(57)【要約】  モバイル無線システムで、および具体的にはＴＤＤ無線システムでセル間干渉を減らす方法を提供する。一実施形態では、基地局は、主アンテナと補助アンテナとの両方を含む複数の基地局アンテナで、その基地局がサービスするモバイル端末のうちの少なくとも１つからのパイロット信号を受信する。それに応答して、基地局アンテナのそれぞれは、出力を提供し、この出力は、主アンテナからの送信のためにプリコーディング重みのセットを入手するために処理される。処理するステップは、少なくとも補助アンテナからの出力を使用して少なくとも１つの干渉する信号をヌルにすることを含む。
2013531417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数のモバイル端末にサービスする基地局によって実行される方法であって、
（ａ）複数の基地局アンテナで前記サービスされるモバイル端末のうちの少なくとも１つからのパイロット信号を受信するステップであって、前記複数は、少なくともいくつかの主アンテナおよび少なくともいくつかの補助アンテナを含む、ステップと、
（ｂ）前記複数の各アンテナから出力を提供するステップであって、前記出力は、前記受信されたパイロット信号に応答する、ステップと、
（ｃ）前記主アンテナからの送信のためにプリコーディング重みのセットを入手するために前記アンテナ出力を処理するステップであって、前記処理するステップは、少なくとも前記補助アンテナからの前記出力を使用して少なくとも１つの干渉する信号をヌルにすることを含む、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記プリコーディング重みを使用して前記サービスされるモバイル端末のうちの１つまたは複数にデータを送信するステップをさらに含み、前記送信するステップは、前記主アンテナから行われ、送信は、前記補助アンテナからは行われない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記データ送信は、複数のサービスされるモバイル端末へ同時に行われる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記パイロット信号は、複数のサービスされるモバイル端末から同時に受信される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
パイロット信号を受信する前記ステップは、少なくとも部分的に少なくとも１つの隣接基地局からの送信中に実行され、少なくとも前記補助アンテナからの出力は、少なくとも１つの前記隣接基地局送信をヌルにするために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記主アンテナからの前記出力および前記補助アンテナからの前記出力は、少なくとも１つの前記干渉する信号をヌルにするのに使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記主アンテナになる前記複数のうちのいくつかのアンテナを選択するステップと、前記補助アンテナになる前記複数のうちのいくつかの他のアンテナを選択するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には、伝搬特性を測定するためにユーザ端末が基地局にパイロット信号を送信する無線通信ネットワークに関する。本発明は、より具体的には、時分割複信（ＴＤＤ）を使用するモバイル無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のモバイル無線マルチユーザ・システムでは、複数の無線セルが、広範囲の地理的区域をカバーする。基地局（ＢＳ）は、各セル内で中央に配置される。ＢＳは、以下「モバイル」または「移動局」と称する、ＢＳと同一のセル内に配置されたモバイルユーザ端末にデータを受送信し、送信する。
【０００３】
しかし、所与の基地局によって送信された信号は、それ自体のセル内のモバイルだけではなく、隣接セル内のモバイルにも伝搬する。その結果、各基地局からのダウンリンク送信が、隣接セルのモバイルで、「セル間干渉」と称する雑音を作成する傾向がある。同様に、所与のセル内の各モバイルによって送信された信号は、そのセルにサービスする基地局だけではなく、隣接セルにサービスする基地局にも伝搬する。その結果、各モバイルからのアップリンク送信は、隣接セルにサービスする基地局でセル間干渉を作成する傾向がある。
