(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信システムにおいて、
前記送信局は、
過去の送信局ウェイト情報を保存する保存手段と、
前記過去の送信局ウェイト情報に基づきトレーニング信号送信開始時刻における送信局ウェイトを予測し、その予測した送信局ウェイトを用いて前記受信局宛にトレーニング信号を送信するトレーニング信号送信手段と、
前記受信局から送信されたトレーニング信号を用いて前記送信局ウェイトを更新する送信局ウェイト更新手段とを備え、
前記受信局は、
過去の受信局ウェイト情報を保存する保存手段と、
前記過去の受信局ウェイト情報に基づきトレーニング信号送信開始時刻における受信局ウェイトを予測し、その予測した受信局ウェイトを用いて前記送信局宛にトレーニング信号を送信するトレーニング信号送信手段と、
前記送信局から送信された前記トレーニング信号を用いて前記受信局ウェイトを更新する受信局ウェイト更新手段とを備え、
前記送信局が前記送信局ウェイトを更新する処理と、前記受信局が前記受信局ウェイトを更新する処理を交互に行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記送信局および前記受信局は、前記送信局が前記送信局ウェイトを更新する処理と、前記受信局が前記受信局ウェイトを更新する処理を、前記送信局または前記受信局の少なくとも一方で所定の終了条件を満たすまで交互に繰り返す構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信システムにおいて、
前記送信局は、
過去の受信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する保存手段と、
前記過去の伝搬路情報に基づき情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測する伝搬路情報予測手段と、
前記予測した伝搬路情報を用いて干渉情報を推定する干渉情報推定手段と、
前記推定した干渉情報を用いて前記送信局ウェイトを生成する送信局ウェイト生成手段とを備え、
前記受信局は、
過去の送信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する保存手段と、
前記過去の伝搬路情報に基づき情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測する伝搬路情報予測手段と、
前記予測した伝搬路情報を用いて干渉情報を推定する干渉情報推定手段と、
前記推定した干渉情報を用いて前記受信局ウェイトを生成する受信局ウェイト生成手段とを備えた
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信システムにおいて、
前記送信局は、
過去の干渉情報を保存する保存手段と、
前記過去の干渉情報に基づき情報伝送開始時刻における干渉情報を予測する干渉情報予測手段と、
前記予測した干渉情報を用いて前記送信局ウェイトを生成する送信局ウェイト生成手段とを備え、
前記受信局は、
過去の干渉情報を保存する保存手段と、
前記過去の干渉情報に基づき情報伝送開始時刻における干渉情報を予測する干渉情報予測手段と、
前記予測した干渉情報を用いて前記受信局ウェイトを生成する受信局ウェイト生成手段とを備えた
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信システムにおいて、
前記送信局は、
過去の送信局ウェイト情報を保存する保存手段と、
前記過去の送信局ウェイト情報に基づき、情報伝送開始時刻における前記送信局ウェイトを予測する送信局ウェイト予測手段とを備え、
前記受信局は、
過去の受信局ウェイト情報を保存する保存手段と、
前記過去の受信局ウェイト情報に基づき、情報伝送開始時刻における前記受信局ウェイトを予測する受信局ウェイト予測手段とを備えた
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信方法において、
前記送信局は、過去の送信局ウェイト情報を保存する保存手段を備え、
前記過去の送信局ウェイト情報に基づきトレーニング信号送信開始時刻における送信局ウェイトを予測するステップ１−１と、
前記予測した送信局ウェイトを用いて前記受信局宛にトレーニング信号を送信するステップ１−２と、
前記受信局から送信されたトレーニング信号を用いて前記送信局ウェイトを更新するステップ１−３とを有し、
前記受信局は、過去の受信局ウェイト情報を保存する保存手段を備え、
前記過去の受信局ウェイト情報に基づきトレーニング信号送信開始時刻における受信局ウェイトを予測するステップ２−１と、
前記予測した受信局ウェイトを用いて前記送信局宛にトレーニング信号を送信するステップ２−２と、
