JP2010093825A - 通信リンクの割当てに関する情報を信号により伝達する装置および通信リンクの割当てを決定する装置 - Google Patents

通信リンクの割当てに関する情報を信号により伝達する装置および通信リンクの割当てを決定する装置 Download PDF

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Abstract

【課題】
送信機と1つ以上の受信機との間の通信リンクにおける副搬送波の割当てに関する情報の送受信を効率良く行う。
【解決手段】
送信機(100)と第1の受信機(102)との間の通信リンクを通信チャネルの第1のサブチャネル(H)に割当てることに関する情報を信号により伝達し、送信機(100)と第2の受信機(104)との間の第2の通信リンクを通信チャネルの第2のサブチャネル(H)に割当てることに関する情報を信号により伝達する装置は、第1のユーザ識別子(ui1)を第1のサブチャネル(H)を介して送信し、第2のユーザ識別子(ui2)を第2のサブチャネル(H)を介して送信するサブチャネル割当信号発生器(106)を備える。
【選択図】図1A

Description

マルチポイント環境、例えばモバイル通信システムのダウンリンクにおいて複数のユーザ受信機は、ある特定の送信機から独立または共通の情報を受信する。各ユーザへの独立情報のストリームの送信を考慮して、一般的に送信機は最初に利用可能なリソース(例えば、時間、周波数、符号、空間)をユーザ間で互いに異なるように分割する。したがって各ユーザは、異なるタイムスロット、異なる符号、異なる搬送波または異なる空間範囲で情報を受信する。検出を可能にするために、各ユーザはこのリソースの割当ての結果を知る必要がある。すなわち各ユーザは、そのユーザ自身を対象とする信号が送信される物理的な範囲を知る必要がある。その結果、この情報を送信機から各受信機に伝える信号による伝達が必要となる。
この課題は、様々なシステムにおいて様々に処理される。例えばGSMにおいては基地局が、TDMA(時分割多重アクセス)方式にしたがって異なるタイムスロットを各ユーザに割当てる。移動局がランダムアクセスチャネルを介してタイムスロットを要求した後、基地局は、例えばドイツ語文献としては、非特許文献1に示されているように、タイムスロット識別子をいわゆるアクセス許可されたチャネルでブロードキャストする。この識別子は、移動局が情報の流れを要求するタイムスロットを表している。各タイムスロットにおいてチャネル推定に役立つパイロットシーケンスが送られる。同様にHIPERLAN/2においてランダムアクセスチャネルを介したモバイル端末のリソースの要求に対し、アクセスポイントは割当てられたタイムスロットに関する情報とともにブロードキャストチャネルを介して応答する。割当てられた各タイムスロットにおいて、例えばドイツ語文献としては、非特許文献2に示されているように、モバイル端末がチャネルを推定できるようにするパイロットが送信される。GSMとは対照的に、タイムスロットの継続時間ならびに伝達速度はあらかじめ定義されないため、パラメータに関する情報は各タイムスロットの開始時に送信される。UMTSにおいてユーザは、送信に使用するタイムスロット、搬送周波数および符号によって特徴付けられた互いに異なるチャネルを割当てられる。GSMおよびHIPERLAN/2と同様に送信機は、非特許文献3に示されている共通信号チャネルを介してリソースの割当てをユーザに通知する。ユーザに割当てられたリソースを利用して、非特許文献4に示されているように、チャネルを推定するためのパイロットおよび送信パラメータが送られる信号チャネルを確立する。
細部では異なるものの、最新の無線システムの信号方式は、規則的な2ステップパターンを呈する。第1に、リソースの割当てに関する情報が共通信号リンクを介してブロードキャストされる。次に、割当てられたチャネルを介して、信号の検出に役立つパイロットおよび送信パラメータが送信される。従来の送信方式のフレーム構造は、図6および図7に示されている。
さらに具体的に言うと、各受信機における、複数の送信アンテナおよびおそらくは複数の受信アンテナを伴うマルチキャリアシステムの信号伝達の概念を本明細書で説明する。副搬送波n∈{1,...,N}に対して、送信信号のベクトルx(n)∈Cとユーザk∈{1,...,K}が受信する信号のベクトル
Figure 2010093825
との関係は以下のように表わされる。
Figure 2010093825
ここで、
Figure 2010093825
は副搬送波nにおいてユーザkが受信する通信路行列であり、
Figure 2010093825
はゼロ平均円対称複素ガウス分布ランダムノイズn(n)を表現するものであり、tは送信要素の数、rはユーザkの受信要素の数である。
送信信号x(n)は以下の式で与えられる。
Figure 2010093825
ここで、Cは副搬送波nに割当てられた空間範囲の数であり、送信アンテナの数t以下である。関数Π(・)は、副搬送波nの各空間範囲をサブチャネルのラベルのペア(k、l)にマッピングする。ここで、kは範囲が割当てられたユーザであり、lは全サブチャネルの中の、副搬送波におけるそのユーザに割当てられた特定のサブチャネルを表す。各サブチャネルは、単位ノルム送信重みベクトル(unit-norm transmit weighting vector)
Figure 2010093825
と、受信信号
Figure 2010093825
をフィルタリングする単位ノルム受信重みベクトル(unit-norm receive weighting vector)
Figure 2010093825
とによって一意に特徴付けられるものであって、u(c)であり、副搬送波nにおける範囲cに対するユーザが割当てられる。サブチャネルΠ(c)において送信に割当てられる出力は
Figure 2010093825
であり、送信信号は
Figure 2010093825
である。非特許文献5、または特許文献1には連続アルゴリズムが記載されており、このアルゴリズムでは、送信重みベクトルおよび受信重みベクトルを連続計算し、特定のサブチャネルΠ(c)でサブチャネルπ(c’>c)による干渉が発生しないようにする。サブチャネルπ(c’<c)によって生じる干渉は、信号
Figure 2010093825
を符号化するときに、インデックスcにより規定される順番に信号を符号化し、既に符号化された信号により生じる干渉の内容を考慮することによって、回避することができる。
ここで述べる送信方式において各ユーザは、システムのリソースを構成する、利用できる空間および周波数範囲の一部を受信する。このリソースの分配は送信機が行い、ユーザに知らせる必要がある。現在の信号による伝達方法に必須の要件は、最初にリソース割当てに関する情報をブロードキャストし、次に各サブチャネルでパイロットおよび送信パラメータを送信することである。しかし、この標準的な信号による伝達方法を直接利用することにより非常に効率が悪くなるシステムには、いくつか重要な特徴がある。
このような従来のシステムに特有の欠点の1つは、副搬送波の数(例えば、N=1024)および送信アンテナの数(例えば、t≧4)が多いシステムになってしまうことである。したがって、ユーザにリソース割当ての結果を知らせるため、大量の情報をブロードキャストチャネル内で送信する必要がある。さらに、時間、周波数または符号の範囲をある種の数値的な識別子により明確に特定できる標準的なシステムとは異なり、システムにおける空間範囲は、割当てられた空間周波数のサブチャネルを特徴付ける送信重みベクトルv(c)および副搬送波nと、対応する受信重みベクトルu(c)とのブロードキャストを必要とする。これにより、従来のシステムと比べて必要な信号伝達量が増加する。さらに、標準的なシステムとは異なり、リソースの割当てがチャネルの状態に強く依存し、結果的に、無線チャネルに極めて大きな変化をもたらす。この結果、受信機を最新の状態に保つために、信号のブロードキャストチャネルの極めて広い帯域幅が必要となる。
さらに、通信チャネルを介したデータ送信の際にデータに混入する干渉を除外できるようにするために、例えば、非特許文献6に記載されているTomlinson−Harashima復号化にデータ送信のわずかな改良が見られる。これはデータ送信をわずかに改良でき、したがって、信号のブロードキャストチャネルに必要な帯域幅をわずかに低減することができる。
国際特許出願PCT/EP2004/012571
B.Walke,「Mobilfunknetze und ihre Protokolle 1」(Teubner,2001) B.Walke,「Mobilfunknetze und ihre Protokolle 2」(Teubner,2001) 3GPP規格 TR25.331.無線リソース制御(RRC) プロトコル仕様V6.4.0リリース6(2004) B.Walkeによる「Mobilfunknetze und ihre Protokolle 1」(Teubner,2001) ITG/IEEE Workshop on Smart Antennas、Duisburgに掲載された、P.Tejera,W.Utschick,G.Bauch,J.A.Nossekによる「A Novel Decomposition Technique for International Multiuser MIMO」(2005年4月) G.Ginis,J.Cioffi,「A Multi−user Precoding Scheme achieving Crosstalk Cancellation with Application to DSL Systems」,Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers、pp.1627−1631(2000年10月)
