(57)【要約】【課題】メインチャネルの実効的なスループットを劣化させることなく、特別に設計された干渉パターンを用いて帯域内サイドチャネルを構築するシステム、方法及び装置が記述される。【解決手段】送信機−受信機対が、次元を制限されたＭＩＭＯ干渉チャネルにおける部分接続に基づいて２段階動的干渉軽減方式を実施する。第１段階は、経路損失、シャドーイング及び空間的相関等の部分接続状態のトポロジーに基づいてビームフォーミングベクトル並びにゼロフォーシングベクトルのストリーム割当て及び部分空間制約を決定する。第２段階は、第１段階から得られた部分空間にわたる瞬時チャネル状態情報に基づいてビームフォーミングベクトル及びゼロフォーシングベクトルを決定する。一態様では、コントローラデバイスが、第１段階及び第２段階を実施し、送信機−受信機対を割り当て、それぞれストリーム割当て並びにビームフォーミングベクトル及びゼロフォーシングベクトルを用いて干渉アライメントを実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルにおいて動作する複数の送信機−受信機対にデータストリームを割り当てるように構成されるデータストリーム割当て構成要素と、
前記複数の送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられる前記データストリームと、前記チャネルの前記部分接続状態とに基づいて、前記送信機のビームフォーミングフィルタ及び前記受信機のゼロフォーシングフィルタに関連付けられる信号部分空間に対する制限を決定するように構成される部分空間制限構成要素と、
を備える、デバイス。
【請求項２】
前記部分空間制限構成要素は、干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を削減するように、前記制限を決定するように更に構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記部分空間制限構成要素は、複数の潜在的な制限を生成し、該複数の制限から、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を低減する前記制限を選択するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記部分空間制限構成要素は、前記信号部分空間の共通ゼロ空間を決定し、該共通ゼロ空間に基づいて前記制限を決定するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記部分空間制限構成要素は、前記ビームフォーミングフィルタに関連付けられる自由度の数から干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を引いた値を最大化する前記部分空間制限を決定するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記部分空間制限構成要素は、前記ゼロフォーシングフィルタに関連付けられる自由度の数から干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を引いた値を最大化する前記部分空間制限を決定するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ビームフォーミングフィルタ及び前記ゼロフォーシングフィルタの自由度の数と干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数とを比較することによって、前記部分空間に対する前記制約に基づいて前記干渉アライメント方式を実行することが実現可能であるか否かを判断するように構成される実現可能性構成要素を更に備え、前記干渉アライメント方式の前記実行は、前記自由度の数が前記制約の数以上であるのに応じて実現可能である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記干渉アライメント方式の前記実行が実現可能でないのに応答して、前記ストリーム割当て構成要素は、前記制約の数が前記自由度の数よりも大きい一因となる、データストリームへの前記複数の送信機−受信機対の割当てを取り消すように更に構成され、前記部分空間制限構成要素は、前記複数の送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられる残りのデータストリームと、前記チャネルの前記部分接続状態とに基づいて、前記信号部分空間に対する新たな制限を決定するように更に構成される、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記部分空間の前記制限と、前記複数の送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられる前記データストリームとの下で、それぞれ前記送信機及び前記受信機の前記ビームフォーミングフィルタ及び前記ゼロフォーシングフィルタを設計するように構成されるフィルタ構成要素を更に備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ビームフォーミングフィルタを前記送信機に送信し、前記ゼロフォーシングフィルタを前記受信機に送信するように構成されるアンテナを更に備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して部分空間内で信号を送信するように構成されるアンテナであって、該アンテナは、データストリーム割当ての下で前記部分空間に対する制限を含むビームフォーミングフィルタを受信するように更に構成され、前記部分空間に対する前記制限は前記チャネルの前記部分接続状態に基づいて決定される、アンテナと、
前記ビームフォーミングフィルタを用いて前記信号を符号化するように構成されるエンコーダと、
を備える、デバイス。
【請求項１２】
前記部分空間に対する前記制限は干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を削減する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記部分空間に対する前記制限は前記部分空間の共通ゼロ空間に基づいて決定される、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記部分空間に対する前記制限は、前記ビームフォーミングフィルタの自由度の数から干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を引いた値を最大化する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記チャネルの前記部分接続状態は、経路損失、シャドーイング又は空間的相関の少なくとも１つに起因する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１６】
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して部分空間内で信号を受信するように構成されるアンテナであって、該アンテナは、データストリーム割当ての下で前記部分空間に対する制限を含む復号化フィルタを受信するように更に構成され、前記部分空間に対する前記制限は前記チャネルの前記部分接続状態に基づいて決定される、アンテナと、
前記ビームフォーミングフィルタを用いて前記信号を復号化するように構成されるデコーダと、
を備える、デバイス。
【請求項１７】
前記部分空間に対する前記制限は干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を削減する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記部分空間に対する前記制限は前記部分空間の共通ゼロ空間に基づいて決定される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記部分空間に対する前記制限は、前記ゼロフォーシングフィルタの自由度の数から干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を引いた値を最大化する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記チャネルの前記部分接続状態は、経路損失、シャドーイング又は空間的相関の少なくとも１つに起因する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項２１】
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルにおいて動作する複数の送信機−受信機対にデータストリームを割り当てるステップと、
前記複数の送信機−受信機対のそれぞれの送信機−受信機対に割り当てられる前記データストリームと、前記チャネルの前記部分接続状態とに基づいて、前記送信機のビームフォーミングフィルタ及び前記受信機のゼロフォーシングフィルタに関連付けられる信号部分空間に対する制限を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項２２】
前記制限を決定する前記ステップは、干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を削減するように、前記制限を決定するステップを更に含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記制限を決定する前記ステップは、複数の潜在的な制限を生成するとともに該複数の制限から、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を低減する前記制限を選択するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記制限を決定する前記ステップは、前記信号部分空間の共通ゼロ空間を決定するとともに該共通ゼロ空間に基づいて前記制限を決定するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記制限を決定する前記ステップは、前記ビームフォーミングフィルタに関連付けられる自由度の数から干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を引いた値を最大化する前記部分空間制限を決定するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記制限を決定する前記ステップは、前記ゼロフォーシングフィルタに関連付けられる自由度の数から干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を引いた値を最大化する前記部分空間制限を決定するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記部分空間に対する前記制限下で、前記ビームフォーミングフィルタ及び前記ゼロフォーシングフィルタに関連付けられる自由度の数を、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数と比較するステップと、
前記自由度の数が前記制約の数以上であることに応答して、前記干渉アライメント方式を前記実行することを実現可能と分類するステップと、
を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記自由度の数が前記制約の数以上であることに応答して、
前記制約の数が前記自由度の数よりも大きい一因となる、データストリームへの前記複数の送信機−受信機対の前記割当てを取り消すステップと、
前記送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられる残りのデータストリームと、前記チャネルの前記部分接続状態とに基づいて、前記信号部分空間に対する新たな制限を決定するステップと
を更に含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記部分空間に対する前記制限と、前記送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられる前記データストリームとの下で、それぞれ前記送信機及び前記受信機の前記ビームフォーミングフィルタ及び前記ゼロフォーシングフィルタを設計するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記送信機に前記ビームフォーミングフィルタを送信するステップと、
前記受信機に前記ゼロフォーシングフィルタを送信するステップと
を更に含む請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
デバイスによって、該デバイスのデータストリーム割当ての下で部分空間に対する制限を含むビームフォーミングフィルタを受信するステップと、
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して前記部分空間において信号を送信するステップと、
前記チャネルの前記部分接続状態に基づいて前記部分空間に対する前記制限を決定するステップと、
前記ビームフォーミングフィルタを用いて前記信号を符号化するステップと
を含む方法。
【請求項３２】
前記部分空間に対する前記制限を決定する前記ステップは、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を削減するステップを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記決定するステップは、前記部分空間の共通ゼロ空間に基づいて前記部分空間に対する前記制限を決定するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記部分空間に対する前記制限を決定する前記ステップは、前記ビームフォーミングフィルタの自由度の数から干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を引いた値を最大化するステップを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記チャネルの前記部分接続状態は、経路損失、シャドーイング又は空間的相関の少なくとも１つに起因する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
デバイスによって、該デバイスのデータストリーム割当ての下で部分空間に対する制限を含むゼロフォーシングフィルタを受信するステップと、
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して前記部分空間において信号を受信するステップと、
前記チャネルの前記部分接続状態に基づいて前記部分空間に対する前記制限を決定するステップと、
前記ゼロフォーシングフィルタを用いて前記信号を符号化するステップと
を含む方法。
【請求項３７】
前記部分空間に対する前記制限を決定する前記ステップは、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を削減するステップを含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記決定するステップは、前記部分空間の共通ゼロ空間に基づいて前記部分空間に対する前記制限を決定するステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記部分空間に対する前記制限を決定する前記ステップは、前記ビームフォーミングフィルタの自由度の数から干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を引いた値を最大化するステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記チャネルの前記部分接続状態は、経路損失、シャドーイング又は空間的相関の少なくとも１つに起因する、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
コンピュータ実行可能命令を含むコンピュータ可読記憶媒体であって、実行に応答して、コンピューティングシステムに、
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルにおいて動作する複数の送信機−受信機対にデータストリームを割り当てる手順と、
前記複数の送信機−受信機対のそれぞれの送信機／受信機対に割り当てられる前記データストリームと、前記チャネルの前記部分接続状態とに基づいて、前記送信機のビームフォーミングフィルタ及び前記受信機のゼロフォーシングフィルタに関連付けられる信号部分空間に対する制限を決定する手順と
を含む動作を実行させるコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項４２】
前記制限を決定する手順は、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を削減するように前記制限を決定する手順を更に含む、請求項４１に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項４３】
前記制限を決定する手順は、複数の潜在的な制限を生成するとともに、該複数の制限から、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を低減する前記制限を選択する手順を更に含む、請求項４１に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項４４】
前記制限を決定する手順は、前記信号部分空間の共通ゼロ空間を決定するとともに、該共通ゼロ空間に基づいて前記制限を決定する手順を更に含む、請求項４１に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項４５】
前記制限を決定する手順は、前記ビームフォーミングフィルタに関連付けられる自由度の数から干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を引いた値を最大化する前記部分空間制約を決定する手順を更に含む、請求項４１に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項４６】
前記制限を決定する手順は、前記ゼロフォーシングフィルタに関連付けられる自由度の数から干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を引いた値を最大化する前記部分空間制約を決定する手順を更に含む、請求項４１に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項４７】
前記動作は、
前記部分空間に対する前記制限下で、前記ビームフォーミングフィルタ及び前記ゼロフォーシングフィルタに関連付けられる自由度の数を、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数と比較する手順と、
前記自由度の数が前記制約の数以上であることに応答して、前記干渉アライメント方式を前記実行することを実現可能と分類する手順と
を更に含む請求項４１に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項４８】
前記動作は、
前記自由度の数が前記制約の数以上であることに応答して、
前記制約の数が前記自由度の数よりも大きい一因となる、データストリームへの前記複数の送信機−受信機対の前記割当てを取り消す手順と、
前記送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられる残りのデータストリームと、前記チャネルの前記部分接続状態とに基づいて、前記信号部分空間に対する新たな制限を決定する手順と
を更に含む請求項４７に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項４９】
前記動作は、前記部分空間に対する前記制限と、前記送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられる前記データストリームとの下で、前記送信機及び前記受信機の前記ビームフォーミングフィルタ及び前記ゼロフォーシングフィルタをそれぞれ設計する手順を更に含む、請求項４１に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項５０】
前記動作は、
前記送信機に前記ビームフォーミングフィルタを送信する手順と、
前記受信機に前記ゼロフォーシングフィルタを送信する手順と
を更に含む請求項４９に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は包括的には、干渉を軽減することを含む、多入力多出力システムに関連する無線通信に関する。
【０００２】
本出願は、２０１１年５月６日に出願された「DYNAMIC INTERFERENCE ALIGNMENT FOR GENERALIZED PARTIALLY CONNECTED QUASI-STATIC MIMO INTERFERENCE CHANNEL」と題する米国仮特許出願第６１／４８３，５１７号に対する優先権を主張する。上記の出願の全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００３】
