WO2008062902A1

WO2008062902A1 - Réseau maillé à multiples entrées et multiples sorties (mimo)

Info

Publication number: WO2008062902A1
Application number: PCT/JP2007/072998
Authority: WO
Inventors: Kei Sakaguchi; Fumie Ono; Shusaku Shimada
Original assignee: Yokogawa Electric Corporation; Tokyo Institute Of Technology
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2008-05-29
Also published as: EP2096781A1; JP2008154242A; US20100067362A1

Description

M I M Oメッシュネットワーク

技術分野

本発明は、 M I M O技術を用いた M I M Oメッシュネ V トワークに関する。背景技術

メッシュネッ卜ワークでは、中継機能を有した無線ノド（中継ノード）をメッシュ状に配置し、各中継ノ一ド間に無線リンクを張ることで

、簡易に広範囲な無線ネットヮークを構築することがでさる（非特許文献 1 を参照）。

しかしながら、複数中継ノードが同一ネットワーク内に存在するため

、無線リンク間の干渉が発生し、伝送品質が劣化するという問題がある

(非特許文献 2を参照）。

具体的に、第 1 図に示すような 1次元のメッシュネク卜ワーク（マルチホップネットヮーク）を例として、従来のメッシュネクトワークの問題点を説明する

第 1 図 ( A ) は、単一周波数チヤネノレでメッシ,ュネク卜ワークを構成した例で · - あり、の場合は、隣接する送信ノ一ドの後向きリンクが干渉を発生すこでは、この干渉距離を d としている

一方、第 1 図 ( B ) は、 A、 Bの 2つの周波'数チヤネルを用いてメッシュネットヮークを構成した例であり、この場合は、接した送信ノ一ドが異なるチヤネルを用いることで、干渉距離を 3 dにまで広げることができる反面、周波数利用効率を 1 / 2に低減してしまう。

そのため、メッシュネットワーク（マルチホップネットワーク）では

、干渉回避と周波数利用効率の改善が重要な研究課題となっている。すなわち、伝送品質が劣化せず（高い信頼性を有し）、かつ高速な無線ネットワークを実現できないのが現状である。発明の開示

本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、 M I M O技術を中継ノードに適用することにより、高速な伝送レートと高い信頼性を有する無線ネットフークを構築でさるようにした、 M

I M Oメッシュネトワークを提供することにある

本発明は、複数の中継ノードを有し、前記各中継ノードは、複数のァンテナを有するとともに、前記各中継ノード間に無線リンクを張ることにより、無線ネク卜ワークを構築する M I M〇メッシュネッ卜ワークに関し、本発明の上記目的は、 M I M Oマノレチブルアクセスと M I M〇ブロードキャストを交互に連結した構成となっており、被干渉 - 与干渉回避を実現するとともに、前記各中継ノードに前向き無線リンクに加えて後向き無線リンクを多重伝送することにより、ネットワーク全体の周波数利用効率を改することによって効果的に達成され。

また、本発明の上記目的は、線形方式である Z Fァノレゴリズムを用いた本発明の M I M Oメッシュ不ット Vークにおいて、 fu記中継ノードのうち、ある受信ノ一ドについて、前向き無線リンク及ぴ後向さ無線リンクを介して当該受信ノ一ドに隣接する第 1 の送信ノ一ド及ぴ第 2の送信ノードが複数ァンテナを有した M I M oマルチプルアクセスシステムとし、 lu記受信ノ一 Kにおける M I M Oァノレゴリズムの目的はヽ m記第 1 の送信ノードからの被干渉を回避しつつ前記第 2 の送信ノードからの信号を受信し、また、前記第 2 の送信ノードからの被干渉を回避しつつ前記第 1 の送信ノードからの信号を受信することであり、前記第 1 の送信ノード及ぴ前記第 2 の送信ノードの送信ウェイトが、それぞれ _wi₀ e C^M，_wi_{2 e} C^Mで与えられたとすると、前記受信ノ一ドの受信信号べクトル _yi e C^M は、次の数式で記述でき、

Yi

[hlo I si + Hi、ただし、 Mは各中継ノードのアンテナ本数であり、 s _{1 Q} ， s _{1 2}は前記第 1 の送信ノード及ぴ前記第 2 の送信ノードの送信信号であり、また、 _Sl = [_Sl。 s₁₂]^T e C²であり、 Hy e C は、ノード # j からノード # i へのチヤネル行列であり、また、 h¾

を前記受信ノードの受信ゥヱイトとして用いることで、前記第 2の送信ノードからの被干渉を回避しつつ前記第 1 の送信ノードからの信号を受信でき、同時に、チャネルベクトル hi。に直交した wi₂ = (hi。) C^Mを前記受信ノードの受信ウェイトとして用いることで、前向き無線リンクと後向き無線リンクの F B多重化が可能となることによってより効果的に達成される。 . '

また、本発明の上記目的は、線形方式である Z Fアルゴリズムを用、いた本発明の M I M Oメッシュネットワークにおいて、前記中継ノードのうち、ある送信ノードについて、前向き無線リンク及ぴ後向き無線リンクを介して当該送信ノードに隣接する第 1 の受信ノード及び第 2の受信ノードが複数アンテナを有した M I M Oブロードキャストシステムとし、前記送信ノードにおける M I M Oアルゴリズムの目的は、前記第 1 の受信ノードへの与干渉を回避しつつ前記第 2の受信ノードへ信号を送信し、また、前記第 2 の受信ノードへの与干渉を回避しつつ前記第 1 の受信ノードへ信号を送信することであり、前記第 1 の受信ノード及び前記第 2 の受信ノ一ドの受信ウェイ 1、が、それぞれ _w〖₂ e C^M， _w〗_{2 e} C^Mで与えられたとすると、前記第 1 の受信ノードの受信信号は、次の数式で記述でき、 = wi₂ 1112X2 + 11!、前記第 2の受信ノードの受信信号は、次の数式で記述でき、 y₃ = w H₃₂X2 + n₃、ただし、 _{X2 e} c^Mは前記送信ノードの送信信号ベクトルであり、 y₂ = [y y₃]^T e C²を用いて、ベクトル表記すると、次の数式となり、 y₂ = LHl2 h32 I Χ2 + Π2 、ただし、 hf = w ^HHij e C^lxMであり、チャネルべクトル _hl に直交した _W = (hi;)^X e C^M を前記送信ノードの送信ゥエイトとして用いることで、前記第 1 の受信ノードへの与干渉を回避しつつ前記第 2の受信ノードへ信号を送信でき、同時に、チャネルベクトル h に直交した w ^h f e C^Mを前記送信ノードの送信ウェイトとして用いることで、前向き無線リンクと後向き無線リンクの F B多重化が可能となることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、非線形方式である S I C Z D P Cァルゴリズムを用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークにおいて、前記中継ノードのうち、ある受信ノードについて、前向き無線リンク及び後向き無線リンクを介して当該受信ノードに隣接する第 1 の送信ノード及ぴ第 2の送信ノードが複数アンテナを有した M I M Oマルチプルァクセスシステムとし、前記受信ノードにおける M I M Oアルゴリズムの目的は、非線形受信方式である S I Cアルゴリズムを用いて、被干渉回避をしつつ、前記第 1 の送信ノード及び前記第 2の送信ノードからの信号を多重化受信することであり、前記 S I Cアルゴリズムでは、前記受信ノードの受信信号において、はじめに、前記第 2 の送信ノードからの信号 s ₂を検波し、それを前記受信信号から差し引くことで、被干渉を回避し、前記第 1 の送信ノードからの信号 s i。を受信し、そこで、前記第 2の送信ノードからの信号 s _{1 2}に対する受信ウェイトを ^。)¹とし、前記第 1 の送信ノードからの信号 s 。に対する受信ウェイトを hio に平行した wio-ihio)¹'とすると、このときの出力信号べクトルは、次の

-iH

数式で記述することができ、 yi = L^wi° ^wi2」 yi ⁼ Si + ni た

0 h 12

だし、 hi₂は前記第 2の送信ノードからの干渉を表しておりよって、はじめに、次の数式で表す^を検波し、 §1² = ^ ~ 1]2、次に , 次の数式により被干渉回避を行うことで、。の検波が可能となり、

([ Ji -K2S12) , これにより、被干渉回避および前向き無線リンクと後向き無線リンクの F B多重化が可能となることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、非線形方式である S I CZD P Cァルゴリズムを用いた本発明の M I M〇メッシュネットワークにおいて、前記中継ノードのうち、ある送信ノードについて、前向き無線リンク及ぴ後向き無線リンクを介して当該送信ノードに隣接する第 1 の受信ノード及び第 2の受信ノードが複数アンテナを有した M I MOブロードキャストシステムとし、前記送信ノードにおける M I M Oアルゴリズムの目的は、非線形送信方式である D P Cアルゴリズムを用いて、与干渉回避をしつつ、前記第 1の受信ノード及び前記第 2の受信ノードへ信号を多重化送信することであり、前記第 1 の受信ノード及ぴ前記第 2の受信ノードの受信ウェイトが、それぞれ wi₂eC^M,_{w 2}eC^Mで与えられたとすると、前記第 1 の受信ノードの受信信号は、次の数式で記述でき、 Yi

+ Π_{ΐ Ν} 前記第 2の受信ノードの受信信号は、次の数式で記述でき、 y₃

+ n₃、ただし、 _X2eC^Mは前記送信ノードの送信信号べクトルであり、 y₂ ^: eC²を用いて、ベタトル表記すると

-IT

次の数式となり、 y₂ = l hi₂ | X2 + I12、ただし、 h^T=_WlfHyeC^lxMであり、前記 D P Cアルゴリズムでは、 y ₃すなわち s _{3 2}に対しては、チャネルべクトル *に直交した送信ウェイト w ^hi fを用い、すなわち s ₂に対しては、チヤネノレべクトノレ hi₂*に平行した送信ウェイト wi2 = (hi )"を用い、このとき出力信号べクトルは、次の数式で記述でき、

S2 + 11:

ただし、 s₂ = [s₁₂ s₃₂] eC²であり、 ₂は s ₂の y ₃に対する干渉を表しており、次の数式により、この干渉成分を _s'₃₂の送信信号から差し引くことにより、与干渉回避が可能となり、

S32 =S'³²— S₁₂、これより、与

^32

干渉回避および前向き無線リンクと後向き無線リンクの F Β多重化が可能となることによってより効果的に達成される。

更に、本発明は、中継機能を有する複数のノードを有し、前記各ノードは、 Μ本の M I ΜΟアンテナを搭載するとともに、前記各ノード間に無線リンクを張ることにより、無線ネットワークを構築する Μ Ι ΜΟメッシュネットワークに関し、本発明の上記目的は、送信ウェイトと受信ウェイトの組合せにより、干渉回避を行うとともに、前記各ノードに前向きリンクと後向きリンクのストリーム信号を多重化して伝送することにより、ネットワーク全体のキャパシティを改善することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記 M I M Oメッシュネットワークの信モデルは、次のように定式化され、

B B , B , B

y_t = yi(i-i) +yi_{i₊i) +ⁿi

ここで、は i 番目のノードにおける前向きリンク及び後向きリンクの受信信号であり、 j_(M) = (w_;- ) H_;(M)W — - +^W'. ) H(-l)W(/-l)S_(i_₁₎

ア '· +i)

) H!' +i)w _{+1 +1)} _Ί,Β —( rB\^A _TT tF „F , tB „B

^(M) - (W J H,.(,— 1)W 一 1) ^一 +i^ Ηφ— l)W(M> l)

ただし、 [ · ] ^Hは複素共役転置を表し、及びは j 番目のノードにおける前向きリンク及ぴ後向きリンクに対する送信信号であり、

H -eC^MxMは； j 番目のノードから i 番目のノードへのチャネル行列であり、 _w eC^MR Z w eC^M (t j 番目のノードにおける前向きリンク及ぴ後向きリンクに対する送信ウェイトべクトルであり、 _wf eC^M及び wi^B C^Mは i 番目のノードにおける前向きリンク及ぴ後向きリンクに対する受信ゥエイトべクトルであり、及ぴ "fは i 番目のノードで受信した前向きリンク及び後向きリンクの等価な加法性雑音であり、前向きリンクでは、が所望信号であり、一方、後向きリンクでは、が所望信号であることによってより ^)果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、線形方式である Z Fアルゴリズムを用いた M I M Oメッシュネットワークにおいて、第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイトを計算するようにしており、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i — 1 )送信ノードの送信ウェイト w L)及び w )は、既に計算されており、第（ i 一 1 )送信ノードと第 i受信ノードの間のシステムモデルは、等価送信チャネルべクトル h ) = H_i(,— _1)W^) e C^w及び等価送信チャネルべクトル = H,.(_M)w^) e C^wを用いて、次のように表し

第 i 受信ノードでは、第（ i 一 1 )送信ノードから送信ウェイト _W[L)及び w )を介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価送信チャネルベクトル D及び h を学習し、第 i 受信ノードの受信ウェイト _wf,_w* は、次の数式に基づいて計算され、

ただし、 ( y¹)は xと yの両方に直交する基底べクトルであり、 (χ¹¹,^¹)は yに直交する空間の中で Xに最も平行する基底べクトルであり、前記計算された第 i 受信ノードの受信ウェイト _wf,_wf を用いることにより、第 ( i - 1 )送信ノードと第 i 受信ノードの間のシステムは、次の数式によつてモ、

ただし、 ¾ =(^ — は、第（ i — 1 )送信ノードと第 i 受信ノードの間の前向きリンクの等価チヤネル係数であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノードの間のシステムは、前記計算された第 i 受信ノードの受信ウェイト wf,w を用いて、次の数式によってモデル化され、

ただし、 h _/+1) = (H ))^r(wf )* eC^M及び h ) = (u _M))^T{w e C^Mは、前向きリンクと後向きリンクの等価受信チャネルべクトルであり、第（ i + 1 )送信ノードでは、チャネルの相反性（Hf(,₊₁) = H(,₊₁),.)を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、その共役受信ウェイトを介してトレーニング信号を送信することに'より、等価受信チャネルべクトル h ₊₁)及び h を学習し、もしくは、第（ i + 1 )送信ノードではトレーニング信号を送信し、第 i 受信ノードでは h _i+1)及び！^ ₊₁)を学習し、学習済みの h )及びを第（ i + 1 )送信ノードへフィードパックし、第（ i + 1 )送信ノ一ドの送信ウェイト w ), w )は、次の数式に基づいて計算され、

„ tF —( F ¹ f _rB Y¹)

W(z+i) - /(,-+!) J ， (η_;·(+ΐ) ) I W(S-i) = (h¾+i)) '(h¾+i)) ) 前記計算された第（ i + 1 )送信ノードの送信ウェイト _w ,_w を用いることにより、第 i受信ノードと第（ i + 1 )送信ノ一ドの間のシステムは、次の数式によってモデル化され、

B 一 r eBB B

ァ! '(!.+1)一 i{i+ )^S(i+l)

ただし、 ¾¾=( 1^,₊₁ )は、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノードの間の後向きリンクの等価チャネル係数であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第 i 受信ノードにおける前向きリンク及び後向きリンクの受信信号 fは、次の数式によって表され、

F ,eFF F , F

!' ^(i-l^^i-l)卞 ⁿi

，，B eBB „B , ,JB 第 i受信ノードが第（ i — 1 )送信ノード及び第（ i + 1 )送信ノードからの干渉なく、前向きリンクと後向きリンクの信号を同時に受信することによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、非線形方式である S I C Z D P Cァルゴリズムを用いた M I M Oメッシュネットワークにおいて、第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイトを計算するようにしており、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i 一 1 )送信ノードの送信ウェイト _w り及ぴ w^)は、既に計算されており、第 i 受信ノードの受信ウェイト _wf,_wfは、次の数式に基づいて計算され、

rB _ / . tF 上丄

W; ― 1 Ili(i-l) ,1ΐ!·(!·- 1) ただし、 χ¹¹は xに平行する基底ベクトルであり、 (Ay^ (は Xと yの両方に直交する基底ベクトルであり、前記計算された第 i受信ノードの受信ゥエイト wf,w を用いることにより、第（ i — 1 )送信ノードと第 i 受信ノ一ドの間のシステムは、次の数式によってモデル化され、

— FF F , ^eFB B ^•-1) = ⁰

ただし、 ) =(_Wf)^ffH_(M)W — Dは、第（ i _ 1 )送信ノードと第 i 受信ノードの間の前向きリンクの等価チャネル係数であり、 /^^^(wffH DW (？ -J) は、第（ i _ 1 )送信ノードの後向きリンクから第 i受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チャネル係数であり、ただし、第（ i 一 1 )送信ノードでは、 — と — の両方が既知であり、チャネルの相反性（Η = Η ),·) を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、（_wf)*を介してトレーニング信号を送信することにより、等価なチヤネル係数 ^^及び )を学習し、もしくは、第（ i _ 1 )送信ノードでは、及び w^)を介してトレーニング信号を送信し、第 i 受信ノードでは、 )及びを学習し、学習済みの及び ^)を第（ i _ 1 )送信ノードへフィードバックし、第（ i 一 1 )送信ノ一ドでは、 D P Cァルゴリズムを用いて、次の数式のように、干渉信号をキャンセルし、

„FDPC _ F ⁿi{i-\) B

- ^Λ(Μ) , eFF

^('一 1)

FDPC _ LeFF FDPC /.eFB B ― ^eFF F ただし、 ^)は干渉信号で、 ^^は所望信号であることによってより効果的に達成される。 2 また、本発明の上記目的は、前記計算された第 i 受信ノードの受信ゥエイト wf,wf を基に、第（ i + 1 )送信ノードの送信ウェイト _w ,w ( は、次の数式に基づいて計算され、 '

前記計算された第（ i + 丄）送信ノードの送信ウェイト _w )， _w[₊₁)を用いることにより、第 i 受信ノードと第（ i + 1 ) 送信ノードの間のシステムは、次の数式によってモデル化され、

Β eBB Β

φ·+1) ― ⁿi{i+\)^S

ただし、

は、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チヤネル係数であり、 =( 11, ₊₁) (?₊₁)は、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノードの間の後向きリンクの等価チャネル係数であり、第 i 受信ノードでは、第（ i + 1 )送信ノードから、送信ゥヱイトベクトル _w )を介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価チャネル係数及びを学習し、第 i 受信ノードにおける後向きリンクの受信信号ァ fにおいて、所望信号 ₊₁)は、次の数式のように、干渉なく受信され、

= -D+ ) +"

S I Cアルゴリズムを用いて、次の数式のように、初めに ₊₁)を検波し

そして、 ₊₁)が正しく検波できたことを仮定して、次の数式のように、そのレプリカ信号を、第 i 受信ノードにおける前向きリンクの受信信号 Γより差し引くことにより、干渉キヤンセルを実現し、

FSIC _ F _ τ eFB 一 FDPC 丄 F ― r eFB 丄 — eFF _nF 丄 F yi ― yi ⁿi{i+\) s (i+i)― ·(_Ζ·-Ι) 十 y_i{i₊i) "！ + s (₊i)十 n_t - _(M)S_(i__1} + "_γ ただし、 ^) は、第（ i — 1 )送信ノードと第 i 受信ノードの間の前向きリンクの等価チャネル係数であり、 _¾は所望信号であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイトを計算するようにしており、第 i ノードの状態が受信ノードであり、当該第 i 受信ノードに着目すると、第（ i — 1 )送信ノードの送信ゥヱイト w^)及び _w )は、既に計算されており、 Η,· ( = H ),.が成立し、ただし、 [ · ] ^τは転置を表し、次の数式のように、互いに直交しているトレーニング信号及び - を、第（ i _ l )送信ノードの送信ウェイト _w 及び _w )を介して、第（ i — 1 )送信ノードから第 i 受信ノ一ドへ送信するようにし、 y_i __1}( = B.i(i-i)yv(i-i) (i-i){t) + Hi(i-i)Wa-i)S(i-i)(t) + rii

y_/(M)( = η_;(Μ)ί( )( + n/_(;--i)S(M)( + η, ただし、 ^(_M)(t)_ec^Mは第（ i — 1 )送信ノードから送信されたトレー-ング信号の， ^ ）に相当する第 i 受信ノードの受信信号べクトルであり、 _ni e C^Mは第 i 受信ノードの加法性雑音ベクトルであり、そして、次の数式に基づき、等価送信チャネルべクトル {h ), h ) }を推定し、

1

ただし、 ί^^,ϋ^)は、等価送信チャネルベクトル ι^_Μ),ΐι )の推定値であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第 1ノードから最終ノードまで順番に送受信ゥヱイトを計算するようにしており、第 iノードの状態が送信ノードであり、当該第 i送信ノードに着目すると、第（i _ l)受信ノードの受信ゥヱイト _w )及び w )は、既に計算されており、 Η,.(,-_υ = Η ),.が成立する場合には、次の数式で表すチャネルの相反性が成立し、

ただし、 [ · ] *は複素共役を表し、 [ · ] ^τは転置を表し、 [ · ] ^Ηは複素共役転置を表し、 W^— 1) = (w[?-i)) 及ぴ w = (wf)*が成立し、等価受信チャネルべクトル h ), .,Ιι^),·に、次の数式で表す相反性の性質が成立し

， rB _ ττΓ rB \* _ _TT tF _ , tF

tl(M) ― J±(i-1)AW (i-l)J ― ±1;( )W(/-1)一

h( ); = Ji(i-l)i(w = H;( )W(/-1)— Ilz(i-l)

学習した等価送信チャネルべクトル h _M)を等価受信チャネルべクトル h ),として用い、学習した等価送信チャネルべクトル h )を等価受信チャネルべクトル _h ) ,·として用いることによってより効果的に達成される

また更に、本発明は、中継機能を有する複数のノードを有し、前記各ノードは、複数本の M I M Oアンテナを搭載するとともに、前記各ノード間に、前向きリンク又は後向きリンクを張ることにより、無線ネットワークを構築する M I M Oメッシュネットワークに関し、本発明の上記目的は、前記前向きリンクに K ^F個のストリーム信号（K ^Fストリーム ) を多重化しているとともに、前記後向きリンクに K ^B個のストリーム信号（K ^Bストリーム）をも多重化しており、次の数式で表す条件を満たし、

M≥K + msK(K^F,K^B)

ただし、 Mは前記各ノードが搭載した M I M Oアンテナの本数であり、 Kはあるノードが送受信する総ストリーム数であり、 K = K ^F + K ^B力 S 成立し、前記 M I M〇メッシュネットワークの信号モデルは、次のように定式化され、

F _ F ._ F .— F

' / ( ) '一》 φ·+1) ¹¹''

Β _ Β Β Β

一 y''o'—i)十十 ^η!' ここで、 y e ^ は i 番目のノードにおける前向きリンク受信信号べクトルであり、また、 yf eC は i 番目のノードにおける後向きリンクの受信信号べクトルであり、

H!(!—1)W—】)S - J)

y(+D ⁼ (w^B) H/(,₊i)W(i+i)S -+i) + ( Wi ) H(i+i)Wif₊i)S ₊i) ただし、 [ · ] ^Hは複素共役転置を表し、 j ^F C^k 及び eC^K は j 番目の 6

