfer method in the above method 1, the two mixed signals received by the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 in two time slots are as described above. As shown in Equations 6 and 7.
上記の数式6から導出することで得るように、第1移動端末UE1が2つのタイムスロット内で受信した混合信号は、下記の数式8に示す通りである。
[数式8]
As obtained from the above Equation 6, the mixed signal received by the first mobile terminal UE1 within two time slots is as shown in Equation 8 below.
[Formula 8]
ここで、
は、2つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第1基地局BS1から第1移動端末UE1への等価チャネル行列であり、
は、2つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第2基地局BS2から第1移動端末UE1への等価チャネル行列であり、
は、有効信号であり、
は、干渉信号であり、
は、雑音である。
here,
Is an equivalent channel matrix from the first base station BS1 to the first mobile terminal UE1 that combines the channel matrices in two time slots,
Is an equivalent channel matrix from the second base station BS2 to the first mobile terminal UE1 that combines the channel matrices in two time slots,
Is a valid signal,
Is the interference signal,
Is noise.
同様に、上記の数式7から導出することで得るように、第2移動端末UE2が2つのタイムスロット内で受信した混合信号は、下記の数式9に示す通りである。
[数式9]
Similarly, as obtained by deriving from Equation 7 above, the mixed signal received by the second mobile terminal UE2 within two time slots is as shown in Equation 9 below.
[Formula 9]
ここで、
は、2つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第1基地局BS1から第2移動端末UE2への等価チャネル行列であり、
は、2つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第2基地局BS2から第2移動端末UE2への等価チャネル行列であり、
は、有効信号であり、
は、干渉信号であり、
は雑音である。
here,
Is an equivalent channel matrix from the first base station BS1 to the second mobile terminal UE2 that combines the channel matrices in two time slots,
Is an equivalent channel matrix from the second base station BS2 to the second mobile terminal UE2 that combines the channel matrices in two time slots,
Is a valid signal,
Is the interference signal,
Is noise.
上記の数式8によって、チャネル行列H1を考慮して、第1移動端末UE1のk番目のデータストリームの平均二乗誤差は、
で表すことができる。ここで、+は、行列の共役転置を求める処理であり、
であり、δ2は、受信側の雑音電力である。
By the above Equation 8, taking into account the channel matrix H 1, the mean square error of the k-th data stream of the first mobile terminal UE1,
It can be expressed as Here, + is a process for obtaining the conjugate transpose of the matrix,
Δ 2 is the noise power on the receiving side.
同様に、上記の数式9によって、チャネル行列H2を考慮して、第2移動端末UE2のk番目のデータストリームの平均二乗誤差は、
で表すことができる。ここで、
である。
Similarly, by the above Equation 9, in consideration of the channel matrix H 2, the mean square error of the k-th data stream of the second mobile terminal UE2 is
It can be expressed as here,
It is.
移動端末が最小平均二乗誤差検出アルゴリズムを採用して、受信された2つの混合信号に対して統合処理を行う際に、設定された最適化目的関数は、受信側の信号の平均二乗誤差が最小となるものであり、即ち、下記の数式10に示す通りである。
[数式10]
を仮定すると、行列変換を利用して、A1を
に変換する。
When the mobile terminal adopts the minimum mean square error detection algorithm and performs the integration process on the two received mixed signals, the set optimization objective function has the smallest mean square error of the signal on the receiving side. That is, as shown in Equation 10 below.
[Formula 10]
Assuming that A 1 is calculated using matrix transformation
Convert to
ここで、akは、行列A1のk列目であり、ak(−k)は、akからk番目の要素を除去したベクトルであり、A(−k,−k)は、行列A1からk行目およびk列目を除去した残り行列である。上記の行列Aは、
のような特性を有する。
Here, a k is the k-th column of the matrix A 1 , a k (−k) is a vector obtained by removing the k-th element from a k , and A (−k, −k) is the matrix A is a remaining matrix obtained by removing the k-th row and the k-th column from 1 . The above matrix A is
It has the following characteristics.
このようにして、最適化目的関数(数式10)から下記の数式11を導出することができる。
[数式11]
ここで、
である。
また、
および、
を仮定する。
In this way, the following Expression 11 can be derived from the optimization objective function (Expression 10).
[Formula 11]
here,
It is.
Also,
and,
Assuming
上記の数式11の観察から分かるように、上記の最適化目的関数の解を求めることが複雑すぎて、基本的に解を求めることができない。そのため、本実施例において、この複雑な最適化目的関数の解を求める問題を分解することができる。具体的に、図1に示す無線セルラー通信システムを、図3(a)と図3(b)に示すような、ブロードキャストBC(Broadcast)部分および干渉除去(Interference cancellation)部分という2つのサブシステムに分解するとともに、最適化目的関数の解を求める問題を2つのサブ問題に分解することができる。第1サブ問題は、中継局RSから移動端末へのリンクを考慮して、中継局RSの処理行列Prの解を求めることであり、第2サブ問題は、基地局および中継局RSから移動端末へのリンクを考慮して、基地局でのプリコーディング行列P1、P2の解を求めることである。 As can be seen from the observation of Equation 11 above, finding the solution of the optimization objective function is too complicated to basically find a solution. Therefore, in this embodiment, the problem of finding a solution for this complicated optimization objective function can be resolved. Specifically, the wireless cellular communication system shown in FIG. 1 is divided into two subsystems, a broadcast BC (Broadcast) part and an interference cancellation part, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). In addition to decomposition, the problem of finding the solution of the optimization objective function can be decomposed into two sub-problems. The first sub-problem, in view of the link to the mobile terminal from the relay station RS, is to obtain a solution of the processing matrix P r of the relay station RS, the second sub-problem, the mobile from the base station and the relay station RS In consideration of the link to the terminal, the solution of the precoding matrices P 1 and P 2 at the base station is obtained.
