(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユーザ装置から受信した信号から干渉ベクトルおよびノイズ・ベクトルの共分散行列を形成する共分散行列取得ユニットと、
前記共分散行列に基づいて前記受信した信号の前記干渉と前記ノイズとの間の相対比率を計算し、前記比率を事前に定めたしきい値と比較する比率計算および比較ユニットと、
前記比率が前記事前に定めたしきい値未満である場合、前記共分散行列の非対角線成分の値を下げる調整ユニットと、
前記比率が前記事前に定めたしきい値以上である場合、干渉抑圧合成アルゴリズムを利用することによって前記共分散行列に基づいて等化を実行し、前記比率が前記事前に定めたしきい値未満である場合、最小平均二乗誤差アルゴリズムを利用することによって前記調整された共分散行列に基づいて前記受信した信号を等化するイコライザ・ユニットと
を含み、
前記調整ユニットは、前記相対比率がしきい値未満である場合、前記共分散行列の前記非対角線成分の値をゼロに下げる基地局装置。
【請求項２】
前記比率計算および比較ユニットは、前記相対比率として前記受信した信号の前記干渉と前記ノイズとの間の出力比を計算する請求項１に記載の基地局装置。
【請求項３】
前記比率計算および比較ユニットは、対角線成分の合計で除算された、前記干渉ベクトルと前記ノイズ・ベクトルとの前記共分散行列の上部三角形部分の非対角線成分の合計を、前記相対比率として計算する請求項２に記載の基地局装置。
【請求項４】
前記比率計算および比較ユニットは、前記相対比率として、前記受信した信号の前記干渉と前記ノイズとの間の振幅比を計算する請求項１に記載の基地局装置。
【請求項５】
複数のユーザ装置から受信した信号から干渉ベクトルおよびノイズ・ベクトルの共分散行列を形成するステップと、
前記共分散行列に基づいて前記受信した信号の前記干渉と前記ノイズとの間の相対比率を計算し、前記比率を事前に定めたしきい値と比較するステップと、
前記比率が前記事前に定めたしきい値未満である場合、前記共分散行列の非対角線成分の値を下げるステップと、
前記比率が前記事前に定めたしきい値以上である場合、干渉抑圧合成アルゴリズムを利用することによって前記共分散行列に基づいて等化を実行し、前記比率が前記事前に定めたしきい値未満である場合、最小平均二乗誤差アルゴリズムを利用することによって前記調整された共分散行列に基づいて前記受信した信号を等化するステップと
を含み、
前記値を下げるステップは、相対比率がしきい値未満である場合、前記共分散行列の前記非対角線成分の値をゼロに下げる基地局装置のための方法。
【請求項６】
前記相対比率として、前記受信した信号の前記干渉と前記ノイズとの間の出力比を計算するステップを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
対角線成分の合計で除算された、前記干渉ベクトルと前記ノイズ・ベクトルとの前記共分散行列の上部三角形部分の非対角線成分の合計を、前記相対比率として計算するステップを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記受信した信号の前記干渉と前記ノイズとの間の振幅比を前記相対比率として計算するステップを含む請求項５に記載の方法。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基地局装置を含む通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ワイヤレス通信に関し、特に基地局装置、その方法、およびその通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、基地局ＢＳに装備された複数のアンテナでは、隣接するセルからの干渉は、干渉抑圧合成（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）（ＩＲＣ）アルゴリズムを使用することによって大幅に排除することができる。しかし、干渉電力が比較的低い場合、ＩＲＣアルゴリズムのパフォーマンスはそれほど優れたものではない。
【０００３】
一方、従来の最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）アルゴリズムのパフォーマンスは、たとえば、サービスを提供しているセルの中央位置において干渉が少ない場合には、ＩＲＣアルゴリズムのパフォーマンスよりはるかに優れている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため、ＭＭＳＥとＩＲＣとの間で適応するように切り替わるように新しい受信機構造を開発し、それによって２つのアルゴリズムの利点を完全に利用する必要がある。  