したがって、本発明の目的は、送信機と1つ以上の受信機との間の通信リンクにおける副搬送波の割当てに関する情報のやり取りについての改良された可能性を提供することである。この改良は特に、必要な帯域幅を小さくすることに関し、さらに送信機と受信機との間のデータ送信のための副搬送波の割当てに関する情報を信号により伝達するためのデータのオーバヘッドを小さくすることに関する。
この目的は、請求項1に係る信号伝達装置、請求項7に係る決定装置、請求項6に係る信号伝達方法、および請求項10に係る決定方法によって達成できる。
本発明は、送信機と第1の受信機との間の第1の通信リンクを通信チャネルの第1のサブチャネルに割当てることに関する情報を信号により伝達し、送信機と第2の受信機との間の第2の通信リンクを通信チャネルの第2のサブチャネルに割当てることに関する情報を信号により伝達する装置を提供する。ここで、前記第1および第2のサブチャネルは互いに異なる。この装置は、第1のユーザ識別子を第1のサブチャネルを介して送信し、第2のユーザ識別子を第2のサブチャネルを介して送信するサブチャネル割当信号発生器を備えている。ここで、前記第1および第2のユーザ識別子は互いに異なる。このとき、第1のユーザ識別子は第1の受信機に割当てられ、第2のユーザ識別子は第2の受信機に割当てられる。
本発明はさらに、送信機と第1の受信機との間の第1の通信リンクを通信チャネルの第1のサブチャネルに割当てることに関する情報を信号により伝達し、送信機と第2の受信機との間の通信リンクを通信チャネルの第2のサブチャネルに割当てることに関する情報を信号により伝達する方法を提供する。ここで、前記第1および第2のサブチャネルは互いに異なる。この方法は、第1のユーザ識別子を第1のサブチャネルを介して送信し、第2のユーザ識別子を第2のサブチャネルを介して送信することにより実行されるステップであってサブチャネルの割当てを信号により伝達するステップを含む。ここで、前記第1および第2のユーザ識別子は互いに異なる。このとき、前記第1のユーザ識別子が前記第1の受信機に割当てられ、前記第2のユーザ識別子が前記第2の受信機に割当てられる。
さらに本発明は、受信機に割当てられる所定のユーザ識別子に基づいて、送信機と受信機との間の通信リンクを通信チャネルのサブチャネルに割当てることを決定する装置を提供する。この装置は、推定したユーザ識別子を得るためにサブチャネルを介して受信したユーザ識別子を推定する推定器と、推定したユーザ識別子が所定のユーザ識別子と所定の関係にある場合は送信機と受信機との間の通信リンクをサブチャネルに割当て、推定したユーザ識別子が所定のユーザ識別子と所定の関係にない場合は送信機と受信機との間の通信リンクをサブチャネルに割当てない検出器とを備えている。
最後に本発明は、受信機に割当てられる所定のユーザ識別子に基づいて、送信機と受信機との間の通信リンクを通信チャネルのサブチャネルに割当てることを決定する方法を提供する。この方法は、サブチャネルを介して受信したユーザ識別子を推定し、推定したユーザ識別子を得るステップと、推定したユーザ識別子が所定のユーザ識別子と所定の関係にある場合は送信機と受信機との間の通信リンクをサブチャネルへ割当て、推定したユーザ識別子が所定のユーザ識別子と所定の関係にない場合は送信機と受信機との間の通信リンクをサブチャネルへ割当てないステップとを含む。
本発明は、データ送信の改良、特に、副搬送波またはサブチャネルを送信機と受信機との間の特定の通信リンクに割当てることに関する情報を信号により伝達する点における改良が、参照テーブルを用いている従来の手法を省略することにより達成できるという見地に基づいている。もっと正確に言えば、サブチャネルを送信機と受信機との間の通信リンクに割当てることにより、受信機がその受信機に割当てられている特定のユーザ識別子に関する情報を取得することができる。さらに、送信機もその受信機に割当てられているユーザ識別子に関する情報を有している。このとき、送信機がある特定のサブチャネルを使用して送信機と前記受信機との間の通信リンクを確立する場合に送信機は、送信機から前記受信機へデータを送信するために使用するサブチャネルを介して、この所定のユーザ識別子を送信する。これに対する応答として、受信機は全サブチャネルを受信し、そのデータ、詳細にはサブチャネルを介して送信されたユーザ識別子を、受信機内に保存されているものであってその受信機に割当てられている所定のユーザ識別子と比較する。このとき、受信機がサブチャネルを介して送信されたユーザ識別子を受信した場合、および/または推定する場合に、受信したユーザ識別子を保存されているものであって所定のユーザ識別子と比較し、そのサブチャネルを介して受信したユーザ識別子が、その受信機のための所定のユーザ識別子と所定の関係にあることを決定した場合、例えば、受信したユーザ識別子が保存されているものであって所定のユーザ識別子と等しい場合に、受信機はそれぞれのサブチャネルが送信機とその受信機との間の通信リンクに割当てられていることを認識する。逆に受信機が、サブチャネルを介して受信したユーザ識別子が所定のユーザ識別子とその所定の関係にないことを検出した場合は、サブチャネルが送信機とその受信機との間の通信リンクのためにあるその受信機に割当てられていないことを認識する。したがって、受信機がデータを受信できるサブチャネルを受信機に通知することができる。
本発明の手法は、受信機へのサブチャネルの割当てに関する情報を各サブチャネルを通して信号により直接伝達するために、完全な参照テーブルの送信を必要としないという利点を提供する。したがって本発明の手法は、大きくないオーバヘッド(受信機への副搬送波またはサブチャネルの割当てに関する参照テーブルを含む)が必要になるだけであるため、改良されたデータ送信の利点を提供する。したがって、今までその参照テーブルを送信するのに使用していた帯域幅または送信容量は、今ではペイロードデータの送信に使用することができ、この結果このような通信システムにおいて利用できるペイロード伝送速度を増加できる。本発明の手法の利点は、多くの副搬送波を有する通信システム、および/または、例えば(モバイル)無線チャネルまたはMIMO(マルチ入力マルチ出力)チャネルのような高速に変化する通信チャネルを使用する通信システムにおいて特に明らかである。
詳細に述べると、本発明は米国特許出願公開第2004/0179627号に記載されている2つの信号伝達ステップを一つにすること、すなわち互いに直交するユーザ特有のパイロットシーケンスを送信することにより、チャネル推定のための一般的なパイロットの送信と、それぞれの範囲についてのユーザ特有のリファレンスの送信とを単一のステップにまとめることを提案する。少数のユーザに対しては、ここで提案する手法は信号による伝達を大幅に短縮できる。
特に、特定のユーザは推定するためにユーザ自身のパイロットシーケンスを利用し、送信機は各範囲を通して、その範囲が割当てられているユーザに対応するパイロットシーケンスを送信する。パイロットシーケンスが直交するように選ばれている場合に、ユーザは、受信信号とユーザの所定のパイロットシーケンスとの相関を取ることにより、ユーザに割当てられた範囲だけを推定できる。同じ副搬送波を介して複数の範囲を推定するために、ユーザには、受信アンテナの数および送信要素の数のうちいずれか小さい方と同数のパイロットシーケンスを与える必要がある。受信信号と送信されていないパイロットシーケンスとの相関を取ることにより得られる推定は、極めて質の悪いチャネルを生成する結果となり、そのチャネルを介した場合は認識不可能な信号しか受信できないことになる。受信機は、後続の段階においてこれらの不正確な推定を破棄することができる。
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。
本発明に係る信号伝達のための装置の実施形態のブロック図である。 本発明に係る決定のための装置の実施形態のブロック図である。 本発明に係る方法を説明するために用いるMIMOシステムの概略図である。 送信機と受信機との間の通信リンクの概略図である。 本発明に係る方法の1つの実施形態のフローチャートである。 本発明に係る方法の1つの好ましい実施形態のフローチャートである。 本発明に係る実施形態を用いるときに発生する、フレーム構造の概略図である。 本発明に係る好ましい実施形態を用いるときに発生する、フレーム構造の概略図である。 従来の信号伝達の手法を用いるときに考えられるフレーム構造の概略図である。 従来の信号伝達の手法を用いるときに考えられる別のフレーム構造の概略図である。
以後の説明においては、同一または類似の要素を同一または類似の参照符号で示し、これらの参照符号を繰返し説明することを省略する。