上記の第1サブ問題について、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2を予め決定することができれば、上記の最適化目時関数の解を求める問題を下記の数式12に示す新しい最適化目的関数に簡略化することができる。
[数式12]
With respect to the first sub-problem, if the precoding matrices P 1 and P 2 of the first base station and the second base station can be determined in advance, the problem for obtaining the solution of the optimization time function is expressed by the following equation: 12 can be simplified to the new optimization objective function shown in FIG.
[Formula 12]
ここで、Tは、行列の転置処理であり、vecは、行列をベクトルに変換する処理であり、
は、Kronecker積であり、Pは、中継局RSの処理行列Prのベクトル化である。
Here, T is a matrix transposition process, vec is a process of converting a matrix into a vector,
Is Kronecker product, P is a vector of the processing matrix P r of the relay station RS.
1つのm×nの行列Mのベクトル化は、下記の数式13に示す通りである。
[数式13]
Vectorization of one m × n matrix M is as shown in
[Formula 13]
同様に、ベクトルAの行列化は、下記の数式14に示す通りである。
[数式14]
Similarly, the matrixing of the vector A is as shown in Equation 14 below.
[Formula 14]
また、Kronecker積の定義について、1つのm×nの行列Mと1つのp×qの行列NとのKronecker積は、
である。
Also, regarding the definition of the Kronecker product, the Kronecker product of one m × n matrix M and one p × q matrix N is
It is.
上記の数式12では、
であり、Hに対してSVD分解を行って、H=U・S・VHになり、中継局RSの処理行列Prのベクトル化は、上記のUの最後の1列の共役であり、即ち、
であり、ここで、*は、行列の共役処理である。ここから分かるように、基地局のプリコーディング行列P1、P2が決定された場合、中継局RSの処理行列Prを計算によって得ることができる。具体的に、基地局のプリコーディング行列P1、P2が決定された場合、下記の数式15によって、中継局RSの処理行列を決定することができる。
[数式15]
In Equation 12 above,
, And the performing SVD decomposition on H, becomes H = U · S · V H , vectorization processing matrix P r of the relay station RS is the conjugate of the last row of the above U, That is,
Where * is the conjugate process of the matrix. As seen, the precoding matrix P 1 of the base station, if the P 2 is determined, can be obtained by calculating the processing matrix P r of the relay station RS. Specifically, when the precoding matrices P 1 and P 2 of the base station are determined, the processing matrix of the relay station RS can be determined by Equation 15 below.
[Formula 15]
ここで、
であり、
は、Uのm列目の共役を代表する。Uは、HのSVD分解によって得られるものであり、H=U・S・VHであり、Hは、m行n列の行列であり、即ち、Pは、Hの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
であり、
であり、
であり、
であり、
であり、Tは、行列の転置処理であり、
は、Kronecker積であり、unvecは、ベクトルの行列化演算であり、
と
は、雑音分散行列であり、
であり、
であり、δ2は、受信側の雑音電力であり、[R]kkは、行列のk行目k列目の要素を表し、kは、k番目のデータストリームを代表し、
であり、
である。
here,
And
Represents the conjugate of the m-th column of U. U is obtained by SVD decomposition of H, H = U · S · V H , H is a matrix of m rows and n columns, ie P corresponds to the smallest singular value of H The conjugate of the left singular vector,
And
And
And
And
T is matrix transposition processing,
Is the Kronecker product, unvec is a vector matrixing operation,
When
Is the noise variance matrix
And
Δ 2 is the noise power on the receiving side, [R] kk represents the element in the k-th row and the k-th column of the matrix, k represents the k-th data stream,
And
It is.
上記の第2サブ問題について、基地局のプリコーディング行列P1、P2の解を求める際に、wkがk番目の移動端末の後処理行列であると仮定し、受信信号電力が1であり、即ち、E{xk xk’}=1と仮定する場合、受信側の平均二乗誤差(MSE)の共分散行列は、下記の数式16の通りに示すことができる。
[数式16]
For the second sub-problem, it is assumed that w k is a post-processing matrix of the kth mobile terminal when the solution of the precoding matrices P 1 and P 2 of the base station is obtained, and the received signal power is 1. In other words, assuming that E {xk xk ′} = 1, the covariance matrix of the mean square error (MSE) on the receiving side can be expressed as Equation 16 below.
[Formula 16]
ここで、
であり、
である。
here,
And
It is.
この場合、上記の最適化目的関数の解を求める問題は、下記の数式17に示す新しい第1最適化目的に簡略化することができる。
[数式17]
In this case, the problem of obtaining a solution of the above optimization objective function can be simplified to a new first optimization objective shown in Equation 17 below.
[Formula 17]
ラグランジュ演算子を利用して、上記の数式17に対して解を求めることで、下記の数式18を得ることができる。
[数式18]
By using the Lagrange operator to find a solution to the above equation 17, the following equation 18 can be obtained.
[Formula 18]
また、上記の数式18に対して導関数を求めて、かつ
にすることにより、解を求めて下記の数式を得ることができる。
[数式19]
[数式20]
In addition, a derivative is obtained with respect to Equation 18 above, and
By calculating the solution, the following mathematical formula can be obtained.
