JP6161333B2 - 干渉アラインメントに基づくプリコーディング方法、送信機およびデバイス - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムにおけるマルチセル（multi-cell）協調通信（coordinated communications）に係り、具体的に、干渉アラインメント（Interference Alignment）に基づくマルチセル協調通信におけるＭＩＭＯ（マルチ入力・マルチ出力）プリコーディング方法および送信機に関する。

無線移動セルラーネットワークにおいて、隣接セルが同一の周波数レンジ上に動作すると、セルの境界にあるユーザは、隣接セルから強烈な干渉を受けることとなる。このような干渉は、通常同一周波数干渉と称される。セル間のこのような同一周波数干渉は、例えば伝送レート、伝送信頼性など、セルの境界にあるユーザの通信品質に大きく影響する。

例えばＧＳＭ（登録商標）セルラーネットワークといった伝統的な技術において、周波数分割多重化の方式が用いられ、すなわち、隣接セルにおいて異なるサブバンドを用いて伝送する。該方策は、セル間の干渉を効果的に回避できるが、有用信号伝送用資源の数を減少することとなり、しかもそれによりスペクトル利用効率を低下させる。例えば長期的進化（ＬＴＥ）ネットワークといった最新のネットワークにおいて、ネットワーク全体または一部のネットワークにある各セルを同一周波数バンドに動作させ、ハイレベルのセル間同一周波数干渉管理方法を通じて干渉を抑制して通信品質を向上させる傾向がある。

最新の研究では干渉アラインメントの方式が提案されている。このような方法を利用すれば、セル間の干渉が効果的に抑制されるだけでなく、多くの資源が有用信号の伝送用に保留される。以上両面の利点を総合すると、干渉アラインメント方式により、より効果的な無線伝送を取得することができる。干渉アラインメントの基本的な思想は、信号空間を所望の信号サブ空間と干渉信号サブ空間に分け、それから全ての干渉信号を干渉サブ空間に所属させ、それによりセル間の干渉をより効果的に抑制することである。

非特許文献１（C. Suh et.al., “Downlink Interference Alignment” GlobeCOM 2010）と非特許文献２（W. Shin et. al. “On the Design of Interference Alignment Scheme for Two-Cell MIMO Interfering Broadcast Channels” IEEE Trans. on Wireless Comm.2011）において、二種類の干渉アラインメントに基づく両セルマルチユーザ線形プリコーディング復号アルゴリズムが提案されている。しかし、該方法は、汎用のマルチセルシステムに拡張することができない。別の種類の解決方策は、反復アルゴリズムを用いてプリコーディング行列（またはベクトル）と復号行列（またはベクトル）を計算する。以上に述べたような従来技術の方法は、複雑度が高く、しかもセル間の大量の情報インタラクティブが必要となる。また、該種類の方法は、システムにおいて適用する際に柔軟性に限界がある。

従来技術における一つまたは複数の問題を考慮し、本発明の目的は、干渉アラインメントに基づくＭＩＭＯ（マルチ入力・マルチ出力）プリコーディング方法および送信機を提供することにある。

一実施例によれば、干渉アラインメントに基づくプリコーディング方法を提供している。該方法において、各送信機から全関係端末への下りチャネルのチャネル方向情報（ＣＤＩ：Channel Direction Information）に基づいて干渉アラインメント復号行列を計算するステップと、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップと、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップと、下り等価チャネルのチャネル方向情報および下り等価チャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算するステップと、上記マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行うステップとを含み、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップは、

により計算し、Ｈ _{ｉ，ｊ，ｋ} は送信機iからセルjの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｇ _ｊ，ｋ はセルjの中のユーザkの復号行列であり、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップは、

により計算し、γ _ｊ，ｋ はユーザからフィードバックされるチャネル品質情報である。

別の実施例によれば、干渉アラインメント復号行列に基づくマルチセル協調プリコーディング方法を提供している。該方法において、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップと、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップと、下り等価チャネルのチャネル方向情報およびチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算するステップと、上記マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行うステップとを含み、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップは、

により計算し、Ｈ _{ｉ，ｊ，ｋ} は送信機iからセルjの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｇ _ｊ，ｋ はセルjの中のユーザkの復号行列であり、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップは、

