JP2010246113A - 無線通信における適応協調伝送方法、システムおよび送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信における適応協調伝送方法、システムおよび送信機を提供する。
【解決手段】本発明に係る方法のプロセスは、協調伝送を行う１つ以上の受信機および１つ以上の送信機を決定し、１つ以上の送信機のうち１つをサービング送信機として設定し、それ以外の送信機を協調送信機として設定し、前記サービング送信機からの協調伝送要求を受信した前記協調送信機は、前記１つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、前記サービング送信機に提供し、各送信機は、決定された協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成して、各受信機に送信することを含む。本発明の方法、システムおよび送信機によれば、セル端ユーザのスペクトル効率をなるべく向上させると共に、比較的に低い実現の複雑度を維持する。
【選択図】図２

Description

本発明は無線通信分野に関し、特に、ＬＴＥ‐Ａシステムの下りリンクに対する適応協調伝送方法、システムおよび送信機に関する。

セルラー通信システムでは、普通、周波数再利用技術を借りてシステム容量を向上させるため、セル間干渉（ＩＣＩ）がセルラー通信システムの性能に影響を与える要因となる（特にセル端ユーザにとって）。多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術は、無線リンクのスペクトル効率を効果的に向上させることができるため、既に３ＧＰＰ ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を含めるＢ３Ｇ無線通信システムの肝心な技術の１つとなっている。しかし、ＭＩＭＯ技術の性能がＩＣＩの影響を受けやすいのである。

ＬＴＥ Ｒｅｌ‐８の規格策定が終了に近づくにつれて、３ＧＰＰは２００８年半ばからＬＴＥ‐Ａの検討作業を開始した。ＬＴＥ‐ＡはＬＴＥの後継進化であり、システム性能（特にセル端ユーザのスペクトル効率）に対してより高い要求を提出した。セル端ユーザのスペクトル効率を向上させるために、ＬＴＥ‐Ａでは、協調伝送技術の導入でＩＣＩの影響に対処することが考えられる。

従来の協調伝送技術に様々な実現方法があり、最も代表的な３種類はそれぞれ、分数周波数再利用（ＦＦＲ：ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｕｓｅ）、シングルユーザ・マルチ基地局統合送信、および完全協調に基づくマルチユーザ・マルチ基地局統合送信である。

ここで、分数周波数再利用は、３ＧＰＰ Ｒ１‐０５０５０７および３ＧＰＰ Ｒ１‐０８１８７３などの提案に開示されている。分数周波数再利用は、静的なものまたは動的なものであってよく、その基本構想として、隣接セルが同一時間周波数リソースで、データを同時に送信することを避けることにより、セル端ユーザに干渉を与えることを回避する。この方法は、実現が簡単で、隣接セルの基地局の間でデータおよび送信機側のチャネル状態情報（ＣＳＩＴ）を共有する必要がない。しかし、隣接セルの基地局の送信電力を十分に利用することができないため、特にＳＮＲが比較的に低い場合、分数周波数再利用はスペクトル効率の低下につながる。

シングルユーザ・マルチ基地局統合送信は、３ＧＰＰ Ｒ１‐０８３８７０および３ＧＰＰ Ｒ１‐０８４１７３などの提案に開示されている。当該方法の基本構想として、隣接セルが同一時間周波数リソースで、特定方式によって単一のユーザに対してデータを同時に送信して、伝統的なＩＣＩを有用信号に転化する。この方法も、隣接セルの基地局の間でＣＳＩＴを共有する必要がないが、基地局およびユーザのマルチアンテナによる空間自由度を十分に利用することができないため、特にＳＮＲが比較的に高い場合、スペクトル効率の低下につながる。

完全協調に基づくマルチユーザ・マルチ基地局統合送信は、３ＧＰＰ Ｒ１‐０８４４８２および３ＧＰＰ Ｒ１‐０９０６０１などの提案に開示されている、理論的に最適性能を持ち、複数のセルの基地局を統合して、より大規模の送信アンテナアレイを構成し、同一時間周波数リソースで複数のユーザにサービスを同時に提供することができる。しかし、この方法は、隣接セルの基地局がデータおよびＣＳＩＴを中央ノードに報告して統合処理を行うよう要求するため、実現の複雑度が非常に高い。これは、非常に高いフィードバックシグナリングオーバーヘッドおよび処理遅延につながり、一方、当該中央ノード自身の実現の複雑度も非常に高くなる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、無線通信における適応協調伝送方法、システムおよび送信機を提供する。

本発明の解決手段は具体的に下記のように実現される。

無線通信における適応協調伝送方法であって、協調伝送を行う１つ以上の受信機および１つ以上の送信機を決定し、前記１つ以上の送信機のうち１つをサービング送信機として設定し、それ以外の送信機を協調送信機として設定し、前記サービング送信機からの協調伝送要求を受信した前記協調送信機は、前記１つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、前記サービング送信機に提供し、各送信機は、決定された協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成して、各受信機に送信する、ことを含む。

前記１つ以上の受信機を決定することは、前記サービング送信機がセル端ユーザに対してマルチユーザスケジューリングを行い、前記セル端ユーザから前記１つ以上の受信機を選出する、ことを含む。

前記協調伝送モードを決定することは、前記協調送信機が、前記信号測定パラメータに基づいて、信号対干渉比（ＳＩＲ）および信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出し、前記算出されたＳＩＲとＳＩＲ閾値との関係、および前記算出されたＳＮＲとＳＮＲ閾値との関係に基づいて、相応の協調伝送モードを選択する、ことを含む。

前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成することは、各送信機が、ビーム形成方法を決定し、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔ（ｒ＝１，・・・，Ｒ、ｔ＝１，・・・，Ｔ、ここで、Ｔは送信機の数を表し、Ｒは受信機の数を表す）を設定し、選択された協調伝送モードに基づいて、各受信機に対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定し、式

によって、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームＤ_ｔを生成することを含み、ここで、前記ビーム形成パラメータＶ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、前記サブデータストリームｄ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームである。

前記算出されたＳＩＲとＳＩＲ閾値との関係、および前記算出されたＳＮＲとＳＮＲ閾値との関係に基づいて、相応の協調伝送モードを選択することは、前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値より小さく、かつ前記算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値より大きい場合、動的ＦＦＲモードを選択し、前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値以上であり、かつ前記算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値以上である場合、マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードを選択し、前記マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が異なるように設定し、上記以外の場合、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重モードまたはマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードを選択し、前記マルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が同じになるように設定する、ことを含む。

前記ビーム形成方法は、ゼロフォーシング（ＺＦ）アルゴリズム、または信号対漏洩雑音比（ＳＬＮＲ）アルゴリズムである。

前記各送信機が、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔを設定することは、ｒ番目の受信機に対して、Ｈ_ｒｔの１つ以上の固有チャネル方向ベクトルを、ｔ番目の送信機から他の受信機への空間チャネル行列の零空間に射影し、相応の固有値を用いて各固有チャネル方向ベクトルの射影を重み付けして、該固有チャネル方向ベクトルの射影の重み付けされた値を得、その中から、重み付けされた値が最大となる１つの固有チャネル方向ベクトルの射影を選出し、選出された固有チャネル方向ベクトルの射影に基づいて、ビーム形成パラメータＶ_ｒｔを決定する、ことを含み、ここで、Ｈ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機への伝送チャネル特性を表す。