[Formula 19]
[Formula 20]
ここで、
である。Kは、受信側の数を表し、
は、雑音分散行列であり、その定義が前述の通りであり、+は、行列の共役転置処理であり、Trは、行列のトレースを求める処理であり、bは、第1基地局および第2基地局の最大送信電力である。
here,
It is. K represents the number of receivers,
Is a noise variance matrix, the definition of which is as described above, + is a conjugate transpose process of the matrix, Tr is a process of obtaining a trace of the matrix, b is the first base station and the second base station This is the maximum transmission power of the base station.
上記の分析から分かるように、第1サブ問題の解を求める際、即ち、Prの解を求める際に、P1、P2の値を決定する必要があるが、第2サブ問題の解を求める際、即ち、P1、P2の解を求める際に、Prの値を決定する必要がある。従って、本実施例では、最適解を求めることが可能な反復アルゴリズムが提供されている。図4に示すように、該反復アルゴリズムは、主に、下記のステップを含む。 As can be seen from the above analysis, when the solving of the first sub-problem, that is, when obtaining the solution of P r, it is necessary to determine the value of P 1, P 2, solutions of the second subproblem when determining, ie, when obtaining the solution of P 1, P 2, it is necessary to determine the value of P r. Therefore, in this embodiment, an iterative algorithm capable of obtaining an optimal solution is provided. As shown in FIG. 4, the iterative algorithm mainly includes the following steps.
ステップ201で、h11に対してSVD分解を行い、主右特異ベクトルを第1基地局のプリコーディング行列の初期値P1として設定し、h22に対してSVD分解を行い、主右特異ベクトルを第2基地局のプリコーディング行列の初期値P2として設定する。 In step 201, it performs SVD decomposition on h 11, and set the main right singular vectors as the initial value P 1 of the pre-coding matrix of the first base station performs SVD decomposition on h 22, the main right singular vectors setting the initial value P 2 of the precoding matrix of the second base station.
ステップ202で、上記の数式15によって、中継局RSの処理行列Prを決定する。
In
ステップ203で、上記の数式20によって、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2を決定する。
In
ステップ204で、決定された中継局RSの処理行列Pr並びに第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2が収束するかどうかを判断し、収束する場合、中継局RSの処理行列Pr並びに第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2の最適解を得て、該反復アルゴリズムを終了し、収束しない場合、ステップ202に戻る。
In
上記の反復アルゴリズムにより、中継局RSの処理行列Pr並びに第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2の最適解を得ることができる。また、シミュレーションによって、90%以上の場合で、反復の回数が10回を超えることなく、中継局RSの処理行列Pr並びに第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2を収束させることができる、ということが決定できる。 With the above iterative algorithm, it is possible to obtain optimal solutions of the processing matrix P r of the relay station RS and the precoding matrices P 1 and P 2 of the first base station and the second base station. Further, according to the simulation, the processing matrix P r of the relay station RS and the precoding matrices P 1 and P 2 of the first base station and the second base station without exceeding 10 times in the case of 90% or more. Can be determined to converge.
上記のアルゴリズムは、複数回の反復が必要となり、計算量が相対的に高いため、本発明の実施例では、また、簡略化のヒューリスティックアルゴリズムが提供されている。該方法は同様に、最適化目的関数の解を求める問題を、2つのサブ問題、即ち、基地局のプリコーディング行列P1、P2が決定された場合、中継局RSの処理行列Prの解を求める第1サブ問題、および、中継局RSの処理行列Prが決定された場合、基地局のプリコーディング行列P1、P2の解を求める第2サブ問題に分解する。ここで、第1サブ問題の解を求めることは、上記の方法を参照し、即ち、数式15によって完成することができる。以下、第2サブ問題の解を求める方法を詳しく説明する。 The above algorithm requires multiple iterations and is computationally expensive, so a simplified heuristic algorithm is also provided in the embodiments of the present invention. The method likewise, the problem of finding a solution for optimization function, two sub-problems, i.e., the precoding matrix P 1 of the base station, if the P 2 is determined, the processing matrix P r of the relay station RS first sub problem of finding a solution, and, if the processing matrix P r of the relay station RS is determined, decomposed into a second sub-problem of finding a solution of the precoding matrices P 1, P 2 of the base station. Here, obtaining the solution of the first sub-problem can be completed with reference to the above method, that is, Equation 15. Hereinafter, a method for obtaining the solution of the second sub-problem will be described in detail.
第1移動端末UE1および第2移動端末UE2が2つのタイムスロット内で受信した2つの混合信号の表現式8と9から分かるように、等価行列
において、中継局RSの処理行列Prの値が決定された場合、中継局RSを含む複雑な干渉チャネルを普通の多入力多出力(MIMO)干渉チャネルに簡略化することができ、それから、等価チャネル行列
に対してSVD分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第1基地局のプリコーディング行列P1とし、それから、
に対してSVD分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第2基地局のプリコーディング行列P2とする。即ち、まず、等価チャネル行列
と
に対してSVD分解を行い、基地局のプリコーディング行列P1、P2を決定し、それから、数式15によって、中継局の処理行列Prを決定することができる。
As can be seen from the expressions 8 and 9 of the two mixed signals received by the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 in two time slots, the equivalent matrix
In the case where the value of the processed matrix P r of the relay station RS is determined, it is possible to simplify the complex interference channel to an ordinary multiple-input multiple-output (MIMO) interference channel, including a relay station RS, then, equivalent Channel matrix
And the main right singular vector obtained is the precoding matrix P 1 of the first base station, and then
Against performs SVD decomposition, the main right singular vectors obtained as precoding matrix P 2 of the second base station. First, the equivalent channel matrix
When
Is subjected to SVD decomposition, base station precoding matrices P 1 and P 2 are determined, and then a relay station processing matrix Pr can be determined according to Equation 15.