ノードにおける前向きリンク及ぴ後向きリンクに対する送信信号べクトルであり、は； i 番目のノード力、ら i 番目のノードへのチャネル行列であり、 eC^Mx 及ぴ W eC^Mxi:Bは j 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 wfeC^MxKFR び Wf eC^MxiBば i 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、 _{n e}C 及び！^ _eC^A'^Bは i 番目のノードで受信した前向きリンク及び後向きリンクの等価な加法性雑音べクトルであることによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、線形方式であるプロック Z Fァルゴリズムを用いた本発明の M I MOメッシュネットワークにおいて、前記ブロック Z Fアルゴリズムによる線形干渉キャンセルによって他リンクへの干渉回避を行った上で、リンク毎に M I MO多重伝送を行い、そのときの各送受信ウェイト行列は、次の数式に基づいて計算され、 w

ただし、 w と w は第 j ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 wfとは第 iノードの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、と，_{e c}M — は j 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F 送信ウェイト行列であり、 ~ c^(A-^A'^)xA'^F と ^ eC^{M~^K?)xKBは j 番目のノードにおいて、前記ブロック Z Fァルゴリズムによって他リンクへの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I M O送信ウェイト行列であり、 e C^Mx{M~^KB)と ^^rB e C^M - は i 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F 受信ウェイト行列であり、 ^^F e _CiM-KVと _{e c}iM-_K)^は i 番目のノードにおいて、前記プロック Z Fアルゴリズムによって他リンクからの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I M O受信ウェイト行列であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイト行列を計算するようにしており、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i — 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイト行列 W(— DeC^ は既知であり、第（ i 一 1 )送信ノードの前向きリンクに対するブロック Z F送信ウェイト行列 ^)_eC^Mx(^M— ^Α')は既知であり、第 i 受信ノードでは、第（ i _ 1 )送信ノードから、次の数式のように、送信ゥヱイト行列 W^-DeC^ 及び ^^ — を介して、送信されたトレーニング信号を用いて、等価送信チャネル行列 g^_M)及び Η )を学習し、 iV^tF - XT ςΤ_τ ^ι¥ _{c Γ}Μ M—I

Hz( )一 ±1_;(M)W(/-1) ^eし

学習済みの g|^)及び H - _υを用いて、第 i 受信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F受信ゥヱイト行列 wf及ぴは、次の数式に基づいて計算され、 rF

HtF TjtB っ丄 QMX{M-K) ただし、 [.fは !;.]の正規直 S交補空間基底行列であり、 H - は次の数式

F

基づいて計算され、

Ιΐφ·— 1) = H/(/-i)W(— 1)) ^e C このとき、次の数式に示すように、第（ i 一 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間には、ブロック Z Fによって異なるリンクからの干渉を回避した等価チャネル行列 gJ_Dを持つ前向き V ンクが形成され、

〜 FF tF

y; iノ H/( )W ('_1：

g『 = (Wf E ）等価チャネル行列 g _Dに対して、任意の M I M O伝送方式を適用することが可能であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、 M I MO伝送方式としてオープンループ伝送方式で受信側に Z Fアルゴリズムを用いた場合は、第（ i — 1 )送信ノードでは、（ M— K ) 次のブロック Z F送信ウェイト行列 [L)の任意の K ^F個の列ベクトルを用いて、 K ^Fストリームを多重送信し、先頭 K ^F個の列べクトルを用いた場合は、次の数式が成立し、 9 ー1) ただし、は正規直交基底の選択行列であり、 [1 : F]は（M— K ) 次の単位行列の第 1 〜 K ^F列であり、第 i 受信ノードでは、受信した K ^Fストリームの分離を行い、

このとき、第（ i 一 1 )送信ノードの前向きリンクに対する送信ウェイト行列 W^)は、次の数式に基づいて計算され、

tF

W(w) = W( -DW 一 1) オープンループ伝送方式の受信方式として Z Fアルゴリズムを用いた場合、次の数式で表す等価送信チヤネル行列 g を用いて、

Hi(i-l)一 H/( -l)W( ) し第 i 受信ノードにおける前向きリンクの M I M O受信ウェイト行列「は、次の数式に基づいて計算され、 )χΚ^ΐ

ただし、 [ · ] — ¹は [ · ] の一般逆行列であり、 [ · ] Ηは [ · ] の複素共役転置であり、このとき、第 i 受信ノードの前向きリンクに対する受信ウェイト行列 Wfは、 Wf = Wi に基づいて計算されることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第（ i + 1 )送信ノードに着目すると、第 i 受信ノードの前向きリンクに対する受信ゥヱイト行列 _Wf _e c^w は既知であり、第 i 受信ノードの後向きリンクに対するブロック Z F受信ゥエイト行列 e ^X(w—^A')は既知であり、第（ i + 1 )送信ノードでは、チャネルの相反性（_H『(_i+1) _{= H(f+1)},.)を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、その共役受信ゥヱイトを介してトレーニング信号を送信することにより、次の数式のように、等価受信チャネル行列 H ₊₁)及びを学習し、もしくは、第（ i + 1 )送信ノードではトレーユング信号を送信し、第 i 受信ノードでは H _i+1)及ぴ ^を次の数式のように学習し、学習済みの H )及び g )を第（ i + 1 )送信ノードへフィードパックし

s )=( (,₊₁₎n ;^B)* w ただし、 [ · ] *は [ · ] の複素共役であり、 [ · ] ^τは [ · ] の転置であり、学習済みの Η )及び Ηί.₊₁)を用いて、第（ i + 1 )送信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F送信ウェイト行列 W n及びは、次の数式に基づいて計算され、

ただし、 [ は [·]の正規直交補空間基底行列であり、 H )は次の数式基づいて計算され、

のとき、次の数式に示すように、第（ i + 1 )送信ノードと第 i 受信ノ一ドとの間には、プロック Z Fによって異なるリンクからの干渉を回避した等価チャネル行列 ^ ₊₁)を持つ後向きリンクが形成され、 (,·+!) = °

W, ) H(!'+i)W(+i)^s( )

g ) = ( ;^B) ^™ - 等価チャネル行列 gf( )に対して、任意の M I M O伝送方式を適用することが可能であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、 M I MO伝送方式としてオープンループ伝送方式で送信側に Z Fアルゴリズムを用いた場合は、第（ i + 1 )送信ノードでは、事前にストリーム分離を行うウェイトを用いて、 K ^Bストリームを多重送信し、このとき、第 i 受信ノードでは、（M— K) 次のブロック Z F受信ウェイト行列 ^^の任意の K ^B個の列べクトルを用いて、 K ^Bストリームを受信し、先頭 K ^B個の列ベクトルを用いた場合は、次の数式が成立し、

ただし、 ^ は正規直交基底の選択行列であり、 Ι(_Μ^)[1:^^Β]は（Μ— Κ ) 次の単位行列の第 1〜Κ ^Β列であり、このとき、第 i 受信ノードの後向きリンクに対する受信ウェイト行列 w³は、次の数式に基づいて計算され、

___TrR 〜 rB?¾;rB オープンループ伝送方式の送信方式として Z Fアルゴリズムを用いた場合、次の数式で表す等価受信チャネル行列を用いて、

第（ i + 1 )送信ノードにおける後向きリンクの M I M O送信ゥヱイト行列 ! は、次の数式に基づいて計算され、 . ハ (M- iT^F)x ^c

ただし、 [ · ] *は [ · ] の複素共役であり、 [ · ] ^Tは [ · ] の転置であり、 [ · ] — ¹は [ · ] の一般逆行列であり、このとき、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイト行列 W[L)は、

„_TtR 〜 tB iiitB

W(,-₊l) = W(₊l)Wf/₊l)に基づいて計算されることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第 i 受信ノードにおける前向きリンクの受信信号べクトル y は次の数式となり、

- F一 F F

―！^ ー ^ —り十！^

第 i 受信ノードにおける後向きリンクの受信信号べクトル y は次の数式となり、

, B _ χτβΒΒ Β Β

i — Hi ₊₁)S - 十 B

ただし、 Η !)は第（ i 一 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間の前向きリンクの K ^Fストリームの等価なチャネル応答を対角成分に持つ行列であり、次の数式に基づいて計算され、

H

rF FF ： tF

h,一 _υ = ( w ) Hfc-i)W₍-i1)) ^e C H^)は第（ i + 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間の後向きリンクの K ^Bストリームの等価なチャネル応答を対角成分に持つ行列であり、

TjeBB _ (— ^γΒ " U-BB — ^TB _ΓΚ^ΒχΚ^Β

Η'χζ+ι)—、 ) Ηφ·+ι) γ ₊₁₎ ^eしに基づいて計算されることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、ブロック Z Fアルゴリズムに加えて、送信側でブロック D P Cアルゴリズムを、受信側でブロック S I Cァルゴリズムをそれぞれ用いる本発明の M I M Oメッシュネットワークにおいて、前記ブロック Z Fアルゴリズムによる線形干渉キャンセルと、前記ブロック S I C ァノレゴリズム Z前記ブロック D P C ァノレゴリズムによる非線形干渉キャンセルの組合せによって、他リンクへの干渉回避を行つた上で、リンク毎に M I M O多重伝送を行い、そのときの各送受信ゥヱィト行列は、次の数式に基づいて計算され、

Wゾ = Wj Wj ^eし wf = w;^{B eCMB}

Ί_{( 7} vB ,~ rB ^ rB MxK^B ただし、各ゥヱイト行列の次元は w;^F e C^M — ^κ、 , e C^MxM , ^F -

, ； ^B _e C^(M— 人 '^Bとなつ

ており、と W)^Bは第 j ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 Wf と W は第 i ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、 ^^と W，は第 j ノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F送信ゥェィと行列であり、と ⁴¹³は第】ノードにおいて、ブロック Z Fによつて他リンクへの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M l M O送信ウェイト行列であり、と ^^は第 i ノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するプロック Z F受信ウェイト行列であり、 ^「とは第 i ノードにおいて、ブロック Z Fによって他リンクからの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I MO受信ウェイト行列であることによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイト行列を計算するようにしており、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i _ 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイト行列 W ) eC^Mx/:Bは既知であり、第（ i — 1 )送信ノードの前向きリンクに対するブロック Z F送信ウェイト行列 Wj^eC^^- は既知であり、第 i 受信ノードでは、第（ i 一 1 )送信ノードから、次の数式のように、送信ゥェィト行列 W(%eC^MxfB及ぴ w!L)eC^M — を介して、送信されたトレーニング信号を用いて、等価送信チャネル行列 ΗΙΪΜ) e C^M 及び Η ) e C^M^^Bを学習し、

学習済みの g^_M)及び H !)を用いて、第 i 受信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F受信ウェイト行列及び^^ ^Bは、次の数式に基づいて計算され、 W = l_M eC^M^^M

1丄

— 1), Xl;(;-1)

ただし、次の単位行列であ.り、 [.fは !;.]の正規直交補空間基底行列であり、 H -Dは次の数式に基づいて計算され、

_TTtF 一 ~ -ttFF ；； tF ΜχΚ^Έ

ϋ!.₍'·-1) -- H/(/-i)Wf/-l) ^Gしのとき、第 i 受信ノードの前向きリンクを、次の数式で表す等価チヤネル行列を持つ M I MO リンクと見做し、

このとき、 ^ と C^M ^は採用された M I M O伝送方式の M I MO送受信ウェイト行列として求まり、ブロック Z F受信ウェイト行列 Wf及ぴ w が与えられたとき、次の数式が成立し、

_ F _ _TTeFF F i_TTeFB B

/(/_!)― ±1ί:一 1)S 一り十 ±1φ· - 1)S -

B ハここで、 H -Dは第（ i — 1 ) 送信ノードから第 i 受信ノードへの前向きリンクの等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、'

XjeFF I ^^\^H ~FF _ΓΚ^τ Κ^Έ

H,ひ— i) = (W J H!(!—i)W— i) ^eし

H¾¾)は第（ i _ l ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンク .への干渉に相当する等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、 H

_TTeFB / ^^rF\ ~FB ^tfi K^v K'

Η₍Μ) = [W: I H_i(-i)W_(i--i) ^eし

Η^_ はブロック Z Fによって形成される第（ i 一 1 ) 送信ノードの後向きリンクから第 i受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、

ただし、第（ i 一 1 ) 送信ノードでは、 s^)と ^ の両方が既知であり

、チャネルの相反性（H D = を利用して、第 i受信ノードが送信モードのときに、 (wf)*を介してトレーニング信号を送信することにより、等価チャネル行列 Η —_υ及び H )を学習し、もしくは、第（ i 一 1 ) 送信ノードでは、及び W [^を介してトレーニング信号を送信し、第 i受信ノードでは、 H -D及び H^)を学習し、学習済みの H — ₁及び H¾¾) を第（ i — 1 ) 送信ノードへフィードバックし、第（ i 一 1 ) 送信ノードの前向きリンクの送信信号 _s^^cは、次の数式で表され、

FDPC― F ^_1 eFB B

S(i-l) _ S(M)— I ϋ!·(!·-1)」 JH - l)S(M) このとき、第 i受信ノードにおける前向きリンクの受信信号 yfj^は、

FDPC― xreFF FDPC , -rreFB B _ -rreFF F

J i(i-l) ― ^iii-l^ii-l) ^r ""■ (—l)⁵* 一 1)一 ^η,· — l)⁵* (/— 1)

で表すことによってより効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、第（ i + 1 )送信ノードに着目すると、第 i受信ノードの前向きリンクに対する受信ウェイト行列 Wf eC^Mx は既知であり、第 i受信ノードの後向きリンクに対するブロック Z F受信ゥエイト行列 WfeC (^M— は既知であり、第（ i + 1 )送信ノードでは、チャネルの相反性（H ) = H₍,+】),）を利用して、第 i受信ノードが送信モードのときに、その共役受信ウェイトを介してトレーニング信号を送信することにより、次の数式のように、等価受信チャネル行列 H ,.₊₁)eC^M!^及び ) _{e C}Mx(M-A')を学習し、もしくは、第（ i + 1 ) 送信ノ一ドではトレーニング信号を送信し、第 i 受信ノードでは、 H ₊₁)及びを次の数式のように学習し、学習済みの H )及び g )を第（ i + 1 )送信ノードへフィードパックし、

±1 ;(；+!)

w rF

S; = (H ))^r(W ) c— ) ただし、 [ · ] *は [ · ] の複素共役であり、 [ · ] ^τは [ · ] の転置であり、学習済みの Η )及びを用いて、第（ i + 1 )送信ノードの向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F送信ウェイト行列

び w )は、次の数式に基づいて計算され、

W(/+i) = 1 eしただし、 ι^^ Μ次の単位行列であり、 [.fは !;.]の正規直交補空間基底行列であり、 H ₊₁)は次の数式に基づいて計算され、 rM K^B

このとき、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクを、次の数式で表す等価チャネル行列 g^₊₁)を持つ M I MOリンクと見做し、 r) .₊₁₎W: )ec(™ このとき、 ^BeC^(M— ^Bと ^)eC^M"'^Bは採用された M I MO伝送方式の M I MO送受信ウェイト行列として求まり、プロック Z F送信ウェイト行列 )及び wi₊₁)が与えられたとき、次の数式が成立し、

_ B 一 ueBB B

;-(;+i)一 Jl_;-(+i)S(₇:+i) ここで、 E^ )は第（ i + 1 ) 送信ノードから第 i 受信ノードへの後向きリンクの等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、

■tjeBB ( ^rB\^H ^ΒΒ κ^ΒχΚ^Β

tli(M) - ^W_;- J Ηφ.+ι)\Υ +i) ^eし

H^i)は第（ i + 1 ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉に相当する等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、 K^FxK^B

し fiU₊₁)はブロック Z F によつて形成される第（ i + 1 ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価なチャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、

第 i 受信ノードでは、第（ i + 1 ) 送信ノードから、送信ウェイトべクトルを介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価チヤネル行列 H ₊₁)及び H _υを学習し、ここで、第 i 受信ノードの後向きリンクの受信信号べクトル y において、所望信号べクトルは、次の数式のように、他リンクからの干渉なく受信され、

, B _ ₇B B— _TTeBB B ,_ B

i ― y_;-(M)十 Zひ +1)十 ― Jbb +1)S +1)十 ϋ ただし、第 i 受信ノードでは、第（ i + 1 )送信ノードから W )を介して送信されたトレーニング信号を用いることにより、等価チャネル行列

Η^ )及び H Dを学習し、第 i 受信ノードは、採用された M I M O伝送方式に応じて、まずを検波し、そして、第 i 受信ノードは、が正しく検波できたことを仮定して、次の数式のように、そのレプリカ信号を第 i 受信ノードの前向きリンクの受信信号べクトル y より差し引くことにより、干渉キャンセルを実現し、

,₇FSIC _ V xreFB _Λβ — _rFDPC ₇F TjeFB „F—preFF P „F ただし、 Η^_1}は第（ i 一 1 )送信ノードから第 i 受信ノードへの前向きリンクの等価チャネル行列であり、 ― "は干渉信号べクトルであることによってより効果的に達成される。

更に、本発明は、本発明の M I MOメッシュネットワークと、直交周波数分割多重（O F D M) と組み合わせることにより、広帯域な無線ネットワークとして動作する M I MQ— O F DMメッシュネットワークに関し、本発明の上記目的は、前記 M I M Oメッシュネットワークに用いられる M I MOアルゴリズムを O F DMの各サブキヤリァに適用し、 O F D Mの第 /サブキャリアでは、前向きリンクに ^F(/)個のストリーム信号を多重化しているとともに、後向きリンクに Κ^Β(ί)個のストリーム信号をも多重化しており、前記 M I MO— O F D Mメッシュネットワークの信号モデルは次のように定式化され、

ここで、 y『(/)_eC ^Fのは第 i 受信ノードにおける第/サブキヤリァの前向きリンクの受信信号べクトルであり、 y，(/)_eC は第 i 受信ノ一ドにおける第/サブキャリアの後向きリンクの受信信号べクトルであり、

y₍,₊i)( = (wf (0广 H_z.(₊₁₎(/) ^) (/ (/)

+(wf(/)f H (/)w )

₊ (W (/)fH^)(/)W ) (/) ·_ (/)

+ ( f(/))"H D(/)W ただし、 [ · ] Hは複素共役転置を表し、 (/：^ ^及び (/ ⁸ は、 j 番目のノードにおける第 /サブキヤリァの前向きリンク及び後向きリンクに対する送信信号べクトルであり、 H^/)eC^MxMは j 番.目のノ一ドから i 番目のノードへの第 /サブキヤリァのチヤネノレ行列であり、 W;^F(/)eC^^{F( )}と W (/)eC^^{x/rB( )}は、 j 番目のノードにおける第 /サブキヤリアの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 Wf(l)GC^MxKFil)と W ^eC^^wは、 i 番目のノードにおける第 /サブキヤリアの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、 nf(/)€C^A'^F(/)とのは、 i 番目のノードで受信した第 /サブキヤリァの前向きリンク及ぴ後向きリンクの等価な加法性雑音べクトルであり、定式化された前記信号モデルに対して、 O F D Mのサブキヤリァ毎に前記 M I M Oメッシュネットワークにおける送受信ウェイト行列の計算処理アルゴリズムを適用することによってより効果的に達成される。図面の簡単な説明

第 1 図は、従来の 1次元メッシュネットワーク (マルチホップネットワーク）を説明するための模式図である。

第 2図は、コグニティブ M I MOメッシュネットワークの概念を説明するための模式図である。

第 3 図は、 M I MOマルチプルアクセス（M I MO—MA) を説明するための模式図である。

第 4図は、 M I MOブロードキャスト（M I MO— B C ) を説明するための模式図である。，

第 5 図は、本発明の第 1 実施形態に係る 1 次元 M I M Oメッシュネットワークを説明するための模式図である。

第 6 図は、本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネットヮークにおける送受信ウェイト間の関係を説明するための模式図である。第 7 図は、本発明の第 1 実施形態に係る 2次元 M I MOメッシュネットワークを説明するための模式図である。

第 8 図は、シミュレーションシナリォを示す模式図である。

第 9 図は、シミュレーション結果を示すグラフである。第 1 0 図は、本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットヮークを説明するための模式図である。

第 1 1 図は、線形方式を用いた場合の本発明の第 2実施形態に係る M I M〇メッシュネットワークを説明するための模式図である。

第 1 2図は、非線形方式を用いた場合の本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークを説明するための模式図である。

第 1 3図は、数値シミュレーション用のシナリオ（a) ， ( b) ，（ c ) ， ( d) , ( e ) ， ( f ) を示す模式図である。

第 1 4図は、干渉距離を表したマトリタスを示す図である。

第 1 5 図は、距離 3 d以上のノードからの干渉信号を無視した場合において、モンテカルロシミュレーションにより計算した各シナリオの S N Rに対する平均総キャパシティを示すグラフである。

第 1 6 図は、ネットワーク内のすべての干渉信号を考慮した場合において、モンテカルロシミュレーションにより計算した各シナリォの S N Rに対する平均総キャパシティを示すグラフである。

第 1 7 図は、一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークを説明するための模式図である。

第 1 8 図は、線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシネットワークを説明するための模式図である。

第 1 9 図は、非線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークを説明するための模式図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面及ぴ数式を参照して詳細に説明する。近年、電波環境を認知しダイナミックに無線資源割当を行うコグニテイブ無線技術が注目を集めている（非特許文献 3及び非特許文献 4を参照）。現在提案されているコグニティブ無線では、周波数チャネルのダイナミックな割当てが主に検討されている。今後は、あらゆる無線環境を認知し、その情報を無線ノードが共有し、さらにその情報に基づいた協力的な適応処理を行うことで、究極の周波数利用効率を実現するコグ二ティブ無線ネッ卜ワークが望ましい

時間 · 空間 · 周波数 · 電力などの無線資源をダイナミックに割当てることで、既存システム（ブラィマリシステム） ίこ才ーノ一レイするコグ二ティブ M I M Oメッシュネクトヮーク (セカンダリシステム ) 力 ^s考えられる。このようなコグニティブ M I M Oメッシュネットヮークの概念を第 2図に示すことができる。

メクシュノード（セカンダ V システム ) の通信方式として、 M I M O

― 〇 F D M Aを採用し、このメッシュノ一ドが以下の要素技術を実現するとで、高速な伝送レートと高い信頼性を必要とするローカルな無線ネ V 卜ワークを自律分散的に構築するとができる。

要素技術：

( 1 ) 無線環境の協力的認知おょぴ認知情報の共有

( 2 ) M I M O技術による空間的周波数共用

( 3 ) 適応ルーティングと適応電力制御による面的周波数共用

( 4 ) 時間 · 空間 · 周波数の適応無線リソース管理

( 5 ) ネットワークコーディングと協力中継

( 6 ) 上記技術のクロスレイヤ最適化

このコグニティブ M I M Oメッシュネットワークのアプリケーションとしては、公衆無線ネットワークを利用しない（もしくはオーバーレイする）ローカルな無線ネットワーク（例えば、イベント会場などにおける無線 L AN、警察 · 消防などの公共無線、被災地における非常時無線、無線プラントコントロールシステム、や公衆無線ネットワークが届かない遮蔽された環境における無線ネットワークへの適用が考えられる。ここで、後述する数式において、使用する数学記号について説明する。 [ · ] *は複素共役、 [ · ] ^τは転置、 [ · ] Ηは複素共役転置を表す。また、は Xに直交する基底べクトル、 X¹'は Xに従属（平行）する基底べクトルを表している。く 1 >M I MO被干渉与干渉回避（周波数共用）