当該方法において、協調伝送要求を受信した前記協調送信機は、協調伝送に参加するかどうかを判断し、参加する場合、さらに、協調伝送モードを決定し、参加しない場合、協調伝送拒絶メッセージを前記サービング送信機に送信する、ことをさらに含む。

当該方法において、前記協調送信機が各受信機へ問合せ指令を送信し、前記各受信機が自分の信号測定パラメータを前記協調送信機に送信し、または、前記各受信機が自分の信号測定パラメータを周期的に前記協調送信機に報告する、ことをさらに含む。

当該方法において、ｒ番目の受信機が信号ｙ_ｒを受信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）検出を用いてデータ復元を行うことをさらに含み、ここで、

であり、Ｈ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機への伝送チャネル特性を表し、次元数がｎ_ｒ×ｎ_ｔであり、Ｖ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、次元数がｎ_ｔ×１またはｎ_ｔ×ｎ_ｒであり、ｄ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームであり、スカラーまたは次元数ｎ_ｒ×１のベクトルであり、ｗ_ｒは、ｒ番目の受信機の雑音であり、次元数がｎ_ｒ×１であり、ｙ_ｒは、ｒ番目の受信機の受信信号であり、次元数がｎ_ｒ×１であり、ｒ番目の受信機のアンテナ数はｎ_ｒであり、ｔ番目の送信機のアンテナ数はｎ_ｔである。

前記送信機が基地局または中継ノードである。

無線通信における適応協調伝送システムであって、協調伝送を行う１つ以上の受信機および１つ以上の送信機を含み、そのうち、１つの送信機がサービング送信機として設定され、それ以外の送信機が協調送信機として設定され、前記協調送信機は、前記サービング送信機からの協調伝送要求を受信し、前記１つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、前記サービング送信機に提供し、前記送信機の各々は、決定された協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成して、各受信機に送信する。

前記協調送信機は、前記信号測定パラメータに基づいて、信号対干渉比（ＳＩＲ）および信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出し、前記算出されたＳＩＲとＳＩＲ閾値との関係、および前記算出されたＳＮＲとＳＮＲ閾値との関係に基づいて、相応の協調伝送モードを選択する。

前記送信機の各々は、ビーム形成方法を決定し、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔ（ｒ＝１，・・・，Ｒ、ｔ＝１，・・・，Ｔ、ここで、Ｔは送信機の数を表し、Ｒは受信機の数を表す）を設定し、選択された協調伝送モードに基づいて、各受信機に対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定し、式

によって、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームＤ_ｔを生成し、ここで、前記ビーム形成パラメータｖ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、前記サブデータストリームｄ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームである。

前記協調送信機は、前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値より小さく、かつ前記算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値より大きい場合、動的ＦＦＲモードを選択し、前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値以上であり、かつ前記算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値以上である場合、マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードを選択し、上記以外の場合、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重モードまたはマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードを選択し、ここで、前記マルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が同じになるように設定し、前記マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が異なるように設定する。

前記協調送信機は、さらに、協調伝送要求を受信した後に、協調伝送に参加するかどうかを判断し、参加する場合、さらに、協調伝送モードを決定し、参加しない場合、協調伝送拒絶メッセージを前記サービング送信機に送信する。

前記受信機は、さらに、信号ｙ_ｒを受信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）検出を用いてデータ復元を行い、ここで、

であり、Ｈ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機への伝送チャネル特性を表し、次元数がｎ_ｒ×ｎ_ｔであり、ｖ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、次元数がｎ_ｔ×１またはｎ_ｔ×ｎ_ｒであり、ｄ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームであり、スカラーまたは次元数ｎ_ｒ×１のベクトルであり、ｗ_ｒは、ｒ番目の受信機の雑音であり、次元数がｎ_ｒ×１であり、ｙ_ｒは、ｒ番目の受信機の受信信号であり、次元数がｎ_ｒ×１であり、ｒ番目の受信機のアンテナ数はｎ_ｒであり、ｔ番目の送信機のアンテナ数はｎ_ｔである。

送信機であって、１つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、協調伝送要求の送信元である第２の送信機に提供する協調モード決定手段と、決定された協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成して、各受信機に送信するデータストリーム生成手段と、を含む。

当該送信機は、協調伝送要求を受信した後に、協調伝送に参加するかどうかを判断し、参加する場合、さらに、協調伝送モードを決定し、参加しない場合、協調伝送拒絶メッセージを前記第２の送信機に送信する協調伝送判断手段をさらに含む。

前記データストリーム生成手段は、ビーム形成方法を決定し、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔ（ｒ＝１，・・・，Ｒ、ｔ＝１，・・・，Ｔ、ここで、Ｔは送信機の数を表し、Ｒは受信機の数を表す）を設定し、選択された協調伝送モードに基づいて、各受信機に対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定し、式

によって、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームＤ_ｔを生成し、ここで、前記ビーム形成パラメータｖ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、前記サブデータストリームｄ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームである。

前記協調モード決定手段は、算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値より小さく、かつ算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値より大きい場合、動的ＦＦＲモードを選択し、前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値以上であり、かつ前記算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値以上である場合、マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードを選択し、上記以外の場合、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重モードまたはマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードを選択し、ここで、前記マルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が同じになるように設定し、前記マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が異なるように設定する。

上記の解決手段からわかるように、本発明に係る適応協調伝送方法、システムおよび送信機によれば、協調送信機とサービング送信機とが区別されて、協調送信機とサービング送信機との間で簡単なやりとりが行われ、部分協調を借りてＭＩＭＯ協調伝送を実現し、複数の送信機の間でＣＳＩＴを共有する必要がない。これにより、セル端ユーザのスペクトル効率をなるべく向上させると共に、比較的に低い実現の複雑度を維持する。

また、異なるチャネル条件では、異なる協調伝送技術が、異なる性能を有する。本発明に係る方法、システムおよび送信機によれば、チャネル条件に基づいて適切な協調伝送モードを適応的に選択して、最適性能を得ることができる。さらに、チャネル条件が変化すると、協調伝送モードもそれに応じて調整されることで、データ伝送の性能を維持することができる。

本発明の実施例に係る多送信機多受信機のＭＩＭＯ協調伝送システムを示す図である。 本発明の実施例に係る適応ＭＩＭＯ協調伝送のフローチャートである。 本発明の実施例に係る適応協調モード選択のフローチャートである。 本発明の実施例に係るＺＦ規則を採用する際の異なる協調伝送モードでの総容量の比較を示す図である。 本発明の実施例に係るＳＬＮＲ規則を採用する際の異なる協調伝送モードでの総容量の比較を示す図である。