中継局RSが上記の方法2における検出転送方法を採用する場合、第1移動端末UE1で受信された2つの混合信号は、下記の数式21の通りに示すことができる。
[数式21]
When the relay station RS adopts the detection and transfer method in the
[Formula 21]
ここで、HP1は、2つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第1基地局BS1から第1移動端末UE1への等価チャネル行列であり、GP1は、2つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第2基地局BS2から第1移動端末UE1への等価チャネル行列であり、HP1P1X1は、有効信号であり、GP1P2X2は、干渉信号であり、第1移動端末UE1は、干渉信号を雑音とみなして扱ってもよく、干渉信号を有効信号として扱ってもよい。 Here, H P1 is the equivalent channel matrix from the first base station BS1 obtained by integrating the channel matrix in the two time slots to the first mobile terminal UE1, G P1 is a channel matrix in two time slots The combined equivalent channel matrix from the second base station BS2 to the first mobile terminal UE1, H P1 P 1 X 1 is a valid signal, G P1 P 2 X 2 is an interference signal, and the first mobile The terminal UE1 may treat the interference signal as noise, or may treat the interference signal as an effective signal.
同様に、第2移動端末UE2で受信された2つの混合信号は、下記の数式22の通りに示すことができる。
[数式22]
Similarly, the two mixed signals received by the second mobile terminal UE2 can be expressed as Equation 22 below.
[Formula 22]
ここで、HP2は、2つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第1基地局BS1から第2移動端末UE2への等価チャネル行列であり、GP2は、2つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第2基地局BS2から第2移動端末UE2への等価チャネル行列であり、HP2P2X2は、有効信号であり、GP2P1X1は、干渉信号であり、第2移動端末UE2は、干渉信号を雑音とみなして扱ってもよく、干渉信号を有効信号として扱ってもよい。 Here, H P2 is the equivalent channel matrix from the first base station BS1 obtained by integrating the channel matrix in the two time slots to the second mobile terminal UE2, G P2 is a channel matrix in two time slots is the equivalent channel matrix from the second base station BS2 after comprehensive to the second mobile terminal UE2, H P2 P 2 X 2 are valid signal, G P2 P 1 X 1 is an interference signal, the second movement The terminal UE2 may treat the interference signal as noise or may treat the interference signal as an effective signal.
この場合、受信側の最適化目的は、受信側の信号対干渉雑音比の和を最大化することであり、最適化目的関数の解を求めることが複雑すぎるため、本実施例においても、簡略化のヒューリスティックアルゴリズムを採用することで、中継局RSの処理行列Prおよび基地局のプリコーディング行列P1、P2の解を求める。 In this case, the optimization purpose on the receiving side is to maximize the sum of the signal-to-interference noise ratio on the receiving side, and since it is too complicated to find the solution of the optimization objective function, this embodiment is also simplified. by employing the heuristic algorithm of, solving precoding matrix P 1, P 2 of the processing matrix P r and the base station of the relay station RS.
上記の増幅転送に類似する解を求める方式を採用し、行列変換を導入し、解を求めて得られた目的関数は、下記の数式23に示す通りである(受信側の信号対干渉雑音比の和を最大化する)。
[数式23]
An objective function obtained by adopting a method for obtaining a solution similar to the above-described amplification transfer, introducing matrix transformation, and obtaining the solution is as shown in Equation 23 below (signal-to-interference noise ratio on the receiving side) To maximize the sum of
[Formula 23]
上記の数式23を観察することにより、P1,P2,Pr1,Pr2は、ただ各自の相関なチャネルに関係があり、互いに影響しない、ということを発見することができる。従って、走査の方法を採用して、簡単な探索アルゴリズムを提供することにより、最適解を求めることができる。つまり、プリコーディング行列の探索範囲内で、数式23を満たす第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2並びに中継局の処理行列Pr1、Pr2を探索する。下記の表1は、各プリコーディング行列の探索範囲を示す。下記の表1に示すように、下記の表1に示す範囲を走査して、上記の数式23を満たすP1,P2,Pr1,Pr2を得る。
上記のデータ伝送方法に対応して、本発明の実施例では、上記の方法を実行する中継局も提供されている。その内部構成は、図5に示すように、主に、
第1移動端末から報告されたチャネル状態情報を第1基地局から受信し、第2移動端末から報告されたチャネル状態情報を第2基地局から受信するチャネル状態情報受信手段501と、
第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定する行列決定手段502と、
決定された第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を、それぞれ、第1基地局および第2基地局に通知する行列通知手段503と、
中継局の処理行列に基づいて、受信された第1基地局および第2基地局からの混合信号を処理し、処理後の信号を第1移動端末および第2移動端末に送信する転送手段504と、を含む。
Corresponding to the above data transmission method, in the embodiment of the present invention, a relay station for executing the above method is also provided. The internal configuration is mainly as shown in FIG.
