(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アップリンク（ＵＬ）チャネルと、それに対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信するＫ個のユーザ端末（ＵＴ）を有する複数ユーザ・複数入力・複数出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線システムの基地局内の汎化判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）に基づくプリコーダを用いて、ユーザシンボルを処理するための方法であって、
ユーザ端末での受信処理後に、基地局でＤＬチャネルの有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列Ｈを求めるステップと、
有効ＤＬチャネル行列Ｈの行数と同数のユーザ端末が存在するものと仮定し、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄを計算で求めるステップであって、ＵＬ共分散行列Ｄは対角行列であることを特徴とするステップと、
ＵＬ共分散行列Ｄに基づきフィルタ行列Ｃを計算で求めるステップと、
フィルタ行列Ｃに基づきフィードフォワードフィルタ行列Ｆを計算で求めるステップと、
フィードフォワードフィルタ行列Ｆとフィルタ行列Ｃとに基づき、ＧＤＦＥプリコーダの前置干渉消去段において送信機で用いられる前置干渉消去行列Ｇを計算で求めるステップと、
ＧＤＦＥプリコーダの判定帰還型等化段によりユーザシンボルを処理し、フィルタ処理後のベクトルシンボルを生成するステップとを含み、
有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列は、
【数１】
0005380605.tif 000046
であり、ここで、
【数２】
0005380605.tif 000047
は、ｋ番目のＵＴに対する有効ＤＬサブ行列
【数３】
0005380605.tif 000048
であり、Ｓｋ及びＶｋは、ｋ番目のＵＴの推定されたＤＬチャネル行列Ｈｋ  ＨＫ＝ＵＫＳＫＶＫＨの特異値分解（ＳＶＤ）から得られた行列であることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、ＵＫＨは、ｋ番目のＵＴでの受信処理で用いられ、ｋ番目のＵＴの有効ＤＬチャネルサブ行列
【数４】
0005380605.tif 000049
は、ｋ番目のＵＴにより基地局に対して与えられることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
【数５】
0005380605.tif 000050
であり、
上付き文字†は、Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ形一般逆行列を表し、
Ｓｘｘ＝ＶΣＶＨ、
で表された入力共分散行列Ｓｘｘの固有有値分解（ＥＶＤ）において、Ｖは、ユニタリ行列であり、Σは、非負の要素からなる対角行列であり、
λは、
【数６】
0005380605.tif 000051
で表された、与えられた全送信出力ＰｔのＵＬ／ＤＬ双対変数であり、
Ｖは、ユニタリ行列であり、Σは、非負の要素からなる対角行列であり、入力共分散行列Ｓｘｘは、
【数７】
0005380605.tif 000052
として計算で求められることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、
Ｃ＝ＭＲはＣのＱＲ分解（ＱＲＤ）を表し、Ｍはユニタリ行列であり、Ｒは上三角行列であり、
フィードフォワードフィルタ行列Ｆは、
【数８】
0005380605.tif 000053
で表され、前置干渉消去行列Ｇは、
【数９】
0005380605.tif 000054
で表され、上付き文字†は、Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ形一般逆行列を表すことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法は、さらに
送信フィルタの送信フィルタ行列Ｂを、
【数１０】
0005380605.tif 000055
の計算で求めるステップと、
フィルタ処理後のベクトルシンボルを送信フィルタに送り、送信信号の出力を生成するステップと、
送信フィルタの出力を、ユーザ端末との間で無線システムで通信が行われる、有効ＤＬチャネル行列Ｈで表されたＤＬチャネルに向けるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、
ＧＤＦＥプリコーダによりユーザシンボルを処理し、フィルタ処理後のベクトルシンボルを生成するステップは、
フィードフォワード経路に設けられたモジュロユニットにユーザシンボルを向けて、フィードバック経路に設けられた前置干渉消去ブロックにフィードバックされるフィルタ処理後のベクトルシンボルを生成するステップであって、前置干渉消去ブロックはＩ−Ｇで表されることを特徴とするステップと、
前置干渉消去ブロックの出力信号を、フィードフォワード経路上のモジュロユニットに入力されるユーザシンボルから差し引くステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
アップリンク（ＵＬ）チャネルと、それに対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信するＫ個のユーザ端末（ＵＴ）を有する複数ユーザ・複数入力・複数出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線システムの基地局内の汎化判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）に基づくプリコーダであって、ＧＤＦＥプリコーダは、
フィードフォワード経路と、
フィードバック経路と、
フィードバック経路に設けられたＩ−Ｇで表される前置干渉消去ブロックであって、Ｉは単位行列、Ｇは前置干渉消去行列であることを特徴とする前置干渉消去ブロックとを含んでおり、
前置干渉消去行列Ｇは、フィードフォワードフィルタ行列Ｆとフィルタ行列Ｃとに基づき計算で求め、
フィードフォワードフィルタ行列Ｆは、フィルタ行列Ｃに基づき計算で求め、
フィルタ行列Ｃは、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄに基づき計算で求め、
ＵＬ共分散行列Ｄは、有効ＤＬチャネル行列Ｈの行数と同数のユーザ端末が存在するものと仮定し計算で求め、
ＵＬ共分散行列Ｄは対角行列であり、ユーザ端末での受信処理後に、基地局でＤＬチャネルの有効ＤＬチャネル行列Ｈを求め、
有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列は、
【数１１】
0005380605.tif 000056
であり、ここで、
【数１２】
0005380605.tif 000057
は、ｋ番目のＵＴに対する有効ＤＬサブ行列
【数１３】
0005380605.tif 000058
であり、Ｓｋ及びＶｋは、ｋ番目のＵＴの推定されたＤＬチャネル行列Ｈｋ  ＨＫ＝ＵＫＳＫＶＫＨの特異値分解（ＳＶＤ）から得られた行列であることを特徴とするＧＤＦＥプリコーダ。
【請求項８】
請求項７記載のＧＤＦＥプリコーダにおいて、ＵＫＨは、ｋ番目のＵＴでの受信処理で用いられ、ｋ番目のＵＴの有効ＤＬチャネルサブ行列