【０００５】
本発明の目的は、受信機装置、その方法、およびその通信システムを提供し、それにより、サービスを提供しているセルの中央に位置する場合でも、またはサービスを提供しているセルの端部に位置する場合でも、より優れたパフォーマンスを達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によると、複数のユーザ装置から受信した信号から干渉ベクトルおよびノイズ・ベクトルの共分散行列を形成する共分散行列取得ユニットと、共分散行列に基づいて受信した信号の干渉とノイズとの間の相対比を計算し、比率を事前に定めたしきい値と比較する比率計算および比較ユニットと、比率が事前に定めたしきい値未満である場合、共分散行列の非対角線成分の値を下げる調整ユニットと、比率が事前に定めたしきい値以上ある場合、干渉抑圧合成アルゴリズムを利用することによって共分散行列に基づいて等化を実行し、比率が事前に定めたしきい値未満である場合、最小平均二乗誤差アルゴリズムを利用することによって調整された共分散行列に基づいて受信した信号を等化するイコライザ・ユニットとを含む基地局装置が提供される。
【０００７】
本発明の実施形態によると、比率計算および比較ユニットは、相対比として受信した信号の干渉とノイズとの間の出力比を計算する。
【０００８】
本発明の実施形態によると、比率計算および比較ユニットは、対角線成分の合計で除算された、干渉ベクトルとノイズ・ベクトルとの共分散行列の上部三角形部分の非対角線成分の合計を、相対比として計算する。
【０００９】
本発明の実施形態によると、調整ユニットは、相対比がしきい値未満である場合、共分散行列の非対角線成分の値をゼロに下げる。
【００１０】
本発明の実施形態によると、比率計算および比較ユニットは、相対比として、受信した信号の干渉とノイズとの間の振幅比を計算する。
【００１１】
本発明の他の態様によると、複数のユーザ装置から受信した信号から干渉ベクトルおよびノイズ・ベクトルの共分散行列を形成するステップと、共分散行列に基づいて受信した信号の干渉とノイズとの間の相対比を計算し、比率を事前に定めたしきい値と比較するステップと、比率が事前に定めたしきい値未満である場合、共分散行列の非対角線成分の値を下げるステップと、比率が事前に定めたしきい値以上ある場合、干渉抑圧合成アルゴリズムを利用することによって共分散行列に基づいて等化を実行するステップと、比率が事前に定めたしきい値未満である場合、最小平均二乗誤差アルゴリズムを利用することによって調整された共分散行列に基づいて受信した信号を等化するステップとを含む基地局装置のための方法が提供される。
【００１２】
本発明の実施形態によると、受信した信号の干渉とノイズとの間の出力比は、相対比として計算される。
【００１３】
本発明の実施形態によると、対角線成分の合計で除算された、干渉ベクトルとノイズ・ベクトルとの共分散行列の上部三角形の部分の非対角線成分の合計が、相対比として計算される。
【００１４】
本発明の実施形態によると、相対比がしきい値未満である場合、共分散行列の非対角線成分の値はゼロに下げられる。
【００１５】
本発明の実施形態によると、受信した信号の干渉とノイズとの間の振幅比は、相対比として計算される。
【００１６】
本発明のさらに他の態様によると、上記のような基地局装置を含む通信システムが提供される。
【００１７】
上記の方法および機器は、ＩＲＣアルゴリズムに基づく受信方式とＭＭＳＥに基づく受信方式との間で適応性のある切り替えを可能にするために使用される。たとえば、より高い信号対干渉比（ＳＩＲ）を有する領域にユーザが位置する場合、ＩＲＣアルゴリズムの利点を完全に利用することができ、より低い信号対干渉比（ＳＩＲ）を有する領域にユーザが位置する場合、ＭＭＳＥアルゴリズムの利点を完全に利用することができる。
【００１８】
上記および他の目的、機能、および利点は、図面に関して本発明の好ましい実施形態に関する以下の記述を読むことでより明白になるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＩＲＣアルゴリズムを利用する典型的なケースを示す図である。