Channel state information receiving means 501 for receiving channel state information reported from the first mobile terminal from the first base station and receiving channel state information reported from the second mobile terminal from the second base station;
Matrix determining means 502 for determining the precoding matrices of the first base station and the second base station and the processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal;
Matrix notification means 503 for notifying the determined precoding matrices of the first base station and the second base station and the processing matrix of the relay station to the first base station and the second base station, respectively;
Transfer means 504 for processing the received mixed signal from the first base station and the second base station based on the processing matrix of the relay station and transmitting the processed signal to the first mobile terminal and the second mobile terminal; ,including.
また、本発明の実施例では、上記の方法を実行するシステムも提供されている。その構成について、図1を参照することができる。該システムは、主に、隣接する第1基地局および第2基地局と、第1基地局および第2基地局の間に配置される中継局と、第1基地局のカバー範囲内に位置する第1移動端末と、第2基地局のカバー範囲内に位置する第2移動端末とを含み、ここで、
第1移動端末は、自局のチャネル状態情報を第1基地局に報告し、第2移動端末は、自局のチャネル状態情報を第2基地局に報告し、
第1基地局および第2基地局は、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報を、それぞれ中継局に通知し、
中継局は、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、決定された第1基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1基地局に通知する一方、第2基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2基地局に通知し、
第1基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1移動端末に通知し、第2基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2移動端末に通知し、
第1タイムスロットで、第1基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第1移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第1移動端末および第2移動端末に送信し、第2基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第2移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第1移動端末および第2移動端末に送信し、
第2タイムスロットで、中継局は、自局の処理行列に基づいて、受信された第1基地局および第2基地局からの混合信号を処理し、処理後の混合信号を第1移動端末および第2移動端末にブロードキャストし、
第1移動端末および第2移動端末は、それぞれ、基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第1タイムスロットおよび第2タイムスロット内で受信された混合信号に対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る。
In the embodiments of the present invention, a system for executing the above method is also provided. 1 can be referred to for the configuration. The system is mainly located within the coverage of the first base station and the adjacent first base station and the second base station, the relay station arranged between the first base station and the second base station Including a first mobile terminal and a second mobile terminal located within the coverage of the second base station, wherein
The first mobile terminal reports its own channel state information to the first base station, the second mobile terminal reports its own channel state information to the second base station,
The first base station and the second base station respectively notify the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal to the relay station,
The relay station determines the precoding matrix of the first base station and the second base station and the processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal, Notifying the first base station of the precoding matrix of the first base station and the processing matrix of the relay station, while notifying the second base station of the precoding matrix of the second base station and the processing matrix of the relay station,
The first base station notifies the first mobile terminal of the precoding matrix of the local station and the processing matrix of the relay station, and the second base station transmits the precoding matrix of the local station and the processing matrix of the relay station to the second Notify the mobile device,
In the first time slot, the first base station performs precoding on the data to be transmitted to the first mobile terminal based on the precoding matrix of the local station, and transmits the precoded data to the relay station and the relay station. Transmitting to the first mobile terminal and the second mobile terminal, the second base station performs precoding on the data to be transmitted to the second mobile terminal based on the precoding matrix of the local station, and performs precoding The transmitted data to the relay station and the first mobile terminal and the second mobile terminal,
In the second time slot, the relay station processes the received mixed signal from the first base station and the second base station based on the processing matrix of the local station, and outputs the processed mixed signal to the first mobile terminal and Broadcast to the second mobile terminal,
The first mobile terminal and the second mobile terminal are jointly detected for the mixed signals received in the first time slot and the second time slot based on the precoding matrix of the base station and the processing matrix of the relay station, respectively. The necessary data of the own station is obtained by performing demodulation.
本発明の実施例に係るデータ伝送方法および中継局から分かるように、本実施例では、隣接する基地局の間に中継局RSが導入され、かつ、2つのタイムスロットのデータ送信構成が採用されるため、セル間干渉を効果的に低減させ、ユーザのデータレート、特に、セル端ユーザのデータレートを向上させることができる。また、本発明の実施例において、基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列を決定する際に、干渉信号が十分に考慮され、最小平均二乗誤差または最大信号対干渉雑音比の和を最適化目的とするため、非常に良いデータ伝送効果を得ることができる。 As can be seen from the data transmission method and relay station according to the embodiment of the present invention, in this embodiment, the relay station RS is introduced between adjacent base stations, and the data transmission configuration of two time slots is adopted. Therefore, it is possible to effectively reduce inter-cell interference and improve the user data rate, particularly the cell edge user data rate. Also, in the embodiment of the present invention, when determining the precoding matrix of the base station and the processing matrix of the relay station, the interference signal is sufficiently considered, and the sum of the minimum mean square error or the maximum signal to interference noise ratio is optimal. Therefore, a very good data transmission effect can be obtained.
