(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムにおける信号処理スキームの適応制御のための重みベクトル推定方法であって、
第１の信号処理スキームは第１の重みベクトルで適応的に制御され、第２の信号処理スキームは第２の重みベクトルで適応的に制御され、
前記第１の信号処理スキームへの少なくとも１つの入力信号（ｘｉ）から導出された信号を、推定処理への入力ベクトル（Ｕｋ）へ変換するステップと、
Ｗｓ（ｋ）を時刻ｋにおける次元Ｎを有する前記第１の重みベクトル、
Ｗｔ（ｋ）を時刻ｋにおける次元Ｌを有する前記第２の重みベクトル、
0004509929.tif 000039
とすると、
前記推定処理への入力ベクトルと数式（１）で表すことができる前記タップベクトル（Ｃｋ）との内積（ｚ（ｋ））と、基準信号（ｄ（ｋ））との差を、数式（２）に従って最小化する最小平均二乗法を適用することによって、前記タップベクトルを推定するステップと、
前記第１の重みベクトルと前記第２の重みベクトルとのベクトル積の形が、前記タップベクトルの成分から数式（３）に従って構成することができる行列に近似するように、前記第１の重みベクトルおよび前記第２の重みベクトルを決定することにより、前記タップベクトルを前記第１の重みベクトルおよび前記第２の重みベクトルへ因数分解するステップと
を有する方法。
【数１】
0004509929.tif 000040
【数２】
0004509929.tif 000041
【数３】
0004509929.tif 000042
【請求項２】
前記推定処理への入力ベクトルへの前記変換は、前記第１の信号処理スキームへと送られる信号をベクトル形式へと再構成することによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記推定処理への入力ベクトルへの前記変換は、前記第１の信号処理スキームから発信される信号をベクトル形式へと再構成することによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
干渉信号を前記推定処理への入力ベクトル上にマッピングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記タップベクトルを推定するために最小平均二乗アルゴリズムが適用されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記平均二乗誤差は、前記配信システムにおける伝送電力に対する制約に従って最小化されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記タップベクトルの成分と、前記第１の重みベクトルおよび前記第２の重みベクトルの積の成分との差を最小化する目的は、前記伝送電力に対する制約および差の二乗値を反映したラグランジュ目的関数であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
信号処理により前記通信システムの受信側での復調が実行され、
前記第１の信号処理スキームはビームフォーミングのため空間信号処理を実行し、
前記第２の信号処理スキームはビームフォーミングに続く復調のための時間信号処理を実行する
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記信号処理スキームにより２重等化システムが実現し、
前記第１の信号処理スキームは送信側の等化処理を実行し、
前記第２の信号処理スキームは受信側の等化処理を実行する
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記通信システムは多入力多出力通信システムであり、
前記第１の信号処理スキームは送信側の送信信号を出力し、
前記第２の信号処理スキームは受信側のビームフォーミングを実行する
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記通信システムは干渉ユーザが存在する場合の多入力多出力通信システムであり、
前記第１の信号処理スキームは送信側の送信信号を出力し、
前記第２の信号処理スキームは受信側のビームフォーミングを実行する
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
通信システムにおいて動作する信号処理スキームで用いられる重みベクトルの適応制御のための適応コントローラであって、
第１の信号処理スキームは第１の重みベクトルで適応的に制御され、第２の信号処理スキームは第２の重みベクトルで適応的に制御され、
前記第１の信号処理スキームへの少なくとも１つの入力信号（ｘｉ）から導出された信号を、推定処理への入力ベクトル（Ｕｋ）へ変換するように構成された変換部と、
Ｗｓ（ｋ）を時刻ｋにおける次元Ｎを有する前記第１の重みベクトル、
Ｗｔ（ｋ）を時刻ｋにおける次元Ｌを有する前記第２の重みベクトル、
0004509929.tif 000043
とすると、
前記推定処理への入力ベクトルと数式（４）で表すことができる前記タップベクトル（Ｃｋ）との内積（ｚ（ｋ））と、基準信号（ｄ（ｋ））との差を、数式（５）に従って最小化する最小平均二乗法を適用することによって、前記タップベクトルを推定する推定する推定部と、
前記第１の重みベクトルと前記第２の重みベクトルとのベクトル積の形が、前記タップベクトルの成分から数式（６）に従って構成することができる行列に近似するように、前記第１の重みベクトルおよび前記第２の重みベクトルを決定することにより、前記タップベクトルを前記第１の重みベクトルおよび前記第２の重みベクトルへ因数分解する因数分解部と
を有する適応コントローラ。
【数４】
0004509929.tif 000044
【数５】
0004509929.tif 000045
【数６】
0004509929.tif 000046
【請求項１３】
前記変換部は、前記第１の信号処理スキームへと送られる信号をベクトル形式へと再構成するように構成されていることを特徴とする請求頃１２に記載の適応コントローラ。
【請求項１４】