により計算し、γ _ｊ，ｋ はユーザからフィードバックされるチャネル品質情報である。

また別の実施例によれば、干渉アラインメント復号行列を計算する方法を提供している。該方法において、協調セルの送信機から、協調セルの送信機から各端末への下りチャネルのチャネル方向情報を取得するステップと、上記下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて干渉アラインメント復号行列を計算するステップと、各送信機との接続を介して、干渉アラインメント復号行列計算結果を各送信機に通知するステップとを含み、
上記干渉アラインメント復号行列を計算することは、

からセルiの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｈ _{ｉ，ｉ，ｋ} が送信機iからセルiの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｐ _ｊ，ｕ がセルjの中のユーザuのプリコーディング行列であり、Ｐ _ｉ，ｖ がセルiの中のユーザvのプリコーディング行列であり、Jが協調セルの総数であり、Ｋ _j がセルjの中のサービス端末の数であり、Ｋ _ｉ がセルiの中のサービス端末の数であり、αが調整パラメータであり、Ｉが単位対角行列であり、上の添え字のＨが行列に対する共役転置操作である。

さらに別の実施例によれば、送信機を提供している。該送信機は、各送信機から全関係端末への下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて干渉アラインメント復号行列を計算する干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニットと、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算し、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算し、下り等価チャネルのチャネル方向情報および下り等価チャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算するマルチセル協調符号化行列計算ユニットと、上記マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行うプリコーディングユニットとを含み、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップは、

により計算し、Ｈ _{ｉ，ｊ，ｋ} は送信機iからセルjの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｇ _ｊ，ｋ はセルjの中のユーザkの復号行列であり、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップは、

により計算し、γ _ｊ，ｋ はユーザからフィードバックされるチャネル品質情報である。

また別の実施例によれば、送信機を提供している。該送信機は、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算し、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算し、下り等価チャネルのチャネル方向情報およびチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算するマルチセル協調プリコーディング行列計算ユニットと、上記マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行うプリコーディングユニットとを含み、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップは、

により計算し、Ｈ _{ｉ，ｊ，ｋ} は送信機iからセルjの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｇ _ｊ，ｋ はセルjの中のユーザkの復号行列であり、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップは、

により計算し、γ _ｊ，ｋ はユーザからフィードバックされるチャネル品質情報である。

また別の実施例によれば、干渉アラインメントプリコーディング復号行列を計算するデバイスを提供している。該デバイスは、協調セルの送信機から、協調セルの送信機から各端末への下りチャネルのチャネル方向情報を取得する装置と、上記下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて干渉アラインメント復号行列を計算する装置と、各送信機との接続を介して、干渉アラインメント復号行列計算結果を各送信機に通知する装置とを含み、
上記干渉アラインメント復号行列を計算することは、

からセルiの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｈ _{ｉ，ｉ，ｋ} が送信機iからセルiの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｐ _ｊ，ｕ がセルjの中のユーザuのプリコーディング行列であり、Ｐ _ｉ，ｖ がセルiの中のユーザvのプリコーディング行列であり、Jが協調セルの総数であり、Ｋ _j がセルjの中のサービス端末の数であり、Ｋ _ｉ がセルiの中のサービス端末の数であり、αが調整パラメータであり、Ｉが単位対角行列であり、上の添え字のＨが行列に対する共役転置操作である。

上記実施例によれば、マルチセル協調と符号化の計算を二つの相対的に独立な過程に分け、各過程において異なる方法を採用することができる。

また、この設計に基づいて、大量な実施方策を取得できる。各種類の方策は、異なる性能と複雑度を有し、異なる通信環境に適用できる。

本発明の一実施例による方法の応用場面を示している。 プリコーディング、復号方法を記載するための送信機と移動端末に関する図面である。 本発明の一実施例による通信システムを示している。 本発明の別実施例による通信システムを示している。 本発明の一実施例による送信機の構造図である。 本発明の一実施例による干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニットを示している。 図５に示す干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニットの動作フローを記載している。 本発明の別実施例による送信機を記載する構造図である。

