(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークの構成を決定するための方法であって、該構成は前記無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることを目的とし、複数の複素変調シンボルフローが前記無線通信ネットワークの各発信元デバイスによって同じリソース上で送信され、各発信元デバイスはそれぞれの宛先デバイスに関連付けられ、各発信元デバイスは前記同じリソース上で少なくとも１つの複素変調シンボルフローをそれらに関連付けられている宛先デバイスに送信し、該方法は、
−  各発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列の組と、前記無線通信ネットワークの中継デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列の組とを取得するステップと、
−  前記中継デバイスがプリコーディングを適用しなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択するステップと、
−  少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるために、各発信元デバイスによって送信された複素変調シンボルと同じリソース上で、プリコーディングされた複素変調シンボルを送信できるようにするために前記プリコーディングを適用するための、前記中継デバイスによって使用されることを目的とするプリコーディング行列を求めるステップと
を含み、
前記プリコーディング行列は、前記第１のチャネル行列の組及び前記第２のチャネル行列の組と、前記選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローと、前記中継デバイスに適用可能な送信電力制約とに基づいて求められ、
前記求めるステップは、前記選択するステップにおいて選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローにおいて観測される干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列を求めることにあり、前記干渉は前記複素変調シンボルフローが送信される宛先デバイスによって観測され、前記関数は前記送信電力制約に対応する制約を受けることを特徴とする、無線通信ネットワークの構成を決定するための方法。
【請求項２】
前記選択するステップは、各宛先デバイスから、該宛先デバイスによって受信されることを目的とすると共に該宛先デバイスが複素変調シンボルを復号するのに成功できるか又はできない、少なくとも１つの複素変調シンボルフローを示す情報を取得するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記選択するステップは、前記中継デバイスが複素変調シンボルを復号できる少なくとも１つの複素変調シンボルフローを識別するステップを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記送信電力制約は、前記中継デバイスの１組の送信アンテナ全体のための全送信電力バジェットに関連付けられるか、又は前記中継デバイスの送信アンテナごとの個々の送信電力バジェットに関連付けられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記関数は、前記少なくとも１つの宛先デバイスによって最小平均二乗誤差フィルタリングを適用した後に残留する、前記少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号間の干渉を表すことを特徴とし、前記求められたプリコーディング行列は前記関数の最小値に対応することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記関数は、
−  選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローが送信される任意の宛先デバイスによって受信される信号間の最大干渉を表すか、
−  選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローが送信される各宛先デバイスによって受信される信号間の干渉の和を表すか、又は
−  選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローが送信される各宛先デバイスによって受信される信号間の干渉の一般化平均を表す
ことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記関数は、少なくとも１つの発信元デバイスとそれに関連付けられている宛先デバイスとの間の送信チャネルの容量を表すことを特徴とし、前記求められたプリコーディング行列は前記関数の最大値に対応することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記関数は、
−  選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローを送信する任意の発信元デバイスとそれに関連付けられている宛先デバイスとの間の最小送信チャネル容量を表すか、
−  選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローを送信する各発信元デバイスとそれらに関連付けられている各宛先デバイスとの間の送信チャネル容量の和を表すか、又は
−  選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローを送信する各発信元デバイスとそれらに関連付けられている各宛先デバイスとの間の送信チャネル容量の一般化平均を表す
ことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記求めるステップは、
−  ラグランジュ乗数法を用いて前記関数の極値に対応するプリコーディング行列を求めること、又は
−  前記関数の極値に対応するプリコーディング行列を繰り返し求めるために勾配降下法を用いること、又は
−  複数のプリコーディング行列を取得して該複数のプリコーディング行列の中からどのプリコーディング行列が前記関数の極値に対応するかを判断すること
にあることを特徴とする、請求項４〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるための方法であって、複数の複素変調シンボルフローが前記無線通信ネットワークの各発信元デバイスによって同じリソース上で送信され、各発信元デバイスはそれぞれの宛先デバイスに関連付けられ、各発信元デバイスは前記同じリソース上で少なくとも１つの複素変調シンボルフローをそれらに関連付けられている宛先デバイスに送信し、前記無線通信ネットワークの中継デバイスが、
−  各発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列の組と、前記中継デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列の組とを取得するステップと、
−  前記中継デバイスがプリコーディングを適用しなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択するステップと、
−  少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることを目的とするプリコーディング行列を求めるステップであって、該プリコーディング行列は、前記第１のチャネル行列の組及び前記第２のチャネル行列の組と、前記選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローと、前記中継デバイスに適用可能な送信電力制約とに基づいて求められる、求めるステップと、
−  プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために、前記求められたプリコーディング行列を用いることによって、前記選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローに前記プリコーディングを適用するプリコーディングステップと、
−  前記発信元デバイスによって送信された複素変調シンボルと同じリソース上で前記プリコーディングされた複素変調シンボルを送信するステップと
を実行し、
前記求めるステップは、前記選択するステップにおいて選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローにおいて観測される干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列を求めることにあり、前記干渉は前記複素変調シンボルフローが送信される宛先デバイスによって観測され、前記関数は前記送信電力制約に対応する制約を受けることを特徴とする、無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるための方法。
【請求項１１】
前記選択するステップは、各宛先デバイスから、該宛先デバイスによって受信されることを目的とすると共に該宛先デバイスが複素変調シンボルを復号できる、少なくとも１つの複素変調シンボルフローを示す情報を取得するステップを含むことを特徴とし、
前記プリコーディングステップは、少なくとも１つの発信元デバイスから受信された複素変調シンボルを復号した後に前記中継デバイスによって生成される複素変調シンボルに前記プリコーディングを適用すること、又は少なくとも１つの発信元デバイスから受信された複素変調シンボルの推定値に前記プリコーディングを適用することにあることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記選択するステップは、前記中継デバイスが複素変調シンボルを復号できる少なくとも１つの複素変調シンボルフローを識別するステップを含むことを特徴とし、
前記プリコーディングステップは、前記中継デバイスが復号できる前記複素変調シンボルに前記プリコーディングを適用することにあることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
無線通信ネットワークの構成を決定するためのデバイスであって、該構成は前記無線電気通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることを目的とし、複数の複素変調シンボルフローが前記無線通信ネットワークの各発信元デバイスによって同じリソース上で送信され、各発信元デバイスはそれぞれの宛先デバイスに関連付けられ、各発信元デバイスは前記同じリソース上で少なくとも１つの複素変調シンボルフローをそれらに関連付けられている宛先デバイスに送信し、該デバイスは、
−  各発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列の組と、前記無線通信ネットワークの中継デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列の組とを取得する手段と、
−  前記中継デバイスがプリコーディングを適用しなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択する手段と、
−  少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるために、各発信元デバイスによって送信された複素変調シンボルと同じリソース上で、プリコーディングされた複素変調シンボルを送信できるようにするために前記プリコーディングを適用するための、前記中継デバイスによって使用されることを目的とするプリコーディング行列を求める手段と
を備え、
前記求める手段は、前記プリコーディング行列が前記第１のチャネル行列の組及び前記第２のチャネル行列の組と、前記選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローと、前記中継デバイスに適用可能な送信電力制約とに基づいて求められるように構成され、
前記求める手段は、前記選択する手段において選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローにおいて観測される干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列を求め、前記干渉は前記複素変調シンボルフローが送信される宛先デバイスによって観測され、前記関数は前記送信電力制約に対応する制約を受けることを特徴とする、無線通信ネットワークの構成を決定するためのデバイス。
【請求項１４】
無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるための中継デバイスであって、複数の複素変調シンボルフローが前記無線通信ネットワークの各発信元デバイスによって同じリソース上で送信され、各発信元デバイスはそれぞれの宛先デバイスに関連付けられ、各発信元デバイスは前記同じリソース上で少なくとも１つの複素変調シンボルフローをそれらに関連付けられている宛先デバイスに送信し、該中継デバイスは、