【０００４】
たとえば、図１に、セル１の基地局からのダウンリンク送信がセル２内の移動局に干渉する、セルラ・ネットワークの一部を示す。
【０００５】
セル間干渉は、上で説明したように、現代の無線システムでデータ送信のレートを高めることに対する主要な障害である。具体的に言うと、セル間干渉は、そうでなければ基地局で複数のアンテナを使用することによって得ることができる送信レートの獲得を減らす。すなわち、ダウンリンクでの理論的な最大の実現可能な送信レートは、基地局アンテナの個数に伴って線形に増加する。しかし、セル間干渉の量は、線形未満の増加だけが達成される形で、基地局アンテナの個数に伴って増加する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ｌ．Ｍａｒｚｅｔｔａ、「Ｈｏｗ  ｍｕｃｈ  ｔｒａｉｎｉｎｇ  ｉｓ  ｒｅｑｕｉｒｅｄ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ」、Ｐｒｏｃ．ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ、ＡＣＳＳ  ２００６、Ｆｏｒｔｉｅｔｈ  Ａｓｉｌｏｍａｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、３５９〜３６３ページ（２００６年１１月）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、モバイル無線システムで、および具体的には時分割複信（ＴＤＤ）無線システムでセル間干渉を減らす効率的な形を見つけた。
【０００８】
一実施形態では、１つまたは複数のモバイル端末にサービスする基地局は、複数の基地局アンテナでサービスされるモバイル端末のうちの少なくとも１つからのパイロット信号を受信し、複数は、少なくともいくつかの主アンテナおよび少なくともいくつかの補助アンテナを含む。アンテナのそれぞれで受信されたパイロット信号に応答して、出力が、アンテナ複数の各アンテナから提供される。アンテナ出力は、主アンテナからの送信のためにプリコーディング重みのセットを入手するために処理される。処理するステップは、少なくとも補助アンテナからの出力を使用して少なくとも１つの干渉する信号をヌルにすることを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図内の番号１および２を付けられたセルの間のセル間干渉を示す、六角形形状を有する通常のセルラ・ネットワークの一部を示す概略図である。
【図２】隣接セルのグループ内の基地局からのパイロット信号の同期送信を示すタイミング図である。
【図３】異なるセル内のパイロット送信の間にタイミング・オフセットがある、図２のフォーマットに対する代替案を示すタイミング図である。
【図４】２つの基地局が本発明の実施形態による主アンテナおよび補助アンテナを備えるネットワークの一部を示す概略図である。
【図５】モデル・ネットワーク内のスループット対補助アンテナの個数を示すシミュレーション結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
チャネル係数
例示のために、本発明者らは、本発明者らの説明を、ＯＦＤＭデータ送信が使用されるネットワークに基づかせる。しかし、本発明は、ＯＦＤＭネットワークへの適用に限定されるのではなく、アップリンク・パイロット信号が伝搬チャネルの特性を測定するために使用されるすべてのタイプのネットワークに適用可能である。
【００１１】
提示を単純にするために、本発明者らは、次の議論を、データ送信のためにＯＦＤＭシステム内で使用される複数の直交サブチャネルのうちの１つに制限する。ＯＦＤＭサブチャネルのフル・セットへの下の議論の拡張は、単純である。
【００１２】
下の議論では、信号および係数を、次の記号を使用してインデクシングする。
ｊは、モバイルが存在する特定のセルを識別し、
ｌは、特定の基地局を識別し、拡張によって、その特定の基地局によってサービスされるセルを識別し、
ｋは、所与のセル内の特定のモバイルを識別し、
ｍは、所与の基地局の特定のアンテナを識別する。
【００１３】
