JP5437202B2 - マルチユーザ多入力多出力ワイヤレス伝送システムのための入力共分散行列計算を伴う汎用判定帰還型等化器プリコーダ - Google Patents

マルチユーザ多入力多出力ワイヤレス伝送システムのための入力共分散行列計算を伴う汎用判定帰還型等化器プリコーダ Download PDF

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Description

本出願は、２００９年３月１１日に出願された米国特許出願第１２／４０１，７１１号、及び同時出願された米国特許出願第＿＿／＿＿＿，＿＿＿号（GENERALIZED DECISION FEEDBACK EQUALIZER PRECODER WITH RECEIVER BEAMFORMING FOR MATRIX CALCULATIONS IN MULTI-USER MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT WIRELESS TRANSMISSION SYSTEMS）に関し、両出願の全開示が、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般に、多入力多出力（ＭＩＭＯ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）通信システムに関し、より詳細には、ＭＩＭＯシステムにおける汎用判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ：Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）ベースのプリコーダ構成、及び入力共分散行列（ｉｎｐｕｔ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ）計算に関する。
汎用判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）ベースのプリコーダが、マルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムのための最適容量ソリューションを提供することはよく知られている。しかし、ＧＤＦＥプリコーダに関連する様々なフィルタを決定する計算コストは、しばしば法外なものになり、多くの実用的なシステムには適さない。
多数のアンテナを備える基地局（ＢＳ）が、システム容量を最適化するために、多数のユーザ端末（ＵＴ）に同時データ・ストリームを送信できるようにすることができる、いくつかの知られたプリコーディング技法が存在する。一般に、ＭＵ−ＭＩＭＯのためのプリコーディングは、システム容量又はビット誤り率など、何らかの基準を最適化することを目指している。選択された参照文献が、その中で提案される技法の関連する態様の説明とともに、以下で言及される。
Q.H Spencer、A.L. Swindlehurst、M. Haardt、「Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multi-user MIMO channels」、IEEE Transactions on Signal Processing、461〜471頁、2004年2月［１］は、ブロック対角化（ＢＤ：Ｂｌｏｃｋ Ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）として知られる線形プリコーディング技法について説明しており、この技法は、干渉が犠牲ＵＴ（ｖｉｃｔｉｍ ＵＴ）のチャネルの零空間（Ｎｕｌｌ Ｓｐａｃｅ）に広がることを保証することによって、異なるＵＴへのデータ・ストリームを分離する。ＢＤ技法は、ＢＳとＵＴの間に多数の分離ＭＩＭＯサブチャネルを生成するために、有効なチャネル行列を対角化する。この方式は、実施するのは簡単であるが、システム容量をいくらか制限する。
C. Windpassinger、R.F.H Fischer、T. Vencel、J.B Huber、「Precoding in multi-antenna and multi-user communications」IEEE Transactions on Wireless Communications、1305〜1316頁、2004年7月［２］は、トムリンソン−原島プリコーディング（ＴＨＰ：Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）として知られる非線形プリコーディング方式について説明している。この方式は、ＢＳにおける逐次干渉プリキャンセレーション（ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｅ−ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）に依存する。送信電力が超過されないことを保証するために、モジュロ演算（ｍｏｄｕｌｏ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）が使用される。ＢＤとは異なり、ＴＨＰは、有効なチャネル行列を三角化し、ＢＤと比較した場合に、いくぶん高いシステム容量を提供する。
W. Yu、「Competition and Cooperation in Multi-User Communication Environments」、PhD Dissertation、Stanford University、2002年2月［３］及びW. Yu、J. Cioffi、「Sum capacity of Gaussian vector broadcast channels」、IEEE Transactions on Information Theory、1875〜1892頁、2004年9月［４］において、Ｗｅｉ Ｙｕは、ＧＤＦＥプリコーダを紹介し、それが高い程度のシステム容量を達成することを示した。この方式の基本構成要素が、図１に示されている。ＧＤＦＥプリコーダは、干渉プリキャンセレーション・ブロック１０１を含む。上記の参照文献［２］で説明されているＴＨＰプリコーディング方式と同様に、干渉プリキャンセレーションは、第ｋのステップにおいて符号化されるシンボル・ベクトルが、（ｋ−１）個のシンボル・ベクトルからだけの干渉をこうむることを保証するのに役立つ。情報シンボルｕは、干渉プリキャンセレーション・ブロック１０１によって処理されて、フィルタリングされたベクトル・シンボルｘを生成する。
その後、フィルタリングされたベクトル・シンボルｘは、行列Ｂによって表される送信フィルタ１０３に渡されて、送信信号ｙを生成する。参照文献［３］及び［４］では、ＧＤＦＥプリコーダ成分を計算するために、「最も不利な雑音（Ｌｅａｓｔ Ｆａｖｏｒａｂｌｅ Ｎｏｉｓｅ）」に対応する共分散行列（Ｓｚｚ）に基づいた技法が提案されている。この技法は高い程度のシステム容量を達成するが、ＧＤＦＥプリコーダ成分を決定する計算コストは、大部分の実用的なシステムによって必要とされるリアルタイム実施には、事実上、法外なものになる。
X. Shao、J. Yuan、P. Rapajic、「Precoder design for MIMO broadcast channels」、IEEE International Conference on Communications (ICC)、788〜794頁、2005年5月［５］は、理論上の最大システム容量に近い容量を達成する、異なるプリコーディング技法を提案している。提案された方法は、ＧＤＦＥプリコーダ技法と比較して、計算的にあまり複雑ではない。しかし、提案された方法は、すべてのデータ・ストリームに等しい電力を割り当て、それは、有限の数の量子化ビットレートを使用する実用的なシステムには、有効な技法とならないことがある。また、提案された方法は、可逆チャネル行列に限定され、それは、どの場合にも当てはまるわけではない。
N. Jindal、W. Rhee、S. Vishwanath、S.A. Jafar、A. Goldsmith、「Sum Power Iterative Water-filling for Multi-Antenna Gaussian Broadcast Channels」、IEEE Transactions on Information Theory、1570〜1580頁、2005年4月［６］は、ＭＡＣ／ＢＣ（多元接続チャネル／ブロードキャストチャネル（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ ｃｈａｎｎｅｌ／ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｃｈａｎｎｅｌ））双対性と呼ばれる非常に役立つ結果を引き出し、Wei Yu、DIMACS Series in Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science, Vol. 66、「Advances in Network Information Theory」、159〜171頁［７］は、最も不利な雑音の概念を発展させる。
上記の参照文献の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
米国特許出願第１２／４０１，７１１号
Q.H Spencer、A.L. Swindlehurst、M. Haardt、「Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multi-user MIMO channels」、IEEE Transactions on Signal Processing、461〜471頁、2004年2月 C. Windpassinger、R.F.H Fischer、T. Vencel、J.B Huber、「Precoding in multi-antenna and multi-user communications」、IEEE Transactions on Wireless Communications、1305〜1316頁、2004年7月 W. Yu、「Competition and Cooperation in Multi-User Communication Environments」、PhD Dissertation、Stanford University、2002年2月 W. Yu、J. Cioffi、「Sum capacity of Gaussian vector broadcast channels」、IEEE Transactions on Information Theory、1875〜1892頁、2004年9月 X. Shao、J. Yuan、P. Rapajic、「Precoder design for MIMO broadcast channels」、IEEE International Conference on Communications (ICC)、788〜794頁、2005年5月 N. Jindal、W. Rhee、S. Vishwanath、S.A. Jafar、A. Goldsmith、「Sum Power Iterative Water-filling for Multi-Antenna Gaussian Broadcast Channels」、IEEE Transactions on Information Theory、1570〜1580頁、2005年4月 Wei Yu、DIMACS Series in Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science, Vol. 66、「Advances in Network Information Theory」、159〜171頁