−  各発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列の組と、前記中継デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列の組とを取得する手段と、
−  前記中継デバイスがプリコーディングを適用しなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択する手段と、
−  少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることを目的とするプリコーディング行列を求める手段であって、該プリコーディング行列は、前記第１のチャネル行列の組及び前記第２のチャネル行列の組と、前記選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローと、前記中継デバイスに適用可能な送信電力制約とに基づいて求められる、求める手段と、
−  プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために、前記求められたプリコーディング行列を用いることによって、前記選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローに前記プリコーディングを適用するプリコーディング手段と、
−  前記発信元デバイスによって送信された複素変調シンボルと同じリソース上で前記プリコーディングされた複素変調シンボルを送信する手段と
を備え、
前記求める手段は、前記選択する手段において選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローにおいて観測される干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列を求め、前記干渉は前記複素変調シンボルフローが送信される宛先デバイスによって観測され、前記関数は前記送信電力制約に対応する制約を受けることを特徴とする、無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるための中継デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は包括的には、無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスによってそれぞれ受信される信号の品質を高めるための方法及びデバイスに関する。それらの信号は、同じリソース上で送信される複数の複素変調シンボルフローによって生成される干渉を受けている。
【背景技術】
【０００２】
無線通信ネットワークの枠組みにおいて、幾つかの発信元デバイスが同じリソースを用いてそれぞれの宛先デバイスに信号を送信するときに干渉が生じる。干渉は宛先デバイスによって受信される信号の品質を劣化させ、それゆえ、無線通信ネットワークの性能全体を低下させる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常の無線通信ネットワークにおいて生じる上記の問題を克服することが望ましい。
【０００４】
詳細には、複数の複素変調シンボルフローが同じリソースを用いて宛先デバイスにそれぞれ送信されるとき、無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることができるようにする解決策を提供することが望ましい。
【０００５】
複数の複素変調シンボルフローが同じリソースを用いて宛先デバイスにそれぞれ送信されるとき、無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスによってそれぞれ受信される信号の中の少なくとも１つの信号のＳＩＮＲ（信号対干渉＋雑音比）を高めることができるようにする解決策を提供することが更に望ましい。
【０００６】
複数の複素変調シンボルフローが同じリソースを用いて宛先デバイスにそれぞれ送信されるとき、複数のフローのうちの或るフローと任意の他のフローとによって生成される干渉を低減できるようにする解決策を提供することが更に望ましい。
【０００７】
さらに、複数の宛先デバイスを有する無線通信ネットワークの上記の状況において、１つ又は複数のフローが各宛先デバイスに向けられるときに、信号品質を高める解決策を提供することが更に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のために、本発明は、無線通信ネットワークの構成を決定するための方法に関する。当該構成は無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることを目的とし、複数の複素変調シンボルフローが無線通信ネットワークの各発信元デバイスによって同じリソース上で送信され、各発信元デバイスはそれぞれの宛先デバイスに関連付けられ、各発信元デバイスは同じリソース上で少なくとも１つの複素変調シンボルフローをそれらに関連付けられている宛先デバイスに送信する。この方法は、
−  各発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列の組と、無線通信ネットワークの中継デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列の組とを取得するステップと、
−  中継デバイスがプリコーディングを適用しなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択するステップと、
−  少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるために、各発信元デバイスによって送信された複素変調シンボルと同じリソース上で、プリコーディングされた複素変調シンボルを送信できるようにするためにプリコーディングを適用するための、中継デバイスによって使用されることを目的とするプリコーディング行列を求めるステップとを含み、
上記プリコーディング行列は、第１のチャネル行列の組及び第２のチャネル行列の組と、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローと、中継デバイスに適用可能な送信電力制約とに基づいて決定される。
【０００９】
したがって、決められた構成を有する無線通信ネットワークを構成するときに、少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質が高められる。さらに、少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるために、その構成は、無線通信ネットワーク内に導入される中継デバイスのハードウェア電力送信制約を実質的に考慮に入れる。
【００１０】
特定の特徴によれば、選択するステップは、各宛先デバイスから、当該宛先デバイスによって受信されることを目的とすると共に当該宛先デバイスが複素変調シンボルを復号することができる少なくとも１つの複素変調シンボルフローを示す情報を取得するステップを含む。
【００１１】
したがって、中継デバイスの送信電力の分配は、宛先デバイスによってまだ復号されていない信号に集中する。
【００１２】
特定の特徴によれば、選択するステップは、中継デバイスが複素変調シンボルを復号できる少なくとも１つの複素変調シンボルフローを識別するステップを含む。
【００１３】
したがって、少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるために、発信元デバイスの適応を必要することなく、無線通信システム内に中継デバイスを組み込むことができる。それゆえ、容易に入手可能な既製の（off-the-shelf）発信元デバイスを用いることができる。
【００１４】
特定の特徴によれば、送信電力制約は、中継デバイスの１組の送信アンテナ全体のための全送信電力バジェットに関連付けられるか、又は中継デバイスの送信アンテナごとの個々の送信電力バジェットに関連付けられる。
【００１５】
したがって、全体的なバジェットが考慮されるとき、無線通信ネットワークの仕様によって許されるデバイス当たりの最大送信電力が中継デバイスの送信アンテナの送信電力能力よりも制限されている場合に、中継デバイスの送信電力バジェットが最適に用いられる。個々のバジェットが考慮されるとき、中継デバイスの各アンテナの送信電力能力が無線通信ネットワークの仕様によって許されるデバイス当たりの最大送信電力より制限されている場合に、中継デバイスの送信電力バジェットが最適に用いられる。
【００１６】
特定の特徴によれば、求めるステップは、選択するステップにおいて選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローにおいて観測される干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列を求めることにあり、干渉は複素変調シンボルフローが送信される宛先デバイスによって観測され、関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。
【００１７】
したがって、解析形式又は数値形式による計算を通してプリコーディング行列を取得することができ、プリコーディング行列はシステム性能を最適化するように求められる。
【００１８】
特定の特徴によれば、関数は、少なくとも１つの宛先デバイスによって最小平均二乗誤差フィルタリングを適用した後に残留する、少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号間の干渉を表し、求められたプリコーディング行列は関数の最小値に対応する。
【００１９】
したがって、各宛先デバイス内に最小平均二乗誤差フィルタリングが存在するとき、信号の品質、それゆえ宛先デバイスの性能が改善される。
【００２０】
特定の特徴によれば、関数は、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローが送信される任意の宛先デバイスによって受信される信号間の最大干渉を表すか、又は、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローが送信される各宛先デバイスによって受信される信号間の干渉の和を表すか、又は、選択された複素変調シンボルフローが送信される各宛先デバイスによって受信される信号間の干渉の一般化平均を表す。
【００２１】
したがって、関数が最大干渉を表すとき、プリコーディングは、宛先デバイスの中の最悪の干渉状況に集中し、当該宛先デバイスのための信号品質を改善する。プリコーディング行列を求めることを繰り返すことによって、現在の最悪の干渉状況に対してその都度無線通信システムの性能全体が改善される。この特徴は、最小平均二乗誤差フィルタリング後の干渉＋雑音の残留レベルが宛先デバイスの中で一様でないときに特に有利である。また、関数が干渉の和を表すとき、全ての関連する宛先デバイスにとって信号品質の改善が有益である。この特徴は、最小平均二乗誤差フィルタリング後の干渉＋雑音の残留レベルが宛先デバイスの中で実質的に一様であるときに特に有利である。また、関数が干渉の一般化平均を表すとき、その改善は、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローが送信される全ての宛先デバイスに対して均等に分配される。一般化平均のために高いパラメータを選択することによって、この特徴は、他の宛先デバイスよりも大きな干渉を観測している宛先デバイスに対してより大きな改善を提供し、性能に関して宛先デバイス間で公平にするために、これら全ての宛先デバイスに重み付けされた改善を提供するのに特に有利である。
【００２２】
特定の特徴によれば、関数は、少なくとも１つの発信元デバイスとそれに関連付けられている宛先デバイスとの間の送信チャネルの容量を表し、求められたプリコーディング行列は関数の最大値に対応する。
【００２３】
したがって、宛先デバイス内に最小平均二乗誤差フィルタリングが存在しない場合であっても、信号の品質、それゆえ宛先デバイスの性能が改善される。
【００２４】
特定の特徴によれば、関数は、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローを送信する任意の発信元デバイスとそれに関連付けられている宛先デバイスとの間の最小送信チャネル容量を表すか、又は、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローを送信する各発信元デバイスとそれらに関連付けられている各宛先デバイスとの間の送信チャネル容量の和を表すか、又は、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローを送信する発信元デバイスとそれらに関連付けられている各宛先デバイスとの間の送信チャネル容量の一般化平均を表す。
【００２５】