【数１４】
0005380605.tif 000059
は、ｋ番目のＵＴにより基地局に対して与えられることを特徴とするＧＤＦＥプリコーダ。
【請求項９】
請求項７記載のＧＤＦＥプリコーダにおいて、
【数１５】
0005380605.tif 000060
であり、
上付き文字†は、Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ形一般逆行列を表し、
Ｓｘｘ＝ＶΣＶＨ、
で表された入力共分散行列Ｓｘｘの固有有値分解（ＥＶＤ）において、Ｖは、ユニタリ行列であり、Σは、非負の要素からなる対角行列であり、
λは、
【数１６】
0005380605.tif 000061
で表された、与えられた全送信出力ＰｔのＵＬ／ＤＬ双対変数であり、
Ｖは、ユニタリ行列であり、Σは、非負の要素からなる対角行列であり、入力共分散行列Ｓｘｘは、
【数１７】
0005380605.tif 000062
として計算で求められることを特徴とするＧＤＦＥプリコーダ。
【請求項１０】
請求項９記載のＧＤＦＥプリコーダにおいて、
Ｃ＝ＭＲはＣのＱＲ分解（ＱＲＤ）を表し、Ｍはユニタリ行列であり、Ｒは上三角行列であり、
フィードフォワードフィルタ行列Ｆは、
【数１８】
0005380605.tif 000063
で表され、前置干渉消去行列Ｇは、
【数１９】
0005380605.tif 000064
で表され、上付き文字†は、Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ形一般逆行列を表すことを特徴とするＧＤＦＥプリコーダ。
【請求項１１】
請求項７記載のＧＤＦＥプリコーダは、さらに、
フィードバック経路に設けられた前置干渉消去ブロックにフィードバックされるフィルタ処理後のベクトルシンボルＸを生成する、フィードフォワード経路に設けられたモジュロユニットを含むことを特徴とするＧＤＦＥプリコーダ。
【請求項１２】
請求項１１記載のＧＤＦＥプリコーダにおいて、
前置干渉消去ブロックの出力信号は、ユーザシンボルのストリームから差し引かれ、フィードフォワード経路に設けられたモジュロユニットに送られることを特徴とするＧＤＦＥプリコーダ。
【請求項１３】
請求項１２記載のＧＤＦＥプリコーダは、さらに、
フィードフォワード経路に設けられたモジュロユニットにより生成されるフィルタ処理後のベクトルシンボルＸのストリームをフィルタ処理する、送信フィルタ行列Ｂで表される送信フィルタを含み、
送信フィルタ行列Ｂは、
【数２０】
0005380605.tif 000065
で表されることを特徴とするＧＤＦＥプリコーダ。
【請求項１４】
ＭＵ−ＭＩＭＯ無線システムであって、
請求項１３記載のＧＤＦＥプリコーダを含む基地局と、
Ｋ個の複数ユーザ端末と、
ユーザ端末との間で無線システムで通信を行い送信フィルタの出力を受信する、ＤＬチャネル行列Ｈで表されたチャネルとを含むことを特徴とするＭＵ−ＭＩＭＯ無線システム。
【請求項１５】
アップリンク（ＵＬ）チャネルと、それに対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信するＫ個のユーザ端末（ＵＴ）を有する複数ユーザ・複数入力・複数出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線システムの基地局（ＢＳ）内の汎化判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）に基づくプリコーダであって、ＧＤＦＥプリコーダは、
ユーザシンボルを処理し、フィルタ処理後のベクトルシンボルを生成する判定帰還型等化段であって、判定帰還型等化段が、前置干渉消去段において送信機で用いられる前置干渉消去行列Ｇを有する本前置干渉消去段を含むことを特徴とする判定帰還型等化段と、
判定帰還型等化段の後でフィルタ処理後のベクトルシンボルを処理し、ユーザ端末との間で無線システムによって通信が行われる、有効ＤＬチャネル行列Ｈで表されたＤＬチャネルに向けられる送信信号の出力を生成するための送信フィルタ行列Ｂにより表された送信フィルタとを含み、
前置干渉消去行列Ｇは、フィードフォワードフィルタ行列Ｆとフィルタ行列Ｃとに基づき計算で求め、フィードフォワードフィルタ行列Ｆは、フィルタ行列Ｃに基づき計算で求め、フィルタ行列Ｃは、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄに基づき計算で求め、ＵＬ共分散行列Ｄは、有効ＤＬチャネル行列Ｈの行数と同数のユーザ端末が存在するものと仮定し計算で求め、ＵＬ共分散行列Ｄは対角行列であり、ユーザ端末での受信処理後に、基地局でＤＬチャネルの有効ＤＬチャネル行列Ｈを求める。有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列は、
【数２１】
0005380605.tif 000066
であり、ここで、
【数２２】
0005380605.tif 000067
は、ｋ番目のＵＴに対する有効ＤＬサブ行列
【数２３】
0005380605.tif 000068
であり、Ｓｋ及びＶｋは、ｋ番目のＵＴの推定されたＤＬチャネル行列Ｈｋ  ＨＫ＝ＵＫＳＫＶＫＨの特異値分解（ＳＶＤ）から得られた行列であることを特徴とするＧＤＦＥプリコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、複数入力・複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムに関し、特に、ＭＩＭＯシステム及び受信ビームフォーミングを用いた行列演算における汎化判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）を用いたプリコーダ構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
汎化判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）とは、複数ユーザ・複数入力・複数出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）通信システムのための最適な容量を求める解法を提供するものであることがよく知られている。しかし、ＧＤＦＥプリコーダに関する様々なフィルタを決定する計算コストは、しばしば許容限度を超えるものとなり、多くの実用システムに適したものではなかった。
【０００３】
複数アンテナを備えた基地局（ＢＳ）が、複数のユーザ端末（ＵＴ）に対し同時データストリームを送信してシステム容量を最適化することができるようなプリコーディング手法がいくつか知られている。一般的に、ＭＵ−ＭＩＭＯシステムでのプリコーディングは、システム容量又はビット誤り率などの所定の判断基準を最適化することを意図としたものである。以下に引用文献を記し、さらに、ここで提案する手法の関連する様態の記載を併記する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】キュー・エイチ・スペンサー（Ｑ．Ｈ．Ｓｐｅｎｃｅｒ）、エイ・エル・スウィンドルハースト（Ａ．Ｌ．Ｓｗｉｎｄｌｅｈｕｒｓｔ）及びエム・ハード（Ｍ．Ｈａａｒｄｔ）著“複数ユーザＭＩＭＯチャネルにおけるダウンリンク空間多重化のためのゼロフォーシング方法”、信号処理に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）会報、２００４年２月発行、４６１ページ〜４７１ページ［１］