【図２】本発明の実施形態による受信装置の構造のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態による方法のフロー・チャートを示す図である。
【図４】ＳＩＲに関して受信した信号の干渉とノイズとの間の相対比ＲａｔｉｏＲの曲線を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による受信機、ＭＭＳＥアルゴリズムに基づく受信機、およびＩＲＣアルゴリズムに基づく受信機の性能曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の様々な実施形態について以下に記述する。以下の記述は、これらの実施形態を包括的に理解するために詳細を提供するものである。しかし、本発明は詳細の一部がなくても実装できることは当業者なら理解されるだろう。さらに、一部のよく知られた構造または機能は、本発明の様々な実施形態に関する適切な描写を不必要に不明瞭にしないために、図示または指定していない場合がある。
【００２１】
図１に示すように、ターゲットＭＳが０番のサービスを提供しているセルの端部に位置し、隣接する１番のセルの移動局ＭＳ（干渉するＭＳ）からの干渉が、比較的強い場合、ＩＲＣアルゴリズムは常に非常に効果的である。しかし、ターゲットＭＳがセルの中央に位置する場合、ＭＭＳＥアルゴリズムが比較的効果的である。
【００２２】
上記のように、既存の受信機は２つの等化方法を採用するため、異なる機能モジュールにＭＭＳＥアルゴリズムおよびＩＲＣアルゴリズムを実装しなければならない。したがって、１つの受信機に２つのアルゴリズムをサポートするために非常に複雑な構造が必要になる。しかし、従来技術は、ＭＭＳＥアルゴリズムとＩＲＣアルゴリズムとの間で適応性のある切り替えを実行することができない。非常に複雑な構造のために、ＩＲＣアルゴリズムの広い利用が妨害される。したがって、干渉信号が比較的大きな電力を持っている場合、たとえば、サービスを提供しているセルの端部に位置する場合、システムのパフォーマンスを犠牲にしなければならない。
【００２３】
本発明の実施形態によると、受信した信号の干渉とノイズとの間で相対比（たとえば出力の比率）を決定することによって、ＭＭＳＥアルゴリズムとＩＲＣアルゴリズムとの間で切り替えるかどうかが決定される。このように、サービスを提供しているセルの端部にユーザ装置が存在するか、またはサービスを提供しているセルの中央に位置するかに関係なく、システムのスループット・パフォーマンスは比較的高くなる。
【００２４】
本発明の実施形態によると、基地局（ＢＳ）で受信する信号ｒは、次のように表すことができる。
ｒ＝Ｈｓ＋ｚ（１）
ここで、ｓは、ターゲット移動局（ＭＳ）からの信号を示し、Ｈは、ターゲットＭＳとＢＳとの間の通信路行列を示し、ｚは、干渉信号およびノイズを示す。
【００２５】
一方では、ＩＲＣアルゴリズムは次のように表すことができる。
【数１】
0005497916.tif 000002
ここで、Ｒｚは、以下の形式でのｚの共分散行列を示す。
【数２】
0005497916.tif 000003
Ｒｚは、一般的に、パイロット信号から得られるチャネル推定結果に基づいて計算される。ｚの主成分が干渉である場合、Ｒｚの非対角線成分は比較的大きくなり、対角線成分は比較的小さくなる。ｚの主成分がノイズである場合、Ｒｚは、対角行列に非常に接近し、非対角線成分の値は０に近い。
【００２６】
他方、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）アルゴリズムは以下のように表すことができる。
【数３】
0005497916.tif 000004
ここで、Ｎは以下の形式でのノイズの出力行列を示す。
【数４】
0005497916.tif 000005
ここで、
【数５】
0005497916.tif 000006
は、基地局ＢＳのｉ番目のアンテナで推定されるノイズ電力を示す。
【００２７】
より低い干渉電力の場合には、非対角線成分の係数は、対角線成分の係数よりはるかに小さい。したがって、非対角線成分の値は、アルゴリズムに大きな影響を与えることなくゼロに設定することができる。したがって、Ｒｚは対角行列になり、ＩＲＣアルゴリズムは、ＭＭＳＥアルゴリズムへと変わる。
【００２８】
そのような観測結果に基づいて、本発明の実施形態による受信機の等化部分は、以下のように一様に表される。
【数６】
0005497916.tif 000007