したがって、関数が最小送信チャネル容量を表すとき、プリコーディングは、宛先デバイスの中の最悪の送信チャネル状況に集中し、関連する宛先デバイスのための信号品質を改善する。プリコーディング行列を求めることを繰り返すことによって、現在の最悪の送信チャネル状況に対してその都度無線通信システムの性能全体が改善される。この特徴は、送信チャネル容量が宛先デバイスの中で一様でないときに特に有利である。また、関数が送信チャネル容量の和を表すとき、全ての関連する宛先デバイスにとって信号品質の改善が有益である。この特徴は、送信チャネル容量が宛先デバイスの中で実質的に一様であるときに特に有利である。また、関数が送信チャネル容量の一般化平均を表すとき、その改善は、少なくとも１つの複素変調シンボルフローが送信される全ての宛先デバイスに対して均等に分配される。一般化平均のために低い負のパラメータを選択することによって、この特徴は、他の宛先デバイスよりも低い容量を観測している宛先デバイスに対してより大きな改善を提供し、性能に関して宛先デバイス間で公平にするために、これら全ての宛先デバイスに重み付けされた改善を提供するのに特に有利である。
【００２６】
特定の特徴によれば、求めるステップは、
−  ラグランジュ乗数法を用いて関数の極値に対応するプリコーディング行列を求めること、又は
−  関数の極値に対応するプリコーディング行列を繰り返し求めるために勾配降下法を用いること、又は
−  複数のプリコーディング行列を取得して当該複数のプリコーディング行列の中からどのプリコーディング行列が関数の極値に対応するかを判断すること
にある。
【００２７】
したがって、ラグランジュ乗数法を用いることによって、プリコーディング行列を正確に求められる。
【００２８】
したがって、勾配降下法を用いるとき、プリコーディング行列を求めることに関する複雑さと処理待ち時間との間にトレードオフを見いだすことができ、解析形式による計算が利用できない場合には、プリコーディング行列を求めることは簡単なままにされ、このプリコーディング行列を取得することができる。
【００２９】
したがって、複数のプリコーディング行列を用いることによって、プリコーディング行列が中継デバイスによって計算されないときに、プリコーディングのフィードバックが低減される。
【００３０】
また、本発明は、無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるための方法にも関する。複数の複素変調シンボルフローが無線通信ネットワークの各発信元デバイスによって同じリソース上で送信され、各発信元デバイスはそれぞれの宛先デバイスに関連付けられ、各発信元デバイスは同じリソース上で少なくとも１つの複素変調シンボルフローをそれらに関連付けられている宛先デバイスに送信する。この方法は、無線通信ネットワークの中継デバイスが、
−  各発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列の組と、中継デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列の組とを取得するステップと、
−  中継デバイスがプリコーディングを適用しなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択するステップと、
−  少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることを目的とするプリコーディング行列を求めるステップであって、当該プリコーディング行列は、第１のチャネル行列の組及び第２のチャネル行列の組と、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローと、中継デバイスに適用可能な送信電力制約とに基づいて求められる、求めるステップと、
−  プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために、求められたプリコーディング行列を用いることによって、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローにプリコーディングを適用するプリコーディングステップと、
−  発信元デバイスによって送信された複素変調シンボルと同じリソース上でプリコーディングされた複素変調シンボルを送信するステップと
を実行する。
【００３１】
したがって、少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質が高められる。さらに、少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるために、その構成は、無線通信ネットワーク内に導入される中継デバイスのハードウェア電力送信制約を実質的に考慮に入れる。
【００３２】
特定の特徴によれば、選択するステップは、各宛先デバイスから、当該宛先デバイスによって受信されることを目的とすると共に当該宛先デバイスが複素変調シンボルを復号できるか又はできない、少なくとも１つの複素変調シンボルフローを示す情報を取得するステップを含み、
プリコーディングステップは、少なくとも１つの発信元デバイスから受信された複素変調シンボルを復号した後に中継デバイスによって生成される少なくとも１つの複素変調シンボルにプリコーディングを適用すること、又は少なくとも１つの発信元デバイスから受信された複素変調シンボルの推定値にプリコーディングを適用することにある。
【００３３】
したがって、プリコーディングは、関連する宛先デバイスが複素変調シンボルを復号する際に欠陥を示す複素変調シンボルのフローに集中する。その際、改善は、宛先デバイスによって示されるような実際に必要性がある複素変調シンボルフローに集中する。受信された複素変調シンボルを復号した後に、中継デバイスによって生成される少なくとも１つの複素変調シンボルにプリコーディングを適用するとき、関連する宛先デバイスにおける信号品質の向上が更に改善される。そして、少なくとも１つの複素変調シンボルの推定値にプリコーディングを適用するとき、関連する宛先デバイスにおける信号品質の改善と、中継デバイスの設計の複雑さ、及び中継デバイスの処理待ち時間との間にトレードオフを見いだすことができる。
【００３４】
特定の特徴によれば、選択するステップは、中継デバイスが複素変調シンボルを復号できる少なくとも１つの複素変調シンボルフローを識別するステップを含み、
プリコーディングステップは、中継デバイスが復号できる複素変調シンボルにプリコーディングを適用することにある。
【００３５】
したがって、発信元デバイスの適応が制限された状態で、少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるために、無線通信システム内に中継デバイスを組み込むことができる。
【００３６】
また、本発明は、無線通信ネットワークの構成を決定するためのデバイスにも関する。当該構成は無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることを目的とし、複数の複素変調シンボルフローが無線通信ネットワークの各発信元デバイスによって同じリソース上で送信され、各発信元デバイスはそれぞれの宛先デバイスに関連付けられ、各発信元デバイスは同じリソース上で少なくとも１つの複素変調シンボルフローをそれらに関連付けられている宛先デバイスに送信する。このデバイスは、当該デバイスが、
−  各発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列の組と、無線通信ネットワークの中継デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列の組とを取得する手段と、
−  中継デバイスがプリコーディングを適用しなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択する手段と、
−  少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるために、各発信元デバイスによって送信された複素変調シンボルと同じリソース上で、プリコーディングされた複素変調シンボルを送信できるようにするためにプリコーディングを適用するための、中継デバイスによって使用されることを目的とするプリコーディング行列を求める手段と
を備え、
上記求める手段は、プリコーディング行列が第１のチャネル行列の組及び第２のチャネル行列の組と、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローと、中継デバイスに適用可能な送信電力制約とに基づいて求められるように構成される。
【００３７】
また、本発明は、無線通信ネットワークの複数の宛先デバイスの中の少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めるための中継デバイスにも関する。複数の複素変調シンボルフローが無線通信ネットワークの各発信元デバイスによって同じリソース上で送信され、各発信元デバイスはそれぞれの宛先デバイスに関連付けられ、各発信元デバイスは同じリソース上で少なくとも１つの複素変調シンボルフローをそれらに関連付けられている宛先デバイスに送信する。この中継デバイスは、当該中継デバイスが、
−  各発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列の組と、中継デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列の組とを取得する手段と、
−  中継デバイスがプリコーディングを適用しなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択する手段と、
−  少なくとも１つの宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることを目的とするプリコーディング行列を求める手段であって、当該プリコーディング行列は、第１のチャネル行列の組及び第２のチャネル行列の組と、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローと、中継デバイスに適用可能な送信電力制約とに基づいて求められる、求める手段と、
−  プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために、求められたプリコーディング行列を用いることによって、選択された少なくとも１つの複素変調シンボルフローにプリコーディングを適用するプリコーディング手段と、
−  発信元デバイスによって送信された複素変調シンボルと同じリソース上でプリコーディングされた複素変調シンボルを送信する送信手段と
を備える。
【００３８】
また、本発明は、少なくとも１つの実施の形態において、通信ネットワークからダウンロードすることができ、及び／又はコンピュータによって読み出し、プロセッサによって実行することができる媒体上に記憶することができるコンピュータプログラムにも関する。このコンピュータプログラムは、そのプログラムがプロセッサによって実行されるときに、種々の実施形態のうちのいずれか１つにおいて上記の方法を実施するための命令を含む。
【００３９】
また、本発明は、記憶された情報がコンピュータによって読み出され、プロセッサによって実行されるときに、種々の実施形態のうちのいずれか１つにおいて上記の方法を実施するためにプロセッサによって実行することができる１組の命令を含むコンピュータプログラムを記憶する情報記憶手段にも関する。
【００４０】
構成決定デバイス、中継デバイス、及びコンピュータプログラムに関連する特徴及び利点は、対応する上記の方法に関して既に言及したものと同じであるので、ここでは繰り返さない。
【００４１】
本発明の特性は、実施形態の一例の以下の説明を読むことから更に明らかになり、その説明は添付の図面を参照しながら行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を実施することができる無線通信ネットワークのアーキテクチャを表す概略図である。
【図２】図１の通信ネットワークの中継デバイスのアーキテクチャを表す概略図である。
【図３】プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために中継デバイスによって用いられることになるプリコーディング行列を求めるためのアルゴリズムを表す概略図である。
【図４】第１の実施形態による、プリコーディングされた複素変調シンボルを図１の通信ネットワークの少なくとも１つの宛先デバイスに送信するために中継デバイスによって実行されるアルゴリズムを表す概略図である。
【図５】第２の実施形態による、プリコーディングされた複素変調シンボルを図１の通信ネットワークの少なくとも１つの宛先デバイスに送信するために中継デバイスによって実行されるアルゴリズムを表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、本発明を実施することができる無線通信ネットワークのアーキテクチャを概略的に表している。無線通信ネットワーク１００は、ローカルエリアネットワーク又は無線セルラー通信ネットワークとすることができる。
【００４４】
無線通信ネットワーク１００において、複数の発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４がそれぞれ、同じ周波数及び時間リソースを用いて、情報ワードを信号の形で複数の宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信する。言い換えると、複数の発信元デバイス１０１、１０２、１０３、及び１０４は、単数又は複数の送信周波数に関して重なり合い、単数又は複数の送信期間に関して更に重なり合う信号を送信する。