図1Aは、送信機100と第1の受信機102との間の第1の通信リンク、および送信機100と第2の受信機104との間の第2の通信リンクの割当てに関する情報を信号により伝達するものであって本発明に係る装置の実施形態のブロック図である。送信機100は、第1のユーザ識別子ui1を第1のサブチャネルHを介して送信し、第2のユーザ識別子ui2を第2のサブチャネルHを介して送信するサブチャネル割当信号発生器106を備えている。第1のサブチャネルHおよび第2のサブチャネルHは通信チャネルのサブチャネルであるが、第1および第2のサブチャネルは互いに異なる。さらに、このようなシステム設計において、第1の受信機102は第1のサブチャネルHおよび第2のサブチャネルHの両方を受信するが、第2の受信機104も、第1のサブチャネルHおよび第2のサブチャネルHの両方を受信する。受信機が送信機100からのデータを受信できるサブチャネルを決定するため、受信機102および104のそれぞれは、受信機自身に割当てられているユーザ識別子に関する情報を有する。言い換えると、第1の受信機102は第1のユーザ識別子ui1に関する情報を有するのに対し、第2の受信機104は第2のユーザ識別子ui2に関する情報を有する。同様に送信機100、特にサブチャネル割当信号発生器106は、第1および第2のユーザ識別子のうちどちらのユーザ識別子がそれぞれの受信機に割当てられているかに関する情報を有し、第1のサブチャネルHを介して第1のユーザ識別子ui1を送信することにより、第1の受信機102に対して、この第1のサブチャネルHを介して送信したデータを第1の受信機102が受信するようになっていることを正確に通知する。同様に、第2の受信機104が第2のサブチャネルHを介して第2のユーザ識別子ui2を受信した場合、第2の受信機は、第2のサブチャネルHを介して送信されたデータを第2の受信機104が受信するようになっていることを認識する。さらに第1の受信機102は、第2のサブチャネルHを介して送信されたデータを第1の受信機102が受信しないことになっていることを認識している。同様に、第2の受信機104は、第1のサブチャネルHを介して送信されたデータを第2の受信機104が受信しないことになっていることを認識している。サブチャネルを介して受信機に送信されたデータの取得または破棄を区別する実現性は、サブチャネルのそれぞれを介して(例えば、通信リンクを確立する時間において)送信されたユーザ識別子の特定に基づいている。このように、それぞれの受信機にサブチャネルの割当てに関する情報を信号により伝達することは、(受信機に対するサブチャネルの割当てが含まれている)参照テーブルの送信を回避できるという利点を提供する。したがって、受信機にサブチャネルの割当てに関する情報を信号により伝達することは、最新技術よりも効率的かつ高速に実現でき、したがって、ユーザに対してペイロードデータを送信するためのデータ伝送速度を増加できる。
図1Bは、受信機102内に配置されているものであって決定するための本発明に係る装置150の実施形態のブロック図である。説明を簡潔にするために、決定装置150の実施形態は、図1Bの受信機が1つのチャネルだけ、例えば第1のサブチャネルHだけを管理する場合を除いて、図1Aに示されている第1の受信機102について説明する。決定装置150は、推定器152および検出器154を備えている。推定器152は、サブチャネルを介してユーザ識別子uiを受信し推定する。例えば、第1のサブチャネルHを介して受信機102に送信される第1のユーザ識別子ui1を受信し推定する。推定器はさらに、例えば様々なユーザ識別子のうちどのユーザ識別子uiが実際に送信されたか(すなわち、第1のユーザ識別子ui1または第2のユーザ識別子ui2が送信されたかどうか)を推定する。これは、例えばサブチャネルを介して送信されたユーザ識別子が、フェージングまたは混合ノイズなどのチャネル障害により歪みを生じる場合に有効である。このとき推定器は、ユーザ識別子を送信機により送信することを決定する要素と同じように動作する。
さらに推定器は、それぞれのサブチャネルを介して送信されるものであって、「プレコーディングされた」ユーザ識別子を復号化し、ユーザ識別子のプレコーディングは、図1Aに示されているとおり、送信機または送信機100内のサブチャネル割当信号発生器によって行われる。このプレコーディングは、チャネルを介してデータを送信するときに生じるチャネル障害の影響をなくすために、例えば、送信機内で行うことができる。したがって、推定器152は、例えば所定のユーザ識別子の集合から、あるユーザ識別子であって推定されるユーザ識別子euiを提供する。次に、推定されたユーザ識別子euiは、それぞれの受信機に割当てられたユーザ識別子に関する情報を有する検出器154に提供される。図1Bに示される例においては、検出器154は第1の受信機102に割当てられた第1のユーザ識別子ui1に関する情報を有する。推定したユーザ識別子euiが所定のユーザ識別子と所定の関係にある場合、例えば、推定したユーザ識別子euiが所定のユーザ識別子ui1に等しい場合に、検出器は、それぞれのユーザ識別子uiを受信したサブチャネルがデータ送信のために割当てられていることを表す割当信号ASを出力する。図1Bに示される例については、検出器154は、推定されたユーザ識別子euiが所定のユーザ識別子に等しい場合に、第1のサブチャネルHが送信機と第1の受信機102との間の通信に割当てられていることを示す割当信号ASを出力し、この場合所定のユーザ識別子は第1のユーザ識別子ui1に等しい。これに対し、検出器154が、推定したユーザ識別子euiが第1のユーザ識別子ui1に等しくないと判断した場合は、検出器154は、第1のサブチャネルHが送信機から第1の受信機102へのデータ送信のために第1の受信機102に割当てられていないことを示す割当信号ASを出力する。
図2は、本発明で考えられるシステムの例を示している。このようなマルチポイント環境において中央ユニット100は、複数の端末装置102、104(ユーザ)と通信する。無線システムにおいては、これら端末装置102、104は一般に、ランダムアクセスチャネルH(n)を介して中央ユニット100にメッセージを送ることにより、ネットワーク内に登録される。中央ユニット100はこのメッセージを確認し、ユーザ102、104に対し、そのユーザが疑わしいものでないことを示し、更なる信号による伝達の手順において利用する数値識別子を割当てる。例えば、共通ブロードキャストチャネルを介して特定のユーザ102、104に向けて情報を送信する場合である。
このようなシステムにおける物理チャネルH(n)は、中央ユニット100と各ユーザ102、104との間のチャネルに対応する行列の集合H(n)、...、H(n)によってモデル化でき、送信信号と受信信号との関係は式1.1で表わすことができる(上述のとおり)。いずれかの手段によって、基地局100はそれぞれの副搬送波上の各ユーザの通信路行列H(n)、...、H(n)の完全な情報を得ることができる。この情報を用いて、中央ユニット100は式1.2に示されている方法で送信信号を構成し、P.Tejera,W.Utschick,G.BauchおよびJ.A.Nossekによる、ITG/IEEE Workshop on Smart Antennas、Duisburgに掲載された「A Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO」(2005年4月)、または国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているような連続符号化方法および連続割当て方法を伴う協調的なゼロフォーシング(zero−forcing)を用いて、割当てられた空間範囲を特徴付ける送信重みベクトルおよび受信重みベクトルを計算する。このアルゴリズムの適用により得られるものであって効果的に分離された範囲を介して、ある出力およびビットローディングを、ある対象の基準にしたがって実行できる。以下において、割当てられたサブチャネルを介して送信される信号の正しい検出を実行するのに必要な全情報をユーザに提供するための信号による伝達の概念について説明する。
信号伝達手順の第1のステップは、ダウンリンクにおいて、プレコーディングされた全てのチャネルを介してパイロットシーケンスを同時送信することからなる(図3を参照)。任意の副搬送波nに関して、ユーザkが受信するプレコーディング行列は、以下のように与えられる。
Figure 2010093825
ここで、
Figure 2010093825
であり、P(n)∈CC×Cは、主対角に要素
Figure 2010093825
を有する対角行列である。パイロットシーケンス
Figure 2010093825
がP(n)およびV(n)により作られた送信チェーンを介して送信された場合、副搬送波nを介して任意のユーザkが受信する信号は、以下のように表される。
Figure 2010093825
ここで、Q=[q...q∈CC×Bは、長さBのパイロットシーケンスの行列である。なお、この行列は全ての副搬送波について同一であってもよく、パイロットシーケンスの最大数は送信要素の数tに等しい。したがってこれらパイロットシーケンスは、全ての受信端末装置が認識するシステム所定のパラメータであってもよい。認識したこの情報を用いていずれの受信機も、プレコーディング行列M(n)の列を推定できる。言うまでもなく、パイロットシーケンスが長くなれば、推定はさらに正確になる。パイロットシーケンスの幾何的特性は推定の質に影響を与える。これに関しては、最尤推定の場合におけるノイズの増加を避けるために、パイロットシーケンスとして互いに直交するベクトルを選択することが特に重要である。
一例(M(n)の最尤推定)として、受信行列
Figure 2010093825
の列を並べて式1.3を書き直すと、以下のように1つの列ベクトル
Figure 2010093825
を形成することができる。
Figure 2010093825
ここで、
Figure 2010093825
および
Figure 2010093825
は、それぞれ行列Mk(n)およびNk(n)の第c列を表し、
Figure 2010093825
はr×rサイズの単位行列であり、
Figure 2010093825
はクロネッカー積である。
分散σを有する相関のないノイズを仮定すると、プレコーディングされたチャネルの係数の最尤推定は以下のように得られる。
Figure 2010093825
さらに、推定誤りの共分散行列は
Figure 2010093825
によって与えられる。なお、パイロットシーケンスが直交となるように選択されている場合は、推定誤りは相関がなく、全てのチャネル係数に対して等しい分散を有する。
受信機kに対し行列M(n)の各列は、受信機が中央ユニットにより割当てられている空間範囲を表わしている。列
Figure 2010093825