ここでは、マルチユーザ M I MOシステム（非特許文献 5 を参照）とのアナロジーから、本発明に係る M I M〇メッシュネットワークを構築するための基礎技術として、 M I MO技術を用いた被干渉回避 · 与干渉回避 · 多重化の方法を説明する。これらの被干渉 · 与干渉回避おょぴ多重化技術を用いることで、空間軸における周波数共用が可能となり、周波数利用効率の高い無線ネットワークを実現できる。

M I MOアンテナを有したノードが受信処理により、プライマリ ' セカンダリを含む複数のシステムと周波数共用を行う技術を、 M I MOマルチプルアクセス（M I MO— MA) と呼び、送信処理により周波数共用を行う技術を M I MOブロードキャスト（M I MO— B C) と呼ぶ。

< 1 一 1 >M I MO— MA被干渉回避

ここでは、 M I MO— MAにおける被干渉回避おょぴ多重化の方法を説明する。第 3 図に、 M I MOマルチプルアクセス（M I MO— MA) のシステム構成図を示す。ここでは、プライマリ · セカンダリを含む K個の送信ノードが、 M個のアンテナを有する受信ノードに、同時にアクセスしている。ただし、ここでは、簡単のために、 K = 2の場合に議論を絞る。第 i 送信ノードからの送信信号を s i、第 i 送信ノードと受信ノード間のチャネルべクトルを hi e C^Mとすると、受信信号べクトノレ y e C^Mは、下記数 1 のように記述できる。

【数 1 】

ただし、 s = [_Sl s₂]^TeC²であり、 neC^Mは、受信ノードにおける加法性雑音べクトルである。

ここで、 M I M O受信アルゴリズムの目的は、プライマリシステムからの被干渉信号 s ₂を回避しつつ、セカンダリシステムからの所望信号 S iを受信することである。また、 s , , s ₂ ともにセカンダリシステムである場合には、これらを空間多重伝送することで、システムの周波数利用効率を改善できる。

M I MOマルチプルアクセスにおける被干渉回避 . 多重化の方法として、線形方式である Z Fアルゴリズム、非線形方式である S I Cァルゴリズムが知られている。

まず、線形方式である Z Fアルゴリズムについて説明する。

線形方式である Z Fアルゴリズムを用いた被干渉回避では、セカンダリシステムのための受信ウェイトとして、プライマリシステムのチヤネルべクトル h₂に直交した基底ウェイト wi-O eCMを用いる。

このときの出力信号は、下記数 2 のように記述でき、プライマリシステムからの干渉を受けない。 2】

よって、プライマリからの干渉を受けずに、セカンダリからの信号 s ₁を受信することができる。

【数 3】

ただし、 = _wf xは、セカンダリシステムの実効チャネル応答であり、また、 fi = _wf^Hnである。

一方、 s ₁ , s ₂ ともにセカンダリシステムの場合は、チャネルべクトルに直交したウェイト

CMで、 s ₂を受信することで、多重伝送が可能となる。

このときの出力信号べクトル y = [ y₂]^T€C²は、下記数 4のように記述できる。

4】

た 7こし、 fi = [wi w₂] nである。

ここで、チャネルが対角化されていることから、下記数 5及び数 6により、 s ， s ₂を干渉なしで検波することが可能となり、被干渉回避および多重化伝送が実現できていることがわかる。

【数 5】

S2"

h

以上では、線形方式として、 Z F アルゴリズムを説明したが、他のァルゴリズム、例えば、 M M S Eアルゴリズムに関しても、同様の議論が可能である。

次に、非線形方式である逐次干渉キャンセラ ( S I C ) (非特許文献 6 を参照）について説明する。

非線形方式である逐次千渉キャンセラ ( S I C ) は、はじめに、プラィマリの信号を検波し、それを受信信号から差し引くことで、被干渉回避を行う方式である。

逐次干渉キャンセラ ( S I C ) では、セカンダリシステムのチヤネノレベタトル h,に直交したウェイト w^ Ch,) を、プライマリシステムの受信ウェイトとし、セカンダリシステムのチャネルべクトル ^に平行 (整合 ) したウェイト wi = (h,)"を、セカンダリシステムの受信ウェイトとして用いる。

このときの出力信号べクトルは、下記数 7 のように記述できる。

7 】

ここで、 h'₂はプライマリシステムからセカンダリシステムへの干渉を表している。

よって、はじめに、下記数 8 で表すプライマリの信号 §₂を検波し、次に、下記数 9 により、被干渉回避を行うことで、セカンダリシステムの信号の検波が可能となる。 '

【数 8 】〜し

s₂-— y₂

【数 9】

また、 s ₁ , s ₂ともにセカンダリシステムの場合には、同様の手順により、順序付けの多重化伝送を実現している。なお、 S i と s ₂の処理の順序に関しては、これに限定されるものではない。く 1 一 2 >M I MO— B C与干渉回避

ここでは、 M I MO— B Cにおける与干渉回避および多重化の方法を説明する。 '

第 4図に、 M I MOブロードキャスト（M I MO— B C) のシステム構成図を示す。 M I MO—MAとM I MO _ B Cは、送信電力の拘束条件以外は、双対な関係にある。

送信ノ一ドの送信信号べクトルを xeC^M、送信ノ一ドから第 i 受信ノ一ドへのチャネルべクトルを hi^C¹^とすると、第 i ノードの受信信号 _{Y i}は、下記数 1 0及び数 1 1 のように記述できる。

【数 1 0】

=hi^rx + n₁

【数 1 l 】

y₂=h x + n₂

ただし、 n ；は第 i 受信ノードの加法性雑音である。また、 2つの受信信号をべクトノレ y = [y, y₂]^TeC²にまとめると、下記数 1 2 による表現が可能となる。【数 1 2】

ただし、 n e C²は 2 つのノードの雑音 n i， n ₂をまとめたべクトルである。

ここで、 M I M O送信アルゴリズムの目的は、プライマリシステムへの与干渉 y ₂を回避しつつ、セカンダリシステムへ所望信号を送信することである。また、 2つの受信ノードがともにセカンダリシステムである場合には、異なる情報を空間多重送信することで、システムの周波数利用効率を改善できる。

M I M Oブロードキャストにおける与干渉回避 · 多重化の方法も、線形方式である Z F アルゴリズム、非線形方式である D P C ( S I C ) 了ルゴリズムが知られている。

まず、線形方式である Z Fアルゴリズムについて説明する。

線形方式である Z Fァルゴリズムを用いた与干渉回避では、セカンダリシステムの送信信号 _{S l}に、予め送信ゥヱイト _wi e C^Mを乗算し、下記数 1 3により送信する。

【数 1 3】

このとき、送信ウェイトをプライマリシステムのチャネルべクトル h; に直交した基底ゥヱイト _wi = (h を用いることで、与干渉'回避が可能となる。

このときの受信信号べクトルは、下記数 1 4 で示すようになり、与干渉回避が行われていることが分かる。

【数 1 4】

ただし、 =hi はセカンダリシステムへの実効チャネル応答であるまた、 y i , y ₂ ともにセカンダリシステムの場合は、チャネルべク 1、ル hiに直交した基底ウェイト _w OnyeCMを、予め送信信号 s ₂に乗算し、下記数 1 5により多重送信する。

【数 1 5】

X Wl W2

このときの受信信号べクトルは、下記数 1 6 となり、与干渉回避および多重化伝送が可能となる。

【数 1 6 】

次に、非線形方式であるダーティぺーパコーディング (D P C ) (非特許文献 7 を参照）について説明する。

非線形方式であるダーティぺーパコーディング（D P C) は、送信側での逐次干渉キャンセラ（ S I C) に等価であり、予め送信側でプライマリシステムへ到達するセカンダリ信号の成分を差し引くことで、与干渉回避を行う方式である。

ダーティぺーパコーディング（ D P C ) アルゴリズムでは、プライマリにはセカンダリのチャネルべクトル hiに直交した送信ウェイト W2 = (hi)¹を用い、セカンダリにはセカンダリシステムのチャネルべクトル hiに平行（整合）した送信ゥヱイト ^Qii)¹¹を用いる。

このときの受信信号べクトルは、下記数 1 7のように記述できる。 4

【

、 hiはセカンダリシステムからプライマリシステムへの干渉を表している。

よって、予めこの干渉成分をプライマリの送信信号から差し引くことで、下記数 1 8により与干渉回避が可能となる。

【数 1 8】

また、 y i， y ₂ともにセカンダリシステムの場合には、独立した送信信号 s'₂を y ₂に送信することにより、順序付けの多重化伝送ができる。なお、 s i と s ₂の処理の順序に関しては、これに限定されるものではない。

【数 1 9】

以上により、 M I M O技術を用いた被干渉 · 与干渉回避および多重化の方法を説明した。これらの技術を用いることで、空間軸における周波数共用が可能となる。

< 2〉本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネットワーク本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークとは、 < 1 >で説明した M I M Oアルゴリズムを用いた被干渉 . 与干渉回避および多重化技術を発展させた M I M Oメッシュネットワークである。本発明の第 1実施形態に係る M I M oメッシュネットワークによれば、従来のメッシュネッ卜ヮ一ク (マルチホッブネットワーク）における干渉の問題を解決し、高い波数利用効率を実現でる

< 2 — 1 > 1次元 M I M Oメッシュネットヮ一ク

本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークの実施例である 1次元 M I M Oメッシュネットワーク (以下、単に、「リレー M

I M Oネ卜ワーク」とも称する ) の構成を第 5図に示す。

第 5図に示されたように、本発明の M I M Oメッシュネットワークは

、 M I M οマルチプルァクセスと M I M Oプロードキャストを交互に連結した構成となっており、干渉回避 (被干渉 • 与干渉回避）と多重化伝送を同時に実現するれによ、単一周波数チャネルで干渉距離を 3

- d とするとが可能となり、また向きリンクに加えて後向きリンクを多重伝送することにより、ネッ卜ヮーク全体の周波数利用効率を改善することがでさる。

以下、本発明の第 1 施形態に係る M I M oメッシュネットワークにおいて、干渉回避と多重化伝送を同時に実現するための送受信ウェイトの計算処理方法を、線形方式と非線形方式に分けて具体的に説明する。く 2 — 1 一 1 >線形方式

ここでは、 M I M O伝送方式として線形方式である Z Fアルゴリズムを用いた場合の本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネットヮークにおける送受信ウェイトの計算処理方法について説明する。なお、説明は、受信ウェイトの計算処理方法、送信ウェイトの計算処理方法、及ぴそれらの相互関係の順に行う。 ' まず、線形方式における受信ウェイトの計算処理方法について説明する。

第 5図において、受信ノード # 1 に着目すると、送信ノード # 0およぴ# 2が複数アンテナを有した M I M〇マルチプルアクセスシステムと捉えることができる。

ここで、受信ノード # 1 における M I M Oアルゴリズムの目的は、送信ノード # 2からの被干渉を回避しつつ送信ノード # 0からの信号を受信し、また、送信ノード # 0からの被干渉を回避しつつ送信ノード # 2 からの信号を受信することである。

ここで、送信ノード # 0 および # 2 の送信ウェイトが、それぞれ _woec^M,_w;_2ec^Mで与えられたとすると、受信ノード # 1 の受信信号べクトル _yieC^Mは、下記数 2 0で記述できる。

【数 2 0】

Yl =

hio hi2 Si + ni

ここで、 s i。， s i ₂は送信ノード # 0およぴ # 2 の送信信号であり、また、 _Sl = [s₁₀ s₁₂]^T e C²である。 H eC^MxMは、ノード # j 力、らノード # i へのチャネル行列であり、また、 h = Hw eC^Mである。

数 2 0 と数 1は、同一の構造をしているため、受信ウェイトとして、チャネルべクトル _hJ₂に直交した _wf_{0 =} ihi₂)丄 eC^Mを用いることで、送信ノード # 2からの被干渉を回避しつつ送信ノード # 0からの信号を受信できる。

また、同時に、チャネルべクトル hi。に直交した受信ウェイト i₂ = (hlo)¹eC^Mを用いることで、 M I M Oメッシュネットワークにおける前向きリンク (Forward link) と後向きリンク (Backward link) の双方向リンク多重化（以下、単に、 F B多重化とも称する。）が可能となる。

このときの出力信号べクトル f i e C²は、下記数 2 1 で表され、被干渉回避おょぴ F B多重化が同時に実現できていることが分かる。

【数 2 1 】

ただし、 = _Wl Hyw¾はノード # j からノード # i への実効チャネル応答を表している。

次に、線形方式における送信ウェイトの計算方法について説明する。第 5図において、送信ノード # 2に着目すると、受信ノード # 1および # 3が複数アンテナを有した M I M Oブロードキャストシステムと捉えることができる。

ここで、送信ノード # 2における M I M Oアルゴリズムの目的は、受信ノード # 1への与干渉を回避しつつ受信ノード # 3へ信号を送信し、また、受信ノード # 3への与干渉を回避しつつ受信ノード # 1へ信号を送信することである。

ここで、受信ノード # 1 および # 3 の受信ウェイトが、それぞれ wi₂ e C^M,_w ^r ₃₂ e C^Mで与えられたとすると、受信ノード # 1 および # 3 の受信信号は、それぞれ下記数 2 2 と数 2 3で記述できる。

【数 2 2】

【数 2 3】

y₃ 二 w 32X2 + n₃

ここで、 _X2 e C^Mは送信ノード # 2 の送信信号べクトルである。

また、 y₂ = [y, y₃]^T e C²を用いて、ベクトル表記すると、下記数 2 4 となる。

【数 2 4】

ここで、 hy^T = w¾^HHij e C ある。

数 2 4 と数 1 2は、同一の構造をしているため、送信ウェイトとして、チャネルべクトルに直交した _W^ = (hi ) eC^Mを用いることで、受信ノード # 1への与干渉を回避しつつ受信ノード # 3へ信号を送信できるまた、同時に、チャネルベクトル h に直交した w;₂ = (h ) eC^Mを送信ウェイトとして用レヽることで、 M I MOメッシュネットワークにおける前向きリンク (Forward link) と後向きリンク (Backward link) <D F B多重化が可能となる。

このときの出力信号べクトル e C²は、下記数 2 5で記述できる。【数 2 5】

S2+I12

ここで、 _S2 = [s₁₂ s₃₂]^Tであり、 s i ₂は受信ノード # 1 への送信信号、 s _{3 2}は受信ノード # 3への送信信号を示している。

これらより、与干渉回避および F B多重化が同時に実現できていることが分かる。

次に、線形方式における送受信ウェイトの相互関係について説明する上述したように、 Z Fアルゴリズムに基づいた線形方式では、 1つ目のリンクの送信ゥヱイトから、 2つ目のリンクの受信ウェイトが決まり、 2 つ目のリンクの受信ウェイトカら 3 つ目のリンクの送信ウェイトが決まる鎖関係にある。

線形方式を用いた 1次元 M I M Oメッシュネットワークには、 2つのウェイト鎖があり、その関係を第 6図（A ) に示す。その初期値は 1次元 M I M Oメッシュネットワークの両端、つまり前向きネットワークと後向きネットワークの起点ウェイトがすべてのウェイトを決定付ける。この 2つの初期ウェイトは、ネットワークスループットが最大となるように、逐次的に最適化する必要がある。

以上では、 M I M O伝送方式として線形方式である Z Fアルゴリズムを用いた場合の本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネットヮークにおける送受信ウェイトの計算処理方法について詳細に説明したが、本発明で用いる線形方式として、 Z F アルゴリズムに限定されることはなく、例えば、 M M S Eアルゴリズムを用いることも勿論可能である

< 2 — 1 一 2 〉非線形方式 ( S I C / D P C )

ここでは、 M I M〇伝送方式として非線形方式である S I C / D P C アルゴリズムを用いた場合の M I M Oメッシュネットワークにおける送受信ゥイトの計算方法について説明する。なお、説明は、線形方式の場合と同様に、受信ウェイトの計算方法、送信ウェイトの計算方法、及びそれらの相互関係の順に行う。

まず、非線形方式における受信ウェイトの計算方法について説明する線形方式と同様に、第 5図において、受信ノード # 1 に着目すると、送信ノード # 0およぴ # 2が複数アンテナを有した M I M Oマルチプルアクセスシステムと捉えることができる。

すなわち、受信ノード # 1 は、非線形受信方式である S I Cアルゴリズムを用いて、被干渉回避をしつつ、送信ノード # 0および # 2からの信号を多重化受信する。

非線形受信方式である S I Cァルゴリズムでは、受信ノード # 1 の受信信号ベクトルである数 2 0において、はじめに、送信ノード # 2からの信号 s ₂を検波し、それを受信信号から差し引くことで、被干渉を回避し、送信ノード # 0からの信号 s ェ。を受信する。

そこで、信号 s _{1 2}に対する受信ウェイトを wi₂ = (hi (^とし、信号 s 。に対する受信ゥヱイトを wi₀ = (hi。)"とすると、このときの出力信号べクトルは、下記数 2 6で記述することができる。

2 6】

ここで、 hi₂は送信ノード # 2からの干渉を表している。

よって、はじめに、下記数 2 7で表す §₁₂を検波し、次に下記数 2 8 により被干渉回避を行うことで、 ^の検波が可能となるこれにより、順序付けの被干渉回避および F B多重化が実現できる。なお、 s 。と s i ₂の処理の順序に関しては、これに限定されるものではない。 . 【数 2 7】 §12 = 7^ 1]2

h 12

【数 2 8 】

次に、非線形方式における送信ウェイトの計算方法について説明する

線形方式と同様に、第 5図において、送信ノード # 2に着目すると、受信ノード # 1および # 3が複数アンテチを有した M I M〇ブロードキヤストシステムと捉えることができる。

ここで、送信ノード # 2における M I M〇アルゴリズムの目的は、受信ノード # 1への与干渉を回避しつつ受信ノード # 3へ信号を送信し、また、受信ノード # 3への与干渉を回避しつつ受信ノード # 1へ信号を送信することである。

すなわち、送信ノード # 2は、非線形送信方式である D P Cアルゴリズムを用いて、与干渉回避をしつつ、受信ノード # 1および # 3へ信号を多重化送信する。

非線形送信方式である D P Cアルゴリズムでは、数 2 4において、 y

₃すなわち s _{3 2}に対しては、チャネルベクトル hi₂*に直交した送信ゥェィト' W32 = (hi₂*) を用い、すなわち s _{1 2}に対しては、チャネルべタトル hi に平行（整合）した送信ウェイト wi₂ = (hi₂*)"を用いる。

このとき出力信号ベクトルは、下記数 2 9で記述できる。

【数 2 9 】

S2 + H2

ここで、 ₂は s i ₂の y 3に対する干渉を表している。

よって、予めこの干渉成分を _s'₃₂の送信信号から差し引くことにより、与干渉回避が可能となる。

【数 3 0】

_ _ h;₂

^S32― S 32— 7~ ^2 これらより、順序付けの与干渉回避および F B多重化が実現できることが分かる。なお、 s ェ ₂と s _{3 2}の処理の順序に関しては、こ'れに限定されるものではない。

次に、非線形方式における送受信ウェイトの相互関係について説明する。

非線形方式では、線形方式とは異なり、 1つ目のリンクの送信ウェイトから、 1つ目および 2つ目のリンクの受信ウェイトが決まり、 2つ目のリンクの受信ウェイトから、 2つ目および 3つ目のリンクの送信ゥェィトが決まる。

よつて、非線形方式を用いた 1次元 M I M Oメッシュネットワークには、 1つのウェイト鎖しかなく、その関係を第 6図（ B ) に示す。すなわち、 1次元 M I M〇メッシュネットワークの片端の起点クエイトが決まれば、すべてのウェイトが決まることが分かる。このゥェィトの初期値は、例えば、第 1送信固有べクトルを用いることで、最適化することが可能である。く 2— 2 〉 2次元 M I M Oメッシュネットワーク

ここで、本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークを 2次元平面に展開した、 2次元 M I M〇メッシュネットワークを第 7 図に示して説明する。

例えば、 4本のアンテナを有したメッシュノード（中継ノード）を用意することで、 4つのストリームの同時送受信が可能となり、第 7図に示すような碁盤形の 2次元 M I M Oメッシュネットワークが構築できるこの 2次元 M I M Oメッシュネットワークを単一周波数チャネルで構成したとすると、干渉距離を dから Jjに拡大でき、さらに、 4ストリームを空間多重伝送することで、周波数利用効率の改善が可能となる。

また、第 7図に示す 2次元 M I M Oメッシュネットワークは、多端子システムと捉えることができるため、ネットワークコーディングや協力中継などを用いることで、更なる最適化が可能である。

上記のように、本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークの実施例について第 5図及ぴ第 7図に基づいて説明したが、本発明はそれらの実施例に示された 1次元や 2次元に限定されることはなく、本発明の M I M Oメッシュネットワークにおいて、各中継ノード（送信ノード及び受信ノード）を任意の形状に配置することもできる。く 2 — 3 >計算機シミユレーシヨン

ここでは、本発明の第 1実施形態に係る M I M Oメッシュネッ卜ヮ一クの有効性を検証するために、数値シミュレ一ションを行 o

数値シミュレーションは、第 8図に示す（A ) ， ( B ) ( C ) , ( D

) の 4通りのシナリオで行った。説明を簡単にするためにヽ送信ノ一ド、

# 0、受信ノード # 1 、送信ノード # 2の 3つのノ一ドで構成される 1 次元メッシュネットヮークを想定する。

シナリォ（ A ) は、送信ノード # 0 と受信ノード # 1 との間の S I S O通信である。また、シナリオ（ B ) は、シナリオ（ A ) に送信ノード # 2からの後向きリンクの千渉を加えたものである。

一方、シナリオ（ C ) と（D ) は、本発明の第 1 実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークであり、シナリオ（ C ) は、線形方式である Z Fアルゴリズムを用いたもの、シナリオ（D ) は、非線形方式である S I C Z D P Cアルゴリズムを用いたものを示している。

ただし、線形方式である Z Fアルゴリズムにおける両端の送信ウェイトの初期値は wio = [l 0]^T,w!₂ = [l Of とし、一方、非線形方式である S I C Z D P Cアルゴリズムの左端の送信ゥヱイトの初期値は、チャネル行列 Ηπ)の第 1右特異べクトルとした。

また、各ノードのアンテナ本数は、 2 としている。そして、伝搬路は、すべて同一で無相関な（ I I D ) レイリーフェージングチャネルとし、それぞれの方式の受信ノード # 1 における平均周波数利用効率 [ b p s / H z ] を計算する。