以下の図面を見ながらの詳細記載から、本発明の前記特徴と利点は、より明確となる。以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施方式を詳細に説明する。図面において、同一の図面記号は、異なる図面にありながら、同一または類似な構成を示す。明確化と簡素化を図り、ここに含まれる既知の機能と構造の詳細な記載は、省略することにし、本発明の主題の不明確を招くのを回避する。

図１は、本発明の一実施例による方法とシステムの応用場面を示している。図１に示すように、隣接するマルチセルの送信機は、同一周波数レンジ内において動作し、互いに接続し（図１の破線で示す接続）、それにより限られた情報インタラクティブを行うことができる。このような情報インタラクティブは、システム状態情報または制御情報に限られ、ユーザデータを含まない。すなわち、ユーザ向けに送信されるデータは、ユーザがいるセルの送信機内のみに存在する。当業者が既知しているように、送信機に対応するセルは、単一基地局のカバー領域であってもよいし、基地局のある送信機に対応するセクター（sector）であってもよい。

図１に示す各送信機は、そのセル内の一つまたは複数のユーザに同時にサービスを提供する。図３Ａと図３Ｂには、二つの具体的な実施システムの例がそれぞれ示されている。

図３Ａの例において、三つの隣接セルが含まれており、各セルにはデュアルアンテナの送信機を一つ有し、各セルは一つのデュアルアンテナの移動端末にサービスを提供する。

図３Ｂの例において、三つの隣接セルが含まれており、各セルにはトリプルアンテナの送信機を一つ有し、セル１は二つのデュアルアンテナの移動端末にサービスを提供する。セル２とセル３は、それぞれ一つのデュアルアンテナの移動端末にサービスを提供する。

図２は、プリコーディング方法を記載するための送信機と移動端末に関する図面である。図２に示すように、送信側２０において、ユーザ１のデータとユーザ２のデータは、それぞれ加重和を経て送信アンテナにマッピングされる。送信側重み付け係数で構成する行列（またはベクトル）はプリコーディング行列（またはベクトル）と称される。受信側３０において、たとえばユーザkの場合、各アンテナで受信した信号について、加重和を経て有用信号取得に用いられる。受信側重み付け係数で構成する行列（またはベクトル）は復号行列（またはベクトル）と称される。

本発明の一実施例によれば、プリコーディング行列（またはベクトル）と復号行列（またはベクトル）を最適化することによりマルチセル協調通信システムにより高いスペクトル利用効率を取得させ、ユーザが高品質のデータ伝送を行えるようにする。

線形プリコーディング復号を用いたマルチセルマルチユーザ下りＭＩＭＯシステムの入力出力関係は、次の式で表すことができる。

ただし、

：送信機ｉとセルｉの中のユーザｋとの間の下りチャネル行列；

：送信機ｊとセルｉの中のユーザｋとの間の下りチャネル；

：セルｉの中のユーザｋに送信するデータ信号；

：セルｉの中のユーザｌに送信するデータ信号；

：セルｊの中のユーザｌに送信するデータ信号；

：セルｉの中のユーザｌの受信側で復元した有用信号；

：セルｉの中のユーザｌに対してプリコーディングを行うプリコーディング行列；

：セルｉの中のユーザｋに対してプリコーディングを行うプリコーディング行列；

：セルｊの中のユーザｌに対してプリコーディングを行うプリコーディング行列；

：セルｉの中のユーザｋのデータを復号するための復号行列；

：セルｉの中のユーザｋが受信したノイズ（非協調セルからの干渉を含む）。

以下、本発明の実施例におけるマルチセルマルチユーザシステム下りプリコーディングとプリデコーディングの計算過程を説明する。計算過程を簡素に記載するために、以下の数学記号では、上の添え字ＤＬで上り関係の変数を示すのをやめる。すなわち、Ｇ_ｉ，ｋで式（１）の中のＧ_ｉ，ｋ ^ＤＬを示し、Ｈ_{ｊ，ｉ，ｋ}で式（１）の中のＨ_{ｊ，ｉ，ｋ} ^ＤＬを示し、Ｐ_ｉ，ｋで式（１）の中のＰ_ｉ，ｋ ^ＤＬを示し、このように類推する。