本発明の例示的な実施例は、マルチユーザ（ＭＵ）ＭＩＭＯシステムのためのＧＤＦＥプリコーダを実現するための技法を提供し、その技法は、容量の減少をもたらすことなく、計算コストを著しく低減する。その技法は、現在計画中の「４Ｇ」セルラ・ネットワークを含む様々なＭＵ−ＭＩＭＯワイヤレス・システムの性能を改善するのに適している。ＧＤＦＥフィルタの計算は、ダウンリンク（ＤＬ）チャネルばかりでなく、アップリンク（ＵＬ）チャネルの入力共分散行列の知識を必要とする。本発明は、ＵＬチャネルの適切な入力共分散行列Ｄを決定するためのアルゴリズムに焦点を合わせ、米国特許出願第１２／４０１，７１１号で提示されたＧＤＦＥ実施を容易にする。
第１２／４０１，７１１号では、ＧＤＦＥプリコーダの実施は、「最も不利な雑音」に対応する共分散行列（Ｓｚｚ）の知識の必要性を緩和する。これは、ＧＤＦＥプリコーダの従来の設計における鍵となる要素であり、大きな計算コストを必要とする。上記の実施は、ＧＤＦＥプリコーダを実現するための均一のフレームワークも提供する。従来のＧＤＦＥプリコーダ設計とは異なり、提案される方法は、ＤＬチャネルの入力共分散行列（Ｓｘｘ）が階数落ち（ｒａｎｋ ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ）である場合に、チャネル削減を必要としない。
本発明は、異なるユーザ端末（ＵＴ）間の調整がないと仮定して、等価ＵＬチャネルの入力共分散行列Ｄを決定するためのアルゴリズムの複雑さを低減する。これが今度は、ＤＬチャネルの入力共分散行列Ｓｘｘの効率的な計算を可能にする。これら２つの行列Ｄ及びＳｘｘの効率的な計算は、複雑さが著しく低減され、計算コストが著しく改善された、ＧＤＦＥプリコーダを実現するのに役立つ。また、Ｄを計算するための従来のアルゴリズムとは異なり、提案されるアルゴリズムは、行列Ｄの階数が基地局（ＢＳ）における送信アンテナの総数を超過しないことを保証する。
本発明の一態様は、Ｋ個のユーザ端末（ＵＴ）を有するマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムの基地局（ＢＳ）において、汎用判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）ベースのプリコーダを用いて、ユーザ・シンボルを処理するための方法に関し、Ｋ個のユーザ端末は、アップリンク（ＵＬ）チャネル及び対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信し、基地局は、Ｎｔ個のアンテナと、利用可能な送信電力としてＰｔを有し、ＤＬチャネルは、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表される。方法は、２つの方法、（ｉ）ＨＵＬ＝ＨＤＬ Ｈ、又は（ｉｉ）ＨＵＬ＝［（Ｐｔ／Ｎｔ）ＨＤＬ ＨＨＤＬ＋Ｉ］−１／２ＨＤＬ Ｈのうちの一方を使用して、有効なＵＬチャネル行列ＨＵＬを計算するステップと、ＵＬチャネル行列
Figure 0005437202
からＨｋ，ｋ＝１，２，．．．，Ｋを抽出するステップであって、
Figure 0005437202
が第ｋのＵＴの等価ＵＬチャネルに対応し、Ｉが単位行列である、ステップと、Ｋ個のＵＴのすべてについて、ＢＳと第ｋのＵＴの間のＤＬチャネルＨｋの特異値分解（ＳＶＤ：ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖａｌｕｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を
Figure 0005437202
と計算するステップであって、Ｕｋが左特異ベクトル（ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖｅｃｔｏｒ）を表し、Ｓｋが特異値が対角線を構成する対角行列（ｄｉａｇｏｎａｌ ｍａｔｒｉｘ）であり、Ｖｋが右特異ベクトルを表す、ステップと、すべての特異値をｓ＝［ｄｉａｇ（Ｓ１），．．．，ｄｉａｇ（ＳＫ）］として抽出するステップと、ｓの非零特異値を大きい方からＮｔ個選択することによって、ｓからベクトル
Figure 0005437202
を抽出するステップと、
Figure 0005437202
の要素を降順にソートするステップと、電力を割り当て、第ｋのＵＴの特異値に対応する電力割り当てを表す対角行列Γｋを取得するために、注水法（ｗａｔｅｒ−ｆｉｌｌｉｎｇ）を実行するステップと、各ＵＴのためのＵＬ共分散行列を
Figure 0005437202
と計算するステップと、等価ＵＬチャネルの全体的な入力共分散行列Ｄを
Figure 0005437202
として取得するステップであって、ＢｌｏｃｋＤｉａｇ（．）関数は、入力行列引数を対角線に配置することによって、ブロック対角行列を生成する、ステップと、ＵＬ共分散行列Ｄに基づいて、フィルタ行列Ｃを計算するステップと、フィルタ行列Ｃに基づいて、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆを計算するステップと、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆ及びフィルタ行列Ｃに基づいて、送信機におけるＧＤＦＥプリコーダの干渉プリキャンセレーション・ステージにおいて使用される、干渉プリキャンセレーション行列Ｇを計算するステップと、フィルタリングされたベクトル・シンボルを生成するために、ＧＤＦＥプリコーダの判定帰還型等化ステージによって、ユーザ・シンボルを処理するステップとを含む。
本発明の別の態様は、Ｋ個のユーザ端末（ＵＴ）を有するマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムの基地局（ＢＳ）における、汎用判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）ベースのプリコーダに関し、Ｋ個のユーザ端末は、アップリンク（ＵＬ）チャネル及び対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信し、基地局は、Ｎｔ個のアンテナと、利用可能な送信電力としてＰｔを有し、ＤＬチャネルは、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表される。ＧＤＦＥプリコーダは、フィードフォワード・パスと、フィードバック・パスと、フィードバック・パス内に配置された、Ｉ−Ｇによって表される干渉プリキャンセレーション・ブロックであって、Ｉが単位行列であり、Ｇが干渉プリキャンセレーション行列である、干渉プリキャンセレーション・ブロックとを備える。干渉プリキャンセレーション行列Ｇは、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆ及びフィルタ行列Ｃに基づいて計算され、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆは、フィルタ行列Ｃに基づいて計算され、フィルタ行列Ｃは、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄに基づいて計算される。ＵＬ共分散行列Ｄは、２つの方法、（ｉ）ＨＵＬ＝ＨＤＬ Ｈ、又は（ｉｉ）ＨＵＬ＝［（Ｐｔ／Ｎｔ）ＨＤＬ ＨＨＤＬ＋Ｉ］−１／２ＨＤＬ Ｈのうちの一方を使用して、有効なＵＬチャネル行列ＨＵＬを計算するステップと、ＵＬチャネル行列
Figure 0005437202
からＨｋ，ｋ＝１，２，．．．，Ｋを抽出するステップであって、
Figure 0005437202
が第ｋのＵＴの等価ＵＬチャネルに対応し、Ｉが単位行列である、ステップと、Ｋ個のＵＴのすべてについて、ＢＳと第ｋのＵＴの間のＤＬチャネルＨｋの特異値分解（ＳＶＤ：ｓｉｇｎａｌ ｖａｌｕｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を
Figure 0005437202
と計算するステップであって、Ｕｋが左特異ベクトルを表し、Ｓｋが特異値が対角線を構成する対角行列であり、Ｖｋが右特異ベクトルを表す、ステップと、すべての特異値をｓ＝［ｄｉａｇ（Ｓ１），．．．，ｄｉａｇ（ＳＫ）］として抽出するステップと、ｓの非零特異値を大きい方からＮｔ個選択することによって、ｓからベクトル
Figure 0005437202
を抽出するステップと、
Figure 0005437202
の要素を降順にソートするステップと、電力を割り当て、第ｋのＵＴの特異値に対応する電力割り当てを表す対角行列Γｋを取得するために、注水法を実行するステップと、各ＵＴのためのＵＬ共分散行列を
Figure 0005437202
と計算するステップと、等価ＵＬチャネルの全体的な入力共分散行列Ｄを
Figure 0005437202
として取得するステップであって、ＢｌｏｃｋＤｉａｇ（．）関数は、入力行列引数を対角線に配置することによって、ブロック対角行列を生成する、ステップとによって計算される。