例えば、 M I M Oメッシュネットワークの平均周波数利用効率 Cは、下記数 3 1 で計算した。

【数 3 1 】

ただし、 Ρはそれぞれの送信ノードの送信電力を、 σ ²は受信ノードのアンテナ当りの雑音電力を表している。

モンテカルロシミュレーシ.ョンにより得られた平均周波数利用効率を第 9図に示す。

第 9 図より、従来のメッシュネットワークでは、後向きリンクの干渉により高い周波数利用効率が実現できないことが分かる。一方で、本発明の第 1 実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークでは、被干渉回避および F B多重化を行うことで、後向きリンクの干渉が存在しない S I S Oメッシュネットワークの 2倍近い周波数利用効率が実現できる。

また、本発明の第 1 実施形態に係る M I M〇メッシュネットワークでは、線形方式（ Z F ) と非線形方式（ S I C / D P C ) を比較すると、非線形方式（ S I C Z D P C ) が S N R換算で 6 d B近く特性を改善している。これは前向きリンクに整合ウェイトを用いることによるアレーゲインに起因するものである。

< 3 >本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネッ卜ヮク次に、本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネッ卜フークについて詳細に説明する。本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットヮークによれば、従来のメッシュネットワークにおける一チヤネル干渉問題を解決するとともに、 V ンク多重をも実現し、ネットヮーク全体のキャパシティを改善することができる

< 3 - 1 >ネットワークモデル

ここで、複数の中継ノードを有し、各中継ノ一ドが M本の M I M O T ンテナを搭载するとともに、各ノード、間に無線リンクを張ることにより

、無線ネットワークを構築する、本発明の第 2実施形態に係る M I M O メッシュネットワークのネットフ一クモデルを図示する。

図面の見易さから、 5つの中継ノドを有し、各中糸ノ一ドが 3本（

M = 3 ) の M I M Oアンテナを搭载した本発明の第 2実施形態に係る M

I M Oメッシュネットワークのネッ卜ワークモデルを第 1 0図に示し 7こ第 1 0図に示されたように、本発明の第 2実施形態に係る M I MOメッシュネットワークでは、前向きリンク（Forward link) 及ぴ後向きリンク（Backward link) が空間的に多重化されている。

以下では、あるノードに隣接する 2つのリンクに着目して、各ノードが M本の M I MOアンテナを搭載した本発明の第 2実施形態に係る M I M〇メッシュネットワークの信号モデルを定式化する。

ここで、 i 番目のノードにおける前向きリンク及び後向きリンクの受信信号 yf, は、下記数 3 2 〜数 3 7 を用いて、モデル化ずることができる。

【数

【数 3 3 】

【数 3 4】

₁₍F _ rF\ _TT tF F r¥\^H _Tr tB _pB

【数 3 5 】

，,F — tB „B

ァ Φ,+ι)—

i(m)W(,₊iy>_{( +1)} 【数 3 6 】 ,Β ( rB\^_TT tF F , τΆ\^Η _ΊΎ tB _PB

【数 3 7】

ここで、 [ · ] ^Hは複素共役転置を表す。また、及びは： j 番目のノ一ドにおける前向きリンク及び後向きリンクに対する送信信号であり、 Hj, e C^MxMは j 番目のノードカら i 番目のノードへのチャネル行列であり、 _w ^FeC^M及び vf C^Mは j 番目のノードにおける前向きリンク及ぴ後向きリンクに対する送信ゥェィトべクトルであり、 yy eC^MRU_w eC^M は i 番目のノードにおける前向きリンク及び後向きリンクに対する受信ウェイトべクトルであり、及び "fは i 番目のノードで受信した前向きリンク及び後向きリンクの等価な加法性雑音である。

前向きリンクでは、 sJ )が所望信号であり、その他 3 つの信号

干渉信号となる。一方、後向きリンクでは、が所望信号であり、 {^^, („， ₊„}が干渉信号となる。

本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークでは、送受信ウェイトの組合せにより、干渉回避を行い、また同時に前向きリンク及ぴ後向きリンクの空間多重を実現する。以下、本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークにおいて、干渉回避と空間多重を同時に実現するための送受信ウェイトの計算処理方法を、線形方式と非線形方式に分けて具体的に説明する。

< 3 — 2 〉線形方式

アレーアンテナを用いた干渉キャンセルの方法としては、線形方式である Z Fアルゴリズム、 M M S Eアルゴリズムや非線形方式である S I C / D P Cアルゴリズムなどがある。

ここでは、 M I M O伝送方式として線形方式である Z Fアルゴリズムを用いた場合の本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットヮークにおける送受信ゥヱイトの計算処理方法について説明する。

一般に、 M素子アレーアンテナを用いた線形方式 ( Z Fアルゴリズム ) では、（M— 1 ) 個の干渉信号をキャンセルすることができる。簡単のために、 M = 3の場合を考えると、 1つのアンテナウェイトを用いて、 2つまでの干渉信号をキャンセルすることができる。

し力、し、 M I M Oメッシュネットワークでは、 1つの所望信号に対して 3つの干渉信号があるため、 1つのアンテナウェイトでは対処できない問題がある。

そこで、第 1 1 図の模式図に示すように、線形方式を用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークでは、送信ウェイトと受信ウェイトの組合せによって、干渉信号をキャンセルするようにしている。以下、第 1 1図に基づき、線形方式における送受信ウエイトの計算処理手順（決定手順）を詳細に説明する。

なお、以下、「 k番目のノード」を単に「第 kノード」とも称する。「第 kノード」の状態が受信ノードの場合、以下、単に、「第 k受信ノード」とも称する。「第 kノード」の状態が送信ノードの場合、以下、単に、「第 k送信ノード」とも称する。ただし、 kは 1 からの任意の自然数である。

本発明の M I M Oメッシュネットワークでは、第 1 ノードから最終ノードまで順番に、送受信ウェイトを決定（計算）するようにしている。ここで、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i 一 1 )送信ノードの送信ゥエイト w^)及び w ^は、既に決定（計算）されている。

このとき、第（ i — 1 )送信ノードと第 i 受信ノードの間のシステムモデルは、等価送信チャネルべクトル h ) = H,(_M)w e C^M及び等価送信チヤネルべクトル h ) = H„^)eC^wを用いて、下記数 3 8及び数 3 9 のように表すことができる。

【数 3 8】

，,F

ァ! ·_(Μ) = [Wi ) id-DS^ +yWi ) id-iyS^

【数 3 9】

，,B

- 1)

第 i 受信ノードでは、第（ i 一 1 )送信ノードから送信ウェイト w^)及ぴ w^)を介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価送信チヤネルべクトル )及び ₁を学習する。

線形方式である Z Fアルゴリズムを用いた場合の本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークでは、第 i 受信ノードの受信ゥエイト wf,wfは、下記数 ⁴ 0及び数 ⁴ 1 に基づいて計算される。

【数 4 0】 rF一 tF II tB 丄、

Wz ― 1 ,Ι1!·(!·-1) I

【数 4 1 】 ι·Β—〖， tF 丄上、ここで、 ( y¹)は χと yの両方に直交する基底べクトルであり、 (x^y¹) は yに直交する空間の中で Xに最も平行する基底ベクトルである。

上記数 4 0及び数 4 1 に基づいて計算された第 i 受信ノ一ドの受信ゥエイト _wf,_w を用いることにより、第（ i _ l )送信ノードと第 i 受信ノードの間のシステムは、下記数 4 2及ぴ数 4 3によってモデル化されることができる。

【数 4 2】

F 一 eFF F

ァ !·(!·— 1) ― "!·(!·-1)" - 1)

4 3】

ここで、 ¾ = (_wf — Dは、第（ i — 1 )送信ノードと第 i 受信ノ一ドの間の前向きリンクの等価チャネル係数である。

次に、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノードの間のシステムは、上記数 4 0及び数 4 1 に基づいて計算された第 i 受信ノードの受信ウェイト _wf，_w を用いて、下記数 4 4及び数 4 5によつてモデル化されることができる。

【数 4 4】

【数 4 5】 .Β _ rB \^T tF „F (, rB \^T tB B

— W(W卢 ₊₁₎十、 Jl +1) W ₊₁ . ₊₁₎ ここで、 hf_(M) = (H wf )* e C^M及び = (H ) ^r(w e C^Mは、前向きリンクと後向きリンクの等価受信チャネルべクトルである。

第（ i + 1 )送信ノードでは、チャネルの相反性（H『(_i+1尸 Η(_ω を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、その共役受信ウェイトを介してトレーニング信号を送信することにより、等価受信チャネルべクトル h )及び h )を学習する。もしくは、第（ i + 1 )送信ノードではトレ一二ング信号を送信し、第 i受信ノードでは _h )及び h )を学習し、学習済みの h 及び l 】）を第（ i + 1 )送信ノードへフィードパックする。線形方式である Z Fァルゴリズムを用いた場合の本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークでは、第（ i + 1 )送信ノードの送信ウェイト w|L),w )は、下記数 4 6及び数 ⁴ 7 に基づいて計算される

【数 4 6】

【数 4 7】 wj?+i) = (h¾+i)) ，(h +i)) ) 上記数 4 6及び数 4 7に基づいて計算された第（ i + 1 )送信ノードの送信ウェイト _w^),_{w +1})を用いることにより、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノードの間のシステムは、下記数 4 8及ぴ数 4 9 によってモデル化されることができる。

【数 4 8】ァ = ⁰

【数 4 9】

B _ 7 eBB B

ァ! '(!·+1) ― "!·(!·+1)"(!·+1)

ここで、 = (_wp)^HH_i(;+I)w₍?₊₁₎は、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノ一ドの間の後向きリンクの等価チャネル係数である。

最後に、上記数 4 2、数 4 3、数 4 8、数 4 9 を組み合わせることにより、上記数 3 2及び数 3 3は、下記数 5 0及び数 5 1 によって表される。

【数 5 0】 !' ― ¾- 1)^ύ('·-1)ャ ί

【数 5 1 】

Β eBB B . B

一 ⁿi{i+\)^S(i+l) + ⁿi

つまり、上記数 5 0及び数 5 1は、第 i受信ノ一ドが隣接ノ一ド（即ち、第（ i 一 1 )送信ノード及ぴ第（ i + 1 )送信ノード）からの干渉なく、前向きリンクと後向きリンクの信号を同時に受信することが可能であることを意味する。

以上では、 M I M O伝送方式として線形方式である Z Fァルゴリズムを用いた場合の本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットヮークにおける送受信ゥェィトの計算処理方法について詳細に明したが

、本発明で用いる線形方式として、 Z Fアルゴリズムに限定されることはなく、例えば、 M M S Eアルゴリズムを用レ、ることも勿 Ρ冊可能である

く 3 — 3 〉非線形方式（ S I C / D P C )

ここ'では、 M I M O伝送方式として非線形方式である S I C / D P C アルゴリズムを用いた場合の本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークにおける送受信ゥイトの計算処理方法について説明する。

非線形方式を用いた場合では、送信側で D P Cァルゴリズム、受信側で S I Cアルゴリズムをそれぞれ用いる。本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットワークにおいて、 D P C / S I C了ルゴリズムを用いることにより、線形方式（Z Fァルゴ Vズム ) を用いた場合に比ベて、直交拘束条件を減らすことが可能となり、余剰のァレ一自由度を用いて高いダイパーシチ利得を実現することができる o 第 1 2図の模式図に示すように、非線形方式を用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークでは、送信ゥヱイトと受信ウェイトの組合せによって、干渉信号をキャンセルするようにしている。第 1 2図の模式図に基づき、非線形方式における送受信ウェイトの計算処理手順（決定手順）を詳細に説明する。

本発明の M I M〇メッシュネットワークでは、第 1 ノードから最終ノ一ドまで順番に送受信ウェイトを決定（計算）するようにしている。非線形方式（D P C / S I Cアルゴリズム）を用いた場合において、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i一 1 )送信ノ一ドの送信ゥヱイト w^)及び _w )は、既に計算されており、第 i 受信ノードの受信ウェイト _Wf,w* は、下記数 5 2及び数 5 3によって計算される（決定される）。

【数 5 2】

【数 5 3】 fB— 丄， tB 丄、

W/ ― I ιΐί(/-ΐ) ，ϋφ·_ι) I ただし、 χ¹¹は χに平行する基底べクトルであり、 (X丄, y¹)は Xと yの両方に直交する基底べクトルである。

ここで、線形方式（Z Fアルゴリズム）を用いた場合に比べて、非線形方式（D P C S I Cアルゴリズム）を用いた場合は、第 i 受信ノードの受信ウェイト _Wf の等価送信チャネルべクトル h - に対する直交拘束条件が削減されているため、非線形方式を用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークによれば、余剰のアレー自由度を用いて、高いダイバーシチ利得を実現することができる。 6 上記数 5 2及び数 5 3に基づいて計算された第 i 受信ノードの受信ゥエイト wf,w を用いることにより、上記数 ³ 8及び数 ³ 9によってモデル化された第（ i _ 1 )送信ノードと第 i 受信ノードの間のシステムは、下記数 5 4及び数 5 5によつてモデル化されることができる。

【数 5 4】

Λ·(!·—ι)一 ϊ{ι-\)^ύ{ί-\) 〃!·(!■- 1) - 1)

5 5】

ここで、 /^^(wf^H'c.-DW^)は、第（ i 一 1 )送信ノ一ドと第 i 受信ノ一ドの間の前向きリンクの等価チャネル係数である。また、

^^^(wif H, ) w )は、第（ i — 1 )送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チャネル係数である。

ただし、第（ i 一 1 )送信ノードでは、 ― _υとの両方が既知であり、チャネルの相反性（！!,.(,-!) = 11",·) を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、（_wf)*を介してトレーニング信号を送信することにより、等価なチヤネル係数 )及びを学習する。もしくは、第（ i 一 1 )送信ノ一ドでは、 _w )及び _w ）を介してトレーニング信号を送信し

、第 i 受信ノードでは、及び ^)を学習し、学習済みの ^及びを第（ i 一 1 )送信ノードへフィードバックする。

D P Cアルゴリズムを用いて、下記数 5 6及び数 5 7のように、干渉信号をキャンセルすることができる。

【数 5 6】

eFB

FDPC _ „F が ⁿi{i-\) B

ύ( ) - r eFF 1) 【数 5 7】

FDPC _ ^eFF FDPC ^eFB B ― ^eFF F

Λ - 1) 一 "!·('·—ι)^ύ 一 l) 丁 " '一 ι)^ύ(ί一 1) ^— ί(ί-ΐ)^ύ (i-i)

なお、 D P Cアルゴリズムでは、干渉信号を所望信号から差し引くようにしているため、送信電力の変動問題を発せさせることもある。よつて、実用上は、 D P C アルゴリズムの代わりに、例えば、非特許文献 8 に開示された「トムリンソーハラシマプレコーディング (Tomlinson-

Harashima precoding) 」や非特許文献 9 に開示された「ラテイスプレコーディング（lattice precoding) 」等のァノレゴリズムを用いることができる。これらのアルゴリズムの性能の上界は、 D P Cァルゴリズムの性能に漸近する。

非線形方式（D P C Z S I Cアルゴリズム）を用いた場合において、次に、上記数 5 2及ぴ数 5 3に基づいて計算された第 i受信ノードの受信ウェイト _wf,_w を基に、第（ i + 1 )送信ノードの送信ウェイト w ), w(?₊₁)は、下記数 ⁵ 8及び数 5 9によって計算される（決定される）

【数 5 8】

【数 5 9】

„ tB 一 rB \*"

W(+1)一 (hi(i₊l) ) ここでも、線形方式（ Z F アルゴリズム）を用いた場合に比べて、非線形方式（ D P C / S I Cアルゴリズム）を用い.た場合は、第（ i + 1 ) 送信ノードの送信ウェイト w^)の等価受信チャネルべクトル ι ·₊₁)に対する直交拘束条件が削減されているため、非線形方式を用いた本発明の Μ I M Oメッシュネットワークによれば、高いダイバーシチ利得を実現することができる。

上記数 5 8及び数 5 9に基づいて計算された第（ i + 1 )送信ノードの送信ウェイト _w^),_{w +1})を用いることにより、上記数 4 4及び数 4 5によつてモデル化された第 i 受信ノードと第（ i + 1 ) 送信ノードの間のシステムは、下記数 6 0及ぴ数 6 1 によってモデル化されることができる

【数 6 0 】

F ― eFB — ·Β

ノ! 一 ⁿi(i+l)^S(i+l)

【数 6 1 】

B ― r eBB B

ノ! ― i(i+l)^S(i+l)

ここで、 / ) = (_wf H,(_i+1)w( は、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チヤネル係数である。また、 /^^ (w ^H'.o.+DW^)は、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノ一ドの間の後向きリンクの等価チャネル係数である。

第 i 受信ノードでは、第（ i + 1 )送信ノードから、送信ウェイトべクトル _{w +1})を介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価チャネル係数及びを学習する。

ここで、第 i 受信ノードにおける後向きリンクの受信信号 f において、所望信号 ₊₁)は、下記数 6 2のように、他リンクからの干渉なく受信されるため、 S I Cアルゴリズムによる非線形処理により、干渉信号をキャンセルすることができる。

【数 6 2 】

· 一 '(/-ΐ)十 +ι)十 ⁿi ― ⁿi(i+i)^s(i+\)十 ⁿi

S I Cアルゴリズムを用いた場合に、下記数 6 3のように、第 i 受信ノードは、まず ^を検波する。

【数 6 3】 B 一 B

- , _eBB ·

¾+1)

そして、第 i 受信ノードは、 ₊₁)が正しく検波できたことを仮定して

、下記数 6 4のように、そのレプリカ信号を、第 i 受信ノードにおける前向きリンクの受信信号より差し引くことにより、干渉キャンセルを実現する。

【数 6 4】

,FSIC "F ,eFB _Λβ 一 "FDPC F reFB _Λβ ,.„F _ eFF „F ただし、 =(_wff H,x,.-_1)W^)は、第（ i 一 1 )送信ノードと第 i 受信ノ一ドの間の前向きリンクの等価チャネル係数である。また、 ― Dは所望信号である。

最後に、上記数 6 2及び数 6 4より、非線形方式（ S I C ZD P Cァルゴリズム）を用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークによれば、隣接ノードからの干渉なく、前向きリンクと後向きリンクの多重伝送が可能となることが分かる。

また、線形方式（ Z Fアルゴリズム）を用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークに比べて、非線形方式 ( S I C / D P Cアルゴリズム ) を用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークは、更に高いダイバーシチ利得を実現している。く 3 — 4 >チャネル推定方法（チヤネル推定プ口トコル）

上述したように、本発明の M I MOメッシュネットワークでは、双方向信号ストリームが空間多重されており、また、同時に隣接ノードからの干渉信号がキャンセルされている。これを実現するためには、各ノードは隣接するリンクの送信ウェイト又は受信ウェイト及ぴチャネル行列 (チャネル情報）を計算（決定）する必要がある。

本発明の M I M〇メッシュネットワークにおけるチャネル推定方法について、以下のように説明する。

ここでは、チャネルの相反性が成立したことを前提とする。即ち、 Η_;(,·— が成り立つている場合（ただし、 [ · ] ^τは転置を表す。）の、本発明の Μ Ι ΜΟメッシュネットワークに適用されるチャネル推定の方法（プロトコル）の好適例について説明する。なお、一般的には、伝搬路が静的で R F回路のキャリブレーションが行われている場合は、チャネルの相反性が成り立つ。く 3一 4一 1 〉第 i ノードの状態が受信ノ一ドの場合

本発明の M I M Oメッシュネットワークにおいて、第 i ノードの状態が受信ノード、即ち、 "R X " の場合には、第（ i 一 1 ) 送信ノ一ドから第 i 受信ノードへのチャネル行列 Η,(,-_υ及び第（ i 一 1 ) 送信ノードの送信ウェイト {_w^,_w^}を学習する必要がある。

この第 i ノード（第 i受信ノード）に着目すると、第（ i 一 1 )送信ノードの送信ウェイト w^)及び _w )は、既に計算（決定）されている。

そこで、チヤネル行列 Η ,— 及ぴ第（ i 一 1 )送信ノードの送信ウェイト {_W ， w(%}を学習することは、等価送信チャネルベクトル {h )， h ) }を学習ことと同じであるために、本発明では、等価送信チャネルベクトル {h ),!^ - }を学習することによって、つまり、等価送信チャネルべクトル {h ), h^)}を推定することによって、チャネル推定処理を行うようにしている。本発明の M I M〇メッシュネットワークでは、等価送信チャネルべクトル {h )， h ) }を推定するために、まず、下記数 6. 5及び数 6 6 のように、互いに直交しているトレーニング信号 sf_M)(t)及ぴ (t)を、既に計算された第（ i 一 1 ) 送信ノードの送信ゥヱイト _w ^及ぴ _w )を介して、第（ i 一 1 ) 送信ノードから第 i受信ノードへ送信するようにする。【数 6 5】 y"M) ( ⁼ H_!(M)W(_i-i)5 -i)( + H/ -i)W -i)>? -i)( + n/

【数 6 6 】 y_i(;__1}( = i(i-.i)Sa-i)(t) + h_;( )S -i)( + n ここで、 _eC^M

は第（ i 一 1 ) 送信ノードから送信されたトレーユング信号^^) (り， (りに相当する第 i 受信ノ一ドの受信信号べクトルである。また、 _nieC^Mは第 i受信ノードの加法性雑音ベクトルである。

次に、トレーニング信号 - )及び — ）は、互いに直交しているため

、本発明では、下記数 6 7及び数 6 8に基づき、等価送信チャネルべクトル {h^,hUを推定する。

【数 6 7】

【数 6 8】

ここで、は、推定された等価送信チャネルベクトルであり、即ち、等価送信チャネルべクトル h )， h )の推定値である。 7072998

く 3 — 4 — 2 〉第 i ノードの状態が送信ノードの場合

本発明の M I M Oメッシュネットワークにおいて、第 i ノードの状態が送信ノード、即ち、 "T x " の場合には、第 i 送信ノードから第（ i 一 1 ) 受信ノードへのチャネル行列及ぴ第（ i 一 1 ) 受信ノードの受信ウェイト {w^ ^^}を学習する必要がある。

この第 i ノード（第 i 送信ノード）に着目すると、第（ i 一 1 )受信ノードの受信ウェイト _w )及び w^)は、既に計算（決定）されている。

そこで、チャネル行列！!(,4),·及び第（ i 一 1 )受信ノードの受信ウェイト {_w ), _w }を学習することは、等価受信チャネルベクトル {h _;，h ),）を学習ことと同じであるために、本発明では、等価受信チャネルべクトル ι ),, h ) /}を学習することによって、つまり、等価受信チャネルべクトル ¾(^),,Ιι ) ,·}を推定することによって、チャネル推定処理を行うようにしている。

本発明では、等価受信チャネルべクトル {h^),.,!^,}を推定するために、下記数 6 9で表すチャネルの相反性の性質を利用する。

【数 6 9】

ただし、 [ · ] *は複素共役を表し、 [ · ] ^τは転置を表し、 [ · ] ^Η は複素共役転置を表す。

' 上記数 6 9 で表すチャネルの相反性の性質が成立した場合は、 _w = のように、後向きリンクの受信ウェイトは、前向きリンクの送信ウェイトと等価になり、また _w = (_wTのように、前向きリンクの受信ウェイトは、後向きリンクの送信ウェイトと等価になる。送受信ウェイト w ), w^),_W ,_Wf と同様に、等価受信チャネルべクトル h^),,h^^も、相反性の性質を持ち、数式で表すと、下記数 7 0及び数 ⁷ 1 になる。