図４は、本発明の一実施例による通信システムにおける送信機の構造図である。

図４に示す送信機４０は、チャネル情報取得ユニット４１と、マルチセル協調プリコーディング行列計算ユニット４２と、プリコーディングユニット４３と、干渉アラインメントプリコーディング行列計算トリガーユニット４４とを含む。図４に示す該チャネル情報取得ユニット４１は、ＴＤＤ（時間分割デュプレックス）システムの場合に、受信した上り探知信号を利用してチャネル推定を行い、送信機４０のセル範囲内における端末の上りチャネル情報および送信機４０から協調セル範囲内における端末までの上りチャネル情報を取得し、ＴＤＤシステムの上り下りチャネル相反性を利用して、対応する送信機４０のセル範囲内における端末の下りチャネル情報および送信機４０から協調セル範囲内における端末までの下りチャネル情報を取得する。一方、ＦＤＤ（周波数分割デュプレックス）システムの場合に、該チャネル情報取得ユニット４１は、端末からフィードバックされる情報を受信することにより、送信機４０のセル範囲内における端末の下りチャネル情報および送信機４０から協調セル範囲内における端末までの下りチャネル情報を取得する。

該チャネル情報取得ユニット４１は、下りチャネル情報を通じて下りチャネルのチャネル方向情報を取得する。該チャネル情報取得ユニット４１は、フィードバックチャネルを通じて下りチャネルのチャネル品質情報を取得することもできる。

干渉アラインメントプリコーディング行列計算トリガーユニット４４は、チャネル方向情報とチャネル品質情報に基づいて、干渉アラインメント計算を行う必要があるかを判断する。干渉アラインメント計算を行う必要があると判断した場合、チャネル方向情報は、干渉アラインメントプリコーディング行列計算デバイスへ送信される。干渉アラインメント計算を行う必要がない場合、該情報を送信する必要がない。

マルチセル協調プリコーディング行列計算ユニット４２は、チャネル方向情報とチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算する。マルチセル協調プリコーディング行列を計算する例として、下記のように記載する。
・干渉アラインメントプリコーディング計算がトリガーされると、干渉アラインメント復号行列とチャネル方向情報に基づいて、等価チャネル方向情報を計算する。干渉アラインメントプリコーディング計算がトリガーされない場合、等価チャネル方向情報がチャネル方向情報に等しい。
・干渉アラインメントプリコーディング計算がトリガーされると、干渉アラインメント復号行列とチャネル品質情報に基づいて、等価チャネル品質情報を計算する。干渉アラインメントプリコーディング計算がトリガーされない場合、等価チャネル品質情報がチャネル品質情報に等しい。
・等価チャネル方向情報と等価チャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算する。マルチセル協調プリコーディング行列の計算は、例えばゼロフォーシング基準のように、最小化干渉に基づいて行うか、最大化信号対漏れプラス雑音比（ＳＬＮＲ）基準に基づいて行う。

プリコーディングユニット４３は、マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行う。

図５は、本発明の一実施例による通信システムにおける干渉アラインメントプリコーディング復号計算装置を示している。該ユニットは、一装置として各送信機から独立してもよいし、ある送信機内に位置してもよい。該装置は、送信機から送信してきたチャネル方向情報を受信して干渉アラインメント基準を通じて干渉アラインメントプリコーディング行列および／または干渉アラインメント復号行列（またはベクトル）を計算する干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニット５０を含む。計算して得た干渉アラインメントプリコーディング復号行列（またはベクトル）は、送信機の間の接続を介して各送信機４０に送信される。干渉アラインメントプリコーディング行列と干渉アラインメント復号行列（またはベクトル）は、解析アルゴリズムを用いてもよいし反復アルゴリズムを用いてもよい。具体的な実施は、実際のシステムの設定に応じて決まる。

以下、干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニット５０の操作過程についてより詳細に説明する。汎用のシステム設定について、干渉アラインメントプリコーディング復号計算は、反復アルゴリズムを用いる。反復アルゴリズムの記載は、図６に示される。

ステップＳ６１において、プリコーディング行列を初期化する。該プリコーディング行列は、例えば所定値の行列である。例えば単位行列またはランダムに生成した行列である。それから、毎回反復する入力変数は、前回の反復により得たプリコーディング行列と復号行列である。非変数はチャネル行列であり、毎回反復する出力変数は、新しいプリコーディング行列と復号行列である。