また、説明すべきものとして、本発明の実施例は、いずれも、2つの隣接する基地局の間に中継局が配置されるモデルを例として説明しているが、当業者は、本発明の方法および中継局が、ほかのモデル、例えば、3つの隣接する基地局の間に1つの中継局が配置されるモデルにも応用できる、ということを理解できる。図6は、このような応用でのセルラー移動通信システムの基本構成を示す。該モデルでは、中継局は、自局に隣接する3つの基地局から報告された各自のカバー範囲内のユーザのチャネル状態情報に基づいて、この3つの基地局のプリコーディング行列および自局の処理行列を決定して、自局で決定された基地局のプリコーディング行列および自局の処理行列を、基地局を介して各基地局のカバー範囲内の各ユーザに通知することができる。また、中継局は、隣接する各基地局からの混合信号を受信した後、本実施例に係る方法を採用して、受信された混合信号を処理し、それから、各ユーザにブロードキャストする。このようにして、各ユーザは、そのサービング基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、2つのタイムスロット内で前後に受信された混合信号に対して統合検出を行って、自局の所要信号を得ることができ、セル間干渉を効果的に低減させる。 In addition, as should be explained, the embodiments of the present invention are described by taking as an example a model in which a relay station is arranged between two adjacent base stations. It can be understood that the relay station can be applied to other models, for example, a model in which one relay station is arranged between three adjacent base stations. FIG. 6 shows a basic configuration of a cellular mobile communication system in such an application. In the model, the relay station determines the precoding matrix of the three base stations and the processing of the base station based on the channel state information of the users within the coverage area reported from the three base stations adjacent to the relay station. By determining the matrix, the base station precoding matrix determined by the own station and the processing matrix of the own station can be notified to each user within the coverage of each base station via the base station. Further, after receiving the mixed signal from each adjacent base station, the relay station adopts the method according to the present embodiment, processes the received mixed signal, and then broadcasts it to each user. In this way, each user performs integrated detection on the mixed signals received before and after in two time slots based on the precoding matrix of the serving base station and the processing matrix of the relay station, and automatically The required signal of the station can be obtained, and the inter-cell interference is effectively reduced.
上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等置換え、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。 The above are only preferred embodiments of the present invention and do not limit the present invention. Various modifications, equivalent replacements, improvements and the like made within the spirit and principle of the present invention should all be included in the protection scope of the present invention.
501 チャネル状態情報受信手段
502 行列決定手段
503 行列通知手段
504 転送手段
501 Channel state information receiving means 502 Matrix determining means 503 Matrix notifying means 504 Transfer means
Claims (9)
中継局は、第1移動端末から第1基地局を介して報告されたチャネル状態情報と、第2移動端末から第2基地局を介して報告されたチャネル状態情報とを受信し、
中継局は、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、
中継局は、決定された第1基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1基地局に通知する一方、第2基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2基地局に通知し、
第1タイムスロットで、中継局は、第1基地局および第2基地局からの信号を受信し、
第2タイムスロットで、中継局は、受信された信号を処理し、処理後の混合信号を第1移動端末および第2移動端末にブロードキャストする、
ことを含み、
ここで、第1移動端末および第2移動端末は、それぞれ、中継局で決定された基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第1タイムスロットで受信された第1基地局および第2基地局からの信号と、第2タイムスロットで受信された中継局からの信号とに対して、統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る、
ことを特徴とするデータ伝送方法。 A data transmission method comprising:
The relay station receives channel state information reported from the first mobile terminal via the first base station and channel state information reported from the second mobile terminal via the second base station,
The relay station determines a precoding matrix of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal,
The relay station notifies the first base station of the determined precoding matrix of the first base station and the processing matrix of the relay station, while transmitting the precoding matrix of the second base station and the processing matrix of the relay station to the second base station. Notify the base station,
In the first time slot, the relay station receives signals from the first base station and the second base station,
In the second time slot, the relay station processes the received signal and broadcasts the processed mixed signal to the first mobile terminal and the second mobile terminal.
Including
Here, the first mobile terminal and the second mobile terminal respectively receive the first base station received in the first time slot based on the precoding matrix of the base station determined by the relay station and the processing matrix of the relay station. In addition, integrated detection is performed on the signal from the second base station and the signal from the relay station received in the second time slot, and the required data of the local station is obtained by demodulating.
A data transmission method characterized by the above.
h11に対してSVD分解を行い、主右特異ベクトルを第1基地局のプリコーディング行列の初期値P1として設定し、h22に対してSVD分解を行い、主右特異ベクトルを第2基地局のプリコーディング行列の初期値P2として設定し、ここで、h11は、第1基地局から第1移動端末へのチャネルを代表し、h22は、第2基地局から第2移動端末へのチャネルを代表するステップAと、
数式
によって、中継局の処理行列Prを決定し、ここで、
であり、
は、Uのm列目の共役を代表し、Uは、HのSVD分解によって得られるものであり、H=U・S・VHであり、Hは、m行n列の行列であり、即ち、Pは、Hの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
であり、
であり、
であり、
であり、
であり、Tは、行列の転置処理であり、
は、Kronecker積であり、unvecは、ベクトルの行列化演算であり、
と
は、雑音分散行列であり、
であり、
であり、δ2は、受信側の雑音電力であり、[R]kkは、行列のk行目k列目の要素を表し、kは、k番目のデータストリームを代表し、h11とh12は、第1基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h21とh22は、第2基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h1rとh2rは、第1基地局および第2基地局から中継局へのチャネルをそれぞれ代表し、hr1とhr2は、中継局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、
であり、
であるステップBと、
数式
によって、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2を決定し、ここで、
であり、Kは、受信側の数を表し、
は、雑音分散行列であり、その定義が前述の通りであり、+は、行列の共役転置処理であり、Trは、行列のトレースを求める処理であり、bは、第1基地局および第2基地局の最大送信電力であるステップCと、
決定された中継局の処理行列Prおよび基地局のプリコーディング行列P1、P2が収束するかどうかを判断し、収束する場合、中継局の処理行列Prおよび基地局のプリコーディング行列P1、P2の最適解を得、収束しない場合、ステップBに戻るステップDと、を含むことを特徴とする請求項2に記載のデータ伝送方法。 The relay station determines a precoding matrix of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal,