前記送信局から送信された前記トレーニング信号を用いて前記受信局ウェイトを更新するステップ２−３とを有し、
前記送信局が前記ステップ１−１，１−２を行い前記受信局が前記ステップ２−３を行って前記受信局ウェイトを更新する処理と、前記受信局が前記ステップ２−１，２−２を行い前記送信局が前記ステップ１−３を行って前記送信局ウェイトを更新する処理を交互に行う
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項７】
請求項６に記載の無線通信方法において、
前記送信局が前記ステップ１−１，１−２を行い前記受信局が前記ステップ２−３を行って前記受信局ウェイトを更新する処理と、前記受信局が前記ステップ２−１，２−２を行い前記送信局が前記ステップ１−３を行って前記送信局ウェイトを更新する処理について、前記送信局または前記受信局の少なくとも一方で所定の終了条件を満たすまで交互に繰り返す
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項８】
互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信方法において、
前記送信局は、前記受信局の受信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する保存手段を備え、
前記過去の伝搬路情報に基づき情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測するステップ１−１と、
前記予測した伝搬路情報を用いて干渉情報を推定するステップ１−２と、
前記推定した干渉情報を用いて前記送信局ウェイトを生成するステップ１−３とを有し、
前記受信局は、前記送信局の送信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する保存手段を備え、
前記過去の伝搬路情報に基づき情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測するステップ２−１と、
前記予測した伝搬路情報を用いて干渉情報を推定するステップ２−２と、
前記推定した干渉情報を用いて前記受信局ウェイトを生成するステップ２−３とを有する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信方法において、
前記送信局は、過去の干渉情報を保存する保存手段を備え、
前記過去の干渉情報に基づき情報伝送開始時刻における干渉情報を予測するステップ１−１と、
前記予測した干渉情報を用いて前記送信局ウェイトを生成するステップ１−２とを有し、
前記受信局は、過去の干渉情報を保存する保存手段を備え、
前記過去の干渉情報に基づき情報伝送開始時刻における干渉情報を予測するステップ２−１と、
前記予測した干渉情報を用いて前記受信局ウェイトを生成するステップ２−２とを有する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１０】
互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信方法において、
前記送信局は、過去の送信局ウェイト情報を保存する保存手段を備え、
前記過去の送信局ウェイト情報に基づき、情報伝送開始時刻における前記送信局ウェイトを予測するステップ１を有し、
前記受信局は、過去の受信局ウェイト情報を保存する保存手段を備え、
前記過去の受信局ウェイト情報に基づき、情報伝送開始時刻における前記受信局ウェイトを予測するステップ２を有する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項１１】
請求項６〜請求項１０のいずれかに記載の無線通信方法の各ステップの処理をコンピュータに実行させ、前記送信局ウェイトおよび前記受信局ウェイトを生成することを特徴とする無線通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線局を収容する無線セルが混在する通信無線ネットワークにおいて、多数の無線局が同一周波数および同一時刻に送信する無線信号による干渉を回避するための干渉アライメント（ＩＡ：Interference Alignment）技術を用いた無線通信システム、無線通信方法および無線通信プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の無線局が送信する無線信号が互いに干渉してスループットが低下することを回避するために、従来の無線通信システムでは、電波資源を周波数軸、時間軸、空間軸、またはそれらの組合せにより分割し、各無線局が割り当てられた電波資源の範囲内で通信を行うことにより他の無線局との干渉を回避している。
【０００３】