本発明者らは、所与のセルおよびその隣接セルからなるグループにＬ個のセルがあり、各セル内にＫ個のモバイルがあると仮定する。本発明者らは、すべての基地局が送信および受信用のＭ個のアンテナを有し、各モバイルが１つのアンテナを有すると仮定する。本発明者らは、第ｊセルの第ｋモバイルによって送信される信号をｘｊｋによって表す。第ｌ基地局の第ｍアンテナによって受信される信号を、本発明者らはｙｌｍによって表す。ｐＭＳおよびｐＢＳによって、本発明者らは、それぞれモバイルおよび基地局の送信された電力レベルを表す。例示のために、本発明者らは、すべてのモバイルが同一の電力を有し、すべての基地局が同一の電力を有するという単純化する仮定を行う。
【００１４】
送信中に、伝搬チャネルの影響は、第ｊセルの第ｋモバイルから第ｌ基地局の第ｍアンテナへの各信号に、複素数値のチャネル係数ｈｊｌｋｍを乗算することである。第ｊセルの第ｋモバイルから第ｌセルのＭ個のアンテナへのそれぞれのチャネル係数は、チャネル・ベクトル
ｈｊｌｋ＝（ｈｊｌｋ１，…，ｈｊｌｋＭ）
を形成する。
【００１５】
（本明細書では、太字フォントは、ベクトルを表すのに使用される）。チャネル係数ｈｊｌｋｍは、ランダム変数としてモデル化される。チャネル係数ｈｊｌｋｍは、コヒーレンス・インターバルＴ中にほぼ一定のままになる。コヒーレンス・インターバルＴの長さは、モバイルの速度に依存する。モバイルが高速に移動すればするほど、そのチャネル係数ｈｊｌｋ＝（ｈｊｌｋ１，…，ｈｊｌｋＭ）のコヒーレンス・インターバルは短くなる。５０または７０ｋｍ／ｈの速度で移動するモバイルについて、コヒーレンス・インターバルＴは、それぞれ２０個または１０個のＯＦＤＭシンボルの送信に必要な時間とほぼ等しい。
【００１６】
本発明者らの例では、同一の周波数サブチャネルが、ダウンリンクとアップリンクとの両方で使用されるので、相互性があてはまり、第ｌ基地局基地局の第ｍアンテナからモバイルに送信される信号は、同様に、同一のチャネル係数ｈｊｌｋｍによって乗算される。
【００１７】
シャドウイング係数
実地経験は、無線ネットワークのモデル化において、距離または、介在する地誌的特徴、建物、もしくは他の物理的障害などの他の要因に起因する送信された信号の減衰を表すために、比較的ゆっくり変化する、一般に実数値の係数を含めることが有用であることを示した。すなわち、第ｊセルの第ｋモバイルから第ｌ基地局のいずれかのアンテナに送信された信号は、シャドウイング係数βｊｌｋによって乗算される。シャドウイング係数βｊｌｋは、ランダムな値をとる。チャネル係数とは異なって、シャドウイング係数は、はるかにより長く一定のままになる。この理由から、基地局は、少なくとも原理的に、隣接セルのすべてのモバイルに対するシャドウイング係数を正確に推定することができる。
【００１８】
したがって、本発明者らは、次の議論で、シャドウイング係数βｊｌｋ、ｊ＝１，…，Ｌ、ｋ＝１，…，Ｋが、第ｌ基地局に既知であると仮定する。シャドウ係数βｊｌｋが、一般に、第ｌ基地局と第ｊセルの第ｋモバイルとの間の距離に強く相関することに留意することも重要である。距離が大きければ大きいほど、βｊｌｋの値が（通常は）小さくなる。
【００１９】
チャネル係数の知識は、基地局が、干渉除去プリコーディングを使用することによってセル内干渉およびセル間干渉を減らすことを可能にする。
【００２０】
基地局がチャネル係数ｈｊｌｋｍを推定することを可能にするために、すべてのセル内のすべてのモバイルは、同期して（現在の例では）それぞれτ個のシンボルのトレーニング・パイロット信号ψｊｋ、ｊ＝１，…，Ｌ、ｋ＝１，…，Ｋを送信する。したがって、各パイロット信号は、スカラ値のシンボルのτタプルであり、したがって、τ次元ベクトルである。パイロット信号ψｊｋが送信されたことの結果として、
【００２１】
【数１】
2013531417.tif 000003
の形を有するτ次元ベクトルｙｌｍが、第ｌセルの第ｍアンテナで受信され、ここで、τタプルｗｌｍは、相加性雑音を表す。
【００２２】
本発明者らは、ここで、上で定義された量に関して表される、次の定義を導入する。
Ｙｌ＝［ｙｌ１，…，ｙｌＭ］、Ｗｌ＝［ｗｌ１，…，ｗｌＭ］、Ψｊ＝［ψｊ１，…，ψｊＫ］、Ｄｊｌ＝ｄｉａｇ｛βｊｌ１，…，βｊｌＫ｝、
【００２３】
【数２】
2013531417.tif 000004
。
【００２４】
式（１）から、第ｌ基地局で受信される信号は、
【００２５】
【数３】
2013531417.tif 000005
である（Ｙｉは、τ×Ｍ行列である）。
【００２６】