無線通信において干渉は難しい問題である。例えば、２ユーザのガウス干渉チャネルの容量領域は３０年以上にもわたって未解決の問題である。最近になって、干渉を理解することに関して幾らかの進歩があり、干渉アライメント（ＩＡ）技法に関して多大な研究が行われている。干渉アライメント（ＩＡ）は、マルチユーザ干渉の影響を低減するために、M. A. Maddah-Ali、A. S. Motahari及びA. K. Khandani「Signaling over MIMO multi-base systems-combination of multi-access and broadcast schemes」（Proc. of IEEE ISIT, Page(s) 2104-2108, 2006）及びM. A. Maddah-Ali、A. S. Motahari及びA. K. Khandani「Communication over MIMO X channels: Interference alignment, decomposition, and performance analysis」（IEEE Trans. on Information Theory, Vol. 54, no. 8, Page(s) 3457-3470, Aug. 2008）において提案されている。Cadambe, V. R.; Jafar, S. A.; Shamai, S.「Interference alignment and degrees of freedom of the K-user interference channel」（IEEE Trans. on Information Theory, Vol. 54, No. 8, Aug. 2008）において、ＩＡはＫ個の送信機−受信機対を有する干渉チャネルを取り扱うように拡張されている。
【０００４】
ＩＡの主な発想は、各受信機において、異なる送信機からの干渉を整列させて、より低次元の部分空間内に収めることによって、総合的な干渉の次元を低減することである。時間次元において無限次元拡張を用いるとき（時間選択性フェージング）、ＩＡは、各ノードにおいてＮ個のアンテナがある場合、Ｋ対の多入力多出力（ＭＩＭＯ）エルゴード性干渉チャネルにおいてＫＮ／２の最適な自由度（ＤｏＦ）を達成できることがわかっている。
【０００５】
ＩＡ方式の１つの重要な課題は実現可能性条件である。例えば、CadambeにおけるＩＡ方式はＫＮ／２の全ＤｏＦを達成するために、
【数１】
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次元の信号空間を必要とする。そのような莫大な次元の信号空間を回避するために、準静的な（又は一定の）ＭＩＭＯ干渉チャネルのためのＩＡ設計を研究している研究者もいる。信号空間次元が制限される場合、ＭＩＭＯ干渉チャネルにおける送信機−受信機対のそれぞれの達成可能なＤｏＦは、（Ｎｔ＋Ｎｒ）／（Ｋ＋１）によって上限を定められる（ただし、Ｋは送信機−受信機対の数であり、Ｎｔ、Ｎｒはそれぞれ各送信機及び各受信機におけるアンテナの数である）。時間選択性又は周波数選択性ＭＩＭＯ干渉チャネルとは異なり、準静的ＭＩＭＯ干渉チャネルの総ＤｏＦは、Ｋに比例して増減しない。さらに、実現可能性問題に起因して次元を制限されたＭＩＭＯ干渉チャネルにおいてＩＡ要件を満たすプリコーダ及びデコリレータ（すなわち、それぞれビームフォーミングベクトル及びゼロフォーシングベクトル）を設計するのは難しい。
【０００６】
実際には、次元を制限されたＭＩＭＯ干渉チャネルにおける実現可能性問題に関する技術的課題は、干渉グラフにおける完全接続性に大きく関連付けられる。しかしながら、実際には、干渉チャネルは通常、経路損失、シャドーイング及び空間的相関に起因して、部分的に接続されている。
【０００７】
従来のＩＡ技法の上記の欠陥は、現在の技術の問題のうちの幾つかの概説を与えることを意図しているにすぎず、余すところなく述べることは意図していない。最新技術が抱える他の問題、及び本明細書において記述される種々の非限定的な実施形態のうちの幾つかの実施形態の対応する利点は、以下の詳細な説明を精査すると更に明らかになることができる。
【発明の概要】
【０００８】
以下の説明は、本明細書において記述される幾つかの態様の基本的な理解を与える簡略化された概要を提示する。この概要は開示される主題の包括的な概説ではない。この概要は、開示される主題の重要若しくは不可欠な要素を特定すること、又は本開示の範囲を正確に述べることは意図していない。その唯一の目的は、以下に提示されるより詳細な説明への前置きとして、開示される主題の幾つかの概念を簡略化された形で提示することである。従来の干渉管理技法の上記で言及された欠陥、及び現在の干渉アライメント技術の他の欠点を修正するために、記述される種々のシステム、方法及び装置は、ＭＩＭＯ干渉チャネルの部分接続性を考慮して特別に設計されたプリコーダ及びデコーダを利用する。例えば、部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルにおいて動作する複数の送信機−受信機対にデータストリームを割り当てるように構成されるデータストリーム割当て構成要素と、前記複数の送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられる前記データストリームと、前記チャネルの前記部分接続状態とに基づいて、前記送信機のためのビームフォーミングフィルタ及び前記受信機のゼロフォーシングフィルタに関連付けられる信号部分空間に対する制限を決定するように構成される部分空間制限構成要素とを備えるデバイスが提供される。一態様において、前記部分空間制限構成要素は、干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制約の数を削減するように、前記制限を決定するように更に構成される。
【０００９】
別の実施形態において、部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して部分空間内で信号を送信するように構成されるアンテナであって、該アンテナは、データストリーム割当ての下で前記部分空間に対する制限を含むビームフォーミングフィルタを受信するように更に構成され、前記部分空間に対する前記制限は前記チャネルの前記部分接続状態に基づいて決定される、アンテナと、前記ビームフォーミングフィルタを用いて前記信号を符号化するように構成されるエンコーダとを備えるデバイスが提供される。一態様において、前記部分空間に対する前記制限は干渉アライメント方式の性能に関連付けられる制約の数を削減する。
【００１０】
別の態様によれば、
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して部分空間内で信号を受信するように構成されるアンテナであって、該アンテナは、データストリーム割当ての下で前記部分空間に対する制限を含む復号化フィルタを受信するように更に構成され、前記部分空間に対する前記制限は前記チャネルの前記部分接続状態に基づいて決定される、アンテナと、前記ビームフォーミングフィルタを用いて前記信号を復号化するように構成されるデコーダとを備えるデバイスが提供される。別の態様において、前記部分空間に対する前記制限は干渉アライメント方式の性能に関連付けられる制約の数を削減する。
【００１１】
別の実施形態において、
部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルにおいて動作する複数の送信機−受信機対にデータストリームを割り当てるステップと、前記複数の送信機−受信機対のそれぞれの送信機−受信機対に割り当てられた前記データストリームと、前記チャネルの前記部分接続状態とに基づいて、前記送信機のビームフォーミングフィルタ及び前記受信機のゼロフォーシングフィルタに関連付けられた信号部分空間に対する制限を決定するステップとを含む方法が提供される。一態様において、前記制限を決定する前記ステップは、干渉アライメント方式の実行に関連付けられる制限の数を削減するように、前記制限を決定するステップを更に含む。
【００１２】
また更に別の態様において、デバイスによって、該デバイスためのデータストリーム割当ての下で部分空間に対する制限を含むビームフォーミングフィルタを受信するステップと、部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して前記部分空間において信号を送信するステップと、前記チャネルの前記部分接続状態に基づいて前記部分空間に対する前記制限を決定するステップと、前記ビームフォーミングフィルタを用いて前記信号を符号化するステップとを含む方法が提供される。一態様において、前記部分空間に対する前記制限を決定する前記ステップは、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられた制約の数を削減するステップを含む。
【００１３】
さらに、デバイスによって、該デバイスためのデータストリーム割当ての下で部分空間に対する制限を含むゼロフォーシングフィルタを受信するステップと、部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して前記部分空間において信号を受信するステップと、前記チャネルの前記部分接続状態に基づいて前記部分空間に対する前記制限を決定するステップと、前記ゼロフォーシングフィルタを用いて前記信号を符号化するステップとを含む方法が提供される。一態様において、前記部分空間に対する前記制限を決定する前記ステップは、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられた制約の数を削減するステップを含む。
【００１４】
以下の説明及び添付の図面は、開示される主題の或る特定の例示的な態様を詳細に示す。しかしながら、これらの態様は、本革新の原理を利用することができる種々の方法のうちの幾つかを示すにすぎない。開示される主題は、全てのそのような態様及びその均等物を含むことを意図している。開示される主題の他の利点及び顕著な特徴は、図面とともに検討されるときに、本革新の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１５】
本開示の非限定的であり非包括的な実施形態が、添付の図面を参照しながら記述され、別途に指定されない限り、種々の図を通して同様の参照符号は同様の部品を指している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】幾つかの実施形態に係る分散無線ネットワーク１００を示す図である。
【図２】一実施形態に係る干渉アライメント方式の一例を示す図である。
【図３Ａ】ＭＩＭＯシステムにおける局所散乱効果を示す図である。
【図３Ｂ】ＭＩＭＯシステムにおける局所散乱効果を示す図である。
【図４Ａ．４Ｂ】図４Ａは、線形アンテナアレイ（ＵＬＡ）の元の放射パターンを示す図である。図４Ｂは、近似後のＵＬＡの放射パターンを示す図である。
【図５】一実施形態に係る、システム１００又は２００等のＭＩＭＯシステムにおいて動作可能な種々のシステム要素のハイレベルブロック図である。
【図６】一実施形態に係る干渉軽減構成要素のブロック図である。
【図７Ａ−７Ｃ】図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃは、一実施形態に係る、制約割当てを更新するために実現可能性構成要素６０８によって利用される種々のステージにおける圧力伝達木（pressure transfer tree）の一例を提示する図である。
【図８】一実施形態に係る第１段階アルゴリズムの流れ図である。
【図９】一実施形態に係る第２段階アルゴリズムの流れ図である。
【図１０Ａ−１０Ｃ】図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、プリコーダ及びデコリレータ設計における自由度の数対部分空間設計前後の５個の送信機−受信機対を有する２×２干渉ネットワーク内の残りの制約の数を示す図である。
【図１１】５個の送信機−受信機対を有する２×２干渉チャネルの送信側において部分接続性状態を提示する図である。
【図１２Ａ−１２Ｄ】図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃおよび図１２Ｄは、制約割当ての調整前後の各ノードにおける（自由度の数−可変圧力）を表す図である。
【図１３】一実施形態に係る本干渉軽減方式の第１段階に関与するプロセス１３００の流れ図である。
【図１４】一実施形態に係る本干渉軽減方式の第１段階及び第２段階に関与するプロセスの流れ図である。
【図１５Ａ】本干渉軽減方式に係る送信ノードにおけるプロセスの流れ図である。
【図１５Ｂ】本干渉軽減方式に係る受信ノードにおけるプロセスの流れ図である。
【図１６】一実施形態に係るＭＩＭＯネットワークモデルを提示する図である。
【図１７】一実施形態によるＭＩＭＯネットワークに関する送信機−受信機（Ｔｘ−Ｒｘ）対あたりのスループット対ＳＮＲ（１０ｌｏｇ１０（Ｐ））のグラフ表示である。
【図１８】合計スループット対固定ＳＮＲ下でＴｘがＲｘと干渉する可能性がある最長距離のグラフ表示である。
【図１９】合計スループット対固定ＳＮＲ下での局所散乱の半径のグラフ表示である。
【図２０】本明細書において記述される種々のシステム及び方法とともに利用することができる例示的な無線ネットワーク環境の図である。
【図２１】開示される主題の１つ又は複数の特徴若しくは態様を実施し利用する、アクセスポイントの例示的な実施形態のブロック図である。
【図２２】本明細書において開示される実施形態によるデバイス、クライアントデバイスの一例を示す図である。
【図２３】開示される干渉適応プラットフォーム及びＭＡＣ適応プラットフォームを実行するように動作可能なコンピュータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明において、実施形態の完全な理解を提供するために、数多くの具体的な細部が説明される。しかしながら、具体的な細部のうちの１つ若しくは複数を用いることなく、又は他の方法、構成要素、材料等を用いて、本明細書において記述される技法を実施できることは当業者には認識されよう。他の例では、或る特定の態様を曖昧にするのを避けるために、既知の構造、材料又は動作は図示及び記述されない。
【００１８】
本明細書を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」を参照することは、その実施形態に関連して記述される特定の特徴、構造又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して種々の箇所において「１つの実施形態において」又は「一実施形態において」という言い回しが現れても、必ずしも全てが同じ実施形態を参照するとは限らない。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００１９】
本明細書において用いられるときに、用語「構成要素」、「システム」、「インタフェース」等は、コンピュータ関連のエンティティ、ハードウェア、ソフトウェア（例えば実行時）及び／又はファームウェアを指すことを意図している。例えば、構成要素は、プロセッサ、プロセッサ上で実行されるプロセス、オブジェクト、実行ファイル、プログラム、記憶デバイス及び／又はコンピュータとすることができる。例示として、サーバ上で実行されるアプリケーション及びサーバは構成要素とすることができる。１つ又は複数の構成要素が１つのプロセス内に存在することができ、１つの構成要素が１つのコンピュータ上にローカルに存在することができ、及び／又は２つ以上のコンピュータ間に分散することができる。
【００２０】
さらに、これらの構成要素は、その上に種々のデータ構造を記憶している種々のコンピュータ可読媒体から実行することができる。それらの構成要素は、１つ又は複数のデータパケット（例えば、ローカルシステム内で、分散システム内で、信号を介して別の構成要素とやりとりする１つの構成要素からのデータ、及び／又はネットワーク、例えば、インターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク等にわたって、信号を介して他のシステムとやりとりする１つの構成要素からのデータ）を有する信号等によって、ローカルプロセス及び／又はリモートプロセスを介して通信することができる。
【００２１】
別の例として、構成要素は、電気回路又は電子回路によって動作する機械部品によって提供される特定の機能を有する装置とすることができる。電気回路又は電子回路は、１つ又は複数のプロセッサによって実行されるソフトウェアアプリケーション又はファームウェアアプリケーションによって動作することができる。１つ又は複数のプロセッサは装置の内部又は外部に存在することができ、ソフトウェアアプリケーション又はファームウェアアプリケーションの少なくとも一部を実行することができる。更に別の例として、構成要素は、機械部品を用いることなく電子的構成要素を通して特定の機能を提供する装置とすることができる。その電子的構成要素はその中に、電子的構成要素の機能を少なくとも部分的に与えるソフトウェア及び／又はファームウェアを実行する１つ又は複数のプロセッサを含むことができる。一態様では、構成要素は、例えば、クラウドコンピューティングシステム内のヴァーチャルマシンを介して電子的構成要素をエミュレートすることができる。
【００２２】
単語「例示的な」及び／又は「例証的な」は、本明細書において、一例、事例又は例示としての役割を果たすことを意味するために用いられる。誤解を避けるために、本明細書において開示される主題は、そのような例によって限定されない。さらに、「例示的」及び／又は「例証的」として本明細書において記述される任意の態様又は設計は、必ずしも、他の態様又は設計よりも好ましいか、又は有利であると解釈されるべきでなく、当業者に既知の均等の例示的な構造及び技法を排除することも意味しない。さらに、用語「含む（includes）」、「有する（has）」、「包含する（contains）」及び他の同様の単語が詳細な説明又は特許請求の範囲において用いられる限り、そのような用語は、更なる要素又は他の要素を一切排除することなく、オープンな移行語（open transition words）としての用語「備える、含む（comprising）」と同様に、包含的であることを意図している。
【００２３】
本明細書において記述されるような開示される主題の１つ又は複数の態様によれば、推測及び／又は確率的判断及び／又は統計に基づく判断を実行することに関連して、人工知能に基づくシステム、例えば、明示的に及び／又は暗黙的にトレーニングされた分類器を利用するシステムを用いることができる。例えば、部分接続状態のチャネル状態及びその一因となる要因を解釈するために、チャネル状態監視構成要素によって、人工知能システムを用いることができる。
【００２４】
本明細書において用いられるときに、用語「推測する」又は「推測」は、事象及び／又はデータを介して取り込まれるような１組の観測結果からシステム、環境、ユーザ及び／又は意図について推論するか、又はそれらの状態を推測するプロセスを包括的に指している。取り込まれたデータ及び事象はユーザデータ、デバイスデータ、環境データ、センサからのデータ、センサデータ、アプリケーションデータ、暗黙的データ、明示的データ等を含むことができる。推測を用いて、特定の内容若しくは動作を特定することができるか、又は推測は、例えば、データ及び事象の検討に基づいて対象となる状態にわたる確率分布を生成することができる。
【００２５】
また、推測は、１組の事象及び／又はデータから、より高度な事象を構成するために用いられる技法を指すこともできる。そのような推測の結果として、事象が時間的に極めて近接して相関するか否か、並びに事象及びデータが１つ又は幾つかの事象及びデータ源に由来するか否かにかかわらず、１組の観測された事象及び／又は記憶された事象データから新たな事象又は動作が構成される。開示される主題に関連して自動的な動作及び／又は推測された動作を実行することに関して、種々の分類方式及び／又はシステム（例えば、サポートベクトルマシン、ニューラルネットワーク、エキスパートシステム、ベイジアンビリーフネットワーク、ファジィ論理及びデータ融合エンジン）を用いることができる。
【００２６】
さらに、開示される主題は、標準的なプログラミング技法及び／又はエンジニアリング技法を用いて、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア又はそれらの任意の組み合わせを生み出し、コンピュータを制御し、開示される主題を実施する方法、装置、又は製品として実現することができる。用語「製品」は、本明細書において用いられるときに、任意のコンピュータ可読デバイス、コンピュータ可読担体又はコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを含むことを意図している。例えば、コンピュータ可読媒体は、限定はしないが、磁気記憶デバイス、例えば、ハードディスク、フロッピィディスク、磁気ストリップ（複数の場合もある）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイディスク（商標）（ＢＤ））、スマートカード、フラッシュメモリデバイス（例えば、カード、スティック、キードライブ）、及び／又は記憶デバイス及び／又は上記のコンピュータ可読媒体のいずれかをエミュレートする仮想デバイスを含むことができる。
【００２７】
図１は、幾つかの実施形態に係る分散無線ネットワーク１００を示す。本明細書において説明されるシステム、装置又はプロセスの態様は、機械（複数の場合もある）内で具現される、例えば、１つ又は複数の機械に関連付けられる１つ又は複数のコンピュータ可読媒体において具現される機械実行可能構成要素を構成することができる。そのような構成要素は、１つ又は複数の機械、例えば、コンピュータ（複数の場合もある）、コンピューティングデバイス（複数の場合もある）、仮想機械（複数の場合もある）等によって実行されるとき、その機械（複数の場合もある）に、記載された動作を実行させることができる。
【００２８】