ステップＳ６２において、チャネル行列と得たプリコーディング行列を利用して新しい復号行列を計算する。例えば、プリコーディング行列を固定化し、最小化干渉基準に基づいてプリデコーディング行列を計算する。具体的な計算方法は、下記のように示す。

式（２）を計算する。

ただし、
Ｈ_{ｊ，ｉ，ｋ}：送信機ｊからセルｉの中のユーザｋへの下りチャネル；
Ｈ_{ｉ，ｉ，ｋ}：送信機ｉからセルｉの中のユーザｋへの下りチャネル；
Ｐ_ｊ，ｕ：ステップ６１において計算して得たセルｊの中のユーザｕのプリコーディング行列；
Ｐ_ｉ，ｖ：ステップ６１において計算して得たセルｉの中のユーザｖのプリコーディング行列；
Ｊ：協調セルの総数
Ｋ_ｊ：セルｊの中のサービス端末の数；
Ｋ_ｉ：セルｉの中のサービス端末の数；
α：調整パラメータ；
Ｉ：単位対角行列；
上の添え字の^H：行列に対する共役転置操作。
そのうち、調整パラメータαの値は、システムの具体的なパラメータに基づいて決まり、０であってもよい。

行列Ｄ_ｉ，ｋに対して特異値分解を行う。すなわち、

ただし、ユニタリー行列Ｕの列ベクトルは、左特異ベクトルを構成し、ユニタリー行列Ｖの列ベクトルは、右特異ベクトルを構成し、対角行列Ｓの対角線元素は、特異値であり、上の添え字である^Ｈは、行列に対する共役転置操作を代表する。

ユニタリー行列Ｖから端末に送信するデータストリーム数の列を選択してプリコーディング行列を構成する。ただし、選択した列は、最小の特異値に対応する特異ベクトルとなるべきである。

以下、例を挙げて説明する。仮にＤ_ｉ，ｋが３×３行列とすると、式（３）は下記の形式に書くことができる。

そのうち、特異値が

を満足する。端末にツーパスのデータストリームを送信すると仮定すると、プリコーディング行列は、下記式（５）となる。

そのうち、右特徴ベクトルｖ_２とｖ_３は、最小の二つの特徴値ｓ_２とｓ_３に対応する。

ステップ６３において、チャネル行列とステップＳ６２において計算して得た復号行列を利用して新しいプリコーディング行列を計算する。例えば、プリコーディング行列を固定化し、最小化干渉基準に基づいてプリコーディング行列を計算する。具体的な計算方法は、下記のように記載する。

下記式（６）を計算する。

ただし、
Ｈ_{ｉ，ｊ，ｕ}：送信機ｉからセルｊの中のユーザｕへの下りチャネル；
Ｇ_ｊ，ｕ：ステップ６２において得たセルｊの中のユーザｕの復号行列；
Ｈ_{ｉ，ｉ，ｖ}：送信機iからセルiの中のユーザｖへの下りチャネル；
Ｇ_ｊ，ｖ：ステップ６２において得たセルｊの中のユーザｖの復号行列；
Ｊ：協調セルの総数
Ｋ_ｊ：セルｊの中のサービス端末の数；
Ｋ_ｉ：セルｉの中のサービス端末の数；
α：調整パラメータ；
Ｉ：単位対角行列；
上の添え字の^Ｈ：行列に対する共役転置操作。
そのうち、調整パラメータαの値は、システムの具体的なパラメータに基づいて決まり、０であってもよい。

それから、行列Ｃ_ｉ，ｋに対して特異値分解を行う。すなわち、

ただし、ユニタリー行列Ｕの列ベクトルは、左特異ベクトルを構成し、ユニタリー行列Ｖの列ベクトルは、右特異ベクトルを構成し、対角行列Ｓの対角線元素は、特異値であり、上の添え字である^Ｈは、行列に対する共役転置操作を代表する。

続いて、ユニタリー行列Ｖから端末に送信するデータストリーム数の列を選択してプリコーディング行列を構成する。ただし、選択した列は、最小の特異値に対応する特異ベクトルとなるべきである。