【００４５】
図１の例では、発信元デバイス１０１は、少なくとも１つの複素変調シンボルフローを宛先デバイス１１１に送信し、発信元デバイス１０２は、少なくとも１つの複素変調シンボルフローを宛先デバイス１１２に送信し、発信元デバイス１０３は、少なくとも１つの複素変調シンボルフローを宛先デバイス１１３に送信し、発信元デバイス１０４は、少なくとも１つの複素変調シンボルフローを宛先デバイス１１４に送信する。その意味において、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４と宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４とは関連付けられている。
【００４６】
Ｓが無線通信ネットワーク１００内の発信元デバイスの数を表すものとする。それゆえ、無線通信ネットワーク１００は、同じ数Ｓの宛先デバイスを含む。
【００４７】
さらに、Ｎが発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４から宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信される複素変調シンボルフローの数を表すものとする。Ｎ≧Ｓであることを注意しておく。
【００４８】
セルラー通信ネットワークのアップリンクの状況のように、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４は移動端末とすることができ、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４は基地局とすることができる。
【００４９】
セルラー通信ネットワークのダウンリンクの状況のように、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４は基地局とすることもでき、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４は移動端末とすることもできる。
【００５０】
各発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４は、複数の複素変調シンボルフローをそれぞれの関連付けられている宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信するために、ビームフォーミングを実行することができる。
【００５１】
各発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４は、少なくとも１つの情報ワードを少なくとも１つの複素変調シンボルフローの形でそれぞれの関連付けられている宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信する。複数の複素変調シンボルフローが無線通信ネットワーク１００の同じリソース上で送信されるので、１つの発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４によって送信される単数又は複数の複素変調シンボルフローが、他の単数又は複数の複素変調シンボルフローとの干渉を引き起こす場合がある。
【００５２】
各発信元デバイス１０１、１０２、１０３、及び１０４は、情報ワードを符号化する符号化器を備えることができ、その情報ワードを更にインターリーブして符号化ビットを生成する。符号化及びインターリーブは一般的に、情報ワードから任意のサイズのベクトルを生成できるようにする、すなわち広範囲の取り得る符号化速度を提供する、３ＧＰＰ−ＬＴＥ（第３世代パートナーシッププロジェクト−ロングタームエボリューション）標準規格において用いられるようなレートマッチングアルゴリズムによって実行される。
【００５３】
その後、複素変調シンボルを取得するために、符号化ビットは個別の変調構成要素によって処理され、その構成要素は、例えばＱＰＳＫ（４相位相変調）変調器又は１６ＱＡＭ（直交振幅変調）変調器とすることができる。同じ変調方式又は異なる変調方式を用いることによって、複素変調シンボルフローを生成することができる。各複素変調シンボルフローは、異なる変調方式を連続して用いることによって生成することもできる。
【００５４】
発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４は、上記の符号化器を用いることなく、複素変調シンボルを生成することもできる。本発明の原理は、特に各宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４内にＭＭＳＥ（最小平均二乗誤差）フィルタリングモジュールが含まれるときに、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４のうちの少なくとも１つによって受信される信号の品質を高めるためにも効果がある。
【００５５】
情報ワードは、ＣＲＣ（巡回冗長検査）部のような冗長検査データを与えられている。無線通信ネットワーク１００において、ＨＡＲＱ（ハイブリッドＡＲＱ又はハイブリッド自動再送要求）機構を用いて、発信元デバイス１００、１０１、１０２、１０３、１０４からそれぞれの関連付けられている宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４への再送能力を与えることが好ましい。関連する宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４が関連する発信元デバイス１００、１０１、１０２、１０３、又は１０４に向けて、少なくとも１つの送信された情報ワードの復元に成功できないことを示す際に、そのようなＨＡＲＱ機構を用いて冗長データの送信が実行される。そのような状況は、関連する宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４が、情報ワード（複数の場合もある）とそのＣＲＣデータとの間の不一致を検出するときに生じる。
【００５６】
ＳＩＮＲを高め、それにより少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４によって受信される信号の品質を改善するために、無線通信ネットワーク１００は中継デバイス１２０を更に備えている。
【００５７】
少なくとも１つの実施形態では、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４は、無線通信ネットワーク１００内の中継デバイス１２０の存在を知らない。
【００５８】
いずれにしても、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４は、後に詳述されるプリコーディングには関与しない。それゆえ、このプリコーディングは中継デバイス１２０によって排他的に実行される。
【００５９】
中継デバイス１２０は、少なくとも１つのそれぞれの発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４によって送信された少なくとも１つの複素変調シンボル、又はその推定値を取得するように構成される。
【００６０】
複素変調シンボルは、関連する発信元デバイスによって送信された情報ワードを復元し、適切な符号化方式、レートマッチング、及び変調プロセスを適用することによって、取得することができる。それは、中継デバイス１２０が、関連する発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４と同様の符号化方式、レートマッチング及び変調プロセスを適用するように構成されることを意味する。
【００６１】
発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４から中継デバイス１２０へのデータリンクを用いることによって、情報ワードの推定値を取得することができ、データリンクは無線リンク又は固定アクセスリンクとすることができる。
【００６２】
中継デバイス１２０は、プリコーディング行列Ｐを用いることによって、取得された複素変調シンボルにプリコーディングを適用するように更に構成される。それゆえ、中継デバイス１２０は、プリコーディングされた複素変調シンボルを生成する。プリコーディング行列Ｐは、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信される信号の品質を改善するように規定される。
【００６３】
中継デバイス１２０は、プリコーディングされた複素変調シンボルを宛先デバイス（複数の場合もある）１１１、１１２、１１３、１１４に送信するように更に構成される。このようにして、各宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４は、それらが関連付けられている発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４から、及び中継デバイス１２０から、複素変調シンボルを受信する。中継デバイス１２０は、関連する発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４と同じリソースを用いて、プリコーディングされた複素変調シンボルを送信することに更に留意されたい。
【００６４】
一実施形態では、複素変調シンボルのこれらの送信を実行するために、中継デバイス１２０は、関連する発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４から関連する情報ワード又は複素変調シンボルを予め受信する。例えば、中継デバイス１２０と関連する発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４との間に専用の通信リンクを設定することができる。
【００６５】
別の実施形態では、中継デバイス１２０は、受信された複素変調シンボルに復号を適用することによって、復元された情報ワードを使用することができる。それゆえ、関連する発信元デバイス１０１、１０２、１０３又は１０４が、これらの情報ワードから導出された複素変調シンボルの再送を実行するとき、中継デバイス１２０は、復元された情報ワードからプリコーディングされた複素変調シンボルを生成し、送信することができる。
【００６６】
そのような再送の発生は、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４とそれぞれの関連付けられている宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４との間でＨＡＲＱ機構が用いられるときに、関連する宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４によって与えられるフィードバックを取り込んで解析することによって、判断することができる。
【００６７】
上記のプリコーディング行列Ｐの計算と使用は、図３、図４、及び図５に関連して後に詳述される。
【００６８】
各宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４は、それらの関連付けられている発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４によって送信された複素変調シンボルを復元するＭＭＳＥフィルタリングモジュールを備えることが好ましい。しかしながら、ＭＭＳＥフィルタリングモジュールによって実行されるような復号の後に、干渉が残存する場合もある。
【００６９】
ｊが無線通信ネットワーク１００のＳ個の発信元デバイスの中の各発信元デバイスを識別するために用いられるインデックスを表すものとする。インデックスｊは、着目している発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４に関連付けられている宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４をも識別することに留意されたい。
【００７０】
Ωが任意の発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４からそれらに関連付けられている宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４に送信される各複素変調シンボルフローを識別するために用いられる１組のインデックスを表すものとする。それゆえ、Ωの基数はＮに等しい。
【００７１】
また、Ωｊが少なくとも１つのインデックスの部分集合を表すものとし、例えば、ΩのインデックスｂがΩｊに属する場合には、複素変調シンボルＸｂがインデックスｊによって識別される発信元デバイスによって、それに関連付けられている宛先デバイスに送信されるようになる。それゆえ、部分集合Ωｊを用いて、インデックスｊによって識別される発信元デバイスによってそれに関連付けられている宛先デバイスに送信される単数又は複数の複素変調シンボルフローを識別する。
【００７２】
Ｘが所与の期間中に発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４によって送信される複素変調シンボルのベクトルを表すものとする。さらに、Ｘｊが、インデックスｊによって識別される発信元デバイスによって送信され、インデックスｊによって識別される宛先デバイスによって受信されることを目的する複素変調シンボルのベクトルを表すものとする。