【数 7 0】

h/(;-i)

【数 7 1 】

^ = u ii^ r二 H_i(M)W^)二 h¾-_1}

上記数 ⁷ 0及び数 7 1 から、 h ),. = 1^,-,)及び h ),. = 11^)が成立する。よつて、等価受信チャネルベクトル h ),の推定値 £ )_;、及び等価受信チヤネルべクトル _h ),の推定値は、上記数 6 8で求めた fij^D、及び上記数 6 7で求めた Dとそれぞれ等価になる'。

本発明では、学習した等価送信チャネルべクトル h -Dを等価受信チヤネルベクトル h^);として用い、また、学習した等価送信チャネルべクトル h - を等価受信チャネルべクトル h ) ,·として用いるようにしている。

上記のように、等価送信チャネルべクトル ), h ) }だけを推定すれば、等価受信チャネルべクトル {h ) ,.，h ),）の推定値も得られる訳であるつまり、上記数 6 7及ぴ数 6 8によつて推定された等価送信チヤネルベクトルに基づき、第 i ノードの送受信ウェイト {wf , wf, w } を求めることができる。

また、チャネルの相反性が成立した場合は、フィードバック制御、又はフィードフォヮード制御を行う必要がない。

本発明の M I M〇メッシュネットワークでは、まず、第 1 ノードから順番に等価送信チャネルベクトルを推定するといつた初期チャネル推定処理を行い、そして、全てのノードの初期チャネル推定処理が終わった後に、各ノードが逐次的かつ分散的にチャネル追従を行うようにする。く 3— 5 >計算機シミュレーションによる性能評価

ここでは、本発明の第 2実施形態に係る M I M Oメッシュネットヮークの有効性（性能）を検証するために、計算機シミュレーションによる性能評価を行った。く 3— 5 — 1 >シミュレーション条件

計算機による数値シミュレーションを行う条件は、以下の通りである

条件 1 ：

1次元メッシュネットワークを構成するノード数は 8 ノードである。条件 2 ：

数値シミュレーション用のシナリオを第 1 3図に示す。第 1 3図に示す（a) ， (b) ，（c) ， (d) , (e) ， (f) の 6通りのシナリオは、単一チャネルと複数チャネルの 2種類に分類される。

具体的に、単一チャネル（ 1 チャネル）に分類されたのは、シナリオ (a) ： S I S Oメッシュネットワーク（単一チャネル）、シナリオ（ c ) ：スマートアンテナメッシュネットワーク、シナリオ（e) ： Z F方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワーク、シナリオ（f) ： S I CZD P C方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワークでめ。

複数チャネル（ 2チャネル）に分類されたのは、シナリオ（b) ： S I S Oメッシュネットワーク（デュアル · チャネノレ）、シナリオ（ d) ：リンク毎 M I M〇メッシュネットワークである。条件 3 ：

各ノードが複数アンテナを持つシナリオ、即ち、シナリオ (c) ：スマートアンテナメッシュネットワーク、シナリオ ( d) ：リンク毎 M l MOメッシュネットワーク、シナリオ）： Z F方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワーク、シナリオ（f) ： S I C /D P C方式を用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークでは、各ノードのァンテナ本数は 3 とする。条件 4 ：

隣接ノードとの距離は、全て等しく d とする。送信ノードと受信ノードの全ての組合わせについて、その両者間の距離を表したマトリクスを第 1 4図に示す。第 1 4図では、ある受信ノードにおいて、所望信号と干渉信号を送信しているノードとの距離は、その受信ノード番号の行に示されている。

第 1 4図より、全てのシナリオにおいて、第 4ノードの干渉条件が最も厳しいことが分かる。従って、第 4 ノードのキャパシティがネットヮークキャパシティにおいて支配的となる。よって、以下の数値解析では、第 4ノ一ドの性能を評価する。なお、マルチホップリレーネットヮークの場合、第 4ノードに接続されているリンクがポトルネックになるので、第 1 ノードから第 8 ノードまでのエンド間キャパシティは、第 4ノ一ドのキャパシティの傾、向とほぼ一致する。条件 5

隣接する任意のノ一ドにおける任意の送受信アンテナ間のチャネルは、互レヽ（こ独立で同——の分布 ( Independently Identical Distributed, I I D) のフラットレイリーフヱ一ジングチャネルに従うものとする。また、それらの電力は、距離により減衰するものとし、パスロス定数は 3. 5である。全てのチャネルは、見通し外（Non Line Of Sight, N L 〇 S ) 環境を想定した人工的な環境である。条件 6

シナリオ（d) 、即ち、リンク毎 M I M Oメッシュネットワークでは、それぞれのリンクにおいて固有モード（ Singular Value Decomposition, S V D ) M I MO伝送（非特許文献 1 0 を参照）を想定する。固有モード M I M O伝送では、各リンクのチャネル行列の右及ぴ左特異行列を、それぞれ送信ウェイト及び受信ウェイトとして用いる

条件 7 ：

ネットワークチャネルキャパシティを表す値として、第 4 ノードの総チャネルキャパシティを評価する。例えば、フェージング変動に対する M I M Oメッシュネットワークの平均チャネルキャパシティ C _raim。は、下記数 Ί 2に基づいて計算される。

数 7 2】

ここで、と ₄ ^Bは、第 4 ノードにおける前向きリンクと後向きリンクの信号対干渉雑音電力 (Signal to Interference & Noise Ratio, S I N R ) をそれぞれ表している。

第 1 4図の干渉条件（干渉距離）を参考にすると、これらの S I N R は、即ち、とは、下記数 7 3及ぴ数 7 4に基づいて計算される。【数 7 3 】

【数 7 4】

' ^ l²

ゾ =は7 =l,3,5,7

但し、 P/と P は、第 j ノードの前向きリンクと後向きリンクの送信電力をそれぞれ表しており、それらの合計送信電力 Pは、 P = P】 + Pf"ijで一定である。また、受信アンテナあたりの雑音電力は σ ²で定義されている。終端ノード（第 1 ノード）の場合、総電力はどちらか一方のリンク（第 1 ノードでは前向きリンク）にだけに供給され、それ以外のノードの場合には、総電力は前向きリンクと後向きリンクにそれぞれ分配される。

また、 /^，/^^Β， f^B,/f^Fは等価チャネル応答を表しており、下記数 7 5 、数 7 6、数 7 7及ぴ数 7 8でそれぞれ定義されている。

【数 7 5】

【数 7 6】 r eFB ― ( rF\^// _TT tB 【数 7 7】

【数 7 8】

条件 8 ：

ノードあたりの総送信電力は Pであり、受信アンテナあたりの雑音電力は σ ²である。したがって、単位のチャネル利得を持つリンクのアンテナあたりの信号対雑音電力（Signal to Noise Ratio, S N R) は、 P Ζ σ ²で与えられ、ネットワークの性能評価を示す第 1 5図及び第 1 6 図の横軸となっている。く 3 一 5 一 2 >ネットワークキャパシティの数値解析結果

第 1 5図と第 1 6図に、モンテカルロシミュレーションにより計算した各シナリォの S N Rに対する平均総キャパシティを示す。第 1 5図は、本発明に係る M I Μ〇メッシュネットワークの基本解析のために、距離 3 d以上のノードからの干渉信号は無視している。

第 1 5図より、シナリオ（a) 、即ち、 S I S Oメッシュネットヮーク（単一チャネル）の性能は、隣接ノードからの干渉のために、最も特性が悪いことが良く分かる。これに対して、シナリオ（ b) 、即ち、 S I S〇メッシュネットワーク（デュアル · チャネル）では、メディアァクセスコントローノレ (Media Access Control, MA C ) プロトコゾレを導入することにより、干渉回避が実現され、性能改善につながる。また、シナリオ（ c) 、即ち、スマートアンテナメッシュネットワークでは、単一チャネルであっても干渉回避できることから、 S I S Oメッシュネットワーク（デュアル ' チャネル）の 2倍以上の特性となる。そして、シナリオ（ d) 、即ち、リンク毎 M I M〇メッシュネットワークの性能は、それぞれのリンク内で多重化利得があるために、 S I S Oメッシュネットワーク（デュアル · チャネル）の約 3倍の特性が得られる。

—方、本発明の M I M Oメッシュネットワークのスループット性能は、 S I S Oメッシュネットワークの 4倍以上となる。これは、本発明の M I MOメッシュネットワーク、即ち、シナリオ (e) Z F方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワーク、及びシナリオ（f) S I C /D P C方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワークが、リンク多重と同時に干渉回避を単一チャネルで実現できるためである。また、 Z F方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワークと、 S I C ZD P C方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワークとを比較すると、 S I CZD P C方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワークでは、 Z F方式を用いた本発明の M I M〇メッシュネットワークよりも、同じネットワークキャパシティを実現する S N Rを約 2 d B改善することができる。これは、 S I C ZD P C方式を用いた本発明の M I M Oメッシュネットワークが、最大化ウェイトにより、アレイ（ビームフォーミング）利得とダイパーシティ利得を得るためである。

第 1 6 図はネットワーク内のすべての干渉信号を考慮した平均総キヤパシティを示している。第 1 6 図から、距離 2 d以上の干渉のために、 S N Rが高い領域（この場合約 1 7 d Bに相当）において性能の飽和が見られる。第 1 6図より、すべての干渉信号を考慮しても、全てのシナリオにおいて、本発明の M I MOメッシュネットワーク（シナリオ（e ) 及ぴシナリオ（ f ) ) が優れているごとが一目瞭然である。第 1 6 図では、 S N Rが高い領域において、平均総キャパシティは、シナリオ (f ) S I C/D P C方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワーク、シナリオ（e) Z F方式を用いた本発明の M I MOメッシュネットワーク、シナリオ (d) リンク毎 M I MOメッシュネットヮ一タリ、シナリオ (c) スマートアンテナメッシュネットワーク、シナリオ（ b ) S I S Oメッシュネットワーク (デュアル · チャネル）、シナリオ（ a) S I S Oメッシュネットワーク（単一チャネル）の順に優れている。

< 4 >本発明に係る M I MOメッシュネットワークの一般化

以上では、本発明の第 1実施形態及び第 2実施形態に係る M I MOメッシュネットワークについて詳細に説明した。上述した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークによれば、干渉回避を行うと共に、双方向リンクにおける複数のストリーム信号 (前向きリンク及ぴ後向きリンクにおける複数のストリーム信号）を多重化して伝送することができ、また、単方向リンクにおける複数のストリーム信号（異なる前向きリンクにおける複数のストリーム信号、又は、異なる後向きリンクにおける複数のストリーム信号）を多重化して伝送することもできる。

以下では、本発明に係る M I M〇メッシュネットワークを一般化する。複数の中継ノードを有し、各中継ノードが M本の M I MOアンテナを搭載すると共に、各中継ノード間に無線リンクを張ることにより、無線ネットワークを構築する、一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークのネットワークモデルを図示する。

図面の見易さから、 5つの中継のノードを有し、各中継ノードが M本の] V1 I MOアンテナ（M素子アレーアンテナ）を搭載した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークのモデルを第 1 7図に示した。

第 1 7図に示されたように、一般化された本発明に係る M I M〇メッシュネットワークでは、各ノードが M素子の M I MOアンテナ (M素子アレーアンテナ）を搭載しており、前向きリンクに K^F個のストリーム信号（以下、単に、 K^Fストリームとも称する。）を多重化しているとともに、後向きリンクに K^B個のストリーム信号（以下、単に、 K^Bストリームとも称する。）をも多重化している。

よって、あるノードが送信または受信する総ストリーム数 K (以下、単に、送受信する総ストリーム数 Kとも称する _α ) は、 K = K^F + K^B となっている。ただし、アンテナ素子数 Mと、前向きリンクにおけるストリーム数 K ^Fと、後向きリンクにおけるストリーム数 K ^Bは、下記数 7 9で表した条件を満たすものとする。

【数 7 9】

> + max(^^F,^^B)

上記数 7 9で表した条件を満たすとき、以上に説明した線形及び非線形のアルゴリズムを一般的なトポロジーに適用することができる。

例えば、前向きリンクに K^F = 1 ストリームと、後向きリンクに K^B = 1 ストリームとを多重化する双方向リンク信号伝送では、最低 M= 3 素子の M I MOアンテナが必要となる。また、ノードに 4素子（M= 4 ) の M I MOアンテナを搭載した場合は、 {K^F， K^B} = { 1 , 1 }の双方向リンク信号伝送以外に、 {K^F, K^B} = {2， 0 } {K^F, K^B} = {0， 2 } の単方向リンク信号伝送も可能となる。

要するに、一般化された本発明に係る M I M Oメッシュネットワークでは、各ノードにおいて、（M— 1 ) ストリーム信号を多重化する任意のトポロジーを形成することができる。

また、各ノードに数 7 9 で表した条件を満たす場合、リンク毎に異なる多重化方式を採用することもできる。このように、本発明に係る M l M Oメッシュネットワークでは、前向きリンクにおけるストリームや後向きリンクにおけるストリーム信号のデータレートゃ伝搬路の状況に応じて、これらのストリーム信号多重化トポロジーを適応的に制御することも可能である。

以下では、あるノードに隣接する 2つのリンクに着目して、一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークの信号モデルを定式化する。

ここで、 i 番目のノードにおける前向きリンク受信信号べクトル - 及び後向きリンクの受信信号ベクトル yf e C は、下記数 8 0 〜数 8 5 を用いて、モデル化することができる。

【数 8 0 】

F F F F

ί ― ^/( )―' y!-(z'+i) + Hi

【数 8 1 】

- y('(i. - + y !·(,:+ι) + n!.

【数 8 2 】

【数 8 3 】 (i+i)

【数 8 4 】 f(/-i) ⁼ (w ) H₍-i)WfI-i)S--i) + ( W ) H/(-i)Wj?-i)S -i)

【数 8 5 】 (,+l) = iノ H!(+1) (r-+l)S(,+l) + (W ) H(+l)W (i+l)S(+l) ここで、 [ · ] ^Hは複素共役転置を表す。また、は j 番目のノードにおける前向きリンク及び後向きリンクに対する送信信号ベクトルであり、 _{H¾ e} C^MxMは j 番目のノードから i 番目のノードへのチヤネル行列であり、 W eC^Mx 及び w eC^Mx は j 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 Wf eC^Mx 及び Wf eC^MxA'^Bば i 番目のノードにおける前向きリンクと後向

C

きリンクに対する受信ゥヱイト行列であり、 _n『eC 及び！ ^eC ^は i 番目のノードで受信した前向きリンク及び後向きリンクの等価びな加法性雑

S

音べクトノレである。 B7.

C

上記のように定式化された信号モデルを有する、一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークにおいて、干渉回避及び空間多重を同時に実現するための送受信ウェイト行列の求め方法（計算処理手順）を、線形方式と非線形方式に分けて具体的に説明する。

< 4一 1 >線形方式

一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークでは、第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイト行列を決定（計算）するようにしている。

ここでは、 M I M O伝送方式として線形方式（ブロック Z Fアルゴリ W

7 9

ズム、又は、ブロック M M S Eアルゴリズム）を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークにおける送受信ウェイト行列の計算処理方法（計算処理手順）について説明する。

第 1 8 図の模式図に示すように、線形方式を用いた「一般化された本発明に係る M I M〇メッシュネットワーク」では、ブロック Z Fァゾレゴリズム（またはブロック M M S Eアルゴリズム）による線形干渉キャンセルにより、異なるリンク間の干渉回避を行いつつ、各リンクにおいて通常の M I M Oマルチストリーム伝送（以下、単に、「M I M O多重伝送」とも称する。）を行う。

ここで、線形方式としてブロック Z Fアルゴリズムを用いた「一般化された本発明に係る M I M Oメッシュネットワーク」では、まず、プロック Z Fアルゴリズムによる線形干渉キャンセルによって他リンクへの干渉回避を行った上で、リンク毎に M I M O多重伝送を行う。そのときの各送受信ウェイト行列は、下記数 8 6〜数 8 9 で表される。

【数 8 6 】

___TtF 〜 tF tF

Wゾ' = Wy Wy

【数 8 7】 Wゾ = Wj Wj

【数 8 8 】

【数 8 9 】

ここで、とは、第 j ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 Wf と W ³は、第 i ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列である。また、

^ _{e C}Mx(M-K)と，_{e C}M - は、 j 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F 送信ウェイト行列であり、 ^eC^^と eC^{(M B}は、； j 番目のノードにおいて、ブロック Z

Fによって他リンクへの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I M O送信ウェイト行列である。更に、 ;^FeC^Mx(M- と ^;^B _eC^Mx(M一は、 i 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するプロック Z F受信ウェイト行列であり、 ^^rF e ^M - と ^B e C^M は、 i 番目のノードにおいて、プロック Z Fによって他リンクからの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I MO受信ウェイト行列である。く 4一 1 _ 1 〉受信ノードのウエイト計算処理手順（ウェイト決定方法 )

ここで、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i _ 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイト行列 W^— eC^^は、既に決定されている状態であり、既知である。また、第（ i 一 1 )送信ノードの前向きリンクに対するプロック Z F送信ウェイト行列 ^^ _1)eC^M — も、既に決定されている状態であり、既知である。

第 i 受信ノードでは、第（ i 一 1 )送信ノードから、送信ウェイト行列 _w^ _{e C}A^_B及び一^) _eC ⁾を介して、送信されたトレーニング信号を用いて、等価送信チャネル行列 g)^)及ぴ Ηί^)を学習する。

【数 9 0】

【数 9 1 】 ιΜχΚ'

Hi(i-i) = H/(i-i)W( ) し学習済みの等価送信チャネル行列 g )及び H )を用いて、第 i 受信ノ一ドの前向きリンクと後向きリンクに対するプロック Z F受信ウェイト行列及び W は、下記数 9 2及び数 9 3 に基づいて計算（決定）される。

【数 9 2】

【数 9 3】

TTtF _wtB 丄 ^Mx(M-K)

11!·" - 1), ±!!·(!· - 1) ただし、 [·]■*■は [·]の正規直交補空間基底行列である。また、等価送信チャネル行列 H -Dは、下記数 9 4に基づいて計算される。

【数 9 4】

__TtF 〜 tF ^

U, - 1) - H (i-l)W_(l--l) ^eしここで、 )は下記数 9 8に基づいて計算（決定）される。

このとき、上記数 8 2 と数 8 4は、下記数 9 5 と数 9 6 となり、第（ i 一 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間には、ブロック Z Fによつて異なるリンクからの干渉を回避した等価チャネル行列 g を持つ前向きリンクが形成されている。

【数 9 5 】

【数 9 6 】

B ハ

y,(,一り二 o

【数 9 7】

これは、（M— K) 素子の送信アンテナと（Μ— Κ ^Β) 素子の受信ァンテナからなる M I Μ〇チャネルに、 K^Fストリームの多重伝送を行う通常の M I MO ,システムと等価であり、任意の M I MO伝送方式（例えば、非特許文献 1 1 の第 6章〜第 8章に記載の任意の M I MO伝送方式、例えば送信側でチャネル情報を用いるクローズドループ方式やチヤネル情報を用いないオープンループ方式、クローズドループ方式としてァンテナ選択方式や S V D - M I MO方式やプレコ一ディング方式や D P し方式や Toml inson— Harashima precoding方式、オープンノレ ¹ ~プの方式として時空間符号化方式、またこれらの受信方式として、線形の Z Fァルゴリズムや M M S Eアルゴリズム、非線形の S I Cアルゴリズムゃ最尤推定アルゴリズムなど）を適用することができる。

オープンループ方式で受信側に Z Fァルゴリズムを用いた場合は、送信側では、 K ^Fストリームを多重送信し、受信側では、受信した K ^Fストリームの分離を行う。このとき、送信側は、（M— K) 次のプロック Z F送信ウェイト行列 ^ )の任意の K ^F個の列べクトルを用いて、ストリーム信号を送信する。例えば、 w|L)の先頭 K ^f 個の列ベクトルを用いた場合は、下記数 9 8が成立する。

【数 9 8】

ただし、 ^,)は正規直交基底の選択行列であり、また、 I(M_ )[H^F]は ( M— K ) 次の単位行列の第 1〜 K ^F列である。

このとき、第（ i 一 1 )送信ノードの前向きリンクに対する送信ウェイト行列は、下記数 9 9に基づいて計算される。

【数 9 9】

オープンループ伝送方式の受信方式としては、線形の場合は Z Fアルゴリズムゃ MM S Eアルゴリズムを用いることができる。

例えば、 Z Fアルゴリズムを用いた場合は、下記数 1 0 0で表す等価送信チャネル行列 g )を用いて、第 i 受信ノードにおける前向きリンクの M I MO受信ウェイト行列は、下記数 1 0 1 に基づいて計算される。

【数 1 0 0】

【数 1 0 1 】

ただし、 [ · ] — ¹は [ · ] の一般逆行列であり、また、 [ · ] ^Hは [ • ] の複素共役転置である。

このとき、第 i 受信ノードの前向きリンクに対する受信ウェイト行列は、下記数 1 0 2に基いて計算される。

【数 1 0 2】

< 4一 1 _ 2 >送信ノードのゥヱイト計算処理手順（ゥ -ィト決定方法 )

次に、第（ i + 1 )送信ノードに着目すると、第 i 受信ノードの前向きリンクに対する受信ウェイト行列 W;^F e C^{Mx F}は、既に決定されている状態であり、既知である。また、第 i 受信ノードの後向きリンクに対するブロック Z F受信ウェイト行列 ^^^B _e c^Mx(^M— も、既に決定されている状態であり、既知である。

第（ i + 1 )送信ノードでは、チャネルの相反性（H D - H +D,.)を利用して、第 i 受信ノ一ドが送信モードのときに、その共役受信ウェイトを介してトレーニング信号を送信することにより、等価受信チャネル行列及び H ₊₁)を下記数 1 0 3及び数 1 0 4 のように学習する。もしくは、第（ i + 1 )送信ノードではトレーニング信号を送信し、第 i 受信ノ一ドでは Hi )及び g を下記数 1 0 3及び数 1 0 4のように学習し、学習済みの H )及び Η,ΐ₊₁)を第（ i + 1 )送信ノードへフィードバックする方法を用いることもできる。

【数 1 0 3】

【数 1 0 4】

ただし、 [ · ] *は [ · ] の複素共役であり、また、 [ · ] ^τは！： .

