JP5340196B2 - 送信ウェイト決定方法 - Google Patents
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。一方、TxWF(MMSE基準)の良く知られた方法としては、RCIRegularized Channel Inversion)法(非特許文献1参照)が知られている。
希望信号と判定座標軸の間の最小距離を最大化するためには、全てのストリームの状態を考慮に入れて総当り的に、最適解を見つけなければならない。しかしながら、例え、変調方法としてBPSK(Binary Phase Shift Keying)が用いられる場合であっても、総ストリーム数が10である場合は、総当り数が2の十乗となり、1024の総当り数が必要である。瞬時毎のチャネル行列とストリームの乗算を求める必要があるため、乗算の数は1024×100=102400となり、現実には実装することがほぼ不可能である。
以下の説明では、マルチユーザMISOの開発技術の具体的方法を説明する。本方法の特徴は、最初にある送信ウェイト(オリジナルの送信ウェイト)を設定して、仮想的に(計算上だけで)チャネルを通過させ、受信信号の中の希望信号と干渉信号を仮想的に(計算上だけで)個別に求め、干渉信号の位相を回転させることによりオリジナルの送信ウェイトを修正し、最小距離最大化規範で準最適化する方法におけるオリジナルの送信ウェイトを工夫した点にある。
以下の説明において、変調方式としてBPSKを用い、K(ユーザ数)=3の場合を図示している。本実施形態における提案方法は、図1(b)のように、“支配的”な干渉ユーザに対応する送信ウェイトを回転するように送信ウェイトを修正することを特徴とする。提案方法を用いると、修正後のコンスタレーション距離、すなわち最小信号点距離(Minimum distance)は最初のコンスタレーション距離に比べて大きくなる。そのため、誤り率特性が改善されることが期待できる。BPSKの場合には、送信ウェイトを制御して希望信号に直交するように送信ウェイトを回転させ。すなわち“支配的”干渉ユーザの干渉信号に対する送信ウェイトを回転させると良い。
図3は、図2に示す基地局APの構成の一例を示すブロック図である。図3の基地局APは、4本の送受信アンテナANT1を備えている。基地局APは、情報源11と、変調部12と、4個のスイッチ13と、4個の乗算器14と、4個のスイッチ15と、チャネル推定部16と、ウェイト生成部17と、回転行列生成部18とを備えて構成されている。基地局APにおける送信時において、図示していない外部の装置から入力された信号などに基づき、情報源11で生成した4系統の信号に基づいて変調部12で変調信号を生成する。次に、4個のスイッチ13を閉じ、変調部12から出力された変調信号に対して、乗算器14によって、ウェイト生成部17で生成された送信ウェイトを乗算する(すなわち線形処理する)ことで、プリコーディングが行われる。そして、プリコーディング処理がなされた変調信号が、アンテナANT1から送信される。上述したウェイト生成部17と、回転行列生成部18とが、送信ウェイトの生成と修正とを行うウェイト制御部として動作する。
したがって、ウェイト生成部17が方法Bにより送信ウェイトを算出した後に、回転行列生成部18が後述する方法Aによる送信ウェイトの修正を行う。
回転行列生成部18は、受信信号のコンスタレーションなどから変調方式に応じてRCI法による送信ウェイトを修正するための回転行列を生成する。ウェイト生成部17は、RCI法に基づいて線形プリコーディングで用いられる送信ウェイトを生成するとともに、回転行列生成部18から入力された回転行列を用いて生成した送信ウェイトを修正する。この修正された送信ウェイトが乗算器14へと出力される。
上記の構成において、変調部12は例えば複数のサブキャリアを用いたOFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)方式による変調信号を生成するが、各サブキャリアに対しては例えば送受信間のチャネルの状態に対応させて4本の送信ストリーム毎に変調方式を複数種類に切り替えながら変調処理が行われる。複数種類の変調方式としては、例えばBPSK、QPSK、16QAM、64QAMなどを用いることができる。