がユーザkに割当てられている、すなわちu(c)=kと仮定する。P.Tejera,W.Utschick,G.BauchおよびJ.A.Nossekによる、2005年4月のITG/IEEE Wirkshop on smart Antennas、Duishburgに掲載された「A Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO」、または国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているとおり、
Figure 2010093825
は特定の部分空間における
Figure 2010093825
の右特異ベクトル(right singular vector)であり、受信重みベクトル
Figure 2010093825
は対応する左特異ベクトル(left singular vector)となるように選択される。したがって、以下の式が成立する。
Figure 2010093825
ここで、
Figure 2010093825
はサブチャネルπ(c)の増幅率(gain)である。したがって、ユーザkは、列
Figure 2010093825
を正規化し、得られた単位ノルムベクトルの共役転置を取ることにより、割当てられた範囲cに対する受信重みベクトルを得ることができる。しかし、この時点では、ユーザはそれぞれのプレコーディングされたチャネルのどの列が割当てられているかを認識していない。
割当てられた範囲をユーザに知らせるために、信号による伝達の手順の第2のステップにおいて、各サブチャネルを介して、そのサブチャネルが割当てられているユーザに対応するユーザ識別子が送信される。
説明の導入部分で述べたとおり、サブチャネルπ(c’> c)がサブチャネルπ(C)に干渉を起こさないのに対して、サブチャネルπ(c’< c)は干渉を起こす。したがって、連続符号化を用い、各ステップにおいて既に符号化されたユーザにより発生する干渉の情報を考慮に入れてユーザ識別子を送信することにより、干渉のない送信を実現する必要がある。
ユーザ識別子の送信中に受信機は、全ての空間範囲を介して、すなわちプレコーディング通信路行列M(n)の全ての列を介して、送信された信号の検出を試みる必要がある。これを達成するために、受信重みフィルタを計算し、受信信号に適用しなければならない。副搬送波n上で、サブチャネルπ(c)だけがユーザkに割当てられていると仮定する。副搬送波n上で受信した信号を
Figure 2010093825
でフィルタリングすることにより、ユーザkがユーザ自身の識別子を検出する必要がある。ところが、受信した信号を別のベクトル
Figure 2010093825
を用いてフィルタリングすると、ユーザ自身の識別子とは明らかに異なる値が検出される。なお、検出のためにユーザは、ユーザ識別子を送信するために使用された一連の信号を知る必要がある。これは、所定のシステムパラメータでなければならない。
別の例(ユーザ識別子の送信および検出)では、2人のユーザを有するシステム、すなわちK=2、r=r=2およびt=2であるシステムを考える。副搬送波nにおいては、以下のように表される。
Figure 2010093825
これらのチャネルの情報を使用して、中央ユニットは、P.Tejera,W.Utschick,G.BauchおよびJ.A.Nossekによる、2005年4月のITG/IEEE Workshop on Smart Antennas、Duisburgに掲載された「A Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO」、または国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているCZF−SESAMアルゴリズムを実行し、以下のようになる。
Figure 2010093825
中央ユニットは、
Figure 2010093825
となるように出力を割当てると仮定すると、結果として得られるプレコーディング通信路行列はM(n)=H(n)およびM(n)=H(n)となり、これはパイロットシーケンスを利用して受信機により推定できる。1をユーザ1の識別子とし、−1をユーザ2の識別子とする。サブチャネルπ(1)を介して−1が送信される。特定の符号化を適用し、サブチャネルπ(2)のユーザ1が受ける干渉を取り除くことにより、このサブチャネルπ(2)を介して1が送信される。これを実行する方法は、2000年10月に発行された、Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers、pp.1627−1631、G.GinisおよびJ.Cioffiによる「A Multi−user Precoding Scheme achieving Crosstalk Cancellation with Application to DSL Ststems」に記載されているTomlinson−Harashimaプレコーディングである。この方法は最初に、送信されたシンボルから、チャネルを介して送信されたときの信号に加わる干渉を差し引き、次に、送信出力を抑えるために、送信機におけるモジュロ演算により得られる値にモジュロ演算を実行する。この例では、ユーザ1に割当てられたサブチャネル上のユーザ2の識別子によって発生する干渉は以下の式で与えられる。
Figure 2010093825
ユーザ1の識別子からの干渉を差し引き、サブチャネルπ(2)の増幅率を考慮に入れると、以下の式が得られる。
Figure 2010093825
なお、この値がサブチャネルπ(2)を介して送信される場合、サブチャネルπ(1)からの干渉は受信機で消される。不都合なのは、この値が1よりはるかに大きく、送信機における可能な限りの出力の制限を超える場合があるということである。送信出力を制限するために、区間[−2、2]に基づいてモジュロ演算を適用できる。その結果、サブチャネルπ(2)を介して送信される値1/2が得られる。
ノイズを無視すると、第1の範囲を介してユーザ1は以下の信号を受信する。
Figure 2010093825
この信号値をチャネル増幅率λ=5で割ると−0.86が得られる。この値はモジュロ区間内にあり、−1として検出される。このようにしてユーザ1は、この範囲が割当てられていないことを認識する。
第2の範囲を介して、ユーザ1は以下の信号を受信する。
Figure 2010093825
この値をチャネル増幅率
Figure 2010093825
で割り、区間[−2、2]にわたってモジュロ演算を適用すると値1が得られ、これはユーザ1にこの範囲が割当てられていることを示す。
第1の範囲を介して、ユーザ2は以下の信号を受信する。
Figure 2010093825
この信号値をチャネル増幅率λ=6で割ると−1が得られ、ユーザ2がこのサブチャネルを介して信号を受信することを示している。
最後に、第2の範囲を介して、ユーザ2は以下の信号を受信する。
Figure 2010093825
この信号は1として検出され、受信機がこの範囲を無視すべきであることを示している。
このような例においては、偶発的に、ユーザが割当てられていない範囲にユーザ自身の識別子を検出することがある。実際には、これが発生する確率は、BPSKより大きいレベルの一連の信号、および、例えばQPSK、8−QAM、16−QAM等の符合化手法を用いることにより適宜小さくすることができる。
各ユーザはユーザ自身の識別子を認識しているため、受信機はこの認識情報を利用して、受信重みベクトルの推定を改良できる。
信号による伝達手順の第3の段階では、任意の特定のサブチャネルを介して、一連の信号またはビットローディングに関する情報が送信される。第2の段階と同様にこの情報は、ユーザにより認識されている所定のシステムのパラメータを用いて送信する必要がある。このステップの後、ユーザは検出に必要な全パラメータを認識し、データ送信を開始できる。
図4Aには、本発明の実施形態による本提案の手順の可能な信号伝達の手順が示されている。ここで、第1のステップ402では、基地局がプレコーディング行列およびローディング方法を計算する。次の第2のステップ404では、基地局BSはプレコーディング行列を介してパイロットを送信し、移動局MSがプレコーディングチャネルを推定する。次に第3のステップ406では基地局BSが、基地局とユーザとの間の通信リンクに割当てられているサブチャネルの各ユーザにユーザ識別子を送信する。次に第4ステップ408で基地局BSは、各サブチャネルを介して送信されるデータ量を信号化するビットローディング方法をユーザMSに送信する。最後の第5ステップ410では、サブチャネルを介するペイロードデータの送信を開始する。
図4Bに関して信号伝達の手順は、図4Aの実施形態による信号伝達の手順に似ているが、ステップ404と406が結合されているという点で異なる。これは、例えばユーザ識別子およびチャネル推定に対してパイロットシーケンスを使用し、信号伝達のオーバヘッドを低減することによって実現できる。しかし、特定の信号伝達の結果を得るには、それぞれ異なるサブチャネルを介するパイロットシーケンスが互いに直交している必要がある。
図5はダウンリンクの場合に得られるフレーム構造の例を示している。第1の時間間隔502では、図4のステップ404に示されているように、パイロット信号が送信される。次に、第2の時間間隔504では、ユーザ識別子UIDが(図4のステップ406で示されているように)送信される。次に、第3の時間間隔506では、図4のステップ408に示されているように、ビットローディングBLが実行される。最後に、第4の時間間隔508では、図4のステップ410にしたがって、ペイロードデータが送信される。なお一般的には、パイロットは連続符号化を実行することなく送信される。ただし、連続符号化が、識別子、ビットローディングパラメータおよびデータの送信に必要となる場合もある。