【００７３】
さらに、Ｄｊが、サイズがＮ×Ｎであり、Ωｊに属するインデックスにおいて対角線上にのみ０以外の成分を有する行列を表すものとし、０以外の成分は１に等しい。以下のことを注意しておく。
【数１】
0005990199.tif 000002
【００７４】
所与の行列Ｍの場合に、Ｍ†はＭの転置共役を表すことに留意されたい。
【００７５】
複素変調シンボルのベクトルＸｊに対応する複素変調シンボルのベクトルＹｊを受信すると、インデックスｊによって識別される宛先デバイスは、ベクトルＤｊＸの推定を実行し、複素変調シンボルの推定ベクトル
【数２】
0005990199.tif 000003
を取得する。推定ベクトル
【数３】
0005990199.tif 000004
のサイズはＮであり、推定ベクトル
【数４】
0005990199.tif 000005
は、部分集合Ωｊ内にない位置インデックスにおいて０を含む。
【００７６】
ＭＭＳＥフィルタリングモジュールを用いるとき、推定ベクトル
【数５】
0005990199.tif 000006
は以下のように取得される。
【数６】
0005990199.tif 000007
ただし、以下の式が成り立ち、
【数７】
0005990199.tif 000008
−  Ｈｊは、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４とインデックスｊによって識別される宛先デバイスとの間で観測される送信チャネルに対応する行列である。それゆえ、Ｈｊは発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４とインデックスｊによって識別される宛先デバイスとの間の送信チャネルを表すチャネル行列である。ＨｊのサイズはＲｊ×Ｎである。ただし、Ｒｊはインデックスｊによって識別される宛先デバイスの受信アンテナの数である。
−  ηｊは、サイズＲｊ×１であり、インデックスｊによって識別される宛先デバイスの各受信アンテナにおいて観測される、実次元あたり分散Ｎ０を有する加法性白色ガウス雑音を表すベクトルであり。その雑音は、同じリソース、通常は同じ送信周波数又は周波数範囲を共有する隣接する送信システムからの干渉も含む。
−  Ｆｊは中継デバイス１２０とインデックスｊによって識別される宛先デバイスとの間で観測される送信チャネルに対応する行列である。それゆえ、Ｆｊは中継デバイス１２０とインデックスｊによって識別される宛先デバイスとの間の送信チャネルを表すチャネル行列である。ＦｊのサイズはＲｊ×Ｔｒであり、Ｔｒは中継デバイス１２０の送信アンテナの数である。
−  Δｒは、サイズがＮ×Ｎであり、中継デバイス１２０がプリコーディングを適用しなければならない複素変調シンボルＸｉのフローの選択に対応する対角線上の位置インデックスｉにおいて１を有し、他の場所には０を有する対角行列である。
−  Ｐは、サイズがＴｒ×Ｎであるプリコーディング行列である。
−  Σｊ（Ｐ）は、インデックスｊによって識別される宛先デバイスによって観測される干渉の共分散行列である。
【００７７】
チャネル行列ＨｊとＦｊは、それぞれ発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４及び中継デバイス１２０の送信電力によって拡大縮小されることが好ましく、チャネル広帯域減衰も考慮する。
【００７８】
プリコーディング行列は、行列ΔｒとＰの結合として、より詳細には積ＰΔｒとして理解することができる。
【００７９】
インデックスｊによって識別される宛先デバイスが、インデックスｊによって識別される発信元デバイス以外の発信元デバイスからの送信チャネルを知っている場合には、共分散行列Σｊ（Ｐ）は、以下のように表される。
【数８】
0005990199.tif 000009
ただし、
−  Ｉは恒等行列であり、より厳密には、
【数９】
0005990199.tif 000010
はサイズＲｊの恒等行列である。
−  σｊ２は任意のＭＭＳＥフィルタリングの上流において、インデックスｊによって識別される宛先デバイスにおいて観測される干渉＋雑音の分散を表す。
【数１０】
0005990199.tif 000011
は、サイズがＮ×Ｎであり、
【数１１】
0005990199.tif 000012
であるような対角行列である。
【００８０】
この状況は、着目している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４における最大ＣＳＩ（チャネル状態情報）知識とも呼ばれる。そして、着目している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４は、この情報を中継デバイス１２０に送信することができる。
【００８１】
インデックスｊによって識別される発信元デバイス以外の発信元デバイスからのチャネルが、インデックスｊによって識別される宛先デバイスによって長期的に知られている場合には、共分散行列Σｊ（Ｐ）は以下のように表される。
【数１２】
0005990199.tif 000013
ただし、Ｅ［Ｚ］はＺの期待値を表す。
【００８２】
この状況は、着目している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４における部分ＣＳＩ知識とも呼ばれる。着目している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４は、この情報を中継デバイス１２０に送信する。
【００８３】
着目している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、又は１１４が最大ＣＳＩ知識を有する場合であっても、部分ＣＳＩ知識のみを中継デバイス１２０に送信することもできることを注意しておく。
【００８４】
図３、図４、及び図５に関連して後に詳述されるように、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信される信号に関連付けられるＳＩＮＲを改善するために、プリコーディング行列Ｐを求め、更に適応させることが提案される。
【００８５】
図２は、中継デバイス１２０のアーキテクチャを概略的に表している。図示されるアーキテクチャによれば、中継デバイス１２０は、通信バス２１０によって相互接続される以下の構成要素を備えている：プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又はＣＰＵ（中央処理ユニット）２００；ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０１；ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２０２；ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）２０３、又は記憶手段に記憶された情報を読み出すように構成される任意の他のデバイス；第１の無線通信インターフェース２０４及び第２の無線通信インターフェース２０５。
【００８６】
ＣＰＵ２００は、ＲＯＭ２０２から又はＨＤＤ２０３のような外部メモリからＲＡＭ２０１の中にロードされる命令を実行することができる。中継デバイス１２０が起動された後に、ＣＰＵ２００はＲＡＭ２０１から命令を読み出し、これらの命令を実行することができる。それらの命令は１つのコンピュータプログラムを形成し、そのプログラムによって、ＣＰＵ２００は、図３、図４、及び図５に関連して後に説明されるアルゴリズムのステップのうちの幾つか又は全てを実行する。
【００８７】
図３、図４、及び図５に関連して後に説明されるアルゴリズムのありとあらゆるステップは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）若しくはマイクロコントローラのようなプログラム可能な計算機によって１組の命令若しくはプログラムを実行することによってソフトウェアにおいて実施することもできるし、又はＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）若しくはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）のような、機械若しくは専用構成要素によってハードウェアにおいて実現することもできる。
【００８８】
無線通信インターフェース２０４は、中継デバイス１２０が発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４から信号を受信できるようにする。
【００８９】
無線通信インターフェース２０５は、中継デバイス１２０が宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に信号を送信できるようにする。また、無線通信インターフェース２０５は、中継デバイス１２０が宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４から信号を受信できるようにする。
【００９０】
別の実施形態では、中継デバイス１２０は全二重ではなく半二重である。その場合、単一の無線通信インターフェースが実装され、受信モードと送信モードにおいて交互に用いられる。
【００９１】
宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４もまた、図２に概略的に示されるアーキテクチャに基づいて実現できることに留意されたい。
【００９２】
図３は、本発明の少なくとも１つの実施形態による、プリコーディング行列Ｐを求めるためのアルゴリズムを概略的に表している。図３のアルゴリズムは、無線通信ネットワーク１００の構成を規定することを目的としており、すなわち、プリコーディング行列Ｐを設定することによって、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信される信号の品質を高めることを目的としている。
【００９３】
図３のアルゴリズムは、これ以降、中継デバイス１２０によって実行されるものとして説明される。しかしながら、このアルゴリズムは、中継デバイス１２０以外のデバイスによって実行されてもよい。この他のデバイスは、中継デバイス１２０及び宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４から必要な情報を収集し、上記で言及したのと同じようにして、プリコーディング行列Ｐ又は複数のプリコーディング行列を中継デバイス１２０に提供する。この他のデバイスは、実際には、無線通信ネットワーク１００の一部であってもよいし、そうでなくてもよい。例えば、この他のデバイスは、有線リンクによって中継デバイス１２０に接続することができる。
【００９４】
ステップＳ３００において、中継デバイス１２０は、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４と宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４との間で、また中継デバイス１２０と宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４との間で観測されるチャネルについての情報を取得する。そのような情報は、各宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって与えられる。宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４は、チャネル上で実行される短期測定によってこの情報を取得することができる。最新技術では、この情報は多くの場合に短期チャネル状態情報と呼ばれ、低速で変動するチャネル状態の場合に実際に適している。宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４は、チャネル上で実行される長期測定によって、例えばＭＩＭＯチャネルの共分散行列に基づいてこの情報を取得することもできる。最新技術では、この情報は多くの場合に長期チャネル状態情報と呼ばれ、高速で変動するチャネル条件の場合に、又はフィードバックが限られたシステムにおいて実際に適している。チャネル状態情報を求めるための手法は、トレーニング系列又はパイロット系列に基づき、その手法では既知の信号が送信され、送信信号と受信信号の知識の組み合わせを用いて、送信チャネル条件を表すチャネル行列が推定される。インデックスｊによって識別される各宛先デバイスは、中継デバイス１２０に対して、チャネル行列ＨｊとＦｊ、又は中継デバイス１２０がチャネル行列又は相当する行列を構築できるようにする長期チャネル状態情報を送信することができる。
【００９５】
言い換えると、中継デバイス１２０は、少なくとも、図４又は図５に関連してそれぞれ後に詳述されるステップＳ４０３又はステップＳ５０２において選択することができる複素変調シンボルフローの送信チャネルのためのチャネル行列ＨｊとＦｊ、又は相当する行列を取得する。
【００９６】
したがって、ステップＳ３００の間に、中継デバイス１２０は、発信元デバイスと各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第１のチャネル行列Ｈｊの組と、中継デバイス１２０と各宛先デバイスとの間の送信チャネルを表す第２のチャネル行列Ｆｊの組とを取得する。