本発明の目的、解決手段およびメリットをさらに明確にするために、以下、図面を参照して実施例を挙げながら、本発明をさらに詳しく説明する。

本発明の１つの実施例に係る伝送システムは、図１に示すように、２つの送信機と２つの受信機の場合が考えられる。ここで、送信機は基地局であり、受信機はユーザであり、そのうちの１つの基地局をサービング基地局（ｅＮＢ１）として決定し、もう１つの基地局を協調基地局（ｅＮＢ２）として決定する。仮に、各基地局ごとに４つのアンテナが設けられ、各ユーザごとに２つのアンテナが設けられ、複信方式は時分割複信（ＴＤＤ）であり、無線チャネルは、基地局が理想的なＣＳＩＴを得られるように、準静的に維持されるとする。図１に示すＭＩＭＯ協調伝送システムでは、２つのユーザＵＥ１とＵＥ２の受信信号が数式１に示す通りである。

[数式１]
ｙ_１＝Ｈ_１１（ｖ_１１ｄ_１１＋ｖ_２１ｄ_２１）＋Ｈ_１２（ｖ_１２ｄ_１２＋ｖ_２２ｄ_２２）＋ｗ_１
ｙ_２＝Ｈ_２１（ｖ_１１ｄ_１１＋ｖ_２１ｄ_２１）＋Ｈ_２２（ｖ_１２ｄ_１２＋ｖ_２２ｄ_２２）＋ｗ_２

ここで、ｙ_ｒは、ｒ番目（ｒ＝１，２）の受信機の受信信号であり、次元数２×１のベクトルである。

_ｗｒは、ｒ番目（ｒ＝１，２）の受信機の雑音であり、次元数２×１のベクトルである。

_Ｈｒｔは、次元数２×４のチャネル行列であり、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機への伝送チャネル特性を表し、ここで、ｒ＝１，２； ｔ＝１，２である。

ｖ_ｒｔは、ビーム形成パラメータであり、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、ここで、ｒ＝１，２； ｔ＝１，２である。当該ビーム形成パラメータは、次元数４×１のビーム形成ベクトル、または、次元数４×２のビーム形成行列であってよい。

_ｄｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリーム（ｒ＝１，２； ｔ＝１，２）であり、スカラーまたは次元数２×１のベクトルである。

受信機の雑音を考慮しない場合、即ちＷ_ｒがゼロベクトルである場合、数式１を以下のように簡略化することができる。

[数式２]
ｙ_１＝Ｈ_１１（ｖ_１１ｄ_１１＋ｖ_２１ｄ_２１）＋Ｈ_１２（ｖ_１２ｄ_１２＋ｖ_２２ｄ_２２）
ｙ_２＝Ｈ_２１（ｖ_１１ｄ_１１＋ｖ_２１ｄ_２１）＋Ｈ_２２（ｖ_１２ｄ_１２＋ｖ_２２ｄ_２２）

説明すべきところとして、本発明の方法は、上記以外のアンテナ配置、例えば、基地局に８つのアンテナが設けられ、ユーザに２つのアンテナが設けられ、または、基地局に８つのアンテナが設けられ、ユーザに４つのアンテナが設けられるなどのアンテナ配置にも適用される。また、送信機は基地局に限定されず、例えば、送信機能を持つ他のネットワークノード（例えば、中継ノードなど）であってよい。なお、本方法は、周波数分割複信（ＦＤＤ）システムにも適用される。この場合、基地局がＣＳＩＴを得る方式は、ＴＤＤシステムと異なる。

多送信機多受信機のＭＩＭＯ協調伝送システムでは、送信機の数はＴ≧２であり、受信機の数はＲ≧２である。図１では、Ｔ＝２，Ｒ＝２の場合のみを例として説明する。もちろん、他の場合に対して、受信信号を算出する際に、数式１または数式２を参照するようにしてよい。例えば、Ｔ＝２，Ｒ＝３の場合、数式２を参照すると、ユーザ１、２、３の受信信号はそれぞれ以下の通りである。

ｙ_１＝Ｈ_１１（ｖ_１１ｄ_１１＋ｖ_２１ｄ_２１＋ｖ_３１ｄ_３１）＋Ｈ_１２（ｖ_１２ｄ_１２＋ｖ_２２ｄ_２２＋ｖ_３２ｄ_３２）
ｙ_２＝Ｈ_２１（ｖ_１１ｄ_１１＋ｖ_２１ｄ_２１＋ｖ_３１ｄ_３１）＋Ｈ_２２（ｖ_１２ｄ_１２＋ｖ_２２ｄ_２２＋ｖ_３２ｄ_３２）
ｙ_３＝Ｈ_３１（ｖ_１１ｄ_１１＋ｖ_２１ｄ_２１＋ｖ_３１ｄ_３１）＋Ｈ_３２（ｖ_１２ｄ_１２＋ｖ_２２ｄ_２２＋ｖ_３２ｄ_３２）

ここからわかるように、受信機をＲ（Ｒ≧２）個に拡張した後に、数式１を参照すると、各受信機の受信信号は以下の通りである。

ここで、ｒ番目のユーザの受信アンテナ数をｎ_ｒとして、ｔ番目のｅＮＢの送信アンテナ数をｎ_ｔとすると、Ｈ_ｒｔの次元数はｎ_ｒ×ｎ_ｔであり、ｖ_ｒｔの次元数はｎ_ｔ×１またはｎ_ｔ×ｎ_ｒであり、ｄ_ｒｔはスカラーまたは次元数ｎ_ｒ×１のベクトルであり、ｙ_ｒの次元数はｎ_ｒ×１であり、ｗ_ｒの次元数はｎ_ｒ×１である。また、ＵＥでＭＩＭＯ検出を実現できるために、以下の数式を満たすべきである。

ｎ_ｒ≧Ｃａｒｄｉｎａｌｉｔｙ（ｄ_ｒ１）＋Ｃａｒｄｉｎａｌｉｔｙ（ｄ_ｒ２）
即ち、各ＵＥで受信されたデータストリーム数はそのアンテナ数以下である。

図２は、本発明の実施例に係る適応協調伝送のプロセスを示す。当該プロセスは、以下のようなステップを含む。

ステップ２００で、ＭＩＭＯ協調伝送に参加する２つの基地局ｅＮＢ１とｅＮＢ２とを決定して、そのうちの１つの基地局をサービング基地局（ｓｅｒｖｉｎｇ ｅＮＢ）として設定し、もう１つの基地局を協調基地局（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅＮＢ）として設定する。

具体的に、セル端ユーザの所属状況によって、サービング基地局と協調基地局とを設定するようにしてよい。例えば、セル端ユーザがｅＮＢ１のカバーエリアに属すると、ｅＮＢ１をサービング基地局として決定する。