【非特許文献２】シー・ウィンドパシンジャー（Ｃ．Ｗｉｎｄｐａｓｓｉｎｇｅｒ）、アール・エフ・エイチ・フィッシャー（Ｒ．Ｆ．Ｈ  Ｆｉｓｃｈｅｒ）、ティー・ベンセル（Ｔ．Ｖｅｎｃｅｌ）及びジェイ・ビー・フーバー（Ｊ．Ｂ  Ｈｕｂｅｒ）著、“複数アンテナ及び複数ユーザ通信におけるプリコーディング”、無線通信に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）会報、２００４年７月発行、１３０５ページ〜１３１６ページ［２］
【非特許文献３】ダブリュー・ユー（Ｗ．Ｙｕ）著、“複数ユーザ通信環境における競合と協力”、博士論文、スタンフォード大学、２００２年２月［３］
【非特許文献４】ダブリュー・ユー（Ｗ．Ｙｕ）及びジェイ・シオフィ（Ｊ．Ｃｉｏｆｆｉ）著、“ガウスベクトル・ブロードキャストチャネルの合計容量”、情報理論に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）会報、２００４年９月発行、１８７５ページ〜１８９２ページ［４］
【非特許文献５】エックス・シャオ（Ｘ．Ｓｈａｏ）、ジェイ・ユアン（Ｊ．Ｙｕａｎ）及びピー・ラパジク（Ｐ．Ｒａｐａｊｉｃ）著、“ＭＩＭＯブロードキャストチャネルのためのプリコーダ設計”、通信に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）国際会議（ＩＣＣ）予稿集、２００５年５月、７８８ページ〜７９４ページ［５］
【非特許文献６】エヌ・ジンダル（Ｎ．Ｊｉｎｄａｌ）、ダブリュー・リー（Ｗ．Ｒｈｅｅ）、エス・ビシュワナス（Ｓ．Ｖｉｓｈｗａｎａｔｈ）、エス・エイ・ジェイファー（Ｓ．Ａ．Ｊａｆａｒ）及びエイ・ゴールドスミス（Ａ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ）著、“複数アンテナ・ガウシアン・ブロードキャストチャネルの全出力繰返し注入”、情報理論に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）会報、２００５年４月発行、１５７０ページ〜１５８０ページ［６］
【非特許文献７】ウェイ・ユー（Ｗｅｉ  Ｙｕ）著、“ネットワーク情報理論における進歩”、離散数学及び理論計算機科学におけるＤＩＭＡＣＳシリーズ、第６６巻、１５９ページ〜１７１ページ［７］
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
キュー・エイチ・スペンサー（Ｑ．Ｈ．Ｓｐｅｎｃｅｒ）、エイ・エル・スウィンドルハースト（Ａ．Ｌ．Ｓｗｉｎｄｌｅｈｕｒｓｔ）及びエム・ハード（Ｍ．Ｈａａｒｄｔ）著“複数ユーザＭＩＭＯチャネルにおけるダウンリンク空間多重化のためのゼロフォーシング方法”、信号処理に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）会報、２００４年２月発行、４６１ページ〜４７１ページ［１］は、ブロック対角化（ＢＤ）として知られる線形プリコーディング手法を記載している。本手法は、犠牲となるＵＴチャネルのヌルスペース（Ｎｕｌｌ  Ｓｐａｃｅ）を干渉が覆うことを確実なものとすることにより、データストリームを複数の異なるＵＴに対して分離するものである。ＢＤ手法は、ＢＳとＵＴの間に、複数の分離したＭＩＭＯサブチャネルを生成するよう、有効チャネル行列を対角化するものである。この手法は実装が簡単ではあるが、システム容量にある程度の制約を課するものとなる。
【０００６】
シー・ウィンドパシンジャー（Ｃ．Ｗｉｎｄｐａｓｓｉｎｇｅｒ）、アール・エフ・エイチ・フィッシャー（Ｒ．Ｆ．Ｈ  Ｆｉｓｃｈｅｒ）、ティー・ベンセル（Ｔ．Ｖｅｎｃｅｌ）及びジェイ・ビー・フーバー（Ｊ．Ｂ  Ｈｕｂｅｒ）著、“複数アンテナ及び複数ユーザ通信におけるプリコーディング”、無線通信に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）会報、２００４年７月発行、１３０５ページ〜１３１６ページ［２］は、トムリンソン−原島プリコーディング（ＴＨＰ）として知られている非線形プリコーディング手法を記載している。本手法は、ＢＳでの連続前置干渉消去に基づいたものである。モジュロ操作を用いて、送信出力が規定値を上回ることのないようにしている。ＢＤ手法や他の線形手法とは異なり、ＴＨＰは、有効チャネル行列を対角化し、ＢＤ及び類似の手法に比べ、多少なりとも、より高いシステム容量を提供するものとなっている。しかし、本手法は、最適なシステム容量を与えるには至っていない。
【０００７】
ダブリュー・ユー（Ｗ．Ｙｕ）著、“複数ユーザ通信環境における競合と協力”、博士論文、スタンフォード大学、２００２年２月［３］、及びダブリュー・ユー（Ｗ．Ｙｕ）及びジェイ・シオフィ（Ｊ．Ｃｉｏｆｆｉ）著、“ガウスベクトル・ブロードキャストチャネルの合計容量”、情報理論に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）会報、２００４年９月発行、１８７５ページ〜１８９２ページ［４］において、ウェイ・ユー（Ｗｅｉ  Ｙｕ）は、ＧＤＦＥプリコーダを導入し、それが高レベルのシステム容量を達成することを示している。この手法の基本的な構成要素を、図１に図示する。ＧＤＦＥプリコーダは、前置干渉消去ブロック１０１を含んでいる。引用文献［２］で論じられているＴＨＰプリコーディング手法と同様に、前置干渉消去は、ｋ番目のステップで符号化されたシンボルベクトルが、（ｋ−１）個のシンボルベクタのみからの干渉を受けるだけで済むようにしている。情報シンボルｕは、前置干渉消去ブロック１０１により処理され、フィルタ処理後のベクトルシンボルｘを生成する。
【０００８】
次に、フィルタ処理後のベクトルシンボルｘは、行列Ｂで表される送信フィルタ１０３に送られ、送信信号ｙを生成する。引用文献［３］及び［４］において、“最小好適雑音”に対応した共分散行列（Ｓｚｚ）に基づいて、ＧＤＦＥプリコーダ構成要素を計算で求める手法が提案されている。その手法は、高いレベルのシステム容量を達成するものの、多くの実用システムで求められるようなリアルタイム実装を行った場合、ＧＤＦＥプリコーダ構成要素を決定するための計算コストは、許容限度を超えてしまう。
【０００９】
エックス・シャオ（Ｘ．Ｓｈａｏ）、ジェイ・ユアン（Ｊ．Ｙｕａｎ）及びピー・ラパジク（Ｐ．Ｒａｐａｊｉｃ）著、“ＭＩＭＯブロードキャストチャネルのためのプリコーダ設計”、通信に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）国際会議（ＩＣＣ）予稿集、２００５年５月、７８８ページ〜７９４ページ［５］は、理論的な最大システム容量に近い容量を達成するための、他のプリコーディング手法を提案している。そこで提案されている方法は、ＧＤＦＥプリコーダ手法に比べて、計算度がより低いものとなっている。しかし、そこで提案されている方法は、全てのデータストリームに同一の出力を割り当てるものであり、離散化された有限個のビットレート数を用いる実用システムに対しては、有効な手法とは言えない。また、そこで提案されている方法は、逆行列が存在するチャネル行列に対してのみ適用できるものと限定されおり、この状況はいつも起こりうるものとは限らない。
【００１０】