performs SVD decomposition on h 11, the main right singular vectors is set as an initial value P 1 of the pre-coding matrix of the first base station performs SVD decomposition on h 22, the second base of the main right singular vectors Set as an initial value P 2 of the precoding matrix of the station, where h 11 represents the channel from the first base station to the first mobile terminal, and h 22 represents the second mobile terminal from the second base station Step A representing the channel to
Formula
By determining the processing matrix P r of the relay station, wherein,
And
Represents the conjugate of the m-th column of U, U is obtained by SVD decomposition of H, H = U · S · V H , H is a matrix of m rows and n columns, That is, P is the conjugate of the left singular vector corresponding to the minimum singular value of H,
And
And
And
And
T is matrix transposition processing,
Is the Kronecker product, unvec is a vector matrixing operation,
When
Is the noise variance matrix
And
Δ 2 is the noise power on the receiving side, [R] kk represents the element in the k-th row and the k-th column of the matrix, k represents the k-th data stream, h 11 and h 12 represents the channel from the first base station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively, and h 21 and h 22 represent the channels from the second base station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively. H 1r and h 2r represent the channels from the first base station and the second base station to the relay station, respectively, and h r1 and h r2 represent the first mobile terminal and the second mobile terminal from the relay station, respectively. Representing each channel to
And
Step B,
Formula
To determine precoding matrices P 1 , P 2 of the first base station and the second base station, where
And K represents the number on the receiving side,
Is a noise variance matrix, the definition of which is as described above, + is a conjugate transpose process of the matrix, Tr is a process of obtaining a trace of the matrix, b is the first base station and the second base station Step C which is the maximum transmission power of the base station;
It is determined whether or not the determined relay station processing matrix P r and base station precoding matrices P 1 and P 2 converge, and if so, the relay station processing matrix P r and base station precoding matrix P 1. A data transmission method according to claim 2, comprising: obtaining an optimal solution of 1 and P 2 and returning to step B when convergence does not occur;
等価チャネル行列
に対してSVD分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第1基地局のプリコーディング行列P1とし、
に対してSVD分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第2基地局のプリコーディング行列P2とし、数式
によって、中継局の処理行列Prを決定する、ことを含み、
ここで、
であり、
は、Uのm列目の共役を代表し、Uは、HのSVD分解によって得られるものであり、H=U・S・VHであり、Hは、m行n列の行列であり、即ち、Pは、Hの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
であり、
であり、
であり、
であり、
であり、Tは、行列の転置処理であり、
は、Kronecker積であり、unvecは、ベクトルの行列化演算であり、
と
は、雑音分散行列であり、
であり、
であり、δ2は、受信側の雑音電力であり、[R]kkは、行列のk行目k列目の要素を表し、kは、k番目のデータストリームを代表し、
であり、
であり、
であり、
であり、h11とh12は、第1基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h21とh22は、第2基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h1rとh2rは、第1基地局および第2基地局から中継局へのチャネルをそれぞれ代表し、hr1とhr2は、中継局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表する、
ことを特徴とする請求項2に記載のデータ伝送方法。 The relay station determines a precoding matrix of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal,
Equivalent channel matrix
And the main right singular vector obtained is the precoding matrix P 1 of the first base station,
And the main right singular vector obtained is used as the precoding matrix P 2 of the second base station,
Determining the processing matrix P r of the relay station by
here,
And
Represents the conjugate of the m-th column of U, U is obtained by SVD decomposition of H, H = U · S · V H , H is a matrix of m rows and n columns, That is, P is the conjugate of the left singular vector corresponding to the minimum singular value of H,
And
And
And
And
T is matrix transposition processing,
Is the Kronecker product, unvec is a vector matrixing operation,
When
Is the noise variance matrix
And
Δ 2 is the noise power on the receiving side, [R] kk represents the element in the k-th row and the k-th column of the matrix, k represents the k-th data stream,
And
And
And
H 11 and h 12 represent the channels from the first base station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively, and h 21 and h 22 represent the first mobile terminal and the first mobile terminal from the second base station, respectively. 2 represents the channel to the mobile terminal, h 1r and h 2r represent the channel from the first base station and the second base station to the relay station, respectively, and h r1 and h r2 represent the first channel from the relay station. Representing the channel to the mobile terminal and the second mobile terminal respectively;
The data transmission method according to claim 2.
プリコーディング行列の探索範囲内で、数式
を満足する第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列P1、P2並びに中継局の処理行列Pr1、Pr2を探索する、ことを含み、
ここで、h11とh12は、第1基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、h21とh22は、第2基地局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、hr1とhr2は、中継局から第1移動端末および第2移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、δ2は、受信側の雑音電力である、
ことを特徴とする請求項5に記載のデータ伝送方法。 The relay station determines a precoding matrix of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal,
Within the search range of the precoding matrix,
Searching for precoding matrices P 1 , P 2 of the first base station and the second base station satisfying and a processing matrix P r1 , P r2 of the relay station,
Here, h 11 and h 12 represent the channels from the first base station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively, and h 21 and h 22 represent the first mobile terminal and the first mobile terminal from the second base station. 2 represents the channel to the mobile terminal, h r1 and h r2 represent the channel from the relay station to the first mobile terminal and the second mobile terminal, respectively, and δ 2 represents the noise power on the receiving side.