ステップ２０１で、サービング基地局は、セル端ユーザに対してマルチユーザスケジューリングを行い、所定のリソースブロック（ＲＢ）で２つ以上のユーザに対してサービスを同時に提供する。本実施例では、サービング基地局は、２つのユーザ、即ち、ユーザ１（ＵＥ１）とユーザ２（ＵＥ２）に対してサービスを同時に提供することを仮定する。

当該ステップのマルチユーザスケジューリングは、従来のマルチユーザスケジューリングアルゴリズムによって実現されるようにしてよく、ここで説明を省略する。

ステップ２０２で、サービング基地局は協調基地局へ協調伝送要求（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔ）を送信する。

ステップ２０３で、協調基地局は今回の協調伝送に参加するかどうかを判断する。拒絶する場合、ステップ２０４に進む。受け付ける場合、ステップ２０５に進む。

具体的に、協調基地局は、適切な時間周波数リソースを有するかどうか、協調伝送をサポートする機能を持つかどうかなどのような自身の状況によって、今回の協調伝送に参加するかどうかを決定するようにしてよい。

ステップ２０４で、協調基地局はサービング基地局へ応答を送信して、協調伝送の拒絶を明確に通知し、プロセスを終了する。

ステップ２０５で、協調基地局は、２つのスケジューリングされるユーザへ問合せ指令をそれぞれ送信する。

ステップ２０６〜２０７で、スケジューリングされるユーザは、問合せ指令を受信し、自分の信号測定パラメータを取得して協調基地局に報告する。

具体的に、２つのスケジューリングされるユーザは、それぞれの雑音電力δ^２を測定して、協調基地局に報告する。さらに、２つのスケジューリングされるユーザは、協調基地局にＣＳＩＴを取得させるための上り測定パイロット（ＳＲＳ）を協調基地局に送信するようにしてよい。

具体的に実現する際に、セル端ユーザはそのパラメータを周期的に複数の隣接基地局に報告することができるため、ステップ２０５〜２０７のプロセスが選択可能なものである。

ステップ２０８で、協調基地局は、信号測定パラメータに基づいてＳＩＲおよびＳＮＲを算出し、これにより適応協調モードの選択を行う。

ステップ２０９で、協調基地局は、協調伝送応答（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を介して、選定された適応協調モードをサービング基地局に通知する。

ステップ２１０で、サービング基地局および協調基地局は、所定のビーム形成方法によって、それぞれ各自のセル内で、２つのスケジューリングされるユーザに対して、所定のリソースブロック（ＲＢ）でマルチユーザビーム形成を行い、選択された協調伝送モードに基づいて、２つのスケジューリングされるユーザに対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定して、数式

によって、サービング基地局（ｔ＝１）または協調基地局（ｔ＝２）に対応する総データストリームＤ_ｔ；ｔ＝１，２を生成する。

説明すべきところとして、通信プロセス中の協調モードの変化をサポートするために、協調基地局は、ＳＩＲおよびＳＮＲを周期的に算出して、これにより適応モードの選択を改めて行うようにしてよい。このように、協調基地局がＵＥへ問合せ指令を周期的に送信して、雑音電力やＳＲＳなどの信号測定パラメータを取得すること、または、ＵＥが雑音電力やＳＲＳなどを周期的に報告することが必要になる。協調モードの変化を発見したときに、協調基地局は、サービング基地局へ協調モード変更シグナリングを送信して、協調モードの変更を要求する。サービング基地局が協調モード変更シグナリングを受信した後に、両者は同時に新しい協調モードを用いてデータ伝送を行う。もちろん、無線チャネルが準静的なものである場合、決定された協調モードは、１回の伝送プロセス中に別途変更しなくてもよい。

具体的に、当該ステップ２１０に係るビーム形成方法は以下の通りであってよい。

１．ゼロフォーシング（ＺＦ）アルゴリズム。当該アルゴリズムでは、特定のｖ_ｒｔを選択することによって、ｔ番目の送信機側で、ｒ番目の受信機による他の受信機への干渉を完全に除去する。

例えば、図１のシステムモデルを参照すると、ｖ_２１を選択する際に、Ｈ_１１の零空間から１つのベクトルをランダムに選択して、Ｈ_１１とｖ_２１とを直交させるだけでよい。具体的に、Ｈ_１１を特異値分解して、

を得ることができ、ここで、Ｌ_１１は次元数２×２の左特異行列であり、

は次元数２×４の対角行列（Ｈ_１１の次元数と同じ）であり、

は次元数４×４の右特異行列である。ここで、

は固有値である。このように、

にすると、ｅＮＢ１の属するセル内のユーザ２によるユーザ１への干渉を除去することができる。ｖ_１１について、Ｈ_２１の零空間から、Ｈ_２１とｖ_１１とを直交させるベクトルを選択する必要がある。そのため、１番目の送信機側でＺＦアルゴリズムを用いてビーム形成を行うことは即ち、Ｈ_１１およびＨ_２１を特異値分解して、ｖ_２１およびｖ_１１を決定することである。

説明すべきところとして、ＺＦ規則にとって、多送信機多受信機（ＭＴＭＲ）協調伝送を行う場合、条件

を満たすべきである。

２．信号対漏洩雑音比（ＳＬＮＲ）アルゴリズム。当該アルゴリズムは、現在のユーザの有用信号電力と、他のユーザへの干渉と雑音電力との和との比値を最大化するものであり、その具体的な原理について、従来技術で記載されているため、ここで説明を省略する。

図１のシステムモデルを参照すると、ｖ_２１の選択を例として、ＳＬＮＲアルゴリズムによって、

を決定する。即ち、行列の最大固有値に対応する固有ベクトルを選出してビーム形成ベクトルとする。

３．ローカル最適化に基づくＺＦアルゴリズム。当該アルゴリズムは、ＺＦアルゴリズムを改善したものである。ＭＩＭＯでは空間自由度を増加できることを考慮すると、送信機側で現在のユーザによる他のユーザへの干渉を完全に除去すると共に、なるべく現在のユーザの無線チャネルの固有方向に沿ってデータを送信することにより、有効伝送信号の電力を向上させることができる。

例えば、ｒ番目の受信機に対して、Ｈ_ｒｔの１つ以上の固有チャネル方向ベクトルを、ｔ番目の送信機から他の受信機への空間チャネル行列の零空間に射影する。受信機の数が２である場合、そのうちの１つの受信機（例えば、受信機１）に対して、Ｈ_ｌｔの固有チャネル方向ベクトルを、ｔ番目の送信機から受信機２への空間チャネル行列の零空間に射影するのである。受信機の数が２より多い場合、ｔ番目の送信機から他の全ての受信機への統合空間チャネル行列を得ることができ、Ｈ_ｌｔの固有チャネル方向ベクトルは、当該統合空間チャネル行列の零空間に射影するのである。その後、相応の固有値を用いて各固有チャネル方向ベクトルの射影を重み付けして、その重み付けされた値を得、その中から、重み付けされた値が最大となる１つの固有チャネル方向ベクトルの射影を選出する。最後に、選出された固有チャネル方向ベクトルの射影に基づいて、ビーム形成パラメータｖ_ｒｔを決定する。具体的に、重み付けされた値が最大となる固有チャネル方向ベクトルの射影に対して絶対値正規化処理を行って、ビーム形成パラメータｖ_ｒｔとして設定する。