一方、近年新たな干渉制御の技術アプローチとして干渉アライメント（ＩＡ）技術が提案されている（非特許文献１）。ＩＡ技術は、従来のように多数の無線局で利用できる電波資源を分割するのではなく、各無線局が電波資源全体を利用できるように無線局間に生じる干渉を許容している。そして、分割しない代わりに各無線局が送信する無線信号は他の無線局への干渉であることを認識し、個々の無線局が受ける多数の干渉信号が最終的に調整されるように、送信側の無線局のおよび受信側の無線局の信号処理を工夫する。ＩＡ技術の干渉制御に対する新たな考え方は、学術およびエンジニアリングの両分野から注目され、干渉制御における理論上および応用上の有効性が立証されつつある。
【０００４】
このＩＡ技術を実現するには、送受信局ウェイトを生成することがキーとなる。通信自由度の最適利用の観点からは、非特許文献２で提案されている反復型送受信局ウェイト生成方法がよく知られている。さらに、反復型送受信局ウェイト生成を高度化する技術も非特許文献３，４，５などで提案されている。これらは、多様体上での最適化やメッセージパッシングアルゴリズムなどを利用して、反復回数の低減もしくは生成したウェイトによる伝送容量の向上を図っている。
【０００５】
ところで、ＩＡ技術による干渉制御を実現するには、正確に送受信局ウェイトを生成することが必要不可欠である。しかし、反復型送受信局ウェイトの演算には大きな処理時間が必要になるが、無線通信にはその通信媒体である無線伝搬路の時間変動を伴うため、その間に伝搬路情報が陳腐化する。結果として、伝搬路情報の時間変動に応じた正確な送受信局ウェイトの生成が困難になり、ＩＡ技術による干渉制御の実用化が難しくなる。
【０００６】
なお、送受信局ウェイト生成における伝搬路情報の時間変動問題を考慮した伝搬路予測付きウェイト生成技術がある（非特許文献６，７）。しかし、非特許文献６の提案法では、伝搬路の予測に言及したものの、送受信局ウェイトの生成に特化した、トレーニング信号送信から伝搬路情報の予測を経て最終的に送受信局ウェイト生成されるまでの一連の処理の手順が明確になっていない。また、非特許文献７の伝搬路情報の予測技術も同様である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】V. Cadambe and S. Jafar,“Interference alignment and degrees of freedom of the K-user interference channel, ”IEEE Trans. Infomation Theory, vol.54, no.8, pp.3425-3441, Aug. 2008
【非特許文献２】K. Gomadam, V. R. Cadambe and S. A. Jafar,“A Distributed Numerical Approach to Interference Alignment and Applications to Wireless Interference Networks,”IEEE Trans. Inf. Theory, vol.57, no.6, pp.3309-3322, June 2011
【非特許文献３】I. Santamaria, O. Gonzalez, R.W. Heath Jr., and S.W. Peters,“Maximum sum-rate interference alignment algorithms for MIMO channels, ” IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM 2010), Miami, FL, USA, Dec. 2010
【非特許文献４】M. Rezaee and M. Guillaud,“Interference channel sum rate optimization on the Grassmann manifold, ”in Proc. of International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), 2012
【非特許文献５】M. Guillaud, M. Rezaee and G. Matz, “Interference Alignment via Message-Passing, ”IEEE ICC, pp.5741-5746, June 2012
【非特許文献６】D. Anming, Z. Haixia and Y. Dongfeng, “Achievable rate improvement through channel prediction for interference alignment,” in Proc. Asia-Pacic Conference on Communications (APCC), pp.293-298, Aug. 2013