Ｙｌが行列であり、その列のそれぞれが、第ｌ基地局のＭ個のアンテナの１つに対応することを理解されたい。Ｙｌの各列は、スカラ値のτタプルである。スカラ値のそれぞれは、送信されたパイロット信号のτ個のシンボルの１つに対応し、サービスされるセルおよび隣接セルを占めるそれぞれのモバイルから受信されたシンボルのさまざまな版と相加性雑音との、第ｍアンテナでの合計を表す。
【００２７】
パイロット信号ψｊｋが、相互に直交になるように設計される（通常はそうである）時には、その直交特性を、適当に設計された受信器で使用して、第ｌ基地局での個々のチャネル係数ｈｊｌｋ＝（ｈｊｌｋ１，…，ｈｊｌｋＭ）の推定値を回復することができる。完全な直交からの小さい逸脱がある場合であっても、同一の技法を使用してチャネル係数の推定値を得ることが可能である可能性がある。したがって、本発明者らが本明細書で「直交」パイロット信号について語る時には、本発明者らが、個々のチャネル係数の推定を無効にするほどではなく多少、完全な直交から逸脱する可能性があるパイロット信号を含めるつもりであることを理解されたい。
【００２８】
したがって、たとえば、ＭＭＳＥエスティメータは、パイロット信号の以前の知識および
【００２９】
【数４】
2013531417.tif 000006
という直交特性を使用して、上で定義した行列Ｈｊｌの推定値
【００３０】
【数５】
2013531417.tif 000007
を回復する。ＩＫはＫ×Ｋユニティ行列（ｕｎｉｔｙ  ｍａｔｒｉｘ）である。
【００３１】
すなわち、Ｙｌを与えられたＨｊｌのＭＭＳＥエスティメータは、
【００３２】
【数６】
2013531417.tif 000008
である。
【００３３】
基地局からモバイルへのデータ送信
推定値
【００３４】
【数７】
2013531417.tif 000009
、ｊ＝１，…，Ｌを使用して、第ｌ基地局は、線形または非線形のいずれかのプリコーディングを使用して、第ｌセルからのモバイルに強い信号を与え、それ自体のセルからのモバイルへおよび他のセルからのモバイルへのセル内干渉およびセル間干渉を制限することができる。具体的に言うと、線形プリコーディングを、次のように行うことができる。
【００３５】
ｑｌ１，…，ｑｌＫが、第ｌ基地局によって第ｌセルからの対応するモバイルに送信されなければならない信号であるものとする。推定値
【００３６】
【数８】
2013531417.tif 000010
、ｊ＝１，…，Ｌを使用して、第ｌ基地局は、Ｍ×Ｋプリコーディング行列Ａｌを形成し、信号
【００３７】
【数９】
2013531417.tif 000011
を送信する。
【００３８】
第ｊセルの第ｋモバイルによって受信される信号は、
【００３９】
【数１０】
2013531417.tif 000012
であり、ｚは、相加性雑音を表す。
【００４０】
セル内干渉およびセル間干渉を大幅に減らすことを可能にする、多数の異なる効率的なプリコーディング行列がある。１つの可能な形は、Ａｌとして
【００４１】
【数１１】
2013531417.tif 000013
の擬似逆行列（ｐｓｅｕｄｏｉｎｖｅｒｓｅ）を使用することである。
【００４２】
パイロット信号およびそのモバイルへの割当
上で言及したように、プリコーディングを使用して、干渉を大幅に減らすことができる。しかし、一般的なルールとして、プリコーディングは、推定値
【００４３】
【数１２】
2013531417.tif 000014
、ｊ＝１，…，Ｌ、ｋ＝１，…，Ｋが正確であり、相関しない場合に限ってよく働く。完全に正確で相関しない推定値を得るために、パイロット信号（下では「パイロット」とも称する）ψｊｋ、ｊ＝１，…，Ｌ、ｋ＝１，…，Ｋは、直交でなければならない。残念ながら、実際の問題として、この要件を所与のセルおよびその隣接セル内のすべてのモバイルにまたがって同時に満足することは、一般に不可能である。
【００４４】
すなわち、モバイルは、高速で、たとえば車両の速度で移動する場合があり、その結果、短いコヒーレンス・インターバルすなわちＴの小さい値を有する場合がある。基地局がパイロットの助けを得て学習するチャネル係数は、所与のコヒーレンス・インターバルの間に限って効果的に一定のままになる。その結果、モバイルにデータを送信するために基地局が使用可能な最大インターバルは、Ｔ−τである。したがって、シンボル・インターバル単位で測定されたパイロット信号の長さであるτを、できる限り小さくすることが有利である。