図１のシステムモデルを参照しながら、ｖ_２１の選択を例として、ローカル最適化に基づくＺＦを説明する。具体的に、ｖ_２１の選択プロセスは以下の通りである。

（１） Ｈ_２１を特異値分解して、

を得る。

（２）

の零空間にそれぞれ射影して、現在のユーザによる他のユーザへの干渉を完全に除去し、相応の特異値を用いて重み付けされた値の比較的に大きいベクトルを選出し、そのベクトルの上付き文字が

である。

（３）数式

によってｖ_２１を得、ここで、

であり、正規化因子

である。

説明すべきところとして、ステップ２１０では、サービング基地局および協調基地局は任意のマルチユーザビーム形成アルゴリズムを用いるようにしてよく、当該アルゴリズムは従来のものまたは改善されたものであってよい。しかし、実現の複雑度から考慮すると、線形ビーム形成方法（例えば、ＺＦやＳＬＮＲなど）がプロセスの実現にとってより適切なものであるため、具体的に実現する際に、それを優先的に選択してもよい。なお、サービング基地局と協調基地局とは、異なるビーム形成方法を用いるようにしてもよいが、実現の複雑度から考慮すると、同じビーム形成方法を用いるのがもっと簡単になる。

ステップ２１１で、各スケジューリングされるユーザ（即ち、ＵＥ１またはＵＥ２）は、所定のリソースブロック（ＲＢ）で、２つのセルからのデータストリームをそれぞれ受信して、従来のＭＩＭＯ検出技術を借りてデータ復元を行い、プロセスを終了する。

説明すべきところとして、ステップ２０３および２０４では、協調基地局によって、サービング基地局で開始された協調伝送に参加するかどうかを決定することは、選択可能である。即ち、協調伝送要求を受信した協調基地局は、協調伝送に参加するかどうかを別途に判断せずに、各スケジューリングされるユーザへ問合せ指令を送信するステップ２０５を直接に実行し、または、ステップ２０８を直接に実行するようにしてよい。

図２に示すプロセスでは、ステップ２０８の具体的な実現は以下の通りである。

（１）２つのスケジューリングされるユーザのＳＮＲ、およびこの２つのユーザの間のＳＩＲを算出する。具体的に、

である。ここで、ＳＮＲは各基地局の電力が正規化されたものであり、即ち、当該ＳＮＲは各基地局の送信電力を１と見なして換算されたものである。一般的に、スケジューリングされるユーザのＳＮＲが比較的に接近するため、区別しなくてもよい。

（２）予め設定されたＳＩＲ閾値およびＳＮＲ閾値に基づいて、いずれの協調伝送モードを使用するかを決定する。

本発明に係る協調伝送モードは、動的ＦＦＲ（Ｄｙｎａｍｉｃ ＦＦＲ）と、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重（ＪＴ‐ＳＵ）と、多送信機多受信機マクロダイバーシティ（ＭＴＭＲ ＭＤ：Ｍｕｌｔｉ‐Ｔｘ Ｍｕｌｔｉ‐Ｒｘ ｍａｃｒｏ‐ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）と、多送信機多受信機空間多重（ＭＴＭＲ ＳＭ：Ｍｕｌｔｉ‐Ｔｘ Ｍｕｌｔｉ‐Ｒｘ ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と、を含む。

本発明の具体的な実現では、表１に示すように、選択用のモードＡ、モードＢ、およびモードＣを設定してもよい。

これらの協調伝送モードの間の相違点は、主にｄ_ｒｔの割当の変化にある。ここで、Ｄｙｎａｍｉｃ ＦＦＲおよびＪＴ‐ＳＵは従来技術である。具体的に実現する際に、Ｄｙｎａｍｉｃ ＦＦＲのｄ１２＝ｄ２２＝０であり、ＪＴ‐ＳＵのｄ２１＝ｄ２２＝０である。つまり、Ｄｙｎａｍｉｃ ＦＦＲはＭＴＭＲをＳＴＭＲに簡略化したものであり、ＪＴ‐ＳＵはＭＴＭＲをＭＴＳＲに簡略化したものである。ＭＴＭＲ ＭＤでは、ｄ_ｒｔの割当は以下の通りであり、ｄ１１＝ｄ１２、ｄ２１＝ｄ２２（即ち、ｄｒ１とｄｒ２が同じになるように設定）である。ＭＴＭＲ ＳＭでは、ｄ_ｒｔの割当は以下の通りであり、即ち、ｄｒ１とｄｒ２が異なるように設定する。

図３からわかるように、モードＡは、算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値（ＳＩＲ＿Ｔｈ）より小さく、かつ算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値（ＳＮＲ＿Ｔｈ１）より大きい場合、即ち、ＳＩＲ＜ＳＩＲ＿ＴｈかつＳＮＲ＞ＳＮＲ＿Ｔｈ１の場合に適用する。モードＣは、算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値（ＳＩＲ＿Ｔｈ）以上であり、かつ算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値（ＳＮＲ＿Ｔｈ２）以上である場合、即ち、ＳＩＲ≧ＳＩＲ＿ＴｈかつＳＮＲ≧ＳＮＲ＿Ｔｈ２の場合に適用する。モードＢは、ＳＩＲ＜ＳＩＲ＿ＴｈかつＳＮＲ≦ＳＮＲ＿Ｔｈ１、またはＳＩＲ≧ＳＩＲ＿ＴｈかつＳＩＲ＜ＳＩＲ＿Ｔｈ２という２つの場合に適用する。もちろん、臨界点のモードは、比較的に柔軟に選択することができる。例えば、臨界点ＳＩＲ＝ＳＩＲ＿ＴｈかつＳＮＲ＝ＳＮＲ＿Ｔｈ１の場合、モードＡまたはモードＢを用いるようにしてよい。臨界点ＳＩＲ＝ＳＩＲ＿ＴｈかつＳＮＲ＝ＳＮＲ＿Ｔｈ２の場合、モードＣまたはモードＢを用いるようにしてよい。なお、モード判断を行うためのＳＮＲは、ユーザ１の信号測定パラメータに基づいて算出されたものであってよく、ユーザ２の信号測定パラメータに基づいて算出されたものであってよく、ユーザ１とユーザ２の信号測定パラメータの平均値に基づいて算出されたものであってもよい。表１からわかるように、基地局で用いられるビーム形成方法と協調伝送モードとは相関するものであってよい。例えば、決定された協調伝送モードはＪＴ‐ＳＵ ＳＭであると、ＺＦまたはＳＬＮＲアルゴリズムを用いてビーム形成を行う。決定された協調伝送モードはＭＴＭＲ ＭＤであると、ＳＬＮＲアルゴリズムを用いてビーム形成を行う。なお、異なるビーム形成方法によって、ＳＩＲ閾値およびＳＮＲ閾値の値も異なり、具体的な値は、シミュレーションおよびテストデータによって得られる。