ここでＲｚは、ノイズが主成分である場合と、干渉が主成分である異なる場合において、それぞれＭＭＳＥアルゴリズムとＩＲＣアルゴリズムとの間で適応性のある切り替えを実装するために適応するように切り替えられる。
【００２９】
図４は、干渉とノイズとの相対比
【数７】
0005497916.tif 000008
の関係、および次の構成におけるＳＩＲを示している：ＢＳは４本のアンテナを装備している。ＱＰＳＫ変調が使用される。ＭＳの速度は３ｋｍ／ｈである。ＳＮＲ＝−４ｄＢである。
【００３０】
本発明の実施形態によると、信号対干渉比は以下のように定義される。
【数８】
0005497916.tif 000009
【００３１】
ＩＲＣアルゴリズムのみが使用される場合のスループットとＳＩＲの曲線を図５に示す。ＭＭＳＥアルゴリズムが単独で使用される場合のスループットとＳＩＲの曲線を図５に示す。図５から、ＳＩＲが低い場合、ＩＲＣアルゴリズムはＭＭＳＥアルゴリズムより優れている一方、ＳＩＲが高い場合、ＭＭＳＥアルゴリズムより劣っていることが分かる。
【００３２】
本発明の実施形態によると、比率
【数９】
0005497916.tif 000010
は、以下のようにＭＭＳＥアルゴリズムとＩＲＣアルゴリズムとの間で適応するように切り替えを実行するように定義される。
【数１０】
0005497916.tif 000011
上記の式は、ノイズと干渉ｚとの上記に定義された共分散行列Ｒｚの上部三角形部分の非対角線成分の合計を対角線成分の合計によって除算するためのものである。すなわち、受信した信号の干渉電力とノイズ電力との間の相対的な大きさの測定基準である。当業者であれば、受信した信号の干渉とノイズとの相対比を決定するために他の方法を使用することができる。
【００３３】
図４に示すように、
【数１１】
0005497916.tif 000012
は、ＳＩＲの増加と共に減少する。本発明の実施形態によると、切り替え点は、しきい値＝０．３に設定することができる。したがって、比率が０．３未満である場合、イコライザにおいてＲｚがＩＲＣアルゴリズムに使用される。そうでない場合は、等化の前に、Ｒｚのすべての非対角線成分がゼロに設定される。
【００３４】
図２は、本発明の実施形態による受信機の構造を示す図である。図２に示すように、本発明の実施形態による受信機は、複数のユーザ装置から受信した信号から干渉ベクトルおよびノイズ・ベクトルの共分散行列を形成する共分散行列取得ユニット２１と、共分散行列に基づいて受信した信号の干渉とノイズとの間の相対比を計算し、比率を事前に定めたしきい値と比較する比率計算および比較ユニット２２と、比率が事前に定めたしきい値未満である場合、共分散行列の非対角線成分の値を下げ、たとえば、非対角線成分の値をたとえば０に下げる調整ユニット２３と、比率が事前に定めたしきい値以上ある場合、ＩＲＣアルゴリズムに基づいて等化を実行し、比率が事前に定めたしきい値未満である場合、ＭＭＳＥアルゴリズムに基づいて受信した信号を等化するイコライザ・ユニット２４とを含む。このように、ユーザ装置が、サービスを提供しているセルの中央からサービスを提供しているセルの端部に、またはサービスを提供しているセルの端部からサービスを提供しているセルの中央に移動する場合、基地局の受信装置は、ＩＲＣアルゴリズムとＭＭＳＥアルゴリズムとの間で適応するように切り替え、システムのスループット・パフォーマンスをより高いレベルに維持することができる。
【００３５】
上記のように、比率計算および比較ユニット２２は、干渉およびノイズのベクトル（または行列）の共分散行列に基づいて、上記の等式（８）を用いて受信した信号におけるノイズと干渉との間の相対比を計算し、その計算した比率を事前に定めたしきい値と比較する。計算した比率がしきい値未満である場合、調整ユニット２３は、共分散行列の非対角線成分をたとえば０に下げ、そして次にイコライザ・ユニット２４において、受信した信号は、調整された共分散行列に基づいてＭＭＳＥアルゴリズムを用いて等化される。計算された比率がしきい値未満である場合、共分散行列の調整は実行されないが、受信した信号は、未調整の共分散行列に基づいて、ＩＲＣアルゴリズムを用いてイコライザ・ユニット２４で直接等化される。
【００３６】
本発明の実施形態による基地局の操作方法について、図３に関して詳しく以下に記述する。図３に示すように、ステップＳ１１で、共分散行列取得ユニット２１は、受信した信号から干渉コンポーネントのベクトルおよびノイズ成分のベクトルを決定し、干渉ベクトルおよびノイズ・ベクトルの共分散行列を計算する。
【００３７】