【００４５】
通常、τは、特定の無線ネットワーク内のモバイルの速度に応じて、４から１２までの値をとることができる。初等ベクトル解析は、相互に直交のτ次元ベクトルの集合が、τ個を超える要素を含むことができず、そうでない場合には、ベクトルの少なくとも１つの対が非直交であることを教示する。その結果、所与の時に直交パイロット信号を有することができるモバイルの最大数は、τと等しい。
【００４６】
通常の六角形ネットワーク内で所与のセルおよび所与のセルに隣接するセルからなるグループ内のセルの個数Ｌは、たとえば図１に示されているように７であり、本発明者らの例示的な例では７と解釈される。たとえば、図１からわかるように、セル１を、隣接セル２〜７によって囲まれるものとすることができる。したがって、複数のモバイルが所与のセルおよびその６個の隣接物のそれぞれの中のそれぞれの基地局によって同時にサービスされる場合に、τが１２もの大きさである場合であっても、使用されるパイロットのすべてが相互に直交であることができないことは、明瞭である。
【００４７】
セル内干渉の軽減は、一般に、セル間干渉の軽減より重要であると考えられる。セル内干渉を、所与のセル内で使用されるすべてのパイロットが直交であることを要求することによって、効果的に軽減することができる。したがって、下で述べる例では、所与のセル内のモバイルについて使用されるパイロット信号が直交であると仮定する。
【００４８】
一般性を失わずに、２つの異なるセル、セル１およびセル２、セル１の第ｋモバイルに属するパイロット信号ψ１ｋ、ならびにセル２の第ｑモバイルに属するパイロット信号ψ２ｑを検討されたい。この２つのパイロット信号が直交ではない場合には、チャネル・ベクトルｈ１２ｋおよびｈ２２ｑの推定値が不正確になり、具体的には、これらが少なくとも部分的に相関する。これは、悪いプリコーディング行列Ａ２をもたらす。すなわち、そのような推定値を使用すると、インデックスｌ＝２の基地局は、その項がセル１の第ｋモバイルへのｌ＝２基地局からのデータの送信を助けるために少なくとも部分的に適合されたプリコーディング行列Ａ２を生成する。言い替えると、式（２）に従って生成される信号ｓ２は、非常に強い強度を伴ってセル１の第ｋモバイルに到着する。言い替えると、積｜ｈｊｌｋｓｌ｜ただしｊ＝１かつｌ＝２は、大きくなる。したがって、ｌ＝２基地局は、セル１の第ｋモバイルでの方向を持った干渉を作成するために、セル２の第ｑモバイルのダウンリンク信号を不可避的にビームフォーミングする。もう一度図１を参照すると、セル２の２つの移動局に到着して図示された信号が、本明細書で説明する種類の干渉を引き起こすことがわかる。
【００４９】
プリコーディング行列を得るために、１つの従来の手法は、図２に示されているように、隣接セルのグループ内のすべての移動局に、それぞれの基地局へパイロット信号を同期して送信させる。「同期」は、移動局の同期グループ内のすべてのパイロット送信が、一緒に始まり、一緒に終了することを意味する。
【００５０】
しかし、セル内直交性を保つために、所与のセルの多くともτ個のモバイルが、同期してパイロット信号を送信することができ、τが、注記したように、パイロット信号内のシンボル・インターバルの個数であることに留意されたい。したがって、図２（ならびに図３）に、Ｋ個の移動局からの同期信号が示されているが、Ｋ≧τである場合には、セル内直交性を保つために、セル内のすべて未満の移動局が一時にアクティブになることを理解されたい。
【００５１】
基地局は、これらのパイロットを使用して、それに対応する移動局のそれぞれへのチャネル係数を推定し、推定されたチャネル係数を使用して、プリコーディング行列を計算する。しかし、所与の移動局からのパイロットに基づく各チャネル推定値は、異なる移動局（通常は、他の隣接セルから送信しつつある）からの１つまたは複数の同期して送信された非直交パイロットによって汚染される可能性がある。上で注記したように、そのような汚染は、同一電力のランダム信号からの干渉より大幅に強いダウンリンク干渉につながる可能性がある。これは、マルチセル・マルチユーザ無線システムでのダウンリンク送信レートの大幅な低下をもたらす可能性がある。
【００５２】
代替のプロトコルを図３に示す。このプロトコルでは、所与のセルからのＫ個のモバイルが、Ｋ個の直交パイロットを使用し、これらを同期して送信する。それと同時に、異なるセルからのモバイルが、この図に示されているように、時間においてシフトされたパイロットを送信する。この場合に、異なるセルからのパイロットは、お互いを汚染しない。