エヌ・ジンダル（Ｎ．Ｊｉｎｄａｌ）、ダブリュー・リー（Ｗ．Ｒｈｅｅ）、エス・ビシュワナス（Ｓ．Ｖｉｓｈｗａｎａｔｈ）、エス・エイ・ジェイファー（Ｓ．Ａ．Ｊａｆａｒ）及びエイ・ゴールドスミス（Ａ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ）著、“複数アンテナ・ガウシアン・ブロードキャストチャネルの全出力繰返し注入”、情報理論に関するアイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）会報、２００５年４月発行、１５７０ページ〜１５８０ページ［６］は、ＭＡＣ／ＢＣ（多重アクセスチャネル／ブロードキャストチャネル）双対性に関して、非常に有用な結果を導き出している。また、ウェイ・ユー（Ｗｅｉ  Ｙｕ）著、“ネットワーク情報理論における進歩”、離散数学及び理論計算機科学におけるＤＩＭＡＣＳシリーズ、第６６巻、１５９ページ〜１７１ページ［７］は、最小好適雑音の概念を開発している。
【００１１】
上記の引用文献の全開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の例示的な実施様態は、複数ユーザ（ＭＵ）ＭＩＭＯシステムのためのＧＤＦＥプリコーダを実現する手法を提供し、本手法は、いかなる容量損失ももたらすことなく、計算コストを大幅に削減するものである。本手法は、現在計画中の将来の“４Ｇ”携帯電話ネットワークを含む様々なＭＵ−ＭＩＭＯ無線システムの性能を向上するために好適なものである。米国特許出願番号第１２／４０１，７１１には、ＧＤＦＥプリコーダに関する様々なフィルタを決定するために、計算効率の高いフレームワークが提示されている。そのフレームワークは、容量損失をもたすことなく計算コストを減少させることにより、従来のＧＤＦＥプリコーダに関する計算複雑度を克服するものではあるが、ＧＤＦＥプリコーダに関するフィードバックオーバーヘッドが、依然として問題となる可能性がある。本発明は、ＧＤＦＥプリコーダ設計により得られる利点を維持しつつ、フィードバックオーバーヘッドを減少させるためのアルゴリズムに着目したものである。
【００１３】
本発明は、ＧＤＦＥプリコーダのフィードフォワードフィルタＦに関するフィードバックオーバーヘッドを減少させるものである。これは、受信ビームフォーミングによってダウンリンクチャネル（ＤＬ）を調整することにより達成される。さらに、全てのユーザ端末の任意の受信アンテナの間には調整がなされていないものと仮定し、修正されたＤＬチャネルを用いて、ＧＤＦＥプリコーダに関する様々な行列を計算で求める。これにより、フィードフォワードフィルタＦを完全な対角行列となるようにし、その結果、フィードバックオーバーヘッドを減少させる。また、受信ビームフォーミングを用いたチャネル調整により、受信アンテナ間の調整がないことによる容量損失が最小となることを確実なものとする。
【００１４】
本発明の一様態は、アップリンク（ＵＬ）チャネルと、それに対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信するＫ個のユーザ端末（ＵＴ）を有する複数ユーザ・複数入力・複数出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線システムの基地局内の汎化判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）に基づくプリコーダを用いて、ユーザシンボルを処理するための方法に関するものである。本方法は、ユーザ端末での受信処理後にＤＬチャネルの有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列Ｈを求めるステップと、有効ＤＬチャネル行列Ｈの行数と同数のユーザ端末が存在するものと仮定し、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄを計算で求めるステップであって、ＵＬ共分散行列Ｄは対角行列であることを特徴とするステップと、ＵＬ共分散行列Ｄに基づきフィルタ行列Ｃを計算で求めるステップと、フィルタ行列Ｃに基づきフィードフォワードフィルタ行列Ｆを計算で求めるステップと、フィードフォワードフィルタ行列Ｆとフィルタ行列Ｃとに基づき、ＧＤＦＥプリコーダの前置干渉消去段において送信機で用いられる前置干渉消去行列Ｇを計算で求めるステップと、ＧＤＦＥプリコーダの判定帰還型等化段によりユーザシンボルを処理し、フィルタ処理後のベクトルシンボルを生成するステップとを含んでいる。有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列は、
【数１】
0005380605.tif 000002
であり、ここで、
【数２】
0005380605.tif 000003
は、ｋ番目のＵＴに対する有効ＤＬサブ行列
【数３】
0005380605.tif 000004
であり、Ｓｋ及びＶｋは、ｋ番目のＵＴの推定されたＤＬチャネル行列Ｈｋ  ＨＫ＝ＵＫＳＫＶＫＨの特異値分解（ＳＶＤ）から得られた行列である。
【００１５】
本発明の他の様態は、アップリンク（ＵＬ）チャネルと、それに対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信するＫ個のユーザ端末（ＵＴ）を有する複数ユーザ・複数入力・複数出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線システムの基地局内の汎化判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）に基づくプリコーダに関するものである。ＧＤＦＥプリコーダは、フィードフォワード経路と、フィードバック経路と、フィードバック経路に設けられたＩ−Ｇで表される前置干渉消去ブロックとを含んでおり、Ｉは単位行列、Ｇは前置干渉消去行列である。前置干渉消去行列Ｇは、フィードフォワードフィルタ行列Ｆとフィルタ行列Ｃとに基づき計算で求め、フィードフォワードフィルタ行列Ｆは、フィルタ行列Ｃに基づき計算で求め、フィルタ行列Ｃは、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄに基づき計算で求め、ＵＬ共分散行列Ｄは、有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列Ｈの行数と同数のユーザ端末が存在するものと仮定し計算で求め、ＵＬ共分散行列Ｄは対角行列であり、ユーザ端末での受信処理後にＤＬチャネルの有効ＤＬチャネル行列Ｈを求める。有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列は、
【数４】
0005380605.tif 000005
であり、ここで、
【数５】
0005380605.tif 000006
は、ｋ番目のＵＴに対する有効ＤＬサブ行列
【数６】
0005380605.tif 000007
であり、Ｓｋ及びＶｋは、ｋ番目のＵＴの推定されたＤＬチャネル行列Ｈｋ  ＨＫ＝ＵＫＳＫＶＫＨの特異値分解（ＳＶＤ）から得られた行列である。
【００１６】
