JP6144059B2

JP6144059B2 - Data transmission method, system, and relay station

Info

Publication number: JP6144059B2
Application number: JP2013018841A
Authority: JP
Inventors: 王暁利; 張永生
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: CN103249057A; JP2013165489A

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、
ｈ_１１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Ｐ_１として設定し、ｈ_２２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Ｐ_２として設定し、ここで、ｈ_１１は、第１基地局から第１移動端末へのチャネルを代表し、ｈ_２２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Ｐ_ｒ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・Ｖ^Ｈ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、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、δ^２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、ｈ_１１とｈ_１２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、ｈ_２１とｈ_２２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、ｈ_１ｒとｈ_２ｒ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、ｈ_ｒ１とｈ_ｒ２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Ｐ_１、Ｐ_２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Ｐ_ｒおよび基地局のプリコーディング行列Ｐ_１、Ｐ_２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Ｐ_ｒおよび基地局のプリコーディング行列Ｐ_１、Ｐ_２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

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Ｐ_１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Ｐ_２とし、数式

によって、中継局の処理行列Ｐ_ｒを決定する、ことを含み、
ここで、

であり、

であり、Ｔは、行列の転置処理であり、

と

は、雑音分散行列であり、

であり、

であり、δ^２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、ｈ_１１とｈ_１２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、ｈ_２１とｈ_２２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、ｈ_１ｒとｈ_２ｒ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、ｈ_ｒ１とｈ_ｒ２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

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

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Ｐ_１、Ｐ_２並びに中継局の処理行列Ｐ_ｒ１、Ｐ_ｒ２を探索する、ことを含み、
ここで、ｈ_１１とｈ_１２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、ｈ_２１とｈ_２２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、ｈ_ｒ１とｈ_ｒ２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、δ^２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Ｐ_１の探索範囲が、ｈ_１１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈ_１２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Ｐ_２の探索範囲が、ｈ_２２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈ_２１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Ｐ_ｒ１の探索範囲が、ｈ_ｒ１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈ_ｒ２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Ｐ_ｒ２の探索範囲が、ｈ_ｒ２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈ_ｒ１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.

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である。It is a figure which shows the basic composition of the cellular mobile communication system which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るデータ伝送方法のフロチャートである。3 is a flowchart of a data transmission method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムを分解して得られたブロードキャスト部分である。3 is a broadcast part obtained by disassembling a cellular mobile communication system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムを分解して得られた干渉除去部分である。It is the interference cancellation part obtained by disassembling the cellular mobile communication system which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る中継局が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方法である。6 is a method for determining a precoding matrix of a base station and a processing matrix of a relay station by a relay station according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係る中継局の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the relay station based on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るほかのセルラー移動通信システムの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the other cellular mobile communication system which concerns on the Example of this invention.

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：ＲｅｌａｙＳｔａｔｉｏｎ）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 step 101, the first mobile terminal UE1 reports its own channel state information (CSI) to the first base station BS1, which is its own serving base station, and the second mobile terminal UE2 reports its CSI. Report to the second base station BS2, which is its own serving base station.

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 step 102, the first base station BS1 and the second base station BS2 notify the relay station RS of the CSI reported from the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2, respectively.

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Ｐ_１、Ｐ_２並びに中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ１とＰ_ｒ２（Ｐ_ｒ１とＰ_ｒ２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、Ｐ_ｒ１とＰ_ｒ２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Ｐ_１と中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ１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Ｐ_２と中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ２とを第２基地局ＢＳ２に通知する。 In step 103, the relay station RS determines the precoding matrices P ₁ , P _{2 of} the first base station BS1 and the second base station BS2 based on the CSI reported from the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2. Determine processing matrix P _r1 and P _{r2 of} relay station RS (P _r1 and P _r2 may be the same or different, and if relay station has signal detection function, P _r1 and P _r2 are different) while notifying a processing matrix _{P r1} precoding matrix _{P 1} and the relay station RS of the first base station to the first base station BS1, the processing matrix _{P r2} of the precoding matrix _{P 2} and the relay station RS of the second base station To the second base station BS2.

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Ｐ_１と中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ１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Ｐ_２と中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ２とを第２移動端末ＵＥ２に通知する。 In step 104, the first base station BS1, the precoding matrix _{P 1} of the own station and the processing matrix _{P r1} of the relay station RS notifies the first mobile terminal UE1, the second base station BS2, of the mobile station pre the a-coding matrix _{P 2} as the processing matrix _{P r2} of the relay station RS notifies the second mobile terminal UE2.