【００５３】
新しい手法
しかし、そのような手法は、基地局によって送信される信号が、モバイルによって送信される信号より大幅に強いという問題に苦しむ。したがって、基地局ＢＳ１は、ＢＳ２および他の隣接セルの基地局によって送信された強いダウンリンク信号の存在下でセル１からのモバイルのチャネル係数を推定しなければならない。
【００５４】
本発明者らは、これから、この問題に対処するために本発明者らが開発した新しい手法を説明する。
【００５５】
本発明者らは、まず、隣接する（および、したがって、潜在的に干渉する）セルからのパイロット送信のタイミング・オフセットがあるので、本発明者らが、下の議論を所与のセルだけのモバイルに制限できることに留意する。したがって、本発明者らが上でセルｊのモバイルｋからセルｌの基地局アンテナｍへのチャネル係数を表すのに使用した表記記号ｈｊｌｋｍは、今や、モバイルｋから基地局アンテナｍへのチャネル係数を表す形ｈｋｍに単純化される。
【００５６】
本発明者らの新しい手法の例示的実施態様は、次のステップを介して達成される。
１．基地局に、Ｎ個の補助アンテナの追加セットを備え付け、この補助アンテナは、受信に使用されるが送信には使用されないという意味で、受動アンテナである。
２．他の基地局からの強いダウンリンク信号の存在下であっても基地局がＭ個の能動アンテナとモバイルとの間のチャネル係数ｈｋｍを推定することを可能にする通信プロトコルおよび信号処理アルゴリズムを使用する。このプロトコルおよび信号処理アルゴリズムは、下で議論するが、本発明者らが「主」アンテナと呼ぶＭ個の能動アンテナと、本発明者らが「補助」アンテナと呼ぶＮ個の受動アンテナとの使用に基づく。
３．オプションで、能動アンテナおよび受動アンテナのそれぞれの個数を最適化する。
【００５７】
数学的詳細
包括的な状況を、例示のために図４に示す。この図では、基地局ＢＳ１が、セル１にサービスし、基地局ＢＳ２が、セル２にサービスする。セル１には、Ｋ個の移動局がある（１つのモバイルすなわちモバイルｋだけが、この図に示されている）。これらのモバイルのうちのτ個のセットが、τ個の直交パイロットを同時に送信する。異なるセルからのモバイルは、図３に示されているように時間においてシフトされたパイロットを送信する。
【００５８】
セル１の第ｋモバイルは、パイロット
【００５９】
【数１３】
2013531417.tif 000015
を送信する。第ｔの瞬間に、ＢＳ２が、そのＭ個の能動アンテナからセル２内に配置されたモバイルへ信号ｓＴ＝（ｓ１，…，ｓＭ）を送信するものとする（ここで、上付き「Ｔ」は行列転置を示す）。信号ｓＴ＝（ｓ１，…，ｓＭ）は、ＢＳ１に既知ではない。
【００６０】
第ｋモバイルとＢＳ１のＭ個の能動アンテナとの間のチャネル係数は、ｈｋ１，…，ｈｋＭである。
【００６１】
本発明者らは、ｈｋ＝（ｈｋ１，…，ｈｋＭ）によって、第ｋモバイルのチャネル係数によって形成される１×Ｍベクトルを表す。
【００６２】
ＢＳ２のＭ個の能動アンテナとＢＳ１のＭ＋Ｎ個のアンテナとの間のチャネル係数は、ｇｊｒ、ｊ＝１，…，Ｍ＋Ｎ、ｒ＝１，…，Ｍである。
Ｇ＝［ｇｊｒ］
が、ＢＳ１とＢＳ２との間のチャネル係数ｇｊｒによって形成される（Ｍ＋Ｎ）×Ｍ行列であるものとする。
【００６３】
第ｔの瞬間に、ＢＳ１は、１×（Ｍ＋Ｎ）ベクトル
ｙｌ＝（Ｇｓ）Ｔ＋ψ１ｌｈ１＋…＋ψＫｌｈＫ＋相加性雑音
を受信する。
【００６４】
上で注記したように、セル内直交性は、Ｋ≦τの場合に限って保たれる。したがって、τ個を超える移動局を含むセルについて、Ｋは、この議論において、τ個を超えない移動局を含む部分集合の移動局の個数と理解されなければならない。
【００６５】
チャネル行列Ｇは、基地局が移動しないので、変化しないか非常にゆっくりと変化する。したがって、適当なパイロットを送信することによって、Ｇを正確に推定し、周期的に更新することができる。
【００６６】
すべての基地局が電力ｐＢＳを用いて信号を送信するものとする。すべてのモバイルが、電力ｐＭＳを用いて送信すると仮定する（このアルゴリズムは、異なるモバイルおよび基地局が異なる電力を用いて送信するケースに適用するためにたやすく拡張される）。本発明者らの表記を単純化するために、本発明者らは、すべての基地局が同一の電力を有し、すべてのモバイルが同一の電力を有すると仮定する。より一般的なケースへの拡張は、単純である。