本発明の別の態様は、Ｋ個のユーザ端末（ＵＴ）を有するマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムの基地局（ＢＳ）における、汎用判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）ベースのプリコーダに関し、Ｋ個のユーザ端末は、アップリンク（ＵＬ）チャネル及び対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信し、基地局は、Ｎｔ個のアンテナと、利用可能な送信電力としてＰｔを有し、ＤＬチャネルは、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表される。ＧＤＦＥプリコーダは、ユーザ・シンボルを処理して、フィルタリングされたベクトル・シンボルを生成するための判定帰還型等化ステージであって、送信機における干渉プリキャンセレーション・ステージにおいて使用される、干渉プリキャンセレーション行列Ｇを有する、干渉プリキャンセレーション・ステージを含む、判定帰還型等化ステージと、判定帰還型等化ステージの後で、フィルタリングされたベクトル・シンボルを処理して、送信信号の出力を生成するための、送信フィルタ行列Ｂによって表される送信フィルタであって、送信信号の出力が、ワイヤレス・システムにおいてユーザ端末との通信が行なわれる、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表されるＤＬチャネルに送られる、送信フィルタとを備える。干渉プリキャンセレーション行列Ｇは、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆ及びフィルタ行列Ｃに基づいて計算され、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆは、フィルタ行列Ｃに基づいて計算され、フィルタ行列Ｃは、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄに基づいて計算される。ＵＬ共分散行列Ｄは、２つの方法、（ｉ）ＨＵＬ＝ＨＤＬ Ｈ、又は（ｉｉ）ＨＵＬ＝［（Ｐｔ／Ｎｔ）ＨＤＬ ＨＨＤＬ＋Ｉ］−１／２ＨＤＬ Ｈのうちの一方を使用して、有効なＵＬチャネル行列ＨＵＬを計算するステップと、ＵＬチャネル行列
Figure 0005437202
からＨｋ，ｋ＝１，２，．．．，Ｋを抽出するステップであって、
Figure 0005437202
が第ｋのＵＴの等価ＵＬチャネルに対応し、Ｉが単位行列である、ステップと、Ｋ個のＵＴのすべてについて、ＢＳと第ｋのＵＴの間のＤＬチャネルＨｋの特異値分解（ＳＶＤ）を
Figure 0005437202
と計算するステップであって、Ｕｋが左特異ベクトルを表し、Ｓｋが特異値が対角線を構成する対角行列であり、Ｖｋが右特異ベクトルを表す、ステップと、すべての特異値をｓ＝［ｄｉａｇ（Ｓ１），．．．，ｄｉａｇ（ＳＫ）］として抽出するステップと、ｓの非零特異値を大きい方からＮｔ個選択することによって、ｓからベクトル
Figure 0005437202
を抽出するステップと、
Figure 0005437202
の要素を降順にソートするステップと、電力を割り当て、第ｋのＵＴの特異値に対応する電力割り当てを表す対角行列Γｋを取得するために、注水法を実行するステップと、各ＵＴのためのＵＬ共分散行列を
Figure 0005437202
と計算するステップと、等価ＵＬチャネルの全体的な入力共分散行列Ｄを
Figure 0005437202
として取得するステップであって、ＢｌｏｃｋＤｉａｇ（．）関数は、入力行列引数を対角線に配置することによって、ブロック対角行列を生成する、ステップとによって計算される。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、特定の実施例についての以下の詳細な説明に照らして、当業者に明らかとなる。
既知のＧＤＦＥプリコーダのブロック図である。 ＧＤＦＥプリコーディングを使用する通信システムのブロック図である。 ＧＤＦＥプリコーダ成分を決定するための計算シーケンスを示すブロック図である。 ＧＤＦＥプリコーダのフィードフォワード・フィルタを構成するブロック図である。 ＧＤＦＥプリコーダを構成するフロー図である。 従来の注水法アルゴリズムのためのフロー図である。 本発明の実施例による、ＵＬチャネルの入力共分散行列を計算するためのフロー図である。 ＤＬチャネルの入力共分散行列を計算するためのフロー図である。 本発明の実施例による、マルチアンテナ基地局（ＢＳ）と多数のユーザ端末（ＵＥ）からなるダウンリンク・チャネル表現を示す、マルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムの実例を示す図である。 図９の基地局におけるダウンリンク情報フローのための通信ブロック図の実例を示す図である。
本発明についての以下の詳細な説明では、本発明がそれによって実施され得る例示的な実施例が、限定によってではなく、例示によって示される、本開示の一部を形成する添付の図面に対する参照が行なわれる。図面において、同じ番号は、いくつかの図のいずれでも実質的に同様の構成要素を表す。さらに、詳細な説明は、以下で説明され、図面に例示されるような様々な例示的な実施例を提供するが、本発明は、本明細書で説明され、例示される実施例に限定されず、当業者に知られている、又は知られるようになる他の実施例にまで及び得ることに留意されたい。本明細書における、「一実施例（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「この実施例（ｔｈｉｓ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、又は「これらの実施例（ｔｈｅｓｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」に対する言及は、実施例に関連して説明される特定の機能、構造、又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味し、本明細書の様々な場所におけるこれらの語句の出現は、必ずしもすべてが、同じ実施例について言及しているわけではない。加えて、以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が説明される。しかし、これらの特定の詳細が、本発明を実施するうえで、必ずしもすべて必要ではないこともあることは、当業者には明らかである。他の状況では、よく知られた構造、材料、回路、プロセス、及びインタフェースは、本発明を不必要に曖昧にしないために、詳細には説明されておらず、及び／又はブロック図形式で図示されることもある。
さらに、以下の詳細な説明のいくつかの部分は、アルゴリズム及びコンピュータ内の動作のシンボル表現によって提示される。これらのアルゴリズム説明及びシンボル表現は、新しいアイデアの本質を他の当業者に最も効果的に伝えるために、データ処理分野の当業者によって使用される手段である。アルゴリズムは、所望の最終状態又は結果に到る一連の定義されたステップである。本発明では、実施されるステップは、有形な結果を達成するための有形な量の物理的操作を必要とする。必ずしもそうである必要はないが通常は、これらの量は、保存、転送、組み合わせ、比較、及び他の方法による操作を可能にする、電気的又は磁気的な信号又は命令の形態をとる。これらの信号をビット、値、要素、シンボル、文字、項、数、又は命令などと呼ぶことが、主として共通的な言葉遣いの理由から、時に便利であることが分かっている。しかし、上記及び類似の用語はすべて、適切な物理量に関連付けられるべきであり、これらの量に付された単なる便利なラベルであることに留意されたい。別途特別に述べられない限り、以下の説明から明らかなように、説明のどこにおいても、「処理する（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、「計算する（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「算定する（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、又は「表示する（ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ）」などの用語を利用した説明は、コンピュータ・システムのレジスタ及びメモリ内の物理（電子的）量として表されるデータを操作及び変形して、コンピュータ・システムのメモリ若しくはレジスタ、又は他の情報ストレージ、伝送、若しくは表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータにする、コンピュータ・システム又は他の情報処理デバイスのアクション及びプロセスを含み得ることが理解されよう。
本発明は、本明細書における動作を実行するための装置にも関する。この装置は、必要とされる目的のために特に構成することができ、又は１つ若しくは複数のコンピュータ・プログラムによって選択的に活動化若しくは再構成される、１つ若しくは複数の汎用コンピュータを含むことができる。そのようなコンピュータ・プログラムは、光ディスク、磁気ディスク、読取専用メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、ソリッド・ステート・デバイス及びドライブ、又は電子的情報を保存するのに適した他の任意のタイプの媒体などの、しかしそれらに限定されない、コンピュータ可読記憶媒体に保存することができる。本明細書で提示されるアルゴリズム及び表示は、いずれか特定のコンピュータ又は他の装置に本質的に関係するわけではない。本明細書の教示によるプログラム及びモジュールとともに、様々な汎用システムが使用でき、又は所望の方法ステップを実行するために、より専門化された装置を構成するのが便利であると分かることもある。加えて、本発明は、いずれか特定のプログラミング言語に関連して説明されない。本明細書で説明される本発明の教示を実施するために、様々なプログラミング言語が使用できることが理解されよう。プログラミング言語の命令は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、プロセッサ、又はコントローラなど、１つ又は複数の処理デバイスによって実行することができる。
本発明の例示的な実施例は、以下でより詳細に説明されるように、ＭＩＭＯシステムにおけるＧＤＦＥプリコーダ構成、及び入力共分散行列計算のための、装置、方法、及びコンピュータ・プログラムを提供する。