本発明の他の様態は、アップリンク（ＵＬ）チャネルと、それに対応するダウンリンク（ＤＬ）チャネルを介して基地局と通信するＫ個のユーザ端末（ＵＴ）を有する複数ユーザ・複数入力・複数出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線システムの基地局内の汎化判定帰還型等化器（ＧＤＦＥ）に基づくプリコーダに関するものである。ＧＤＦＥプリコーダは、ユーザシンボルを処理し、フィルタ処理後のベクトルシンボルを生成する判定帰還型等化段であって、判定帰還型等化段が、前置干渉消去段において送信機により用いられる前置干渉消去行列Ｇを有する前置干渉消去段を含んでいることを特徴とする判定帰還型等化段と、判定帰還型等化段の後でフィルタ処理後のベクトルシンボルを処理し、ユーザ端末との間で無線システムで通信が行われる、有効ＤＬチャネル行列Ｈで表されたＤＬチャネルに向けられる送信信号の出力を生成するための送信フィルタ行列Ｂにより表された送信フィルタとを含んでいる。前置干渉消去行列Ｇは、フィードフォワードフィルタ行列Ｆとフィルタ行列Ｃとに基づき計算で求め、フィードフォワードフィルタ行列Ｆは、フィルタ行列Ｃに基づき計算で求め、フィルタ行列Ｃは、アップリンク（ＵＬ）共分散行列Ｄに基づき計算で求め、ＵＬ共分散行列Ｄは、有効ＤＬチャネル行列Ｈの行数と同数のユーザ端末が存在するものと仮定し計算で求め、ＵＬ共分散行列Ｄは対角行列であり、ユーザ端末での受信処理後にＤＬチャネルの有効ＤＬチャネル行列Ｈを求める。有効ダウンリンク（ＤＬ）チャネル行列は、
【数７】
0005380605.tif 000008
であり、ここで、
【数８】
0005380605.tif 000009
は、ｋ番目のＵＴに対する有効ＤＬサブ行列
【数９】
0005380605.tif 000010
であり、Ｓｋ及びＶｋは、ｋ番目のＵＴの推定されたＤＬチャネル行列Ｈｋ  ＨＫ＝ＵＫＳＫＶＫＨの特異値分解（ＳＶＤ）から得られた行列である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の、これらの及び他の特徴並びに利点は、特定の実施様態について以下の詳細な記述により、当業者にとって明白なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、既知のＧＤＦＥプリコーダのブロック図である。
【図２】図２は、ＧＤＦＥプリコーディングを用いた通信システムのブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施様態による受信処理のフロー図である。
【図４】図４は、本発明の一実施様態によるＧＤＦＥプリコーダ実装のフロー図である。
【図５】図５は、複数ユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線システムの一例を図示し、本発明の一実施様態による、複数アンテナ基地局（ＢＳ）及び複数ユーザ端末（ＵＥ）のダウンリンクチャネル表現を示す図である。
【図６】図６は、図５の基地局におけるダウンリンク情報フローの通信ブロック図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の詳細な説明では、添付の図面を参照する。これらの図面は本明細書の一部をなすものであり、本発明対象を実施することができる詳細な実施様態が、限定するものではなく例示として、図面に示されている。図面において、同一の符号が、いくつかの図面を通して同一の構成要素に付与されている。さらに、以下に説明するように、又、図面に図示されているように、詳細な説明は、様々な例示的な実施様態を提供しているが、本発明は、明細書中で説明・図示された実施様態に限定されたものではなく、当業者にとって既知である、あるいは既知となるような他の実施様態に拡張することができる。明細書において、「一実施様態」、「本実施様態」又は「これらの実施様態」の引用表現は、実施様態に関して記載された特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも一つの実施様態に含まれることを意味するものであり、これらの語句が明細書の様々な箇所で出現するものであっても、必ずしも、これら全てが同一の実施様態を指したものではない。さらに、以下の詳細な説明においては、本発明の完全な理解を促すために多くの具体的な詳細が述べられている。しかし、これらの特定の詳細は、本発明を実施する上で必ずしも全てが必要となるものではないことは、当業者には明白なものとなる。他の状況においては、本発明を不必要に不明瞭なものとしないように、既知の構造、材料、回路、プロセス及びインターフェースは、詳細に記載しないものであってもよく、及び／又はブロック図形式で図示したものであってもよい。
【００２０】
さらに、以下の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータ内の動作のアルゴリズム及び記号表現で提示されている。これらのアルゴリズムの記載と記号表現は、本発明の本質を他の当業者に最も効率的に伝達するために、当業者がデータ処理技術において用いる手段となっている。アルゴリズムとは、所望の最終状態又は結果に到るように定義された、一連の処理ステップである。本発明において、実行される処理ステップは、具体的な結果を達成するために、具体的な数量を物理的に操作することを必要とする。通常、必ずしも必須なことではないが、これらの数量は、電気的又は磁気的信号の形式、あるいは格納、伝送、組合せ、比較及び他の操作が可能な命令の形式となっている。時として、共通して使用するという目的のために、ビット、値、要素、記号、文字、数値、命令、又は同様の物として、これらの信号を用いることが原理的に都合がよいとされてきた。しかし、これらの用語や同様の用語の全ては、適切な物理量と関連付けて扱うべきものであり、これらの数量に適用された都合のよい単なるラベルであるということに、気を付けるべきである。以下で論じていることからも明らかなように、特に明記しない限り、全体の記載を通して、「処理する」、「計算で求める」、「計算する」、「決定する」、「表示する」又は同様の用語を用いて論じている内容は、物理的（電子的）数量で表された、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内のデータを操作し、同様にコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ、あるいは他の情報記憶装置、伝送装置又は表示装置に内の物理的数量として表現された他のデータに変換するという、コンピュータシステム又は他の情報処理装置の動作及び処理プロセスを含むことができる。
【００２１】
また、本発明は、本明細書の操作を実行するための装置に関する。本装置は、要求された目的のために特別に構成されたものであってもよいし、あるいは、一つあるいはそれ以上の数のコンピュータプログラムにより選択的に実行開始又は再構成される一つあるいはそれ以上の数の汎用コンピュータを含むものであってよい。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体、例えば、以下のものに限定されるものではないが、光ディスク、磁気ディスク、読出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、半導体装置及びドライブ、あるいは電子情報を記憶するのに好適な任意の形式の媒体に記憶されたものであってもよい。本明細書で提示されたアルゴリズム及び表示は、任意の特定のコンピュータ又は他の装置に本質的に関連付けられたものではない。本明細書の教示によるプログラム及びモジュールとともに、様々な汎用システムを用いてもよいし、あるいは所望の方法の処理ステップを実行するために、さらに特定の装置を構成することが好都合となってもよい。さらに、本発明は、特定のプログラム言語に依存して記載されたものではない。様々なコンピュータ言語を用いて、本明細書に記載された本発明の教示する内容を実装してもよい。一つのプログラム言語あるいは複数のプログラム言語の命令は、一つあるいはそれ以上の数の処理装置、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、プロセッサ又はコントローラにより、実行されるものであってよい。