図4Bによる信号伝達の方法を使用する場合、図5Bに示されているように一連のユーザ識別子およびパイロットの組み合わせができる。この方式は、別々になっている信号伝達とは異なり、もはやユーザ識別子およびチャネル推定という2つのステップがなく、ユーザ識別子およびチャネル推定を一体で実行する1つのステップのみとなる。
ユーザが少数の場合には、提案した手順を変更して、第1および第2のステップを単一のステップに結合でき、これにより信号伝達の手順を短縮できる。これは、チャネル推定に使用するパイロットシーケンスの異なる集合を各ユーザに割当てることで達成できる。特定のユーザは、推定のためにユーザ自身のパイロットシーケンスを利用し、送信機は各範囲を介してその範囲が割当てられているユーザに対応するパイロットシーケンスを送信する。パイロットシーケンスが直交するように選択されている場合、ユーザは、受信信号とユーザの既知のパイロットシーケンスとの相関を求めることにより、ユーザに割当てられた範囲だけを推定できる。同じ副搬送波を介して複数の範囲を推定するためにユーザには、受信アンテナの数または送信要素の数のうちいずれか小さい数と同じ数のパイロットシーケンスを与える必要がある。受信信号と送信されていないパイロットシーケンスとの相関を取ることにより得られる推定は、極めて質の悪いチャネルを生成する結果となり、そのチャネルを介すると認識不可能な信号しか受信できないことになる。受信機は後続の段階においてこれらの不正確な推定を破棄することができる。この識別子とパイロット信号の結合の主な欠点は、適度な数のユーザと受信アンテナに対して、事前に多数のシーケンスを割当てる必要があり、これにより直交度を維持するためにシーケンスが極めて長くなることである。
しかし、短いシーケンスに対しては、むしろこの手法が適している。この手法では、パイロットシーケンスは少なくとも、ユーザに割当てられたパイロットシーケンスと同じ長さである。例えば、10人のユーザが存在し、各ユーザがユーザ自身のパイロットシーケンスを割当てられている場合、各パイロットシーケンスは、直交性の基準を満たすために少なくとも10ビットの長さを有する必要がある。
以下においては、数値的な例を用いて、CZF−SESAMを有するマルチユーザ・マルチキャリアMIMOシステムに適用される標準的な手法に関して、本提案の信号伝達の手法の利点を説明する。
送信アンテナt=4、ユーザK=10、各ユーザの受信アンテナr=2、搬送波N=1024であると仮定する。10人のユーザを参照するのに必要なビットの最小数は4である。さらに、ユーザ識別子が2/3のレートで符号化され、QPSKシンボルとして送信されると仮定する。すなわち、ユーザ識別子を送信するためには、3つのシンボルが必要であると仮定する。標準的な手法では、ユーザ識別子が、割当てられた全ての副搬送波および受信重みベクトルによって表わされる空間範囲を有するある参照テーブルよりも前に置かれる(図6参照)。副搬送波の参照は少なくとも10ビットを必要とし、これは、一連のQPSKによって符号化されずに送信される場合、5つのシンボルを形成する。各受信重みベクトルまたは各ビームは、一組の複素数または区間[−1、1]内の同等な4つの実数により表わされる。この区間が16セグメントで量子化される場合、各実数は4ビットで表わされ、したがってQPSKを用いると、重みベクトルを表すには全体で8つのシンボルが必要となる。全ての空間、周波数の範囲が割当てられていると仮定すると、これら範囲全体を参照するのに必要なシンボルの総数は、2×1024×(5+2×8)=43008以上となり、この場合は、全ての副搬送波が少なくとも2つの異なるユーザのテーブル内で参照されることと、所定の搬送波上の特定のユーザに割当てられるビームの最大数は2であることとが考慮されている。この数に対して、ユーザを参照するのに必要なシンボルを加える必要がある。すなわち、全ユーザがある特定の範囲を占めると仮定すると、30シンボルとなる。また、参照テーブル内の全てのビーム領域の終端および各参照テーブルの終端を表わすには、いくつかの追加シンボルが必要となる。さらに各ビーム領域および各参照テーブルの終端には、これらの形式を合わせるために3つのシンボルを追加することを考慮しなければならない。全搬送波が割当てられ、全ユーザがある特定の範囲を有すると考えると、形式を合わせる必要があるシンボルの数は、2×1024×3+10×3=6174以上となる。範囲およびユーザを参照するのに必要なシンボルおよび形式を合わせたシンボルが加えられると、全体で少なくとも49212のシンボルが得られる。これらのシンボルは、標準的な手法において共通信号リンクを介して送信する必要があるものであって情報内容の保守的な推定を構成する。共通信号リンクに対して、フレームの最初にタイムスロットが割当てられ、このリンク内で送信するのに、1024の搬送波を有するOFDM方式を用いると仮定する。共通信号リンクを介して信号伝達シンボルを送信するのに必要なOFDMシンボルの数は、
Figure 2010093825
である。この数に対して、チャネル推定のためにパイロットとして使用されるOFDMシンボルがさらに4つ加えられ、標準的な信号伝達の手法による共通信号リンクを介した信号伝達のために必要な全部で53個のOFDMシンボルが得られる(図7参照)。共通信号リンクでの送信後、最初にパイロットを送信して、受信機が自身に割当てられたチャネルを推定できるようにし、最後にいくつかのシンボルを割当てて、データ送信に使用するビットロードまたは一連の信号を表す必要がある。8つのシンボルおよびビットロードを表わすための2つ以上のシンボルを有するパイロットシーケンスを考えると、標準的な信号伝達手法における全体の信号オーバヘッドは、63個のOFDMシンボルである。共通信号リンクにおけるチャネルの推定に比べて、プレコーディングされたサブチャネルの推定のために長いトレーニングシーケンスを取るのは、共通信号リンクにおいては副搬送波間の相関を利用して推定を改善できるが、CZF−SESAMアルゴリズムから得られるプレコーディングは周波数領域におけるチャネルの相関特性を崩し、結果として推定における同一の質を達成するのにより多くのパイロットが必要となるからである。
前述の新規の信号伝達手法に戻ると、信号伝達のために必要なOFDMシンボルの量は8+3+2=13に減少することが分かる。この計算に関しては、ユーザの参照およびビットロードの表示に必要なパイロットシーケンスの長さおよびシンボルの数は、標準的な手法の場合と同様に選択されると仮定した。この例ではオーバヘッドは約79.4%減少することがわかった。この計算例においては、標準的な手法に好都合である極めて保守的な数値を選択した。さらに、標準的な手法のオーバヘッドは、システムにおけるユーザ数が増加するに伴って増加するが、新規の信号伝達の手法のオーバヘッドは、全てのユーザが参照のために割当てられたシンボルで参照できる限り、ユーザ数に対して一定である。この例に関しては、最初の2つの信号伝達ステップを結合することにより、特定のユーザのパイロットシーケンスのための10個のシンボル、およびビットローディングのための2ビットが得られる。この結果、このオーバヘッドは7.7%に減少する。
ホワイトノイズのシナリオに対しては、当初CZF−SESAMアルゴリズムが提案された。カラーノイズのシナリオに対する簡単な拡張は、受信機の構造内におけるノイズの白色化段階の適用を含んでいる。この種のシナリオでは、前述のダウンリンク信号伝達の概念を簡単に適用できる。唯一の違いは、基地局が物理チャネルではなくシステム内のユーザの利用できるチャネルを知る必要があるということである。TDD方式では、基地局がアップリンク内で利用できるチャネルの推定ができるようにするために、任意のユーザkが、物理チャネルHを介してパイロットを送信する代わりに、行列
Figure 2010093825
を介してパイロットを送信する必要がある。すなわち、パイロットは移動局において、対応する白色化行列の転置行列を用いてプレコーディングする必要がある。これらの利用できるチャネルを介して、基地局はCZF−SESAMアルゴリズムを実行し、ダウンリンクの信号伝達が前述と同様に発生する。しかし、この段階で基地局から送信された情報を正しく検出するためには、移動局は物理チャネルの出力における信号ではなく、白色化フィルタの出力における受信信号を考慮しなければならない。
さらに詳細には、通信チャネルのサブチャネルの決定は、以下に説明するように実行できる。ここでは、チャネルの幾何的特性を利用する。より詳細な解析に関しては、国際特許出願PCT/EP2004/012571に示されている。
国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されている考えは、各ユーザに関連した各ユーザ信号が、互いに直交した異なる部分空間内で送信される場合に、効率的なマルチユーザ送信システムを実現できるという見地に基づいており、この場合本発明に係る通信環境において送信する各ユーザ送信機は、送信のために特定のユーザの特定の部分空間に割当てられる。
デジタル領域におけるユーザ信号が複数の係数を含んでいるという事実に基づき、ベクトルは、そのベクトルの係数が配列されている空間内に配置されたベクトルと見なされる。
例えば3つの係数を含んだユーザ信号は、3次元の空間内に配置されたベクトルと考えることができ、この空間は固有値または特異値に関連付けられた直交固有ベクトルにより範囲が決められている。さらに、固有ベクトルに関連する固有値は、固有ベクトルにより決定される空間方向に関連した減衰係数または増幅係数と考えることができる。
