JP5485475B2

JP5485475B2 - サービスデータの送信方法と装置

Info

Publication number: JP5485475B2
Application number: JP2013518946A
Authority: JP
Inventors: 文豪劉; 衍文王
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: EP2573954A4; WO2012055276A1; EP2573954A1; US9124314B2; CN102457319B; US20130279428A1; JP2013536614A; CN102457319A

Description

本発明は、マルチアンテナ通信システム中における多地点協調多地点送信（ＣｏＭＰ、ＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＭｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ）技術に関し、特にサービスデータの送信方法と装置に関する。

第４世代通信システム（４Ｇ）の標準として、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍＡｄｖａｎｃｅｄ、高級国際移動通信）は、システムの性能に対してより高い要求があり、特にアップダウンリンクのスペクトル効率に対してより高い要求がある。協調多地点送信は送信カバー範囲、セル近辺のサービス品質とスループット、及びシステムスループットを向上する技術であり、システムスペクトル利用率を向上する重要な技術になり、それゆえに広範な注目を得た。協調多地点送信というのは、即ち複数の基地局協調送信で、１つ又は複数のユーザー端末（ＵｓｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ、ＵＥ）にサービスすることである。

３ＧＰＰにより定義されたＣｏＭＰは２種のシーンを提供する。１種のシーンは、多地点協調スケジューリング、協調ビーム形成（ＣＳ／ＣＢ：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）であり、即ち隣り合うノードの間でノード情報をインタラクティブにすることによって、各セル送信信号の間の干渉が協調を得ることになる。また、別の１種のシーンは、多地点連合処理であり、即ち複数の協調ノードの間にデータ及びＣＳＩ（ｃｈａｎｎｅｌｓｔａｔｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、チャネル状態情報）、スケジューリング情報などを共有することによって、目標ユーザーのためにサービスを提供する。連合ビーム形成の協調多地点送信は第１種ＣｏＭＰシーンに属する。

従来の技術では、プリコーディングマトリックスを計算する時に、特徴ベクトル分解とマトリックスのインバージョンを使用し、これらの計算、特に特徴ベクトルの分解が実行に非常に時間がかかる。

上記技術問題を解決するために、本発明は、プリコーディングマトリックスの計算方法を簡素化するための、サービスデータの送信方法および装置を提供する。

上記の技術問題を解決するために、本発明はサービスデータの送信方法を提供し、ネットワーク側が以下のステップを実施する：
端末のサービスセルの信号チャネルマトリックスに基づいて値空間マトリックスを計算するステップ、
前記端末の協調セルの干渉チャネルマトリックスに基づいて零空間マトリックスを計算するステップ、
前記値空間マトリックスのベクトルを前記零空間マトリックスのベクトルが所在する平面に投影して該端末のプリコーディングマトリックスを得るステップ、
前記プリコーディングマトリックスに基づいて前記端末のサービスセルにサービスデータを送信するステップ。

好ましくは、上記の方法において、零空間マトリックスを計算することは同次線形方程式Ｈ_ＩＸ＝０の解を求め、零空間ベクトルｘを得ることであり、前記零空間ベクトルｘが零空間マトリックスを構成することに用いられ、ここで、Ｈ_Ｉは端末の干渉チャネルマトリックスであり、Ｘは零空間マトリックスであり、前記端末は複数の協調セルを有すると、各協調セルの干渉チャネルマトリックスに基づいてそれぞれ零空間ベクトルを計算し、得た零空間ベクトルが共に前記零空間マトリックスを構成する。

好ましくは、上記の方法において、前記同次線形方程式の係数マトリックスはｎＴｘ×ｎＲｘであり、ここで、ｎＴｘは前記ネットワーク側の送信アンテナ数であり、ｎＲｘは前記端末の受信アンテナ数である。

本発明はさらにサービスデータの送信装置を提供し、
端末のサービスセルの信号チャネルマトリックスに基づいて値空間マトリックスを計算するように設置される値空間計算モジュールと、
前記端末の協調セルの干渉チャネルマトリックスに基づいて零空間マトリックスを計算するように設置される零空間計算モジュールと、
前記値空間マトリックスのベクトルを前記零空間マトリックスのベクトルが所在する平面に投影して該端末のプリコーディングマトリックスを得るように設置されるプリコーディングマトリックス計算モジュールと、
前記プリコーディングマトリックスに基づいて前記端末のサービスセルにサービスデータを送信するように設置されるサービスデータ送信モジュールとを含む。