y=HWs+n
と表される。ここで、Hはチャネル行列、Wは送信ウェイト、sは希望信号、nは雑音信号ベクトルを表している。Hの各要素は、平均=0、分散=1の複素正規分布である。瞬間の送信電力を一定にするために、||Ws||=1と正規化される。そしてE||nnH||2=σ2Iである。送信電力対雑音電力(PT/N)はρ=1/σ2となる。オリジナルウェイトとして、従来のRCI法の送信ウェイトを用いた場合を一例として記載する。但し、本提案方法の真髄はオリジナルウェイトの作成方法にあるので、以下の説明は方法Aの理解を深めるための一例に過ぎない。従来のRCIは以下の式で示される。
一番目の例は、請求項7に対応しており、後述する二番目の例は請求項8に対応している。
まず、初めに最初に請求項2に対応している一番目の具体的実現例について説明する。
以下の処理については、ウェイト生成部17が行う。
そして、ウェイト生成部17は、順次、矢印によりユーザ間を結び、連鎖関係を示すグラフ(図5)を生成する。このグラフは、グラフ理論のグラフ(有向グラフ)に対応してユーザをノードとし、優先順位の高い順に矢印にてノードの繋がり、すなわち連鎖関係を示すものである。
ここで、本実施形態において、空間相関値とは、MISOにおいて、全体のチャネル行列Hの行ベクトルの内積を正規化した値と定義する。
また、上述した連鎖関係のグラフの生成において、ウェイト生成部17は、優先順位が最も高いユーザが、既に漏洩許容ユーザとして選ばれたユーザ(すでに連鎖を構成するユーザ)に一致する場合、すなわち、ユーザ間の連鎖関係を表すグラフの中でループ(ユーザがグループ内にて矢印先及び矢印元の双方となる状態)が発生する場合、優先順位を一段階低くして、漏洩許容ユーザを選択する。すなわち、ウェイト生成部17は、漏洩許容ユーザを追加することによりループが発生した場合、この漏洩許容ユーザをグループに追加しない。すなわち、ウェイト生成部17は、連鎖関係において矢印元と矢印先となっているループの元となるユーザから見て、最も優先順位の高いユーザに代え、次に優先順位の高い(一段低い)ユーザを新たな矢印元のユーザを漏洩許容ユーザの候補として選択し、上述した連鎖関係の形成を行う。この場合、ウェイト生成部17は、上記次に優先順位の高いユーザを矢印元とする。また、ウェイト生成部17は、代えられた次に優先順位の高いユーザの送信ウェイトを、全てのユーザのアンテナを考慮して計算し、得られた送信ウェイト行列において、最も優先順位の高かったユーザに対応する列ベクトルを用いる。
ここで、矢印元とは矢印が他のユーザに対して矢印が向いているユーザを示し、矢印先とは矢印が他のユーザから向けられているユーザを示している。
ここで、ループとは、あらたに連鎖関係に加えられる漏洩許容ユーザが、すでに属するグループに属するユーザと一致することである。グループとは、あるユーザと漏洩許容ユーザの関係を関係Aと表して、関係Aで連鎖しているユーザ群のことである。以上の操作によりユーザの連鎖関係が生じる。
そして、ウェイト生成部17は、ユーザの上記連鎖関係を用いて、処理初期ユーザと漏洩許容ユーザとを除外した他のユーザのアンテナを考慮してMMSE(SINR)規範の送信ウェイト行列を求め、処理初期ユーザに対応する送信ウェイト列ベクトルを処理初期ユーザの送信ウェイト列ベクトルとして用いる。以上の操作により、連鎖関係の最後のユーザを除いて全てのユーザの送信ウェイト列ベクトルが求まる。また、ウェイト生成部17は、連鎖関係の最後のユーザに対して、処理初期ユーザ以外の全てのユーザを考慮してMMSE規範の送信ウェイト行列を求め、処理初期ユーザに対応する送信ウェイト列ベク
トルを処理初期ユーザの送信ウェイト列ベクトルとして用いる。
次に、ウェイト生成部17は、逐次的にユーザを選択し、処理初期ユーザとの空間相関が大きな単数もしくは複数ユーザを漏洩許容ユーザとする。