一態様では、無線ネットワーク１００は多入力多出力（ＭＩＭＯ）ネットワークである。図１に示される分散無線ネットワークは、複数の送信機（Ｔｘ）１０２、複数の受信機（Ｒｘ）１０４及び中央コントローラ１０６を含む。送信機１０２及び受信機１０４は、ＭＩＭＯ通信技法に従って互いに直接通信する送信機−受信機対１０８を形成することができる。送信機１０２及び受信機１０４は、送信能力及び受信能力の両方を有することができる任意のタイプの無線通信デバイスを表すことができる。コントローラ１０６は、送信機１０２及び受信機１０４と無線で通信するように構成されるスタンドアローン無線通信デバイスとすることができるか、又は送信機１０２若しくは受信機１０４の一方の中に位置することができる。例えば、送信機及び受信機は基地局、アクセスポイント及び／又はユーザデバイスを含むことができる。本明細書において用いられるときに、用語「ノード」は、送信機又は受信機として機能する任意の装置を指すために用いられる。
【００２９】
図１は、３つの送信機（Ｔｘ）−受信機（Ｒｘ）対を示すが、本開示によれば、ネットワーク１００内で任意の数の送信機−受信機対が動作できることが理解されるべきである。本明細書において用いられるように、ネットワーク１００は、Ｋ個の送信機（Ｔｘ）−受信機（Ｒｘ）対を有するＭＩＭＯシステムを構成する。各送信機及び各受信機はそれぞれＮｔ個及びＮｒ個のアンテナ１１０を有する。Ｔｘ−Ｒｘ対は、部分接続状態の準静的ＭＩＭＯ干渉チャネルを介して通信するように構成される。用語「完全接続状態」は、全てのチャネル係数が０でない状態を指している。言い換えると、全ての受信機が全ての送信機から干渉を受けている。ＭＩＭＯ干渉チャネルは一般的に複数の係数を含むチャネル状態行列によって定義される。完全接続状態の干渉チャネルは最大階数を有する。しかしながら、実際には、ＭＩＭＯ干渉チャネルは、経路損失、シャドーイング及び空間的相関に起因して部分接続状態である。したがって、本開示の実施形態は、部分接続状態の干渉チャネルを伴い、幾つかのチャネル係数は０であり、チャネルは最大階数ではない。さらに、本明細書において用いられるときに、用語「準静的」は、干渉チャネルが実質的に一定であることを示す。
【００３０】
実施形態によれば、コントローラ１０６は新規の干渉軽減方式を実施し、干渉アライメント技法の実現可能性領域を拡張するように構成される。その干渉軽減方式は、対称な部分接続状態の多入力多出力（ＭＩＭＯ）干渉ネットワーク内のシステム自由度（ＤｏＦ）を大幅に高めるように設計される。無線干渉ネットワークのＤｏＦは、ネットワーク１００内の干渉のないシグナリング次元数を表す。干渉軽減方式は、ネットワークの全ＤｏＦを改善するように、次元を制限されたＭＩＭＯ干渉チャネルにおける一般的な部分接続の潜在的な利益を利用する。
【００３１】
図２は、本実施形態に従って用いることができる干渉アライメント方式の一例を示す。例えば、図２を参照すると、ＭＩＭＯ通信システム２００は、送信ノード（Ｔｘ１、Ｔｘ２及びＴｘ３）２０２、２０４及び２０６を含む。各送信ノード（Ｔｘ１、Ｔｘ２及びＴｘ３）２０２、２０４及び２０６はそれぞれ、各宛先受信機ノード（Ｒｘ１、Ｒｘ２及びＲｘ３）２０８、２１０及び２１２に対応する。説明を容易にするために、３つの送信機及び受信機が示されることが理解されるべきである。更なるＫ個の送信機（Ｔｘ）−受信機（Ｒｘ）対を用いることができる。各送信ノード（Ｔｘ１、Ｔｘ２及びＴｘ３）２０２、２０４及び２０６はデータ送信デバイスを表し、そのデバイスは、例えば、固定基地局、移動基地局、フェムト基地局等の小型基地局、中継局等を含む。各受信機ノード（Ｒｘ１、Ｒｘ２及びＲｘ３）２０８、２１０及び２１２はデータ受信デバイスを表し、そのデバイスは、例えば、中継局、固定端末、移動端末等を含む。
【００３２】
各送信ノード（Ｔｘ１、Ｔｘ２及びＴｘ３）２０２、２０４及び２０６が同じＭＩＭＯチャネルを用いてデータを送信するとき、各受信機ノード（Ｒｘ１、Ｒｘ２及びＲｘ３）２０８、２１０及び２１２において干渉が生じる場合がある。例えば、受信機ノード（Ｒｘ１）２０８において、送信ノード（Ｔｘ１）２０２の信号が所望の信号に対応し、送信ノード（Ｔｘ２、Ｔｘ３）２０４及び２０６の信号は干渉に対応する。同様に、受信機ノード（Ｒｘ２、Ｒｘ３）２１０及び２１２においても干渉が生じる場合がある。上述の干渉は通信システムのスループットを低下させる場合がある。干渉によって引き起こされるスループットの低下は、干渉アライメント方式を用いることによって防止又は低減することができる。例えば、送信ノード（Ｔｘ１、Ｔｘ２及びＴｘ３）２０２、２０４及び２０６は、それぞれ合理的に設計されたビームフォーミング行列Ｖ［１］、Ｖ［２］及びＶ［３］によって信号の位相を調整することができる（本明細書において用いられるときに、用語「ビームフォーミング行列」、「ビームフォーミングフィルタ」、「プリコーダ」、「プリコーディング行列」及び「プリコーディングフィルタ」は交換可能に用いられる）。位相を調整された各送信ノード（Ｔｘ１、Ｔｘ２及びＴｘ３）２０２、２０４及び２０６の信号は、ＭＩＭＯチャネルを介して送信することができる。各受信機ノード（Ｒｘ１、Ｒｘ２及びＲｘ３）２０８、２１０及び２１２の受信信号は、所望の信号と望ましくない干渉とに分離することができる。例えば、図２の矢印指示子（１）、（２）及び（３）がそれぞれ受信機ノード（Ｒｘ１、Ｒｘ２及びＲｘ３）２０８、２１０及び２１２の所望の信号を表すものと仮定する。受信機ノード（Ｒｘ１）２０８の受信信号は、受信機ノード（Ｒｘ１）２０８の所望の信号（１）と干渉（２）及び（３）とに分離することができる。受信機ノード（Ｒｘ２）２１０の受信信号は、受信機ノード（Ｒｘ２）２１０の所望の信号（２）と干渉（１）及び（３）とに分離することができる。受信機ノード（Ｒｘ３）２１２の受信信号は、受信機ノード（Ｒｘ３）２１２の所望の信号（３）と干渉（１）及び（２）とに分離することができる。
【００３３】
受信機ノード（Ｒｘ１、Ｒｘ２及びＲｘ３）２０８、２１０及び２１２はそれぞれ、合理的に設計された復号化行列Ｕ［１］、Ｕ［２］及びＵ［３］を用いて、受信信号内の干渉を相殺又は低減し、所望の信号を抽出することができる（本明細書において用いられるときに、用語「復号化行列」、「復号化フィルタ」、「デコリレータ」及び「ゼロフォーシング行列／フィルタ」は交換可能に用いられる）。例えば、送信ノード（Ｔｘ１、Ｔｘ２及びＴｘ３）２０２、２０４及び２０６はそれぞれ合理的に設計されたビームフォーミング行列Ｖ［１］、Ｖ［２］及びＶ［３］を用いることができる。受信機ノード（Ｒｘ１、Ｒｘ２及びＲｘ３）２０８、２１０及び２１２はそれぞれ、合理的に設計された復号化行列Ｕ［１］、Ｕ［２］及びＵ［３］を用いることができる。これらの行列を使用することによって、無線再送の使用効率を高めることができ、かつ干渉によって引き起こされる通信システムのスループットの低下を防止又は低減することができる。
【００３４】
記述を容易にするために、ビームフォーミング行列Ｖ［１］、Ｖ［２］及びＶ［３］並びに復号化行列Ｕ［１］、Ｕ［２］及びＵ［３］の表現が本明細書において用いられるが、ビームフォーミング行列Ｖ［１］、Ｖ［２］及びＶ［３］並びに復号化行列Ｕ［１］、Ｕ［２］及びＵ［３］は行列又はベクトルの形態をとることができる。例えば、ビームフォーミング行列Ｖ［１］、Ｖ［２］及びＶ［３］並びに復号化行列Ｕ［１］、Ｕ［２］及びＵ［３］は、各送信ノード（Ｔｘ１、Ｔｘ２及びＴｘ３）２０２、２０４及び２０６のデータストリームの数に応じた行列又はベクトルの形態を有することができる。
【００３５】
本開示は、ネットワークの全ＤｏＦを改善するように、次元を制限されたＭＩＭＯ干渉チャネルにおける一般的な部分接続の潜在的な利益を利用する新規の２段階動的干渉軽減方式を提示する。提案される動的干渉軽減解決法は２つの段階を有する。第１段階は、経路損失、シャドーイング及び空間的相関等の部分接続状態のトポロジーに基づいてビームフォーミング行列及び復号化行列のストリーム割当て及び部分空間制約を決定する。第２段階は、第１段階から得られた部分空間にわたって、（瞬時チャネル状態情報に基づいて）ビームフォーミング行列及び復号化行列を決定する。
【００３６】
実施形態によれば、システム１００及び２００を含む、本開示の全てのＭＩＭＯ通信システムは以下のように構成される。Ｔｘ  ｎからＲｘ  ｍまでのＴｘ／Ｒｘチャネルフェージング係数は
【数２】
2014519248.tif 000004
と表される。Ｔｘ−Ｒｘ対ｍによって送信されるデータストリームの数はｄｍ（≦ｍｉｎ（Ｎｔ，Ｎｒ））であり、Ｒｘ  ｍにおいて受信される信号
【数３】
2014519248.tif 000005
は以下の式によって与えられる。
【数４】
2014519248.tif 000006
ただし、
【数５】
2014519248.tif 000007
はＲｘ  ｍの符号化された情報シンボルであり、
【数６】
2014519248.tif 000008
はＲｘ  ｍのデコリレータであり、
【数７】
2014519248.tif 000009
はＴｘ  ｍにおける送信プリコーディング行列であり、
【数８】
2014519248.tif 000010
は単位分散を有する白色ガウス雑音である。Ｔｘ  ｎにおける送信電力は以下の通りである。
【数９】
2014519248.tif 000011
【００３７】
一実施形態によれば、Ｋ個の送信機−受信機対を有する干渉チャネル｛Ｈｍｎ｝の部分チャネル接続性は以下のモデル仮説によって規定され、チャネル状態行列
【数１０】
2014519248.tif 000012
の要素は或る特定の分布に従う確率変数であり、以下の特性を有する：ａ）独立性、ランダム行列｛Ｈｍｎ｝，ｎ，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝は互いに独立である；ｂ）送信側における部分接続性、Ｔｘ側部分接続性はＨｍｎのゼロ空間として定義され、例えば
【数１１】
2014519248.tif 000013
である；及びｃ）受信機側における接続性、Ｒｘ側部分接続性はＨｍｎの「転置された」ゼロ空間として定義され、例えば
【数１２】
2014519248.tif 000014
である。
【００３８】
上記の仮定の結果として、｛Ｎ（Ｈｍｎ）｝及び｛ＮＨ（Ｈｍｎ）｝，ｍ，ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝は、本開示の態様に従って用いられる一般的な部分接続状態のチャネルモデルの接続トポロジーパラメータである。｛Ｎ（Ｈｍｎ）｝及び｛ＮＨ（Ｈｍｎ）｝には特定の構造が課せられないので、これは一般的なモデルである。
【００３９】
上述したように、本開示の態様によれば、部分接続状態のＭＩＭＯ干渉チャネルが用いられる。部分接続性は、幾つかのチャネル係数によって、チャネル行列が最大階数未満にあることを表す。部分接続性は、限定はしないが、経路損失及びシャドーイング、等しくない送信アンテナ及び受信アンテナ、並びに空間的相関を含む、種々の物理的シナリオに起因する。
【００４０】
実際には、異なるＴｘは、不均一な経路損失及びシャドーイング効果に起因して、総干渉に異なるように寄与する場合がある。例えば、Ｎｔ＝Ｎｒの場合等のＫ個の送信機−受信機対を有するＭＩＭＯ干渉ネットワークにおいて、そのノードインデックス間の差｜ｎ−ｍ｜＞Ｌであるときに、幾つかのＴｘ及びＲｘが互いに遠く離れている場合があり、Ｔｘ  ｎからＲｘ  ｍまでの経路損失及びシャドーイングは、直接リンク（Ｔｘ  ｎからＲｘ  ｎまで、ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝）よりも６０ｄＢ高い。結果として、実効的には、Ｈｍｎ＝０，∀｜ｎ−ｍ｜＞Ｌである。これは、以下の式によって与えられる接続トポロジーを有する部分接続状態のＭＩＭＯ干渉チャネル（経路損失及びシャドーイング効果によって引き起こされる）に対応する。
【数１３】
2014519248.tif 000015
【００４１】
送信アンテナ及び受信アンテナが等しくない、すなわち、Ｎｔ≠Ｎｒの場合には、より多くのアンテナを有する側において、階数｜Ｎｔ−Ｎｒ｜ゼロ空間が存在する。例えば、Ｎｔ＝４、Ｎｒ＝２であるとき、
【数１４】
2014519248.tif 000016
と表す。ただし、ｈｍｎ（ｐ）は１×４ベクトルである。それゆえ、これは
【数１５】
2014519248.tif 000017
によって与えられる接続トポロジーを有する部分接続状態のＭＩＭＯ干渉チャネル（非正方フェージング行列によって引き起こされる）に対応する。
【００４２】
図３Ａ及び図３Ｂは、ＭＩＭＯシステムにおける局所散乱効果の図を提示しており、非対称な伝搬環境の結果、空間的チャネル相関が生じる。ＭＩＭＯシステム内のチャネル状態の統計的特性は、物理的な伝搬環境によって強く影響を及ぼされる。図３Ａ（側面図）及び図３Ｂ（上面図）において、Ｔｘ３０２は散乱体３０６及び３０８より高い高所に配置され、一方、Ｒｘ３０４は、散乱が多く生じる低い高さに配置される。それゆえ、図３Ｂに示されるように、Ｒｘ３０４を包囲する散乱物体３０８のみが、Ｔｘ３０２からＲｘ３０４への信号を実効的に反射することができる。ｎ番目のＴｘからｍ番目のＲｘ（ｎ，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝）までの二重方向チャネル応答（double directional channel response）を用いるとき、
【数１６】
2014519248.tif 000018
は以下の特性を有する。
【数１７】
2014519248.tif 000019
ただし、
【数１８】
2014519248.tif 000020
である。ただし、ｄｍｎはＴｘ  ｎとＲｘ  ｍとの間の距離であり、Ｓは局所的な実効散乱半径である。Ｔｘ３０２は均一な線形アンテナアレイ（ＵＬＡ）３１０を備えていると仮定する。それゆえ、仮想的な角度チャネル表現［１１］は以下の式によって与えられる。
【数１９】
2014519248.tif 000021
ただし、ｒはアンテナ分離であり、λは波長であり、θｍｎは送信アレイ垂直方向（normal direction）と、Ｔｘ  ｎからＲｘ  ｍへの方向との間の角度であり、φｍｎは受信アレイ垂直方向（normal direction）と、Ｔｘ  ｎからＲｘ  ｍへの方向との間の角度であり、アンテナアレイは厳密に離間されると仮定し、すなわち、以下の式が成り立つ。
【数２０】
2014519248.tif 000022
【００４３】
図４Ａは、ＵＬＡの元の放射パターンを示し、図４Ｂは、近似後のＵＬＡ（図３Ａ及び図３Ｂの３１０）の放射パターンを示す。図４Ａに示されるように、ｆＮ（ω）はＵＬＡの放射パターンを表す。その放射パターンではメインローブが支配的であることに留意されたい（例えば、Ｎ＝８であるとき、メインローブの電力は、放射パターン全体の電力の９１％を占める）。それゆえ、図４Ｂに示されるように、簡単にするために、メインローブを用いて放射パターンを近似する。すなわち、以下の放射パターンを用いて、式（４）内のｆＮ（ω）を置き換える。
【数２１】
2014519248.tif 000023
それゆえ、式（２）、式（３）及び式（４）を組み合わせると、以下の式が得られる。
【数２２】
2014519248.tif 000024
ただし、
【数２３】
2014519248.tif 000025
である。θｍｎ∈（−π，π］はＴｘ  ｎからＲｘ  ｍへの方向であり、ｄｍｎは２つのノード間の距離である。
【００４４】
局所散乱効果によって、多入力１出力（ＭＩＳＯ）チャネル内に著しい空間的相関が生じる。ＭＩＭＯチャネル内の類似の効果を探し、ＭＩＭＯフェージングチャネル相関と物理的散乱環境との間の直接の関連性を得るために、上記で論じられたＭＩＭＯチャネルの仮想角度領域表現を用いることができる。具体的には、アンテナ領域
【数２４】
2014519248.tif 000026
内、及び角度領域
【数２５】
2014519248.tif 000027
内のＭＩＭＯフェージングチャネルは以下の式によって与えられる一対一対応を有する。
【数２６】
2014519248.tif 000028
ただし、以下の式が成り立つ。
【数２７】
2014519248.tif 000029
【００４５】
図３Ａ及び図３Ｂに示されるようなパラメータ、実効散乱半径Ｓを有する局所散乱環境を仮定すると、角度領域内のＭＩＭＯフェージング行列
【数２８】
2014519248.tif 000030
は以下の特性、
【数２９】
2014519248.tif 000031
を有する。ただし、以下の式が成り立つ場合に限り、確率１を有する。
【数３０】
2014519248.tif 000032
ただし、
【数３１】
2014519248.tif 000033
である。θｍｎ∈（−π，π］はＴｘ  ｎからＲｘ  ｍへの方向であり、ｄｍｎは２つのノード間の距離である。この空間的に相関があるＭＩＭＯモデルは、一般的な部分接続状態のＭＩＭＯ干渉モデルの特殊な場合である。例えば、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、Ｎｔ＝Ｎｒ＝４と仮定し、
【数３２】
2014519248.tif 000034
と表す。空間的相関に起因して、ｈｍｎ（１）＝ｈｍｎ（４）＝０であり、ｈｍｎ（２）、ｈｍｎ（３）はランダムに生成される
【数３３】
2014519248.tif 000035
ベクトルであると仮定する。結果として以下の式が成り立つ。
【数３４】
2014519248.tif 000036
及び
【数３５】
2014519248.tif 000037
である。
【００４６】
ここで、図５を参照すると、システム１００又は２００等のＭＩＭＯシステム内で動作可能な種々のシステム要素のハイレベルブロック図が提示される。種々のシステム要素は、送信機５０２、受信機５１２及び中央コントローラ５２２を含む。一態様では、送信機５０２及び受信機５１２はネットワークノードを構成する。分散ネットワークの実施形態では、送信機５０２は送信機１０２（図１）のうちの１つ又は複数として用いるのに適し得るし、受信機５１２は受信機１０４（図１）のうちの１つ又は複数として用いるのに適し得るし、中央スケジューラ５２２は中央コントローラ１０６（図１）として用いるのに適し得る。送信機５０２、受信機５１２及び中央コントローラは、ＭＩＭＯネットワーク内で通信することができる移動コンピューティングデバイス又は固定コンピューティングデバイスを含むことができる。例えば、一態様では、送信機５０２及び受信機５１２は、移動ユーザデバイス、アクセスポイント及び／又は基地局を含むことができる。コントローラ５２２は、媒体アクセスコントローラ（ＭＡＣ）を含むことができるか、又は送信機５０２及び受信機５２２等のネットワークノードがＭＩＭＯネットワーク内で通信できるようにするアドレッシング及びチャネルアクセス制御機構を提供することができる任意のタイプのリモートコントローラ又は管理プラットフォームとすることができる。別の態様では、コントローラ５２２は、送信機５０２内、又は受信機５２２内に存在することができる。
【００４７】
図５に示されるように、送信機はメモリ５０４、プロセッサ５０８、干渉軽減構成要素５０６、エンコーダ５１０、及びＭＩＭＯシグナリングプロトコルを実行する２つ以上のアンテナ５３０を備えることができる。メモリ５０４は、プロセッサ５０８によって実行されるときに、干渉軽減構成要素５０６及びエンコーダ５１０の動作を実行する命令を保持する。プロセッサは、送信機の全ての搭載動作及び機能を制御し、処理するのを容易にする。メモリ５０４は、送信機のデータ及び１つ又は複数のアプリケーションを記憶するためにプロセッサ５０８とのインタフェースを有する。アプリケーションはメモリ５０４内及び／又はファームウェア内に記憶することができ、メモリ５０４及び／又はファームウェア（図示せず）のいずれか又は両方からプロセッサ５０８によって実行することができる。
【００４８】
受信機５１２は、メモリ５１４、プロセッサ５１６、干渉軽減構成要素５１８、デコーダ５２０、及びＭＩＭＯシグナリングプロトコルを実行する２つ以上のアンテナ５３０を備えることができる。メモリ５１４は、プロセッサ５１８によって実行されるときに、干渉軽減構成要素５１８及びデコーダ５２０の動作を実行する命令を保持する。プロセッサは、受信機５１２の全ての搭載動作及び機能を制御し、処理するのを容易にする。メモリ５１４は、受信機のデータ及び１つ又は複数のアプリケーションを記憶するためにプロセッサ５１６とのインタフェースを有する。アプリケーションはメモリ５１４内及び／又はファームウェア内に記憶することができ、メモリ５１４及び／又はファームウェア（図示せず）のいずれか又は両方からプロセッサ５１６によって実行することができる。
【００４９】
コントローラ５２２は、メモリ５２４、プロセッサ５２６、干渉軽減構成要素５２８、及びＭＩＭＯシグナリングプロトコルを実行する少なくとも１つのアンテナ５３０を備えることができる。メモリ５２４は、プロセッサ５２８によって実行されるときに、干渉軽減構成要素５２８の動作を実行する命令を保持する。プロセッサは、コントローラ５２２の全ての搭載動作及び機能を制御し、処理するのを容易にする。メモリ５２４は、送信機のデータ及び１つ又は複数のアプリケーションを記憶するためにプロセッサ５２６とのインタフェースを有する。アプリケーションはメモリ５２４内及び／又はファームウェア内に記憶することができ、メモリ５２４及び／又はファームウェア（図示せず）のいずれか又は両方からプロセッサ５２６によって実行することができる。
【００５０】
送信機５０２は、送信機−受信機対の受信機５１２等の関連する受信機に送信するために、干渉軽減技法に従って、ビームフォーミングベクトルを介してビームフォーミング情報を用いて信号をプリコーディングするためにエンコーダ５１０を含む。各受信機における所望の信号ベクトルが干渉部分空間から一次独立であるのを確実にしながら、各受信機における干渉信号部分空間の重なりを最大化するように、ビームフォーミングフィルタが設計される。それゆえ、各受信機は、所望の信号のいずれも強制的にゼロにすることなく、全ての干渉信号を強制的に０にすることができる。エンコーダは、少なくともチャネル状態情報（ＣＳＩ）及び干渉アライメントの実現可能性の関数として決定されたビームフォーミングフィルタ（すなわち、ビームフォーミング行列）を適用するように構成される。受信機５１２は、送信機−受信機対の送信機５０２から受信されたプリコーディング済み信号を復号化し、復号化済み信号を生成するデコーダ５２０を備える。デコーダは、受信機が所望の信号のいずれも強制的にゼロにすることなく、全ての干渉信号を強制的にゼロにすることができるようにするために、ゼロフォーシングフィルタを適用するように構成される。