国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されている考えによれば、ユーザ信号はある特定の共通周波数に関連付けされ、これは、信号をマルチキャリアシステムにおける副搬送波に割当てた結果として生じる。ある特定の周波数で信号を送信するために、部分空間をこの特定の周波数に関連する部分空間とすることができる。さらに、国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているアイデアによれば、互いに直交する別の部分空間に別の周波数に関連する別のユーザ信号をマッピングできる。さらに、例えばマルチユーザ送信において、有効帯域幅を効率的に利用できる。これは、同一の周波数帯域が、同一周波数を共有するものの異なる部分空間内で送信される複数ユーザ信号に対して使用できるためである。
本説明において、「部分空間」とは空間の一部を指す。前述の例を再び参照すると、3次元空間に関連付けされた部分空間は、例えば、第1および第2の方向(例えば、x、y成分)に関連付けられた固有ベクトルにより範囲が決まる平面であってもよい。しかし、部分空間は、1つの固有ベクトルにより範囲が決まることもある。この場合には、部分空間は1次元である。一般的に、ある空間に関連付けられた部分空間は、その空間よりも低い次元を有する。
本発明の手法は単純である。これは、公知の幾何的で線形な信号処理方法、例えば回転、射影または選択的な部分空間の処理、例えば、ある特定の部分空間に関連付けられた特定の信号成分だけの処理が実行されるためである。
国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているアイデアは、デジタル信号の幾何的な特性を利用して、マルチユーザ信号の処理と分離の概念を提供するものであり、異なるユーザに関連付けられた異なるユーザ信号は異なる部分空間上に射影され、全ての部分空間は他の全ての部分空間と直交している。
例えば、マルチユーザ信号を第1の受信機と、第1の受信機および基地局から空間的に離れた第2の受信機とに送信するものである本発明の概念を利用する基地局が、第1の受信機で受信する第1のユーザ信号と、第2の受信機で受信する第2のユーザ信号とを処理する。例えば、受信機における効率的なマルチユーザ分離を可能にするために、基地局を国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているアイデアにしたがって構成することにより、第1のユーザ信号を第1の部分空間に射影し、第2のユーザ信号を第2の部分空間に射影し、ここで第2の部分空間は第1の部分空間に直交しており、結果として得られる空間的に分離された信号を重ね合わせて、例えば第1および第2の受信機に対し複数の送信点によって同時に送信される送信信号を得ることができる。それぞれの受信機においてチャネルの影響が完全に除去できる場合第1の受信機は、第2の部分空間を削除する間に、第1の部分空間を取り込むことにより送信信号を受信したものから第1のユーザ信号を抽出することができる。同様に、第2の受信機は第2の部分空間を取得して、第2のユーザ信号を抽出し、第1のユーザ信号を含んだ第1の部分空間を削除することができる。
しかし、通信チャネルすなわち送信機と第1の受信機との間の第1の通信チャネル、および送信機と第2の受信機との間の第2の通信チャネルが互いに直交していない場合は、干渉が発生する可能性がある。この場合には、受信機はチャネルを均等化して干渉を除去し、それぞれの部分空間を取得する。
均等化の概念に加えて、国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているアイデアはさらに、非直交チャネルを処理して、分離された各ユーザ信号を壊す干渉を防ぐ概念を提供している。このとき、ある特定の部分空間だけが選択されている。
チャネルを直交させる代わりに、すなわち第1および第2のユーザ信号に干渉を制御可能に導入し、物理的な通信チャネルを介して送信するときに発生する干渉を消す代わりに、国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているアイデアは、それぞれの「チャネル部分空間」に信号を線形射影することに基づいた概念を提供している。このとき、例えば第1の信号は、送信機と第1の受信機との間にある第1のチャネルの係数により決定される空間の第1の部分空間に射影され、第2のユーザ信号は、送信機と第2の受信機との間にある第2のチャネルの係数により決定される空間の第2の部分空間に射影されている。
言い換えると、各チャネルを直交させる代わりに、互いに直交するある特定の1つの「チャネル部分空間」だけを使用してそれぞれのユーザ信号を送信する。このとき、別の「チャネル部分空間」に対して非直交である「チャネル部分空間」は、そのユーザ信号の送信から除かれる。
例えば、送信機がt個の送信点を含み、各送信点はアンテナを含んでいる。このとき、t個の係数を含んだ送信信号がt個の送信点により同時に送信される。すなわち、送信信号の各係数は異なる送信点により送信される。tが1より大きい場合に結果として得られるチャネルは、各送信点に関連するそれぞれの経路により決定される。したがって、チャネル係数は、複数の列および例えばt個の行、または複数の行および例えばt個の列を含んだ行列を形成するように配置される。
互いに直交する部分空間内の第1のユーザ信号および第2のユーザ信号を送信することにより、それぞれの受信機における本発明に係るユーザ分離を可能にするため、および通信チャネルの非直交性に起因する干渉を低減するために、第1のユーザ信号が射影される第1の部分空間は、第1の通信路行列の係数が配置される空間のある部分空間である。さらに、国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているアイデアによれば、第2の部分空間は、第2の通信路行列の係数が配置される空間のある特定の部分空間である。さらに詳細には第2の部分空間は、第2の部分空間が第1の部分空間に直交するように第2の通信路行列の係数が配置されている空間から選択される。それぞれのチャネルに応じて異なるユーザ信号が直交部分空間に射影されるため、送信信号が非直交チャネルを介して送信される場合でも、干渉は完全になくなるか、または少なくとも減少する。
国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているアイデアはさらに、例えばサービス品質、ビット誤り率、遅延等のある特定の送信要件に応じて、それぞれのユーザに通信リソースを空間的およびユーザによる選択に応じて割当てる可能性を提供する。再び2つのユーザ信号を有する例を参照すると、第1のユーザ信号は第2のユーザ信号より広い帯域幅を必要とする。この場合、第1の部分空間は、第2のユーザ信号の送信に使用される第2の部分補空間よりも大きい範囲を有するように選択される。例えば、部分空間の割当ては、後続の複数のステップで実行される。第1のステップでは、減衰を低減するため、または一般的に第1のユーザ信号の送信に関連した送信要件を満たすため、データ転送速度を増加するために十分大きい範囲を持つ部分空間または大きい固有値に関連する固有ベクトルにより張られる部分空間が選択される。第1および第2の通信チャネルが互いに非直交である可能性があるため、第1の部分空間は、第2のチャネルの係数が配置されている空間と重複する成分を有することがある。したがって、第2の部分空間は、第2のチャネルの係数が配置されている結果として得られる補空間から選択でき、補空間は、第2のチャネルの係数が配置されている空間から第1の部分空間の重複する成分を除いた結果として得られる。
国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているアイデアはさらに、例えば最小チャネル減衰、送信遅延、ユーザ優先度、ビットレート、ビット誤り率等のある特定の送信要件に応じて、それぞれのユーザに通信リソースを空間的かつユーザの選択に応じて割当てる可能性を提供する。
2つのユーザ信号に関する前述の説明を参照すると、第1および第2の部分空間の成分、すなわち第1の部分空間全体にわたる固有ベクトルおよび第2の部分空間全体にわたる固有ベクトルが、後続の反復ステップの間に連続的に決定される。言い換えると、前述の本発明の概念である部分空間を連続的に決定する代わりに、例えば、例として第1または第2の部分空間のいずれかの固有ベクトルを決定してもよい。したがって、選択される固有ベクトルに関連する1つの固有値のある特性を考慮に入れる一方で、例えば、両方の部分空間が互いに直交するように、第1および第2の部分空間を連続的、例えば反復的に決定することができる。したがって、ある特定の部分空間の特性は明示的に考慮に入れることができる。
例えば減衰は、部分空間全体にわたる固有ベクトルに関連する固有値に直接依存するため、部分空間の特性は送信の特性に関連する。この場合、最大の固有値に関連する固有ベクトルを選択することが重要である。例えば、第1の反復ステップにおいて、例えば第1または第2のユーザのために利用できる固有値の中の最大の固有値に関連する固有ベクトルが選択される。したがって、選択された固有ベクトルによって張られた部分空間を、利用できる部分空間から差し引いて後続の反復のために縮小した部分空間を得ることができる。
後続の反復ステップでは、縮小した部分空間に対して特異値分解を行い、固有値およびそれに関連する固有ベクトルを得ることができる。固有ベクトルは縮小した部分空間全体を含んでいる。さらに後続の反復ステップでは、固有値を解析し、例えば、決定した固有値の中の更なる最大値を決定できる。例えば更なる最大固有値は、例としてビット誤り率、サービス品質、遅延等のユーザ要件に応じて、あるいはそれぞれのユーザに対する固有ベクトルの適合性に応じて、第1および第2のユーザに割当てることができる。