図２に示す実施例では、送信機の数Ｔは２である。さらに、２つ以上の送信機を用いてデータの協調伝送を行うようにしてよい。このような場合、複数の協調基地局からフィードバックされた協調モードが異なると、サービング基地局はその中から１つを選出して自局の協調モードとする。このとき、異なる協調基地局で異なる協調モードを用いることを許可し、または、サービング基地局は自局で選択された協調モードを全ての協調基地局に通知して、全ての協調基地局で統一に当該協調モードを用いることを要求するようにしてよい。

さらに、本発明に係る実施例は、無線通信における適応協調伝送システムを提供している。当該システムは、協調伝送を行う１つ以上の送信機および１つ以上の受信機を含み、

そのうち、１つの送信機がサービング送信機として設定され、それ以外の送信機が協調送信機として設定される。前記協調送信機は、前記サービング送信機からの協調伝送要求を受信し、前記１つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、前記サービング送信機に提供する。

協調伝送モードを決定した後に、送信機の各々（協調送信機とサービング送信機とを含む）は、当該協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームを生成して、各受信機に送信する。

具体的に、当該協調送信機は、前記信号測定パラメータに基づいて、前記１つ以上の受信機の間の信号対干渉比（ＳＩＲ）および信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出し、算出されたＳＩＲとＳＩＲ閾値との関係、および算出されたＳＮＲとＳＮＲ閾値との関係に基づいて、相応の協調伝送モードを選択する。

具体的に、送信機の各々は、ビーム形成方法を決定し、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔ（ｒ＝１，・・・，Ｒ、ｔ＝１，・・・，Ｔ、ここで、Ｔは協調伝送に参加する送信機の数を表し、Ｒは協調伝送に参加する受信機の数を表す）を設定し、選択された協調伝送モードに基づいて、各受信機に対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定し、式

によって、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームＤ_ｔを生成する。

ここで、前記ビーム形成パラメータｖ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、前記サブデータストリームｄ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームである。

さらに、選択された協調伝送モードに基づいてビーム形成方法を決定するようにしてよい。例えば、決定された協調伝送モードがＪＴ‐ＳＵ ＳＭである場合、ＺＦまたはＳＬＮＲアルゴリズムを選択してビーム形成を行い、決定された協調伝送モードがＭＴＭＲ ＭＤである場合、ＳＬＮＲアルゴリズムを選択してビーム形成を行う。

具体的に、協調送信機は、算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値より小さく、かつ算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値より大きい場合、動的ＦＦＲモードを選択し、算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値以上であり、かつ算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値以上である場合、マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードを選択し、上記以外の場合（即ち、ＳＩＲ＜ＳＩＲ＿ＴｈかつＳＮＲ≦ＳＮＲ＿Ｔｈ１、または、ＳＩＲ≧ＳＩＲ＿ＴｈかつＳＮＲ＜ＳＮＲ＿Ｔｈ２の２つの場合）、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重モードまたはマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードを選択する。

ここで、前記マルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が同じになるように、即ち、ｄ_ｒ１＝ｄ_ｒ２＝・・・ｄ_ｒTのように設定する。前記マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が異なるように設定し、例えば、ｒ番目の受信機に伝送しようとするデータを任意にＴ個の部分に分けて、各送信機に１つずつ伝送する。

前記協調送信機は、さらに、協調伝送要求を受信した後に、協調伝送に参加するかどうかを判断し、参加する場合、さらに、協調伝送モードを決定し、参加しない場合、協調伝送拒絶メッセージを前記サービング送信機に送信する。

前記受信機は、さらに、信号ｙ_ｒを受信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）検出を用いてデータ復元を行う。

ここで、

であり、Ｈ_ｒｔは次元数ｎ_ｒ×ｎ_ｔの行列であり、ｖ_ｒｔは次元数数ｎ_ｔ×１のベクトルまたは次元数ｎ_ｔ×ｎ_ｒの行列であり、ｄ_ｒｔはスカラーまたは次元数ｎ_ｒ×１のベクトルであり、ｙ_ｒは次元数ｎ_ｒ×１のベクトルであり、ｗ_ｒは次元数ｎ_ｒ×１のベクトルであり、ｒ番目の受信機のアンテナ数はｎ_ｒであり、ｔ番目の送信機のアンテナ数はｎ_ｔである。

本発明の実施例では、各送信機および各受信機が複数のアンテナを有するため、各受信機はいずれもＭＩＭＯ検出を用いてデータ復元を行うことができる。

さらに、本発明に係る実施例は、他の送信機と協調してユーザデータを伝送する送信機を提供している。

当該送信機は、１つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、協調伝送要求の送信元のサービング送信機である第２の送信機に提供する協調モード決定手段と、決定された協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームを生成して、各受信機に送信するデータストリーム生成手段と、を含む。

具体的に、前記データストリーム生成手段は、ビーム形成方法を決定し、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔ（ｒ＝１，・・・，Ｒ、ｔ＝１，・・・，Ｔ、ここで、Ｔは送信機の数を表し、Ｒは受信機の数を表す）を設定し、選択された協調伝送モードに基づいて、各受信機に対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定し、式

によって、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームＤ_ｔを生成する。ここからわかるように、ある送信機から送信されたデータには、複数の受信機へ送信するデータが含まれることができる。同様に、ある受信機で受信されたデータは、複数の送信機から送信されたものである。

前記ビーム形成パラメータＶ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、前記サブデータストリームｄ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームである。

具体的に、前記協調モード決定手段は、算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値より小さく、かつ算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値より大きい場合、動的ＦＦＲモードを選択し、算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値以上であり、かつ算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値以上である場合、マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードを選択し、上記以外の場合、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重モードまたはマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードを選択する。

ここで、前記マルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が同じになるように設定し、前記マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が異なるように設定する。

当該送信機は、協調伝送要求を受信した後に、協調伝送に参加するかどうかを判断し、参加する場合、さらに、協調伝送モードを決定し、参加しない場合、協調伝送拒絶メッセージを前記第２の送信機に送信する協調伝送判断手段をさらに含む。

本発明の解決手段の性能を直観的に示すために、以下、異なる協調伝送モード、異なるビーム形成方法では、表２に示すパラメータに基づいて、適応協調伝送に対してシミュレーションを行う。説明すべきところとして、ビーム形成はリソースブロック単位で行われたものであり、即ち、各リソースブロックの平均チャネル利得を使用してビーム形成を行う。