] の転置である。

学習済みの等価受信チャネル行列 Η D及び ^を用いて、第（ i _{+ 1}

)送信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F送信ウェイト行列及ぴは、下記数 1 0 5及び数 1 0 6 に基づいて計算（決定）される。

【数 1 0 5】

【数 1 0 6】

ただし、 [.fは [·]の正規直交補空間基底行列である。また、等価受信チャネル行列 H ₊₁)は、下記数 1 0 7に基づいて計算される。

【数 1 0 7】

ここで、 ⁵は下記数 1 1 1 に基づいて計算（決定）される。

このとき、上記数 8 3 と数 8 5は、下記数 1 0 8 と数 1 0 9 となり、第（ i + 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間には、ブロック Z Fによつて異なるリンクからの干渉を回避した等価チャネル行列を持つ後向きリンクが形成されている。

【数 1 0 8 】

【数 1 0 9 】

B ( i^rB、〜 BB ?=itB _B

> ) H_!-(/+i)W'_(i-₊₁₎S(/+i)

【数 1 1 o 】 g ) = ( ;TH ^— ^F)

- これは、（M— K ^F) 素子の送信アンテナと ( M - K ) 素子の受信ァンテナからなる M I M Oチャネルに、 K ^Bストリームの多重伝送を行う通常の M I MOシステムと等価であり、任意の M I M〇伝送方式（例えば、非特許文献 1 1 の第 6章〜第 8章に記載の任意の M I MO方式、例えば送信側でチャネル情報を用いるクローズドループ方式やチャネル情報を用いないオープンループ方式、クローズドループ方式としてアンテナ選択方式や S V D— M I MO方式やプレコ一ディング方式や D P C方式や Tomlmson-Harashima precoding方式、ォーフンル¹ ~プの方式として時空間符号化方式、またこれらの受信方式として、線形の Z Fァルゴリズムゃ MM S Eアルゴリズム、非線形の S I Cアルゴリズムゃ最尤推定アルゴリズムなど）を適用することができる。

オープンループ方式で送信側に Z Fアルゴリズムを用いた場合は、後向きリンクにおいて、受信ウェイトは固定されているため、送信側では、事前にストリーム分離を行うウェイトを用いて、 K ^Bストリームを多重送信する。このとき、受信側では、（ M— K ) 次のブロック Z F受信ウェイト行列 ^^の任意の K ^B個の列べクトルを用いて、ストリーム信号を受信する。例えば、 ^^の先頭 K ^B個の列ベクトルを用いた場合は、下記数 1 1 1 が成立する。

【数 1 1 1 】

ただし、は正規直交基底の選択行列であり、また、 Ι(Μ- Α)[1:^^Β]は

(Μ- Κ) 次の単位行列の第 1〜 Κ ^Β列である。

このとき、第 i 受信ノードの後向きリンクに対する受信ウェイト行列は、下記数 1 1 2 に基づいて計算される。

【数 1 1 2 】

オープンループ伝送方式の送信方式としては、線形の場合は Z Fアルゴリズムゃ MM S Eアルゴリズムを用いることができる。

例えば、 Z Fアルゴリズムを用いた場合は、下記数 1 1 3で表す等価受信チャネル行列を用いて、第（ i + 1 )送信ノ一ドにおける後向きリンクの M I M O送信ウェイト行列 ^ ₊₁.は、下記数 1 1 4 に基づいて計算される。

【数 1 1 3 】 r(_M-K^T)xK^B

[ ^£し

【数 1 1 4】 c^(M-

ただし、 [ · ] *は [ · ] の複素共役であり、また、 [ · ] ^Tは [ · ] の転置であり、そして、 [ · ] — ¹は [ · ] の一般逆行列である。

このとき、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイト行列は、下記数 1 1 5に基づいて計算される。

【数 1 1 5】

-tB ： tB

W +1) = W(_i+l)W(/₊l) 最後に、数 9 5、数 9 6、数 1 0 8、数 1 0 9を組み合わせると、上記数 8 0で表す第 i 受信ノードにおける前向きリンクの受信信号べクトルは下記数 1 1 6 となり、また、上記数 8 1 で表す第 i 受信ノードにおける後向きリンクの受信信号べクトル y,^Bは下記数 1 1 7 となる。【攀 1 1 6】

;-二 i(i-i)S(i-i) + H

7】

、_r ^B— rreBB B , B

― ±1 + s(— l)十 n_;

ただし、 H _→は第（ i 一 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間の前向きリンクの K^Fストリームの等価なチヤネル応答を対角成分に持つ行列であり、下記数 1 1 8 に基づいて計算される。また、は第（ i + 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間の後向きリンクの K^Bストリームの等価なチャネル応答を対角成分に持つ行列であり、下記数 1 1 9に基づいて計算される。

【数 1 1 8】 i= ^rF _TTFF =^ ^tF 「 ^K^F K^¥

【数 1 1 9 】

上記数 1 1 6、数 1 1 7、数 1 1 8、数 1 1 9 より、 M I M O伝送方式として線形方式を用いた「一般化された本発明に係る M I M Oメッシュネットワーク」では、隣接ノードからの干渉なく、前向きリンクと後向きリンクにおいて、それぞれ K ^Fストリームと K ^Bストリームの M l

M O伝送が行えていることが分か -S

本発明では、上述した送受信ゥエイト行列の計算処理手順を、第 1 ノードから最終ノードまで順番に行うことにより、全てのノードの受 fc ウェイト行列を算出 (決定）することができる。

以上では、 M I M O伝送方式として線形方式であるブロック Ζ Fアルゴリズムを用いた場 σ の一般化された本発明に係る M I Μ οメッシュネットワークにおける送受信ウェイトの計算処理方法について詳細に説明したが、本発明で用いる線形方式として、ブロック Z Fァルゴリズムに限定されることはな < 、例えば、プロック M M S Εァルゴリズムを用いることも勿論可能であ Ό ο

< 4 - 2 >非線形方式

ここでは、 M I M 〇伝送方式として非線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I Μ Οメッシュネッ卜ワークにおける达受 ¾ウェイト行列の計算処理方法 (計算処理手順）について説明する o

本発明では、 M I M O伝送方式として非線形方式を用いた場合に、ブロック Z Fアルゴリズム（又はブロック M M S Eアルゴリズム）に加えて、送信側でプロック D P Cアルゴリズムを、受信側でブロック S I C アルゴリズムをそれぞれ用いる。

第 1 9 図の模式図に示すように、非線形方式を用いた「一般化された本発明に係る M I M Oメッシュネットワーク」では、プロック Z Fアルゴリズム（又はブロック M M S Eアルゴリズム）による線形千渉キャンセルと、ブロック S I Cアルゴリズム Zブロック D P Cアルゴリズムによる非線形干渉キヤンセルの組合せによって、他リンクへの干渉回避を行った上で、各リンクにおいて通常の M I MO多重伝送を行う。そのときの各送受信ウェイト行列は、下記数 1 2 0〜数 1 2 3 で表される。【数 1 2 0 】

^AF一— tF^tF Μ Κ^Έ

Wゾ― Wj Wj ^{e C}

【数 1 2 1 】 w，二

【数 1 2 2】

【数 1 2 3 】

ここで、各ウェイト行列の次元は ^(w一

~ΓΒ _{E C{M}-_{K KB}となっている。ただし、とは、第 j ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 Wf と Wf は、第 i ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列である。；?及び W，は j 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するプロック Z F送信ウェイと行列であり、と ^は j 番目のノードにおいて、プロック Z Fによって他リンクへの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I M O送信ウェイト行列である。また、と w は i 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F受信ウェイト行列であり、「とは i 番目のノードにおいて、プ口ック Z Fによって他リンクからの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I M O受信ゥヱイト行列である。

後述するが、非線形干渉キャンセルの効果により、後向きリンクに対する送信ウェイト及ぴ前向きリンクに対する受信ウェイトへの直交拘束条件が削減されているため、，及びの階数が Mに拡大している。これにより、各リンクにおいて、及びを用いて、高いダイバーシチ利得を実現することができる。

< 4— 2 — 1 >受信ノードのウェイト計算処理手順（ウェイト決定方法 )

ここで、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i 一 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイト行列 W (？ - e C^ は、既に決定されている状態であり、既知である。また、第（ i 一 1 )送信ノードの前向きリンクに対するブロック Z F送信ウェイト行列 W^ e C^^-^も、既に決定されている状態であり、既知である。

非線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークでは、線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークと同様に、まず、始めに、上記数 9 0及ぴ数 9 1 のように、第 i受信ノードでは、第（ i一 1 )送信ノードから、送信ウェイト行列 w ) e C^MxA'^B及ぴ w'di) e C^M —^K を介して、送信されたトレ一ユング信号を用いて、等価送信チャネル行列 g^_M)eC^Mx(M— 及ぴ e C^MxKBを学習する。

学習済みの等価送信チャネル行列 igw)及び H )を用いて、第 i 受信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するプロック Z F受信ウェイト行列 W 及びは、下記数 1 2 4及ぴ数 1 2 5 に基づいて計算（決定）される。

【数 1 2 4】

<ΜχΜ

【数 1 2 5】

〜 rB HtF TjtB

i(i-l),I±i(i-l) ただし、は M次の単位行列であり、 [.fは [.]の正規直交補空間基底行列である。また、等価送信チャネル行列！^ , は、下記数 1 2 6 に基づいて計算される。

【数 1 2 6】

このとき、線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M O メッシュネットワークと同様に、第 i 受信ノードの前向きリンクを、下記数 1 2 7 で表す等価チャネル行列を持つ M I M O リンクと考えることができる。【数 1 2 7 】

これは、（Μ_ Κ) 素子の送信アンテナと Μ素子の受信アンテナからなる M I ΜΟチャネルに、 K ^Fストリームの多重伝送を行う通常の M I MOシステムと等価であり、任意の M I MO伝送方式（例えば、非特許文献 1 1 の第 6章〜第 8章に記載の任意の M I MO伝送方式、例えば送信側でチャネル情報を用いるクローズドループ方式やチャネル情報を用いないオープンループ方式、クローズドループ方式としてァンテナ選択方式や S V D - M I MO方式やプレコ一ディング方式や D P C方式や Tomlinson-Harashima precoding 方式、オープンノレ一プの方式として B寺空間符号化方式、またこれらの受信方式として、線形の Z Fァルゴリズムゃ M M S Eアルゴリズム、非線形の S I Cアルゴリズムゃ最尤推定ァルゴリズムなど）を適用することができる。このとき、 . eC^(M— と ^Z^FeC^{Mx F}は、採用された M I MO伝送方式の M I MO送受信ウェイト行列として求まる。

また、非線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I MOメッシュネットワークでは、線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I MOメッシュネットワークと比べると、等価受信アンテナ素子数が（M— K^B) から Mに増加しているため、高いダイパーシチ利得が得られる。

次に、ブロック Z F受信ウェイト行列及ぴ ^^が与えられたとき、上記数 8 2 と数 8 4は、下記数 1 2 8 と数 1 2 9 に変形することができる。

【数 1 2 8 】 _ F — xjeFF F , Tj-eFB B

/(/-l)― ±1φ· - l)S(M)十 1)S(!.—

【数 1 2 9】

ここで、 H -₁は第（ i 一 1 ) 送信ノードから第 i 受信ノードへの前向きリンクの等価チャネル行列であり、下記数 1 3 0に基づいて計算される。また、は第（ i 一 1 ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉に相当する等価チャネル行列であり、下記数 1 3 1 に基づいて計算される。

【数 1 3 0】

_TTeFF ( ^^\^H ~FF ^=:tF Κ^νχΚ^Έ

H(W) = [Wi ) Ηφ.一 1)W - 1) ^{G C}

【数 1 3 1 】 K^vxK

また、はブロック Z Fによって形成される第（ i — 1 ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チャネル行列であり、下記数 1 3 2に基づいて計算される

【数 1 3 2】

ここで、第（ i 一 1 ) 送信ノードは _s と _s )の両方を事前に知っているため、ブロック D P Cアルゴリズムを用いて、干渉信号を次のようにキャンセルすることができる。なお、本発明では、ブ ϋ ック D P Cァルゴリズムを用いることに限定されることはなく、例えば、ブロック Toml inson - Harashima precoding ァノレゴリズムゃフ口ック lattice precoding アルゴリズム等の非線形アルゴリズムを用いることもできるただし、第（ i 一 1 ) 送信ノードでは、チャネルの相反性 (ΗΓ⁽,— =11⁽,— .）を利用して、第 i受信ノードが送信モードのときに、 (wf)* を介してトレーニング信号を送信することにより、等価チャネル行列及び H( )を学習する。もしくは、第（ i — 1 ) 送信ノードでは、 ^及び W )を介してトレーニング信号を送信し、第 i 受信ノードでは、 H )及び H^-Dを学習し、学習済みの H - 及び H — を第（ i — 1 ) 送信ノードへフィードバックする方法を用いることもできる。

ブロック D P Cアルゴリズムを用いた場合では、第（ i 一 1 ) 送信ノードの前向きリンクの送信信号

は、下記数 1 3 3 で表される。

【数 1 3 3】

FDPC _ F HeFF -ι-l xjeFB B

S(i-l) ― S(M) ' l (/-l)S(M) このとき、第 i 受信ノードにおける前向きリンクの受信信号 yf₍^Jは、下記数 1 3 4で表すことができる。数 1 3 4から、第（ i 一 1 ) 送信ノ一ドの後向きリンクからの干渉を回避して、マルチストリームの多重伝送が可能となっていることが良く分かる。

【数 1 3 4】

FDPC ― TreFF FDPC , rjeFB „B 一 TTeFF F

Ji(i-l) ~ 卞 ηφ'-Ι)⁵* - 1) ~" ^1:11(1-1)^(1-1)

< 4 - 2 - 2 >送信ノードのゥヱイト計算処理手順（ゥヱイト決定方法 )

次に、第（ i + 1 )送信ノードに着目すると、第 i 受信ノードの前向きリンクに対する受信ゥヱイト行列 wf e C^WxirFは、既に決定されている状態であり、既知である。また、第 i受信ノードの後向きリンクに対するブロック Z F受信ウェイト行列 w e C^Mx(M— も、既に決定されている状態であり、既知である。

非線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークでは、線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークと同様に、まず、始めに、上記数 1 0 3及び数 1 0 4のように、第（ i + 1 )送信ノードでは、チャネルの相反性 (ΗΓ(_ί+1) = Η_{( +1}),·)を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、その共役受信ゥヱイトを介してトレーニング信号を送信することにより、等価受信チヤネル行列 H ₊₁) e C^MxKf及び g ₊₁) 6 c^MxiM~^K)を学習する。もしくは、第（ i + 1 ) 送信ノ一ドではトレーニング信号を送信し、第 i受信ノードでは、 Η; )及び ΐ¾₊₁)を次の数式のように学習し、学習済みの及ぴ g¾₊₁)を第（ i + 1 ) 送信ノードへフィードバックする方法を用いることもできる。

学習済みの等価受信チャネル行列及び g ₊₁)を用いて、第（ i + 1 )送信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F送信ウェイト行列及び W^)は、下記数 1 3 5及び数 1 3 6 に基づいて計算（決定）される。

【数 1 3 5 】

【数 1 3 6 】 ^ tB ただし、 I_Mは M次の単位行列であり、 [.fは [.]の正規直交補空間基底行列である。また、等価受信チヤネル行列 H ₊₁)は、下記数 1 3 7 に基づいて計算される。

【数 1 3 7 】

このとき、線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I MO メッシュネットワークと同様に、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクを、下記数 1 3 8 で表す等価チャネル行列 g( )を持つ M I MO リンクと考えることができる。

【数 1 3 8】

これは、 M素子の送信アンテナと（M— K) 素子の受信アンテナからなる M I M〇チャネルに、 K^Bストリームの多重伝送を行う通常の M I MOシステムと等価であり、任意の M I MO伝送方式（例えば、非特許文献 1 1 の第 6章〜第 8章に記載の任意の M I MO伝送方式、例えば送信側でチャネル情報を用いるクローズドループ方式やチャネル情報を用いないオープンループ方式、クローズドループ方式としてァンテナ選択方式や S V D - M I MO方式やプレコ一ディング方式や D P C方式や Tomlinson-Harashima precoding 方式、オープンノレ¹ ~プの方式として時空間符号化方式、またこれらの受信方式として、線形の Z Fァルゴリズムゃ MM S Eアルゴリズム、非線形の S I Cアルゴリズムゃ最尤推定ァルゴリズムなど）を適用することができる。このとき、 : ^BeC^(M— と lL)^eCMxA'^Bは、採用された M I M〇伝送方式の M I MO送受信ウェイト行列として求まる。

また、非線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M〇メッシュネットワークでは、線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I MOメッシュネットワークと比べると、等価送信アンテナ素子数が（M— K^F) から Mに増加しているため、高いダイバーシチ利得が得られる。

次に、ブロック Z F送信ゥヱイト行列及び^^ ₊₁)が与えられたとき、上記数 8 3 と数 8 5は、下記数 1 3 9 と数 1 4 0に変形することができる。

【数 1 3 9】

, F

【数 1 4 0】

_ B _ - gjeBB B

y ,+i)一 -ti/(/+i)S(/₊i) ここで、 H^)は第（ i + 1 ) 送信ノ一ドから第 i 受信ノ一ドへの後向きリンクの等価チャネル行列であり、下記数 1 4 1 に基づいて計算される。また、は第（ i + 1 ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉に相当する等価チャネル行列であり、下記数 1 4 2に基づいて計算される。

【数 1 4 1 】

_TTeBB ~^rB ~BB ^tB κ Κ 【数 1 4 2】

_TTeFB ― ( ^^{τΐ Η}―: FB ^itB K^FxK^B

tii(i₊i) = Wi j Ηφ.+ι)\ν +1)ヒまた、 H!JH)はブロック Z Fによって形成される第（ i + 1 ) 送信ノ一ドの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価なチャネル行列であり、下記数 1 4 3に基づいて計算される。

【数 1 4 3】

第 i 受信ノードでは、第（ i + 1 ) 送信ノードから、送信ウェイトべクトル W ₊₁)を介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価チヤネル行列 H ₊₁)及ぴ H^)を学習する。

ここで、第 i 受信ノードの後向きリンクの受信信号ベクトル yfにおいて、所望信号べクトル ₊₁₎は、下記数 1 4 4のように、他リンクカらの干渉なく受信されるため、ブロック S I Cアルゴリズムによる非線形処理を用いて、干渉信号をキャンセルすることができる。

【数 1 4 4】

„B _ _ B 丄丄 B— ττεΒβ Β ,_ Β

i— y ,--i)Ty _i+1) + H - H(m)S -+i) + ii/ ただし、第 i 受信ノードでは、第（ i + 1 )送信ノードから w )を介して送信されたトレーニング信号を用いることにより、等価チヤネル行列及びを学習する。

ブロック S I Cアルゴリズムを用いた場合に、第 i 受信ノードは、採用された M I MO伝送方式に応じて、まずを検波する。そして、第 i 受信ノードは、 ₊₁)が正しく検波できたことを仮定して、そのレプリカ信号を第 i 受信ノードの前向きリンクの受信信号べクトル y より差し引くことにより、干渉キャンセルを実現する。

【数 1 4 5 】

、_TFSIC 、_TF xxeFB へ B ,₇FDPC .、_TF TjeFB , „F xjeFF „F , „F

Ύί = y 一 s +i) = y_i(i-i) + y, +i)― ¾₊₁₎ s +i) + n_z = 一 ₁ s .一 + n' ただし、は第（ i 一 1 )送信ノードから第 i 受信ノードへの前向きリンクの等価チャネル行列である。また、 _s"は干渉信号べクトルである。

最後に、上記数 1 4 4及ぴ数 1 4 5 より、非線形方式（ブロック S I C / D P Cアルゴリズム）を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークによれば、隣接ノードからの干渉なく、前向きリンクと後向きリンクにおいて、マルチストリームの多重伝送が可能となることが分かる。

また、非線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M〇メッシュネットワークは、線形方式を用いた場合の一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークに比べて、ブロック S I C Z D P Cァルゴリズムを用いることにより、直交拘束条件を減らし、余剰のアレー自由度を用いて高いダイパーシチ利得を実現している。

本発明では、上述した送受信ウェイト行列の計算処理手順を、第 1 ノ一ドから最終ノ一ドまで順番に行うことにより、全てのノ一ドの送受信ウェイト行列を算出（決定）することができる。以上のように、一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットヮークの実施形態について、第 1 7図、第 1 8図及び第 1 9図を用いて詳細に説明したが、本発明はそれらの図面に示されたような 1次元 M I M O メッシュネットワーク ( リレー M I M〇ネットワーク）に限定されることはなく、各中継ノードを 2次元に、もしくは、任意の形状に配置することも勿論可能である。

そして、本発明では、 M I MO伝送方式として、線形方式も非線形方式も用いることが可能である。上述した本発明の実施形態において、線形方式を用いた場合に、 Z Fアルゴリズム及びブロック Z Fアルゴリズムを実施例として説明したが、本発明はそれらに限定されることはなく、例えば、 MM S Eアルゴリズムゃブロック M M S Eアルゴリズム等の線形アルゴリズムを用いることも勿論可能である。

また、上述した本発明の実施形態において、非線形方式を用いた場合に、 S I C / D P Cアルゴリズム及びブロック S I Cアルゴリズム/プ口ック D P Cアルゴリズムを実施例として説明したが、本発明はそれらに限定されることはなく、 Tomlinson— Harashima precoding ァノレゴリズム、 lattice precoding アルコリズム、フロック Toml inson-Harashima precoding アルゴリズムゃブロック lattice precoding ァノレゴリズム等の非線形アルゴリズムを用いることも勿論可能である。く 4 — 3 〉 M I MO— O F DMメッシュネットワーク

上述した一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークは、 Ik交周波数分割多直 I Orthogonal Frequency Division, Multiplexings O F DM) と組み合わせることにより、広帯域な無線ネットワーク（M I MO— O F DMメッシュネットワーク）として動作させることができる。

つまり、一般化した本発明に係る M I M Oメッシュネットワークと直交周波数分割多重（O F DM) との組み合わせで構成された M I MO— O F DMメッシュネットワーク（以下、単に、「本発明に係る M I MO 一 O F D Mメッシュネットワーク」とも称する。 ) では、上述した本発明の M I M Oメッシュネットワークに用いられる M I M〇アルゴリズムを O F D Mの各サブキャリアに適用する。よって、 O F D Mの第 /サブキャリアでは、前向きリンクに C^F(/)個のストリーム信号が多重化され、また、後向きリンクに K^B( )個のストリーム信号が多重化されることとなる。

以下では、本発明に係る M I M O _ O F D Mメッシュネットワークの信号モデルを定式化する。

ここで、第 i 受信ノードにおける第 /サブキャリアの前向きリンクの受信信号べクトノレ _y,^F(/)_ec ^(/)、及ぴ第/サブキヤリアの後向きリンクの受信信号べクトル y^(/)eC (⁰は、下記数 1 4 6 〜数 1 5 1 を用いて、モデル化することができる。

【数 1 4 6 】 y『(0 = y )()+y『(,₊₁)(/)+n『(/)

【数 1 4 7】

【数 1 4 8 】 ( )( =

H .— ) (/ )(/)

+«(/))" H^ ^W ) (/)s (/)

【数 1 4 9】 _(i+i)( - (^( ) H_i(i.₊₁₎(/)w₍ (/)_s|;₊₁₎(/)

【数 l 5 o】 ( )( = «()Γ H . ^(ow ) (/ (/)

+ Η_Φ— D(/)W ) (/) ― /)

【数 1 5 1】 y_(;+i)( 二 ( ^B( H,_m)(/)w₍^₁₎(/)sj,₁₎(/)