前記変換部は、前記第１の信号処理スキームから発信される信号をベクトル形式へと再構成するように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の適応コントローラ。
【請求項１５】
前記変換部は、さらに干渉信号を前記推定処理への入力ベクトル上にマッピングするように構成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の適応コントローラ。
【請求項１６】
前記推定部は、前記タップベクトルを推定するために最小平均二乗アルゴリズムを実行する最適化部を含むことを特徴とする請求頃１２ないし１５のいずれか１項に記載の適応コントローラ。
【請求項１７】
前記最適化部は、前記通信システムにおける伝送電力に対する制約に従って前記平均二乗誤差を最小化するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の適応コントローラ。
【請求項１８】
前記最適化部は、前記伝送電力に対する制約、ならびに前記タップベクトルの成分と、前記第１の重みベクトルおよび前記第２の重みベクトルの積の成分との差の二乗値を反映したラグランジュ目的関数を最小化するように構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の適応コントローラ。
【請求項１９】
前記適応コントローラは、前記通信システムの受信側における復調のための信号処理を適応的に制御し、
前記第１の信号処理スキームはビームフォーミングのための空間信号処理を実行し、
前記第２の信号処理スキームはビームフォーミングに続く前記信号処理スキームへの入力の復調のための時間信号処理を実行する
ことを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の適応コントローラ。
【請求項２０】
前記適応コントローラは２重等化システムのための信号処理を適応的に制御し、
前記第１の信号処理スキームは送信側の等化処理を実行し、
前記第２の信号処理スキームは受信側の等化処理を実行する
ことを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の適応コントローラ。
【請求項２１】
前記適応コントローラは、多入力多出力通信システムにおける信号処理を適応的に制御し、
前記第１の信号処理スキームは送信側の送信信号の出力を実行し、
前記第２の信号処理スキームは受信側のビームフォーミングを実行する
ことを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれか１項に記載の適応コントローラ。
【請求項２２】
前記適応コントローラは、干渉ユーザが存在する場合の多入力多出力通信システムにおける信号処理を適応的に制御し、
前記第１の信号処理スキームは送信側の送信信号の出力を実行し、
前記第２の信号処理スキームは受信側のビームフォーミングを実行する
ことを特徴とする請求項１２ないし１８のいずわか１項に記載の適応コントローラ。
【請求項２３】
干渉除去、および後段の自己相関による干渉成分の計算により干渉特性を推定するように構成された干渉特性推定部を含むことを特徴とする請求項２２に記載の適応コントローラ。
【請求項２４】
通信システムにおいて動作する信号処理スキームで用いられる重みベクトルの適応制御のための適応コントローラの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムであって、
前記適応コントローラのプロセッサ上で動作する場合に請求項１ないし１１のいずれか１つのステップを実行するソフトウェアコード部を含むコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、通信システムにおける信号処理スキームの適応制御に関し、特に、通信システムにおける信号処理スキームの適応制御のための重みベクトル推定方法およびこれに関連する適応コントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】  第３世代移動通信システムの発展に伴い、マルチメディアサービスのようなサービス付加製品を提供するために、より高速のデータ伝送が要求されるようになってきている。周知のように、固定ネットワーク（典型的にはイーサネット）を利用した１００Ｍｂｉｔサービスが商業化されている。このような点から、高速サービスが移動通信環境にも広がっていくと考えられる。これは、移動通信環境においてもこのような高速データ伝送が望ましいとする理由の１つである。【０００３】  伝送速度の上昇に伴い、より広域の周波数帯が要求される。しかしながら、無線通信を利用する移動通信環境において周波数資源は限られているため、膨大な周波数帯を移動通信環境に割り当てることはほとんどない。従って、伝送容量、すなわち限られた周波数帯幅内でのシステム伝送容量を向上させることが最も重要となる。【０００４】  伝送容量を向上させるために、多入力多出力ＭＩＭＯ技術が有望なものとして知られている。実際に、ブラスト（ベル研レイヤード：Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｓ  Ｌａｙｅｒｅｄ）時空間符号化、さらにはアラモウチ（Ａｌａｍｏｕｔｉ）の時空間符号化などの多種類の多入力多出力技術が提案されている。【０００５】  基本的に、送信側は、このような多入力多出力システムにおけるチャネル特性に関する情報を有していない。さらに、多入力多出力システムにおける各チャネルには独立した通信環境が与えられるのため、セルラー通信ネットワークにおける環境間に差異が生じる。従って、送信側においてチャネル情報を用いることにより、移動通信チャネルの伝送容量が向上する可能性がある。このような点から、受信適応アレーにおいて生成された指向特性が送信側の適応アレーにも適用されるような、基地局における送信側適応アレーが研究されている。【０００６】  図１３は、本発明の技術的背景としての、多入力多出力通信システムにおける送信側および受信側に対する指向特性の最適化処理を説明する概略図を示す。