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Ｐ_１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Ｐ_２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 step 105, the first time slot, the first base station BS1 based on the precoding matrix P ₁ of the own station performs precoding on the data to be transmitted to the first mobile terminal UE1, pre It transmits the coded data to the relay station RS and the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2, the second base station BS2, based on the precoding matrix P ₂ of the own station, transmits the second mobile terminal UE2 Precoding is performed on the data to be transmitted, and the precoded data is transmitted to the relay station RS and the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2.

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Ｐ_ｒ１とＰ_ｒ２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 step 106, in the second time slot, the relay station RS processes the received mixed signals from the first base station BS1 and the second base station BS2 based on its own processing matrices P _r1 and P _r2. The processed mixed signal is broadcast to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2.

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 step 107, the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2 are 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 RS, respectively. By performing integrated detection on the mixed signal and demodulating, the required data of the own station is obtained.

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Ｐ_１、Ｐ_２をそれぞれ利用して、各自の送信すべきデータＸ_１、Ｘ_２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Ｐ_１Ｘ_１、Ｐ_２Ｘ_２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, P 2 _{X 2} to be transmitted, and transmits a signal first mobile terminal UE1, to the second mobile terminal UE2 and the relay station RS . In this case, the mixed signals received by the first mobile terminal UE1, the second mobile terminal UE2 and the relay station RS are as shown in the following

formulas

1, 2, and 3, respectively.
[Formula 1]

[Formula 2]

[Formula 3]

ここで、Ｎ_１ ^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、Ｎ_２ ^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、Ｎ_ｒ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、ｈ_１１とｈ_１２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、ｈ_２１とｈ_２２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、ｈ_１ｒとｈ_２ｒ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Ｐ_ｒ１とＰ_ｒ２に基づいて、受信された混合信号Ｙ_ｒを処理して、Ｘ_ｒ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 Method 2.

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Ｐ_ｒ１とＰ_ｒ２は同一であり、Ｐ_ｒで表される。この場合、中継局ＲＳは、受信された混合信号Ｙ_ｒ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Ｐ_ｒを利用して、Ｘ_ｒ＝α・Ｐ_ｒ・Ｙ_ｒを生成する。次に、生成された信号Ｘ_ｒ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、Ｎ_１ ^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、Ｎ_２ ^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、ｈ_ｒ１とｈ_ｒ２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 above method 2 is adopted, the relay station RS first performs noise removal on the mixed signals from the first base station BS1 and the second base station BS2 received in the first time slot. For example, using a least mean square error detection algorithm to remove noise, and then based on the processing matrix of the local station, signals to be transferred to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2, respectively Finally, the processed signal is transferred to the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2.

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Ｙ_ｒ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、Ｘ_１とＸ_２の完全な情報を得ることができ、即ち、Ｘ_ｒ＝［Ｘ_１Ｘ_２］^Ｔになる。それから、中継局ＲＳは、検出された信号Ｘ_ｒ＝［Ｘ_１Ｘ_２］^Ｔと中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ＝［Ｐ_ｒ１Ｐ_ｒ２］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Ｐ_ｒ・Ｘ_ｒ＝［Ｐ_ｒ１Ｐ_ｒ２］・［Ｘ_１Ｘ_２］^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 step 103 described above, the relay station RS determines the first base station BS1 and the first base station BS1 based on the CSI reported from the first mobile terminal UE1 and the second mobile terminal UE2. A specific method for determining the precoding matrix of the two base stations BS2 and the processing matrix of the relay station RS will be described in detail.

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Ｈ_１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、δ^２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,

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Ｈ_２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

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、Ａ_１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、ａ_ｋは、行列Ａ_１のｋ列目であり、ａ_{ｋ（−ｋ）}は、ａ_ｋ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Ａ_１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（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）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Ｐ_ｒ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Ｐ_１、Ｐ_２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Ｐ_１、Ｐ_２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Ｐ_ｒ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 Equation 13 below.
[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・Ｖ^Ｈになり、中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ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Ｐ_１、Ｐ_２が決定された場合、中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ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Ｐ_１、Ｐ_２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・Ｖ^Ｈ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、Ｔは、行列の転置処理であり、

と

は、雑音分散行列であり、

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

T is matrix transposition processing,

Is the Kronecker product, unvec is a vector matrixing operation,

When

Is the noise variance matrix

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Ｐ_１、Ｐ_２の解を求める際に、ｗ_ｋ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｛ｘｋｘｋ’｝＝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、Ｐ_ｒの解を求める際に、Ｐ_１、Ｐ_２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、Ｐ_１、Ｐ_２の解を求める際に、Ｐ_ｒ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、ｈ_１１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Ｐ_１として設定し、ｈ_２２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Ｐ_２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Ｐ_ｒを決定する。 In step 202, the above equation 15, determines the processing matrix _{P r} of the relay station RS.