【００５１】
実施形態によれば、送信機５０２のエンコーダ５１０によりプリコーディングすることによって、受信機５１２のデコーダ５２０は、ＭＩＭＯネットワーク内の他の送信機の送信に関連付けられた干渉を軽減及び／又は除去できるようになる。チャネル状態情報は、送信機−受信機対の送信機５０２と受信機５１２との間の部分接続状態のＭＩＭＯ干渉チャネル及び／又は任意の無線チャネルを表すことができる。幾つかの実施形態では、デコーダ５２０は、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）復号化を実行するように構成することができ、一方、他の実施形態では、デコーダ５１２は、チャネル状態情報を用いてゼロフォーシング（ＺＦ）復号化を実行するように構成することができる。プリコーディングされた信号を復号化する他の復号化技法を用いることもできる。マルチキャリアの実施形態によれば、送信機５０２は、送信のために周波数領域サブキャリア信号を時間領域に変換する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）回路を含むことができる。受信機５１２は、受信されたマルチキャリア信号を周波数領域に変換する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路を含むことができる。幾つかの実施形態において、受信機５１２は、チャネル応答を推定するチャネル推定部（別個には示されない）を含むことができ、送信機５０２はプリコーディング前にチャネル応答を補償するチャネル補償回路（別個には示されない）を含むことができる。
【００５２】
幾つかの実施形態において、中央コントローラ５２２は、既存の干渉アライメント方式の実現可能性領域を拡張するように、送信機５０２と受信機５１２との間で送信される信号のデータストリーム割当てと、関連するビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタとを動的に決定するために、干渉軽減構成要素５２８を利用するように構成される。以下に論じられるように、干渉軽減構成要素は、新規の２段階干渉アルゴリズムを利用する。段階１アルゴリズムは、ＭＩＭＯ干渉チャネルの部分接続性状態に基づいて、送信機−受信機対のために、ストリーム割当て、並びにビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタの部分空間制約を決定する。その後、段階ＩＩアルゴリズムは、ストリーム割当て及び部分空間制約と、局所チャネル状態情報とに基づいて、ビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタを決定する。
【００５３】
一態様では、中央コントローラ５２２は、決定されたフィルタ情報及びデータストリーム割当て情報を送信機及び受信機にそれぞれ通信する。例えば、中央コントローラ５２２は、送信機−受信機対のデータストリーム割当て及びフィルタ割当てを実行することができる。中央コントローラ５２２によって命令されるのに応答して、各送信機−受信機対の送信機５０２は、決定されたビームフォーミングフィルタを用いてベースバンド信号をプリコーディングするように構成される。各送信機−受信機対の関連する受信機は、決定されたゼロフォーシングフィルタを適用するように更に構成される。
【００５４】
別の実施形態では、送信機は、既存の干渉アライメント方式の実現可能性領域を拡張するように、送信機５０２と受信機５１２との間で送信される信号のデータストリーム割当てと、関連するビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタとを動的に決定するために、干渉軽減構成要素５０６を利用するように構成される。この実施形態によれば、コントローラは利用されない場合がある。送信機は、決定されたフィルタ情報及びデータストリーム割当て情報を送信機及び受信機にそれぞれ通信する。例えば、送信機５０２は、送信機−受信機対のデータストリーム割当て及びフィルタ割当てを実行することができる。それに応答して、各送信機−受信機対の送信機は、決定されたビームフォーミングフィルタを用いてベースバンド信号をプリコーディングするように構成される。各送信機−受信機対の関連する受信機は、決定されたゼロフォーシングフィルタを適用するように更に構成される。
【００５５】
更に別の実施形態では、受信機５１２は、既存の干渉アライメント方式の実現可能性領域を拡張するように、送信機５０２と受信機５１２との間で送信される信号のデータストリーム割当てと、関連するビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタとを動的に決定するために、干渉軽減構成要素５１８を利用するように構成される。この実施形態によれば、コントローラは利用されない場合がある。受信機５１２は、決定されたフィルタ情報及びデータストリーム割当て情報を送信機及び受信機にそれぞれ通信する。例えば、受信機５１２は、送信機−受信機対のデータストリーム割当て及びフィルタ割当てを実行することができる。それに応答して、各送信機−受信機対の送信機は、決定されたビームフォーミングフィルタを用いてベースバンド信号をプリコーディングするように構成される。各送信機−受信機対の関連する受信機は、決定されたゼロフォーシングフィルタを適用するように更に構成される。
【００５６】
また更に別の実施形態では、コントローラ５２２は、干渉軽減構成要素５２８によって決定されるような各送信機−受信機対ごとのデータストリーム割当てを実行するように構成され、一方、送信機５０２は干渉軽減構成要素５０６を用いてビームフォーミングフィルタを決定して割り当てるように構成され、受信機５１２は、干渉軽減構成要素５２０を用いてゼロフォーシングフィルタを決定して割り当てるように構成される。干渉軽減構成要素の種々の機能を、送信機５０２、受信機５１２及びコントローラ５２２のいずれによっても利用できることは理解されたい。送信機５０２、受信機５１２及び中央コントローラ５２２は、幾つかの個別の機能要素を有するように示されるが、機能要素のうちの１つ又は複数は組み合わせることができ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を含む処理要素等の、ソフトウェアによって構成される要素、及び／又は他のハードウェア要素の組み合わせによって実現することができる。例えば、幾つかの要素は、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）、及び少なくとも本明細書において記述される機能を実行する種々のハードウェア及び論理回路の組み合わせを含むことができる。幾つかの実施形態では、機能要素は、１つ又は複数の処理要素上で動作する１つ又は複数のプロセスを指す場合がある。
【００５７】
ここで図６を参照すると、干渉軽減構成要素６００のブロック図が提示される。図５を参照しながら論じられた干渉軽減構成要素５１０、５２０及び５２８は、干渉軽減構成要素６００の構成要素の幾つか又は全てを含むことができる。上述されたように、干渉軽減構成要素は、部分接続状態のＭＩＭＯ干渉ネットワークのために新規の２段階干渉軽減方式を利用するように構成される。干渉アライメントに関する既存の研究の大部分は、完全接続状態の干渉トポロジーを仮定しており、例えば、｛Ｈｍｎ｝は全て最大階数である。しかしながら、ＭＩＭＯ干渉チャネルは、上記で論じられた種々の物理的理由に起因して、通常は部分接続状態である。本干渉軽減方式は、幾つかの「自由変数」のみを犠牲にして「数多くの」独立した制約を除去し、したがって従来の干渉アライメント実現可能性領域を拡張するように、ビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタをより低い階数の部分空間に制限する。
【００５８】
さらに、従来の干渉アライメント方式は、異なる送信機からの干渉を重ね合わせることによって干渉次元を低減する。しかしながら、部分接続性が考慮されるとき、干渉を重ね合わせることは、もはや干渉次元を低減する唯一の方法ではない。干渉を重ね合わせることに加えて、本干渉軽減方式は、チャネルゼロ空間を更に利用する。以下に論じられるように、本干渉軽減方式は、対称な部分接続状態のＭＩＭＯ干渉ネットワークのシステム自由度を大幅に高める。また、提案される方式は、トポロジーが完全接続状態であるときの既存の干渉アライメント設計との後方互換性もある。
【００５９】
干渉軽減構成要素６００は、データストリーム割当て
【数３６】
2014519248.tif 000038
と、関連するビームフォーミングベクトル
【数３７】
2014519248.tif 000039
及びゼロフォーシングベクトル
【数３８】
2014519248.tif 000040
とを動的に決定するアルゴリズムを利用する。ただし、ｄｎｍａｘ及びｄｎはそれぞれ、Ｔｘ−Ｒｘ対ｎによって要求されるデータストリームの数及びＴｘ−Ｒｘ対ｎ（ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝）に割り当てられるデータストリームの数であり、以下の式が成り立つ。
【数３９】
2014519248.tif 000041
【００６０】
式１１及び１２は、干渉アライメント実現可能性要件を表す。対称なＭＩＭＯ干渉システムは、送受信機設計における自由度の数が干渉アライメント実現可能性要件によって引き起こされる独立した制約の数以上である場合に実現可能である。言い換えると、干渉アライメントは、式１１及び１２から生じる式の数が式１１及び１２の変数の数を超えない場合に実現可能である。干渉アライメント確認は上記で詳細に更に記述される。以下の例は、部分接続性と干渉アライメントとを併用することの潜在的な利益を例示することを意図している。
【００６１】
５個の送信機−受信機対を有する２×２干渉ネットワークを考える。各Ｔｘ−Ｒｘ対は、１データストリームを送信しようと試みる（すなわち、
【数４０】
2014519248.tif 000042
）。ネットワークが完全接続状態である（全てのチャネル行列が階数２である）場合には、各ビームフォーミングベクトル
【数４１】
2014519248.tif 000043
及びゼロフォーシングベクトル
【数４２】
2014519248.tif 000044
内の自由度はｄｉｍ（ｇ（１，２））＝１によって与えられる。ただし、グラスマニアンｇ（ｘ，ｙ）は
【数４３】
2014519248.tif 000045
における全てのｘ次元部分空間の集合を表し、各交差リンクによって引き起こされる制約の数（ｕｍＨｍｎｖｎ＝０，ｎ≠ｍ）は１である。ｋ個のＴｘ−Ｒｘ対にデータストリームを割り当てる場合には、ビームフォーミングベクトル及びゼロフォーシングベクトルに関して全部で２ｋ個の自由度があり、ｋ（ｋ−１）個の干渉アライメント制約がある。それゆえ、干渉アライメント実現可能性条件から、ｋ（ｋ−１）≦２ｋ⇒ｋ≦３が成り立つ。言い換えると、達成可能な自由度は、３によって上限を定められる。
【００６２】
ここで、全ての交差リンクのチャネル行列が階数１であり、複数の特定されたゼロ空間を有するように、ネットワークが部分接続状態であると仮定する。その際、式１０及び１１によって定義される干渉アライメント実現可能性制約は、以下のポリシー下で満たされる。プリコーディングベクトル
【数４４】
2014519248.tif 000046
及びデコリレータ（すなわち、ゼロフォーシングベクトル）
【数４５】
2014519248.tif 000047
を用いて、Ｔｘ−Ｒｘ対１、２、４、５（｛１，２，．．．，Ｋ｝＝｛１，２，４，５｝）にデータストリームを割り当てる。４つのＴｘ−Ｒｘ対は同時にデータストリームを有することができるので、完全接続状態の場合に比べて、１つの余分な自由度が達成される。上記の例は、部分接続性がネットワーク性能向上にいかに寄与することができるかを示す。
【００６３】
ここで図６に戻って参照すると、干渉軽減構成要素６００は、チャネル状態監視構成要素６０２、データストリーム割当て構成要素６０４、部分空間制限構成要素６０６、実現可能性構成要素６０８及びフィルタ構成要素６１０を含む。干渉軽減構成要素６００の各構成要素の機能の概説が以下に与えられる。干渉軽減構成要素６００の各構成要素は、動的干渉軽減を実行するように設計される新規の２段階アルゴリズムの種々の態様及び機能を実行するように構成される。
【００６４】
チャネル状態監視構成要素６０２、データストリーム割当て構成要素６０４、部分空間制限構成要素６０６及び実現可能性構成要素６０８は、ストリーム割当て及びチャネル部分空間を決定するために、そのアルゴリズムの第１段階を利用する。第１段階アルゴリズムは、部分接続性チャネル状態｛Ｎ（Ｈｍｎ），ＮＨ（Ｈｍｎ）｝，ｍ，ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝に基づいて、ｎ，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝の場合に、ストリーム割当てパターン
【数４６】
2014519248.tif 000048
と、ビームフォーミングフィルタ
【数４７】
2014519248.tif 000049
及びゼロフォーシングフィルタ
【数４８】
2014519248.tif 000050
の部分空間とを決定する。ここで、プリコーダＶｎ内の行ベクトル及びデコリレータＵｍ内の列ベクトルがそれぞれ線形空間
【数４９】
2014519248.tif 000051
及び
【数５０】
2014519248.tif 000052
に制限されると仮定する。
【数５１】
2014519248.tif 000053
と表す。ただし、
【数５２】
2014519248.tif 000054
は線形空間
【数５３】
2014519248.tif 000055
の階数を表す。その際、式１１及び１２は以下のように書き換えることができる。
【数５４】
2014519248.tif 000056
ただし、Ｎｔ×Ｓｎｔ行列Ｓｎｔ及びＳｍｒ×Ｎｒ行列Ｓｍｒの列ベクトルはそれぞれ空間
【数５５】
2014519248.tif 000057
及び
【数５６】
2014519248.tif 000058
を張る。制限されたビームフォーミングフィルタＶ’ｎ及び制限されたゼロフォーシングフィルタＵ’ｍはそれぞれＳｎｔ×ｄｎ行列及びｄｍ×Ｓｍｒ行列であることに留意されたい。
【００６５】
チャネル状態監視構成要素６０２及びフィルタ構成要素６１０は、そのアルゴリズムの第２段階を用いて、第１段階アルゴリズムの出力及びチャネル状態に基づいて、ビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタを決定する。詳細には、第２段階アルゴリズムは、第１段階アルゴリズムによって決定された部分空間制限下でプリコーダ｛Ｖｎ｝及びデコリレータ｛Ｕｍ｝を決定する。具体的には、部分空間制限は、式１７及び２３（以下に論じられる）のような制限されたプリコーダ及びデコリレータによって表すことができるので、プリコーダ及びデコリレータ設計は、ネットワーク内の全干渉漏れ電力を最小化する以下の最適化目標によって与えられる。
【数５７】
2014519248.tif 000059
【００６６】
チャネル状態監視構成要素６０２は、ＭＩＭＯチャネルを監視して、チャネルの状態を判断するように構成される。一態様では、チャネル監視構成要素は、直接リンク及び交差リンクにおける経路損失及び／又は散乱に起因する部分接続性等の、ＭＩＭＯ干渉チャネルの部分接続性状態を特定するように構成される。
【００６７】
データストリーム割当て構成要素６０４は、各Ｔｘ−Ｒｘ対に割り当てられるストリームの数を、直接リンクの階数とこのＴｘ−Ｒｘ対によって要求されるストリームの数とのうちの最小値になるように、すなわち、ｄｎ＝ｍｉｎ（ｒａｎｋ（Ｈｎｎ），ｄｎｍａｘ），∀ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝になるように初期化するように構成される。一態様では、チャネル状態監視構成要素によって判断されるような部分接続状態のチャネル状態に基づいて、データストリーム割当て
【数５８】
2014519248.tif 000060
を決定する。例えば、データストリーム割当て構成要素６０４は、全ての送信−受信機対がアクティブ状態であるようにデータストリーム割当てを初期化することができる。部分空間制限構成要素６０６は、共通ゼロ空間を計算するように構成される。このステップの最悪の場合の複雑度はＯ（Ｋ２Ｋ’−１）である。ただし、以下の式が成り立つ。
【数５９】
2014519248.tif 000061
実際には、経路損失に起因して、Ｋ’は通常、Ｋに比例して増減しない。それゆえ、２Ｋ’−１項は、対象となるシナリオの大部分においてネットワークのサイズに比例して増減しない適度な定数にすぎない。詳細には、Ｔｘ−ｎ、ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝ごとに、部分空間制限構成要素６０６は、直接リンクの実効的な部分空間内でこのＴｘからの交差リンクのゼロ空間の共通部分空間を計算する。数学的には、部分空間制限構成要素は、以下のように、
【数６０】
2014519248.tif 000062
によって表される、直接リンクの実効的な部分空間内でこのＴｘからの交差リンクのゼロ空間の共通部分空間を計算する。
【００６８】
最初に、部分空間制限構成要素６０６は、
【数６１】
2014519248.tif 000063
と表し、
【数６２】
2014519248.tif 000064
を初期化し、部分集合基数パラメータをＣ＝２に初期化する。その後、
【数６３】
2014519248.tif 000065
（ただし、
【数６４】
2014519248.tif 000066
）ごとに、基数（Ｃ−１）を有する
【数６５】
2014519248.tif 000067
の全ての部分集合が｛０｝でない場合には、部分空間制限構成要素６０６は、
【数６６】
2014519248.tif 000068
（ただし、ｍ’は
【数６７】
2014519248.tif 000069
内の任意の要素である）を計算し、Ｃ＝Ｃ＋１を更新する。部分空間制限構成要素は、
【数６８】
2014519248.tif 000070
まで、このプロセスを繰り返す。ただし
【数６９】
2014519248.tif 000071
又は
【数７０】
2014519248.tif 000072
である。最後に、
【数７１】
2014519248.tif 000073
（ただし、
【数７２】
2014519248.tif 000074
）ごとに、部分空間制限構成要素は、
【数７３】
2014519248.tif 000075
を設定し、Ｒｘ−ｍ、ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝ごとに、類似のプロセスを用いて、
【数７４】
2014519248.tif 000076
を計算する。
【００６９】
共通ゼロ空間を求めることに加えて、部分空間制限構成要素６０６は、部分空間制限
【数７５】
2014519248.tif 000077
及び
【数７６】
2014519248.tif 000078
を設計するように更に構成される。詳細には、Ｔｘ  ｎ，ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝ごとに、部分空間制限構成要素６０６は、高いゼロ空間重みを有する部分空間ほど高い優先順位で選択されるという原理に基づいて、一連の潜在的な部分空間制限
【数７７】
2014519248.tif 000079
を生成する。ただし、
【数７８】
2014519248.tif 000080
である。
【数７９】
2014519248.tif 000081
の重みは
【数８０】
2014519248.tif 000082
である。式１８（以下に提示される）の左辺から、ゼロ空間重みは、
【数８１】
2014519248.tif 000083
内の一次元部分空間を選択することによって軽減することができる干渉アライメント制約の最大数である。
【００７０】
部分空間制限構成要素６０６は、潜在的な部分空間制限
【数８２】
2014519248.tif 000084
から部分空間制約
【数８３】
2014519248.tif 000085
を選択する。ただし、以下の式が成り立つ。
【数８４】
2014519248.tif 000086
【００７１】
Ｒｘ  ｍ，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝ごとに、部分空間制限構成要素６０６は、類似のプロセスを用いて、
【数８５】
2014519248.tif 000087
を生成し、
【数８６】
2014519248.tif 000088
を設定する。ただし、以下の式が成り立つ。
【数８７】
2014519248.tif 000089
【００７２】
実現可能性構成要素６０８は、ストリーム割当て及び部分空間制限判断を考慮して干渉軽減の実現可能性を判断するように構成される。ネットワークＤｏＦ性能を高めるために、部分空間制約
【数８８】
2014519248.tif 000090
及びストリーム割当て
【数８９】
2014519248.tif 000091
は、できる限り干渉アライメント実現可能性条件を緩和するように設計される。詳細には、干渉アライメント実現可能性条件はＭＩＭＯ干渉ネットワークによって達成されるＤｏＦ性能の大きな制約である。ＭＩＭＯ干渉システムは、制約の全数が自由変数の数以下である場合に適切又は実現可能である。したがって、実現可能性構成要素は、送信機から受信機への干渉を除去するために必要とされる制約の数が自由変数の数以下であるか否かを判断するように構成される。
【００７３】
数学的には、そのシステムは以下の式が成り立つ場合には適切である。
【数９０】
2014519248.tif 000092
であり、ただし、「×」はデカルト積を表す。式１８の左辺は、集合
【数９１】
2014519248.tif 000093
内のＴｘから集合
【数９２】
2014519248.tif 000094