以下、例を挙げて説明する。仮にＣ_ｉ，ｋが３×３行列とすると、式（７）は下記の形式に書くことができる。

そのうち、特異値が

を満足する。端末にツーパスのデータストリームを送信すると仮定すると、プリコーディング行列は、下記式（９）となる。

そのうち、右特徴ベクトルｖ_２とｖ_３は、最小の二つの特徴値ｓ_２とｓ_３に対応する。

ステップ６２において取得したプリコーディング行列およびステップ６３において取得した復号行列を収集して今回反復の出力とする。

ステップＳ６４において、反復アルゴリズムは、以下の条件で終了する。すなわち、既に反復した回数が所定の最大反復回数を超え、または、前後二回の計算で取得したプリコーディング行列の減算を行い、得た行列の元素の平方和が所定の閾値より小さくなると、反復が終了する。

ステップＳ６５において、反復アルゴリズム終了後、反復終了条件を満足する回の反復出力結果を出力する。

図３Ａと３Ｂに示すシステム設定について、干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算は、解析アルゴリズムを用いることができる。

図３Ａ示すシステムについて、干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算は、下記のステップを採用する。

下記式（１０）を計算する。

行列Ａの特徴ベクトルを計算し、プリコーディング行列ｐ_３，１が該特徴ベクトルである。下記式を通じてプリコーディング行列ｐ_２，１とｐ_１，１を計算する。

下記式を計算する。

復号行列は、下記のように計算される。

図３Ｂに示すシステムについて、干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算は、下記のステップを採用する。

下記方程式を解いて復号行列ｇ_２，１、ｇ_３，１および干渉等価チャネルｈ_ＩＡ ^１を取得する。

下記方程式を構築する。

プリコーディング行列Ｐ_１を計算する。
下記一組の方程式を構築する。

プリコーディング行列Ｐ_２とＰ_３を計算する。
下記式（１７）を計算する。

行列Ａの特徴ベクトルを計算し、プリコーディング行列ｐ´_３，１が該特徴ベクトルである。
下記式（１８）を利用してｐ´_２，１を計算する。

下記式（１９）を利用して、最終的なプリコーディング行列ｐ_２，１とｐ_３，１を計算する。

セル１の等価チャネルを計算する。

マルチユーザマルチ入力マルチ出力（MU-MIMO）プリコーディング復号の計算方法を利用して復号行列ｇ_１，１とｇ_１，２を計算し、プリコーディング行列ｐ´_１，１とｐ´_１，２を計算する。そのうち、MU-MIMOプリコーディング復号は、ゼロフォーシング、最小平均二乗誤差、最大化信号対漏れ雑音比の反復アルゴリズムまたは非反復アルゴリズムを用いることができる。

下記式（２１）を利用して最終的なプリコーディング行列ｐ_１，１とｐ_１，２を計算する。

本発明の実施例に基づき、マルチセル協調プリコーディング計算フローの例を以下に記載する。

干渉アラインメントプリコーディング計算がトリガーされると、干渉アラインメント復号行列とチャネル方向情報に基づいて、等価チャネル方向情報を計算する。具体的に下記のように計算する。

ただし、Ｈ_{ｉ，ｊ，ｋ}：送信機ｉからセルｊの中のユーザｋへの下りチャネル；
Ｇ_ｊ，ｋ：セルｊの中のユーザｋの復号行列。

干渉アラインメントプリコーディング計算がトリガーされない場合、等価チャネル方向情報がチャネル方向情報に等しい。具体的に下記のように計算する。

干渉アラインメントプリコーディング計算がトリガーされると、干渉アラインメント復号行列とチャネル品質情報に基づいて、等価チャネル品質情報を計算する。たとえば、セルｊの中のユーザｋからチャネルのノイズと干渉測定値γ_ｊ，ｋをフィードバックし、干渉アラインメント復号行列Ｇ_ｊ，ｋに基づいて、等価チャネル品質情報を計算することができる。

干渉アラインメントプリコーディング計算がトリガーされない場合、等価チャネル品質がユーザからフィードバックされるチャネル品質情報に等しい。すなわち、

上記の等価チャネル方向情報および等価チャネル品質情報を利用して、例えばゼロフォーシングまたは最大化信号対漏れ雑音比の方法に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算できる。

上記記載では、干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニットを送信機から分離したユニットの形式で記載した。しかし、当該分野の技術者が認識すべきこととして、該干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニットが送信機の一部として実現することもできる。図７は、本発明の別の実施例による送信機を記載する構造図である。