【００２２】
本発明の例示的な実施様態は、以下に詳細に説明するように、ＭＩＭＯシステムにおけるＧＤＦＥプリコーダ構成及び、受信ビームフォーミングを用いた行列計算のための装置、方法及びコンピュータプログラムを提供する。
【００２３】
Ａ．システムモデル
【００２４】
最初に、ここで用いられるシステムモデル及び記法を説明する。基地局（ＢＳ）は、Ｎｔ個のアンテナを有するものとし、各々がＬｋ個のアンテナを有する総数Ｋ個の利用者端末（ＵＴ）が存在するものとする。全ＵＴのアンテナ総数Ｌは、Ｌ＝Σｋ＝１Ｋ  Ｌｋと表される。Ｈｋは、ＢＳとｋ番目のＵＴとの間の、次元｛Ｌｋ×Ｎｋ｝のチャネル利得マトリックスを表すものとする。ＢＳとＫ個のＵＴとの間の組み合わせチャネル利得マトリックスは、｛Ｌ×Ｎｔ｝の次元を有し、
【数１０】
0005380605.tif 000011
により与えられる。ここで、上付き文字Ｔは、行列の転置を表す。
【００２５】
ｕｋは、ｋ番目のＵＴに対する入力シンボルベクトルを表すものとし、積み重ねられた入力ベクトルは、
【数１１】
0005380605.tif 000012
として表すことができるものとなる。ｕの長さは、ＢＳにおけるアンテナの数を上回ることはないものと仮定する。また、追加の制約としてＳｕｕ＝Ｅ［ｕｕＨ］＝Ｉを仮定する。ここで、Ｅ［．］は引数の時間平均を表し、上付き文字Ｈは共役転置を表し、Ｉは単位行列を表す。
【００２６】
Ａ．１  定義
【００２７】
図２に、基地局２１０及びユーザ端末２２０Ｉ−２２０ｋを有するＭＵ−ＭＩＭＯシステムの機能ブロック図を示す。各ユーザ端末には、フィードフォワードフィルタＦ１−ＦＫを有している。通信は、チャネル行列Ｈで示されたチャネル２３１を介して行われる。基地局は、フィードフォワード経路及びフィードバック経路を含むＧＤＦＥプリコーダを含んでいる。フィードフォワード経路では、モジュロユニット２３３が、フィルタ処理後のベクトルシンボルＸのストリームを生成するが、これらのシンボルＸは、送信信号ストリームｙを生成する送信フィルタ２３５によりフィルタ処理される。フィードバック経路では、シンボルＸは、単位行列Ｉから前置干渉消去行列Ｇを差し引いた行列で表わされる前置干渉消去ブロック２３７を介してフィードバックされる。ユーザシンボルｕのストリームから、前置干渉消去ブロック２３７の出力信号を差し引き、その結果をモジュロユニット２３３への入力とする。
【００２８】
本システムモデルに関するその他の特徴とパラメータを以下に説明する。
【００２９】
１）前置干渉消去行列（Ｇ）：  本行列は、図２に示すＧＤＦＥプリコーダの前置干渉消去段で用いられる。本行列の主目的は、前置干渉消去のために、入力シンボルベクトルｕを処理することである。この行列の構造は、各々がａｋの大きさの単位行列であるブロック対角サブ行列からなる上三角行列の構造となっている。
【００３０】
２）ダウンリンクチャネルの入力共分散行列（Ｓｘｘ）：Ｓｘｘ＝Ｅ［ｘｘＨ］として定義され、送信出力に対する制約、すなわち、ｔｒａｃｅ（Ｓｘｘ）≦Ｐｔを満足する。ここで、Ｐｔは、利用可能な全送信出力を表し、ｔｒａｃｅ（．）は、行列引数の対角要素の総和を示す。ダウンリンクチャネルの入力共分散行列は、前記Ｎｔ個の送信アンテナの中の異なるアンテナから送信されたシンボルの依存度を表すものであり、対角行列要素の総和は、Ｎｔ個の送信アンテナからの意図した全送信出力を表すものである。以下の説明では、Ｓｘｘは、その固有値分解（ＥＶＤ）を用いて、
【数１２】
0005380605.tif 000013
として表され、ここで、Ｖは、ユニタリ行列であり、Σは、非負の要素からなる対角行列である。
【００３１】
３）送信フィルタ（Ｂ）：  本行列は、図２に示したＧＤＦＥプリコーダのＤＦＥ段の後で得られるシンボルベクトルｘを処理するために用いられる。本行列は以下の式により表される。
【数１３】
0005380605.tif 000014
ここで、Ｍは、ユニタリ行列であり、行列｛Ｖ，Σ｝は、式（１）での定義と同一である。
【００３２】
４）最小好適雑音共分散行列（Ｓｚｚ）：  本行列は、全てのＵＴが完全に調整されたものと仮定した際に、最小のシステム容量をもたらす雑音共分散行列と見なすことができる。本行列は、そのブロック対角サブ行列がａｋの大きさの単位行列となっている正定値エルミート行列である。本行列は、ユー（Ｙｕ）及びシオフィ（Ｃｉｏｆｆｉ）による引用文献［４］における式（６７）で示されているのと同様の方法で定義される。
【００３３】
５）アップリンクチャネル（Ｄ）の入力共分散行列：  引用文献［７］における式（３．６）と同様に、チャネル行列ＨＨを有する等価アップリンクチャネル／媒体アクセスチャネル（ＭＡＣ）の入力ベクトルのシンボル間の相関として定義される。行列Ｄの構造は、ブロック対角行列の構造であり、送信出力に対する制約、すなわち、ｔｒａｃｅ（Ｄ）≦Ｐｔを満足する。ここで、Ｐｔは、利用可能な全送信出力を表す。Ｄの各ブロック対角サブ行列は、アップリンクチャネルの特定のＵＴに対する入力共分散行列を表す。最適な容量となるＤは、引用文献［６］に示された方法を用いて計算することができる。
【００３４】
Ａ．２  送信処理
【００３５】
図２に示すように、ＧＤＦＥプリコーダは、Ｉ−Ｇで示された前置干渉消去ブロックを含んでおり、Ｇは、ブロック上三角行列の構造を有している。引用文献［２］のＴＨＰプリコーディング手法と同様に、フィードバック行列Ｇが三角行列構造となっていることにより、ｋ番目のステップでエンコードされるシンボルベクトルは、（ｋ−１）個のシンボルベクトルからのみ干渉を受けるものとなる。ベクトル
【数１４】
0005380605.tif 000015
のｘｋ番目のサブベクトルは、以下の関係式を用いて生成される。
【数１５】
0005380605.tif 000016
ここで、Ｇｋｍは、ベクトルシンボルｘｍによる干渉をｘｋから前置消去するのに必要なベクトルシンボルＧのサブ行列である。これらのサブベクトルは逆順に生成され、ｘｋが最初に生成されるベクトルであり、ｘ１が最後に生成されるものとなる。３つのＵＴを有する場合に対する行列Ｇの構造の例を以下に示す。
【数１６】
0005380605.tif 000017
【００３６】
この特定の例においては、ｘ３を最初に生成し、その後、サブマトリックスＧ２３を用いて、ｘ３による干渉が差し引かれたｘ２を生成する。最後に、ｘ２及びｘ３による干渉を差し引いた後にｘ１を生成する。また、式（３）中のベクトルαｋの複素要素を、以下の集合の中から選択する。
【数１７】
0005380605.tif 000018
【００３７】
αｋの要素は、結果として得られるベクトルｘｋの要素が、幅
【数１８】
0005380605.tif 000019
の正方領域に収まるように選択される。この選択のしかたにより、前置干渉消去を可能としながらも、全送信出力を制限することも可能となる。
【００３８】
次に、ベクトルＸを、送信フィルタＢに送り、以下の関係により与えられるベクトルｙを生成する。
【数１９】
0005380605.tif 000020
【００３９】
ベクトルｙの要素を、基地局の各アンテナ素子に対応付けることにより、ベクトルｙを送信する。
【００４０】
Ｂ．受信処理
【００４１】
図３は、受信処理のブロック図である。各ＵＴは、ＢＳに関して対応するＤＬチャネルを決定する。ここで、Ｈｋは、ｋ番目のＵＴに関する推定されたＤＬチャネル行列を表す（ステップ３０２）。ステップ３０４において、ＵＴは、次式のように特異値分解（ＳＶＤ）を行う。