このとき、ウェイト生成部17は、追加する漏洩許容ユーザの全てにおいてループが発生する場合、処理初期ユーザの送信ウェイトを、全てのユーザを考慮に入れてMMSE規範のRCI送信ウェイトを作成する。ここで、ループとは漏洩許容ユーザが、処理初期ユーザが属するグループに属するユーザに一致することである。ここで、グループとは、あるユーザと漏洩許容ユーザの関係を関係Aと表して、この関係Aで連鎖しているユーザ群のことである。
まず(a)は、最大空間相関関係Aを示す図である。以下の説明において、ユーザは各端末局を示している。ステップ1ではウェイト生成部17がユーザ1を選択して(処理初期ユーザとして選択し)、また、ユーザ1との空間相関が最大であるユーザ2,3が選択される。そして、ウェイト生成部17は、ユーザ2,3を端末局群の連鎖に追加することによりループは出来ないことを検出し、ユーザ2及び3を漏洩許容ユーザとし、漏洩許容ユーザ2,3を除外した全てのユーザのアンテナを考慮に入れてMMSE規範に従いRCI送信ウェイトを算出して作成する。そして、ウェイト生成部17は、ユーザ1に対応する送信ウェイトをユーザ1の送信ウェイト(RCI送信ウェイト行列における列ベクトル)として用いる。次に、ウェイト生成部17は、ユーザ2を選択すると、ユーザ2から発している矢印が存在しないため、漏洩許容ユーザは存在しないことを検出する。この検出により、ウェイト生成部17は、結果的に全ユーザを考慮に入れてRCI送信ウェイトをMMSE規範に従いにより算出して形成し、ユーザ2に対応する送信ウェイトをユーザ2の送信ウェイト(RCI送信ウェイト行列における列ベクトル)として用いる。
ユーザ3の送信ウェイトが求まると、次に、ウェイト生成部17は、ユーザ4を漏洩許容ユーザの候補として選択する。ここで、ユーザ4の関係Aの矢印の先は、ユーザ1であるので、ループが発生する。
ループが発生したことを検出すると、ウェイト生成部17は、ループが発生したユーザ4の送信ウェイトは全てのユーザを考慮に入れて送信ウェイト行列を算出し、この送信ウェイト行列においてユーザ4に対応する送信ウェイトのユーザ4に対応する列ベクトルをユーザ4の送信ウェイトとする。
上述した検索結果から、ウェイト生成部17は、ユーザ5の漏洩許容ユーザとしてユーザ1を選択し、ユーザ5の送信ウェイトを形成するときの制約条件を緩めることとする。
以上で、ウェイト生成部17は、全てのユーザの送信ウェイトを求めたこととなる。図7に最終状態が示されている。ユーザ1,3,5が漏洩許容ユーザを有しているので、制約条件の緩いRCI法で形成された送信ウェイト行列の列ベクトル(送信ウェイト)であり、ユーザ2,4が全てのユーザを考慮に入れたRCI法で形成された送信ウェイト行列の列ベクトル(送信ウェイト)である。
まず、初期送信ウェイトとして、ユーザに対して最大比合成(MRC:Maximal Ratio Combining)の送信ビーム形成を行う。MRC送信ビームは、希望ユーザに対して最大電力伝送が可能である。しかしながら、他のユーザ(対となるユーザ)に対して希望信号が漏洩し、他のユーザにとっては干渉信号となる。MRC送信ビームを適用した後の各ユーザのコンスタレーションが図9の(a)に示されている。提案法では、送信信号の変調方式をASK(Amplitude Shift Keying)にする。図9(a)からわかるように希望信号に対して干渉信号が重畳している。その時、干渉信号の変調方式はASKであるので、希望信号が同じの場合の干渉信号のコンスタレーション上での信号点は、一直線上に並んでいる。この干渉信号点が構成している線分と、希望信号が構成している線分は、ある角度をもっている。ユーザ1、2の角度をθ1、θ2とすると、θ1=−θ2の関係がある。この事実は以下の式変形から明らかである。
次に請求項3の収容ユーザ数が2より大きな偶数である場合の提案法についての具体的方法について述べる。ユーザ集合を複数のペアに分割し、各ペア
を計算し、他のユーザに対してはヌルを向けるようなビームを形成する送信ウェイトV(0)に当該送信ウェイトWpを乗算するというものである。式で表すと以下のようになる。
最初にペア
最後に、他のユーザに対してはヌルを向けるようなビームを形成する送信ウェイトV(0)に当該送信ウェイトWpを乗算して、全ユーザペアに対して、送信ウェイトWpを計算し、全体の送信ウェイトWを求める。
TM 端末局
ANT1、ANT2 アンテナ