後続の反復ステップでは、利用できる部分空間から先に選択された固有ベクトルにより張られた部分空間を差し引き、後続の反復等の基礎として役立つ部分補空間を得ることができる。この反復は、利用できる部分空間に関連付けされた利用できる全ての範囲がユーザに割当てられると停止し、または残りの範囲、例えば小さい固有値、例えば0.01の最大固有値に関連付けることにより、対応する空間方向に対して顕著な減衰を予測できるようにし、結果的にこれらの方向を考慮しなくてよいときに停止する。反復の終了時に、第1のユーザに割当てられた固有ベクトルは第1の部分空間を張り、第2のユーザに割当てられた固有ベクトルは第2の部分空間を張る。各反復において、事前に割当てられている部分空間が、現在利用できる部分空間から差し引かれ、次に、補空間が考慮される。したがって、結果として得られる第1および第2の部分空間の直交関係を常に得ることができる。
本説明において、「直交(orthogonal)」は、部分空間を張る固有ベクトルの理想的で丸め誤差のない決定を実行できる事例に関係する。しかし、固有ベクトルをデジタル処理で計算すると、限定された計算精度だけを達成して、例えば有限のワード長または丸め誤差に起因する直交誤差が発生する。したがって、以下の説明において「直交」は、計算精度に応じて、例えば、例としては(例えば、非直交性に関して)0〜0.001、0〜0.01または0〜0.1に跨る直交範囲内で直交するベクトルに関係する。
したがって、好ましい実施形態においては、本発明に係る信号伝達装置はさらに、第1の重み係数の集合を生成し、第2の重み係数の集合を生成する発生器を備えている。ここで、第1の重み係数の集合を用い第1の受信機に関連する第1のユーザ信号に重み付けして第1の送信信号を得、第2の重み係数の集合を用い第2の受信機に関連する第2のユーザ信号に重み付けして第2の送信信号を得る。
発生器はさらに、空間の第1の部分空間を張るm個の固有ベクトルを計算する計算機を備えている。ここで、mは1以上であり、m個の固有ベクトルが第1の受信機の第1の重み係数の集合を形成している。この計算機はさらに、別の空間の第2の部分空間を張るn個の固有ベクトルを計算する。ここで、第2の部分空間は第1の部分空間に直交しており、nは1以上であり、n個の固有ベクトルは、第2の受信機の第2の重み係数の集合を形成している。この結果第1の送信信号は、第1のユーザ信号の第1の部分空間への射影を表し、第2の送信信号は、第2のユーザ信号の第2の部分空間への射影を表している。
ここで、サブチャネル割当信号発生器は、第1の重み係数の集合を用いて第1のユーザ識別子を送信し、第2の重み係数の集合を用いて第2のユーザ識別子を送信する。
まとめると、新しい信号伝達の概念は、マルチ出力マルチ入力およびマルチキャリアのシステムのユーザに対し、標準的な信号伝達手法の主な欠点を克服するものであるリソース割当て、チャネル状態および送信パラメータに関する必要な情報を提供する。
第1のステップにおいてリソース割当てに関する情報をブロードキャストする代わりに、本発明に係る方法の実施形態では、最初にパイロットシーケンスをプレコーディングされたチャネルを介してブロードキャストすることにより、システム中の全ての受信機がその受信機に割当てられた全ての空間範囲を推定できるようにする。第2のステップでは、ユーザ識別子が各空間範囲を介して送信され、受信機がその受信機自身に割当てられている範囲を認識できるようにする。最後に、ビットローディングなどの送信パラメータが割当てられた各サブチャネルを介して送信される。
この手法は信号をブロードキャストするチャネルが必要ないため、帯域幅を節約できる。パイロットは、割当てられたサブチャネルを推定するために従来の手法で送信する必要があり、したがってパイロットの送信は、標準的な信号伝達方式と比較して追加の帯域幅を必要としない。ユーザ識別子はユーザへのリソース割当てを明らかにし、もっぱらこのために割当てられた追加の帯域幅を表わす。この帯域幅は、信号のブロードキャストチャネルを動作させるのに必要な帯域幅と比較して小さい。さらに、ユーザ識別子がそれぞれの受信機により認識されるため、この情報を用いてチャネル推定を改善できる。
これまで、マルチポイントシステムに関する、本発明を適用できる信号伝達の新しい一般概念を説明してきた。この一般化された手順は、3つのステップで表すことができる。
まず、割当てられたリソースを介して、パイロットシーケンスをブロードキャストするステップである。次に、リソースが割当てられたそれぞれの部分を介して、ユーザ識別子を送信するステップである。さらに、リソースが割当てられたそれぞれの部分を介して、追加の送信パラメータを送信するステップである。
この一般概念は特に、マルチ入力およびマルチ出力を有するマルチポイントシステムに適する。このようなシステムにおいては、P.Tejera,W.Utschick,G.BauchおよびJ.A.Nossekによる、2005年4月のITG/IEEE Workshop on Smart Antennas、Duisburgに掲載された「A Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO」、または国際特許出願PCT/EP2004/012571において記載されている分解アルゴリズムにより、中央ユニットで計算されたリソース割当てを受信端末装置に信号伝達することができる。この信号伝達は、以下のステップを含んでいる。
まず、任意の特定の範囲を介した送信に使用する出力を表わす出力割当行列と、P.Tejera,W.Utschick,G.BauchおよびJ.A.Nossekによる、2005年4月のITG/IEEE Workshop on Smart Antennas、Duisburgに掲載された「A Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO」、または国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているCZF−SESAMアルゴリズムを適用した結果得られるプレコーディング行列とにより形成されるチェーンを介してパイロットシーケンスを送信するステップである。これらのシーケンスは、直交シーケンスまたは任意のシーケンスであってよいが、前者はプレコーディングされたチャネルの推定の際にいくつかの利点を提供する。これらのシーケンスは一般的に、いずれの連続符号化手法も適用することなく送信される。
次に、所定の一連の信号、または連続符号化のうち少なくとも一方を用いて、各サブチャネルを介してユーザ識別子を送信し、干渉を抑制するステップである。
さらに、各サブチャネルを介して、データ送信に使用するビットローディングまたは一連の信号に関する情報を送信するステップである。所定の一連の信号または連続符号化手法のうち少なくとも一方を用いて、この情報を送信し干渉を抑制する必要がある。
あるいは、受信アンテナの数または送信要素の数のうちどちらか小さいほうと同数のパイロットシーケンスの集合を各ユーザに割当てることにより、第1および第2のステップを結合して単一のステップとすることができる。この場合には、P.Tejera,W.Utschick,G.BauchおよびJ.A.Nossekによる、2005年4月のITG/IEEE Workshop on Smart Antennas、Duisburgに掲載された「A Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO」、または国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されている分解アルゴリズムにより、中央ユニットで計算されたリソース割当てを受信端末装置に信号伝達できる。この信号伝達は、以下のステップを含んでいる。
まず、任意の特定の範囲を介して送信するのに使用する出力を表わす出力割当行列と、P.Tejera,W.Utschick,G.BauchおよびJ.A.Nossekによる、2005年4月のITG/IEEE Workshop on Smart Antennas、Duisburgに掲載された「A Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO」、または国際特許出願PCT/EP2004/012571に記載されているCZF−SESAMアルゴリズムを適用した結果得られるプレコーディング行列とにより形成されるチェーンを介して、パイロットシーケンスを送信するステップである。このステップでは、各空間範囲に対して、その空間範囲が割当てられているユーザに対応するシーケンスを選択する必要がある。特定の副搬送波でユーザが2つ以上の範囲が割当てられる場合は、そのユーザに割当てられたシーケンス中の異なるパイロットシーケンスが異なる範囲に対して選ばれなければならない。パイロットシーケンスは、直交シーケンスまたは任意のシーケンスであってよいが、前者はプレコーディングされたチャネルの推定の際にいくつかの利点を提供する。これらのシーケンスは一般的に、どの連続符号化手法も適用することなく送信される。
次に、各サブチャネルを介して、データ送信に使用するビットローディングまたは一連の信号に関する情報を送信するステップである。所定の一連の信号または連続符号化のうち少なくとも一方を用いてこの情報を送信し、干渉を抑制する必要がある。
最後の方法によれば、ユーザに対してどの範囲が割当てられたかは明示的に示されない。しかし、この場合、推定は割当てられたサブチャネルに一致せず、その結果サブチャネルは極めて質が悪いため、受信信号は認識されず、その後受信端末装置はその範囲を破棄できる。
ある特定の実施要件に応じて、本発明に係る方法はハードウェアまたはソフトウェアにより実現できる。これは、デジタル記憶媒体、特に本発明に係る方法を実行するプログラム可能なコンピュータシステムと協調するものであって、電子的に読み取り可能な制御信号を有するディスクまたはCDを用いて実施することができる。したがって一般的に本発明は、コンピュータ読み取り可能な担体に格納されているプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品であり、プログラムコードはコンピュータ上で本発明に係る方法を実行する。したがって言い換えると本発明に係る方法は、コンピュータ上で本発明に係る方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