₊(^(/))^H,₊₁₎(/)W₍f₊₁₎(/)sJ.₊₁₎(/) ただし、 [ · ] ^Hは複素共役転置を表す。また、及び ή リ )は、 j 番目のノードにおける第/サブキャリアの前向きリンク及び後向きリンクに対する送信信号べクトルであり、 H^OeC^wは j 番目のノードから i 番目のノードへの第/サブキヤリァのチャネル行列であり、 W (/)eC ）と W)^B(/)eC^Mx^(')は、 j 番目のノードにおける第 /サブキヤ V ァの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 W (/)eC^w " と W OeC^ Bc)は、 i 番目のノードにおける第 /サブキャリアの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、 nf(/)eC のと 11 (/)_£(： ⁽⁾は、 i 番目のノードで受信した第 /サブキャリァの前向きリンク及ぴ後向きリンクの等価な加法性雑音べクトルである。

上記のように定式化されたシステムモデルに対して、サブキャリア毎に本発明の M I MOアルゴリズムを適用することによって、つまり、サブキヤリァ毎に上記 < 4— 1 >及び < 4一 2 >で述べた本発明の M I M Oメッシュネットワークにおける送受信ゥエイト行列の計算処理アルゴリズムを適用することによって、広帯域な無線ネットワークとしての本発明に係る M I M O— O F D Mメッシュネットワークを実現することができる。産業上の利用可能性

本発明に係る M I M Oメッシュネッ卜フークは、 M I M Oマルチプルァクセス及び M I M Oブロ一ドキャス卜における被干渉 • 与干渉回避およぴ多重化の技術をメッシュネットヮ一クに適用したものであ Ό

本発明によれば、従来のメッシュネッ卜ワークに存在していた干渉距離の問題および周波数利用効率の問題を同時に解決でさ、高速な伝送レ一トと高い信頼性を ¾する無線ネット V クを構築することができる。

また、本発明に係る M I M Oメッシュネットワークは、送受信ウェイトの組合せにより、干渉回避を行い、また同 B守に育 ij向さリンク及び後向きリンクの空間多重を実現するものである

本発明によれば、従来のメッシュネ V 卜ワークにおける同一チャネル干渉問題を解決するとともに、リンク多重をも実現し、ネットワーク全体のキャパシティを改善することができる。

更に、一般化された本発明に係る M I M Oメッシュネットワークでは、各ノードが M素子の M I M Oアンテナを搭載しており、前向きリンクに K ^F個のストリーム信号を多重化しているとともに、後向きリンクに K ^B個のストリーム信号をも多重化している。

M I M〇伝送方式として線形方式を用いた「一般化された本発明に係る M I M〇メッシュネットワーク」によれば、ブロック Z Fアルゴリズム (またはブロック M M S Eアルゴリズム）による線形干渉キャンセルにより、異なるリンク間の干渉回避を行いつつ、各リンクにおいて通常の M I M〇マルチストリーム伝送を行うことができる。

また、 M I MO伝送方式として非線形方式を用いた「一般化された本発明に係る M I M〇メッシュネットワーク」によれば、ブロック Z Fァルゴリズム（又はブロック M M S Eアルゴリズム）による線形干渉キヤンセルと、ブロック S I Cアルゴリズム/ブロック D P Cァノレゴリズムによる非線形干渉キャンセルの組合せによって、他リンクへの干渉回避を行った上で、各リンクにおいて通常の M I MO多重伝送を行うことができる。

そして、一般化された本発明に係る M I M〇メッシュネットワークは、直交周波数分割多直 ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing 、 O F DM) と組み合わせることにより、広帯域な無線ネットワーク（ M I MO— O F DMメッシュネットワーク）として動作させることができる。

<参考文献一覧 >

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Claims

請求の範囲

1 . 複数の中継ノードを有し、前記各中継ノードは、複数のアンテナを有するとともに、前記各中継ノード間に無線リンクを張ることにより、無線ネットワークを構築する M I M Oメッシュネットワークであって、

M I MOマルチプルアクセスと M I MOブロードキャストを交互に連結した構成となっており、被干渉 · 与干渉回避を実現するとともに、前記各中継ノードに第 1 の無線リンクに加えて第 2の無線リンクを多重伝送することにより、ネットワーク全体の周波数利用効率を改善することを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

2. 線形方式である Z Fアルゴリズムを用いた請求の範囲第 1項に記載の M I MOメッシュネットワークにおいて、

前記中継ノードのうち、ある受信ノードについて、第 1 の無線リンク及び第 2の無線リンクを介して当該受信ノ一ドに隣接する第 1 の送信ノ一ド及ぴ第 2の送信ノ一ドが複数ァンテナを有した M I MOマルチプルアクセスシステムとし、

前記受信ノードにおける M I M Oアルゴリズムの目的は、前記第 1 の送信ノードからの被干渉を回避しつつ前記第 2の送信ノードからの信号を受信し、また、前記第 2の送信ノードからの被干渉を回避しつつ前記第 1 の送信ノードからの信号を受信することであり、

前記第 1 の送信ノ一ド及ぴ前記第 2の送信ノ一ドの送信ウェイトが、それぞれ _wi₀eC^M,_wi₂eC^Mで与えられたとすると、前記受信ノ一ドの受信信号べクトル _yieC^Mは、次の数式で記述でき、 y 1 =

+ Hl2Wl₂S₁₂ + 111 = |_ h 」 Si + Hi

ただし、 Mは各中継ノードのアンテナ本数であり、 S ！ 0 , S i ₂は前記第 1 の送信ノード及ぴ前記第 2 の送信ノードの送信信号であり、また、 si = [s₁₀ s₁₂]^T _eC²であり、 HyeC^MxMは、ノード # j からノード # i へのチヤネル行列であり、また、 hfj-HijwijeCMであり、

チャネルべクトル ₂に直交した【₀ =(11 じを前記受信ノードの受信ウェイトとして用いることで、前記第 2 の送信ノードからの被干渉を回避しつつ前記第 1 の送信ノードからの信号を受信でき、

同時に、チャネルべクトル hi。に直交した wiz^hio eCMを前記受信ノードの受信ウェイトとして用いることで、第 1 の無線リンクと第 2の無線リンクの F B多重化が可能となることを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

3 . 線形方式である Z F アルゴリズムを用いた請求の範囲第 1項に記載の M I MOメッシュネットワークにおいて、

前記中継ノードのうち、ある送信ノードについて、第 1 の無線リンク及び第 2 の無線リンクを介して当該送信ノードに隣接する第 1 の受信ノ一ド及ぴ第 2の受信ノードが複数アンテナを有した M I MOブロードキヤストシステムとし、

前記送信ノードにおける M I M Oアルゴリズムの目的は、前記第 1 の受信ノードへの与干渉を回避しつつ前記第 2 の受信ノードへ信号を送信し、また、前記第 2 の受信ノードへの与干渉を回避しつつ前記第 1 の受信ノードへ信号を送信することであり、

前記第 1 の受信ノード及び前記第 2 の受信ノードの受信ゥ rィトが、それぞれ _wf₂ e C^M，_{W 2 e} C^Mで与えられたとすると、 1 の受信ノードの受信信号は、次の数式で記述でき、

2の受信ノードの受信信号は、次の数式で記述でき、

ただし、 _X2 e C^Mは前記送信ノ一ドの送信信号べクトルであり、 y₂ = [_yi y₃]^T e C²を用いて、ベクトル表記すると、次の数式となり.

C^lxMであり、

チャネルべクトルに直交した w = (hi^ e C^Mを前記送信ノードの送信ウェイトとして用いることで、前記第 1 の受信ノードへの与干渉を回避しつつ前記第 2 の受信ノードへ信号を送信でき、

同時に、チャネルべクトル h に直交した wi₂ = (h )丄 e C^Mを前記送信ノードの送信ウェイトとして用いることで、第 1 の無線リンクと第 2 の無線リンクの F B多重化が可能となることを特徴とする M I M Oメッシュネットワーク。

4 . 非線形方式である S I C Z D P Cアルゴリズムを用いた請求の範囲第 1項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて、

前記中継ノードのうち、ある受信ノードについて、第 1 の無線リンク及ぴ第 2 の無線リンクを介して当該受信ノードに隣接する第 1 の送信ノ一ド及び第 2の送信ノードが複数アンテナを有した M I M Oマルチプルアクセスシステムとし、

前記受信ノードにおける M I M Oアルゴリズムの目的は、非線形受信方式である S I Cアルゴリズムを用いて、被干渉回避をしつつ、前記第 1の送信ノード及び前記第 2の送信ノードからの信号を多重化受信することであり、

前記 S I Cアルゴリズムでは、前記受信ノードの受信信号において、はじめに、前記第 2の送信ノードからの信号 s ₂を検波し、それを前記受信信号から差し引くことで、被干渉を回避し、前記第 1 の送信ノードからの信号 s ！。を受信し、

そこで、前記第 2の送信ノードからの信号 s ェ ₂に対する受信ウェイトを wiz - ihio)"¹とし、前記第 1 の送信ノードからの信号 s _x。に対する受信ウェイトを。に平行したとすると、このときの出力信号べクトルは、次の数式で記述することができ、

ただし、 ¾ は前記第 2の送信ノードからの干渉を表しており、よって、はじめに、次の数式で表す^を検波し、

次に、次の数式により被干渉回避を行うことで、 ^の検波が可能となり、

これにより、被干渉回避および第 1 の無線リンクと第 2の無線リンクの F B多重化が可能となることを特徴とする M I M Oメッシュネットヮ一ク

5 . '非線形方式である S I C D P Cアルゴリズムを用いた請求の範囲第 1項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて、

前記中継ノードのうち、ある送信ノードについて、第 1 の無線リンク及び第 2の無線リンクを介して当該送信ノードに隣接する第 1の受信ノ一ド及ぴ第 2の受信ノードが複数アンテナを有した M I MOブロードキヤストシステムとし、

前記送信ノードにおける M I M〇アルゴリズムの目的は、非線形送信方式である D P Cアルゴリズムを用いて、与干渉回避をしつつ、前記第

1 の受信ノード及び前記第 2の受信ノードへ信号を多重化送信することであり、

前記第 1 の受信ノード及ぴ前記第 2の受信ノードの受信ウェイトが、それぞれ _wi₂eC^M,_w2eC^Mで与えられたとすると、

前記第 1の受信ノードの受信信号は、次の数式で記述でき、

2の受信ノードの受信信号は、次の数式で記述でき、

ただし、 _X2eC^Mは前記送信ノ一ドの送信信号べクトルであり、 y₂ = [y, y₃]^TeC²を用いて、べクトル表記すると、次の数式と.なり、

ただし、 h =_wr ec^ixMであり、

前記 D P Cアルゴリズムでは、 y ₃すなわち s _{3 2}に対しては、チヤネルべクトルに直交した送信ウェイト _w = (hf₂*) を用い、 y すなわち

S ₂ に対しては、チャネルべクトル hi に平行した送信ウェイト w{₂ = (hi2*)"を用い、

このとき出力信号べクトルは、次の数式で記述でき、 S2 + H2

ただし、 S2 = [s₁₂ s₃₂] eC²であり、 h₂は s ₂の y ₃に対する干渉を表しており、

次の数式により、この干渉成分を _s'₃₂の送信信号から差し引くことにより、与干渉回避が可能となり、

これより、与干渉回避および第 1 の無線リンクと第 2 の無線リンクの

F B多重化が可能となることことを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

6 . 中継機能を有する複数のノードを有し、前記各ノードは、 M本の M I MOアンテナを搭載するとともに、前記各ノ一ド間に無線リンクを張ることにより、無線ネットワークを構築する M I MOメッシュネットヮークであって、

送信ウェイトと受信ウェイトの組合せにより、干渉回避を行うとともに、前記各ノードに前向きリンクと後向きリンクのストリーム信号を多重化して伝送することにより、ネットワーク全体のキャパシティを改善することを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

7. 請求の範囲第 6項に記載の M I MOメッシュネットワークにおいて前記 M I M〇メッシュネットワークの信号モデルは、次のように定式化され、

ここで、 , は i 番目のノードにおける前向きリンク及び後向きリンクの受信信号であり、

,,F —( rF\"_TT tF 。F , rF\"_TT tB 。B

,,Β _ ΓΒ^,-Τ tF _F τΆ\^Η _ΎΊ tB _Β

ym-D - wi ) H₍,—i)W — 一り +(W!. j H, - i)W — "

ただし、 [ · ] ^Hは複素共役転置を表し、及びは； j 番目のノードにおける前向きリンク及び後向きリンクに対する送信信号であり、 n,j^c^MxMは j 番目のノードから i 番目のノードへのチャネル行列であり

、 _w eC^w及ぴ _w e は； j 番目のノードにおける前向きリンク及び後向きリンクに対する送信ウェイトべクトルであり、 _wf eC^M及び _w eC^Mは i 番目のノ一ドにおける前向きリンク及ぴ後向きリンクに対する受信ゥエイトべクトルであり、及び " は i 番目のノードで受信した前向きリンク及び後向きリンクの等価な加法性雑音であり、

前向きリンクでは ,)が所望信号であり、一方、後向きリンクでは ^^が所望信号であることを特徴とする M I M Oメッシュネットワーク

8 . 線形方式である Z Fアルゴリズムを用いた請求の範囲第 7項に記載 16 の M I MOメッシュネットワークにおいて、

第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ゥヱイトを計算するようにしており、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i 一 1 )送信ノードの送信ウェイト w^)及び _w )は、既に計算されており、

第（ i — 1 )送信ノードと第 i 受信ノードの間のシステムモデルは、等価送信チャネルべクトル D = e C^M及び等価送信チャネルべクトル ) = H₍₍M)W(T-i) eC^Mを用いて、 '次のように表し、

,,F 一 ( ¥\^H, tF ₀F 丄 rF^. tB _ρΒ

ァ φ· - 1)一、W!リ 1ΐφ·— 1 一 _1}十 Wり Ιΐφ·-1 _

^,Β 一（ vB\ⁿ, tF „F 丄 rB'N^, tB _pB 第 i 受信ノードでは、第（ i 一 1 )送信ノードから送信ウェイト w^)及ぴ w^)を介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価送信チヤネルべクトル h )及びを学習し、

第 i 受信ノードの受信ウェイト w^w³は、次の数式に基づいて計算され、 rF _ . tF II , tB 丄、

W 一 I ，ϋ!·(!·—ι) I

ただし、 (Ay¹)は xと yの両方に直交する基底べクトルであり、 (Ay¹) は yに直交する空間の中で Xに最も平行する基底ベクトルであり、

前記計算された第 i 受信ノードの受信ウェイト _wf,_wf を用いることにより、第（ i 一 1 )送信ノードと第 i受信ノードの間のシステムは、次の数式によってモデル化され、 F 一 7 eFF F

yi{i-Y)一 ¾- 1) ひ -:!）ただし、；^ =(_wff Η,·₀.— は、第（ i 一 1 )送信ノードと第 i 受信ノ一ドの間の前向きリンクの等価チヤネル係数であることを特徴とする M I M Oメッシュネットワーク。

9. 請求の範囲第 8項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて

第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノードの間のシステムは、前記計算された第 i 受信ノードの受信ウェイト wf-w ³を用いて、次の数式によつてモデル化され、 ,ΐ rF \^T tF „F , rF \^T tB „B

- j ₊₁₎ 十 Ιΐ (ί₊₁)ノ W(w ₊₁₎

₁₎ ただし、 h ) = (H,_(i+1))^r(_Wf )* e C^M及び h ) = (H₍₍₊i))^r(wf)* e は、前向きリンクと後向きリンクの等価受信チャネルべクトルであり、

第（ i + 1 )送信ノ一ドでは、チャネルの相反性（ΗΓ(,·₊₁)==Η(_ί+υ,.)を利用して、第 i受信ノードが送信モードのときに、その共役受信ウェイトを介してトレーニング信号を送信することにより、等価受信チャネルべクトル及び h 〉を学習し、

もしくは、第（ i + 1 )送信ノードではトレーニング信号を送信し、第 i 受信ノードでは h )及び h )を学習し、学習済みの h )及び h _i+1)を第 ( i + 1 )送信ノードへフィードパックし、

第（ i + 1 )送信ノ一ドの送信ウェイトは、次の数式に基づいて計算され、

W(/+i) =

W(?+i) = ((h J+i)) ，(h +i)) ) 前記計算された第（ i + 1 )送信ノ一ドの送信ゥヱイト _w^),_{w +1})を用いることにより、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノードの間のシステム 'は次の数式によってモデル化され、

B r BB B ただし、

は、第 i 受信ノードと第（ i + 1 )送信ノードの間の後向きリンクの等価チャネル係数であることを特徴とする M I M Oメッシュネットワーク。

1 0. 請求の範囲第 9項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて、

第 i 受信ノ一ドにおける前向きリンク及び後向きリンクの受信信号 , は、次の数式によって表され、

_VF _ ¾eFF F F

B _ r eBB B , B

一 ⁿi(i+l)^(i+l) 十 i

第 i 受信ノードが第（ i 一 1 )送信ノード及び第（ i + 1 )送信ノードからの干渉なく、前向きリンクと後向きリンクの信号を同時に受信することを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

1 1 . 非線形方式である S I C /D P Cアル.ゴリズムを用いた請求の範 1 9

囲第 7項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて、

第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイトを計算するようにしており、第 i 受信ノードに着目すると、第（ i 一 1 )送信ノードの送信ウェイト及び w )は、既に計算されており、第 i 受信ノードの受信ゥヱイト wf w ³は、次の数式に基づいて計算され、

rB _ tF 丄 i_ tB 丄

W ― I η;(;-ΐ) ，ϋ!,(!·-ι) I ただし、 χ¹¹は χに平行する基底べクトルであり、 ( j¹)は Xと yの両方に直交する基底べクトルであり、

前記計算された第 i 受信ノードの受信ゥヱイト _wf,_w を用いることにより、第（ i — 1 ) 送信ノードと第 i 受信ノードの間のシステムは、次の数式によってモデル化され、

F ― eFF „F τ eFB B

ノ φ·-1) ― ⁿi(,i-i)^S(i-l)十 "φ'-Ι)"³ 一 1)

ただし、一,) = (wf H^w は、第（ i 一 1 )送信ノードと第 i 受信ノ一ドの間の前向きリンクの等価チャネル係数であり、 ^D ^ wf -n^)は、第（ i — 1 )送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チャネル係数であり、

ただし、第（ i 一 1 )送信ノードでは、）と ^の両方が既知であり、チャネルの相反性（H_;(W) = H ), ) を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、（_wf)*を介してトレーニング信号を送信することにより、等価なチヤネル係数びを学習し、もしくは、第（ i — 1 )送信ノードでは、 w D及び w )を介してトレーユング信号を送信し、第 i 受信ノードでは、 h^)及ぴ h^)を学習し、学習済みの ^ 及びを第（ i _ 1 )送信ノードへフィードバックし、

第（ i _ 1 )送信ノードでは、 D P Cアルゴリズムを用いて、次の数式のように、干渉信号をキャンセルし、

reFB

FDPC ―。 F ⁿi{i-\) B

一 1) — ^ύ - 1) , eFF ^Λ('·_1)

¾ - 1)

FDPC _ eFF FDPC , eFB Β ― eFF F

(/-ΐ) ― ⁿi(i-\)^{s 1 n}i(i-i {i-i) ― i(i-i)^s(i-i)

ただし、 ^^は干渉信号で、 )は所望信号であることを特徴とする

M I M Oメッシュネットワーク。

1 2 . 請求の範囲第 1 1項に記載の M I MOメッシュネットワークにおいて、

前記計算された第 i 受信ノードの受信ゥヱイト _wf,_w を基に、第（ i + 1 )送信ノードの送信ウェイト w + w^)は、次の数式に基づいて計算され、

W(_;+l)一 (hi(/+l) J 前記計算された第（ i + 1 )送信ノードの送信ウェイト _{W +1}),_W^)を用レ、ることにより、第 i 受信ノードと第（ i + 1 ) 送信ノ一ドの間のシステムは、次の数式によってモデル化され、

F . r eFB „B

'(/+!)一 ⁿi{i+l)^S(i+\) 2

reBB Β

! '(!·+1)

ただし、 h =(_wf H _)W^は、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チヤネル係数であり、 =(_wf) H_;(w)w[₊₁₎は、第 i 受信ノードと第（ i + 1 ) 送信ノードの間の後向きリンクの等価チャネル係数であり、

第 i受信ノードでは、第（ i + 1 )送信ノードから、送信ウェイトべクトル _w )を介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価チヤネル係数及ぴ^^)を学習し、

第 i 受信ノードにおける後向きリンクの受信信号において、所望信号は、次の数式のように、干渉なく受信され、

B — B B , ， τ,εΒΒ ₀ B B

ノ ί ― //(;-!) 十 ^/(ί+Ι) ϊ(!·+1)（!'+1) + ' n '.