【００９７】
次のステップＳ３０１において、中継デバイスは、中継デバイス１２０がプリコーディングを適用しなければならない複素変調シンボルフローの選択を取得する。この選択は、図４又は図５に関連してそれぞれ後に詳述されるステップＳ４０３又はＳ５０２の実行から生じる。
【００９８】
次のステップＳ３０２において、中継デバイス１２０は、第１のチャネル行列の組及び第２のチャネル行列の組と、少なくとも１つの複素変調シンボルフローの選択と、中継デバイス１２０に適用可能な送信電力制約とに基づいて、プリコーディング行列Ｐを求める。
【００９９】
この送信電力制約によって、中継デバイス１２０、及び／又はより包括的には無線通信ネットワーク１００の送信電力仕様又は特性の要件を満たすプリコーディング行列Ｐの係数を求めることができるようになる。無線通信ネットワーク１００のそのような要件は、政府規制によって規定される場合もある。
【０１００】
一実施形態では、送信電力制約は、中継デバイス１２０の１組のＴｒ個の送信アンテナ全体に対する全送信電力バジェットに関連する。したがって、そのような全体バジェットが考慮されるとき、中継デバイス１２０の送信電力バジェットは、無線通信ネットワーク１００の仕様によって許されるデバイス当たりの最大送信電力が、中継デバイス１２０の送信アンテナの送信電力能力よりも制限される場合に最適に用いられる。この場合、送信電力制約ｈ（Ｐ）はトレース関数に基づいて、以下のように表すことができる。
【数１３】
0005990199.tif 000014
【０１０１】
別の実施形態では、送信電力制約は、中継デバイス１２０の送信アンテナごとの個々の送信電力バジェットに関連する。したがって、そのような個々のバジェットが考慮されるとき、中継デバイス１２０の送信電力バジェットは、中継デバイス１２０の各アンテナの送信電力能力が無線通信ネットワーク１００の仕様によって許されるデバイス当たりの最大送信電力よりも制限される場合に最適に用いられる。この場合、ＮがＴｒよりも大きいと仮定して、行列式を計算することに基づいて、送信電力制約ｈ（Ｐ）は以下のように表すことができる。
【数１４】
0005990199.tif 000015
ただし、ＩＴｒはサイズＴｒの恒等行列である。
【０１０２】
送信電力制約ｈ（Ｐ）の上記の式によって、プリコーディング行列Ｐが、送信電力バジェットによって規定される電力最大値を順守することを保証できるようになる。
【０１０３】
これ以降に詳述される実施形態においては、送信電力制約ｈ（Ｐ）は、中継デバイス１２０の１組のＴｒ個の送信アンテナ全体に対する全送信電力バジェットに関連する。
【０１０４】
これ以降に説明されるような少なくとも１つの実施形態では、中継デバイス１２０は、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信される信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。第１の例として、その関数は、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によるＭＭＳＥフィルタリングの後の干渉＋雑音の残留レベルを表す。その際、プリコーディング行列Ｐは、その関数の最小値に対応する。第２の例として、その関数は、少なくとも１つの発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４とそれらに関連付けられている少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４との間のチャネル容量を表す。その際、プリコーディング行列Ｐは、その関数の最大値に対応する。
【０１０５】
インデックスｊによって識別される宛先デバイスにあるＭＭＳＥフィルタリングモジュールを用いるとき、ＭＭＳＥフィルタリングモジュールによるフィルタリングの後の干渉＋雑音の残留レベルεｊ（Ｐ）は、以下のように表される。
【数１５】
0005990199.tif 000016
【０１０６】
プリコーディング行列Ｐを求めるための第１の実施形態では、中継デバイス１２０は、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、干渉＋雑音の全残留レベルεｔｏｔ（Ｐ）を低減するようなプリコーディング行列Ｐを求める。干渉＋雑音の全残留レベルεｔｏｔ（Ｐ）は、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、全ての宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４における干渉＋雑音の残留レベルの和と理解される。干渉＋雑音の全残留レベルεｔｏｔ（Ｐ）は、以下のように表される。
【数１６】
0005990199.tif 000017
【０１０７】
一実施形態では、中継デバイス１２０は、ラグランジュ乗数法によって、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。上記のεｔｏｔ（Ｐ）及びｈ（Ｐ）の式に適用されるラグランジュ乗数法は、以下の通りである。
【数１７】
0005990199.tif 000018
【０１０８】
それゆえ、中継デバイス１２０は、この連立方程式の解を与えるプリコーディング行列Ｐを求める。ただし、λはラグランジュ乗数を表す。
【０１０９】
注目すべきこととして、ｈ（Ｐ）＝Ｔｒａｃｅ（Δｒ†Ｐ†ＰΔｒ）−Ｔｒである場合には、以下の式が成り立つ。
【数１８】
0005990199.tif 000019
【０１１０】
別の実施形態では、中継デバイス１２０は、例えば勾配降下のような反復最適化アルゴリズムを用いることによって、プリコーディング行列Ｐを求める。勾配降下法を用いて、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを繰り返し求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。上記のεｔｏｔ（Ｐ）及びｈ（Ｐ）の式に適用される勾配降下法は、以下の通りである。
【数１９】
0005990199.tif 000020
ただし、Ｐｋ＊はＰｋの複素共役であり、μは所定の収束パラメータであり、ｋは反復のインデックスを表す。
【０１１１】
収束パラメータμは、フィールド試験によって取得された値に設定することができる。
【０１１２】
初期行列Ｐ０は、所定の１組のプリコーディング行列の中から任意に規定又は選択することができる。
【０１１３】
その後、中継デバイス１２０は、結果として生成された行列
【数２０】
0005990199.tif 000021
が送信電力制約ｈ（Ｐ）の要件を満たすか否かを調べる。これらの要件が満たされる場合には、中継デバイス１２０は、適切なプリコーディング行列Ｐを見いだしたと考える。そうでない場合には、別の反復が実行され、その場合
【数２１】
0005990199.tif 000022
がＰｋになる。
【０１１４】
言い換えると、
【数２２】
0005990199.tif 000023
は以下のように送信電力制約ｈ（Ｐ）上に射影され、
【数２３】
0005990199.tif 000024
及びＰｋ＋１の収束まで反復が実行される。
【数２４】
0005990199.tif 000025
【０１１５】
更に別の実施形態では、中継デバイス１２０は、複数のプリコーディング行列を記憶している。中継デバイス１２０は、複数のプリコーディング行列の中からどのプリコーディング行列が、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するかを判断する。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。言い換えると、中継デバイス１２０は、この複数の行列の各行列について、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、干渉＋雑音の全残留レベルεｔｏｔ（Ｐ）を求める。その後、中継デバイス１２０は、もしあれば、送信電力制約ｈ（Ｐ）の要件を満たしながら干渉＋雑音の全残留レベルεｔｏｔ（Ｐ）を最小化する行列を選択する。その際、選択された行列は、プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために中継デバイス１２０によって適用されることになるプリコーディング行列Ｐになる。
【０１１６】
プリコーディング行列Ｐを求めるための第２の実施形態では、中継デバイス１２０は、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４の中の干渉＋雑音の最大残留レベルεｍａｘ（Ｐ）を低減するようなプリコーディング行列Ｐを求める。干渉＋雑音の最大残留レベルεｍａｘ（Ｐ）は、以下のように表される。
【数２５】
0005990199.tif 000026
【０１１７】
既に言及したように、一実施形態では、中継デバイス１２０は、ラグランジュ乗数法によって、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。上記のεｍａｘ（Ｐ）及びｈ（Ｐ）の式に適用されるラグランジュ乗数法は、以下の通りである。
【数２６】
0005990199.tif 000027
【０１１８】
それゆえ、中継デバイス１２０は、この連立方程式の解を与えるプリコーディング行列Ｐを求める。
【０１１９】
既に言及したように、別の実施形態では、中継デバイス１２０は、例えば勾配降下のような反復最適化アルゴリズムを用いることによって、プリコーディング行列Ｐを求める。勾配降下法を用いて、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを繰り返し求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。上記のεｍａｘ（Ｐ）及びｈ（Ｐ）の式に適用される勾配降下法は、以下の通りである。
【数２７】
0005990199.tif 000028
ただし、以下の式が成り立つ。
【数２８】
0005990199.tif 000029
【０１２０】
初期行列Ｐ０は、所定の１組のプリコーディング行列の中から任意に規定又は選択することができる。
【０１２１】
その後、中継デバイス１２０は、結果として生成された行列
【数２９】
0005990199.tif 000030
が送信電力制約ｈ（Ｐ）の要件を満たすか否かを調べる。これらの要件が満たされる場合には、中継デバイス１２０は、適切なプリコーディング行列Ｐを見いだしたと考える。そうでない場合には、別の反復が実行され、その場合
【数３０】
0005990199.tif 000031
がＰｋになる。
【０１２２】
言い換えると、
【数３１】
0005990199.tif 000032
は以下のように送信電力制約ｈ（Ｐ）上に射影され、
【数３２】
0005990199.tif 000033
及びＰｋ＋１の収束まで反復が実行される。
【数３３】
0005990199.tif 000034
【０１２３】
既に言及したように、更に別の実施形態では、中継デバイス１２０は、複数のプリコーディング行列を記憶している。中継デバイス１２０は、複数のプリコーディング行列の中からどのプリコーディング行列が、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するかを判断する。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。言い換えると、中継デバイス１２０は、これら複数の行列の各行列について、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、干渉＋雑音の全残留レベルεｍａｘ（Ｐ）を求める。その後、中継デバイス１２０は、もしあれば、送信電力制約ｈ（Ｐ）の要件を満たしながら干渉＋雑音の全残留レベルεｍａｘ（Ｐ）を最小化にする行列を選択する。その際、選択された行列は、プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために、中継デバイス１２０によって適用されることになるプリコーディング行列Ｐになる。
【０１２４】
勾配法が適用される、プリコーディング行列Ｐを求めるための第２の実施形態の変形形態では、干渉＋雑音の最大残留レベルの線形化を適用することができる。その際、勾配降下は以下のように表すことができる。
【数３４】
0005990199.tif 000035
ただし、ｑは線形化関数であり、その関数は、ｑ（ｘ）＝ｘ又はｑ（ｘ）＝ｅｘｐ（ｘ）となるようにすることができる。
【０１２５】
その後、上記の勾配降下法の場合と同様に、中継デバイス１２０は、結果として生成された行列
【数３５】
0005990199.tif 000036
が送信電力制約ｈ（Ｐ）の要件を満たすか否かを調べる。これらの要件が満たされる場合には、中継デバイス１２０は、適切なプリコーディング行列Ｐを見いだしたと考える。そうでない場合には、別の反復が実行され、その場合
【数３６】
0005990199.tif 000037
がＰｋになる。
【０１２６】
言い換えると、
【数３７】
0005990199.tif 000038
は以下のように送信電力制約ｈ（Ｐ）上に射影され、
【数３８】
0005990199.tif 000039