【００６７】
無線システムでの標準的な仮定は、ｈｋ〜ＣＮ（０，Ｉ｛Ｍ＋Ｎ｝）であり、ここで、Ｉ｛Ｍ＋Ｎ｝は、（Ｍ＋Ｎ）×（Ｍ＋Ｎ）恒等行列である。すなわち、チャネル・ベクトルが、分散行列Ｉ｛Ｍ＋Ｎ｝を有する複素正規分布を有すると仮定される。チャネル・ベクトルが異なる分布を有する場合には、本明細書で説明されるアルゴリズムは、それ相応にたやすく変更される。
【００６８】
ＢＳ１は、今や、次の手順を実行することができる。
【００６９】
１．Ｇの良い推定値を使用することは、ＢＳ１が、ＢＳ２によって送信されたベクトルｓを正確に推定することを可能にする。これは、たとえば、線形回帰分析から既知の推定技法を使用することによって行われ、この推定技法では、項ψ１ｌｈ１＋…＋ψＫｌｈＫが、追加の雑音として扱われる。具体的に言うと、ＢＳ１は、ベイズＭＭＳＥエスティメータを使用して、Ｍ×１ベクトル
ｓｅｓｔ＝［１／（Ｋ＋１）］［（１／ｐＢＳＩＭ）＋（１／（Ｋ＋１））Ｇ＊Ｇ）］−１Ｇ＊ｙｌＴ
を得る。
【００７０】
ここで、＊は、エルミート共役を表し、ＩＭは、Ｍ×Ｍ恒等行列を表し、ｓｅｓｔは、ＢＳ２によって送信されたベクトルｓの推定された版である。
【００７１】
２．ＢＳ１は、（Ｍ＋Ｎ×１）ベクトル
ｗｌ＝ｙｌ−（Ｇｓｅｓｔ）Ｔ＝ψ１ｌｈ１＋…＋ψＫｌｈＫ＋（Ｇ（ｓ−ｓｅｓｔ））Ｔ＋相加性雑音
を得るために、Ｙｌからベクトル（Ｇｓｅｓｔ）Ｔを減算する。
【００７２】
３．ｌ＝１，…，τ（τは、パイロットψｋの長さである）についてベクトルｗｌを累算することによって、ＢＳ１は、チャネル係数ｈｋｍを推定することができる。これは、次の形で行うことができる。ｚｌが、ｗｌの最初のＭ個の項によって形成されるＭ×１ベクトルであるものとする。Ｚが、ｚ１，…，ｚτによって形成されるτ×Ｍ行列すなわち、
【００７３】
【数１４】
2013531417.tif 000016
であるものとする。
【００７４】
項Ｇ（ｓ−ｓｅｓｔ）が小さいと仮定し、標準ＭＭＳＥ推定方法を使用して、本発明者らは、移動局ｉについて、
ｈｉ，ｅｓｔ＝ｃψｉ＊Ｚｉ、ただしｃ＝ｓｑｒｔ（ｐＭＳτ）／（１＋ｐＭＳτ）
を得る。
【００７５】
４．ｈｉの得られた推定値ｈｉ，ｅｓｔを使用して、ＢＳ１は、セル２に向けられた干渉を作成せずに、干渉除去プリコーディング（たとえば、ゼロフォーシング・プリコーディング）を行うことができる。
【００７６】
上でステップ１および２で説明したように、基地局ＢＳ１は、ベクトルｓを推定し、ｙｌからベクトル（Ｇｓｅｓｔ）Ｔを減算し、その結果、信号ｓによる劣化を伴わずにチャネル係数ｈｋｍを推定できるようになる。これは、「ヌルにすること」の例であり、「ヌルにすること」とは、本発明者らは、チャネル係数推定に対するｓの劣化させる影響を減らすか除去するすべての方法を意味する。
【００７７】
ステップ１〜３が複数回反復される場合に、このアルゴリズムの性能をさらに改善できることに留意されたい。これは、たとえば、基地局が高速計算デバイスを備え、適切な時間枠内にステップ１〜３を複数回行える場合に、行うことができる。適当な計算デバイスは、特殊目的ディジタル・プロセッサを含むが、それに限定されず、その代わりに、ハードウェア制御、ファームウェア制御、またはソフトウェア制御の下で動作する他の特殊目的または汎用の計算デバイスを含むことができる。
【００７８】
隣接セルからの複数の基地局が信号を送信する場合には、上で説明した手法を同様に使用することができる。
【００７９】
受動アンテナの個数Ｎが大きければ大きいほど、ＢＳ１が得ることのできるチャネル係数の推定がよりよくなることを知るのはむずかしくない。実際に、Ｎが無限大になる傾向があると仮定する。次に、Ｎ個の受動アンテナを使用して、ＢＳは、ＢＳ２によって送信されたベクトルｓの任意に正確な推定値を得ることができる（これは、線形回帰分析からの直接の結果である）。その場合に、本発明者らは、ｓｅｓｔ＝ｓを有し、したがって、
ｗｌ＝ｙｌ−（Ｇｓｅｓｔ）Ｔ＝ψ１ｌｈ１＋…＋ψｋ１ｈＫ＋相加性雑音
であり、これは、セル１からのＫ個のモバイルが直交パイロットを送信し、セル２からの他の基地局またはモバイルが信号を全く送信しない場合に対応する。これは、ＢＳ１にとって非常に好都合の状況である。この場合に、ＢＳ１は、チャネル・ベクトルｈ１，…，ｈＫを正確に推定し、セル２内に配置されたモバイルに向けられた干渉を全く作成せずに、セル１からのモバイルに送信することができる。