好ましくは、上記の装置において、零空間を計算することは同次線形方程式Ｈ_ＩＸ＝０の解を求め、零空間ベクトルｘを得ることであり、前記零空間ベクトルｘが零空間マトリックスを構成することに用いられ、ここで、Ｈ_Ｉは端末の干渉チャネルマトリックスであり、Ｘは零空間マトリックスであり、前記端末は複数の協調セルを有すると、各協調セルの干渉チャネルマトリックスに基づいてそれぞれ零空間ベクトルを計算し、得た零空間ベクトルが共に零空間マトリックスを構成する。

好ましくは、上記の装置において、前記同次線形方程式の係数マトリックスはｎＴｘ×ｎＲｘであり、ここで、ｎＴｘは前記ネットワーク側の送信アンテナ数であり、ｎＲｘは前記端末の受信アンテナ数である。

本発明の方法と装置は、信号チャネル値空間、干渉チャネル零空間及び空間ベクトルの投影を計算することによって、即ちプリコーディングマトリックスを得て、プリコーディングマトリックスの計算方法を簡素化し、システム性能を向上させる。

本発明による実施例のサービスデータ送信方法の模式図である。２つセルＣｏＭＰ送信の模式図である。プリコーディングマトリックス計算の原理模式図である。本発明による応用実例１の対応の模式図である。本発明による応用実例２の対応の模式図である。本発明による応用実例３の対応の模式図である。本発明のサービスデータ装置の対応のモジュール構造の模式図である。

本明細書では、第１種シーンの多地点協調スケジューリングに出したサービスデータ送信方法を、特にプリコーディングマトリックスの計算過程に対して改善した。このプリコーディングマトリックス計算方法は特徴ベクトルの分解に関し、これらアルゴリズムが計算精度又は計算時間を現実的なものとしていなかったが、本発明による実施例はプリコーディングマトリックスのアルゴリズムを変更することによって、高次方程式を解き、線形方程式を解くことによってプリコーディングマトリックスの計算を実現し、プリコーディングマトリックスの計算方法を簡素化し、低速に移動している周辺ユーザーに対して特に適用できる。

以下に図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。ただし、互いに矛盾しなければ、本出願中の実施例及び実施例中の特徴を互いに任意に組み合わせることができる。

図１に示すように、本発明実施例が提供するサービスデータ送信方法には、ネットワーク側が以下のステップを実施する。

ステップ１０１として、端末のサービスセルの信号チャネルに基づいて値空間を計算する。ここで、値空間は１つ又は複数の値空間ベクトルを有することができ、値空間ベクトルの個数がチャネルマトリックスのランクによって決定する。

チャネルのランクは空間チャネルの分離可能な層数であり、該値がｎＴｘとｎＲｘのうち比較的に小さい値以下であり、ここで、ｎＴｘは送信アンテナ数であり、ｎＲｘは受信アンテナ数であり、ネットワーク側から端末にサービスデータを送信する層数は空間チャネルのランク以下であることが必要で、具体的な層数はネットワーク側で実際の状況に基づいて確定する。

値空間は信号エネルギーの最も強い方向であり、基地局が値空間に基づいてプリコーディングすると、チャネルが目標端末に達するエネルギーが最も強いことを保証するが、この時に隣り合うセル端末の干渉を考えない。

ｂ）Ａｙ＝λｙに基づいて、各特徴値λに対応する特徴ベクトルｙを求め、特徴ベクトルｙは即ち値空間ベクトルであり、値空間を構成することに用いることを含む。

ステップ１０２として、端末の協調セルの干渉チャネルに基づいて零空間を計算する。正確に零空間を計算すると隣り合うセルがあるＵＥに対する干渉が０であることを保証できるが、実際には処理中に量子化など問題によって干渉を完全に抑制することは保証できない。具体的に、零空間を計算することは、同次線形方程式Ｈ_ＩＸ＝０の解を求め、零空間ベクトルｘを得ることを意味する。、零空間ベクトルｘは零空間を構成することに用いられ、ここで、Ｈ_Ｉは端末の干渉チャネルマトリックス（具体的に実現する際に、協調に参加するセルが端末に対する干渉チャネルマトリックス）であり、Ｘは零空間マトリックスである。