本発明の１つの特徴は、一般に入力共分散行列を計算するための方法、及び米国特許出願第１２／４０１，７１１号のＧＤＦＥプリコーダへのその適用に焦点を合わせる。第１２／４０１，７１１号のＧＤＦＥプリコーダ構成は、以下本明細書で要約される。マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける等価アップリンク（ＵＬ）又はＭＡＣチャネルの入力共分散行列Ｄを計算するための既知の方法が存在する。ユーザ端末（ＵＴ）は、データを共有しないと仮定され、したがって、それらの間には連携が存在しないと仮定される。上で言及されたＪｉｎｄａｌ他の参照文献［６］は、すべてのＵＴについてＵＬチャネルの個々の入力共分散行列Φｋを計算するための、計算上効率的なアルゴリズムを提示する。これらの個々の行列を構成して、全体的な入力共分散行列Ｄを取得することができる。しかし、そのアルゴリズムは、ＮｔがＢＳにおける送信アンテナの総数を表すとした場合に、ｒａｎｋ（Ｄ）≦Ｎｔを保証しないので、第１２／４０１，７１１号で概説されたＧＤＦＥプリコーダへの適用に関してはあまり適していない。これは、特にＵＴにおけるアンテナの総数がＢＴにおけるそれを超過する場合に、第１２／４０１，７１１号のＧＤＦＥプリコーダの設計にとって致命的となる。本発明は、上で述べられた問題を克服し、プロセスにおいて、（ＵＬ及びＤＬチャネルの）入力共分散行列を決定するための計算上効率的なアルゴリズムを提供する。加えて、本発明は、僅かな容量減少しかもたらさない。
Ａ．システム・モデル
最初に、本明細書で使用されるシステム・モデル及び記法が説明される。基地局（ＢＳ）がＮｔ個のアンテナを有するとし、Ｌｋ個のアンテナを各々が有するＫ個のユーザ端末（ＵＴ）が存在するとする。すべてのＵＴにおけるアンテナの合計は、Ｌ＝Σｋ＝１ ＫＬｋと表される。ＨｋがＢＳと第ｋのＵＴの間の次元｛Ｌｋ×Ｎｔ｝のチャネル利得行列を表すとする。ＢＳとＫ個のＵＴの間の合成チャネル利得行列は、次元が｛Ｌ×Ｎｔ｝であり、
Figure 0005437202
によって与えられ、上付き文字Ｔは転置行列を表す。
ｕｋが第ｋのＵＴを到達先とする入力シンボル・ベクトルを表すとし、その結果、積み重ねられた入力ベクトル（ｓｔａｃｋｅｄ ｉｎｐｕｔ ｖｅｃｔｏｒ）は、
Figure 0005437202
と表すことができる。ｕの長さは、ＢＳにおけるアンテナの数を超過しないと仮定される。また、Ｓｕｕ＝Ｅ［ｕｕＨ］という付加的な制約を仮定し、ここで、Ｅ［．］は引数の時間平均を表し、上付き文字Ｈは共役転置を表し、Ｉは単位行列を表す。
Ａ．１ 定義
図２を参照すると、基地局２１０と、ユーザ端末２２０１〜２２０ｋとを有するＭＵ−ＭＩＭＯシステムの機能ブロック図が示されている。各ユーザ端末は、それと関連付けられたフィードフォワード・フィルタＦ１〜ＦＫを有する。通信は、チャネル行列Ｈによって表されるチャネル２３１を介して行なわれる。基地局は、フィードフォワード・パス及びフィードバック・パスを含むＧＤＦＥプリコーダを含む。フィードフォワード・パスでは、モジュロ・ユニット２３３が、フィルタリングされたベクトル・シンボルＸのストリームを生成し、Ｘは、送信信号ストリームｙを生成するために、送信フィルタ２３５によってフィルタリングされる。フィードバック・パスでは、シンボルＸが、単位行列Ｉからの干渉プリキャンセレーション行列Ｇの減算によって表される、干渉プリキャンセレーション・ブロック２３７にフィードバックされる。ユーザ・シンボルｕのストリームは、それから干渉プリキャンセレーション・ブロック２３７の出力信号を減算され、その結果が、モジュロ・ユニット２３３に適用される。
このシステム・モデルに関連する他の態様／パラメータが以下で説明される。
１）干渉プリキャンセレーション行列（Ｇ）：この行列は、図２に示されるように、送信機におけるＧＤＦＥプリコーダの干渉プリキャンセレーション・ステージにおいて使用される。この行列の主な目的は、干渉プリキャンセレーション目的で、入力シンボル・ベクトルｕを処理することである。その構造は、ブロック対角部分行列が各々サイズａｋの単位行列である、右上三角行列の構造である。
２）ダウンリンク・チャネルの入力共分散行列（Ｓｘｘ）：これはＳｘｘ＝Ｅ［ｘｘＨ］と定義され、送信電力制約、すなわちｔｒａｃｅ（Ｓｘｘ）≦Ｐｔを満たし、ここで、Ｐｔは利用可能な総送信電力を表し、ｔｒａｃｅ（．）は行列引数の対角要素の和を表す。ダウンリンク・チャネルの入力共分散行列は、前記Ｎｔ個の送信アンテナの異なるアンテナから送信されるシンボルの依存性を表し、対角行列要素の和は、Ｎｔ個の送信アンテナからの意図された総送信電力を表す。以下の本文において、Ｓｘｘは、固有値分解（ＥＶＤ：Ｅｉｇｅｎ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用して、
Figure 0005437202
と表され、Ｖはユニタリ行列であり、Σは非零エントリを有する対角行列である。
３）送信フィルタ（Ｂ）：この行列は、図２に示されるように、ＧＤＦＥプリコーダのＤＦＥステージの後で取得されるシンボル・ベクトルｘを処理するために使用される。この行列は、以下の式によって表され、
Figure 0005437202
Ｍはユニタリ行列であり、行列｛Ｖ，Σ｝は（１）で定義されたものと同じである。
４）最も不利な雑音の共分散行列（Ｓｚｚ）：これは、すべてのＵＴ間の完全な連携が仮定された場合に最小システム容量をもたらす、雑音共分散行列と見なすことができる。これは、ブロック対角部分行列がサイズａｋの単位行列である、正定値エルミート行列（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｅｆｉｎｉｔｅ Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ Ｍａｔｒｉｘ）である。これは、Ｙｕ及びＣｉｏｆｆｉの参照文献［４］の式（６７）に示されるのと同様の方法で定義される。
５）等価アップリンク・チャネルの入力共分散行列（Ｄ）：これは、チャネル行列ＨＨを有する等価アップリンク／媒体アクセス・チャネル（ＭＡＣ）の入力ベクトルのシンボル間の相関として、参照文献［７］の式（３．６）と同様に定義される。行列Ｄの構造は、ブロック対角行列の構造であり、送信電力制約、すなわちｔｒａｃｅ（Ｄ）≦Ｐｔを満たし、ここで、Ｐｔは利用可能な総送信電力を表す。Ｄの各ブロック対角部分行列は、アップリンク・チャネルにおける特定のＵＴの入力共分散行列を表す。容量最適なＤは、参照文献［６］で提示される方法を使用して計算することができる。
Ａ．２ 送信機処理
図２に示されるように、ＧＤＦＥプリコーダは、Ｉ−Ｇによって表される干渉プリキャンセレーション・ブロックを含み、Ｇはブロック右上三角行列の構造を有する。参照文献［２］のＴＨＰプリコーディング方式と同様に、フィードバック行列Ｇの三角構造は、第ｋのステップにおいて符号化されるシンボル・ベクトルが、（ｋ−１）個のシンボル・ベクトルからだけの干渉をこうむることを保証するのに役立つ。
Figure 0005437202
の第ｘｋの部分ベクトルは、以下の関係を使用して生成され、
Figure 0005437202
Ｇｋｍは、ベクトル・シンボルｘｍに起因する干渉をｘｋからプリキャンセルするのに必要とされる、Ｇの部分行列を表す。これらの部分ベクトルは、逆順で生成され、ｘｋが最初に生成されるベクトルであり、ｘ１が最後に生成されるベクトルである。ＵＴが３個であるシナリオにおける行列Ｇの構造の実例が以下に示される。
Figure 0005437202
この特定の実例では、ｘ３が最初に生成され、その後にｘ２が続き、ｘ２からは、ｘ３に起因する干渉が、部分行列Ｇ２３を使用して事前に減算される。最後に、ｘ２及びｘ３に起因する干渉の事前減算の後で、ｘ１が生成される。また、（３）のベクトルａｋの各複素要素が、以下の集合から選択される。
Figure 0005437202
ａｋの要素は、結果のベクトルｘｋの要素が、幅
Figure 0005437202
の平方領域によって制限されるように選択される。この方法は、干渉プリキャンセレーションを可能にするが、総送信電力も制限する。
その後、ベクトルｘは、送信フィルタＢに渡され、以下の関係によって与えられるベクトルｙを生成する。
Figure 0005437202
ベクトルｙは、その要素を基地局のそれぞれのアンテナ要素にマッピングすることによって送信される。
Ａ．３ 受信機処理
第ｋのＵＴによって利用されるフィードフォワード・フィルタが、次元｛ａｋ×Ｌｋ｝の行列であるＦｋによって表されるとし、ａｋはベクトルｕｋの長さを表す。すると、第ｋのＵＴに対応する受信ベースバンド・ベクトルは、
Figure 0005437202
によって与えられ、ｘは、図２に示されるように、入力シンボル・ベクトルｕから干渉プリキャンセレーション・ステップの後で引き出されるシンボル・ベクトルである。
フィルタＢは、送信フィルタを表し、第ｋのＵＴにおける雑音は、ｎｋによって表される。Ｋ個のＵＴすべてに対応する積み重ねられた受信ベースバンド・ベクトルは、
Figure 0005437202
と表すことができ、Ｆ＝ｄｉａｇ（Ｆ１，Ｆ２，．．．，ＦＫ）は、フィードフォワード・フィルタを表すブロック対角行列であり、ｎは積み重ねられた雑音ベクトルである。
Ｂ．ＧＤＦＥプリコーダ行列の計算
図３は、ＧＤＦＥプリコーダ成分を決定するための計算シーケンスを示すブロック図である。従来の方法とは異なり、本方法では、フィードフォワード・フィルタＦは、
Figure 0005437202
と表され、「最も不利な雑音」Ｓｚｚは、すべてのＵＴ間の完全な連携が存在する場合に最小システム容量をもたらす、雑音共分散行列と見なすことができる。Ｓｚｚは、参照文献［４］で説明される技法を使用して計算することができる。行列｛Ｖ，Σ｝は（１）で定義されたものと同じである。
図５は、ＧＤＦＥプリコーダを構成するフロー図を示している。ダウンリンク・チャネルの入力共分散行列Ｓｘｘは、チャネル利得行列ＨＨを有する等価アップリンク／媒体アクセス・チャネル（ＭＡＣ）の入力共分散行列Ｄを最初に計算することによって（図５のステップ８０１）、計算することができる。提案されるＧＤＦＥ方法によって達成される容量は、等価アップリンク・チャネルのＤの選択によって達成される容量と同じである。容量最適なＤは、参照文献［６］で提示される方法を使用して計算することができる。その後、ダウンリンク・チャネルの入力共分散行列Ｓｘｘは、参照文献［７］で与えられる以下の式を使用して計算することができ（ステップ８０２）、
Figure 0005437202
与えられた総送信電力Ｐｔについて、スカラ変数λは、［７］で定義されるようなＵＬ／ＤＬ双対性変数を表し、
Figure 0005437202
と計算することができる。
次に、フィルタ行列Ｃが、
Figure 0005437202
と定義される（図５のステップ８０３）。
フィルタ行列Ｃを計算する代替方法が、ステップ８０４及びステップ８０５に示されており、第１２／４０１，７１１号で詳細に説明されている。
すると、フィードフォワード・フィルタＦは
Figure 0005437202
と表すことができる。
Ｆはブロック対角行列であり、Ｇは単位行列が対角ブロックを形成するブロック右上三角行列であることに留意されたい。Ｍがユニタリ行列であるとすると、ＭＨとＣの事前乗算は、ブロック右上三角行列Ｒにならなければならない。したがって、Ｍは、ＣのＱＲ分解（ＱＲＤ：ＱＲ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用して