【０００７】  図１３に示すように、入力端子１００から変調器１０２への送信信号は、ハイブリット１０６を介してアンテナ１０４から発信される。発信された信号は移動通信チャネルを介して送信され、アンテナエレメント１０８〜１１４から構成されるアレーアンテナにおいて受信される。受信信号はハイブリッド１１６〜１２２およびダウンコンバータ１２４〜１３０を経由し、適応ビームフォーマ１３２へと送られる。指向特性のビームおよび方式を変更することによって、適応ビームフォーマ１３２は受信信号の信号対雑音比ＳＮＲを効果的に改善して干渉成分を排除する。【０００８】  図１３に示すように、適応ビームフォーマ１３２の出力は、出力信号の出力のために復調器１３５へと送られる。【０００９】  図１３に示すように、適応ビームフォーマ１３２において得られる指向特性は、別の適応ビームフォーマ１３４へと送られる。続いて、逆の通信信号が変調器１３６を介して適応ビームフォーマ１３４へと送られる。従って、適応ビームフォーマ１３２において生成されたものと同じ指向特性によって生成された出力信号がアップコンバータ１３８〜１４４およびハイブリッド１１６〜１２２を経由し、アンテナ１０８〜１１４を���して発信される。【００１０】  一般的には、双方向の通信に対する通信チャネルが同一であれば、アンテナ１０４における受信信号は、適応ビームフォーマ１３２の出力信号と同一の特性を有する。言い換えれば、ハイブリッド１０６および復調器１４６を通過した復調信号は、復調器１３５の出力と同じ信号対雑音比ＳＮＲを有するということである。【００１１】  このことから、例えば、移動端末において空間信号処理を実行しないのにもかかわらず、送信信号処理により受信信号の信号対雑音比の改善を図ることが可能である。これにより、通信システム伝送容量を向上させることができる。にもかかわらず、図１３に示すような通信システムにおいては、伝送の一方（基地局など）においてのみ信号処理を行ってビームパターンを最適化している。【００１２】  図１４は、本発明の別の技術的背景としての、多入力多出力通信システムにおける２重指向特性の最適化を実行する手法を示す。図１４に示すように、入力端子１５０からの送信信号は、複数の乗算器１５４〜１６０を含む送信信号処理部１５２へと送られる。乗算器１５４〜１６０のそれぞれの出力信号は、アンテナ１６２〜１６８によって発信され、移動通信チャネルを介して送信され、受信アンテナ１７０〜１７６で受信される。【００１３】  図１４に示すように、受信信号は、複数の乗算器１８０〜１８６および加算器１８８を含む受信信号処理部１７８へと送られる。図１４に示すように、受信信号に関しては、推定部１９０が、送信信号処理部１５２および受信信号処理部１７８の双方に対して、所謂タップ位置を生成する。【００１４】  図１５は、図１４による特異値分解に基づく重みベクトル推定の手法を示す。図１５に示すように、受信アンテナで受信された信号は、受信信号の相関行列を計算して蓄積するように構成された相関行列生成部１９２へと送られる。相関行列生成部１９２の出力は、生成された行列を二乗し、生成された行列積に対する特異値分解を行うように構成された特異値分解部１９４へと送られる。【００１５】  図１５に示すように、特異値分解部１９４により生成された結果は、送信側および受信側における信号処理のためのそれぞれのタップ係数ＷｒおよびＷｔを推定するように構成された推定部１９６へと転送される。【００１６】  しかしながら、上述した基準ベクトルを推定する方法は、所謂ゼロフォーシング基準に基づいている。換言すれば、公知の方法によると重みベクトルの推定時に雑音電力が考慮されない。これに対し、相関行列生成部１９２への入力信号から雑音成分が取り除かれている。【００１７】  換言すれば、公知の方法においては信号処理スキームのための重みベクトル推定時にゼロフォーシング結果のみを追求するため、同一チャネル干渉が存在する場合には、対応する通信システムの性能は著しく低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】  上述の点に鑑み、本発明の目的は通信システムにおける伝送性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】  本発明によると、上記目的は通信システムにおける信号処理スキームの適応制御のための重みベクトル推定方法によって達成され、ここで、第１の信号処理スキームは第１の重みベクトルで適応的に制御され、第２の信号処理スキームは第２の重みベクトルで適応的に制御される。第１ステップにおいて、第１の信号処理スキームへの少なくとも１つの入力信号から導出される信号を、推定処理への入力ベクトルへと変換する。第２ステップにおいて、基準信号と、タップベクトルと推定処理への入力ベクトルとの内積の間との差を最小化する最小平均二乗法を適用することによって、タップベクトルを推定する。第３ステップにおいて、タップベクトルを、第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルへと因数分解する。【００２０】  本発明の重要な利点は、第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルの推定のための最小平均法の適用にある。換言すれば、本発明によると、信号処理重みベクトルを推定する際に、通信システムにおける伝送中の雑音電力または他の干渉成分などをも考慮に入れることが可能な平均二乗誤差ノルムを利用することが初めて提案される。【００２１】  本発明の他の重要な利点は、後段の平均二乗誤差の最小化のために第１の信号処理スキームへと送られるまたは第１の信号処理スキームから発信される信号を、適切な形式に適切に変換する点にある。これによって、本発明に係る適応制御スキームを効率的に実行することが可能となる。【００２２】  本発明の好適な実行形態によると、推定処理への入力ベクトルへの変換は、第１の信号処理スキームへと送られる信号、または、第１の信号処理スキームから発信される信号をベクトル形式へと再構成することによって実行される。