同次線形方程式の係数マトリックスはネットワーク側の送信アンテナ数と端末の受信アンテナ数で決定され、ｎＴｘ×ｎＲｘを示し、ここで、ｎＴｘはネットワーク側の送信アンテナ数であり、ｎＲｘは端末の受信アンテナ数である。

端末は複数の協調セルを有すると、各協調セルの干渉チャネルに基づいてそれぞれ零空間ベクトルを計算し、得た零空間ベクトルが共に前記零空間を構成する。

ステップ１０３として、値空間のベクトルを零空間のベクトルが所在する平面に投影して該端末のプリコーディングマトリックスを得る。プリコーディングマトリックスは零空間に広がる平面（図３に示すように）にあるので、理想の状況において信号漏れは「０」であり、即ち干渉が零に抑制される。このような状況に、干渉が最小に抑制され、同時に信号のパワーが最強であることを保証する。

ステップ１０４として、プリコーディングマトリックスに基づいて端末サービスセルにサービスデータを送信する。

チャネルマトリックスの特徴ベクトルの解を求めることは最終的に線形方程式を解くことになり、繰り返し演算が必要なく、演算速度が速い。従前の繰り返しアルゴリズム演算が特徴ベクトルの分解とマトリックスのインバージョンをミリ秒単位の時間をかけていたのに対し、従前の方法から変更した後には、大きく処理資源のオーバーヘッドを減少させる。別にプリコードは干渉チャネルの零空間に広がる平面でのベクトルであるので、干渉を良好に抑制させ、有効に周辺ユーザーのスループットを向上させることができる。

該方法は複数のセルの多地点協調送信に適合し、且つ最大で８送信４受信のアンテナ配置を支持でき、このような方法が低ランクの周辺ユーザーにとって特に適合する。

以下に図面と応用実例を参照して本発明を説明する。

応用実例１
図２は２つセルのＣｏＭＰ協調の模式図である。端末ＵＥ１にとって、そのサービスセルがｃｅｌｌ１であり、協調セルがｃｅｌｌ２であり、ＵＥ１とｃｅｌｌ１との間の空間チャネルはＨ_１１と標記し、Ｈ_１１は信号チャネルであり、ＵＥ１とｃｅｌｌ２との間のチャネルはＨ_１２（Ｈ_１２はｃｅｌｌ２からＵＥ１までの干渉チャネルである）と標記し、端末ＵＥ２にとって、そのサービスセルがｃｅｌｌ２であり、協調セルがｃｅｌｌ１であり、ＵＥ２とｃｅｌｌ１との間の空間チャネルはＨ_２１（Ｈ_２１はｃｅｌｌ１がＵＥ２に対して干渉する干渉チャネルである）であり、ｃｅｌｌ２とＵＥ２の間の空間チャネルはＨ_２２である。

複数の協調セルを有する場合、信号チャネルと干渉チャネルの標記方法は上記と同様であり、且つ仮にチャネルマトリックスのランクがいつでも２とすると、以下応用実例は同じである。

以下にサービスセルｃｅｌｌ１の対応するサービスデータ送信装置（例えば基地局１）が端末ＵＥ１にサービスデータを送信することを例として、本発明案を説明する。

本応用実例の送信アンテナは４アンテナ、受信アンテナは２アンテナであり、２つセル（セル１とセル２、ここでセル１はＵＥのサービスセルである）はＣｏＭＰ協調を構成し、図４に示すように、基地局１は２つ送信層でＵＥにサービスデータを送信する。

具体な手順は、次の通りである。ステップ４０１として、基地局１は上記方法によりＨ１１に基づいて値空間を計算する。値空間を［ｙ１ｙ２］と標記し、ここで、ｙ１、ｙ２は値空間ベクトルである。

ステップ４０２として、基地局１は上記方法によりＨ２１に基づいて係数マトリックスが４×２の同次線形方程式の解を求めて零空間を計算する。零空間は、［ｘ１ｘ２］と標記し、ここで、ｘ１、ｘ２は零空間ベクトルである。

ステップ４０４として、基地局１はＷ１をプリコーディングマトリックスとしてセル１からＵＥにサービスデータを送信する。

応用実例２
本応用実例の送信アンテナは８アンテナ、受信アンテナは２アンテナであり、２つセル（セル１とセル２、ここで、セル１はＵＥのサービスセルである）はＣｏＭＰ協調を構成し、図５に示すように、基地局１は２つ送信層でＵＥにサービスデータを送信する。具体な手順は、次の通りである。