【非特許文献７】T. Al-Naffouri, “An em-based forward-backward kalman filter for the estimation of time-variant channels in ofdm, ”IEEE Trans. Signal Processing, vol.55, no.7, pp.3924-3930, 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の反復型送受信局ウェイト生成方法の課題として以下のものが挙げられる。
(1) トレーニング信号の送信から最終的に送受信局ウェイトが生成されるまでの一連の信号処理の手順が確立されていない。
(2) 送受信局ウェイト計算では、送信局と受信局との間の無線媒体上でのやり取りを通して、交互にウェイトの更新を行うことは、無線チャネルを長く占有してしまい、電波資源の利用効率が悪い。
(3) 反復型送受信局ウェイト計算の反復回数に伴う処理時間の増大と、伝搬路情報の時間変動の問題で、生成した送受信局ウェイトの正確さが欠ける。
(4) 予測付き送受信局ウェイト計算は集中制御による対応となるため、集中制御が困難な無線通信システムへの適用ができない。
【０００９】
本発明は、伝搬路情報の推定に必要なトレーニング信号の送信から伝搬路情報の予測を経て送受信局ウェイトが生成されるまでの一連の信号処理の手順を確立し、伝搬路情報の時間変動に追随した正確な送受信局ウェイトを算出することができる無線通信システム、無線通信方法および無線通信プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信システムにおいて、送信局は、過去の送信局ウェイト情報を保存する保存手段と、過去の送信局ウェイト情報に基づきトレーニング信号送信開始時刻における送信局ウェイトを予測し、その予測した送信局ウェイトを用いて受信局宛にトレーニング信号を送信するトレーニング信号送信手段と、受信局から送信されたトレーニング信号を用いて送信局ウェイトを更新する送信局ウェイト更新手段とを備え、受信局は、過去の受信局ウェイト情報を保存する保存手段と、過去の受信局ウェイト情報に基づきトレーニング信号送信開始時刻における受信局ウェイトを予測し、その予測した受信局ウェイトを用いて送信局宛にトレーニング信号を送信するトレーニング信号送信手段と、送信局から送信されたトレーニング信号を用いて受信局ウェイトを更新する受信局ウェイト更新手段とを備え、送信局が送信局ウェイトを更新する処理と、受信局が受信局ウェイトを更新する処理を交互に行う構成である。
【００１１】
第１の発明の無線通信システムにおいて、送信局および受信局は、送信局が送信局ウェイトを更新する処理と、受信局が受信局ウェイトを更新する処理を、送信局または受信局の少なくとも一方で所定の終了条件を満たすまで交互に繰り返す構成である。
【００１２】
第２の発明は、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信システムにおいて、送信局は、過去の受信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する保存手段と、過去の伝搬路情報に基づき情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測する伝搬路情報予測手段と、予測した伝搬路情報を用いて干渉情報を推定する干渉情報推定手段と、推定した干渉情報を用いて送信局ウェイトを生成する送信局ウェイト生成手段とを備え、受信局は、過去の送信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する保存手段と、過去の伝搬路情報に基づき情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測する伝搬路情報予測手段と、予測した伝搬路情報を用いて干渉情報を推定する干渉情報推定手段と、推定した干渉情報を用いて受信局ウェイトを生成する受信局ウェイト生成手段とを備える。
【００１３】
第３の発明は、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信システムにおいて、送信局は、過去の干渉情報を保存する保存手段と、過去の干渉情報に基づき情報伝送開始時刻における干渉情報を予測する干渉情報予測手段と、予測した干渉情報を用いて送信局ウェイトを生成する送信局ウェイト生成手段とを備え、受信局は、過去の干渉情報を保存する保存手段と、過去の干渉情報に基づき情報伝送開始時刻における干渉情報を予測する干渉情報予測手段と、予測した干渉情報を用いて受信局ウェイトを生成する受信局ウェイト生成手段とを備える。
【００１４】