内のＲｘへのリンクの干渉アライメント制約の全数を表し、式１８の右辺の第１の項及び第２の項はそれぞれ、
【数９３】
2014519248.tif 000095
内、及び
【数９４】
2014519248.tif 000096
内の自由変数の和を表す。それゆえ、式１８は、Ｔｘ−Ｒｘの組み合わせの任意の部分集合
【数９５】
2014519248.tif 000097
の場合に、制約の数が自由変数の数以下であることを意味する。
【００７４】
式１８は以下のように証明される。式１３及び式１４のＶ’ｎ及びＵ’ｍ内の自由度はそれぞれ以下の式によって与えられる。
【数９６】
2014519248.tif 000098
グラスマニアンｇ（ｘ，ｙ）は
【数９７】
2014519248.tif 000099
内の全てのｘ次元部分空間の集合を表す。その後、式１４内の独立した制約の数を考える。Ｈｍｎ＝Ｕｍｎｄｉａｇ（ｓ１，ｓ２，．．．，ｓＮ）ＶｍｎＨの特異値分解を考える。ただし、Ｕｍｎ、ＶｍｎはそれぞれＮｒ×Ｎｒ及びＮｔ×Ｎｔユニタリ行列であり、Ｎ＝ｍｉｎ（Ｎｔ，Ｎｒ）であり、ｓ１：ｓＮは降順におけるＨｍｎの特異値である。ｒａｎｋ（Ｈｍｎ）＝ｒを仮定すると、以下の式が得られる。
【数９８】
2014519248.tif 000100
ただし、Ｕｍｎ１、Ｖｍｎ１はそれぞれＮｒ×ｒ行列及びＮｔ×ｒ行列である。
【数９９】
2014519248.tif 000101
及び
【数１００】
2014519248.tif 000102
【数１０１】
2014519248.tif 000103
であることに留意されたい。ただし、 ｓｐａｎ（Ｘ）、ｓｐａｎＨ（Ｘ）はそれぞれＸの列及びＸＨの行で張られた線形空間を表す。それゆえ、式１４における独立した制約の数は以下の式によって与えられる。
【数１０２】
2014519248.tif 000104
【００７５】
部分空間制限構成要素によって決定された部分空間制限を考慮して、そのシステムが実現可能であるか否か、又は適切であるか否かを判断するために、実現可能性構成要素は低複雑度の実現可能性アルゴリズムを実行する。実現可能性構成要素６０８は、Ｔｘ  ｎ及びＲｘ  ｍにおける自由度の数をそれぞれｖｎｔ、ｖｍｒ，ｎ，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝と表す。実現可能性構成要素は、
【数１０３】
2014519248.tif 000105
を設定し、ｃｍｎ，ｎ≠ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝を、Ｔｘ  ｎからＲｘ  ｍへの干渉を除去するために必要とされる制約の数として表す。
【数１０４】
2014519248.tif 000106
および
【数１０５】
2014519248.tif 000107
を設定する。その後、実現可能性構成要素は、以下の自由度／制約割当てを用いて、そのシステムが適切であるか否かを調べる。
【００７６】
実現可能性構成要素６０８は、
【数１０６】
2014519248.tif 000108
であるように、制約割当てポリシー、すなわち、｛ｃｍｎｔ，ｃｍｎｒ｝をランダムに一般化することによって制約割当てを初期化し（｛ｃｎｍｔ｝の下付き文字において、送信機インデックスが最初にくることに留意されたい）、（変数−割り当てられた制約圧力）、すなわち、｛Ｐｎｔ，Ｐｍｒ｝を計算する。ただし、以下の式が成り立つ。
【数１０７】
2014519248.tif 000109
【００７７】
制約割当てを初期化した後に、実現可能性構成要素６０８は、「過負荷ノード」が存在する、すなわち、Ｐｎｔ＜０又はＰｍｒ＜０，ｍ，ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝である場合に、次に論じられる更新制約割当て｛ｃｍｎｔ，ｃｍｎｒ｝手順を実行することによって制約割当てを更新する。
【００７８】
図７Ａ〜図７Ｃは、制約割当てを更新するために実現可能性構成要素６０８によって用いられる種々の段階にある圧力伝達木の一例を提示する。図７Ａは、初期化し、圧力伝達木に葉ノードを追加した後に生成された木を提示し、図７Ｂは、根ノードから葉ノードに圧力を伝達した後の木を提示し、図７Ｃは、枯渇したリンクを除去し、根を無効にした後の木を提示する。制約割当て手順の更新中に、第１に、実現可能性構成要素６０８は、負の圧力を有する「過負荷ノード」を選択し、一般性を失うことなく、このノードをＴｘ−ｎ、Ｐｎｔ＜０と仮定する。その後、実現可能性構成要素６０８は、ｐｎｔを図７Ａの圧力伝達木７１０の根ノードであると設定し、それは木データ構造の変形形態であり、そのノードはＴｘ及びＲｘにおいて圧力を蓄積し、そのリンク強度は、親ノードと子ノードとの間で再び割り当てることができる制約の最大数を蓄積する。
【００７９】
第２に、実現可能性構成要素６０８は、圧力伝達木に葉ノードを追加する。詳細には、木の高さに等しい深さを有する葉ノード（すなわち、子ノードを持たないノード）ｐｎｘ（ｘ∈｛ｔ，ｒ｝，ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝）ごとに、実現可能性構成要素６０８は、リンク強度
【数１０８】
2014519248.tif 000110
を有するｐｎｘの子ノードとして
【数１０９】
2014519248.tif 000111
を追加する。ただし、
【数１１０】
2014519248.tif 000112
は｛ｔ，ｒ｝内のｘ以外の要素である。例えば、図７Ａにおいて見られるように、木７１０の底部にある葉ノードは、子ノードを持たない葉ノードである。
【００８０】
第３に、図７Ｂに見られるように、実現可能性構成要素６０８は、圧力を根ノードから葉ノードに伝達する。詳細には、正の圧力を有する、先行するステップにおいて木に追加されたばかりの葉ノードごとに、実現可能性構成要素は、制約割当てポリシー｛ｃｍｎｔ，ｃｍｎｒ｝を更新することによって、圧力を根からこれらの葉に伝達する。例えば、図７Ｂに示されるように、
【数１１１】
2014519248.tif 000113
は木の根から葉への枝である（赤線）。実現可能性構成要素は、更新：
【数１１２】
2014519248.tif 000114
によって圧力を
【数１１３】
2014519248.tif 000115
から
【数１１４】
2014519248.tif 000116
に伝達する。それゆえ、以下の式が成り立つ。
【数１１５】
2014519248.tif 000117
及び
【数１１６】
2014519248.tif 000118
ただし、εは根圧力、葉圧力及びリンクの全ての強度の絶対値のうちの最小値であり、すなわち、
【数１１７】
2014519248.tif 000119
であり、Ａ’は更新後のＡの値を表す。
【００８１】
第４に、図７Ｃに見られるように、実現可能性構成要素６０８は、「枯渇した」リンク及び「無効にされた」根を除去する。例えば、圧力を根から葉ノードに伝達した後にリンクの強度が０になる場合には、実現可能性構成要素は、元の圧力伝達木から、このリンクの子ノードから根ざしている部分木を分離する。圧力伝達木７３０（元の木から分離されたばかりの部分木を含む）の根が、圧力を根から葉ノードに伝達した後に負でない場合には、実現可能性構成要素６０８はその根を除去し、それゆえ、その根の各子ノードから根ざしている部分木が新たな木７４０になる。実現可能性構成要素は、全ての根が負になるまで、このプロセスを更に繰り返す。新たに生成された圧力伝達木ごとに、実現可能性構成要素は、圧力伝達木に葉ノードを追加すること、及び圧力を根から葉ノードに伝達することを含む、第２及び第３のステップを繰り返す。
【００８２】
最後に、実現可能性構成要素は、全ての木が空になる（それゆえ、ネットワークが干渉アライメント実現可能になる）まで、又は第２のステップにおいて空でない木のいずれに対しても新たな葉ノードを追加できなくなる（それゆえ、ネットワークがＩＡ実現不可能になる）まで、上記のステップ１〜４を繰り返す。
【００８３】
実現可能性構成要素６０８が、上記の実現可能性確認割当てを実行し、ネットワークが適切であると判断すると、本干渉軽減アルゴリズムの第１段階が完了する。ストリーム割当ては
【数１１８】
2014519248.tif 000120
であり、部分空間制限は
【数１１９】
2014519248.tif 000121
である。しかしながら、実現可能性確認を実行した後に、実現可能性構成要素が、ネットワークが適切でないと判断する場合には、ストリーム割当て構成要素６０４はストリーム割当てを更新するように指示され、新たな部分空間制限が設計される。実現可能性構成要素６０８は、新たな部分空間制限及びストリーム割当ての下で、実現可能性確認手順を繰り返す。ストリーム割当て及び部分空間制限を更新するプロセスは、ネットワークが実現可能であるとわかるまで繰り返される。
【００８４】
ストリーム割当てを更新するとき、ストリーム割当て構成要素６０４は、
【数１２０】
2014519248.tif 000122
を更新し、部分空間制限構成要素は、部分空間制限を再設計する。ただし、
【数１２１】
2014519248.tif 000123
は以下の式によって与えられる。
【数１２２】
2014519248.tif 000124
ただし、｛ｖｎｔ’，ｖｎｒ’｝及び｛ｃ’ｍｎ，ｃ’ｎｍ｝，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝は自由度の数であり、更新後の部分空間制約
【数１２３】
2014519248.tif 000125
及び
【数１２４】
2014519248.tif 000126
の下での干渉アライメント制約はそれぞれ式１６及び式１７によって与えられる。ただし、ｄ’ｎ＝ｄｎ−１である。
【００８５】
式１６及び式１７を介して、部分空間制限構成要素６０６は、プリコーダ（又はデコリレータ）設計における自由度の数−Ｔｘ（又はＲｘ）によって与えられるＩＡ制約の数の差を最大化するように、部分空間制約ｄ＊の次元を選択することを想起されたい。式２３の右辺は、干渉アライメント制約の数−Ｔｘ−Ｒｘ対ｎから１つのストリームを除去することによって保存された送受信機設計における自由度の数を表す。この数が大きいほど、このストリームの「制約要求」が高くなる。一実施形態によれば、ストリーム割当てを更新するとき、ストリーム割当て構成要素６０４は、最も大きな制約数を有するＴｘ−Ｒｘ対ｎから、最も高い制約要求ストリームを除去する。
【００８６】
上記で言及されたように、フィルタ構成要素６１０が本干渉軽減方式の第２段階に関連付けられる。フィルタ構成要素６１０は、ストリーム割当て構成要素６０４によって決定されたストリーム割当て及び部分空間制限構成要素６０６によって決定された部分空間制限を利用し、Ｔｘ−Ｒｘ対ごとに適切なビームフォーミングフィルタ（プリコーダ）及びゼロフォーシングフィルタ（デコリレータ）を設計するように構成される。詳細には、第２段階アルゴリズムは、第１段階アルゴリズムによって決定された部分空間制限下でプリコーダ｛Ｖｎ｝及びデコリレータ｛Ｕｍ｝を決定する。具体的には、部分空間制限は、式１７及び式２３のような制限されたプリコーダ及びデコリレータによって表すことができるので、プリコーダ及びデコリレータ設計は以下に式１５によって定義される以下の最適化目的によって与えられ、それはネットワーク内の全干渉漏れ電力を最小化する。式１５は、極小値に収束することを保証される。
【数１２５】
2014519248.tif 000127
【００８７】
一実施形態によれば、フィルタ構成要素６１０は最初に、部分空間制限構成要素６０６によって決定されたような
【数１２６】
2014519248.tif 000128
を仮定して初期化を実行する。フィルタ構成要素は、デコリレータ及びプリコーダの構造行列をＳｍｒ及びＳｎｔと表すことができる：Ｕｍ＝Ｕ’ｍＳｍｒ、Ｖｎ＝ＳｎｔＶ’ｎ。Ｓｎｔ＊及びＳｍｒ＊をそれぞれ
【数１２７】
2014519248.tif 000129
及び
【数１２８】
2014519248.tif 000130
における基底ベクトルの集合体であると設定する。別の態様では、フィルタ構成要素はＶ’ｎをランダムに生成することができる。
【００８８】
その後、フィルタ構成要素６１０は、ストリーム割当て、部分空間制限及びチャネル状態に基づいて受信機側における干渉漏れを最小化する、Ｒｘごとのゼロフォーシングフィルタを決定する。詳細には、ｄｍ＊＞０であるような各Ｒｘ  ｍにおいて、フィルタ構成要素６１０はＵ’ｍを更新する：
【数１２９】
2014519248.tif 000131
ただし、ｕ’ｍ（ｄ）はＵ’ｍの第ｄの行であり、ｖｄ［Ａ］はＡの第ｄの最小固有値に対応する固有ベクトルである（ｄ∈｛１，２，．．．，ｄｍ＊｝）。
【００８９】
フィルタ構成要素６１０は、ストリーム割当て、部分空間制限及びチャネル状態に基づいて受信機側における干渉漏れを最小化する、Ｒｘごとのビームフォーミングフィルタを決定するように更に構成される。詳細には、ｄｎ＊＞０であるような各Ｔｘ  ｎにおいて、フィルタ構成要素はＶ’ｎを更新する：
【数１３０】
2014519248.tif 000132
ただし、ｖ’ｍ（ｄ）はＶ’ｍの第ｄの列である（ｄ∈｛１，２，．．．，ｄｎ＊｝）。
【００９０】
その後、フィルタ構成要素６１０は、Ｖ’ｎ及びＵ’ｍが収束するまで、受信機側及び送信機側において干渉漏れを最小化するために上記の手順を繰り返す。結果として、フィルタ構成要素は、Ｖ＊ｎ＝ＳｎｔＶ’ｎ及びＵ＊ｍ＝Ｕ’ｍＳｍｒ，∀ｎ，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝を設定する。
【００９１】
結果として、フィルタ構成要素は、部分空間制限及びストリーム割当てに基づいて、Ｔｘごとのビームフォーミングフィルタ及びＲｘごとのゼロフォーシングフィルタの対を決定する。部分空間制限及びストリーム割当ては、上記で論じられたチャネルの部分接続性の状態を更に考慮することは理解されたい。
【００９２】
干渉軽減構成要素６００によって実行されるような本干渉アライメント方式は、ＭＩＭＯシステムが完全接続状態の既存の干渉アライメント方式と後方互換性がある。システムが完全接続状態であるとき（すなわち、Ｎ（Ｈｍｎ）＝ＮＨ（Ｈｍｎ）＝｛０｝，∀ｎ，ｍ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝）、第１段階アルゴリズムにおいて、
【数１３１】
2014519248.tif 000133
及び
【数１３２】
2014519248.tif 000134
を確認するのは容易である。これは、完全接続状態の準静的ＭＩＭＯ干渉ネットワークにおいて、提案される方式が、提案された従来の干渉アライメント方式に帰着することを意味する。Ｎｔ＞Ｎｒであるとき、そのアルゴリズムは最初にＴｘ側においてゼロ空間を利用し、干渉の部分を無効にするように
【数１３３】
2014519248.tif 000135
を設計する。しかしながら、一般的な部分接続性トポロジー｛Ｎ（Ｈｍｎ），ＮＨ（Ｈｍｎ）｝を仮定すると、本干渉軽減方式は、干渉アライメント手法及び干渉無効化手法を動的に組み合わせることによって、従来の干渉アライメントを一般化する。
【００９３】
図８は、本干渉軽減方式の第１段階による、部分接続性状態に基づいて、ストリーム割当て、並びにプリコーダ及びデコリレータの部分空間制約を決定する一例のアルゴリズム８００の流れ図を提示する。８１０において、各Ｔｘ−Ｒｘ対に割り当てられるストリームの数が、直接リンクの階数の最小値になるように初期化され、各Ｔｘ−Ｒｘ対によって要求されるストリームの数が決定される。８２０において、Ｔｘ−Ｒｘ対ごとに、直接リンクの実効的な部分空間内のＴｘから交差リンクのゼロ空間の共通部分空間が計算される。８３０において、一連の部分空間制限が設計され、
【数１３４】
2014519248.tif 000136
内の一次元部分空間において干渉アライメント制約の最大数を軽減することができる部分空間が選択される。８４０において、決定されたストリーム割当て及び部分空間制限の下での干渉アライメントの実現可能性が確認される。システムが実現可能である場合には、プロセス８００は終了する。システムが実現可能でない場合には、方法８００はステップ８５０に進み、最も制約要求が高いストリームをオフにし、システムが実現可能になるまで、ステップ８２０〜８４０を繰り返す。
【００９４】
図９は、本干渉軽減方式の第２段階による、ストリーム割当て及び部分空間制約並びにチャネル状態情報（第１段階において決定される）に基づいてプリコーダ及びデコリレータを決定する一例のアルゴリズム９００の流れ図を提示する。ステップ９１０において、初期化が実行され、デコリレータ及びプリコーダの構造行列としてＳｍｒ及びＳｎｔが表される：Ｕｍ＝Ｕ’ｍＳｍｒ、Ｖｎ＝ＳｎｔＶ’ｎ。さらに、Ｓｎｔ＊及びＳｍｒ＊がそれぞれ
【数１３５】
2014519248.tif 000137
及び
【数１３６】
2014519248.tif 000138
における基底ベクトルの集合体であるように設定される。その後、Ｖ’ｎがランダムに生成される。９２０において、受信機側における干渉漏れを最小化するデコリレータが選択される。９３０において、送信機側における干渉を最小化するプリコーダが選択される。
【００９５】
本干渉軽減方式を更にわかりやすく示すために、ここで、５個の送信機−受信機対を有する部分接続状態の２×２干渉ネットワークを参照しながら、プロセス８００及び９００が説明される。部分接続状態のＭＩＭＯ干渉ネットワークでは、プリコーダＶｍ及びデコリレータＵｎを低階数の部分空間に適切に制限することによって、幾つかの「自由変数」のみを犠牲にして「数多くの」独立した制約を除去し、それゆえ、干渉アライメント実現可能性領域を拡張することができる。
【００９６】
５個の送信機−受信機対を有する部分接続状態の２×２干渉ネットワークを参照しながら、再び図８を見ると、８１０において、初期化が実行されるとき、５つの直接リンクは、十分な階数を有する（ｒａｎｋ（Ｈｎｎ）＝２＞１、ｎ∈｛１，２，．．．，５｝）。初期化中に、全てのＴｘ−Ｒｘ対がアクティブ状態である場合にネットワークが実現可能であることを確認するために、
【数１３７】
2014519248.tif 000139
である。
【００９７】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、部分空間設計前後の５個の送信機−受信機対を有する２×２干渉ネットワーク内のプリコーダ及びデコリレータ設計における自由度の数対残りの制約の数を示す。各Ｔｘ−ｎ下の列に沿った括弧内の数は、対応するプリコーダ内に残っている自由度の数を表し、各Ｒｘ−ｎ下の行に沿った括弧内の数は対応するデコーダ内に残っている自由度の数を表す。グラフ内の太字の数字は干渉アライメント制約の数を表す。図１０Ａは、初期化後の送受信機設計における自由度の数及び干渉アライメント制約の数を示す。
【００９８】
図１１は、５個の送信機−受信機対を有する２×２干渉チャネルの送信側における部分接続性状態を提示する。図８を再び参照すると、ステップ８２０において、部分接続性における共通部分空間の数が求められる。図１１において
【数１３８】
2014519248.tif 000140
記号によって示されるように、Ｔｘ１からＲｘ４及びＲｘ５まで、部分接続性状態において１次元共通部分空間が存在する。
【数１３９】
2014519248.tif 000141
同様に、
【数１４０】
2014519248.tif 000142
記号によって示されるように、Ｔｘ２からＲｘ１及びＲｘ５まで、Ｔｘ４からＲｘ１及びＲｘ２まで、Ｔｘ５からＲｘ２及びＲｘ４まで、共通ゼロ空間が存在する。
【００９９】
再び、図８を参照すると、８３０において、干渉アライメント制約の数を削減するために、部分空間が選択される。
【数１４１】
2014519248.tif 000143
を設定し、Ｈｍ１ｖ１＝０，ｍ∈｛４，５｝が成り立つ。それゆえ、図１０Ｂの強調部分によって示されるように、１つの自由度を犠牲にして２つの制約が削減される。同様に、図１０Ｃにおいてアスタリスク記号（＊）によって表記される部分によって示されるように、Ｔｘ２、Ｔｘ４、Ｔｘ５はそれぞれ、重なり合うゼロ空間を有する２つの交差リンクを有するので、プリコーダベクトルを対応するゼロ空間の基底ベクトルに設定することによって、１つの自由度を犠牲にして２つの制約を削減することができる。
【０１００】
図１２Ａ〜図１２Ｄは、制約割当てを調整する前後の、自由度の数−各ノードにおける可変圧力（すなわち、Ｐｎｔ、Ｐｍｒ，ｎ，ｍ∈｛１，２，．．．，５｝）を表す図を提示する。過負荷ノード及びノードはアスタリスク記号によって示され、余分な自由度を有するノードは
【数１４２】
2014519248.tif 000144
記号によって示される。再割当てプロセスは破線枠によって強調される。
【０１０１】
図８の８４０において、実現可能性条件が確認される。ステップ８３０後の残りの自由度及び制約の数が図１０Ｃに示される。制約は対応するＴｘ又はＲｘにランダムに割り当てられる（太字の数によって示されるように、下線を引かれた数は、その数がＴｘに割り当てられることを示し、一方、イタリック体で表示される数はＲｘに割り当てられる）。結果として、図１２Ａにおいて見られるように、幾つかのノードは、依然として余分な自由度を有しながら、そのノードにおける自由度の数−そのノードに割り当てられる制約の数が負であるという意味で、「過負荷状態」にある。それゆえ、図１２Ｂに示されるように、制約はより少ない過負荷ノードを有するように再割当てされる。しかしながら、図１２に見られるように、依然として幾つかの過負荷ノードが存在するが、一方、余分な自由度を有するノードはないので、そのネットワークは実現可能でない。
【０１０２】
したがって、図８の８５０において、最も制約要求の高いストリームがオフにされる。図１２Ｂに示されるように、アクティブ状態の集合｛１，２，．．．，Ｋ｝からＴｘ−Ｒｘ対１を除去する場合には、１つの自由度（ｖ１における自由度）及び４つの制約（リンクＴｘ１からＲｘ２、Ｒｘ３及びＴｘ３、Ｔｘ５からＲｘ１）が削減される。それゆえ、Ｔｘ−Ｒｘ対１を除去することによる自由度−制約の利得は、（−１）−（−４）＝３である。同様に、Ｔｘ−Ｒｘ対２、４、５を除去することによる（自由度−制約）利得も３であるが、Ｔｘ−Ｒｘ対３を除去することによる利得は、（−２）−（−８）＝６である。６＞３であるので、Ｔｘ−Ｒｘ対３のストリームが除去され、すなわち、