図７に示すように、送信機７０は、チャネル情報取得ユニット７１と、マルチセル協調プリコーディング行列計算ユニット７２と、プリコーディングユニット７３と、干渉アラインメントプリコーディング行列計算トリガーユニット７４と、干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニット７５とを含む。上記のこれらのユニットは、図４に示すチャネル情報取得ユニット４１、マルチセル協調プリコーディング行列計算ユニット４２、プリコーディングユニット４３、干渉アラインメントプリコーディング行列計算トリガーユニット４４、図５に示す干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニット４５にそれぞれ対応する。よって、ここでこれらの機能と操作過程を再び詳細に記載することをしない。

本発明による技術を利用すれば、マルチセル協調通信を実現できる。干渉アラインメント技術を利用することにより、セル間や、ユーザ間の同一周波数干渉は、効果的に抑制され、それによりシステムが同時により多くのユーザにサービスを提供することができる。同時に、本発明による方法を利用すれば、異なる送信機の間に必要となる情報インタラクティブ数は、効果的にコントロールされる。システムは、ユーザのリクエストおよびシステム状態に基づいて通信モードを効果的に調節でき、異なる複雑度と異なる性能の方法を自由に選択してマルチセル協調プリコーディングと干渉管理を実現することができる。

以上の説明は、本発明を実現する実施形態のみに用いられる。当該分野の技術者が理解すべきこととして、本発明の範囲を逸脱しないいかなる修正または一部の差し替えは、いずれも本発明の請求項によって限定される範囲に属する。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲による保護範囲を基準とするべきである。

Claims (14)

1. 干渉アラインメントに基づくプリコーディング方法において、
   各送信機から全関係端末への下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて干渉アラインメント復号行列を計算するステップと、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップと、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップと、
   下り等価チャネルのチャネル方向情報および下り等価チャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算するステップと、
   上記マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行うステップとを含み、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップは、
   

   

   により計算し、Ｈ _{ｉ，ｊ，ｋ} は送信機iからセルjの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｇ _ｊ，ｋ はセルjの中のユーザkの復号行列であり、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップは、
   

   

   により計算し、γ _ｊ，ｋ はユーザからフィードバックされるチャネル品質情報であることを特徴とする干渉アラインメントに基づくプリコーディング方法。
2. 干渉アラインメント復号行列を計算するステップにおいて、
   最小化干渉基準に基づき、反復の方式により、各送信機から全関係端末への下りチャネルのチャネル方向情報から上記干渉アラインメント復号行列を計算することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 反復回数が所定の値になり、または、二回の反復出力の間の差が所定の閾値より小さい場合、反復が終了することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 干渉アラインメント復号行列を計算するステップにおいて、
   解析アルゴリズムの方式により、各送信機から全関係端末への下りチャネルのチャネル方向情報から上記干渉アラインメント復号行列を計算することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. チャネル測定状況を利用して、干渉アラインメント復号行列を計算する必要があるかを判断するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 干渉アラインメント復号行列に基づくマルチセル協調プリコーディング方法において、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップと、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップと、
   下り等価チャネルのチャネル方向情報およびチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算するステップと、
   上記マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行うステップとを含み、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップは、
   

   

   により計算し、Ｈ _{ｉ，ｊ，ｋ} は送信機iからセルjの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｇ _ｊ，ｋ はセルjの中のユーザkの復号行列であり、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップは、
   

   

   により計算し、γ _ｊ，ｋ はユーザからフィードバックされるチャネル品質情報であることを特徴とする干渉アラインメント復号行列に基づくマルチセル協調プリコーディング方法。
7. 干渉アラインメント復号行列を計算する方法において、
   協調セルの送信機から、協調セルの送信機から各端末への下りチャネルのチャネル方向情報を取得するステップと、
   上記下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて干渉アラインメント復号行列を計算するステップと、
   各送信機との接続を介して、干渉アラインメント復号行列計算結果を各送信機に通知するステップとを含み、
   上記干渉アラインメント復号行列を計算することは、
   

   