【００２３】  この好適な実行形態の利点は、本発明に係る適応制御スキームを任意の種類の信号処理スキームへと適用することが可能となる点にある。特に、ビームフォーミング型の信号処理などでは、第１の信号処理スキームへと送られる信号がベクトル形式へと再構成され、多入力多出力型信号処理などでは、第１の信号処理から発信された信号が考慮されてベクトルの最適化が行われる。従って、本発明は、第１の信号処理スキームで用いられる信号処理の特定の種類に関わらず、後段の重みベクトル推定のための最適化段階を裏付ける適切な情報を裏付ける。【００２４】  本発明の他の好適な実行形態によると、干渉信号を推定処理への入力ベクトル上にマッピングするステップが実行され、ここで、干渉信号は通信システムにおける雑音信号（干渉信号源から発信される信号）などである。【００２５】  この好適な実行形態の重要な利点は、全体的な通信性能の最適化のために、チャネル間障害（通信チャネル上の雑音の発生）という観点からも干渉信号を考慮することができるという点にある。さらに、対象となっている干渉に関して、対応する信号成分の推定処理への入力ベクトル上へのマッピングを効率的にかつ柔軟に実行することができる。【００２６】  本発明の他の好適な実行形態によると、タップベクトルを推定するために適用される最小平均二乗法は、最小平均二乗適応アルゴリズムまたはウィーナ・ホッフ式である。【００２７】  本発明のこの好適な実行形態の利点は、適応アルゴリズムの使用は、平均二乗誤差最適化問題に対する最適条件を定めるのに非常に効率的であり、換言すれば、有限の繰り返し回数のみにおいて平均二乗誤差問題に対する最適解を定めるように繰り返し演算を行うことが可能である点にある。【００２８】  本発明の他の好適な実行形態によると、タップベクトルの第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルへの因数分解は、タップベクトルの成分と、第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルの積の成分との差の平均二乗誤差を最小化することによって実行される。【００２９】  本発明のこの好適な実行形態の利点は、定められたタップベクトルを第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルへと因数分解するステップも、平均二乗誤差ノルムに基づく最適化問題へと移行される点にあり、これによって最適化が効率的に実行される。【００３０】  本発明の他の好適な実行形態によると、タップベクトルの成分と、第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルの積の成分との間の差の平均二乗誤差は、ラグランジュ最適化手法を用いるなどして通信システムにおける伝送電力に対する制約に従って最小化される。【００３１】  本発明のこの好適な実行形態の利点は、第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルの組み合わせ決定に対して、自由度を持たせることができる点にある。他の重要な利点は、商業的に実施されている通信システムが、性能をさらに最適化するような信号処理の設定に際して考慮される伝送電力に係る制約の下で動作する点にある。【００３２】  本発明の他の好適な実行形態によると、ラグランジュ問題は、タップベクトルの成分から導出される行列式に関する特異値分解問題へと還元される。【００３３】  本発明のこの好適な実行形態により、第１の重みベクトルが特異値分解により導出される固有値として表されるために、非常に効率的な最適化が可能となる。さらに、第２の重みベクトルは、タップベクトル成分から設定される行列に関する行列乗算により第１の重みベクトルから導出されることが好ましい。【００３４】  本発明の他の好適な実行形態によると、信号処理の適応制御は、受信側の復調、２重等化処理、多入力多出力通信システムにおける信号処理、および／または干渉ユーザが存在する場合の多入力多出力通信システムにおける信号処理に関するものであってもよい。【００３５】  上記の観点から、本発明の重要な利点は、使用されるほとんど全ての通信システムへの適用における柔軟性にあることは明らかである。さらに、本発明はこのような異なる種類の通信システムを任意の組み合わせたシステムに対して適用されてもよい。【００３６】  本発明の他の好適な実行形態によると、干渉除去、および後段の自己相関による干渉成分の計算により干渉転送特性が推定される。【００３７】  本発明の重要な利点は、干渉転送特性を推定することにより、本発明に係る適応制御において最適な性能を実現するため、通信中に重畳される干渉を最適に考慮することが可能となる点にある。【００３８】  本発明の他の好適な実行形態によると、適応コントローラのプロセッサ上で動作する場合に本発明に係る適応制御処理を実行するソフトウェアコード部を含む、通信システムにおいて動��する信号処理スキームで用いられる重みベクトルの適応制御のための適応コントローラの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラム製品が提供される。【００３９】  さらに、本発明によって、コンピュータまたはプロセッサシステム上で本発明に係る方法の各ステップを実行することも可能となる。結論として、このような実行により、コンピュータシステム、または、より具体的には、本発明による重みベクトルの適応制御のための適応コントローラなどに含まれるプロセッサとともに使用されるコンピュータプログラム製品が提供される。【００４０】  本発明の機能を規定するこれらのプログラムは、プロセッサにより読み取り可能なＲＯＭやＣＤ−ＲＯＭディスクなどの読み取り専用記憶装置またはコンピュータＩ／Ｏ付属装置などの書き換え不可能な記憶媒体に永続的に記憶される情報、書き換え可能な記憶媒体、すなわちフロッピーディスクおよびハードディスクに記憶される情報、あるいは、モデムや他のインターフェース装置を介したネットワーク、インターネット、および／または電話ネットワークなどの通信媒体を介してコンピュータ／プロセッサへと伝えられる情報といった数多くの形式でコンピュータ／プロセッサへ提供されるが、このような形式に限定されるものではない。