説明すべきところとして、当該シミュレーションはリンクレベルのシミュレーションであり、仮に、現在のサービングセルは既にマルチユーザスケジューリングを完成したとすると、協調セル内のＳＩＲの変化、およびＳＮＲによる性能への影響だけを考慮すればよい。そのため、シミュレーションでは、サービングセル内の２つのユーザの無線チャネルはずっと独立を維持するが、協調セル内の２つのユーザの無線チャネルは高‐低ＳＩＲ交替の混合チャネルである。

なお、適応協調モードの選択を制御するための閾値は、シミュレーションに基づいて得られた経験データであり、その具体的な値について、異なるシステムパラメータとシミュレーション／実測とを結びつけて最適化してもよい。表３には、参照の値の１種を示す。

図４はＺＦ規則に基づいてビーム形成を行う際の７種類の協調伝送モードでの性能曲線を示し、ここで、横軸は信号対雑音比（ＳＮＲ）であり、縦軸は総レート（ｓｕｍ‐ｒａｔｅ）である。この７種類の協調伝送モードはそれぞれ、曲線が四角印の実線で示される動的ＦＦＲ（ｄｙｎａｍｉｃ ＦＦＲ）、曲線が逆三角印の実線で示されるシングルユーザ・マルチ基地局空間多重（ＪＴ‐ＳＵ ＳＭ）、曲線が丸印の実線で示されるマルチユーザ・マルチ基地局空間多重（ＭＴＭＲ ＳＭ）、曲線が三角印の実線で示されるマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティ（ＭＴＭＲ ＭＤ）、曲線が丸印の破線で示されるローカル最適化ＺＦに基づくマルチユーザ・マルチ基地局空間多重（ＭＴＭＲ ＳＭ ｌｏｃａｌ Ｏｐｔ．）、曲線が三角印の破線で示されるローカル最適化ＺＦに基づくマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティ（ＭＴＭＲ ＭＤ ｌｏｃａｌ Ｏｐｔ．）、曲線が星印（＊）の実線で示されるマルチユーザ・マルチ基地局適応協調伝送（Ａｄａｐｔｉｖｅ ＭＴＭＲ）である。

図５はＳＬＮＲ規則に基づいてビーム形成を行う際の５種類の協調伝送モードでの性能曲線を示し、ここで、横軸は信号対雑音比（ＳＮＲ）であり、縦軸は総レート（ｓｕｍ‐ｒａｔｅ）である。この５種類の協調伝送モードはそれぞれ、曲線が四角印の線で示される動的ＦＦＲ（ｄｙｎａｍｉｃ ＦＦＲ）、曲線が逆三角の線で示されるシングルユーザ・マルチ基地局空間多重（ＪＴ‐ＳＵ ＳＭ）、曲線が丸印の線で示されるマルチユーザ・マルチ基地局空間多重（ＭＴＭＲ ＳＭ）、曲線が三角の線で示されるマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティ（ＭＴＭＲ ＭＤ）、曲線が星印（＊）の線で示されるマルチユーザ・マルチ基地局適応協調伝送（Ａｄａｐｔｉｖｅ ＭＴＭＲ）である。

図４および図５のシミュレーション結果からわかるように、
１．同じ枠組で複数の協調伝送モードを同時にサポートすることができ、かつ適応方式で決定された協調伝送モードでは、ずっと最適な性能を得ることができる。適応とは、受信機のチャネル条件（例えば、ＳＩＲおよびＳＮＲ）に基づいて協調伝送モードを決定することを指し、ここで、ＳＩＲおよびＳＮＲで表されるのはＨ_ｒｔおよびｗ_ｒの特性である。

２．ローカル最適化に基づくＺＦビーム形成は、ＺＦビーム形成より優れた性能を得ることができる。

３．ＳＬＮＲビーム形成は、ＺＦビーム形成より優れた性能を得ることができる。

上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の保護範囲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。

Claims (21)

1. 無線通信における適応協調伝送方法であって、
   協調伝送を行う１つ以上の受信機および１つ以上の送信機を決定し、前記１つ以上の送信機のうち１つをサービング送信機として設定し、それ以外の送信機を協調送信機として設定し、
   前記サービング送信機からの協調伝送要求を受信した前記協調送信機は、前記１つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、前記サービング送信機に提供し、
   各送信機は、決定された協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成して、各受信機に送信する、
   ことを含むことを特徴とする無線通信における適応協調伝送方法。
2. 前記１つ以上の受信機を決定することは、前記サービング送信機がセル端ユーザに対してマルチユーザスケジューリングを行い、前記セル端ユーザから前記１つ以上の受信機を選出することを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
3. 前記協調伝送モードを決定することは、
   前記協調送信機が、前記信号測定パラメータに基づいて、信号対干渉比（ＳＩＲ）および信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出し、前記算出されたＳＩＲとＳＩＲ閾値との関係、および前記算出されたＳＮＲとＳＮＲ閾値との関係に基づいて、相応の協調伝送モードを選択する、
   ことを含むことを特徴とする請求項１に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
4. 前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成することは、
   各送信機が、ビーム形成方法を決定し、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔ（ｒ＝１，・・・，Ｒ、ｔ＝１，・・・，Ｔ、ここで、Ｔは送信機の数を表し、Ｒは受信機の数を表す）を設定し、選択された協調伝送モードに基づいて、各受信機に対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定し、式
   

   

   によって、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームＤ_ｔを生成することを含み、
   ここで、前記ビーム形成パラメータｖ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、
   前記サブデータストリームｄ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームである、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
5. 前記算出されたＳＩＲとＳＩＲ閾値との関係、および前記算出されたＳＮＲとＳＮＲ閾値との関係に基づいて、相応の協調伝送モードを選択することは、
   前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値より小さく、かつ前記算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値より大きい場合、動的ＦＦＲモードを選択し、
   前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値以上であり、かつ前記算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値以上である場合、マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードを選択し、前記マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が異なるように設定し、
   上記以外の場合、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重モードまたはマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードを選択し、前記マルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が同じになるように設定する、
   ことを含むことを特徴とする請求項４に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
6. 前記ビーム形成方法は、ゼロフォーシング（ＺＦ）アルゴリズム、または信号対漏洩雑音比（ＳＬＮＲ）アルゴリズムであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
7. 前記各送信機が、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータｖ_ｒｔを設定することは、
   ｒ番目の受信機に対して、Ｈ_ｒｔの１つ以上の固有チャネル方向ベクトルを、ｔ番目の送信機から他の受信機への空間チャネル行列の零空間に射影し、相応の固有値を用いて各固有チャネル方向ベクトルの射影を重み付けして、該固有チャネル方向ベクトルの射影の重み付けされた値を得、その中から、重み付けされた値が最大となる１つの固有チャネル方向ベクトルの射影を選出し、選出された固有チャネル方向ベクトルの射影に基づいて、ビーム形成パラメータｖ_ｒｔを決定する、ことを含み、
   ここで、Ｈ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機への伝送チャネル特性を表す、
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
8. 協調伝送要求を受信した前記協調送信機は、協調伝送に参加するかどうかを判断し、参加する場合、さらに、協調伝送モードを決定し、参加しない場合、協調伝送拒絶メッセージを前記サービング送信機に送信する、ことをさらに含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
9. 前記協調送信機が各受信機へ問合せ指令を送信し、前記各受信機が自分の信号測定パラメータを前記協調送信機に送信し、または、
   前記各受信機が自分の信号測定パラメータを周期的に前記協調送信機に報告する、
   ことをさらに含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
10. ｒ番目の受信機が信号ｙ_ｒを受信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）検出を用いてデータ復元を行うことをさらに含み、
    ここで、
    