第４の発明は、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信システムにおいて、送信局は、過去の送信局ウェイト情報を保存する保存手段と、過去の送信局ウェイト情報に基づき、情報伝送開始時刻における送信局ウェイトを予測する送信局ウェイト予測手段とを備え、受信局は、過去の受信局ウェイト情報を保存する保存手段と、過去の受信局ウェイト情報に基づき、情報伝送開始時刻における受信局ウェイトを予測する受信局ウェイト予測手段とを備える。
【００１５】
第５の発明は、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信方法において、送信局は、過去の送信局ウェイト情報を保存する保存手段を備え、過去の送信局ウェイト情報に基づきトレーニング信号送信開始時刻における送信局ウェイトを予測するステップ１−１と、予測した送信局ウェイトを用いて受信局宛にトレーニング信号を送信するステップ１−２と、受信局から送信されたトレーニング信号を用いて送信局ウェイトを更新するステップ１−３とを有し、受信局は、過去の受信局ウェイト情報を保存する保存手段を備え、過去の受信局ウェイト情報に基づきトレーニング信号送信開始時刻における受信局ウェイトを予測するステップ２−１と、予測した受信局ウェイトを用いて送信局宛にトレーニング信号を送信するステップ２−２と、送信局から送信されたトレーニング信号を用いて受信局ウェイトを更新するステップ２−３とを有し、送信局がステップ１−１，１−２を行い受信局がステップ２−３を行って受信局ウェイトを更新する処理と、受信局がステップ２−１，２−２を行い送信局がステップ１−３を行って送信局ウェイトを更新する処理を交互に行う。
【００１６】
第５の発明の無線通信方法において、送信局がステップ１−１，１−２を行い受信局がステップ２−３を行って受信局ウェイトを更新する処理と、受信局がステップ２−１，２−２を行い送信局がステップ１−３を行って送信局ウェイトを更新する処理について、送信局または受信局の少なくとも一方で所定の終了条件を満たすまで交互に繰り返す。
【００１７】
第６の発明は、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信方法において、送信局は、受信局の受信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する保存手段を備え、過去の伝搬路情報に基づき情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測するステップ１−１と、予測した伝搬路情報を用いて干渉情報を推定するステップ１−２と、推定した干渉情報を用いて送信局ウェイトを生成するステップ１−３とを有し、受信局は、送信局の送信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する保存手段を備え、過去の伝搬路情報に基づき情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測するステップ２−１と、予測した伝搬路情報を用いて干渉情報を推定するステップ２−２と、推定した干渉情報を用いて受信局ウェイトを生成するステップ２−３とを有する。
【００１８】
第６の発明は、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信方法において、送信局は、過去の干渉情報を保存する保存手段を備え、過去の干渉情報に基づき情報伝送開始時刻における干渉情報を予測するステップ１−１と、予測した干渉情報を用いて送信局ウェイトを生成するステップ１−２とを有し、受信局は、過去の干渉情報を保存する保存手段を備え、過去の干渉情報に基づき情報伝送開始時刻における干渉情報を予測するステップ２−１と、予測した干渉情報を用いて受信局ウェイトを生成するステップ２−２とを有する。
【００１９】
第７の発明は、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行う複数組の送信局と受信局があり、各送受信局間の伝搬路情報に応じてそれぞれ送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを設定し、各受信局が受信する所望信号以外の干渉信号を消去する無線通信方法において、送信局は、過去の送信局ウェイト情報を保存する保存手段を備え、過去の送信局ウェイト情報に基づき、情報伝送開始時刻における送信局ウェイトを予測するステップ１を有し、受信局は、過去の受信局ウェイト情報を保存する保存手段を備え、過去の受信局ウェイト情報に基づき、情報伝送開始時刻における受信局ウェイトを予測するステップ２を有する。
【００２０】
第８の発明の無線通信プログラムは、第５〜第７の発明のいずれかに記載の無線通信方法の各ステップの処理をコンピュータに実行させ、送信局ウェイトおよび受信局ウェイトを生成する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、過去の送受信局ウェイト情報の保存から送受信局ウェイトを生成するまでの一連の処理手順を確立したため、多用な通信プロトコルへ対応でき、ＩＡ技術の実用性を高めることができる。