なお、本発明に係る概念を実行するプロセッサ読み取り可能な指示を含有する場合のこれらの媒体は、本発明の別の実行形態である。【００４１】  以下、図面を参照して、本発明の好適な実行形態を説明する。なお、本発明に内在する種々の機能的特徴が説明される限りにおいて、その機能はハードウェア、ソフトウェア、または両者の組み合わせにより実現することができる。【００４２】  さらに、以下に説明される本発明の種々の実行形態は、特定の種類の通信システムに制限されるものではなく、少なくとも１つの通信チャネルを挟んだ２者信号処理システムを利用している任意の種類の固定または移動通信システムに適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】  以下、図面を参照して、本発明の好適な実行形態を説明する。
図１は、本発明の適用場面を説明する概略図を示す。【００４４】  図１に示すように、本発明は通信システム１０における信号処理スキームの適応制御のための重みベクトルを推定する方法および装置に関し、ここで、第１の信号処理スキーム１２は第１の重みベクトルＷで適応的に制御され、第２の信号処理スキーム１４は第２の重みベクトルＷで適応的に制御される。本発明の範囲を制限することなしに、一般的には、例えば有限状態機械（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｓｔａｔｅ  Ｍａｃｈｉｎｅ）のようなフィルタとしての通信チャネルのモデリングのために、第１の信号処理スキームと第２の信号処理スキームとの間に、別の種類の信号処理スキームを実現することができる。【００４５】  さらに、本発明によると、第１の信号処理スキーム１２および第２の信号処理スキーム１４の適応制御は、以下に説明される適応コントローラ１６および対応する適応制御方法により実行される。以下に詳しく説明するように、従来のスキームよりも優れた性能を実現するために、最小平均二乗基準に基づいて、適応コントローラ１６および対応する方法により、第１の信号処理スキーム１２および第２の信号処理スキーム１４で用いられる重みベクトルを推定する。【００４６】  図２は、本発明の別の適用場面を説明する概略図を示す。
送信側および受信側両方の信号処理スキームを適応的に制御することによって受信信号が最適化されるという点で、図２に示す適応制御スキームは、図１で説明されるものと異なっている。従って、この２者最適化手法によると、図１で説明した適用場面に加えて、第１の信号処理スキーム１２と第２の信号処理スキームとの間に挟まれる通信チャネルが存在する。図２で説明されるモデルは、２重等化スキーム、多入力多出力スキームと呼ばれる２重アンテナ信号処理スキーム、およびそれらの任意の組み合わせなどの多種類のシステムを代表するものである。【００４７】  本発明によると、図１または図２に示す適用場面に関わりなく、以下に示すように、推定された重みベクトルは、通信チャネルの一方または通信チャネルの双方に選択的に配置される関連する第１の信号処理スキームおよび第２の信号処理スキーム１４へと転送することができる。【００４８】  図３は、図１または図２に示す重みベクトルの適応制御のための適応コントローラの概略図を示す。
図３に示すように、本発明による適応コントローラは、変換部１８、推定部２０、および因数分解部２２を含む。【００４９】  図４は、図３に示す適応コントローラの動作のフローチャートを示す。
図４に示すように、図３に示す適応コントローラ内の変換部１８において実行される第１ステップＳ１０は、第１の信号処理スキームへの少なくとも１つの入力信号ｘｉから導出される信号の、後段の重みベクトル推定処理において用いられる入力ベクトルＵｋへの変換に関する。ここで、ｋは重みベクトル推定が行われる時刻を示す。【００５０】  なお、本発明によると、推定処理への入力ベクトルへの変換は、第１の信号処理スキームへ送られる信号をベクトル形式に再構成することによって実行される。【００５１】  もしくは、推定処理への入力ベクトルへの変換は、第１の信号処理スキームから発信される信号をベクトル形式へと再構成することによって実行される。【００５２】  本発明の好適な実行形態によると、重みベクトルに対する推定処理への入力ベクトルの設定は、通信システムにおける雑音信号（干渉信号源から発信された信号）などの干渉信号ｉｉを推定処理への入力ベクトル上にマッピングするステップも含む。【００５３】  上記の観点から、重みベクトルの推定処理への入力ベクトルの設定は、形式的には以下のように表すことができる。
Ｕｋ＝｛ｕｉ｝＝｛ｘｉ；ｉｉ｝                                  （１）【００５４】  図４に示すように、適応コントローラにおいて実行される第２ステップＳ１２は、図３に示す推定部２０またはそれに含まれる最適化部（図示せず）によって実行される。【００５５】  ステップＳ１２は、時間ｋの時点における基準信号ｄ（ｋ）と、タップベクトルと推定処理Ｕｋへの入力ベクトルとの内積ｚ（ｋ）との間の差ｅ（ｋ）を最小化する最小平均二乗法を適用することによってタップベクトルＣｋを推定する。【００５６】  本発明の根底にある基本的な理解として、第２の処理スキームの出力における基準からの生じたずれを最小化するために、第１の信号処理スキームおよび第２の信号処理スキームで用いられる重みベクトルは、トレーニング情報などの第１の処理スキームへの既存の入力に関して調整されるべきであるということがある。既存の解法に対して、本発明によると、全体的な性能最適化のためのこのような調整処理に干渉成分を組み込むことが提案される。【００５７】  より詳しくかつ本発明の範囲を制限せずに説明すると、時間ｋの時点における信号処理スキームの出力は、以下のように表すことができる。
0004509929.tif 000002
ここで、Ｈはエルミート転置演算子である。【００５８】  さらに、タップベクトルＣｋは、以下のように表すことができる。
0004509929.tif 000003