The data transmission method according to claim 5, wherein:
第1基地局のプリコーディング行列P1の探索範囲が、h11のSVD分解後の右特異行列Vの1列目、および、h12のSVD分解後の右特異行列Vの最後の1列であり、
第2基地局のプリコーディング行列P2の探索範囲が、h22のSVD分解後の右特異行列Vの1列目、および、h21のSVD分解後の右特異行列Vの最後の1列であり、
中継局の処理行列Pr1の探索範囲が、hr1のSVD分解後の右特異行列Vの1列目、および、hr2のSVD分解後の右特異行列Vの最後の1列であり、
中継局の処理行列Pr2の探索範囲が、hr2のSVD分解後の右特異行列Vの1列目、および、hr1のSVD分解後の右特異行列Vの最後の1列である、
ことを含むことを特徴とする請求項6に記載のデータ伝送方法。 The search range of the precoding matrix is:
Search range of the precoding matrices P 1 of the first base station, the first column of the right singular matrix V after SVD decomposition of h 11, and, in the last column of the right singular matrix V after SVD decomposition of h 12 Yes,
The search range of the precoding matrix P 2 of the second base station is the first column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h 22 and the last column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h 21. Yes,
The search range of the relay station processing matrix P r1 is the first column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h r1 and the last column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h r2 ,
The search range of the relay station processing matrix P r2 is the first column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h r2 and the last column of the right singular matrix V after the SVD decomposition of h r1 .
The data transmission method according to claim 6, further comprising:
第1移動端末から報告されたチャネル状態情報を第1基地局から受信し、第2移動端末から報告されたチャネル状態情報を第2基地局から受信するチャネル状態情報受信手段と、
第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定する行列決定手段と、
決定された第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を、それぞれ、第1基地局および第2基地局に通知する行列通知手段と、
中継局の処理行列に基づいて、受信された第1基地局および第2基地局からの混合信号を処理し、処理後の信号を第1移動端末および第2移動端末に送信する転送手段と、
を含むことを特徴とする中継局。 A relay station,
Channel state information receiving means for receiving channel state information reported from the first mobile terminal from the first base station and receiving channel state information reported from the second mobile terminal from the second base station;
Matrix determining means for determining a precoding matrix of the first base station and the second base station and a processing matrix of the relay station based on channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal;
Matrix notification means for notifying the determined precoding matrices of the first base station and the second base station and the processing matrix of the relay station to the first base station and the second base station, respectively;
Transfer means for processing the received mixed signal from the first base station and the second base station based on the processing matrix of the relay station, and transmitting the processed signal to the first mobile terminal and the second mobile terminal;
The relay station characterized by including.
隣接する第1基地局および第2基地局と、第1基地局および第2基地局の間に配置される中継局と、第1基地局のカバー範囲内に位置する第1移動端末と、第2基地局のカバー範囲内に位置する第2移動端末とを含み、ここで、
第1移動端末は、自局のチャネル状態情報を第1基地局に報告し、第2移動端末は、自局のチャネル状態情報を第2基地局に報告し、
第1基地局および第2基地局は、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報を、それぞれ中継局に通知し、
中継局は、第1移動端末および第2移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第1基地局および第2基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、決定された第1基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1基地局に通知する一方、第2基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2基地局に通知し、
第1基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第1移動端末に通知し、第2基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第2移動端末に通知し、
第1タイムスロットで、第1基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第1移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第1移動端末および第2移動端末に送信し、第2基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第2移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第1移動端末および第2移動端末に送信し、
第2タイムスロットで、中継局は、自局の処理行列に基づいて、受信された第1基地局および第2基地局からの混合信号を処理し、処理後の混合信号を第1移動端末および第2移動端末にブロードキャストし、
第1移動端末および第2移動端末は、それぞれ、基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第1タイムスロットおよび第2タイムスロット内で受信された混合信号に対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る、
ことを特徴とするデータ伝送システム。 A data transmission system,
Adjacent first base station and second base station, relay station arranged between the first base station and second base station, a first mobile terminal located within the coverage of the first base station, A second mobile terminal located within the coverage of two base stations, where
The first mobile terminal reports its own channel state information to the first base station, the second mobile terminal reports its own channel state information to the second base station,
The first base station and the second base station respectively notify the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal to the relay station,
The relay station determines the precoding matrix of the first base station and the second base station and the processing matrix of the relay station based on the channel state information reported from the first mobile terminal and the second mobile terminal, Notifying the first base station of the precoding matrix of the first base station and the processing matrix of the relay station, while notifying the second base station of the precoding matrix of the second base station and the processing matrix of the relay station,
The first base station notifies the first mobile terminal of the precoding matrix of the local station and the processing matrix of the relay station, and the second base station transmits the precoding matrix of the local station and the processing matrix of the relay station to the second Notify the mobile device,
In the first time slot, the first base station performs precoding on the data to be transmitted to the first mobile terminal based on the precoding matrix of the local station, and transmits the precoded data to the relay station and the relay station. Transmitting to the first mobile terminal and the second mobile terminal, the second base station performs precoding on the data to be transmitted to the second mobile terminal based on the precoding matrix of the local station, and performs precoding The transmitted data to the relay station and the first mobile terminal and the second mobile terminal,
In the second time slot, the relay station processes the received mixed signal from the first base station and the second base station based on the processing matrix of the local station, and outputs the processed mixed signal to the first mobile terminal and Broadcast to the second mobile terminal,
The first mobile terminal and the second mobile terminal are jointly detected for the mixed signals received in the first time slot and the second time slot based on the precoding matrix of the base station and the processing matrix of the relay station, respectively. To obtain the required data of the local station by demodulating
A data transmission system characterized by that.
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