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Ｐ_１、Ｐ_２を決定する。 In step 203, the precoding matrices P ₁ and P ₂ of the first base station and the second base station are determined according to Equation 20 above.

ステップ２０４で、決定された中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ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Ｐ_１、Ｐ_２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Ｐ_ｒ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Ｐ_１、Ｐ_２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 step 204, it is determined whether the processing matrix P _{r of the} determined relay station RS and the precoding matrices P ₁ and P _{2 of} the first base station and the second base station converge, and if so, the relay station RS If the optimal solution of the processing matrix P _r and the precoding matrices P ₁ and P ₂ of the first base station and the second base station are obtained, the iterative algorithm is terminated, and if not converged, the process returns to step 202.

上記の反復アルゴリズムにより、中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒ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Ｐ_１、Ｐ_２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Ｐ_ｒ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Ｐ_１、Ｐ_２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Ｐ_１、Ｐ_２が決定された場合、中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒの解を求める第１サブ問題、および、中継局ＲＳの処理行列Ｐ_ｒが決定された場合、基地局のプリコーディング行列Ｐ_１、Ｐ_２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Ｐ_ｒ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Ｐ_１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Ｐ_２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Ｐ_１、Ｐ_２を決定し、それから、数式１５によって、中継局の処理行列Ｐ_ｒ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 method 2 described above, the two mixed signals received by the first mobile terminal UE1 can be expressed as Equation 21 below.
[Formula 21]

ここで、Ｈ_Ｐ１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、Ｇ_Ｐ１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、Ｈ_Ｐ１Ｐ_１Ｘ_１は、有効信号であり、Ｇ_Ｐ１Ｐ_２Ｘ_２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 moving 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、Ｈ_Ｐ２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、Ｇ_Ｐ２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、Ｈ_Ｐ２Ｐ_２Ｘ_２は、有効信号であり、Ｇ_Ｐ２Ｐ_１Ｘ_１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Ｐ_ｒおよび基地局のプリコーディング行列Ｐ_１、Ｐ_２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、Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_ｒ１，Ｐ_ｒ２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Ｐ_１、Ｐ_２並びに中継局の処理行列Ｐ_ｒ１、Ｐ_ｒ２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Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_ｒ１，Ｐ_ｒ２を得る。

By observing Equation 23 above, it can be found that P ₁ , P ₂ , P _r1 , P _r2 are only related to their correlated channels and do not affect each other. Therefore, an optimal solution can be obtained by employing a scanning method and providing a simple search algorithm. That is, within the search range of the precoding matrix, the precoding matrices P ₁ and P _{2 of} the first base station and the second base station that satisfy Equation 23 and the processing matrices P _r1 and P _r2 of the relay station are searched. Table 1 below shows the search range of each precoding matrix. As shown in Table 1 below, the range shown in Table 1 below is scanned to obtain P ₁ , P ₂ , P _r1 , and P _r2 that satisfy Equation 23 above.

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

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 based on its own processing matrix and broadcasts the processed mixed signal to the first mobile terminal and the second mobile terminal.
Including
Here, 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 own station, and the precoded data is transmitted. Transmitting to the relay station and 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. The precoded data is transmitted to the relay station and the first mobile terminal and the second mobile terminal, and the first mobile terminal and the second mobile terminal respectively perform the precoding matrix of the base station and the relay determined by the relay station. Based on the processing matrix of the station, the signals from the first base station and the second base station received in the first time slot and the relay received in the second time slot Against a signal from, performing integration detection, obtain the required data of the local station by demodulating,
A data transmission method characterized by the above.

2. The data transmission method according to claim 1, wherein the processing of the received signal by the relay station includes an amplification transfer process performed on the received signal by the relay 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 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

T is matrix transposition processing,

Is the Kronecker product, unvec is a vector matrixing operation,

When

Is the noise variance matrix

And

Step B,
Formula

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;

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

Determining the processing matrix P _r of the relay station by
here,

And

T is matrix transposition processing,

Is the Kronecker product, unvec is a vector matrixing operation,

When

Is the noise variance matrix

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.

2. The processing of the received signal by the relay station includes that the relay station first detects the received signal and then performs transfer processing. The data transmission method described in 1.

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:

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:

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;
In the first time slot, receiving a mixed signal from the first base station and the second base station, in the second time slot, based on the processing matrix of the relay station, processing the mixed signal, the processed signal Transfer means for transmitting to the first mobile terminal and the second mobile terminal;
Only including,
The mixed signal includes a signal transmitted from the first base station to the relay station by performing precoding on data to be transmitted to the first mobile terminal based on a precoding matrix of the local station, and a second signal. The base station includes a signal transmitted to the relay station by performing precoding on data to be transmitted to the second mobile terminal based on the precoding matrix of the mobile station. Bureau.

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.