【００８０】
もちろん、展開できるアンテナの総数Ｌ（能動アンテナと受動アンテナとの両方を含む）に対する実用的限度が必ずある。したがって、能動アンテナの最適個数Ｍおよび受動アンテナの最適個数Ｎを選択することが有利である。
【００８１】
これに関して有用である１つの最適化方法は、コンピュータ・シミュレーションによってＭおよびＮのさまざまな組合せの合計レート（すなわち、システム・スループット）を推定することを伴う。合計レートを推定する方法は、既知であり、本明細書で詳細に説明する必要はない。１つの例示的なそのような用法が、Ｔ．Ｌ．Ｍａｒｚｅｔｔａ、「Ｈｏｗ  ｍｕｃｈ  ｔｒａｉｎｉｎｇ  ｉｓ  ｒｅｑｕｉｒｅｄ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ」、Ｐｒｏｃ．ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ、ＡＣＳＳ  ２００６、Ｆｏｒｔｉｅｔｈ  Ａｓｉｌｏｍａｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、３５９〜３６３ページ（２００６年１１月）に記載されている。
【００８２】
本発明者らの例示的な最適化方法によれば、コンピュータ・シミュレーションが、制約Ｍ＋Ｎ＝Ｌを満足する異なる値ＭおよびＮの合計レートを推定するのに使用される。結果の検索は、合計レートを最大にする能動アンテナおよび受動アンテナの個数ＭｏｐｔおよびＮｏｐｔ（Ｍｏｐｔ＋Ｎｏｐｔ＝Ｌになる）を識別することができる。
【００８３】
受動アンテナが信号増幅器を必要とせず、したがって、能動アンテナより安価であることに留意されたい。したがって、アンテナの総数がＬであり、本発明者らが受動アンテナの最適個数Ｎ（Ｍ＝Ｌ−Ｎ）を展開する場合に、本発明者らは、データ送信レートを高めると同時にシステムのコストを下げる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、主アンテナとして指定されるアンテナの個数および補助アンテナとして指定される個数を、変数とすることができ、したがって、変化する条件に適合させることができる。所与のアンテナが「主」または「補助」のどちらとして指定されるのかを、選択可能とすることもできる。たとえば、スイッチを使用して、選択されたアンテナを送信チェーンに接続し、他の選択されたアンテナを受信チェーンだけに接続することができ、所与のアンテナ（受信モードで操作する）からの出力をどのように、すなわち、フル通信または干渉軽減のためのみのどちらのために処理するのかを指定することができる。
【００８５】
隣接基地局からの干渉する信号の推定について、補助アンテナのみ、または主アンテナおよび補助アンテナの組合せを使用することを、選択の問題にすることもできる。
【００８６】
例
図５は、たとえば図１に示された７つの隣接セルの場合について本発明者らが実行した数値シミュレーションの結果を表す。本発明者らは、各セル内に、４つのモバイルがあり、モバイルが直交パイロットの同一のセットを使用し、各パイロットがｎ＝４シンボルからなると仮定する。より正確には、本発明者らは、この４つのパイロットが、サイズ４のアダマール行列の行を形成すると仮定する。
【００８７】
上から下へ、３つの曲線は、それぞれ、受動アンテナの個数Ｎに依存する結果を有する本発明者らの新しい方法、図３を参照して説明した時間オフセット・パイロット送信を使用する方法、および図２を参照して説明した時間オフセットを伴わない同期パイロット送信を使用する方法を表す。
【００８８】
異なるセルからのモバイルが時間的にシフトされたパイロットを送信するプロトコルが、すべてのセルのすべてのモバイルが同期してパイロットを送信するプロトコルを超える利益を示すことは明白である（Ｍ個の能動アンテナだけが、両方のケースで使用される）。Ｎ個の受動アンテナを有する提案される方式が、さらに大きい改善を与えることを知ることができる。
【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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【国際調査報告】
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