【数１４３】
2014519248.tif 000145
であり、実現可能性が達成されない場合には、ステップ８３０に戻る。
【０１０３】
Ｔｘ−Ｒｘ対３のストリームを除去した後に、実現可能性が達成されるまで、ステップ８３０及び８４０が繰り返される。部分空間選択後の残りの自由度及び制約の数が図１２Ｃに示される。図１２Ｄによって明らかにされるように、干渉アライメント制約は、過負荷状態のノードがなく、ネットワークが実現可能であるように、適切に割り当てることができる。定義された部分空間制約で実現可能性が達成されると、図９のプロセス９００が実行される。詳細には、プロセス８００の結果に基づいて、最小干渉漏れ反復を実行して、プリコーダ及びデコリレータを決定する。
【０１０４】
上記のシステム例（複数の場合もある）及び装置を考慮して、図１３〜図１５の流れ図を参照しながら、開示される主題に従って実施することができる方法例（複数の場合もある）を更に十分に理解することができる。説明を簡単にするために、本明細書において開示される方法例は、一連の動作として提示され、記述される。しかしながら、幾つかの動作は、本明細書において図示及び記述されるのとは異なる順序において、及び／又は他の動作と同時に行われる場合があるので、特許請求される主題は動作の順序によって制限されないことは理解及び認識されたい。例えば、本明細書において開示される１つ又は複数の方法例は、代替的には、状態図等の、一連の相互に関連する状態又は事象として表すことができる。さらに、異種のエンティティが方法の異種の部分を規定するときに、相互作用図（複数の場合もある）が、開示される主題による方法を表すことができる。さらに、本明細書に従って記述される方法例を実施するために、図示される全ての動作が必要であるとは限らない場合がある。さらに、開示される方法例のうちの２つ以上を互いに組み合わせて実施して、本明細書において記述される１つ又は複数の特徴又は利点を達成することができる。本明細書を通して開示される方法例は、プロセッサによって実行し、それゆえ、実施するために、又はメモリに記憶するために、そのような方法をコンピュータに移送し、転送できるようにする製品上に記憶できることが更に理解されるべきである。
【０１０５】
図１３は、本干渉軽減方式の第１段階と関連するプロセス１３００の流れ図を提示する。１３１０において、部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルにおいて動作する複数の送信機−受信機対にデータストリームが割り当てられる。１３２０において、送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられたデータストリーム、並びにチャネルの部分接続状態に基づいて、送信機のビームフォーミングフィルタ及び受信機のゼロフォーシングフィルタに関連付けられる信号部分空間に対する制限が決定される。一態様では、その制限は、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を削減するように設計することができる。別の態様では、制限を決定するために、複数の潜在的な制限を形成することができ、複数の制限から、干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を削減する制限を選択することができる。別の態様では、部分空間の共通ゼロ空間に基づいて、制限を設計することができる。更に別の態様では、ビームフォーミングフィルタ及び／又はゼロフォーシングフィルタに関連付けられる自由度の数−干渉アライメント方式を実行することに関連付けられる制約の数を最大化するように、制限を設計することができる。
【０１０６】
図１４は、本干渉軽減方式の第１段階及び第２段階に関連するプロセス１４００の流れ図を提示する。１４１０において、部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルにおいて動作する複数の送信機−受信機対にデータストリームが割り当てられる。１４２０において、送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられたデータストリーム、並びにチャネルの部分接続状態に基づいて、送信機のビームフォーミングフィルタ及び受信機のゼロフォーシングフィルタに関連付けられる信号部分空間に対する制限が決定される。１４３０において、部分空間に対する制限下で、ビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタに関連付けられる自由度の数が、干渉軽減方式を実行することに関連付けられる制約の数と比較される。その後、１４４０において、自由度の数が制約の数以上である場合には、干渉軽減方式を実行することが実現可能であると分類される。最後に、１４５０において、部分空間に対する制限下で、かつ送信機−受信機対のそれぞれに割り当てられるデータストリームの下で、送信機及び受信機のビームフォーミングフィルタ及びゼロフォーシングフィルタがそれぞれ設計される。
【０１０７】
図１５Ａは、本干渉軽減方式による送信ノードにおけるプロセス１５００の流れ図を提示する。１５１０において、受信デバイスによって、そのデバイスのデータストリーム割当ての下での部分空間に対する制限を含む、ビームフォーミングフィルタが受信される。１５２０において、部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して、その部分空間において信号が送信される。１５３０において、チャネルの部分接続状態に基づいて、部分空間に対する制限が決定される。１５４０において、ビームフォーミングフィルタを用いて信号が符号化される。
【０１０８】
図１５Ｂは、本干渉軽減方式による受信ノードにおけるプロセス１５０１の流れ図を提示する。１５５０において、デバイスによって、そのデバイスのデータストリーム割当ての下での部分空間に対する制限を含む、ゼロフォーシングフィルタが受信される。１５６０において、部分接続状態を有する準静的多入力多出力チャネルを通して、その部分空間において信号が受信される。１５７０において、チャネルの部分接続状態に基づいて、部分空間に対する制限が決定される。１５８０において、ゼロフォーシングフィルタを用いて信号を符号化する。
【０１０９】
本明細書において記述される２段階干渉軽減方式は、ＭＩＭＯシステムのスループットを高めるのに有効なツールであることが証明された。以下に提示されるように、提案された方式の性能が、対称な部分接続状態のＭＩＭＯ干渉ネットワークにおいて試験された。解析によって、提案されたアルゴリズムは対称な部分接続状態のＭＩＭＯ干渉ネットワーク内のシステムＤｏＦを著しく高めることができることがわかった。また、提案された方式の性能が、シミュレーションを通して種々のベースラインと比較され、提案されたアルゴリズムがランダムに接続される干渉ネットワークのシステム性能の大幅な向上を達成できることが実証された。本干渉軽減方式は一般的なトポロジーに当てはまるが、数多くの部分接続性パラメータに由来して解析が複雑であることに起因して、以下の実験は、経路損失及び局所散乱によって部分接続性が引き起こされた対称なＫ個の送信機−受信機対を有する部分接続状態のＭＩＭＯ干渉ネットワークに限定された。
【０１１０】
解析において用いられる対称な部分接続状態のＭＩＭＯ干渉チャネルは以下のモデルにおいて具現される。Ｋ個の送信機−受信機対を有する部分接続状態のＭＩＭＯ干渉ネットワークが提供された。ここで各ＴｘはＮｔ個のアンテナを有し、各ＲｘはＮｒ個のアンテナを有する。各Ｔｘ−Ｒｘはｄｎｍａｘ＝ｄｆ個、∀ｎ∈｛１，２，．．．，Ｋ｝のデータストリームを要求する。部分接続性状態が３つの主なパラメータＬ、Ｅ１及びＥ２に関して表され、それらのパラメータはそれぞれ接続密度、直接リンクの階数及び交差リンクの階数を特徴付ける。
【０１１１】
経路損失に起因する部分接続性は数学的に以下のように表すことができる。Ｌ＜｜ｎ−ｍ｜＜Ｋ−Ｌである場合には、Ｈｍｎ＝０と仮定する。
【０１１２】
直接リンクにおける局所散乱に起因する部分接続性は数学的に以下のように表すことができる。ｎ＝ｍである場合には、局所散乱に起因して、
【数１４４】
2014519248.tif 000146
である場合、ｈｍｎａｎｇ（ｐ）＝０であり、そうでない場合、
【数１４５】
2014519248.tif 000147
である。ただし、ｈｍｎａｎｇ（ｐ）はチャネル状態Ｈｍｎａｎｇの角度表現の第ｐの列（（２）において定義される）、ｐ∈｛０，１，．．．，Ｎｔ−１｝であり、
【数１４６】
2014519248.tif 000148
は「良好な」角度のインデックスである。
【数１４７】
2014519248.tif 000149
と表す。
【０１１３】
交差リンクにおける局所散乱に起因する部分接続性は数学的に以下のように表すことができる。０＜｜ｎ−ｍ｜≦Ｌ又は｜ｎ−ｍ｜≧Ｋ−Ｌ及びｎ≠ｍである場合には、局所散乱に起因して、
【数１４８】
2014519248.tif 000150
である場合、ｈｍｎａｎｇ（ｐ）＝０であり、そうでない場合、
【数１４９】
2014519248.tif 000151
である。ただし、Δｎ＝ｎ−ｍ∈｛−Ｌ，−Ｌ＋１，．．．，Ｌ｝であり、
【数１５０】
2014519248.tif 000152
は｛０，１，．．．，Ｎｔ−１｝のランダムな部分集合であり、以下の式を満たす。
【数１５１】
2014519248.tif 000153
【０１１４】
上記を考慮して、チャネル状態の部分接続性は数学的に以下のように表すことができる。
【数１５２】
2014519248.tif 000154
【数１５３】
2014519248.tif 000155
【０１１５】
ただし、Ｈｍｎａｎｇ、ＡＲ及び
【数１５４】
2014519248.tif 000156
はそれぞれ式（６）、式（８）及び式（９）において定義される。
【数１５５】
2014519248.tif 000157
はＨｍｎａｎｇの第ｓの列である。
【数１５６】
2014519248.tif 000158
及び
【数１５７】
2014519248.tif 000159
は｛１，２，．．．，Ｎｔ｝の部分集合である。ただし、以下の関係がある。
【数１５８】
2014519248.tif 000160
【０１１６】
提案されるアルゴリズムは、
【数１５９】
2014519248.tif 000161
である場合には、
【数１６０】
2014519248.tif 000162
を達成することができる。
【０１１７】
式２６の証明は以下のようになる。システムの対称性に起因して、
【数１６１】
2014519248.tif 000163
であるときに、
【数１６２】
2014519248.tif 000164
であり、それゆえ、以下の式が成り立つ場合にのみ、そのシステムは式１８を満たす。
【数１６３】
2014519248.tif 000165
ただし、以下の式が成り立つ。
【数１６４】
2014519248.tif 000166
【０１１８】
一般的に、ＮＨ（Ｈｍ１）及びＮ（Ｈｍ１）がランダムであることに起因して、最適なＳｔ＊及びＳｒ＊を得るのは難しい。基本的な洞察を得るために、２つの極端なポリシーについて考えるべきである：Ｓｔ＊＝ｄｆ、Ｓｒ＊＝ｍｉｎ（Ｎｒ，Ｅ１）（Ｔｘ側における最小の部分空間次元及びＲｘ側における最大の部分空間次元）及びＳｔ＊＝Ｅ１、Ｓｒ＊＝ｍｉｎ（Ｎｒ，Ｅ１）（Ｔｘ側及びＲｘ側両方における最大の部分空間次元）。受信機側では、Ｓｒ＊＝ｍｉｎ（Ｎｒ，Ｅ１）であるときに、以下の式が成り立つ。
【数１６５】
2014519248.tif 000167
送信機側では、式２４から、本干渉軽減方式の第１段階（すなわち、部分空間制約を決定すること）において得られた
【数１６６】
2014519248.tif 000168
は以下の形を有するべきである。
【数１６７】
2014519248.tif 000169
ただし、ｐｄは
【数１６８】
2014519248.tif 000170
におけるｐ番目のインデックスであり、その中の要素はメトリック
【数１６９】
2014519248.tif 000171
に対して降順に順序付けられる。Ｓｔ＊＝ｄｆであるとき、（３２）は以下のようになる。
【数１７０】
2014519248.tif 000172
【０１１９】
ｄ＊＝Ｅ１であるとき、（３２）は以下の形に簡略化される。
【数１７１】
2014519248.tif 000173
【０１２０】
式２８及び式２９から、式２６が得られる。式（２６）を用いて、システムの全ＤｏＦがＫｄｆによって与えられ、そのシステムは最大で、
【数１７２】
2014519248.tif 000174
までの全ＤｏＦを達成できることに留意されたい。ただし、段階Ｉアルゴリズムにおいて得られた部分空間
【数１７３】
2014519248.tif 000175
及び
【数１７４】
2014519248.tif 000176
内にプリコーダ及びデコリレータを制限することによって、「ｍａｘ」演算における第１の項及び第２の項が寄与する。以下では、部分接続性がシステムの向上にいかに影響を及ぼすかに関する種々の洞察が詳述される。
【０１２１】
部分接続に起因する利得に関して、Ｋ個の送信機−受信機対を有する完全接続状態の準静的ＭＩＭＯ干渉チャネルでは、システム合計ＤｏＦはＫ（Ｎｔ＋Ｎｒ）／（Ｋ＋１）によって上限を定められる。部分接続性は２つの態様においてこの上限を改善する：１）経路損失に起因する利得：経路損失は、各Ｔｘが干渉する場合があるＲｘの最大数を制限するので、システムの全ＤｏＦはＯ（Ｋ）になることができる；２）空間的相関に起因する利得：交差リンク内の空間的相関が強いとき（すなわち、小さなＥ２）、Ｎｔ／Ｅ２因子の利得を更に観測することができる。
【０１２２】
接続密度対システム性能に関して、大きなＫの場合に、システムのＤｏＦ、式３０はＯ（１／Ｌ）が増えると増加し、それはネットワーク密度が常にシステムＤｏＦに関する一次の制約であることを示す。
【０１２３】
交差リンクの階数対システム性能に関して、式３０のシステム合計ＤｏＦはＥ２の（厳密ではない）減少関数であり、それは、交差リンクの階数が減少するとき、システム合計ＤｏＦが増加することを意味する。Ｅ２＝０であるとき、式３０において達成可能なＤｏＦはＫｍｉｎ（Ｅ１，Ｎｒ）＝Ｋｒａｎｋ（Ｈｎｎ）まで減少し、それは、全てのＴｘ−Ｒｘ対が送信のために直接リンクの全ての次元を使用していることを意味する。
【０１２４】
直接リンクの階数対システム性能に関して、式３０のシステム合計ＤｏＦはＥ１の（厳密ではない）増加関数であり、それは、直接リンクの階数が増加するとき、システム合計ＤｏＦが増加することを意味する。高い階数の直接リンクが、２つの態様からシステム性能を高めるのを助ける：１）高い階数の直接リンクはＴｘ−Ｒｘ対が達成することができるＤｏＦの上限を高める。２）それら直接リンクは、プリコーダ及びデコリレータ内の自由変数の最大数を増加させる。
【０１２５】
以前の干渉アライメント方式との後方互換性に関して、ネットワークが完全接続状態である、すなわち、Ｅ１＝Ｅ２＝Ｎｔであり、かつＬ≧［Ｋ／２］であるとき、式２６の不等式は、ｄｆ≦（Ｎｔ＋Ｎｒ）／（Ｋ＋１）に簡約される。
【０１２６】
上記の前置きに従って、提案された干渉軽減方式の性能がシミュレーションを介して解析された。経路損失及び散乱環境等の物理的パラメータがシステム性能にいかに影響を及ぼすかをよりわかりやすく示すために、ランダム化されたＭＩＭＯ干渉チャネルに基づく以下のシミュレーション設定について考えた。
【０１２７】
図１６に示されるように、１０ｋｍ×１０ｋｍ四方に均一に分散する３２対のＴｘ−Ｒｘ対が与えられた。各ノードは１２個のアンテナを有した。多数のＴｘ−Ｒｘ対及びアンテナは、Ｌ及びＳ等のネットワークの部分接続性パラメータに対して滑らかなシステム性能変動が達成されるように選択された。図１６を見ると、各Ｔｘ−Ｒｘ対は２つのデータストリームを送達しようと試みている。各Ｔｘは電力Ｐで送信しており、Ｔｘ  ｎとＲｘ  ｍとの間の距離をＤｍｎで表す。部分接続性の存在は、以下の要因に寄与した。
１．経路損失効果：Ｄｍｎ＞Ｌである場合には、Ｔｘ  ｎからＲｘ  ｍへのチャネルは接続されない（Ｈｍｎ＝０）と仮定した。
２．局所散乱効果：Ｄｍｎ≦Ｌである場合には、局所散乱に起因して、角度領域チャネル状態Ｈｍｎａｎｇ＝｛ｈｍｎ（ｐ，ｑ）｝，ｐ，ｑ∈｛１，２，．．．，１２｝は以下の特性を有した：ｑが（６）を満たす場合には、ｈｍｎ（ｐ，ｑ）＝０、ただし、Ｓは局所散乱の半径である。そうでない場合には、ｈｍｎ（ｐ，ｑ）：ＣＮ（０，１）である。
【０１２８】
結果として、ランダム化されたモデルの部分接続性パラメータは以下の式によって与えられた。
【数１７５】
2014519248.tif 000177
ただし、Ｈｍｎａｎｇ、ＡＲ及び
【数１７６】
2014519248.tif 000178
はそれぞれ（２）、（４）及び（５）において定義される。
【数１７７】
2014519248.tif 000179
はＨｍｎａｎｇの第ｓの列であり、
【数１７８】
2014519248.tif 000180
は（６）を満たす全ての列インデックスｑ∈｛１，２，．．．，１２｝の集合である。
【数１７９】
2014519248.tif 000181
はＴｘ  ｎ及びＲｘ  ｍのランダムな位置によって引き起こされるランダム性を有するランダムな集合であることに留意されたい。
【０１２９】
上記のシミュレーションにおいて用いられるシステムモデルでは、２つのパラメータＬ及びＳがある。図７に示されるように、Ｌは、Ｔｘが干渉する可能性があり、それゆえ、ネットワークの接続密度を反映する最大距離（例えば、図のＴｘ１を中心にした大きな円）である。Ｓは局所散乱半径であり、Ｔｘからのビームの方向がＲｘの局所散乱エリアと重なり合わない場合には、そのビームはＲｘによって受信されることができない。（例えば、Ｒｘ１の局所散乱エリアはＲｘ１を中心にした小さな円である。ビーム７、８はそれらの方向がこの円と重なり合わないのでＲｘ１によって受信することはできない。）それゆえ、Ｓは、非０のチャネル行列の階数（空間的相関レベル）を制御する。Ｓが大きいほど、高い階数のチャネル行列に対応する。
【０１３０】
次に、提案された干渉軽減方式が５つの基準ベースラインと比較された。第１のベースラインは、従来の干渉アライメントであった。そこでは、そのシステムは、Krishna Gomadam, Cadambe V.R.; Jafar S.A.による「Approaching the capacity of wireless networks through distributed interference alignment」（IEEE GLOBECOM 2008 Nov. 30 2008-Dec. 4 2008）において提案されたプリコーダ−デコリレータ反復を直接適応させる。第２のベースラインは最大階数信号部分空間であり、各ノードが、第１段階において最大階数部分空間制約を選択し、すなわち、式１６及び１７においてｄ＊をそれぞれＮｔ−｜Ｎ（Ｈｎｎ）｜及びＮｒ−｜ＮＨ（Ｈｍｍ）｜になるように設定し、その後、第２段階を用いて、プリコーダ及びデコリレータを決定する。第３のベースラインは最小階数信号部分空間であり、各ノードが、第１段階において最小階数部分空間制約を選択し、すなわち、式１６及び式１７においてｄ＊をそれぞれｄｎ及びｄｍになるように設定し、その後、第２段階を用いて、プリコーダ及びデコリレータを決定する。用いられた第４のベースラインは時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）であり、Ｔｘ−Ｒｘ対が時分割多重アクセスを用いて全ての干渉を回避する場合を指している。最後に、第５のベースラインは等方性送信であり、Ｔｘ及びＲｘが、チャネル情報を考慮することなく、ランダムなプリコーダ及びデコリレータを用いてデータストリームを送信及び受信する場合を指している。
【０１３１】
図１７は、Ｔｘ−Ｒｘ対あたりのスループット対ＳＮＲ（１０ｌｏｇ１０（Ｐ））を示す。ここで、Ｌ＝５ｋｍ及びＳ＝３ｋｍである。旧来の干渉アライメントはこの高密度ネットワークにおいて実現不可能であるので、従来の干渉アライメント（第１のベースライン）は高いＳＮＲ領域において飽和する。提案された方式及び最大／最小信号部分空間方法（それぞれ第３及び第２のベースライン）は、段階Ｉアルゴリズムにおけるオン／オフ選択が、干渉アライメントに関してシステムが実現可能性であることを保証するので、ＳＮＲとともに線形に増加するスループットを達成することができる。しかしながら、提案された方式は、第２のベースライン（ＢＬ２−約４４）及び第３のベースライン（ＢＬ３−約４６）よりもはるかに高いＤｏＦ（提案−約５７）を達成した。このことは、信号部分空間を注意深く設計することが重要であることを示す。さらに、第４のベースライン（ＢＬ４）の場合、ＤｏＦは−２であり、第５のベースライン（ＢＬ５）の場合、ＤｏＦは１未満であった。
【０１３２】
提案された方式及び第１のベースラインを比較すると、部分空間制約を導入することによって、実際に干渉アライメント実現可能領域を拡大することができ、ＤｏＦ及びスループットの両方の意味においてシステム性能を高めることがわかる。さらに、１２×１２、Ｔｘ−Ｒｘ対あたり２ストリーム、及び完全接続状態の干渉ネットワークの場合、達成できるのはネットワーク全体で多くても２２ＤｏＦであり、提案された方式の性能（約５０ＤｏＦ）が、ネットワークの全ＤｏＦを大幅に高められるために実際に部分接続性を利用できることを示すことに留意されたい。
【０１３３】
経路損失及び空間的相関等の異なる部分接続性要因がシステム性能にいかに影響を及ぼすかを更にわかりやすく示すために、一定のＳＮＲ（４０ｄＢ）の下での合計スループット対Ｌ（ＴｘがＲｘに干渉する可能性がある最大距離）が図１８に示されており、一定のＳＮＲ（４０ｄＢ）の下での合計スループット対Ｓ（局所散乱の半径）が図１９に示される。図１８において見ることができるように、提案された方式の下では、システムスループットはＢＬ１、ＢＬ４及びＢＬ５よりもはるかに高かった。図１９において見ることができるように、提案された方式の下では、システムスループットはＢＬ１、ＢＬ４及びＢＬ５よりもはるかに高かった。