【００２２】
さらに、本発明は、送信局と受信局との間の無線媒体上でのやり取りを必要最小限にして送受信局ウェイトを生成するので、無線チャネルの長期間占有による電波資源の無駄使いを回避することができる。
【００２３】
さらに、本発明は、過去の送受信局ウェイト情報やその他の情報に基づいて送受信局ウェイトの予測を行うので、伝搬路情報の時間変動に対して生成した送受信局ウェイトの正確さを確保することができる。
【００２４】
さらに、本発明は、送信局と受信局が自律分散型の予測による送受信局ウェイトの生成が可能になるので、集中制御に必要な中央制御装置が不要となり、ＩＡ技術の適用範囲を拡げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例３における処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例４における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例５における処理手順を示すフローチャートである。
【図７】各ＩＡ技術による伝送容量特性のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。
図１において、互いに同一周波数および同一時刻に無線通信を行うＫ組（Ｋは２以上の整数）の送信局１−１〜１−Ｋと受信局２−１〜２−Ｋが存在する。その場合、受信局２−ｉ（ｉは１〜Ｋの整数）は、無線通信を行う送信局１−ｉからの所望信号以外に、その他の送信局からＫ−１個の干渉信号も受信する。図１では、所望信号を実線矢印で示し、干渉信号を点線矢印で示す。その干渉信号を各受信局で消去できるように、各送信局１−１〜１−Ｋにそれぞれ送信局ウェイトを設定し、各受信局２−１〜２−Ｋにそれぞれ受信局ウェイトを設定する。
【００２７】
（実施例１）
実施例１は、送信局が過去の送信局ウェイト情報に基づいて予測した送信局ウェイトを用いてトレーニング信号を送信し、受信局がそのトレーニング信号を用いて受信局ウェイトを更新する処理Ａと、受信局が過去の受信局ウェイト情報に基づいて予測した受信局ウェイトを用いてトレーニング信号を送信し、送信局がそのトレーニング信号を用いて送信局ウェイトを更新する処理Ｂとを交互に行うことが特徴である。なお、本発明の実施範囲は、予測に用いる方式やアルゴリズムに限定されるものではない。
【００２８】
図２は、本発明の実施例１における処理手順を示す。
図２において、送信局は過去の送信局ウェイト情報を保存し、受信局は過去の受信局ウェイト情報を保存する（Ｓ100 ）。
【００２９】
次に、送信局は、過去の送信局ウェイト情報に基づき、受信局側で伝搬路情報推定に用いるトレーニング信号の送信予定時刻における送信局ウェイトを予測する（Ｓ101 ）。次に、予測した送信局ウェイトを用いて、送信予定時刻に受信局宛にトレーニング信号を送信する（Ｓ102 ）。
【００３０】
受信局は、トレーニング信号を受信し、このトレーニング信号を用いて伝搬路情報を推定する（Ｓ103 ）。次に、推定した伝搬路情報を用いて、受信局における干渉情報を推定し（Ｓ104 ）、さらに推定した干渉情報を用いて、受信局ウェイトを更新して保存する（Ｓ105 ）。このステップＳ101 〜Ｓ105 が処理Ａである。
【００３１】
次に、受信局は、過去の受信局ウェイト情報に基づき、送信局側で伝搬路情報推定に用いるトレーニング信号の送信予定時刻における受信局ウェイトを予測する（Ｓ106 ）。次に、予測した受信局ウェイトを用いて、送信予定時刻に送信局宛にトレーニング信号を送信する（Ｓ107 ）。
【００３２】
送信局は、トレーニング信号を受信し、このトレーニング信号を用いて伝搬路情報を推定する（Ｓ108 ）。次に、推定した伝搬路情報を用いて、送信局における干渉情報を推定し（Ｓ109 ）、さらに推定した干渉情報を用いて、送信局ウェイトを更新して保存する（Ｓ110 ）。このステップＳ106 〜Ｓ110 が処理Ｂである。
【００３３】
ここで、処理Ａと処理Ｂにより送受信局ウェイトの更新を１回行って終了してもよいが、さらに図２に示すように、送受信局ウェイトの更新後に、反復ウェイト計算の終了条件を満たしているか否かを判定し（Ｓ111 ）、終了条件を満たしていない場合は、処理Ａと処理Ｂを繰り返し行うようにしてもよい。
【００３４】
なお、反復ウェイト計算の終了条件の設定としては、残留干渉成分の制限値、最大伝送開始時刻、最大送受信局ウェイト更新回数など実システムの要求に合せて多様なものが考えられる。本発明の実施範囲は終了条件の設定によって制限されるものではない。
【００３５】