   Ｈ _{ｊ，ｉ，ｋ} が送信機jからセルiの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｈ _{ｉ，ｉ，ｋ} が送信機iからセルiの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｐ _ｊ，ｕ がセルjの中のユーザuのプリコーディング行列であり、Ｐ _ｉ，ｖ がセルiの中のユーザvのプリコーディング行列であり、Jが協調セルの総数であり、Ｋ _j がセルjの中のサービス端末の数であり、Ｋ _ｉ がセルiの中のサービス端末の数であり、αが調整パラメータであり、Ｉが単位対角行列であり、上の添え字のＨが行列に対する共役転置操作であることを特徴とする干渉アラインメント復号行列計算方法。
8. 送信機において、
   各送信機から全関係端末への下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて干渉アラインメント復号行列を計算する干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニットと、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算し、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算し、下り等価チャネルのチャネル方向情報および下り等価チャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算するマルチセル協調符号化行列計算ユニットと、
   上記マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行うプリコーディングユニットとを含み、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップは、
   

   

   により計算し、Ｈ _{ｉ，ｊ，ｋ} は送信機iからセルjの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｇ _ｊ，ｋ はセルjの中のユーザkの復号行列であり、
   干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップは、
   

   

   により計算し、γ _ｊ，ｋ はユーザからフィードバックされるチャネル品質情報であることを特徴とする送信機。
9. 干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニットは、最小化干渉基準に基づき、反復の方式により、各送信機から全関係端末への下りチャネルのチャネル方向情報から上記干渉アラインメント復号行列を計算することを特徴とする請求項８に記載の送信機。
10. 反復回数が所定の値になり、または、二回の反復出力の間の差が所定の閾値より小さい場合、反復が終了することを特徴とする請求項９に記載の送信機。
11. 干渉アラインメントプリコーディング復号行列計算ユニットは、解析アルゴリズムの方式により、各送信機から全関係端末への下りチャネルのチャネル方向情報から上記干渉アラインメント復号行列を計算することを特徴とする請求項８に記載の送信機。
12. チャネル測定状況を利用して、干渉アラインメント復号行列を計算する必要があるかを判断するトリガーユニットをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の送信機。
13. 送信機において、
    干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算し、干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算し、下り等価チャネルのチャネル方向情報およびチャネル品質情報に基づいて、マルチセル協調プリコーディング行列を計算するマルチセル協調プリコーディング行列計算ユニットと、
    上記マルチセル協調プリコーディング行列でユーザデータのプリコーディングを行うプリコーディングユニットとを含み、
    干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル方向情報を計算するステップは、
    

    

    により計算し、Ｈ _{ｉ，ｊ，ｋ} は送信機iからセルjの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｇ _ｊ，ｋ はセルjの中のユーザkの復号行列であり、
    干渉アラインメント復号行列と下りチャネルのチャネル品質情報に基づいて、マルチセルシステム関係の下り等価チャネルのチャネル品質情報を計算するステップは、
    

    

    により計算し、γ _ｊ，ｋ はユーザからフィードバックされるチャネル品質情報であることを特徴とする送信機。
14. 干渉アラインメント復号行列を計算するデバイスにおいて、
    協調セルの送信機から、協調セルの送信機から各端末への下りチャネルのチャネル方向情報を取得する装置と、
    上記下りチャネルのチャネル方向情報に基づいて干渉アラインメント復号行列を計算する装置と、
    各送信機との接続を介して、干渉アラインメント復号行列計算結果を各送信機に通知する装置とを含み、
    上記干渉アラインメント復号行列を計算することは、
    

    

    Ｈ _{ｊ，ｉ，ｋ} が送信機jからセルiの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｈ _{ｉ，ｉ，ｋ} が送信機iからセルiの中のユーザkへの下りチャネルであり、Ｐ _ｊ，ｕ がセルｊの中のユーザuのプリコーディング行列であり、Ｐ _ｉ，ｖ がセルiの中のユーザvのプリコーディング行列であり、Jが協調セルの総数であり、Ｋ _j がセルjの中のサービス端末の数であり、Ｋ _ｉ がセルiの中のサービス端末の数であり、αが調整パラメータであり、Ｉが単位対角行列であり、上の添え字のＨが行列に対する共役転置操作であることを特徴とする干渉アラインメント復号行列計算デバイス。

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