及びＰｋ＋１の収束まで反復が実行される。
【数３９】
0005990199.tif 000040
【０１２７】
プリコーディング行列Ｐを求めるための第３の実施形態では、中継デバイス１２０は、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４の中の干渉の残留レベルεｇｍ（Ｐ）の指数νによる一般化平均を低減するようなプリコーディング行列Ｐを求める。干渉の残留レベルεｇｍ（Ｐ）の指数νによる一般化平均は、以下のように表される。
【数４０】
0005990199.tif 000041
【０１２８】
指数νが１に等しく選択される場合には、全ての宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４において観測される干渉＋雑音の残留レベルの和が最大化される。指数νが高い正の値として選択される場合には、干渉＋雑音の最大残留レベルが優先して最小化されることになる。
【０１２９】
既に言及したように、一実施形態では、中継デバイス１２０は、ラグランジュ乗数法によって、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。上記のεｇｍ（Ｐ）及びｈ（Ｐ）の式に適用されるラグランジュ乗数法は、以下の通りである。
【数４１】
0005990199.tif 000042
【０１３０】
それゆえ、中継デバイス１２０は、この連立方程式の解を与えるプリコーディング行列Ｐを求める。
【０１３１】
既に言及したように、別の実施形態では、中継デバイス１２０は、例えば勾配降下のような反復最適化アルゴリズムを用いることによって、プリコーディング行列Ｐを求める。勾配降下法を用いて、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを繰り返し求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。上記のεｇｍ（Ｐ）及びｈ（Ｐ）の式に適用される勾配降下法は、以下の通りである。
【数４２】
0005990199.tif 000043
【０１３２】
初期行列Ｐ０は、所定の１組のプリコーディング行列の中から任意に規定又は選択することができる。
【０１３３】
その後、中継デバイス１２０は、結果として生成された行列
【数４３】
0005990199.tif 000044
が送信電力制約ｈ（Ｐ）の要件を満たすか否かを調べる。これらの要件が満たされる場合には、中継デバイス１２０は、適切なプリコーディング行列Ｐを見いだしたと考える。そうでない場合には、別の反復が実行され、その場合
【数４４】
0005990199.tif 000045
がＰｋになる。
【０１３４】
言い換えると、
【数４５】
0005990199.tif 000046
は以下のように送信電力制約ｈ（Ｐ）上に射影され、
【数４６】
0005990199.tif 000047
及びＰｋ＋１の収束まで反復が実行される。
【数４７】
0005990199.tif 000048
【０１３５】
既に言及したように、更に別の実施形態では、中継デバイス１２０は、複数のプリコーディング行列を記憶している。中継デバイス１２０は、複数のプリコーディング行列の中からどのプリコーディング行列が、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するかを判断する。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。言い換えると、中継デバイス１２０は、これら複数の行列の中の各行列について、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、干渉の最大残留レベルεｇｍ（Ｐ）を求める。その後、中継デバイス１２０は、もしあれば、送信電力制約ｈ（Ｐ）の要件を満たしながら干渉の最大残留レベルεｇｍ（Ｐ）を最小化にする行列を選択する。その際、選択された行列は、プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために中継デバイス１２０によって適用されることになるプリコーディング行列Ｐになる。
【０１３６】
プリコーディング行列Ｐを求めるための第１の実施形態と第２の実施形態との関連において上記で説明された勾配降下法は、所与のインデックスｊの場合に、式∂εｊ（Ｐ）／∂Ｐ＊を求めることを意味する。
【０１３７】
この式は、部分ＣＳＩ知識の場合と最大ＣＳＩ知識の場合とで、別々に検討することができる。
【０１３８】
既に言及したように、部分ＣＳＩ知識の場合、共分散行列Σｊ（Ｐ）は以下のように表される。
【数４８】
0005990199.tif 000049
【０１３９】
その場合、以下の式が成り立つ。
【数４９】
0005990199.tif 000050
及び
【数５０】
0005990199.tif 000051
【０１４０】
そのため、以下の式が成り立つ。
【数５１】
0005990199.tif 000052
【０１４１】
既に言及したように、部分ＣＳＩ知識の場合、共分散行列Σｊ（Ｐ）は以下のように表される。
【数５２】
0005990199.tif 000053
【０１４２】
その場合、以下の式が成り立つ。
【数５３】
0005990199.tif 000054
ただし、
【数５４】
0005990199.tif 000055
及び
【数５５】
0005990199.tif 000056
である。
【０１４３】
行列Ａｊは、インデックスｊによって識別される宛先デバイスによって複素変調シンボルのジョイント復号を処理するための有用なチャネルの推定を表す。行列Ｂｊは、インデックスｊによって識別される宛先デバイスにおいて観測された干渉統計値を表す。その後、インデックスｊによって識別される宛先デバイスは、行列ＡｊとＢｊを中継デバイス１２０に提供する。
【０１４４】
その際、以下の式が成り立つ。
【数５６】
0005990199.tif 000057
【０１４５】
そのため、以下の式が成り立つ。
【数５７】
0005990199.tif 000058
【０１４６】
Ａｊ＝Ｈｊ及び
【数５８】
0005990199.tif 000059
であるとき、最大ＣＳＩ知識が仮定される場合と同じ式が取得されることを注意しておく。
【０１４７】
ＭＭＳＥフィルタリングモジュールの上流において、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信される信号の品質を高めるために、又は宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４がＭＭＳＥフィルタリングモジュールを含まない場合であっても、プリコーディング行列Ｐを用いることができることを更に注意しておく。
【０１４８】
上記のように、プリコーディング行列Ｐを求めるための第４の実施形態では、中継デバイス１２０は、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４と、それらに関連付けられている宛先デバイスである少なくとも１つの送信された複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４との間の送信チャネルの容量を表す関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを求めることができる。この場合、プリコーディング行列Ｐは、そのような関数の最大値、またはそれと等価な加法的逆関数の最小値に対応する。
【０１４９】
インデックスｊによって識別される１つの発信元デバイスからそれに関連付けられている宛先デバイスへの送信チャネルの容量Ｃｊ（Ｐ）は、以下のように表すことができる。
【数５９】
0005990199.tif 000060
【０１５０】
中継デバイス１２０は、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４から、それらに関連付けられている宛先デバイスである少なくとも１つの送信された複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４への送信チャネルを指している、無線通信ネットワーク１００のチャネル容量の指数νによる一般化平均を最大化するプリコーディング行列Ｐを求めることができる。その場合、中継デバイス１２０は、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４から、それらに関連付けられている宛先デバイスである少なくとも１つの送信された複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４への送信チャネル容量の一般化平均の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを求めることを目的とする。その際、最大化されることになる送信チャネル容量Ｃ（Ｐ）は、以下のように表される。
【数６０】
0005990199.tif 000061
【０１５１】
既に言及したように、一実施形態では、中継デバイス１２０は、ラグランジュ乗数法によって、受信された少なくとも１つの複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信された信号間の干渉に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。上記のＣ（Ｐ）及びｈ（Ｐ）の式に適用されるラグランジュ乗数法は、以下の通りである。
【数６１】
0005990199.tif 000062
【０１５２】
指数νが１に等しく選択される場合には、全ての容量の和が最大化される。指数νが負の値として選択される場合には、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４から、それらに関連付けられている宛先デバイスである少なくとも１つの受信された複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において得られた選択に属している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４への送信チャネルの最も低い容量が優先的に最大化されることになる。
【０１５３】
既に言及したように、一実施形態では、中継デバイス１２０は、例えば勾配降下のような反復最適化アルゴリズムを用いることによって、プリコーディング行列Ｐを求めることができる。勾配降下法を用いて、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４から、それらに関連付けられている宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４への送信チャネルの容量に依存する関数の極値に対応するプリコーディング行列Ｐを繰り返し求める。ただし、その関数は送信電力制約に対応する制約を受ける。送信チャネルの容量の一般化平均を最大化するときに、上記のＣｊ（Ｐ）及びｈ（Ｐ）の式に適用される勾配降下法は、以下のように表すことができる。
【数６２】
0005990199.tif 000063
【０１５４】
その後、中継デバイス１２０は、結果として生成された行列
【数６３】
0005990199.tif 000064
が送信電力制約ｈ（Ｐ）の要件を満たすか否かを調べる。これらの要件が満たされる場合には、中継デバイス１２０は、適切なプリコーディング行列Ｐを見いだしたと考える。そうでない場合には、別の反復が実行され、その場合
【数６４】
0005990199.tif 000065
がＰｋになる。
【０１５５】
言い換えると、
【数６５】
0005990199.tif 000066
は以下のように送信電力制約ｈ（Ｐ）上に射影され、
【数６６】
0005990199.tif 000067
及びＰｋ＋１の収束まで反復が実行される。
【数６７】
0005990199.tif 000068
【０１５６】
プリコーディング行列Ｐを求めるための第３の実施形態との関連において上記で説明された勾配降下法は、所与のインデックスｊの場合に、式∂Ｃｊ（Ｐ）／∂Ｐ＊を求めることを意味する。
【０１５７】
この式は、部分ＣＳＩ知識の場合と最大ＣＳＩ知識の場合とで別々に考えることができる。これ以降、最大ＣＳＩ知識の場合の∂Ｃｊ（Ｐ）／∂Ｐ＊の式を示す。
【数６８】
0005990199.tif 000069
【０１５８】
当業者であれば、本明細書における教示から、部分ＣＳＩ知識の場合の∂Ｃｊ（Ｐ）／∂Ｐ＊の適切な式を導出することができるであろう。
【０１５９】
発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４からそれらに関連付けられている宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４への送信チャネルの容量を表す関数の文脈において、複数の所定のプリコーディング行列の中から選択することによってプリコーディング行列Ｐを求めるための方法を、同様に適用することもできることを注意しておく。
【０１６０】