ステップ５０１として、基地局１はＨ１１に基づいて値空間ベクトル［ｙ１ｙ２］を計算する。ここで、特徴値の解を求めることはまた二次方程式の解を求めることである。

ステップ５０２として、基地局１は、Ｈ２１に基づいて係数マトリックスが８×２の同次線形方程式の解を求めて零空間ベクトル［ｘ１ｘ２］を計算する。

ステップ５０３として、式１記載の方法によってセル１の最終プリコーディングマトリックスを計算し、Ｗ１として標記する、
ステップ５０４として、基地局１はＷ１をプリコーディングマトリックスとしてセル１にＵＥにサービスデータを送信する。

応用実例３
図６に示すように、本応用実例の送信アンテナは４アンテナ、受信アンテナは２アンテナであり、３つセル（セル１、２、３、ここで、セル１はＵＥのサービスセルである）はＣｏＭＰ協調を構成し、基地局１は２つ送信層でＵＥにサービスデータを送信する。具体な手順は、次の通りである。

ステップ６０１として、基地局１はＨ１１に基づいて値空間ベクトル［ｙ１ｙ２］を計算する。ここで、特徴値の解を求めることはまた二次方程式の解を求めることである。

ステップ６０２として、基地局１はＨ２１に基づいて係数マトリックスが８×２の同次線形方程式の解を求めて零空間ベクトル［ｘ１ｘ２］を計算する。

ステップ６０３として、基地局１はＨ３１に基づいて係数マトリックスが８×２の同次線形方程式の解を求めて零空間ベクトル［ｘ３ｘ４］を計算する。

ステップ６０５として、基地局１はＷ１をプリコーディングマトリックスとしてセル１にＵＥにサービスデータを送信する。

以上の方法を実現するために、本発明の実施方式はさらにサービスデータの送信装置を提供し、図７に示すように、該装置は値空間計算モジュール、零空間計算モジュール、プリコーディングマトリックス計算モジュールとサービスデータ送信モジュールを備える。

ここで、値空間計算モジュールは、端末のサービスセルの信号チャネルに基づいて値空間を計算するように設置される。

値空間モジュールは、具体的に、特徴値計算サブモジュールと、ベクトル計算サブモジュールとを含む。

ベクトル計算サブモジュールは、Ａｙ＝λｙに基づいて各特徴値λの対応の特徴ベクトルｙを求める。特徴ベクトルｙは即ち値空間ベクトルであり、値空間を構成することに用いるように設置される。

零空間計算モジュールは、端末の協調セルの干渉チャネルに基づいて零空間を計算する。

プリコーディングマトリックス計算モジュールは、値空間のベクトルを零空間のベクトルが所在する平面に投影して該端末のプリコーディングマトリックスを得るように設置される。

零空間を計算することは同次線形方程式Ｈ_ＩＸ＝０の解を求め、零空間ベクトルｘを得ることを指す。零空間ベクトルｘは零空間を構成することに用いられ、ここで、Ｈ_Ｉは端末の干渉チャネルマトリックスであり、Ｘは零空間マトリックスである。端末は複数の協調セルを有すると、各協調セルの干渉チャネルに基づいてそれぞれ零空間ベクトルを計算し、得た零空間ベクトルが共に零空間を構成する。

同次線形方程式の係数マトリックスはｎＴｘ×ｎＲｘであり、ここで、ｎＴｘはネットワーク側の送信アンテナ数であり、ｎＲｘは端末の受信アンテナ数である。

サービスデータ送信モジュールは、プリコーディングマトリックスに基づいて端末のサービスセルにサービスデータを送信するように設置される。

２つセルが協調に参加する状況において、仮に基地局の送信アンテナ数を４とすると、ＵＥの受信アンテナは２であり、空間チャネルのランクは２である。

ここで、ｗ_１は第１層プリコーディングベクトルであり、ｗ_２は第２層プリコーディングベクトルであり、上式３はプリコーディングマトリックスを計算する時に特徴ベクトルの分解とマトリックスのインバージョンを使用する。これらの演算、特に特徴ベクトルの分解が処理過程中に非常に時間がかかるものであり、特徴ベクトルの分解演算は繰り返し方式によって実現されるからである。

従来の技術と比べて、本発明の実施方式に提供した方法は繰り返しアルゴリズムを必要とせず、高次方程式を解き、線形方程式を解くことによって実現できるので、プリコーディングマトリックスの計算方法を簡素化し、システム性能を向上させる。