ここで、Ｗｓ（ｋ）はディメンションＮを有する時間ｋの時点における第１の重みベクトルであり、Ｗｔ（ｋ）はディメンションＬを有する時間ｋの時点における第２の重みベクトルで
0004509929.tif 000004
【００５９】  上記のことから、本発明によると、以下のような正規方程式に基づいて最適化の問題を解決する最小平均二乗法を適用することが提案される。
0004509929.tif 000005
【００６０】  上記のことから、推定部の最適化部により誤差が最小化されて最大の性能を有する信号処理が実行される。平均白色ガウス雑音ＡＷＧＮ通信チャネルを想定した場合、タップベクトルは最小平均二乗誤差ＭＭＳＥ基準に基づいて推定されることが好ましい。【００６１】  一般的に、平均二乗誤差を表す上記数式の最小解は、所謂ウィーナ解に従って以下のように計算される。
0004509929.tif 000006
ここで、＜＞は平均値を示し、負の指数は逆行列を示す。【００６２】  本発明の好適な実行形態によると、最小平均二乗適応アルゴリズムまたは最小平均二乗アルゴリズムを適用することによって、逆行列を回避することが提案される。【００６３】  より詳しくは、平均二乗誤差を表す上記数式の最小解は、以下のように繰り返して計算することができる。
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ここで、ｎは繰り返し指数である。【００６４】  幾度か繰り返すと、タップベクトルは最適解へと収束するはずである。ヘイキン（Ｓ．Ｈａｙｋｉｎ）の適応フィルタ理論（マグローヒル）などにより知られるように、必要な繰り返し回数は２０・ＬＮである。【００６５】  なお、平均二乗誤差が最小化される限りにおいて、タップベクトルの推定は特定の種類の最小化技術に限定されない。従って、この最小化を実現するいかなる特定の方法も本発明の範囲に含まれると考えられるべきである。【００６６】  図４に示すように、続いて適応コントローラは、定められたタップベクトルに基づいて、図３に示す因数分解部２２によって有効に実行されるステップＳ１４を実行し、タップベクトルＣｋを第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルへと因数分解する。【００６７】  換言すれば、本発明に係る因数分解は、第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルの積がタップベクトルの成分から設定される行列に近似するように、これらのベクトルの成分を以下のように求めることを意味する。
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【００６８】  数式（５）と等価な表現として、最小解から行列Ｒｋを以下のように設定し、
Ｒｋ＝｛ｒｉ，ｊ（ｋ）｝＝｛ｃ（ｉ−１）Ｎ＋ｊ｝                （６）
数式（５）を以下のように書き換えることができる。
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【００６９】  上記のことから、重みベクトルの因数分解を通じた行列Ｒｋの近似は、以下の行列に基づいて定義される誤差行列に適用される誤差ノルムの最小化と同等となる。
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【００７０】  図５は、図４に示す因数分解部２２の詳細な図を示す。
図５に示すように、因数分解部は、最適化部２４、行列計算部２６、および選択的に、インターフェース特性推定部２８を含む。【００７１】  図６は、図５に示す因数分解部の動作のフローチャートを示す。
図５に示し、かつ上記で概説したように、ステップＳ１６において、最適化部は行列Ｅｋに適用された誤差ノルムを考慮して最適解を定める。【００７２】  なお、第１の重みベクトルＷｓは、第２の重みベクトルＷｔを調整することによって任意に定められてもよい。換言すれば、第１の重みベクトルＷｓおよび第２の重みベクトルＷｔの設定に関しては自由度が存在する。【００７３】  この自由度に対応するための選択の１つとして、一般性を失うことなく制約を設けることが挙げられる。以下のような伝送電力の正規化は、商業通信システムなどにおいて合理的かつ効率的であると考えられている。
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この理由の１つとして、通常、伝送電力はライセンスによって限定されるので、伝送電力に対するこの制約が許容されるとは考えられないが、無線通信などにおいてはおそらく不可欠であることが挙げられる。【００７４】  なお、数式（９）の右辺には任意の定数を代入することができる。以下では、説明を平易にするために具体的な１つの値のみを用いることとする。【００７５】  上記のことから、本発明の第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルの因数分解は、数式化された制約に従う誤差ノルム行列Ｅｋを最小化する解とすることができる。【００７６】  本発明において考えられるそのようなノルムの１つとして以下のように定義されるフロベニウスノルムがある。
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【００７７】  伝送電力に対する制約に従うこのノルムを最小化する目的関数は、ラグランジュ目的関数として以下のように数式化することができる。
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【００７８】  換言すれば、本発明においては、タップベクトルの成分と、第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルの積の成分との差の平均二乗誤差を最小化することによって、タップベクトルを第１の重みベクトルおよび第２の重みベクトルへと因数分解することが提案される。さらに、平均二乗誤差は、通信システムにおける伝送電力に対する制約に従って最小化される。【００７９】  数式（１１）中、λはラグランジュ乗数として知られる定数である。最適解は、以下の数式システムに対する解を定めることにより得られる。