Figure 0005437202
として取得することができる（ステップ８０６）。
ＱＲＤは、同じベクトル空間を張るＣのすべての非零列が行列Ｍのただ１つの列ベクトルに寄与するように実行されることに留意しなければならない。その後、行列Ｂ、Ｇ、及びＦの計算は、以下のように実行される。
Figure 0005437202
を計算する（ステップ８０７）。
Figure 0005437202
と設定する（ステップ８０８）。
ＢｌｏｃｋＤｉａｇｏｎａｌ（．）関数は、ＧＤＦＥプリコーダのフィードフォワード・フィルタを構成するブロック図を示す図４に示されるように、行列Ｒのブロック対角からサイズが｛ａｋ×Ｌｋ｝の部分行列Ｆ１，Ｆ２，．．．，ＦＫを抽出する。第ｋのＵＴに割り当てられるシンボルの数ａｋは、Ｆｋの階数に等しい。
Figure 0005437202
を計算し（ステップ８０９）、上付き文字†はムーア−ペンローズ一般逆行列を表す。
Ｂ．１ ＵＬチャネルの入力共分散行列の計算
ＵＬチャネルの入力共分散行列（Ｄ）は、ブロック対角の第ｋの部分行列が第ｋのＵＴの入力共分散行列を表す、ブロック対角構造を有する。Ｄのブロック対角構造は、ＵＴ間に連携が存在しないことを暗示する。より具体的には、
Figure 0005437202
がすべてのＵＴの連接送信ベクトル（ｊｏｉｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｖｅｃｔｏｒ）を表す場合、Ｄは、
Figure 0005437202
と表すことができ、
Figure 0005437202
であり、
Figure 0005437202
であり、Ｐｔは利用可能な総送信電力を表し、ｔｒａｃｅ（．）は行列引数の対角要素の和を表す。与えられた総送信電力Ｐｔについて、容量最適なＤは、［６］のアルゴリズムを使用して見出すことができる。しかし、［６］は、条件ｒａｎｋ（Ｄ）≦Ｎｔを保証しない。本発明では、より効率的であり、第１２／４０１，７１１号で説明され、上で要約されたＧＤＦＥプリコーダの設計に適した、参照文献［６］のアルゴリズムの修正バージョンを提示する。
図７は、ＵＬチャネルの入力共分散行列Ｄを計算するためのフロー図である。ステップ４０１において、プログラムは、ＨＤＬをＤＬチャネル行列として、ＮｔをＢＳアンテナの数として、ＫをＵＴの数として、Ｌｋを第ｋのＵＴのアンテナの数として、Ｐｔを利用可能な送信電力として設定する。ステップ４０２において、プログラムは、以下で説明される２つの方法のうちの一方を使用して、ＵＬチャネル行列ＨＵＬを計算する。
Ｂ．１．１ Ｄを計算するための第１の方法
第１の方法によれば、ＨＵＬ＝ＨＤＬ Ｈである（ステップ４０４）。与えられたＤＬチャネルについて、対応するＵＬチャネルは、
Figure 0005437202
と表すことができ（ステップ４０５）、
Figure 0005437202
は第ｋのＵＴの等価ＵＬチャネルに対応する。
ＢＳと第ｋのＵＴの間のＤＬチャネルＨｋの特異値分解（ＳＶＤ）が
Figure 0005437202
と計算され（ステップ４０６）、Ｕｋが左特異ベクトルを表し、Ｓｋが特異値が対角線を構成する対角行列であり、Ｖｋが右特異ベクトルを表すとする。
ＳＶＤ演算は、Ｋ個のユーザのすべてに対応するチャネルについて実行される。次に、すべての特異値を含むベクトルｓを
Figure 0005437202
として形成する（ステップ４０７）。
ベクトルｓは、Ｎｔを超過する非零特異値から成ることができる。したがって、非零特異値を大きい方からＮｔ個選択することによって、ｓから別のベクトル
Figure 0005437202
を抽出する（ステップ４０８）。その後、
Figure 0005437202
の要素を降順にソートし（ステップ４０９）、電力を割り当てるために、従来の注水法を実行する（ステップ４１０）。図６は、従来の注水法アルゴリズムのためのフロー図である。ステップ３０１において、プログラムは、降順にソートされたＭ個の特異値σｋと、送信電力Ｐｔを取得する。ステップ３０２において、プログラムは、すべての特異値について、電力割り当てをαｋ＝０，ｋ＝１，…，Ｍとしてリセットする。プログラムは、零特異値を除去し（ステップ３０３）、Ｎ＝非零特異値の数と設定する。ステップ３０５において、プログラムは、Ｎ＞１であるかどうかを判定する。条件が満たされない場合、プログラムは、ステップ３１０において、α１＝Ｐｔと設定し、終了する。条件が満たされる場合、プログラムは、レベルμを計算し（ステップ３０６）、（μ−（１／σＮ ２））≧０であるかどうかをチェックする（ステップ３０７）。条件が満たされる場合、プログラムは、ステップ３０９において、αｋ＝μ−（１／σｋ ２）と設定し、終了する。条件が満たされない場合、プログラムは、ステップ３０８において、Ｎ＝Ｎ−１と更新し、ステップ３０５に戻る。
ベクトルｐが
Figure 0005437202
の特異値に対応する電力割り当てを表すとする。次に、第ｋのＵＴの特異値に対応する電力割り当てを表す対角行列Γｋを形成する。Ｓｋの第ｉの特異値が
Figure 0005437202
に含まれない場合、Γｋの第ｉの対角エントリを、０に設定する。他方、Ｓｋの第ｉの特異値が
Figure 0005437202
に含まれる場合、Γｋの第ｉの対角エントリを、ベクトルｐに含まれる対応する電力割り当てに設定する。その後、第ｋのＵＴの結果の入力共分散行列が、
Figure 0005437202
として取得される（ステップ４１１）。
したがって、等価ＵＬチャネルの全体的な入力共分散行列Ｄは
Figure 0005437202
と表すことができ（ステップ４１２）、ＢｌｏｃｋＤｉａｇ（．）関数は、（２５）に示されるように入力行列引数を対角線に配置することによって、ブロック対角行列を生成する。今では、ＤＬチャネルの対応する入力共分散行列Ｓｘｘを、式（１０）〜（１１）を使用して容易に計算することができる（図８及び以下の説明を参照）。
Ｂ．１．２ Ｄを計算するための第２の方法
Ｄを計算するための上で説明された第１の手法は、すべてのＵＴのアンテナの合計がＢＳのそれを超過する場合に、いくらかの容量減少をもたらす。その場合、初期注水の後で、等価ＵＬチャネルを「白色化（ｗｈｉｔｅｎ）」するのが有利である。参照文献［６］の手法によれば、白色化の後の第ｋのＵＴの等価ＵＬチャネルは、
Figure 0005437202
と表される。
上記の式は、計算的に複雑であり、すべてのＵＴについて計算される必要がある。以下では、この式の発見的な近似が提供される。以下の近似から開始し、
Figure 0005437202
これは
Figure 0005437202
と簡略化することができる。
したがって、各ＵＴの白色化ＵＬチャネルは、
Figure 0005437202
と表すことができる。
（２９）の白色化プロセスの近似は、（２６）の元の式と同様の結果をもたらすように企図されている。第２の方法によれば、全体的な白色化ＵＬチャネルは、
Figure 0005437202
として取得することができる（ステップ４０３）。
上記の式は、直接評価することができ、又は以下のように、ＳＶＤベースの方法を使用することができる。ＤＬチャネルのＳＶＤ分解が以下のようであるとする。
Figure 0005437202
その後、（３１）を使用して式（３０）を簡略化すると、白色化ＵＬチャネルは、
Figure 0005437202
と表すことができ、
Figure 0005437202
である。
次に、ＵＬチャネル及びＤＬチャネルの入力共分散行列を取得するために、（３０）又は（３２）で与えられるＨＵＬを使用しながら、上記の式（２１）〜（２５）を利用する同じステップ４０５〜４１２に従う。
Ｂ．２ ＤＬチャネルの入力共分散行列の計算
図８は、ＤＬチャネルの入力共分散行列を計算するためのフロー図である。ステップ５０１において、プログラムは、ＨＤＬをＤＬチャネル行列として、ＤをＵＬチャネルの入力共分散行列として、Ｐｔを利用可能な送信電力として設定する。プログラムは、ステップ５０２において、式（１１）に従って、スカラ変数λを計算し、ステップ５０３において、式（１０）に従って、ＤＬチャネルの入力共分散行列Ｓｘｘを計算する。
Ｃ．数値的な実例
以下の数値的な実例は、本発明のＧＤＦＥプリコーダの設計に含まれるアップリンク入力共分散行列（Ｄ）及びダウンリンク入力共分散行列（Ｓｘｘ）の計算を示している。ＢＳが２個のアンテナを有し、２つのユーザが各々２個のアンテナを有し、その結果、両ユーザに関連するチャネル行列が次元２×２である場合を考える。送信電力は１０であると仮定する。簡略化のため、実チャネルが以下のようであると考える。
Figure 0005437202
Ｃ．１ 第１の方法
最初にＨ１及びＨ２のＳＶＤ分解を以下のように計算する。
Figure 0005437202
及び
Figure 0005437202
すると、チャネルＨ１及びＨ２に対応するすべての特異値を含むベクトルｓは、
Figure 0005437202
として形成することができる。
次に、降順に並べられた特異値を大きい方から高々Ｎｔ＝２個選択することによって、ｓからベクトル
Figure 0005437202
を
Figure 0005437202
として抽出する。
すると、図６で示されたフローチャートを使用して、標準的な注水法の解を取得することができる。そのようにして計算された電力割り当ては、
Figure 0005437202
である。
次に、第ｋのＵＴの特異値に対応する電力割り当てを表す対角行列Γｋを
Figure 0005437202
及び
Figure 0005437202
として形成する。
その後、結果の入力共分散行列が
Figure 0005437202
及び
Figure 0005437202
として取得される。
したがって、等価ＵＬチャネルの全体的な入力共分散行列Ｄは、
Figure 0005437202
と表される。
次に、最初にＵＬ／ＤＬ双対性変数を決定し、その後、それを使用してダウンリンク入力共分散行列を
Figure 0005437202
Figure 0005437202
と計算する。
Ｃ．２ 第２の方法
ＵＬチャネルの企図された白色化チャネル行列は、
Figure 0005437202
として取得することができる。
個々の有効なチャネル行列を
Figure 0005437202
及び
Figure 0005437202
として計算できるように実現するのは難しくない。
すると、式（３５）〜（４３）と同様のステップに従って、ＵＬ入力共分散行列及びＤＬ入力共分散行列の解に
Figure 0005437202
及び
Figure 0005437202
として到達することができる。
Ｄ．ワイヤレス伝送システム