また、送信局におけるトレーニング信号の送信予定時刻までには、送信局側トレーニング信号生成時間、送信局側ウェイト予測所要時間などをすべて含まれる必要がある。同様に、受信局におけるトレーニング信号の送信予定時刻までには、受信局側トレーニング信号生成時間、受信局側ウェイト予測所要時間などをすべて含まれる必要がある。
【００３６】
実施例１におけるメリットは次の通りである。
(1) 送信局と受信局との間で無線媒体を介するやり取りにより、伝搬路情報の時変動を追跡しやすくなり、より高い精度の伝搬路情報に基づいた送受信局ウェイトの生成が期待できる。
【００３７】
(2) 送信局と受信局が保存した過去のウェイト情報を繰り返し反復ウェイト計算の初期値とすることで、反復ウェイト計算のより速い収束が期待できる。
(3) 送信局と受信局が自律分散型でそれぞれの送信局ウェイトと受信局ウェイトを生成することで、集中制御型ウェイト生成に必須な中央処理局の導入が不要となる。
【００３８】
実施例１は、処理Ａから処理Ｂをセットとして、送信局ウェイトと受信局ウェイトの両方の更新が終わった時点で、反復ウェイト計算の終了条件を判定する手順を示した。ただし、実施例１における処理Ａから処理Ｂの順番は、逆の処理Ｂから処理Ａの順番でもよい。
【００３９】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２における処理手順を示す。
図３において、ステップＳ100 、処理ＡのステップＳ101 〜Ｓ105 、処理ＢのステップＳ106 〜Ｓ110 は、実施例１と同様である。
【００４０】
実施例２の特徴は、処理Ａの受信局ウェイトの更新後、および処理Ｂの送信局ウェイトの更新後に、それぞれ反復ウェイト計算の終了条件を満たしているか否かを判定し（Ｓ112 ，Ｓ113 ）、終了条件を満たしていない場合は、処理Ａから処理Ｂへ、あるいは処理Ｂから処理Ａへウェイト計算を継続する。さらに、実施例２においても、最初に処理Ｂから処理Ａの順番で初めてもよい。
【００４１】
本実施例では、次のような処理パターンを想定しており、実施例１の反復ウェイト計算より早い収束が期待できる。
(1) Ａ−Ｂ
(2) Ａ−Ｂ−Ａ
(3) Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ
(4) Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ
…
(5) Ｂ−Ａ
(6) Ｂ−Ａ−Ｂ
(7) Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ
(8) Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ
…
【００４２】
（実施例３）
以下に示す実施例３〜実施例５は、送信局と受信局がそれぞれ並行に、過去の情報を用いて送受信局ウェイトの生成に必要な伝搬路情報または干渉情報の予測を行って送受信局ウェイトの更新・予測を行うことを特徴とする。なお、本発明の実施範囲は、予測に用いる方式やアルゴリズムに限定されるものではない。
【００４３】
図４は、本発明の実施例３における処理手順を示す。図４(1) は送信局の処理手順であり、図４(2) は受信局の処理手順であり、互いに並行に行われる。
【００４４】
図４(1) において、送信局は、過去の受信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する（Ｓ200 ）。次に、過去の伝搬路情報に基づき、データ信号などの情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測する（Ｓ201 ）。次に、予測した伝搬路情報を用いて、送信局における干渉情報を推定する（Ｓ202 ）。次に、推定した干渉情報を用いて送信局ウェイトを生成し（Ｓ203 ）、生成した送信局ウェイトを用いた情報伝送を行う。
【００４５】
図４(2) において、受信局は、過去の送信局ウェイトを適用した過去の伝搬路情報を保存する（Ｓ210 ）。次に、過去の伝搬路情報に基づき、データ信号などの情報伝送開始時刻における伝搬路情報を予測する（Ｓ211 ）。次に、予測した伝搬路情報を用いて、受信局における干渉情報を推定する（Ｓ212 ）。次に、推定した干渉情報を用いて受信局ウェイトを生成し（Ｓ213 ）、生成した受信局ウェイトを用いた情報伝送を行う。
【００４６】
なお、ステップＳ201 ，Ｓ211 における情報伝送開始時刻までには、送受信局側の伝搬路情報予測時間、干渉情報推定時間、送受信局ウェイト生成時間などがすべて含まれる必要がある。
【００４７】
実施例３におけるメリットは次の通りである。
(1) 送信局と受信局との間で無線媒体を介するやり取りが不要となるので、無線チャネルの占有率が低減するとともに、送信局と受信局が並行に送受信局ウェイトを生成することができる。
【００４８】
(2) 送信局と受信局がそれぞれ過去の伝搬路情報から予測した伝搬路情報を用いて送受信局ウェイトを生成するので、伝搬路情報を追跡する処理が省略され、信号処理量を削減することができる。