    

    であり、
    _Ｈｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機への伝送チャネル特性を表し、次元数がｎ_ｒ×ｎ_ｔであり、
    _ｖｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、次元数がｎ_ｔ×１またはｎ_ｔ×ｎ_ｒであり、
    _ｄｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームであり、スカラーまたは次元数ｎ_ｒ×１のベクトルであり、
    _ｗｒは、ｒ番目の受信機の雑音であり、次元数がｎ_ｒ×１であり、
    _ｙｒは、ｒ番目の受信機の受信信号であり、次元数がｎ_ｒ×１であり、
    ｒ番目の受信機のアンテナ数はｎ_ｒであり、ｔ番目の送信機のアンテナ数はｎ_ｔである、
    ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
11. 前記送信機が基地局または中継ノードであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の無線通信における適応協調伝送方法。
12. 無線通信における適応協調伝送システムであって、
    協調伝送を行う１つ以上の受信機および１つ以上の送信機を含み、
    そのうち、１つの送信機がサービング送信機として設定され、それ以外の送信機が協調送信機として設定され、
    前記協調送信機は、前記サービング送信機からの協調伝送要求を受信し、前記１つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、前記サービング送信機に提供し、
    前記送信機の各々は、決定された協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成して、各受信機に送信する、
    ことを特徴とする無線通信における適応協調伝送システム。
13. 前記協調送信機は、
    前記信号測定パラメータに基づいて、信号対干渉比（ＳＩＲ）および信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出し、前記算出されたＳＩＲとＳＩＲ閾値との関係、および前記算出されたＳＮＲとＳＮＲ閾値との関係に基づいて、相応の協調伝送モードを選択する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信における適応協調伝送システム。
14. 前記送信機の各々は、
    ビーム形成方法を決定し、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔ（ｒ＝１，・・・，Ｒ、ｔ＝１，・・・，Ｔ、ここで、Ｔは送信機の数を表し、Ｒは受信機の数を表す）を設定し、選択された協調伝送モードに基づいて、各受信機に対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定し、式
    

    

    によって、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームＤ_ｔを生成し、
    ここで、前記ビーム形成パラメータＶ_ｒｔは、_ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、
    前記サブデータストリーム_ｄｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームである、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の無線通信における適応協調伝送システム。
15. 前記協調送信機は、
    前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値より小さく、かつ前記算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値より大きい場合、動的ＦＦＲモードを選択し、
    前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値以上であり、かつ前記算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値以上である場合、マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードを選択し、
    上記以外の場合、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重モードまたはマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードを選択し、
    ここで、前記マルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が同じになるように設定し、前記マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が異なるように設定する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信における適応協調伝送システム。
16. 前記協調送信機は、さらに、協調伝送要求を受信した後に、協調伝送に参加するかどうかを判断し、参加する場合、さらに、協調伝送モードを決定し、参加しない場合、協調伝送拒絶メッセージを前記サービング送信機に送信することを特徴とする請求項１２〜１５の何れか１項に記載の無線通信における適応協調伝送システム。
17. 前記受信機は、さらに、信号ｙ_ｒを受信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）検出を用いてデータ復元を行い、
    ここで、
    

    

    であり、
    _Ｈｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機への伝送チャネル特性を表し、次元数がｎ_ｒ×ｎ_ｔであり、
    _ｖｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、次元数がｎ_ｔ×１またはｎ_ｔ×ｎ_ｒであり、
    _ｄｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームであり、スカラーまたは次元数ｎ_ｒ×１のベクトルであり、
    _ｗｒは、ｒ番目の受信機の雑音であり、次元数がｎ_ｒ×１であり、
    _ｙｒは、ｒ番目の受信機の受信信号であり、次元数がｎ_ｒ×１であり、
    ｒ番目の受信機のアンテナ数はｎ_ｒであり、_ｔ番目の送信機のアンテナ数はｎ_ｔである、
    ことを特徴とする請求項１２〜１５の何れか１項に記載の無線通信における適応協調伝送システム。
18. 送信機であって、
    １つ以上の受信機の信号測定パラメータに基づいて、協調伝送モードを決定して、協調伝送要求の送信元である第２の送信機に提供する協調モード決定手段と、
    決定された協調伝送モードに基づいて、前記１つ以上の受信機に対応するデータストリームを生成して、各受信機に送信するデータストリーム生成手段と、
    を含むことを特徴とする送信機。
19. 協調伝送要求を受信した後に、協調伝送に参加するかどうかを判断し、参加する場合、さらに、協調伝送モードを決定し、参加しない場合、協調伝送拒絶メッセージを前記第２の送信機に送信する協調伝送判断手段をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の送信機。
20. 前記データストリーム生成手段は、ビーム形成方法を決定し、決定されたビーム形成方法に基づいて、各受信機に対して相応のビーム形成パラメータＶ_ｒｔ（ｒ＝１，・・・，Ｒ、ｔ＝１，・・・，Ｔ、ここで、Ｔは送信機の数を表し、Ｒは受信機の数を表す）を設定し、選択された協調伝送モードに基づいて、各受信機に対してサブデータストリームｄ_ｒｔを設定し、式
    

    

    によって、前記１つ以上の受信機に対応する総データストリームＤ_ｔを生成し、
    ここで、前記ビーム形成パラメータｖ_ｒｔは、ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのビーム形成フィルタの特性を表し、
    前記サブデータストリームｄ_ｒｔは、_ｔ番目の送信機からｒ番目の受信機へのデータストリームである、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の送信機。
21. 前記協調モード決定手段は、算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値より小さく、かつ算出されたＳＮＲが第１のＳＮＲ閾値より大きい場合、動的ＦＦＲモードを選択し、前記算出されたＳＩＲがＳＩＲ閾値以上であり、かつ前記算出されたＳＮＲが第２のＳＮＲ閾値以上である場合、マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードを選択し、上記以外の場合、シングルユーザ・マルチ基地局空間多重モードまたはマルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードを選択し、
    ここで、前記マルチユーザ・マルチ基地局マクロダイバーシティモードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が同じになるように設定し、前記マルチユーザ・マルチ基地局空間多重モードでは、各送信機からｒ番目の受信機へのサブデータストリームｄ_ｒｔ（ｔ＝１，・・・，Ｔ）が異なるように設定する、
    ことを特徴とする請求項１８〜２０の何れか１項に記載の送信機。

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