図９は、本発明の実施例による、マルチアンテナ基地局（ＢＳ）と多数のユーザ端末（ＵＥ）からなるダウンリンク・チャネル表現を示す、マルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムの実例を示している。
Ｄ．１ チャネル行列定義
基地局（ＢＳ）といくつかのユーザ端末（ＵＥ）の間のダウンリンク・チャネルは通常、行数がＵＥにおけるアンテナの合計に等しく、列数がＢＳにおける送信アンテナの数と同じである、行列Ｈとして表される。図９に示されるように、第（ｉ，ｊ）のエントリは、第ｉの送信アンテナと第ｊの受信アンテナの間の複素チャネル利得ｈｉｊを表す。特に、複素チャネル利得ｈｉｊは、送信信号がワイヤレス・チャネル内でこうむる増幅（又は減衰）を表す。
Ｄ．２ チャネル行列推定
ＯＦＤＭＡなどの周波数分割複信（ＦＤＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムでは、複素チャネル利得ｈｉｊは、通常はＵＥ端において推定される。チャネル推定プロセスは、以下のようである。最初に、ＢＳにおいて、アンテナ＃１が、基準信号を送信する。すべてのＵＥは、各受信アンテナにおける受信信号を推定する。基準信号がすべてのＵＥに知られているので、（雑音レベルが基準信号電力よりも著しく低いと仮定すれば）第１の送信アンテナに対応するチャネル利得を決定することができる。その後、この手順が、番号２からＮｔまでの送信アンテナについて繰り返される。
このようにして、第ｋのＵＥに対応するチャネル行列Ｈｋを推定することができる。その後、すべてのＵＥは、専用フィードバック・チャネルを使用して、それぞれのチャネルについてＢＳに報告する。その後、ＢＳは、個々のチャネル行列を融合させて、全体的なチャネル行列Ｈを取得することができる。
時分割複信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムでは、チャネル行列は、チャネルの相反性（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）（すなわちＵＬチャネルとＤＬチャネルは何らかの数学的な式によって関連付けられる）を利用して、ＢＳにおいて推定することができる。そのようなシステムの場合、与えられた時間において、ＵＥの１つが与えられたアンテナを使用して基準信号を送信する。この信号は、ＢＳにおいてすべてのアンテナによって獲得され、したがって、対応するチャネル利得が知られる。このプロセスは、すべてのＵＥによって、すべての利用可能なアンテナについて繰り返され、完全なアップリンク・チャネル行列の推定をもたらす。その後、ＢＳは、（複素共役など）何らかの数学的な式を使用して、等価なダウンリンク・チャネルを取得することができる。
Ｄ．３ 基地局からユーザ端末への情報フロー
図１０は、図９の基地局におけるダウンリンク情報フローのための通信ブロック図の実例を示している。異なるＵＥに送信される情報は、異なる符号語によって表される（単一のＵＥに１つ又は複数の符号語を割り当てることができる）。その後、与えられた符号語内のビットは、ＢＳ及びＵＥの両方に知られている所定のスクランブリング符号を使用してスクランブルされる（スクランブリング・ブロック）。その後、スクランブルされたビットは、複素変調シンボル（例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭなど）にマッピングされる（変調マッパ・ブロック）。その後、これらの情報シンボルは、図１０に示されるように、レイヤ（複素シンボルのストリーム）にマッピングされる。レイヤの数は、通常はチャネル行列Ｈの階数以下である。その後、異なるレイヤにマッピングされる情報シンボルは、（ＧＤＦＥ又はＴＨＰなどを実施する）プリコーディング・ブロックにおいて処理される。その後、プリコーディングされたシンボルは、（ＯＦＤＭトーンとタイム・スロットの長方形グリッドである）リソース要素マッパ・ブロック内のリソース要素にマッピングされる。その後、これらのシンボルは、ＯＦＤＭ信号生成器に供給され、その出力は、送信アンテナ・ポートにマッピングされる。
本発明を実施するコンピュータ及びストレージ・システムは、上で説明された本発明を実施するのに使用されるモジュール、プログラム、及びデータ構造を保存し、読み取ることができる、既知のＩ／Ｏデバイス（例えば、ＣＤ及びＤＶＤドライブ、フロッピ・ディスク・ドライブ、ハード・ドライブなど）も有することができる。これらのモジュール、プログラム、及びデータ構造は、そのようなコンピュータ可読媒媒体上に符号化することができる。例えば、本発明のデータ構造は、本発明で使用されるプログラムが存在する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体とは独立に、コンピュータ可読媒体上に保存することができる。システムの構成要素は、例えば通信ネットワークなど、デジタル・データ通信の任意の形態又は媒体によって相互接続することができる。通信ネットワークの実例は、ローカル・エリア・ネットワーク、インターネットなどのワイド・エリア・ネットワーク、ワイヤレス・ネットワーク、及びストレージ・エリア・ネットワークなどを含む。
本説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの詳細が説明の目的で叙述された。しかし、これらの具体的な詳細の必ずしもすべてが、本発明を実施するために必要とされるわけではないことは当業者には明らかであろう。通常はフローチャート、フロー図、構造図、又はブロック図として表されるプロセスとしても、本発明を説明できることに留意されたい。フローチャートは逐次プロセスとして動作を説明できるが、動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、動作の順序は、配列し直すことができる。
当技術分野において知られているように、上で説明された動作は、ハードウェア、ソフトウェア、又はソフトウェアとハードウェアの何らかの組み合わせによって実行することができる。本発明の実施例の様々な態様は、回路及び論理デバイス（ハードウェア）を使用して実施することができるが、他の態様は、プロセッサによって実行された場合にプロセッサに本発明の実施例を実施するための方法を実行させる、機械可読媒体上に保存された命令（ソフトウェア）を使用して実施することができる。さらに、本発明のいくつかの実施例は、ハードウェアのみで実行することができ、一方、他の実施例は、ソフトウェアのみで実行することができる。さらに、説明された様々な機能は、単一のユニットで実行することができ、又はいくつもの方法で多くの構成要素に分散することができる。ソフトウェアによって実行される場合、方法は、コンピュータ可読媒体上に保存された命令に基づいて、汎用コンピュータなどのプロセッサによって実行することができる。それが望ましい場合には、命令は、圧縮及び／又は暗号化フォーマットで媒体上に保存することができる。
上記のことから、本発明が、ＭＩＭＯシステムにおけるＧＤＦＥプリコーダ構成、及び入力共分散行列計算のための、方法、装置、及びコンピュータ可読媒体上に保存されたプログラムを提供することは明らかであろう。加えて、本明細書では特定の実施例が例示され、説明されたが、同じ目的を達成するために計算される任意の構成が、開示された特定の実施例に取って代わり得ることが当業者には理解されよう。本発明のありとあらゆる適合又は変形を本開示が包含することが意図されており、以下の特許請求の範囲で使用される用語が本明細書で開示された特定の実施例に本発明を限定するとは解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、本発明の範囲は、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲を伴った、請求項解釈の確立された原則に従って解釈される、以下の特許請求の範囲によってもっぱら決定される。
１０１ 干渉プリキャンセレーション・ブロック
１０３ 送信フィルタ
２１０ 基地局
２２０ ユーザ端末
２３１ チャネル
２３３ モジュロ・ユニット
２３５ 送信フィルタ
２３７ 干渉プリキャンセレーション・ブロック

Claims (20)

  1. Ｋ個のユーザ端末（ＵＴ）を有するマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムの基地局（ＢＳ）において、汎用判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）ベースのプリコーダを用いて、ユーザ・シンボルを処理するための方法であって、前記Ｋ個のユーザ端末が、アップリンク（ＵＬ）チャネル及び対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して前記基地局と通信し、前記基地局が、Ｎｔ個のアンテナと、利用可能な送信電力としてＰｔを有し、前記ＤＬチャネルが、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表され、前記方法が、
    ２つの方法
    Figure 0005437202
    のうちの一方を使用して、有効なＵＬチャネル行列ＨＵＬを計算するステップと、
    前記ＵＬチャネル行列
    Figure 0005437202
    からＨｋ，ｋ＝１，２，．．．，Ｋを抽出するステップであって、
    Figure 0005437202
    が第ｋのＵＴの等価ＵＬチャネルに対応し、Ｉが単位行列である、ステップと、
    Ｋ個のＵＴのすべてについて、前記ＢＳと第ｋのＵＴの間の前記ＤＬチャネルＨｋの特異値分解（ＳＶＤ）を
    Figure 0005437202
    と計算するステップであって、Ｕｋが左特異ベクトルを表し、Ｓｋが特異値が対角線を構成する対角行列であり、Ｖｋが右特異ベクトルを表す、ステップと、
    すべての特異値を
    Figure 0005437202
    として抽出するステップと、
    ｓの非零特異値を大きい方からＮｔ個選択することによって、ｓからベクトル
    Figure 0005437202
    を抽出するステップと、
    Figure 0005437202
    の要素を降順にソートするステップと、
    電力を割り当て、前記第ｋのＵＴの特異値に対応する電力割り当てを表す対角行列Γｋを取得するために、注水法を実行するステップと、
    各ＵＴのためのＵＬ共分散行列を
    Figure 0005437202
    と計算するステップと、
    前記等価ＵＬチャネルの全体的な入力共分散行列Ｄを
    Figure 0005437202