【０１３４】
提案された方式の性能を異なる部分接続性パラメータの場合と比較すると、提案された方式の性能はＯ（１／ＬＳ）だけ拡大し、それは、部分接続性が弱いほど実際には高いシステム性能に寄与できるという一貫性がある観測結果を示している。さらに、提案されたアルゴリズムとＢＬ２及びＢＬ３との比較は、異なる部分接続性領域の下で信号部分空間
【数１８０】
2014519248.tif 000182
及び
【数１８１】
2014519248.tif 000183
をいかに選択すべきであるかを示す。例えば、低階数の部分空間は高い空間的相関（小さなＳ）においてより実効的であり、一方、高階数の部分空間は低い空間的相関（大きなＳ）においてより実効的である。また、低階数の部分空間は、高密度ネットワーク（大きなＬ）において高階数の部分空間と比べてより実効的であり、その逆も同様である。ネットワークの部分接続性状態に従って信号部分空間を動的に選択することによって、提案された方式は、広範な部分接続性レベルにわたって著しい性能向上を得る。
【０１３５】
ここで図２０を参照すると、１つ又は複数の態様に係る多重アクセス無線通信システム２０００が示される。無線通信システム２０００は、１つ又は複数のユーザデバイスとやりとりする１つ又は複数の基地局を含むことができる。各基地局は複数のセクタのカバレッジを提供する。複数のアンテナ群を含む３セクタ基地局２００２が示されており、１つのアンテナ群はアンテナ２００４及び２００６を含み、別のアンテナ群はアンテナ２００２０及び２０１０を含み、第３のアンテナ群はアンテナ２０１２及び２０１４を含む。図によれば、アンテナ群ごとに２つのアンテナのみが示されるが、アンテナ群ごとに、それよりも多くの、又は少ないアンテナが利用される場合がある。モバイルデバイス２０１６はアンテナ２０１２及び２０１４と通信し、アンテナ２０１２及び２０１４は順方向リンク２０１８を介してモバイルデバイス２０１６に情報を送信し、逆方向リンク２０２０を介してモバイルデバイス２０１６から情報を受信する。順方向リンク（又はダウンリンク）は基地局からモバイルデバイスへの通信リンクを指しており、逆方向リンク（又はアップリンク）は、モバイルデバイスから基地局への通信リンクを指している。モバイルデバイス２０２２はアンテナ２００４及び２００６と通信し、アンテナ２００４及び２００６は順方向リンク２０２４を介してモバイルデバイス２０２２に情報を送信し、逆方向リンク２０２６を介してモバイルデバイス２０２２から情報を受信する。ＦＤＤシステムでは、例えば、通信リンク２０１８、２０２０、２０２４及び２０２６は通信するために異なる周波数を利用することができる。例えば、順方向リンク２０１８は、逆方向リンク２０２０によって利用される周波数とは異なる周波数を用いることができる。
【０１３６】
各アンテナ群及び／又はそれらのアンテナが通信するように指定されたエリアを基地局２００２のセクタと呼ぶことができる。１つ又は複数の態様では、アンテナ群はそれぞれ、基地局２００２によってカバーされるセクタ又はエリア内のモバイルデバイスと通信するように設計される。基地局は、モバイルデバイスと通信するために用いられる固定局とすることができる。
【０１３７】
順方向リンク２０１８及び２０２４を介して通信する際に、基地局２００２の送信アンテナは、異なるモバイルデバイス２０１６及び２０２２の順方向リンクの信号対雑音比を改善するためにビームフォーミングを利用することができる。また、そのカバレッジの中にランダムに散在するモバイルデバイスに送信するためにビームフォーミングを利用する基地局は、そのカバレッジエリア内の全てのモバイルデバイスに１つのアンテナを通して送信する基地局によって引き起こされる可能性がある干渉よりも、隣接するセル内のモバイルデバイスへの干渉を少なくすることができる。
【０１３８】
図２１は、一例の無線通信システム２１００を示す。無線通信システム２１００は、簡潔にするために、１つの基地局２１１０及び１つのアクセス端末２１５０を示す。しかしながら、システム２１００は、２つ以上の基地局及び／又は２つ以上のアクセス端末を含むことができ、更なる基地局及び／又はアクセス端末は、以下に記述される一例の基地局２１１０及びアクセス端末２１５０と実質的に同じとすることができるか、又は異なることができることは理解されたい。さらに、基地局２１１０及び／又はアクセス端末２１５０は、本明細書において記述されるシステム及び／又は方法を用いて、その間の無線通信を容易にすることができることは理解されたい。
【０１３９】
基地局２１１０において、データ源２１１２から送信（ＴＸ）データプロセッサ２１１４に複数のデータストリームのトラフィックデータが与えられる。一例によれば、各データストリームはそれぞれのアンテナを介して送信することができる。ＴＸデータプロセッサ２１１４は、そのデータストリームのために選択された特定の符号化方式に基づいて、トラフィックデータストリームをフォーマットし、符号化し、インタリーブして、符号化済みデータを与える。
【０１４０】
データストリームごとの符号化済みデータは直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）技法を用いて、パイロットデータと多重化することができる。それに加えて、又はそれとは別に、パイロットシンボルは、周波数分割多重化（ＦＤＭ）するか、時分割多重化（ＴＤＭ）するか、又は符号分割多重化（ＣＤＭ）することができる。パイロットデータは通常、既知のデータパターンであり、アクセス端末２１５０において、既知の方法で処理され、チャネル応答を推定するために用いることができる。データストリームごとの多重化されたパイロット及び符号化済みデータを、そのデータストリームのために選択された特定の変調方式（例えば、２相位相変調（ＢＰＳＫ）、４相位相変調（ＱＰＳＫ）、Ｍ位相偏移変調（Ｍ−ＰＳＫ）、Ｍ値直交振幅変調（Ｍ−ＱＡＭ）等）に基づいて変調（例えばシンボルマッピング）して、変調シンボルを与えることができる。データストリームごとのデータ速度、符号化及び変調は、プロセッサ２１３０によって実行されるか又は与えられる命令によって決定することができる。
【０１４１】
データストリームの変調シンボルはＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ２１２０に与えることができ、そのプロセッサは変調シンボルを更に（例えば、ＯＦＤＭのために）処理することができる。ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ２１２０は、その後、ＮＴ個の送信機（ＴＭＴＲ）２１２２ａ〜２１２２ｔにＮＴ個の変調シンボルストリームを与える。種々の実施形態において、ＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ２１２０は、データストリームのシンボルに、かつそのシンボルが送信されているアンテナに、ビームフォーミング重みを適用する。
【０１４２】
各送信機２１２２は、それぞれのシンボルストリームを受信し、処理して、１つ又は複数のアナログ信号を与え、そのアナログ信号を更に調整して（例えば、増幅し、フィルタリングし、アップコンバートして）、ＭＩＭＯチャネルを介して送信するのに適した変調済み信号を与える。さらに、送信機２１２２ａ〜２１２２ｔからのＮＴ個の変調済み信号はＮＴ個のアンテナ２１２４ａ〜２１２４ｔからそれぞれ送信される。
【０１４３】
アクセス端末２１５０において、送信された変調済み信号は、ＮＲ個のアンテナ２１５２ａ〜２１５２ｒによって受信され、各アンテナ２１５２からの受信信号はそれぞれの受信機（ＲＣＶＲ）２１５４ａ〜２１５４ｒに与えられる。各受信機２１５４は、それぞれの信号を調整し（例えば、フィルタリングし、増幅し、ダウンコンバートし）、調整済み信号をデジタル化して、サンプルを与え、それらのサンプルを更に処理して、対応する「受信」シンボルストリームを与える。
【０１４４】
ＲＸデータプロセッサ２１６０が、ＮＲ個の受信機２１５４からＮＲ個の受信シンボルストリームを受信し、特定の受信機処理技法に基づいて受信シンボルストリームを処理し、ＮＴ個の「検出」シンボルストリームを与えることができる。ＲＸデータプロセッサ２１６０は、各検出シンボルストリームを復調し、デインタリーブし、復号化して、データストリームのトラフィックデータを再生することができる。ＲＸデータプロセッサ２１６０による処理は、基地局２１１０におけるＴＸ  ＭＩＭＯプロセッサ２１２０及びＴＸデータプロセッサ２１１４によって実行される処理に対して相補的である。
【０１４５】
プロセッサ２１７０は、上記で論じられたように、どの利用可能な技術を利用すべきであるかを定期的に判断することができる。さらに、プロセッサ２１７０は、行列インデックス部分及び階数値部分を含む、逆方向リンクメッセージを作成することができる。
【０１４６】
逆方向リンクメッセージは、通信リンク及び／又は受信データストリームに関する種々のタイプの情報を含むことができる。逆方向リンクメッセージは、データ源２１３６からの複数のデータストリームのトラフィックデータも受信するＴＸデータプロセッサ２１３８によって処理し、変調器２１８０によって変調し、送信機２１５４ａ〜２１５４ｒによって調整し、基地局２１１０に返送することができる。
【０１４７】
基地局２１１０において、アクセス端末２１５０からの変調済み信号がアンテナ２１２１４によって受信され、受信機２１２２によって調整され、復調器２１４０によって復調され、ＲＸデータプロセッサ２１４２１によって処理されて、アクセス端末２１５０によって送信された逆方向リンクメッセージが抽出される。さらにプロセッサ２１３０は、抽出されたメッセージを処理して、ビームフォーミング重みを決定するために、どのプリコーディング行列を使用すべきかを判断することができる。
【０１４８】
プロセッサ２１３０及び２１７０はそれぞれ基地局２１１０及びアクセス端末２１５０における動作を指図する（例えば、制御する、連繋させる、管理する等）ことができる。プロセッサ２１３０及び２１７０はそれぞれ、プログラムコード及びデータを記憶するメモリ２１３２及び２１７２と関連付けることができる。また、プロセッサ２１３０及び２１７０はそれぞれアップリンク及びダウンリンクの周波数及びインパルス応答推定値を導出する計算を実行することもできる。
【０１４９】
図２２は、本発明の幾つかの実施形態による、本システムを利用することができる例示的なデバイス２２００の概略的なブロック図を示す。そのデバイスはモバイルハンドセット２２００である。その種々の態様の更なる背景を与えるために、図２２及び以下の検討は、種々の態様を実施することができる適切な環境２２００の簡潔な一般的な説明を提供することを意図している。その説明はコンピュータ実行可能命令の一般的な文脈を含むが、当業者は、その革新を他のプログラムモジュールと組み合わせて、及び／又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせとして実行することもできることは認識されよう。
【０１５０】
一般的には、アプリケーション（例えば、プログラムモジュール）はルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造等を含むことができ、それらは特定のタスクを実行するか、又は特定の抽象データ型を実装する。さらに、本発明の方法が、それぞれ１つ又は複数の関連付けられるデバイスに動作可能に結合することができる、シングルプロセッサ又はマルチプロセッサシステム、マイクロコンピュータ、メインフレームコンピュータ、並びにパーソナルコンピュータ、ハンドヘルドコンピューティングデバイス、マイクロプロセッサに基づくか又はプログラム可能な家電品等を含む、他のシステム構成で実施できることは当業者には理解されよう。
【０１５１】
コンピューティングデバイスは通常、種々のコンピュータ可読媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体とすることができ、揮発性媒体及び不揮発性媒体、取外し可能媒体及び非取外し可能媒体の両方を含むことができる。一例であって、限定はしないが、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含むことができる。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータ等の情報を記憶する任意の方法又は技術において実装される、揮発性及び不揮発性の両方、並びに取外し可能及び非取外し可能両方の媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、限定はしないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ  ＲＯＭ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）又は他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶デバイス、又は所望の情報を格納するために用いることができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。
【０１５２】
通信媒体は通常、搬送波等の変調されたデータ信号又は他の輸送機構内で、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータを具現し、任意の情報移送媒体を含む。用語「変調されたデータ信号」は、その特性のうちの１つ又は複数が、その信号内に情報を符号化するように設定又は変更された信号を意味する。一例であって、限定はしないが、通信媒体は、有線ネットワーク又は直接有線接続等の有線媒体、並びに音響、ＲＦ、赤外線及び他の無線媒体等の無線媒体を含む。上記のいずれかの組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲に含まれることになる。
【０１５３】
ハンドセット２２００は全ての搭載動作及び機能を制御し、処理するプロセッサ２２０２を含む。メモリ２２０４がデータ及び１つ又は複数のアプリケーション２２０６（例えば、ビデオプレーヤソフトウェア、ユーザフィードバックコンポーネントソフトウェア、．．．）を記憶するためにプロセッサ２２０２とのインタフェースを有する。他のアプリケーションは、ユーザフィードバック信号の開始を容易にする所定の音声コマンドの音声認識を含むことができる。アプリケーション２２０６は、メモリ２２０４内及び／又はファームウェア２２０８内に記憶することができ、メモリ２２０４又は／及びファームウェア２２０８のいずれか、又は両方からプロセッサ２２０２によって実行することができる。ファームウェア２２０８は、ハンドセット２２００を初期化する際に実行する起動コードも記憶することができる。通信構成要素２２１０は、外部システム、例えば、セルラーネットワーク、ＶｏＩＰネットワーク等との有線／無線通信を容易にするためにプロセッサ２２０２とのインタフェースを有する。ここで、通信構成要素２２１０は、適切なセルラー送受信機２２１１（例えば、ＧＳＭ（登録商標）送受信機）、及び対応する信号通信の無許可送受信機２２１３（例えば、ＷｉＦｉ、ＷｉＭＡＸ）を含むこともできる。ハンドセット２２００は、セルラー電話、移動通信能力を有するＰＤＡ、メッセージ伝送中心のデバイス等のデバイスとすることができる。通信構成要素２２１０は、陸上無線ネットワーク（例えば、放送）、デジタル衛星無線ネットワーク、及びインターネットに基づく無線サービスネットワークからの通信の受信も容易にする。
【０１５４】
ハンドセット２２００は文字、画像、ビデオ、電話機能（例えば、発信者番号機能）、設定機能を表示し、ユーザ入力のためにも用いられるディスプレイ２２１２を含む。ディスプレイ２２１２は、マルチメディアコンテンツ（例えば、音楽メタデータ、メッセージ、壁紙、グラフィックス、．．．）の提示を提供することもできる。配線接続、及び他のシリアル入力デバイス（例えば、キーボード、キーパッド及びマウス）を通して有線及び／又は無線シリアル通信（例えば、ＵＳＢ及び／又はＩＥＥＥ１３９４）を容易にするために、プロセッサ２２０２と通信するシリアルＩ／Ｏインタフェース２２１４が設けられる。これは、例えば、ハンドセット２２００を更新すること、及びトラブルシューティングすることをサポートする。オーディオＩ／Ｏ構成要素２２１６を用いてオーディオ機能が提供され、その構成要素は、例えば、ユーザが適切なキー又はキーの組み合わせを押下してユーザフィードバック信号を開始したという標示に関連付けられるオーディオ信号を出力するスピーカを含むことができる。オーディオＩ／Ｏ構成要素２２１６はまた、データを記録し、及び／又は電話音声データを録音するために、並びに電話で会話する音声信号を入力するために、マイクロフォンを通してオーディオ信号の入力を容易にする。
【０１５５】
ハンドセット２２００は、加入者識別モジュール（ＳＩＭ）カード又はユニバーサルＳＩＭ２２２０のフォームファクタにＳＩＣ（加入者識別構成要素）を収容し、ＳＩＭカード２２２０とプロセッサ２２０２とのインタフェースを構成するスロットインタフェース２２１８を含むことができる。しかしながら、ＳＩＭカード９２０はハンドセット２２００の中に作り込むことができ、その中にデータ及びソフトウェアをダウンロードすることによって更新できることは理解されたい。
【０１５６】
ハンドセット２２００は、通信構成要素２２１０を通してＩＰデータトラフィックを処理し、ＩＳＰ又はブロードバンドケーブルプロバイダを通して、例えば、インターネット、企業イントラネット、ホームネットワーク、パーソナルエリアネットワーク等のＩＰネットワークからのＩＰトラフィックに対応することができる。したがって、ハンドセット２２００によってＶｏＩＰトラフィックを利用することができ、符号化フォーマット又は復号化フォーマットのいずれかにおいて、ＩＰベースマルチメディアコンテンツを受信することができる。
【０１５７】
符号化されたマルチメディアコンテンツを復号化するために、ビデオ処理構成要素２２２２（例えば、カメラ）を設けることができる。また、ハンドセット２２００は、バッテリ及び／又はＡＣ電源サブシステムの形の電源２２２４も含み、電源２２２４は、電源Ｉ／Ｏ構成要素２２２６によって外部電源又は充電機器（図示せず）とのインタフェースを有することができる。
【０１５８】
また、ハンドセット２２００は、受信されたビデオコンテンツを処理し、かつビデオコンテンツを記録し、送信するビデオ構成要素２２３０も含むことができる。位置追跡構成要素９３２は、ハンドセット２２００の位置を地理的に特定するのを容易にする。上記のように、これは、ユーザがフィードバック信号を開始するときに、自動的に、又は手動で行うことができる。ユーザ入力構成要素２２３４は、ユーザが品質フィードバック信号を開始するのを容易にする。入力構成要素は、例えば、キーパッド、キーボード、マウス、スタイラスペン及びタッチスクリーン等の、従来の入力デバイス技術を含むことができる。
【０１５９】
再びアプリケーション２２０６を参照すると、ヒステリシス構成要素２２３６がヒステリシスデータの解析及び処理を容易にし、そのデータは、アクセスポイントと関連付ける時点を判断するために利用される。ＷｉＦｉ送受信機２２１３がアクセスポイントのビーコンを検出するときに、ヒステリシス構成要素２２３８をトリガするのを容易にするソフトウェアトリガ構成要素２２３８を設けることができる。ＳＩＰクライアント９４０によって、ハンドセット２２００はＳＩＰプロトコルをサポートできるようになり、加入者をＳＩＰ登録サーバで登録できるようになる。また、アプリケーション２２０６は、少なくとも、マルチメディアコンテンツ、例えば、音楽の発見、再生及び記憶の能力を提供するクライアント２２４２を含むこともできる。
【０１６０】
ハンドセット２２００は、通信構成要素９１０に関連して上記で示されたように、屋内ネットワーク無線送受信機２２１３（例えば、ＷｉＦｉ送受信機）を含む。この機能は、デュアルモードＧＳＭハンドセット２２００の、ＩＥＥＥ８０２．１１等の屋内無線リンクをサポートする。ハンドセット２２００は、無線音声チップセット及びデジタル無線チップセットを組み合わせて１つのハンドヘルドデバイスにすることができるハンドセットを通して、少なくとも衛星無線サービスに対応することができる。
【０１６１】
ここで図２３を参照すると、有線又は無線通信ネットワークとサーバ及び／又は通信デバイスとの間のネットワーキング及び通信能力を提供するように動作可能なコンピュータのブロック図が示される。その種々の態様の更なる背景を提供するために、図２３及び以下の検討は、本革新の種々の態様を実施することができる適切なコンピューティング環境２３００の簡潔な一般的な説明を提供することを意図している。上記の説明は、１つ又は複数のコンピュータ上で実行することができるコンピュータ実行可能命令の一般的な文脈にあるが、その革新が他のプログラムモジュールと組み合わせて、及び／又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせとして実装することもできることは当業者は認識されよう。
【０１６２】
一般的には、プログラムモジュールはルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造等を含むことができ、それらは特定のタスクを実行するか、又は特定の抽象データ型を実装する。さらに、本発明の方法が、それぞれ１つ又は複数の関連付けられるデバイスに動作可能に結合できる、シングルプロセッサ又はマルチプロセッサシステム、マイクロコンピュータ、メインフレームコンピュータ、並びにパーソナルコンピュータ、ハンドヘルドコンピューティングデバイス、マイクロプロセッサに基づくか又はプログラム可能な家電品等を含む、他のコンピュータシステム構成で実施できることは当業者は理解されよう。
【０１６３】
本革新の例示される態様は、特定のタスクが通信ネットワークを介してリンクされるリモート処理デバイスによって実行される分散コンピューティング環境において実施することもできる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールはローカルメモリ記憶デバイス及びリモートメモリ記憶デバイスの両方に位置することができる。