一般の当業者は上記方法の全部或いは一部のステップがプログラムを用いて関連ハードウェアに対して命令を出し、完成させることができ、プログラムはコンピューターの可読記憶媒体、例えば読み出し専用メモリ、磁気ディスク或いは光ディスク等に記憶できると理解可能である。実施例の全部或いは一部のステップは１つ或いは複数の集積回路を使用することで実現するという選択肢もある。それに対応し、上記実施例における各モジュール／ユニットはハードウェア形式で実現でき、またソフトウェアの機能モジュール形式でも実現できる。本発明は如何なる特定した形式のハードウェアとソフトウェアの結合にも限定されない。

本発明はサービスデータの送信方法と装置を提供し、端末のサービスセルの信号チャネルに基づいて値空間を計算すること、端末の協調セルの干渉チャネルに基づいて零空間を計算すること、及び値空間のベクトルを零空間のベクトルが所在する平面に投影して該端末のプリコーディングマトリックスを得ること、さらにプリコーディングマトリックスに基づいて端末のサービスセルにサービスデータを送信することによって、プリコーディングマトリックスの計算方法の簡素化を実現する。

Claims

サービスデータの送信方法であって、ネットワーク側は、
端末のサービスセルの信号チャネルマトリックスに基づいて値空間マトリックスを計算する値空間計算ステップと、
前記端末の協調セルの干渉チャネルマトリックスに基づいて零空間マトリックスを計算する零空間計算ステップと、
前記値空間マトリックスのベクトルを前記零空間マトリックスのベクトルが所在する平面に投影して該端末のプリコーディングマトリックスを得るプリコーディングマトリックス計算ステップと、
前記プリコーディングマトリックスに基づいて前記端末のサービスセルにサービスデータを送信するサービスデータ送信ステップと、を実施し、
前記値空間計算ステップは、
零空間マトリックスを計算することは同次線形方程式Ｈ_ＩＸ＝０の解を求め、零空間ベクトルｘを得ることであり、前記零空間ベクトルｘが零空間マトリックスを構成することに用いられ、ここで、Ｈ_Ｉは端末の干渉チャネルマトリックスであり、Ｘは零空間マトリックスであり、前記端末は複数の協調セルを有すると、各協調セルの干渉チャネルマトリックスに基づいてそれぞれ零空間ベクトルを計算し、得た零空間ベクトルが共に前記零空間マトリックスを構成する請求項１に記載のサービスデータの送信方法。
前記同次線形方程式の係数マトリックスはｎＴｘ×ｎＲｘであり、ここで、ｎＴｘは前記ネットワーク側の送信アンテナ数であり、ｎＲｘは前記端末の受信アンテナ数である請求項２に記載のサービスデータの送信方法。
サービスデータの送信装置であって、
端末のサービスセルの信号チャネルマトリックスに基づいて値空間マトリックスを計算するように設置される値空間計算モジュールと、
前記端末の協調セルの干渉チャネルマトリックスに基づいて零空間マトリックスを計算するように設置される零空間計算モジュールと、
前記値空間マトリックスのベクトルを前記零空間マトリックスのベクトルが所在する平面に投影して該端末のプリコーディングマトリックスを得るように設置されるプリコーディングマトリックス計算モジュールと、
前記プリコーディングマトリックスに基づいて前記端末のサービスセルにサービスデータを送信するように設置されるサービスデータ送信モジュールと、を含み、
前記値空間モジュールは、
零空間を計算することは同次線形方程式Ｈ_ＩＸ＝０の解を求め、零空間ベクトルｘを得ることであり、前記零空間ベクトルｘが零空間マトリックスを構成することに用いられ、ここで、Ｈ_Ｉは端末の干渉チャネルマトリックスであり、Ｘは零空間マトリックスであり、前記端末は複数の協調セルを有すると、各協調セルの干渉チャネルマトリックスに基づいてそれぞれ零空間ベクトルを計算し、得た零空間ベクトルが共に前記零空間マトリックスを構成する請求項４に記載のサービスデータの送信装置。
前記同次線形方程式の係数マトリックスはｎＴｘ×ｎＲｘであり、ここで、ｎＴｘは前記ネットワーク側の送信アンテナ数であり、ｎＲｘは前記端末の受信アンテナ数である請求項５に記載のサービスデータの送信装置。