    として取得するステップであって、ＢｌｏｃｋＤｉａｇ（．）関数は、入力行列引数を対角線に配置することによって、ブロック対角行列を生成する、ステップと、
    前記ＵＬ共分散行列Ｄに基づいて、フィルタ行列Ｃを計算するステップと、
    前記フィルタ行列Ｃに基づいて、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆを計算するステップと、
    前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆ及び前記フィルタ行列Ｃに基づいて、送信機における前記ＧＤＦＥプリコーダの干渉プリキャンセレーション・ステージにおいて使用される、干渉プリキャンセレーション行列Ｇを計算するステップと、
    フィルタリングされたベクトル・シンボルを生成するために、前記ＧＤＦＥプリコーダの判定帰還型等化ステージによって、ユーザ・シンボルを処理するステップと
    を含む方法。
  2. Ｓｋの第ｉの特異値が
    Figure 0005437202
    に含まれない場合、Γｋの第ｉの対角エントリを、０に設定するステップと、
    Ｓｋの第ｉの特異値が
    Figure 0005437202
    に含まれる場合、Γｋの第ｉの対角エントリを、
    Figure 0005437202
    の特異値に対応する電力割り当てを表すベクトルｐに含まれる対応する電力割り当てに設定するステップと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ＤＬチャネルの入力共分散行列Ｓｘｘを
    Figure 0005437202
    と計算するステップであって、与えられた総送信電力Ｐｔについて、スカラ変数λが、
    Figure 0005437202
    であるステップをさらに含み、
    Figure 0005437202
    であり、
    Ｓｘｘは、その固有値分解（ＥＶＤ）を使用して、
    Figure 0005437202
    と表され、Ｖはユニタリ行列であり、Σは非負エントリを有する対角行列であり、
    Ｓｚｚは、最も不利な雑音の共分散行列である、
    請求項１に記載の方法。
  4. 前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆが、Ｆ＝ＧＭＨＣによって表され、Ｍはユニタリ行列であり、Ｇは、送信機における前記ＧＤＦＥプリコーダの干渉プリキャンセレーション・ステージにおいて使用される干渉プリキャンセレーション行列であり、
    前記行列Ｍを、ＣのＱＲ分解（ＱＲＤ）を使用して、
    Figure 0005437202
    と計算するステップと、
    前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆを、
    Figure 0005437202
    と計算するステップであって、前記ＢｌｏｃｋＤｉａｇｏｎａｌ（．）関数は、前記行列Ｒのブロック対角から、サイズ｛ａｋ×Ｌｋ｝の部分行列Ｆ１，Ｆ２，．．．，ＦＫを抽出し、ａｋは前記第ｋのユーザ端末（ＵＴ）に割り当てられたシンボルの数であり、Ｆｋの階数に等しい、ステップと、
    前記干渉プリキャンセレーション行列Ｇを、
    Figure 0005437202
    と計算するステップであって、上付き文字†がムーア−ペンローズ一般逆行列を表す、ステップと
    をさらに含む、請求項３に記載の方法。
  5. 送信フィルタのための送信フィルタ行列Ｂを、
    Figure 0005437202
    と計算するステップであって、
    送信信号の出力を生成するために、前記フィルタリングされたベクトル・シンボルを前記送信フィルタに通すステップと、
    前記送信フィルタの前記出力を、前記ワイヤレス・システムにおいて前記ユーザ端末との通信が行なわれる、前記ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表されるチャネルに送るステップと
    をさらに含む、請求項４に記載の方法。
  6. フィルタリングされたベクトル・シンボルを生成するために、前記ＧＤＦＥプリコーダの判定帰還型等化ステージによって、ユーザ・シンボルを処理するステップが、
    フィードバック・パス内に配置された干渉プリキャンセレーション・ブロックを通してフィードバックされる、前記フィルタリングされたベクトル・シンボルを生成するために、前記ユーザ・シンボルを、フィードフォワード・パス内に配置されたモジュロ・ユニットを通して送るステップであって、前記干渉プリキャンセレーション・ブロックが、Ｉ−Ｇによって表される、ステップと、
    前記干渉プリキャンセレーション・ブロックの出力信号を前記ユーザ・シンボルから減算するステップであって、そのユーザ・シンボルが前記フィードフォワード・パス内の前記モジュロ・ユニットに適用される、ステップと
    を含む、請求項１に記載の方法。
  7. Ｋ個のユーザ端末（ＵＴ）を有するマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムの基地局（ＢＳ）における、汎用判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）ベースのプリコーダであって、前記Ｋ個のユーザ端末が、アップリンク（ＵＬ）チャネル及び対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して前記基地局と通信し、前記基地局が、Ｎｔ個のアンテナと、利用可能な送信電力としてＰｔを有し、前記ＤＬチャネルが、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表され、前記ＧＤＦＥプリコーダが、
    フィードフォワード・パスと、
    フィードバック・パスと、
    前記フィードバック・パス内に配置された、Ｉ−Ｇによって表される干渉プリキャンセレーション・ブロックであって、Ｉが単位行列であり、Ｇが干渉プリキャンセレーション行列である、干渉プリキャンセレーション・ブロックとを備え、
    前記干渉プリキャンセレーション行列Ｇが、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆ及びフィルタ行列Ｃに基づいて計算され、前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆが、前記フィルタ行列Ｃに基づいて計算され、前記フィルタ行列Ｃが、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄに基づいて計算され、前記ＵＬ共分散行列Ｄが、
    ２つの方法
    Figure 0005437202
    のうちの一方を使用して、有効なＵＬチャネル行列ＨＵＬを計算するステップと、
    前記ＵＬチャネル行列
    Figure 0005437202
    からＨｋ，ｋ＝１，２，．．．，Ｋを抽出するステップであって、
    Figure 0005437202
    が第ｋのＵＴの等価ＵＬチャネルに対応し、Ｉが単位行列である、ステップと、
    Ｋ個のＵＴのすべてについて、前記ＢＳと第ｋのＵＴの間の前記ＤＬチャネルＨｋの特異値分解（ＳＶＤ）を
    Figure 0005437202
    と計算するステップであって、Ｕｋが左特異ベクトルを表し、Ｓｋが特異値が対角線を構成する対角行列であり、Ｖｋが右特異ベクトルを表す、ステップと、
    すべての特異値を
    ｓ＝［ｄｉａｇ（Ｓ１），．．．，ｄｉａｇ（ＳＫ）］
    として抽出するステップと、
    ｓの非零特異値を大きい方からＮｔ個選択することによって、ｓからベクトル
    Figure 0005437202
    を抽出するステップと、
    Figure 0005437202
    の要素を降順にソートするステップと、
    電力を割り当て、前記第ｋのＵＴの特異値に対応する電力割り当てを表す対角行列Γｋを取得するために、注水法を実行するステップと、
    各ＵＴのためのＵＬ共分散行列を
    Figure 0005437202
    と計算するステップと、
    前記等価ＵＬチャネルの全体的な入力共分散行列Ｄを
    Figure 0005437202
    として取得するステップであって、ＢｌｏｃｋＤｉａｇ（．）関数は、入力行列引数を対角線に配置することによって、ブロック対角行列を生成する、ステップと
    によって計算される、
    ＧＤＦＥプリコーダ。
  8. 前記ＵＬ共分散行列Ｄの計算が、
    Ｓｋの第ｉの特異値が
    Figure 0005437202
    に含まれない場合、Γｋの第ｉの対角エントリを、０に設定するステップと、
    Ｓｋの第ｉの特異値が
    Figure 0005437202
    に含まれる場合、Γｋの第ｉの対角エントリを、
    Figure 0005437202
    の特異値に対応する電力割り当てを表すベクトルｐに含まれる対応する電力割り当てに設定するステップと
    をさらに含む、請求項７に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  9. Figure 0005437202
    であり、
    Ｓｘｘは、前記ＤＬチャネルの入力共分散行列
    Figure 0005437202
    であり、
    与えられた総送信電力Ｐｔについて、スカラ変数λが、
    Figure 0005437202
    であり、
    Ｓｘｘは、その固有値分解（ＥＶＤ）を使用して、
    Figure 0005437202
    と表され、Ｖはユニタリ行列であり、Σは非負エントリを有する対角行列であり、
    Ｓｚｚは、最も不利な雑音の共分散行列である、
    請求項７に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  10. 前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆが、Ｆ＝ＧＭＨＣによって表され、Ｍはユニタリ行列であり、Ｇは、送信機における前記ＧＤＦＥプリコーダの干渉プリキャンセレーション・ステージにおいて使用される、干渉プリキャンセレーション行列であり、
    前記行列Ｍは、ＣのＱＲ分解（ＱＲＤ）を使用して、
    Figure 0005437202
    と表されるユニタリ行列であり、
    前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆは、