【０１６４】
コンピュータは通常、種々のコンピュータ可読媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体とすることができ、揮発性媒体及び不揮発性媒体、取外し可能媒体及び非取外し可能媒体の両方を含むことができる。一例であって、限定はしないが、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含むことができる。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータ等の情報を記憶する任意の方法又は技術において実装される、揮発性及び不揮発性の両方、並びに取外し可能及び非取外し可能両方の媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、限定はしないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ  ＲＯＭ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）又は他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶デバイス、又は所望の情報を格納するために用いることができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。
【０１６５】
通信媒体は通常、搬送波等の変調されたデータ信号又は他の輸送機構内で、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータを具現し、任意の情報移送媒体を含む。用語「変調されたデータ信号」は、その特性のうちの１つ又は複数が、その信号内に情報を符号化するように設定又は変更された信号を意味する。一例であって、限定はしないが、通信媒体は、有線ネットワーク又は直接有線接続等の有線媒体、並びに音響、ＲＦ、赤外線及び他の無線媒体等の無線媒体を含む。上記のいずれかの組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲に含まれることになる。
【０１６６】
図２３を再び参照すると、種々の態様を実施する例示的な環境２３００は、コンピュータ２３０２を含み、コンピュータ２３０２は処理ユニット２３０４、システムメモリ２３０６及びシステムバス２３０８を含む。システムバス２３０８は、限定はしないが、システムメモリ２３０６を含むシステム構成要素を処理ユニット２３０４に結合する。処理ユニット２３０４は、種々の市販のプロセッサのうちのいずれかとすることができる。処理ユニット２３０４として、デュアルマイクロプロセッサ及び他のマルチプロセッサアーキテクチャを利用することもできる。
【０１６７】
システムバス２３０８は、幾つかのタイプのバス構造のいずれかとすることができ、そのバス構造は、種々の市販のバスアーキテクチャのいずれかを用いて、メモリバス（メモリコントローラ有り、又は無し）、周辺バス及びローカルバスに更に相互接続することができる。システムメモリ２３０６はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）２３１０及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３１２を含む。基本入力／出力システム（ＢＩＯＳ）がＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭのような不揮発性メモリ２３１０に記憶され、ＢＩＯＳは、起動中等にコンピュータ２３０２内の要素間で情報を転送するのを助ける基本ルーチンを含む。ＲＡＭ２３１２は、データをキャッシュするスタティックＲＡＭ等の高速ＲＡＭを含むこともできる。
【０１６８】
コンピュータ２３０２は、内部ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２３１４（例えば、ＥＩＤＥ、ＳＡＴＡ）であって、内部ハードディスクドライブ２３１４は外部で使用するために適切なシャーシ（図示せず）内に構成することもできる、内部ハードディスクドライブと、磁気フロッピー（登録商標）ディスクドライブ（ＦＤＤ）２３１６（例えば、取出し可能ディスケット２３１８に対して読出し又は書込みを行う）と、光ディスクドライブ２３２０（例えば、ＣＤ−ＲＯＭディスク１０２２の読取り、又はＤＶＤ等の他の大容量光媒体に対して読出し又は書込みを行う）とを更に含む。ハードディスクドライブ２３１４、磁気ディスクドライブ２３１６及び光ディスクドライブ２３２０は、それぞれハードディスクドライブインタフェース２３２４、磁気ディスクドライブインタフェース２３２６及び光ドライブインタフェース２３２８によって、システムバス２３０８に接続することができる。外部ドライブの実施態様の場合のインタフェース２３２４は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）及びＩＥＥＥ１３９４インタフェース技術のうちの少なくとも一方又は両方を含む。他の外部ドライブ接続技術も本革新の考慮の範囲内にある。
【０１６９】
ドライブ及びその関連するコンピュータ可読媒体はデータ、データ構造、コンピュータ実行可能命令等の不揮発性記憶を提供する。コンピュータ２３０２の場合、ドライブ及び媒体は適切なデジタルフォーマットにおいて任意のデータを記憶することに対応する。上記のコンピュータ可読媒体の記述はＨＤＤ、取出し可能磁気ディスケット、及びＣＤ又はＤＶＤ等の取出し可能光媒体を参照するが、例示的な動作環境において、ｚｉｐドライブ、磁気カセット、フラッシュメモリカード、カートリッジ等の、コンピュータによって読取り可能である他のタイプの媒体を用いることもできること、更には、任意のそのような媒体が、開示される本革新の方法を実行するコンピュータ実行可能命令を含むことができることは当業者は理解されたい。
【０１７０】
ドライブ及びＲＡＭ２３１２に記憶することができる幾つかのプログラムモジュールは、オペレーティングシステム２３３０、１つ又は複数のアプリケーションプログラム２３３２、他のプログラムモジュール２３３４及びプログラムデータ２３３６を含む。オペレーティングシステム、アプリケーション、モジュール及び／又はデータの全て又は一部をＲＡＭ２３１２にキャッシュすることもできる。種々の市販のオペレーティングシステム又はオペレーティングシステムの組み合わせを用いて本革新を実施できることは理解されたい。
【０１７１】
ユーザは、１つ又は複数の有線／無線入力デバイス、例えば、キーボード２３３８、及びマウス２３４０等のポインティングデバイスを通して、コンピュータ２３０２にコマンド及び情報を入力することができる。他の入力デバイス（図示せず）は、マイクロフォン、ＩＲ遠隔制御、ジョイスティック、ゲームパッド、スタイラスペン、タッチスクリーン等を含むことができる。これらの入力デバイス及び他の入力デバイスは、多くの場合に、システムバス２３０８に結合される入力デバイスインタフェース２３４２を通して処理ユニット２３０４に接続されるが、パラレルポート、ＩＥＥＥ２３９４シリアルポート、ゲームポート、ＵＳＢポート、ＩＲインタフェース等の他のインタフェースによって接続することもできる。
【０１７２】
ビデオアダプタ２３４６等のインタフェースを通して、モニタ２３４４又は他のタイプの表示デバイスもシステムバス２３０８に接続される。モニタ２３４４に加えて、コンピュータは通常、スピーカ、プリンタ等の他の周辺出力デバイス（図示せず）も含む。
【０１７３】
コンピュータ２３０２は、リモートコンピュータ（複数の場合もある）２３４８等の１つ又は複数のリモートコンピュータへの有線及び／又は無線通信による論理接続を用いるネットワーク接続環境において動作することができる。リモートコンピュータ（複数の場合もある）２３４８は、ワークステーション、サーバコンピュータ、ルータ、パーソナルコンピュータ、ポータブルコンピュータ、マイクロプロセッサベースエンターテイメント電化製品、ピアデバイス又は他の共通ネットワークノードとすることができ、簡潔にするために、メモリ／記憶デバイス２３５０のみが示されているが、通常、コンピュータ２３０２に関連して記述された要素の多く又は全てを含む。図示される論理接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）２３５２、及び／又はより大きなネットワーク、例えば、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）２３５４への有線／無線接続を含む。そのようなＬＡＮ及びＷＡＮネットワーク接続環境は事務所及び企業において当たり前であり、イントラネット等の企業規模のコンピュータネットワークを容易にし、その全てがグローバル通信ネットワーク、例えば、インターネットに接続することができる。
【０１７４】
ＬＡＮネットワーク接続環境において用いられるとき、コンピュータ２３０２は有線及び／又は無線通信ネットワークインタフェース又はアダプタ２３５６を通してローカルネットワーク２３５２に接続される。アダプタ２３５６は、ＬＡＮ２３５２への有線又は無線通信を容易にすることができ、ＬＡＮは無線アダプタ２３５６と通信するためにその上に配置される無線アクセスポイントも含むことができる。
【０１７５】
ＷＡＮネットワーク接続環境において用いられるとき、コンピュータ２３０２はモデム２３５８を含むことができるか、ＷＡＮ２３５４上の通信サーバに接続されるか、又はインターネット等の、ＷＡＮ２３５４を介して通信を確立する他の手段を有する。モデム２３５８は、内部又は外部、及び有線又は無線デバイスとすることができ、シリアルポートインタフェース２３４２を通してシステムバス２３０８に接続される。ネットワーク接続環境では、リモートメモリ／記憶デバイス２３５０内に、コンピュータ２３０２に関連して示されるプログラムモジュール、又はその一部を記憶することができる。図示されるネットワーク接続は例示であり、コンピュータ間に通信リンクを確立する他の手段を用いることもできることは理解されよう。
【０１７６】
本明細書において記述される態様は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はその任意の組み合わせによって実装できることは理解されたい。ソフトウェアにおいて実装されるとき、複数の機能を、コンピュータ可読媒体上に１つ又は複数の命令又はコードとして記憶することができるか、又は送信することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラムを或る場所から別の場所に移送するのを容易にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用コンピュータ又は専用コンピュータによってアクセスすることができる任意の入手可能な媒体とすることができる。一例であって、限定はしないが、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ若しくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置若しくは他の磁気記憶装置、又は所望のプログラムコード手段を命令又はデータ構造の形で搬送又は記憶するために用いることができ、かつ汎用コンピュータ若しくは専用コンピュータ、又は汎用プロセッサ若しくは専用プロセッサによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。また、任意の接続も、コンピュータ可読媒体と呼ぶのが妥当である。例えば、ソフトウェアがウエブサイト、サーバ又は他の遠隔情報源から、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、又は赤外線、無線及びマイクロ波等の無線技術を用いて送信される場合には、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、又は赤外線、無線及びマイクロ波等の無線技術も媒体の定義に含まれる。ディスク（disk及びdisc）は、本明細書において用いられるときに、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク及びブルーレイディスクを含み、ディスク（disk）は通常、磁気的にデータを再生し、一方、ディスク（disc）はレーザを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【０１７７】
本明細書において開示される態様に関連して記述される種々の例示的なロジック、論理ブロック、モジュール及び回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲート若しくはトランジスタロジック、個別ハードウェア構成要素、又は本明細書において記述される機能を実行するように設計されるそれらの任意の組み合わせを用いて実装又は実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替形態では、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態機械とすることができる。また、プロセッサは、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰ及びマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと併用される１つ又は複数のマイクロプロセッサ、又は任意の他のそのような構成として実装することもできる。さらに、少なくとも１つのプロセッサは、本明細書において記述される動作のうちの１つ又は複数を実行するように動作可能な１つ又は複数のモジュールを含むことができる。
【０１７８】
ソフトウェアの実施態様の場合、本明細書において記述される技法は、本明細書において記述される機能を実行するモジュール（例えば、手順、機能等）で実装することができる。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶し、プロセッサによって実行することができる。メモリユニットは、プロセッサ内部に、又はプロセッサ外部に実装することができ、外部に実装される場合、メモリユニットは、当該技術分野において既知であるように、種々の手段を通して通信によってプロセッサに結合することができる。さらに、少なくとも１つのプロセッサは、本明細書において記述される機能を実行するように動作可能な１つ又は複数のモジュールを含むことができる。
【０１７９】
本明細書において記述される技法は、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＯＦＤＭＡ、ＳＣ−ＦＤＭＡ及び他のシステム等の種々の無線通信システムの場合に用いることができる。用語「システム」及び「ネットワーク」は多くの場合に交換可能に用いられる。ＣＤＭＡシステムは、ユニバーサル陸上無線アクセス（ＵＴＲＡ）、ＣＤＭＡ２３００等の無線技術を実装することができる。ＵＴＲＡは、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）及びＣＤＭＡの変形形態を含む。さらに、ＣＤＭＡ２３００は、ＩＳ−２３００、ＩＳ−９５及びＩＳ−８５６標準規格を含む。ＴＤＭＡシステムは、移動通信のグローバルシステム（ＧＳＭ（登録商標））のような無線技術を実装することができる。ＯＦＤＭＡシステムは、発展型ＵＴＲＡ（Ｅ−ＵＴＲＡ）、超移動広帯域（ＵＭＢ）、ＩＥＥＥ８０２．１１（Ｗｉ−Ｆｉ）、ＩＥＥＥ８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、ＩＥＥＥ８０２．２３、フラッシュ−ＯＦＤＭ等の無線技術を実装することができる。ＵＴＲＡ及びＥ−ＵＴＲＡはユニバーサル移動通信システム（ＵＭＴＳ）の一部である。３ＧＰＰロングタームエボリューション（ＬＴＥ）はＥ−ＵＴＲＡを使用するＵＭＴＳのリリースであり、ダウンリンクにおいてＯＦＤＭＡを、アップリンクにおいてＳＣ−ＦＤＭＡを使用する。ＵＴＲＡ、Ｅ−ＵＴＲＡ、ＵＭＴＳ、ＬＴＥ及びＧＳＭは、「第３世代パートナーシッププロジェクト」（３ＧＰＰ）という名称の組織からの文書において記載されている。さらに、ＣＤＭＡ２３００及びＵＭＢは、「第３世代パートナーシッププロジェクト２」（３ＧＰＰ２）という名称の組織からの文書において記載されている。さらに、そのような無線通信システムは、多くの場合に、対をなさない無許可のスペクトルを用いるピアツーピア（例えば、移動体−移動体）アドホックネットワークシステム、８０２．ｘｘ無線ＬＡＮ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、及び任意の短距離又は長距離無線通信技法を更に含むことができる。
【０１８０】
シングルキャリア周波数分割多重アクセス（ＳＣ−ＦＤＭＡ）は、シングルキャリア変調及び周波数領域等化を利用し、開示される態様とともに利用することができる１つの技法である。ＳＣ−ＦＤＭＡは、ＯＦＤＭＡシステムと類似の性能及び基本的に類似の全体的な複雑さを有する。ＳＣ−ＦＤＭＡ信号は、その特有のシングルキャリア構造のために、低いピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ）を有する。ＳＣ−ＦＤＭＡは、低いＰＡＰＲが送信電力効率に関して移動端末に利益を与えることができるアップリンク通信において利用することができる。
【０１８１】
さらに、本明細書において記述される種々の態様又は特徴は、標準的なプログラミング及び／又はエンジニアリング技法を用いて、方法、装置又は製品として実装することができる。本明細書において用いられるときに、用語「製品」は、任意のコンピュータ可読デバイス、搬送波又は媒体からアクセス可能なコンピュータプログラムを含むことを意図している。例えば、コンピュータ可読媒体は、限定はしないが、磁気記憶デバイス（例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップ等）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）等）、スマートカード及びフラッシュメモリデバイス（例えば、ＥＰＲＯＭ、カード、スティック、キードライブ等）を含むことができる。さらに、本明細書において記述される種々の記憶媒体は、情報を記憶する１つ又は複数のデバイス及び／又は他の機械可読媒体を表すことができる。用語「機械可読媒体」は、限定はしないが、無線チャネル、並びに命令（複数の場合もある）及び／又はデータを記憶し、包含し、及び／又は搬送することができる種々の他の媒体を含むことができる。さらに、コンピュータプログラム製品は、コンピュータが本明細書において記述される機能を実行するように動作可能な１つ又は複数の命令又はコードを有するコンピュータ可読媒体を含むことができる。
【０１８２】
さらに、本明細書において開示される態様に関連して記述される方法又はアルゴリズムの動作は、ハードウェアにおいて直接、又はプロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、又はその組み合わせにおいて具現することができる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取出し可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ又は当該技術分野において既知の任意の他の形の記憶媒体内に存在することができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出し、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合することができる。代替形態では、記憶媒体はプロセッサと一体にすることができる。さらに、幾つかの態様では、プロセッサ及び記憶媒体はＡＳＩＣ内に存在することができる。さらに、ＡＳＩＣはユーザ端末内に存在することができる。代替形態では、プロセッサ及び記憶媒体はユーザ端末内に個別の構成要素として存在することができる。さらに、幾つかの態様では、方法又はアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込むことができる機械可読媒体及び／又はコンピュータ可読媒体上にコード及び／又は命令の１つ又は任意の組み合わせ又は集合として存在することができる。
【０１８３】
要約書において記述されることを含む、本開示の例示される実施形態の上記の記述は、網羅的に述べることを意図するものではなく、開示される実施形態を開示されるのと全く同じ形態に限定することを意図するものでもない。例示のために、本明細書において具体的な実施形態及び例が記述されるが、当業者が認識できるような、そのような実施形態及び例の範囲内で考えられる種々の変更が可能である。
【０１８４】
この関連で、開示される主題は種々の実施形態及び対応する図に関連して記述されてきたが、適用可能な場合には、開示される主題から逸脱することなく、他の類似の実施形態を用いることができるか、又は開示される主題の同じ機能、類似の機能、代替機能又は代用機能を実行するために記述される実施形態に対して変更を加えること及び追加することができることは理解されたい。それゆえ、開示される主題は、本明細書において記述される任意の単一の実施形態に限定されるべきではなく、以下に添付の特許請求の範囲による広さ及び範囲内で解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ−４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ−７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ−１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ−１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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