無線通信ネットワーク１００内の送信チャネル容量Ｃｊ（Ｐ）のうちの少なくとも１つが改善される場合、無線通信ネットワーク１００の性能全体が高められることを注意しておく。それゆえ、中継デバイス１２０は、プリコーディング行列Ｐを求めるために、送信チャネル容量の他の最適化規則を適用することもできる。例えば、中継デバイス１２０は、送信電力制約ｈ（Ｐ）を考慮に入れて、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４から、それらに関連付けられている宛先デバイスである少なくとも１つの受信された複素変調シンボルフローがステップＳ３０１において取得された選択に属している宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４への送信チャネルを指している、無線通信ネットワーク１００内の送信チャネル容量の最大平均値に対応するプリコーディング行列Ｐを求めることを目的とする。
【０１６１】
次のステップＳ３０３において、中継デバイス１２０は、求められたプリコーディング行列Ｐを宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信する。その後、ステップＳ３０１を繰り返して、プリコーディングが適用されなければならない複素変調シンボルフローの選択の任意の変更を考慮に入れることができ、それに応じて、中継デバイス１２０はプリコーディング行列Ｐを更新する。プリコーディングが適用されなければならない複素変調シンボルフローの選択のそのような変更は、図４及び図５のそれぞれステップＳ４０３及びＳ５０２に関連して後に詳述される。
【０１６２】
別の実施形態では、中継デバイス１２０から宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４への無線送信において、プリコーディングされたパイロットが用いられる。それゆえ、中継デバイス１２０は、求められたプリコーディング行列Ｐを宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信する必要はない。この場合、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４は、積ＦｊＰの推定値を取得することができる。
【０１６３】
図３のアルゴリズムは定期的に実行されてもよいし、又は任意の発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４と宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４との間、及び／又は中継デバイス１２０と宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４との間の送信チャネル条件が変化するときに実行されてもよい。
【０１６４】
送信電力制約の要件を満たすプリコーディング行列が見つけられない場合には、中継デバイス１２０は、複素変調シンボルを宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信しないことをさらに注意しておく。
【０１６５】
図４は、プリコーディングされた複素変調シンボルを少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信するための第１の実施形態による中継デバイス１２０によって実行されるアルゴリズムを概略的に表している。
【０１６６】
ステップＳ４０１において、中継デバイス１２０は、少なくとも１つの発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４によって送信されることになる情報ワードを特定する。
【０１６７】
一実施形態では、中継デバイス１２０は、関連する発信元デバイス（複数の場合もある）１０１、１０２、１０３、１０４からこれらの情報ワードを予め受信する。
【０１６８】
別の実施形態では、中継デバイス１２０は、発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４によって送信される複素変調シンボルフローを受信するように更に構成され、受信された複素変調シンボルに復号を適用することによって、受信された複素変調シンボルが導出された情報ワードを復元しようと試みる。それゆえ、中継デバイス１２０は、関連する発信元デバイス１０１、１０２、１０３、又は１０４がこれらの情報ワードの再送を実行するときに、復元された情報ワードを使用することができる。発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４と宛先デバイス１１０との間でＨＡＲＱ機構が用いられるときには、宛先デバイス１１０によって提供されるフィードバックを取り込んで解析することによって、そのような再送の発生を判断することができる。
【０１６９】
次のステップＳ４０２において、中継デバイス１２０は、特定された情報ワードに対応するか、又はその情報ワードから導出された複素変調シンボルを求める。
【０１７０】
次のステップＳ４０３において、中継デバイス１２０は、プリコーディングが適用されなければならない少なくとも１つの複素変調シンボルフローを選択する。プリコーディングされた複素変調シンボルを送信するためのこの第１の実施形態の文脈においては、中継デバイス１２０は、中継デバイス１２０がステップＳ４０１において情報ワード（複数の場合もある）の復元又は取得に成功した単数又は複数の複素変調シンボルフローを選択する。
【０１７１】
１つの変形形態では、中継デバイス１２０は、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって与えられる情報も更に考慮に入れることができる。宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４は、中継デバイス１２０に対して、当該宛先デバイスが情報ワード（複数の場合もある）の復元に成功した単数又は複数の複素変調シンボルフローを示す情報を与えることができる。代替形態として、この情報は、当該宛先デバイスが情報ワード（複数の場合もある）の復元に成功しなかった単数又は複数の複素変調シンボルフローを示すこともできる。
【０１７２】
その際、中継デバイス１２０は、品質が高められることを目的とする複素変調シンボルフローを選択するために、ステップＳ４０１において中継デバイス１２０が情報ワードを取得するのに成功した複素変調シンボルフローを示す情報に加えて、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって与えられる情報も使用する。これにより、中継デバイス１２０は、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって未だ復号されていない信号に送信電力の分配を集中させるプリコーディング行列Ｐを取得できるようになる。
【０１７３】
次のステップＳ４０４において、中継デバイス１２０は、ステップＳ３０２において求められたプリコーディング行列Ｐに基づいて、ステップＳ４０２において特定された複素変調シンボルにプリコーディングを適用する。このステップによって、中継デバイス１２０は、プリコーディングされた複素変調シンボルを生成できるようになる。
【０１７４】
ステップＳ４０３及びＳ４０４は、プリコーディングが適用されなければならない複素変調シンボルフローの選択の変更が発生する際に繰り返してもよい。
【０１７５】
そのような変更は、複素変調シンボルの送信中に生じる場合もある。実際には、２つの複素変調シンボルフローが同じリソース上で送信されるとき、これらのフローのうちの一方のフローを送信する前に、他方のフローの送信が終了する場合がある。それゆえ、１つのプリコーディング行列から別のプリコーディング行列への切り替えは、その一方のフローの送信中に実行される場合がある。これにより、依然として送信中の信号の品質を高めるために、中継デバイス１２０における送信電力の分配を最適化できるようになる。
【０１７６】
次のステップＳ４０４において、中継デバイス１２０は、ステップＳ４０３において選択された複素変調シンボルフローが向かう宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に、ステップＳ４０３の間に取得されたプリコーディングされた複素変調シンボルを送信する。
【０１７７】
それゆえ、プリコーディング行列Ｐを用いることによって、中継デバイス１２０は、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に対して、当該宛先デバイス（複数の場合もある）によって受信される信号の品質を高めることができるようにする（詳細にはこれらの信号のＳＩＮＲを高めることができるようにする）プリコーディングされた複素変調シンボルを送信する。
【０１７８】
図５は、プリコーディングされた複素変調シンボルを少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信するための第２の実施形態による中継デバイス１２０によって実行されるアルゴリズムを概略的に表している。
【０１７９】
ステップＳ５０１において、中継デバイス１２０は、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって与えられる、当該宛先デバイスが情報ワード（複数の場合もある）の復元に成功した単数又は複数の複素変調シンボルフローを示す情報を考慮に入れる。
【０１８０】
代替形態として、この情報は、当該宛先デバイスが情報ワード（複数の場合もある）の復元に成功しなかった単数又は複数の複素変調シンボルフローを示すこともできる。
【０１８１】
その際、中継デバイス１２０は、宛先デバイスによって受信される信号の品質を高めることが目的とされる複素変調シンボルフローを特定するために、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって与えられる情報を使用する。これにより、中継デバイス１２０は、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって未だ復号されていない信号に送信電力の分配を集中させるプリコーディング行列Ｐを取得することができる。
【０１８２】
次のステップＳ５０２において、中継デバイス１２０は、それに応じて、プリコーディングが適用されなければならない複素変調シンボルフローを選択する。例えば、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４から受信される情報に基づいて、中継デバイス１２０は、当該宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって受信される信号が最も低い性能を示す所与の数の複素変調シンボルフローを選択する。
【０１８３】
次のステップＳ５０２において、中継デバイス１２０は、ステップＳ５０２において選択された単数又は複数のフローにおいて送信されることになる複素変調シンボルの推定値を取得する。これらの推定値は、発信元デバイスから送信されて中継デバイス１２０によって受信される（さらに増幅される可能性もある）複素変調シンボルに対応することができる。その後、中継デバイス１２０は、プリコーディングされた複素変調シンボルを生成するために、プリコーディング行列Ｐへの入力としてこれらの推定値を使用する。
【０１８４】
次のステップＳ５０３において、中継デバイス１２０は、図３に関連して上記で説明されたようなプリコーディング行列Ｐを取得し、取得されたプリコーディング行列Ｐに基づいて、複素変調シンボルの推定値にプリコーディングを適用する。このステップによって、中継デバイス１２０は、プリコーディングされた複素変調シンボルを生成できるようになる。
【０１８５】
図４のステップＳ４０３及びＳ４０４の場合と同様に、ステップＳ５０２及びＳ５０３は、プリコーディングが適用されなければならない複素変調シンボルフローの選択の変更が発生する際に繰り返してもよい。
【０１８６】
次のステップＳ５０４において、中継デバイス１２０は、ステップＳ５０３の間に取得されたプリコーディングされた複素変調シンボルを、選択された複素変調シンボルフローが向けられる少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に送信する。
【０１８７】
それゆえ、プリコーディング行列Ｐを用いることによって、中継デバイス１２０は、少なくとも１つの宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４に対して、当該宛先デバイス（複数の場合もある）によって受信される信号の品質を高めることができるようにする（詳細にはこれらの信号のＳＩＮＲを高めることができるようにする）プリコーディングされた複素変調シンボルを送信する。
【０１８８】
宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４によって中継デバイス１２０に与えられる任意の情報は、直接的に転送することもできるし、間接的に転送することもできることを注意しておく。例えば、そのような情報は、それぞれの発信元デバイス１０１、１０２、１０３、１０４を介して、宛先デバイス１１１、１１２、１１３、１１４から中継デバイス１２０に転送されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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