次にステップＳ１２で、比率計算および比較ユニット２２は、たとえば、出力間の相対比など、共分散行列に基づいて、上記の等式（８）を用いて干渉とノイズとの間の相対比を計算する。本発明の他の実施形態によると、受信した信号の干渉とノイズとの振幅の間の相対比も計算することができる。
【００３８】
次に、ステップＳ１３では、比率計算および比較ユニット２２は、計算された比率を事前に定めたしきい値（たとえば０．３）と比較する。
【００３９】
計算された比率が事前に定めたしきい値未満である場合、ステップＳ１４で、調整ユニット２３は、共分散行列の非対角線成分を０に下げる。ステップＳ１５で、イコライザ・ユニット２４は、調整された共分散行列に基づいて、ＭＭＳＥアルゴリズムを用いて受信した信号を等化する。
【００４０】
計算された比率が事前に定めたしきい値以上ある場合、ステップＳ１４で、受信した信号は、共分散行列に基づいて、ＩＲＣアルゴリズムを用いてイコライザ・ユニット２４で直接等化される。
【００４１】
本発明の実施形態による一様な受信機構造を使用することによって、ＳＩＲが低い場合のパフォーマンスは、ＭＭＳＥイコライザのパフォーマンスよりはるかによく、ＩＲＣイコライザのパフォーマンスに近くなり、ＳＩＲが高い場合には、パフォーマンスはＭＭＳＥのパフォーマンスに似たものになるが、ＩＲＣイコライザよりよくなる。図５は、パフォーマンスの比較結果を示している。
【００４２】
他のセルからの干渉信号が存在する場合、本発明の実施形態による解決法はより堅牢である。本発明の実施形態による一様な受信機アーキテクチャを使用することによって、２つのアルゴリズムの利点は簡単な構造で達成され、そのパフォーマンスはＭＭＳＥ受信機およびＩＲＣ受信機より優れている。
【００４３】
さらに、本発明の実施形態による一様な受信機アーキテクチャは、ＭＵ−ＭＩＭＯ通信システムに適用することができる。
【００４４】
本発明の実施形態の解決法は、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、およびＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄに適用することができる。
【００４５】
本発明の実施形態により提供される基地局は、個別の機能モジュールの形で記述されているが、図２および図３に図示した各コンポーネントは、実際の用途においては複数の機器を使用して実装してもよく、図示する複数のコンポーネントは、実際の用途においてはチップまたは機器に組み込むこともできる。本発明の実施形態の基地局は、また、他の目的のために任意のユニットまたは手段を含むことができることを当業者は理解されるであろう。
【００４６】
上記の方法の異なるステップは、プログラムされたコンピュータを通じて実装できることを当業者は容易に理解されるだろう。ここでは、また、一部の実施形態は、機械可読またはコンピュータ可読のプログラム記憶装置（たとえば、デジタル・データ記憶媒体）および符号化機械で実行可能またはコンピュータで実行可能なプログラム命令を含み、命令によって、上記の方法の一部またはすべてのステップを実行する。たとえば、プログラム記憶装置は、デジタル・メモリ、磁気記憶媒体（磁気ディスクまたはテープ）、ハードウェア、または光学読み取り可能なデジタル記憶媒体でもよい。実施形態は同様に、上記の方法のステップを実行するためのプログラムされたコンピュータを含む。
【００４７】
記述および図は、単に本発明の原理を図示するものである。したがって、当業者なら異なる構造を提案できることを理解されたい。これらの異なる構造は、本明細書には明示的に記述または図示しないが、それらは本発明の原理を具体化するものであり、本発明の精神および範囲に含まれる。さらに、本明細書に提供する例は、技術の促進のために、これらの発明者によって提供された本発明の原理および概念を理解する際に、特に読者を支援するという教育的な目的のみを主に意図するものであり、特に記述した例および条件に限定するものではないと解釈するべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態を述べた本明細書のすべての記述、およびその特定の例は、その等価物を包含するものである。
【図１】
0005497916.tif 000013
【図２】
0005497916.tif 000014
【図３】
0005497916.tif 000015
【図４】
0005497916.tif 000016
【図５】
0005497916.tif 000017