11 情報源
12 変調部
13 スイッチ
14 乗算器
15 スイッチ
16 チャネル推定部
17 ウェイト生成部
18 回転行列生成部
Claims (7)
- 基地局の複数のアンテナによって送信された信号を、端末局が単一のアンテナによって受信する無線通信に用いられ、送信時に、送信ウェイトを適用した場合の支配的干渉波の位相回転により線形プリコーディングの送信ウェイトを修正し、信号点間距離を最大化する規範によってビットエラーレート特性を改善する送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部が
最初に設定する送信ウェイトを求める際、前記端末局のなかから処理初期端末局として端末局A1を任意に設定し、当該端末局A1からの干渉を許容する単数もしくは複数の漏洩許容端末局である端末局B1を設定し、
前記端末局A1及び前記端末局B1以外の端末局のアンテナを考慮して、平均自乗誤差を最小化するSINR基準の送信ウェイトを算出し、
前記端末局A1に対応する送信ウェイトを当該端末局A1の送信ウェイトとして用い、
前記基地局の制御部は、収容ユーザ数が2の場合、
最初に設定する送信ウェイトを最大比合成法送信ウェイトにして、その送信ウェイトを用いて送信した場合に、希望信号の受信電力が等しくなるように正規化する
ことを特徴とする送信ウェイト決定方法。 - 基地局の複数のアンテナによって送信された信号を、端末局が単一のアンテナによって受信する無線通信に用いられ、送信時に、送信ウェイトを適用した場合の支配的干渉波の位相回転により線形プリコーディングの送信ウェイトを修正し、信号点間距離を最大化する規範によってビットエラーレート特性を改善する送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部が
最初に設定する送信ウェイトを求める際、前記端末局のなかから処理初期端末局として端末局A1を任意に設定し、当該端末局A1からの干渉を許容する単数もしくは複数の漏洩許容端末局である端末局B1を設定し、
前記端末局A1及び前記端末局B1以外の端末局のアンテナを考慮して、平均自乗誤差を最小化するSINR基準の送信ウェイトを算出し、
前記端末局A1に対応する送信ウェイトを当該端末局A1の送信ウェイトとして用い、
前記基地局の制御部は、収容ユーザ数が2より大きな偶数である場合、偶数ユーザを、複数ペアに分割し、ペア以外のユーザにヌルを向けるウェイトを求め、該ウェイトで送信した時のペアのチャネルを求め、そのチャネルに対して、請求項1の方法で収容ユーザ数を2として送信ウェイトを求めて、該送信ウェイトをペア以外のユーザにヌルを向けるウェイトに乗算して送信ウェイトを決定する
ことを特徴とする送信ウェイト決定方法。 - 基地局の複数のアンテナによって送信された信号を、端末局が単一のアンテナによって受信する無線通信に用いられ、送信時に、送信ウェイトを適用した場合の支配的干渉波の位相回転により線形プリコーディングの送信ウェイトを修正し、信号点間距離を最大化する規範によってビットエラーレート特性を改善する送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部が
最初に設定する送信ウェイトを求める際、前記端末局のなかから処理初期端末局として端末局A1を任意に設定し、当該端末局A1からの干渉を許容する単数もしくは複数の漏洩許容端末局である端末局B1を設定し、
前記端末局A1及び前記端末局B1以外の端末局のアンテナを考慮して、平均自乗誤差を最小化するSINR基準の送信ウェイトを算出し、
前記端末局A1に対応する送信ウェイトを当該端末局A1の送信ウェイトとして用い、
前記基地局の制御部は、収容ユーザが2より大きな奇数である場合、偶数ユーザの複数ペアに対しては、請求項2の方法で収容ユーザ数が2より大きな偶数であるとして送信ウェイトを求め、残った一つのユーザは、他のユーザにヌルを向ける送信ウェイトを求める
ことを特徴とする送信ウェイト決定方法。 - 請求項2または請求項3に記載の送信ウェイト決定方法において、
前記複数ペアを作る際、相関の高いユーザをペアリングすることを特徴とする送信ウェイト決定方法。 - 請求項2から請求項4のうちいずれか一項に記載の送信ウェイト決定方法において、