Claims (11)

  1. 送信機(100)と第1の受信機(102)との間の第1の通信リンクを通信チャネルの第1のサブチャネル(H)に割当てることに関する情報を信号により伝達し、送信機(100)と第2の受信機(104)との間の第2の通信リンクを通信チャネルの第2のサブチャネル(H)に割当てることに関する情報を信号により伝達する装置であって、前記第1および第2のサブチャネル(H、H)は互いに異なるものであり、
    第1のユーザ識別子(ui1)を前記第1のサブチャネル(H)を介して送信し、第2のユーザ識別子(ui2)を前記第2のサブチャネル(H)を介して送信するサブチャネル割当信号発生器(106)を備え、
    前記第1および第2のユーザ識別子(ui1、ui2)は互いに異なるものであり、前記第1のユーザ識別子(ui1)は前記第1の受信機(102)に割当てられ、前記第2のユーザ識別子(ui2)は前記第2の受信機(104)に割当てられるものであり、
    前記サブチャネル割当信号発生器(106)は、第1のユーザ識別子(ui1)として第1のパイロットシーケンスを選択し、第2のユーザ識別子(ui2)として第2のパイロットシーケンスを選択するものであり、前記第1および第2のパイロットシーケンスは互いに直交するものである、
    装置。
  2. 前記通信チャネルがマルチ入力マルチ出力チャネルであり、
    前記サブチャネル割当信号発生器(106)は、第1の空間範囲によって前記第1のサブチャネル(H)を特定し、第2の空間範囲によって前記第2のサブチャネル(H)を特定するものであり、前記第1および第2の空間範囲は互いに異なるものである、請求項1に記載の装置。
  3. 第1の重み係数の集合を生成し、第2の重み係数の集合を生成する発生器をさらに備え、
    前記第1の重み係数の集合は、前記第1の受信機(102)に関連する第1のユーザ信号を重み付けして第1の送信信号を得るために使われ、前記第2の重み係数の集合は、前記第2の受信機(104)に関連する第2のユーザ信号を重み付けして第2の送信信号を得るために使われるものであり、
    前記発生器は計算機を備えており、
    前記計算機は、ある空間の第1の部分空間を張るm個の固有ベクトルを計算するものであって、mは1以上であり、前記m個の固有ベクトルは、前記第1の受信機の前記第1の重み係数の集合を形成しており、
    前記計算機はさらに、別の空間の第2の部分空間を張るn個の固有ベクトルを計算するものであって、前記第2の部分空間は、前記第1の部分空間に直交しており、nは1以上であり、前記n個の固有ベクトルは、前記第2の受信機(104)の前記第2の重み係数の集合を形成しており、
    これにより前記第1の送信信号は、前記第1のユーザ信号の前記第1の部分空間への射影を表し、前記第2の送信信号は、前記第2のユーザ信号の前記第2の部分空間への射影を表すものであり、
    前記サブチャネル割当信号発生器(106)は、前記第1の重み係数の集合を用いて前記第1のユーザ識別子(ui1)を送信し、前記第2の重み係数の集合を用いて前記第2のユーザ識別子(ui2)を送信するものである、請求項1または2に記載の装置。
  4. 前記サブチャネル割当信号発生器(106)は、前記第1および第2のサブチャネル(H、H)の送信特性に関する情報を備え、
    前記サブチャネル割当信号発生器(106)はさらに、前記第1のサブチャネル(H)の送信特性に応じて前記第1のユーザ識別子(ui1)をプレコーディングし、または前記第2のサブチャネル(H)の送信特性に応じて前記第2のユーザ識別子(ui2)をプレコーディングするものである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記第1のサブチャネル(H)と第3のサブチャネルとが、前記送信機(100)と前記第1の受信機(102)との間の前記第1の通信リンクに割当てられており、前記第1および第3のサブチャネルは互いに異なるものであり、
    前記サブチャネル割当信号発生器(106)は、前記第3のサブチャネルを介して前記第1のユーザ識別子(ui1)を送信するものである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
  6. 送信機(100)と第1の受信機(102)との間の第1の通信リンクを通信チャネルの第1のサブチャネル(H)に割当てることに関する情報を信号により伝達し、前記送信機(100)と第2の受信機(104)との間の第2の通信リンクを通信チャネルの第2のサブチャネル(H)に割当てることに関する情報を信号により伝達する方法であって、前記第1および第2のサブチャネル(H、H)は互いに異なるものであり、
    第1のユーザ識別子(ui1)を前記第1のサブチャネル(H)を介して送信し、第2のユーザ識別子(ui2)を前記第2のサブチャネル(H)を介して送信することにより実行されるステップであってサブチャネルの割当てに関する情報を信号により伝達するステップを含んでおり、
    前記第1および第2のユーザ識別子(ui1、ui2)は互いに異なるものであり、
    前記第1のユーザ識別子は(ui1)は前記第1の受信機(102)に割当てられ、前記第2のユーザ識別子(ui2)は前記第2の受信機(104)に割当てられるものであり、
    前記サブチャネルの割当てに関する情報を信号により伝達するステップは、第1のユーザ識別子(ui1)として第1のパイロットシーケンスを選択するステップと、第2のユーザ識別子(ui2)として第2のパイロットシーケンスを選択するステップとを含んでおり、前記第1および第2のパイロットシーケンスは互いに直交するものである、
    方法。
  7. 受信機(102)に割当てられている所定の第1のパイロットシーケンス(ui1)に基づいて、送信機(100)と前記受信機(102)との間の通信リンクを通信チャネルのサブチャネル(H)に割当てることを決定する装置(150)であって、
    前記送信機は、第1のサブチャネルを介して第1のパイロットシーケンスを送信し、第2のサブチャネルを介して第2のパイロットシーケンスを送信するものであり、
    前記第2のサブチャネルは前記第1のサブチャネルと異なるものであり、
    前記第1および第2のパイロットシーケンスは互いに直交するものであり、
    前記サブチャネル(H)からの受信信号と、前記所定の第1のパイロットシーケンスとの相関を求める推定器(152)と、
    前記受信信号と前記第1のパイロットシーケンスとの相関が所定の関係にある場合に、前記送信機(100)と前記受信機(102)との間の前記通信リンクを前記サブチャネル(H)に割当て、前記受信信号と前記第1のパイロットシーケンスとの相関が所定の関係にない場合に、前記送信機(100)と前記受信機(102)との間の前記通信リンクの前記サブチャネル(H)に割り当てない検出器(154)と
    を備える装置。
  8. 前記通信チャネルがマルチ入力マルチ出力チャネルであり、
    前記推定器(152)が、第1の空間範囲によって前記第1のサブチャネル(H)を特定し、第2の空間範囲によって前記第2のサブチャネル(H)を特定するものであり、前記第1および第2の空間範囲は互いに異なるものである、請求項7に記載の装置。
  9. 前記第1のサブチャネル(H)と第3のサブチャネルとが、前記送信機(100)と前記第1の受信機(102)との間の前記通信リンクに割当てられており、前記第1および第3のサブチャネルは互いに異なるものであり、
    前記送信機は、前記第3のサブチャネルを介して前記第1のパイロットシーケンスを送信するものであり、
    前記推定器(152)は、前記第3のサブチャネルからの別の受信信号と前記第1のパイロットシーケンスとの相関を求めるものであり、
    前記検出器(154)は、前記別の受信信号と前記第1のパイロットシーケンスとの相関が所定の関係にある場合に、前記第3のサブチャネルを前記送信機(100)と前記受信機(102)との間の前記通信リンクに割当てるものである、請求項7または8に記載の装置。
  10. 受信機(102)に割当てられている所定の第1のパイロットシーケンスに基づいて、 送信機(100)と前記受信機(102)との間の通信リンクを通信チャネルのサブチャネル(H)に割当てることを決定する方法であって、
    前記第1のパイロットシーケンスは第1のサブチャネルを介して送信され、第2のパイロットシーケンスは第2のサブチャネルを介して送信されるものであり、
    前記第2のサブチャネルは前記第1のサブチャネルとは異なるものであり、
    前記第1および第2のパイロットシーケンスは互いに直交するものであり、
    前記サブチャネル(H)からの受信信号と、前記所定の第1のパイロットシーケンスとの相関を求めるステップと、
    前記受信信号と前記第1のパイロットシーケンスとの相関が所定の関係にある場合に、前記送信機(100)と前記受信機(102)との間の前記通信リンクを前記サブチャネル(H)に割当て、前記受信信号と前記第1のパイロットシーケンスとの相関が所定の関係にない場合に、前記送信機(100)と前記受信機(102)との間の前記通信リンクを前記サブチャネル(H)に割当てないステップと
    を含む方法。
  11. コンピュータ上で請求項6または10に記載の方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
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