S I cアルゴリズムを用いて、次の数式のよう初めにを検波し、

1

5 (,+!) BB '

¾+1)

そして、 ₊₁)が正しく検波できたことを仮定して、次の数式のように、そのレプリカ信号を、第 i受信ノードにおける前向きリンクの受信信号より差し引くことにより、. 干渉キャンセルを実現し、

_ FSIC _ _Ί F 7,eFB _Λβ _ _,FDPC , , ,F eFB B _MF j eFF F JF ただし、 ¾ =(_wf は、第（ i 一 l )送信ノードと第 i 受信ノ一ドの間の前向きリンクの等価チャネル係数であり、は所望信号であることを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

1 3. 請求の範囲第 8項、請求の範囲第 9項、請求の範囲第 1 1項又は請求の範囲第 1 2項の何れかに記載の M I M Oメッシュネットワークに 22

おいて、

第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイトを計算するようにしており、

第 i ノードの状態が受信ノードであり、当該第 i 受信ノードに着目すると、第（ i — 1 )送信ノードの送信ウェイト _w 及び w^)は、既に計算されており、

a ) =H ),が成立し、ただし、 [ · ] ^τは転置を表し、

次の数式のように、互いに直交しているトレーニング信号 _M)(/)及ぴを、第（ i 一 1 ) 送信ノードの送信ウェイト _W 及び W )を介して、第（ i 一 1 ) 送信ノードから第 i 受信ノードへ送信するようにし、 .ー1) ( 二 H,-( )W(/-1)S + H/(/-l)W(M)S ( -1)( +

y )二 h!(!— i)s — i) ) +

+ n_x ただし、 ^(_w)(t)_ec^Mは第（ i — 1 ) 送信ノードから送信されたトレーニング信号 —„(t), ）に相当する第 i 受信ノードの受信信号べクトルであり、 _n eC^Mは第 i 受信ノードの加法性雑音べクトルであり、

そして、次の数式に基づき、等価送信チャネルべクトル {h ),!！ - を推定し、

八 tB

hz.(,ー

ただし、 ϋ|_Μ),ί^—_υは、等価送信チャネルベクトル h ),! ^- の推定値であることを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

1 4. 請求の範囲第 8項乃至請求の範囲第 1 2項の何れかに記載の M I M〇メッシュネットワークにおいて、

第 i ノードの状態が送信ノードであり、当該第 i送信ノードに着目すると、第（ i 一 1 )受信ノードの受信ウェイト _w )及ぴ _w )は、既に計算されており、

_H,.(_M) = が成立する場合には、次の数式で表すチヤネルの相反性が成し、

= (W (,-!)) H(/-l)iW = [ (i-l) J = (W(i一 1 H - 1) Wiノ * ただし、 [ · ] *は複素共役を表し、 [ · ] ^Τは転置を表し、 [ · ] ^Η は複素共役転置を表し、

W( i) = (w[?-l))*及び W?³ = (wfTが成立し、

等価受信チャネルべクトル h ),., h ),.に、次の数式で表す相反性の性質力 s成立し

， rB _ χτΓ rB \* _ _TT tF _ , tF

Π(/-1) 一 JHL(M) W(M) ― Xl;(M)W(/-l)一 η,(ι-Ι)

h(i-l)i = H(/-l)/(W( V ― Hi( )W(M) ⁼ hi(i-l)

学習した等価送信チャネルべクトル！^ を等価受信チャネルべクトル h ),として用い、学習した等価送信チャネルべクトル h^₁を等価受信チャネルべクトル _h として用いることを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

1 5. 中継機能を有する複数のノードを有し、前記各ノードは、複数本 24

の M I MOアンテナを搭載するとともに、前記各ノード間に、前向きリンク又は後向きリンクを張ることにより、無線ネットワークを搆築する M I M〇メッシュネットワークであって、

前記前向きリンクに K^F個のストリーム信号（K ^Fストリーム）を多重化しているとともに、前記後向きリンクに K^B個のストリーム信号（ κ^Βストリーム）をも多重化しており、

次の数式で表す条件を満たし、

>^ + max(^^F,^^B)

ただし、 Mは前記各ノードが搭載した M I M Oアンテナの本数であり、 Kはあるノードが送受信する総ストリーム数であり、 K = K ^F + K ^B カ成立し、

前記 M I MOメッシゴネットワークの信号モデルは、次のように定式化され、

F— F F F

》 i /i(i-l) + /;·((+!) +

B _ B B B ここで、 y eC は i 番目のノードにおける前向きリンク受信信号べクトルであり、また、 yfeC は i 番目のノードにおける後向きリンクの受信信号べクトルであり、 "( )

y₍M) ⁼ (w ) H/( )WJ )S -I) + ( Wz^rB)

+i) ~(w,^rB) H(/+i)W(+i)S -+i) + (\ / ) Hi(i+i)W (/+i)S(i+i) ただし、 [ · ] ^Hは複素共役転置を表し、及び eC は； j 番目のノードにおける前向きリンク及び後向きリンクに対する送信信号べクトルであり、 Hi/ e C^MxMは j 番目のノードから i 番目のノードへのチヤネル行列であり、 W eC^M>^^F及びは j 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 wfeC^hlxK? 及び w eC^w^^Bば i 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、 _n『eC 及び _nfeC は i 番目のノードで受信した前向きリンク及ぴ後向きリンクの等価な加法性雑音べクトルであることを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

1 6. 線形方式であるプロック Z Fアルゴリズムを用いた請求の範囲第 1 5項に記載の M I MOメッシュネットワークにおいて、

前記プロック Z Fアルゴリズムによる線形干渉キャンセルによって他リンクへの干渉回避を行った上で、リンク毎に M I MO多重伝送を行い、そのときの各送受信ゥヱイト行列は、次の数式に基づいて計算され、 w : ^F w = w;^B ;^B

1 2 6

ただし、と w は第 j ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、 wf と W ^Bは第 i ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、 ^^ _£ σ^Μχ(Μ-^λ') と ^^ _{S C}M - は j 番目のノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するブロック z F 送信ウェイト行列であり、 ^^c^— ^A')^x と

~^ _C(M~KVは ] ' 番目のノードにおいて、前記ブロック z Fァルゴリズムによって他リンクへの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I M O送信ウェイト行列であり、 ^rF e C^M^^M~^{K )}と ^^rB e c^Mx{M は i 番目のノ— ドにおける前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F 受信ウェイト行列であり、「 e C^M-K^と， _{£ C{M}-_K)^は番目のノードにおいて、前記プロック Z Fアルゴリズムによって他リンクからの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I M O受信ウェイト行列であることを特徴とする M I M Oメッシュネットワーク。

1 7 . 請求の範囲第 1 6項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて、

第 1 ノードから最終ノードまで順番に送受信ウェイト行列を計算するようにしており、

第 i 受信ノードに着目すると、第（ i 一 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイト行列 W ) は既知であり、第（ i 一 1 )送信ノ一ドの前向きリンクに対するブロック Z F 送信ウェイト行列 WIL) e C 一¹ ^は既知であり、

第 i 受信ノードでは、第（ i 一 1 )送信ノードから、次の数式のように、送信ゥイト行列 W( e C^MxKU及ぴ e C を介して、送信された卜レング信号を用いて、等価送信チャネル行列及び H^)を学習し、

1

Η_Φ.一 F

S

F (

ιΜχΚ

Hi(/-i) = H 一 ι) (z-i) ^e C 学習済みの及び Η^_Υを用いて、第 i 受信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F受信ウェイト行列 f及びは、次の数式に基づいて計算され、

"1丄 QMX{M-K)

Wf ⁼ I Η!· (i·--1i))，} H rli(i-i) e ただし、 [ は [·]の正規直交補空間基底行列であり、 HUま次の数式基づいて計算され、

このとき、次の数式に示すように、第（ i 一 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間には、プロック Z Fによって異なるリンクからの干渉を回避した等価チャネル行列 g —Dを持つ前向きリンクが形成され、

F

y!'(M) 一 - 1) g ) = (W; H )W;L) )— ) 等価チャネル行列 H!J—Dに対して、任意の M I MO伝送方式を適用することが可能であることを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

1 8. 請求の範囲第 1 7項に記載の M I MOメッシュネットワークにおいて、

M I MO伝送方式としてオープンループ伝送方式で受信側に Z Fアルゴリズムを用いた場合は、第（ i 一 1 )送信ノードでは、（M— K) 次のブロック Z F送信ウェイト行列 ^)の任意の K^F個の列べクトルを用いて、 K ^Fストリームを多重送信し、先頭 K ^F個の列ベクトルを用いた場合は、次の数式が成立し、

W ； tF

( -l) ^_ ΗΜ-Κ)^ - J^Eしただし、は正規直交基底の選択行列であり、 l(_M— [1_:_S:^F]は（M—

K ) 次の単位行列の第 1 〜 K ^F列であり、

第 i 受信ノードでは、受信した K ^Fストリームの分離を行い、このとき、第（ i — 1 )送信ノードの前向きリンクに対する送信ゥヱイト行列 W^)は、次の数式に基づいて計算され、

オープンループ伝送方式の受信方式として Z Fアルゴリズムを用いた場合、次の数式で表す等価送信チャネル行列 g を用いて、

~^tFF tF _r(M-K^B K^F

Άί(ί-ΐ 一 Hi(/-i)W(/-i)ヒし rF 第 i 受信ノードにおける前向きリンクの M I M O受信ウェイト行列は、次の数式に基づいて計算され、

Q{M-K B^a、y、，K r,P

ただし、 [ . ] — ¹は [ · ] の一般逆行列であり、 [ · ] ^Hは [ · ] の複素共役転置であり、

このとき、第 i 受信ノードの前向きリンクに対する受信ウェイト行列

W fは、 Wf = W W/ に基づいて計算されることを特徴とする M I M

〇メッシュネットワーク

1 9 . 請求の範囲第 1 7項又は請求の範囲第 1 8項に記載の M I MOメッシュネットワークにおいて、

第（ i + 1 )送信ノードに着目すると、第 i 受信ノードの前向きリンクに対する受信ウェイト行列 Wf eC^M^^Fは既知であり、第 i 受信ノードの後向きリンクに対するブロック Z F受信ウェイト行列 W^B _eC^Mx(w— は既知であり、

第（ i + 1 )送信ノードでは、チャネルの相反性（H ) = H ₊り,.）を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、その共役受信ゥヱイトを介してトレーニング信号を送信することにより、次の数式のように、等価受信チャネル行列 Η _+υ及びを学習し、もしくは、第（ i + 1 )送信ノ一ドではトレーニング信号を送信し、第 i 受信ノ一ドでは H ₊₁)及び g )を次の数式のように学習し、学習済みの H )及び g )を第（ i + 1 ) ¾信ノードへフィードノくックし、 30

ただし、 [ · ] *は [ · ] の複素共役であり、 [ · ] ^τは [ · ] の転置であり、

学習済みの Η 及び g )を用いて、第（ i + D送信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F送信ゥヱイト行列及ぴは、次の数式に基づいて計算され、

ただし、 ['fは !;.]の正規直交補空間基底行列であり '、 HUま次の数式に基づいて計算され、

ΤΤΓΒ 一 ~rB i¾; B » ΜχΚ^β

ϋ'·('++1)— JH (_Z+1)、\V j ^c このとき、次の数式に示すように、第（ i + 1 )送信ノ一ドと第 i 受信ノードとの間には、ブロック Z Fによって異なるリンクからの干渉を回避した等価チャネル行列 gf(f₊₁)を持つ後向きリンクが形成され、 y ) = °

B ( i¾rB\^〜 BB i^tB _B

等価チャネル行列 gf^)に対して、任意の M I MO伝送方式を適用することが可能であることを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

2 0. 請求の範囲第 1 9項に記載の M I MOメッシュネットワークにおいて、

M I M O伝送方式としてオープンループ伝送方式で送信側に Z Fアルゴリズムを用いた場合は、第（ i + 1 )送信ノードでは、事前にストリーム分離を行うウェイトを用いて、 K ^Bストリームを多重送信し、このとき、第 i 受信ノードでは、 (M— K) 次のブロック Z F受信ウェイト行列 ^^の任意の K ^B個の列べクトルを用いて、 K Bストリームを受信し、先頭 K ^B個の列べクトルを用いた場合は、次の数式が成立し、

ただし、，は正規直交基底の選択行列であり、 [1: B]は（M— K) 次の単位行列の第 1 〜 K ^B列であり、

このとき、第 i 受信ノードの後向きリンクに対する受信ウェイト行列 W³は、次の数式に基づいて計算され、

オープンループ伝送方式の送信方式として Z Fアルゴリズムを用いた場合、次の数式で表す等価受信チャネル行列 g= を用いて、

第（ i + 1 )送信ノードにおける後向きリンクの M I M O送信ウェイト行列は、次の数式に基づいて計算され、

ただし、 [ · ] *は [ · ] の複素共役であり、 [ · ] ^Τは [ · ] の転置であり、 [ · ] — ¹は [ · ] の一般逆行列であり、

このとき、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイ

___TtB ~ tB iiitB

ト行列 W )は、 W +1) = W₍/₊i)Wf₊i)に基づいて計算されることを特徴とする M I M Oメッシュネットワーク

2 1 . 請求の範囲第 2 0項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて、

第 i 受信ノードにおける前向きリンクの受信信号べクトルは次の数式となり、

_ F _ ^eFF F F

一 l;(;-l)S(/-l)十 II!·

ただし、 H -i)は第（ i _ 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間の前向きリンクの κ ^Fストリームの等価なチャネル応答を対角成分に持つ行列であり、次の数式に基づいて計算され、

TreFF _ _rK^?xK^v

ii(i-i) -

し

H^)は第（ i + 1 )送信ノードと第 i 受信ノードとの間の後向きリンムの等価なチャネル応答を対角成分に持つ行列であり

ττβΒΒ 一 / i^=^rB „BB ^ ^tB ' ^ Κ^ΒχΚ^!

Η/ +1) - I I JHU_(z'+i)W , +i) ^eしに基づいて計されることを特徴とする M I M Oメッシュネットワーク

2 2 . プクク Z F アルゴリズムに加えて、側でブロック D P Cァルゴリズムをヽ受信側でプロック S I Cァルゴリズムをそれぞれ用いる請求の範囲第 1 5項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて、前記ブ V ク Z Fアルゴリズムによる線形干渉キャンセルと、前記ブロック S I Cァルゴリズム z前記ブロック D P Cアルゴリズムによる非線形干渉キャンセルの ,袓合せによって、他リンクへの干渉回避を行った上で、リンク毎に M I M O多重伝送を行い、そのときの各送受信ウェイト行列はヽ次の数式に基づいて計算され、

ただし、各ウェイト行列の次元は _e c^M — ， ≡C^MxM ^;^B e C^(M"^A'^)xA'^Bとなっており、 W)^Fと W は第 j ノ一ドの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウエイト行列であり、 wf と Wf は第 i ノードの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、とは第 j ノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するプロック Z F送信ウェイと行列であり、 ^ff とは第 j ノードにおいて、プロック Z Fによって他リンクへの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M I M O送信ウェイト行列であり、 wf と w は第 i ノードにおける前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F受信ゥェィト行列であり、と ^; Bは第 i ノードにおいて、ブロック Z Fによつて他リンクからの干渉回避を行った前向きリンクと後向きリンクの M

1 M O受信ウェイト行列であることを特徴とする M I M Oメッシュネットワーク。

2 3 . 請求の範囲第 2 2項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおレ、て、

第 i受信ノードに着目すると、第（ i 一 1 )送信ノードの後向きリンクに対する送信ウェイト行列 W( e C^MxA'^Bは既知であり、第（ i _ 1 )送信ノ一ドの前向きリンクに対するブロック Z F 送信ウェイト行列 JL) e C — は既知であり、

第 i受信ノードでは、第（ i — 1 )送信ノードから、次の数式のように、送信ゥヱイト行列 W ) e C 及び^^) e C^^x(M— を介して、送信されたトレーニング信号を用いて、等価送信チャネル行列 g^_M) e C琴— ^κ)及ぴ

Η ) e C を学習し、 35 fi^tF -XT i^tF _{c r}Mx(M-K)

Hz - 1)― ±li(/-i)W(M) ^eし

学習済みの ^)及び H )を用いて、第 i 受信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するブロック Z F受信ウェイト行列 ^^及び^ ^は

、次の数式に基づいて計算され、

ただし、 I_M.は M次の単位行列であり、 [.fは !;.]の正規直交捕空間基底行列であり、 Hif_M)は次の数式に基づいて計算され、

Tj-tF _ ~tF ^itF _ΓΜ Κ^ν

h!. — i)― H/( )W₍/-i) ^eしこのとき、第 i 受信ノードの前向きリンクを、次の数式で表す等価チャネル行列 g —Dを持つ M I MO リンクと見做し、

このとき、 jL)^eC^(w— ^λ と ^^{F e C} は採用された M I MO伝送方式の M I MO送受信ウェイト行列として求まり、

ブロック Z F受信ウェイト行列 w 及びが与えられたとき、次の数式が成立し、

. F _ xreFF F _TTeFB B

y'(M)一 ϋφ— 1)S — 十 ϋφ·一 l)S(M)

ここで、 H — Dは第（ i 一 1 ) 送信ノードから第 i 受信ノードへの前向きリンクの等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、 xreFF _ ( ~^rF " ~FF ^tF K⁷xK^F

Ηφ.-ι) - (w!リ H( )W₍ ) ^{e C}

H Dは第（ i _ l ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉に相当する等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、

n- i)はブロック Z Fによって形成される第（ i 一 1 ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、

ただし、第（ i _ l ) 送信ノードでは、 _Sf_M)と _S Dの両方が既知であり、チャネルの相反性（ΗΓ -リ = Η(,·— を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、 (Wf)*を介してトレーニング信号を送信することにより、等価チャネル行列 H( )及び Η¾¾)を学習し、

もしくは、第（ i _ 1 ) 送信ノ一ドでは、 W^)及び W )を介してトレ一二ング信号を送信し、第 i 受信ノードでは、 H^)及び H ）を学習し、学習済みの H )及び H )を第（ i — 1 ) 送信ノードへフィードパックし、

第（ i 一 1 ) 送信ノードの前向きリンクの送信信号 _sf ^cは、次の数式で表され、

FDPC― F HeFF — 1 _TTeFB B

S(i-l) - S(-l) JH ·- 1)S ·- 1) このとき、第 i 受信ノードにおける前向きリンクの受信信号 yJ^は _v ^pDPC一 xreFF FDPC xreFB B _ xreFF F

J i(i-i) ~ ^AJ-/( )^S(/-1) ^ "-ί(ϊ-Ι (ί-1) ~ ^iii-V^ii-V)

で表すことを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。 '

2 4 . 請求の範囲第 2 3項に記載の M I M Oメッシュネットワークにおいて、

第（ i + 1 )送信ノードに着目すると、第 i 受信ノードの前向きリンクに対する受信ウェイト行列 wf eC^Mx は既知であり、第 i 受信ノードの後向きリンクに対するブロック Z F受信ウェイト行歹 IJ e C^Mx{M~^K)は既知であり、

第（ i + 1 )送信ノードでは、チャネルの相反性（ΗΓ(,·₊₁) = Η(,·₊₁),·)を利用して、第 i 受信ノードが送信モードのときに、その共役受信ウェイトを介してトレーニング信号を送信することにより、次の数式のように、等価受信チャネル行列 Η ,₊₁) e C^MxKF及び e C^Mx{M-^K)を学習し、もしくは、第 ( i + 1 ) 送信ノードではトレーニング信号を送信し、第 i 受信ノードでは、 H _+I)及びを次の数式のように学習し、学習済みの Η^)及び HS₊Dを第（ i + 1 )送信ノードへフィードバックし、

H ) = (H ))^r(W )*sC ^F

¾_+I) = ( ₊₁₎) ( ;^B)* ) ただし、 [ · ] *は [ · ] の複素共役であり、 [ · ] 丁は [ · ] の転 38

置であり、

学習済みの H^)及び g )を用いて、第（ i + 1 )送信ノードの前向きリンクと後向きリンクに対するプロック Z F送信ウェイト行列及びは、次の数式に基づいて計算され、

ただし、 U¾M次の単位行列であり、 [. は !;.]の正規直交補空間基底行列であり、 HUま次の数式に基づいて計算され、

このとき、第（ i + 1 )送信ノードの後向きリンクを、次の数式で表す等価チャネル行列を持つ M I M O リンクと見做し、

このとき、 ^^BeC⁽^^^Bと ^；^ は採用された M I MO伝送方式の M I MO送受信ウェイト行列として求まり、

ブロック Z F送信ウェイト行列 !L)及び wi₊₁)が与えられたとき、次の数式が成立し、

_ F ― TTeFB B

- tli(i+l)S(M)

_Λ B ― __eBB B

y - tii(i+i)S(i+i) ここで、 H^ は第（ i + 1 ) 送信ノードから第 i 受信ノードへの後向きリンクの等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、

_TTeBB

ϊ±ί(ί₊ΐ)

H ₊₁)は第（ i + 1 ) 送信ノードの後向きリンクから第 i 受信ノードの前向きリンクへの干渉に相当する等価チヤネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、

Tj-eFB 一一 ( ^^rF\" —： FB =:tB 产 K^FxK^B

± φ·₊1)一 \ [_i j Hi(i+l)W(m) ^

Ηί^はプロック Z Fによつて形成される第（ i + 1 ) 送信ノ一ドの後向きリンクから第 i 受信ノ一ドの前向きリンクへの干渉信号に相当する等価チャネル行列であり、次の数式に基づいて計算され、

~FB ~tB 、 MxM

Η_Ί(Ί+1)二

H(₊l)W_{i-₊l) ^{e C} 第 i 受信ノードでは、第（ i + 1 ) 送信ノードから、送信ウェイトべクトル wL)を介して送信されたトレーニング信号を用いて、等価チヤネル行列 H ₊₁)及ぴ H^)を学習し、

ここで、第 i 受信ノードの後向きリンクの受信信号ベクトル y において、所望信号べクトルは、次の数式のように、他リンクからの干渉なく受信され、

, B _ , B ₇B B _ _TTeBB B B

- y''(M) + y φ,+ι) + 一 Η, ₊i)s ₊り + π'· ただし、第 i 受信ノードでは、第（ i + 1 )送信ノードから w ₊₁)を介して送信されたトレーニング信号を用いることにより、等価チヤネル行列及び H^)を学習し、

第 i 受信ノードは、採用された M I MO伝送方式に応じて、まずを検波し、そして、第 i 受信ノードは、 ₊₁)が正しく検波できたことを仮定して、次の数式のように、そのレプリカ信号を第 i 受信ノードの前向きリンクの受信信号ベクトル yf より差し引くことにより、干渉キヤンセルを実現し、

__rFSIC _ F TTeFB _Λβ _ FDPC , F xreFB _Λβ ,_„F _ TreFF 。F 丄„F y'. ― it一 S(+D― y /(-i) + y_i(i+i)― ^w ·+ι) s ₊i) + 一 n '.一 ^ — + n. ただし、 Hj^)は第（ i 一 1 )送信ノードから第 i 受信ノードへの前向きリンクの等価チャネル行列であり、は干渉信号べクトルであることを特徴とする M I MOメッシュネットワーク。

2 5. 請求の範囲第 1 5項乃至請求の範囲第 2 4項の何れかに記載の M I M Oメッシュネットワークと、直交周波数分割多重（O F DM) と組み合わせることにより、広帯域な無線ネットワークとして動作する M l M〇一 O F DMメッシュネットワークであって、

前記 M I M Oメッシュネットワークに用いられる M I M Oァルゴリズムを O F DMの各サブキヤリァに適用し、 O F DMの第 /サブキヤリァでは、前向きリンクに個のストリーム信号を多重化しているとともに、後向きリンクに ^B()個のストリーム信号をも多重化しており、前記 M I MO— O F DMメッシュネットワークの信号モデルは次のように定式化され、 y『(z)=y )W+y (z)+n『(/) yf( = yr,_₁₎( +yf₊₁)( +nf(/) ここで、 yf^eC^Wは第 i 受信ノードにおける第/サブキヤリァの前向きリンクの受信信号べクトルであり、 yf(/)e ^B(/)は第 i 受信ノ一ドにおける第/サブキャリアの後向きリンクの受信信号ベクトルであり、

y "-!)() = ( ^B( f ¾·— "(/)w ) (/)_s"(/)

yf₊₁₎( 二 ( ^B( f H,. ow ) の

+(W (/)广 H (/)

ただし、 [ · ] Ηは複素共役転置を表し、 (/ ^及び ^は

、 j 番目のノードにおける第/サブキャリアの前向きリンク及ぴ後向きリンクに対する送信信号べクトルであり、 I^(/)eC^M><A i j 番目のノードから i 番目のノ一ドへの第 /サブキヤリァのチャネル行列であり、 W (/) e C^{MxKT l)}と Wj^Z) e C^MxK^^l)は、 j 番目のノードにおける第 /サブキヤリァの前向きリンクと後向きリンクに対する送信ウェイト行列であり、

() e C^MxA'^F(/)と (/) e C^MxKB{lは、 i 番目のノードにおける第 /サブキヤリアの前向きリンクと後向きリンクに対する受信ウェイト行列であり、 n (/)eC^A'^F(/)と！^のりは、 i 番目のノードで受信した第 /サブキャリアの前向きリンク及ぴ後向きリンクの等価な加法性雑音ベクトルであり、定式化された前記信号モデルに対して、 O F D Mのサブキヤリァ毎に前記 M I M Oメッシュネットワークにおける送受信ウェイト行列の計算処理アルゴリズムを適用することを特徴とする M I MO— O F DMメッシュネットワーク。