【００４９】
（実施例４）
図５は、本発明の実施例４における処理手順を示す。図５(1) は送信局の処理手順であり、図５(2) は受信局の処理手順であり、互いに並行に行われる。
【００５０】
図５(1) において、送信局は、送信局における過去の干渉情報を保存する（Ｓ220 ）。次に、過去の干渉情報に基づき、データ信号などの情報伝送開始時刻における干渉情報を予測する（Ｓ221 ）。次に、予測した干渉情報を用いて送信局ウェイトを生成し（Ｓ222 ）、生成した送信局ウェイトを用いた情報伝送を行う。
【００５１】
図５(2) において、受信局は、受信局における過去の干渉情報を保存する（Ｓ230 ）。次に、過去の干渉情報に基づき、データ信号などの情報伝送開始時刻における干渉情報を予測する（Ｓ231 ）。次に、予測した干渉情報を用いて受信局ウェイトを生成し（Ｓ232 ）、生成した受信局ウェイトを用いた情報伝送を行う。
【００５２】
なお、ステップＳ221 ，Ｓ231 における情報伝送開始時刻までには、送受信局側の干渉情報推定時間、送受信局ウェイト生成時間などがすべて含まれる必要がある。
【００５３】
また、実施例３では各送受信局が伝搬路情報を保存し、情報伝送開始時刻における伝搬路情報の予測、干渉情報の推定、送受信局ウェイトの生成を行ったが、実施例４では各送受信局が干渉情報を保存し、情報伝送開始時刻における干渉情報の予測から送受信局ウェイトを生成することになり、処理手順が簡単になるとともに信号処理量を削減することができる。
【００５４】
（実施例５）
図６は、本発明の実施例５における処理手順を示す。図６(1) は送信局の処理手順であり、図６(2) は受信局の処理手順であり、互いに並行に行われる。
【００５５】
図６(1) において、送信局は、送信局における過去の送信局ウェイト情報を保存する（Ｓ240 ）。次に、過去の送信局ウェイト情報に基づき、データ信号などの情報伝送開始時刻における送信局ウェイトを予測し（Ｓ241 ）、予測した送信局ウェイトを用いた情報伝送を行う。
【００５６】
図６(2) において、受信局は、受信局における過去の送信局ウェイト情報を保存する（Ｓ250 ）。次に、過去の受信局ウェイト情報に基づき、データ信号などの情報伝送開始時刻における受信局ウェイトを予測し（Ｓ251 ）、予測した受信局ウェイトを用いた情報伝送を行う。
【００５７】
なお、ステップＳ241 ，Ｓ241 における情報伝送開始時刻までには、送受信局側の送受信局ウェイト生成時間などがすべて含まれる必要がある。
【００５８】
また、実施例５では各送受信局が送受信ウェイト情報を保存し、情報伝送開始時刻における送受信局ウェイトを予測することになり、実施例４に比べてさらに処理手順が簡単になるとともに信号処理量を削減することができる。
【００５９】
（評価例）
図７は、本発明を評価するシミュレーション結果を示す。
図７(a) において、定量数値評価に使用した諸元を示し、３つの送受信局ペアがあって、ここの送受信局は２本のアンテナを備えている。また、無線伝搬路の時変動として最大ドプラー周波数を8.8Hz とする。
【００６０】
ここでは、図１に示す無線通信システムの構成において、理想ＩＡ技術、従来のＩＡ技術、本発明の実施例１によるＩＡ技術１、本発明の実施例５によるＩＡ技術２を適用した場合の伝送容量特性を示す。理想ＩＡ技術とは、送信局が常に伝送開始時刻の伝搬路情報が完璧に把握でき、それに基づいてＩＡ送受信局ウェイトを生成することを意味している。図７(b) から本発明のＩＡ技術１，２によって生成した送受信局ウェイトによる伝送容量は、理想ＩＡ技術に近いことが確認できる。一方、従来ＩＡ技術（非特許文献２）では、無線伝搬路の時変動を送受信局ウェイト生成の中に十分反映していないため、本発明ＩＡ技術に比べて大幅の容量特性の劣化が確認できる。
【００６１】
本発明の無線通信システムの送信局および受信局において、伝搬路情報の予測処理から送受信局ウェイトの生成処理は、コンピュータと上記の処理を行うコンピュータプログラムにより実現することができる。このコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶することも、ネットワークを介して提供することも可能なものである。
【符号の説明】
【００６２】
１−１〜１−Ｋ  送信局
２−１〜２−Ｋ  受信局
【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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【図６】
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【図７】
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