    Figure 0005437202
    であり、前記ＢｌｏｃｋＤｉａｇｏｎａｌ（．）関数は、前記行列Ｒのブロック対角から、サイズ｛ａｋ×Ｌｋ｝の部分行列Ｆ１，Ｆ２，．．．，ＦＫを抽出し、ａｋは前記第ｋのユーザ端末（ＵＴ）に割り当てられたシンボルの数であり、Ｆｋの階数に等しく、
    前記干渉プリキャンセレーション行列Ｇは、
    Figure 0005437202
    であり、上付き文字†はムーア−ペンローズ一般逆行列を表す、
    請求項９に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  11. 前記フィードバック・パス内に配置された前記干渉プリキャンセレーション・ブロックを通してフィードバックされる、フィルタリングされたベクトル・シンボルのストリームＸを生成するために、フィードフォワード・パス内に配置されたモジュロ・ユニット
    をさらに備える、
    請求項７に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  12. 前記干渉プリキャンセレーション・ブロックの出力信号が、ユーザ・シンボルのストリームから減算され、そのユーザ・シンボルが前記フィードフォワード・パス内の前記モジュロ・ユニットに適用される、
    請求項１１に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  13. 前記フィードフォワード・パス内に配置された前記モジュロ・ユニットによって生成されるフィルタリングされたベクトル・シンボルＸのストリームをフィルタリングするための、送信フィルタ行列Ｂによって表される送信フィルタをさらに備え、
    前記送信フィルタ行列Ｂが、
    Figure 0005437202
    である、
    請求項１２に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  14. ＭＵ−ＭＩＭＯワイヤレス・システムであって、
    請求項１３のＧＤＦＥプリコーダを含む基地局と、
    複数のＫ個のユーザ端末と、
    前記ワイヤレス・システムにおいて前記ユーザ端末との通信が行なわれる、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表される、送信フィルタの出力を受け取るためのチャネルと、
    を備えるＭＵ−ＭＩＭＯワイヤレス・システム。
  15. Ｋ個のユーザ端末（ＵＴ）を有するマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ワイヤレス・システムの基地局（ＢＳ）における、汎用判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）ベースのプリコーダであって、前記Ｋ個のユーザ端末が、アップリンク（ＵＬ）チャネル及び対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して前記基地局と通信し、前記基地局が、Ｎｔ個のアンテナと、利用可能な送信電力としてＰｔを有し、前記ＤＬチャネルが、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表され、前記ＧＤＦＥプリコーダが、
    ユーザ・シンボルを処理して、フィルタリングされたベクトル・シンボルを生成するための判定帰還型等化ステージであって、送信機における干渉プリキャンセレーション・ステージにおいて使用される、干渉プリキャンセレーション行列Ｇを有する、前記干渉プリキャンセレーション・ステージを含む、判定帰還型等化ステージと、
    前記判定帰還型等化ステージの後で、前記フィルタリングされたベクトル・シンボルを処理して、送信信号の出力を生成するための、送信フィルタ行列Ｂによって表される送信フィルタであって、送信信号の出力が、前記ワイヤレス・システムにおいて前記ユーザ端末との通信が行なわれる、前記ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表される前記ＤＬチャネルに送られる、送信フィルタとを備え、
    前記干渉プリキャンセレーション行列Ｇが、フィードフォワード・フィルタ行列Ｆ及びフィルタ行列Ｃに基づいて計算され、前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆが、前記フィルタ行列Ｃに基づいて計算され、前記フィルタ行列Ｃが、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄに基づいて計算され、前記ＵＬ共分散行列Ｄが、
    ２つの方法
    Figure 0005437202
    のうちの一方を使用して、有効なＵＬチャネル行列ＨＵＬを計算するステップと、
    前記ＵＬチャネル行列
    Figure 0005437202
    からＨｋ，ｋ＝１，２，．．．，Ｋを抽出するステップであって、
    Figure 0005437202
    が第ｋのＵＴの等価ＵＬチャネルに対応し、Ｉが単位行列である、ステップと、
    Ｋ個のＵＴのすべてについて、前記ＢＳと第ｋのＵＴの間の前記ＤＬチャネルＨｋの特異値分解（ＳＶＤ）を
    Figure 0005437202
    と計算するステップであって、Ｕｋが左特異ベクトルを表し、Ｓｋが特異値が対角線を構成する対角行列であり、Ｖｋが右特異ベクトルを表す、ステップと、
    すべての特異値を
    Figure 0005437202
    として抽出するステップと、
    ｓの非零特異値を大きい方からＮｔ個選択することによって、ｓからベクトル
    Figure 0005437202
    を抽出するステップと、
    Figure 0005437202
    の要素を降順にソートするステップと、
    電力を割り当て、前記第ｋのＵＴの特異値に対応する電力割り当てを表す対角行列Γｋを取得するために、注水法を実行するステップと、
    各ＵＴのためのＵＬ共分散行列を
    Figure 0005437202
    と計算するステップと、
    前記等価ＵＬチャネルの全体的な入力共分散行列Ｄを
    Figure 0005437202
    として取得するステップであって、ＢｌｏｃｋＤｉａｇ（．）関数は、入力行列引数を対角線に配置することによって、ブロック対角行列を生成する、ステップと
    によって計算される、
    ＧＤＦＥプリコーダ。
  16. 前記ＵＬ共分散行列Ｄの計算が、
    Ｓｋの第ｉの特異値が
    Figure 0005437202
    に含まれない場合、Γｋの第ｉの対角エントリを、０に設定するステップと、
    Ｓｋの第ｉの特異値が
    Figure 0005437202
    に含まれる場合、Γｋの第ｉの対角エントリを、
    Figure 0005437202
    の特異値に対応する電力割り当てを表すベクトルｐに含まれる対応する電力割り当てに設定するステップと、をさらに含む、
    請求項１５に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  17. Figure 0005437202
    であり、
    Ｓｘｘは、前記ＤＬチャネルの入力共分散行列
    Figure 0005437202
    であり、
    与えられた総送信電力Ｐｔについて、スカラ変数λが、
    Figure 0005437202
    であり、
    Ｓｘｘは、その固有値分解（ＥＶＤ）を使用して、
    Figure 0005437202
    と表され、Ｖはユニタリ行列であり、Σは非負エントリを有する対角行列であり、
    Ｓｚｚは、最も不利な雑音の共分散行列である、
    請求項１５に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  18. 前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆが、Ｆ＝ＧＭＨＣによって表され、Ｍはユニタリ行列であり、
    前記行列Ｍは、ＣのＱＲ分解（ＱＲＤ）を使用して、
    Figure 0005437202
    と表されるユニタリ行列であり、
    前記フィードフォワード・フィルタ行列Ｆは、
    Figure 0005437202
    であり、前記ＢｌｏｃｋＤｉａｇｏｎａｌ（．）関数は、前記行列Ｒのブロック対角から、サイズ｛ａｋ×Ｌｋ｝の部分行列Ｆ１，Ｆ２，．．．，ＦＫを抽出し、ａｋは前記第ｋのユーザ端末（ＵＴ）に割り当てられたシンボルの数であり、Ｆｋの階数に等しく、
    前記干渉プリキャンセレーション行列Ｇは、
    Figure 0005437202
    であり、上付き文字†はムーア−ペンローズ一般逆行列を表し、
    前記送信フィルタ行列Ｂが、
    Figure 0005437202
    である、
    請求項１７に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  19. 前記判定帰還型等化ステージが、フィードバック・パス内に配置された干渉プリキャンセレーション・ブロックを通してフィードバックされる、フィルタリングされたベクトル・シンボルのストリームＸを生成するための、フィードフォワード・パス内に配置されたモジュロ・ユニットを含み、Ｉ−Ｇによって表される前記干渉プリキャンセレーション・ブロックが、前記フィードバック・パス内に配置され、前記干渉プリキャンセレーション・ブロックの出力信号が、ユーザ・シンボルのストリームから減算され、そのユーザ・シンボルが前記フィードフォワード・パス内の前記モジュロ・ユニットに適用される、
    請求項１５に記載のＧＤＦＥプリコーダ。
  20. ＭＵ−ＭＩＭＯワイヤレス・システムであって、
    請求項１５のＧＤＦＥプリコーダを含む基地局と、
    複数のＫ個のユーザ端末と、
    前記ワイヤレス・システムにおいて前記ユーザ端末との通信が行なわれる、ＤＬチャネル行列ＨＤＬによって表される、送信フィルタの出力を受け取るためのチャネルと
    を備えるＭＵ−ＭＩＭＯワイヤレス・システム。
JP2010195715A 2009-09-04 2010-09-01 マルチユーザ多入力多出力ワイヤレス伝送システムのための入力共分散行列計算を伴う汎用判定帰還型等化器プリコーダ Expired - Fee Related JP5437202B2 (ja)

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