前記ヌルを向ける部分を、所定範囲内の漏洩は許容するようにして、送信ウェイトを決定することを特徴とする送信ウェイト決定方法。 - 基地局の複数のアンテナによって送信された信号を、端末局が単一のアンテナによって受信する無線通信に用いられ、送信時に、送信ウェイトを適用した場合の支配的干渉波の位相回転により線形プリコーディングの送信ウェイトを修正し、信号点間距離を最大化する規範によってビットエラーレート特性を改善する送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部が
最初に設定する送信ウェイトを求める際、前記端末局のなかから処理初期端末局として端末局A1を任意に設定し、当該端末局A1からの干渉を許容する単数もしくは複数の漏洩許容端末局である端末局B1を設定し、
前記端末局A1及び前記端末局B1以外の端末局のアンテナを考慮して、平均自乗誤差を最小化するSINR基準の送信ウェイトを算出し、
前記端末局A1に対応する送信ウェイトを当該端末局A1の送信ウェイトとして用い、
前記制御部が前記端末局の全体のチャネル行列の行ベクトルの内積を正規化した空間相関値により、前記端末局A1との空間相関値が高い順に優先順序を設定し、処理初期端末局の信号が漏洩することを許容する端末局B1を、前記端末局A1に対して前記優先順序に従い選択し、
前記制御部が前記端末局A1および前記端末局B1以外の全端末局のアンテナを考慮して、前記SINR基準の送信ウェイトを算出し、
前記制御部が前記端末局A1に対応する送信ウェイトを前記端末局A1の送信ウェイトとして用い、
前記制御部が前記端末局A1を端末局群Gの一要素に追加し、
以下、前記端末局B1を前記処理初期端末局として同様な処理を行い、
上記の処理において、漏洩を許容する候補としての端末局がすでに前記端末局群Gに含まれる場合、空間相関値の前記優先順序の一段階低い端末局を漏洩を許容する端末局として選択する
ことを特徴とする送信ウェイト決定方法。 - 基地局の複数のアンテナによって送信された信号を、端末局が単一のアンテナによって受信する無線通信に用いられ、送信時に、送信ウェイトを適用した場合の支配的干渉波の位相回転により線形プリコーディングの送信ウェイトを修正し、信号点間距離を最大化する規範によってビットエラーレート特性を改善する送信ウェイト決定方法において、
前記基地局の制御部が
最初に設定する送信ウェイトを求める際、前記端末局のなかから処理初期端末局として端末局A1を任意に設定し、当該端末局A1からの干渉を許容する単数もしくは複数の漏洩許容端末局である端末局B1を設定し、
前記端末局A1及び前記端末局B1以外の端末局のアンテナを考慮して、平均自乗誤差を最小化するSINR基準の送信ウェイトを算出し、
前記端末局A1に対応する送信ウェイトを当該端末局A1の送信ウェイトとして用い、
前記制御部が空間相関値基準に従い、前記端末局のなかから前記端末局A1を任意に選択し、当該端末局A1の信号が漏洩することを許容する単数もしくは複数の端末局から構成される端末局群BG1を選択し、
前記制御部が前記端末局A1および前記端末局群BG1以外の全端末局を考慮して、前記SINR基準の送信ウェイトを算出し、
前記制御部が前記端末局A1に対応する送信ウェイトを、当該端末局A1の送信ウェイトとして用い、
前記制御部が前記端末局A1を端末局群Gの一要素に追加し、
次に、前記制御部が前記端末局群BG1に含まれる一の端末局B1の信号が漏洩することを許容する単数もしくは複数の端末局による端末局群BG2を選択し、
前記一の端末局B1を前記処理初期端末局として同様の処理を行い、
以下、上記処理を繰り返し、
上記処理において、漏洩を許容する候補としての端末局が前記端末局群Gに含まれるならば、前記処理初期端末局以外の全ての端末局を考慮に入れて前記SINR基準の送信ウェイトを算出して処理初期端末局に対応する送信ウェイトを、当該処理初期端末局の送信ウェイトとして用いる
ことを特徴とする送信ウェイト決定方法。
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