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【００８０】  この連立方程式（１２）は、以下のようなベクトル形式に書き換えることが可能である。
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【００８１】  数式（１４）中のＷｔ（ｋ）を数式（１３）に代入することによって、以下の数式が得られる。
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【００８２】
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ルとして、第１の重みベクトルＷｓ（ｋ）が以下のように導出可能であることが分かる。
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【００８３】
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【００８４】  なお、特異値分解はヤコビ法またはＱＲ法などの任意の好適な方法を用いて実行される。さらに、本発明においては重みベクトルにおけるタップベクトルの因数分解のための最適化問題に対する解が要求されるものの、生成された重みベクトルは、通信チャネルが急速に変化していないときのトレーニングシーケンスなど、所定の期間においてのみ実行されるべきである。従って、トレーニングシーケンスなどの間に重みベクトルを同時に推定し、続いて重みベクトルを一定に維持することによって、従来の時空間信号処理スキームの複雑性と比較して、演算および複雑性が大幅に削減される。【００８５】  特に移動通信システムにおける伝送量は、高品質サービスおよびそれに対応する高速データ伝送への要求が高まるにつれ、増えていくと考えられる。このような通信システムにおいては、最大ドップラー周波数（すなわち符号持続時間によって正規化された最大ドップラー周波数）が非常に小さくなる本発明に係る適応制御スキームにおいては、その低い演算複雑性のため、特異値計算を行う時間間隔の短縮を補償することができることから、本発明は特に有益であると考えられる。【００８６】  よって、数式（１５）は以下のように書き換えられる。
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【００８７】  上記のことから、ラグランジュ乗数は、以下の数式を満たす必要があると結論付けられる。
λ＝０                                                        （１８）【００８８】  数式（１８）により、ラグランジュ目的関数の最適解は数式（８）による制約がないものと同一であることが分かるが、厳密に言うと、最適解周辺の誤差表面は伝送電力に対する制約がないものとは異なる。【００８９】  このような点から、数式（１６）によって定められる第１の重みベクトルを数式（１４）に代入することによって、第２の重みベクトルＷｔ（ｋ）を以下のように得ることができる。
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【００９０】  以下においては、通信システムにおける本発明の種々の適用案を説明する。【００９１】  図７は、通信システムにおける受信側の復調処理への本発明の適用を説明する概略図を示す。【００９２】  図７に示すように、本発明による適応制御により通信システムの受信側の復調が実行され、ここで、第１の信号処理スキーム３０はビームフォーミングのための空間信号処理を実行し、第２の信号処理スキーム３２はビームフォーミングに続く復調のための時間信号処理を実行する。【００９３】  さらに、ビームフォーミングのための空間信号処理は、第１の重みベクトルの成分を有するＮ個の受信アンテナを介して受信される入力信号を乗算するための第１の乗算フィールド３０として動作する第１の信号処理スキームによって、以下のように実行される。
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ここで、Ｘ（ｋ）＝［ｘ１（ｋ），．．．，ｘＮ（ｋ）］Ｔはアンテナ受信信号のベクトルである。【００９４】  さらに、第２の信号処理スキームは、第２の重みベクトルに対応するＬ個の遅延素子および乗算器を用いる第１のＦＩＲフィルタリングスキーム３２として動作する。時間ｋの時点における第２の信号処理スキームへのビームフォーマの出力は、ベクトル形式で以下のように表される。
Ｓｋ＝［ｓ（ｋ），ｓ（ｋ−１），．．．，ｓ（ｋ−Ｌ＋１）］Ｔ  （２１）【００９５】  時間ｋの時点における第２の信号処理の出力は、以下のように表される。
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【００９６】  ここで、Ｘｋ＝［Ｘ（ｋ），Ｘ（ｋ−１），．．．，Ｘ（ｋ−ｌ＋１）］は、第１の信号処理スキームへと送られるアンテナ受信信号の複数のＬベクトルから設定される受信信号行列であり、ｎｋは干渉成分を表している雑音ベクトルである。【００９７】  この適用例に対して、Ｕｋは以下のように定義される。
Ｕｋ＝｛μ（ｉ−１）Ｎ＋ｊ（ｋ）｝＝｛ｘｉ（ｋ−ｊ＋１）｝    （２３）【００９８】  上記の観点から、上記に概説された最適化スキームを、復調性能を最適化するために適用することができる。【００９９】  図８は、第２の適用案として、通信システムにおける２重等化処理への本発明の適用を説明する概略図を示す。【０１００】  図８に示すように、この場合、本発明による適応制御が２重等化システムに適用され、第１の信号処理スキームは送信側の等化処理を実行し、第２の信号処理スキームは受信側の等化処理を実行する。【０１０１】  図８に示すように、第１の信号処理スキームは、第１の重みベクトルに対応するＮ個の遅延素子および乗算器を用いる第２のＦＩＲフィルタリングスキーム３４として動作し、第２の信号処理スキームは、第２の重みベクトルに対応するＬ個の遅延素子および乗算器を用いる第３のＦＩＲフィルタリングスキーム３６として動作する。【０１０２】  さらに、第２のＦＩＲ信号処理スキーム３４における遅延素子の出力は、時間ｉの時点における第１の信号処理スキームへの入力信号がｘ（ｉ）であるとき、