【数２０】
0005380605.tif 000021
ここで、Ｕｋは左特異ベクトルを表し、Ｓｋは、対角成分を構成する特異値を有する対角行列を表し、Ｖｋは右特異ベクトルを表す。
【００４２】
ＵＴは、受信プロセスとしてＵＫＨを用い、ＢＳに対して以下の推定されたチャネルを通知することを提案する（ステップ３０６）。
【数２１】
0005380605.tif 000022
【００４３】
ｋ番目のＵＴで用いられる（ＢＳにより計算で求められ、各ＵＴに送られる）フィードフォワードフィルタを、Ｆｋと表す（ステップ３０８）。なお、このフィルタは、次元｛ａｋ×Ｌｋ｝の行列であり、ａｋ×は、ベクトルｕｋの長さを表す。ここで、ｋ番目のＵＴに関するデータに対応するベースバンドベクトルは、次式で推定することができる。
【数２２】
0005380605.tif 000023
ここで、ｘは、図１で示した前置干渉消去ステップの後、入力シンボルベクトルｕから導出されたシンボルベクトルである。フィルタＢは出力共分散行列であり、ｋ番目のＵＴでの雑音はｎｋにより表される。フィードフォワードフィルタＦｋは、完全な対角行列である。ステップ３１０において、受信処理マトリックスを計算で求め、ＦＫＵＫＨとする。ステップ３１２において、入力データベクトルｒｋを処理し、送信ベースバンドベクトルを取り出し、
【数２３】
0005380605.tif 000024
とする。
【００４４】
Ｂ．送信処理及びＧＤＦＥプリコーダ行列の計算
【００４５】
図４は、ＧＤＦＥプリコーダ実装の処理フロー図である。ステップ４０２において、受信処理（図３参照）の後、プログラムは有効ＤＬチャネルを取得する。有効ＤＬチャネル行列は、以下の式で表すことができる。
【数２４】
0005380605.tif 000025
ここで、
【数２５】
0005380605.tif 000026
は、式（８）で与えられたｋ番目のＵＴの有効ＤＬチャネルに対応するサブ行列である。ステップ４０４において、チャネル行列Ｈの行数と同数のＵＴが存在するものと仮定し、最適なアップリンク共分散行列Ｄを計算で求める。この仮定は重要な条件であり、全ＵＴにおいて、いずれの受信アンテナの間にも調整がなされていないことを示すものである。引用文献［６］又は米国特許出願番号第１２／５５４，０８２号で出願されているアルゴリズムを用いて、Ｄを計算で求めることができる。なお、“いずれの受信アンテナの間にも調整がなされていない”条件がＤに対して与えられていることにより、Ｄは完全な対角行列となることが保証される。
【００４６】
ステップ４０６において、ＤＬチャンネル（Ｓｘｘ）に対応する入力共分散行列を計算で求める。引用文献［７］は、次式により、ＵＬの入力共分散行列と対応するＤＬチャネルとの間の関係を与えるものである。
【数２６】
0005380605.tif 000027
ここで、λは、引用文献［７］で定義されているＵＬ／ＤＬ双対変数であり、次式により計算で求めることができる。
【数２７】
0005380605.tif 000028
【００４７】
ステップ４０８において、米国特許出願番号第１２／４０１，７１１号記載の式の導入に従い、フィルタ行列Ｃを計算で求める。
【数２８】
0005380605.tif 000029
【００４８】
ステップ４１０において、Ｃ＝ＭＲは、ＣのＱＲ分解（ＱＲＤ）を表し、Ｍはユニタリ行列であり、Ｒは上三角行列である。以下のように、様々なＧＤＦＥ関係の行列（送信フィルタＢ、フィードバックフィルタＧ及びフィードフォワードフィルタＦ）を計算で求めることができる。ステップ４１２において、プログラムは送信フィルタＢを、次式の計算で求める。
【数２９】
0005380605.tif 000030
【００４９】
ステップ４１４において、行列Ｒの対角要素からサブ行列Ｆ１，Ｆ２，...，Ｆｋを抽出し、それらを全てのＵＴに送る。
【数３０】
0005380605.tif 000031
【００５０】
ステップ４１６において、プログラムは、フィードバック行列Ｇを計算で求める。
【数３１】
0005380605.tif 000032
ここで、上付き文字†は、Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ形一般逆行列を表す。
【００５１】
ＢＳは、各ＵＴに、受信処理に必要な対応するサブ行列Ｆ１，Ｆ２,...,Ｆｋを送る。
【００５２】
Ｃ．数値解法例
【００５３】
以下の数値例は、本発明のＧＤＦＥプリコーダの設計に含まれる様々な行列の計算を示すものである。４つのアンテナを有するＢＳと、各々２つのアンテナを有する２ユーザが存在しているものとし、両方のユーザに対するチャネル行列は、２×４の次元となっている。送信出力は２０であると仮定する。簡単化のため、実際のチャネルを次式のように与える。
【数３２】
0005380605.tif 000033
【００５４】
次に、Ｈ１及びＨ２のＳＶＤ分解を、次式のように計算で求める。
【数３３】
0005380605.tif 000034
【００５５】
次に、２ユーザに対する、提案されたＵＫＨによる受信処理後の有効チャネルは、次式で与えられる。
【数３４】
0005380605.tif 000035
【００５６】
以上から、全体の有効ダウンリンクチャネルは、次式で与えられる。
【数３５】
0005380605.tif 000036
【００５７】
次に、有効チャネル行列
【数３６】
0005380605.tif 000037
の行数（すなわち４）と同数のＵＴが存在しているものと仮定し、等価ＭＡＣチャネルに対する出力共分散行列Ｇを計算で求める。数値解は、引用文献［６］に示されたアルゴリズムを用いて、４回の収束計算で求めることができる。
【数３７】
0005380605.tif 000038
【００５８】
次に、所定の２０の送信出力に対し、式（１１）を用いて、最適な送信出力共分散行列Ｓｘｘを計算で求めることができる。
【数３８】
0005380605.tif 000039
【００５９】
固有値分解（ＥＶＤ）Ｓｘｘ＝ＶΣＶＨを、次式のように計算で求めることができる。
【数３９】
0005380605.tif 000040
【００６０】
次に、行列Ｃ及びそのＱＲ分解を、次式のように計算で求める。
【数４０】
0005380605.tif 000041
【００６１】
次に、送信フィルタＢを、次式のように計算で求める。
【数４１】
0005380605.tif 000042
【００６２】
有効フィードフォワードフィルタを、次式のように計算で求めることができる。
【数４２】
0005380605.tif 000043
【００６３】
従って、２ユーザは、以下のフィードフォワードフィルタを用いて、ベースバンド信号処理を行うことができる。
【数４３】
0005380605.tif 000044
【００６４】
前置干渉消去行列Ｇは、次式のように計算で求めることができる。
【数４４】
0005380605.tif 000045
【００６５】
Ｄ．無線送信システム
【００６６】
図５は、本発明の一実施様態による、複数ユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）無線システムの一例を図示したものであり、複数アンテナ基地局（ＢＳ）と複数ユーザ端末（ＵＥ）のダウンリンクチャネルを示すものである。
【００６７】
Ｄ．１  チャネル行列定義
【００６８】
基地局（ＢＳ）と複数のユーザ端末（ＵＥ）との間のダウンリンクチャネルは、通常、行列Ｈとして表され、この行列の行数はＵＥのアンテナの総数と等しく、また行列の列数はＢＳの送信アンテナの数と等しい。（ｉ，ｊ）番目の行列要素は、図５に示すように、ｉ番目の送信アンテナとｊ番目の受信アンテナの間の複素チャネル利得ｈｉｊを表している。特に、複素チャネル利得ｈｉｊは、送信信号が無線チャネルで送られる際の増幅度（又は減衰度）を表している。
【００６９】
Ｄ．２  チャネル行列推定
【００７０】
ＯＦＤＭＡ等の周波数分割二重化（ＦＤＤ）システムにおいては、複素チャネル利得ｈｉｊは、通常、ＵＥ端で推定を行う。チャネル推定処理は、以下に示すものとなる。最初に、ＢＳにおいて、アンテナ番号１が基準信号を送信する。全てのＵＥが、各受信アンテナで受信した受信信号を推定する。全てのＵＥに対して、基準信号は既知であるので、（雑音レベルは、基準信号出力よりも十分下回ると仮定し）１番目の送信アンテナに対応するチャネル利得を決定することができる。さらに、この処理を、送信アンテナン番号２からＮｔに対して繰返し行う。
【００７１】
このようにして、ｋ番目のＵＥに対応するチャネル行列Ｈｋを推定することができる。その後、全てのＵＥは、専用フィードバックチャネルを用いて、それらの各チャネルをＢＳに対して通知する。次に、ＢＳは、個々のチャネル行列を合体し、全体のチャネル行列Ｈを求める。
【００７２】
時分割二重化（ＴＤＤ）システムにおいては、チャネルの相反特性（すなわち、ＵＬ及びＤＬチャネルが、何らかの数学的表現により関係付けられている特性）を活用し、ＢＳでチャネル行列を推定することができる。このようなシステムでは、所定の時間で、ＵＥの１つが、所定のアンテナを用いて基準信号を送信する。この信号は、ＢＳの全てのアンテナにより捕獲され、その結果、対応するチャネル利得を知ることができる。この処理は、全てのＵＥにより、その利用可能な全てのアンテナに対して繰り返し行われ、その結果、完全なアップリンクチャネル行列を推定することができる。次に、ＢＳは、（複素共役などの）いくつかの数学的変換を用いて、等価なダウンリンクチャネルを求めることができる。
【００７３】
Ｄ．３  基地局からユーザ端末への情報フロー
【００７４】
図６は、図５の基地局における、ダウンリンク情報フローの通信ブロック図の一例を図示したものである。複数の異なるＵＥに送られる情報は、異なる複数のコードワード（一つあるいはそれ以上の数のコードワードを、単一のＵＥに割り当てることができる）により表現されている。次に、所定のコードワード内のビットを、ＢＳ及びＵＥの両方に対して既知となっている予め定められた暗号化コードを用いて暗号化する（暗号化ブロック）。次に、暗号化されたビットは、（例えば、ＧＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ等の）複素変調シンボルにマッピングされる（変調マッピングブロック）。次に、これらの情報シンボルは、図６に示すように、レイヤ（複素シンボルのストリーム）にマッピングされる（レイヤマッパブロック）。レイヤの数は、通常、チャネル行列Ｈのランク以下である。次に、複数の異なるレイヤにマッピングされた情報シンボルは、（ＧＤＦＥ又はＴＨＰ等を実装した）プリコーディングブロックで処理される。次に、プリコードされたシンボルは、（ＯＦＤＭトーンと時間スロットの矩形グリッドである）資源要素マッパブロック内の資源要素にマッピングされる。次に、これらのシンボルは、ＯＦＤＭ信号発生器に送られ、その出力は送信アンテナ部にマッピングされる。
【００７５】
また、本発明を実装した計算機及び記憶システムは、上述した発明を実装するために用いられるモジュール、プログラム及びデータ構造を格納、読み出し可能な既知のＩ／Ｏ装置（例えば、ＣＤ及びＤＶＤドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ハードドライブ等）を備えることができる。これらのモジュール、プログラム及びデータ構造は、このようなコンピュータで読み取り可能な媒体上で符号化できる。例えば、本発明のデータ構造は、本発明で用いられるプログラムが格納された一つあるいはそれ以上の数のコンピュータで読み取り可能な媒体とは独立した、コンピュータで読み取り可能な媒体に格納することができる。システムの構成要素は、例えば、通信ネットワーク等のデジタルデータ通信の任意の形式又は媒体により、相互に接続することができる。通信ネットワークの例としては、ローカルエリアネットワークや、インターネット、無線ネットワーク、ストレージエリアネットワークやその他等のワイドエリアネットワークがある。
【００７６】
以上の記述では、本発明を完全な理解を提供するために、説明の目的のために、多くの詳細を提示した。しかし、当業者にとっては、本発明を実施するために、これらの特定の詳細の全てが必ずしも必須ではないことは明白である。また、本発明は、処理プロセスとして記述してもよく、このプロセスは、通常、フローチャート、フロー図、構造図あるいはブロック図で表現されている。フローチャートは、順序プロセスとして操作を記述することができるが、多くの操作は、並行して又は同時に実行することもできる。さらに、これらの操作の順序は再配置してもよい。
【００７７】
従来例においてよく知られているように、上述した操作は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはソフトウェア及びハードウェアの組み合わせにより実行することができる、本発明の実施様態の様々な側面は、回路及び論理装置（ハードウェア）を用いて実行してもよく、一方で、その他の側面は、機械で読み取り可能な媒体上に格納された命令（ソフトウェア）を用いて実装してもよい。この命令は、プロセッサで実行する場合には、プロセッサに本発明の実施様態を実行するための方法を実行させるものとなる。さらに、本発明のいくつかの実施様態は、ハードウェアでのみ実行し、一方、その他の実施様態は、ソフトウェアでのみ実行してもよい。さらに、上述した様々な機能は、単一のユニットで実行することもできるし、あるいは、いくつかの方法においては複数の構成要素により実行することもできる。ソフトウェアで実行する際には、これらの方法は、汎用コンピュータ等のプロセッサにより、コンピュータで読み取り可能な媒体に格納された命令に従って実行してもよい。望ましい場合には、これらの命令は、媒体上に圧縮及び／又は暗号化された状態で格納することもできる。
【００７８】
以上より、本発明は、ＭＩＭＯシステムでのＧＤＦＥプリコーダ構成と、受信ビームフォーミングを用いた行列演算のための、方法、装置及びコンピュータで読み取り可能な媒体に格納されたプログラムを提供するものであることは明白である。さらに、本明細書では特定の実施様態を図示、説明してきたが、同一の目的を達成するために計算される任意の構成を、開示された特定の実施様態に代えることもできることは、当業者であれば理解するところである。本開示は、本発明の任意及び全ての改作又は変形をも包含しようとするものであり、以下のクレームで用いられる用語は、本発明を、本明細書で開示された特定の実施様態に限定するものではない。むしろ、本発明の範囲は本願特許請求の範囲によってのみ決まるべきものであって、特許請求の範囲は、既に確立されている請求項解釈の原則に従って解釈されるべきである。
【図１】
0005380605.tif 000069
【図２】
0005380605.tif 000070
【図３】
0005380605.tif 000071
【図４】
0005380605.tif 000072
【図５】
0005380605.tif 000073
【図６】
0005380605.tif 000074