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Ｒ信号処理スキーム３４の出力は以下のように定義される。
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【０１０３】  さらに、受信信号ベクトルは、以下のように定義される。
Ｈｋ・Ｓｋ＋Ｎｋ                                              （２５）
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は、時間ｋの時点におけるチャネルインパルス応答行列であり、
Ｓｋ＝［ｓ（ｋ），ｓ（ｋ−１），．．．，ｓ（ｋ−Ｌ＋１）］Ｔは送信信号ベクトルであり、
Ｎｋ＝｛ｎ（ｋ−ｊ＋１）｝ｊ＝１，．．．，Ｌは伝送中に重畳される雑音成分である。【０１０４】  上記の観点から、第３のＦＩＲ信号フィルタリングスキーム３６の出力は、以下のように表すことができる。
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【０１０５】  この場合、考えられる雑音成分を考慮して、単位ベクトルＩによって数式（３）が以下のように変換される。
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【０１０６】
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ここで、ｘ（ｋ−ｉ−ｊ＋１）は、Ｘｋの行ｉおよび列ｋ−ｊ＋１における行列成分であり、ｎ（ｋ）はＮｋから導出される雑音成分である。【０１０７】  上記の観点から、上記に概説された最適化スキームを、２重等化処理を最適化するために適用することができる。【０１０８】  図９は、多入力多出力通信システムへの本発明の適用を説明する概略図を示す。【０１０９】  図９に示すように、多入力多出力通信システムにおいては、第１の信号処理スキームが送信側の送信信号の出力を実行し、第２の信号処理スキームが受信側のビームフォーミングを実行する。【０１１０】  また、図９に示すように、第１の信号処理スキームは第１の重みベクトルに対応する第２の乗算フィールド３８として動作し、第２の信号処理スキームは第２の重みベクトルに対応する第３の乗算フィールド４０として動作する。【０１１１】  さらに、時間ｋの時点における第２の乗算フィールド３８の出力は以下のように定義される。
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ここで、ｘ（ｋ）は、スカラとして表される時間ｋの時点における第１の乗算フィールドへの入力である。【０１１２】  さらに、受信信号ベクトルは以下のように定義される。
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ここで、行列Ａｋの成分は、時間ｋの時点における第ｉ送信アンテナエレメントおよび第ｊ受信アンテナエレメントの相関に対応し、Ｎｋ＝｛ｎｊｉ（ｋ）｝（ｊ＝１，．．．，Ｌ）は伝送中に重畳される雑音成分である。【０１１３】  上記の観点から、第３の乗算フィールド４０の出力は、以下のように表すことができる。
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【０１１４】  さらに、受信行列はＸｋ＝Ａｋ・ｘ（ｋ）によって定義され、Ｕｋは以下のように定義される。
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ここで、ｘｉｊ（ｋ）はＸｋの行ｉおよび列ｊにおける行列成分であり、ｎｉ（ｋ）はＮｋから導出される雑音成分である。【０１１５】  上記の観点から、上記に概説された最適化スキームを、多入力多出力通信システムにおける通信を最適化するために適用することができる。【０１１６】  図１０は、干渉ユーザが存在する場合の多入力多出力通信システムへの本発明の適用を説明する概略図を示す。【０１１７】  図１０に示すように、干渉ユーザが存在する場合の多入力多出力通信システムにおいては、第１の信号処理スキームが送信側の送信信号の出力を実行し、第２の信号処理スキームが受信側のビームフォーミングを実行する。【０１１８】  また、図１０に示すように、第１の信号処理スキームは第１の重みベクトルに対応する第４の乗算フィールド４２として動作し、第２の信号処理スキームは第２の重みベクトルに対応する第５の乗算フィールド４４として動作する。【０１１９】  さらに、時間ｋの時点における第４の乗算フィールド４３の出力は以下のように定義される。
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ここで、ｘ（ｋ）は、時間ｋの時点における第１の乗算フィールドへの入力である。【０１２０】  さらに、受信信号ベクトルは以下のように定義することができる。
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ここで、行列Ａｋの成分は、時間ｋの時点における第ｉ送信アンテナエレメントおよび第ｊ受信アンテナエレメントの相関に対応し、行列Ｂｋ，ｉの成分は、ｘｉを送信する第ｉ干渉ユーザのチャネルインパルス応答行列に対応する。【０１２１】  上記の観点から、第５の乗算フィールド４４の出力は、以下のように表すことができる。
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【０１２２】  さらに、受信行列はＸｋ＝Ａｋ・ｘ（ｋ）によって定義され、Ｕｋは以下のように定義される。
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ここで、ｘｉｊ（ｋ）はＸｋの行ｉおよび列ｊにおける行列成分であり、ｉｉ（ｋ）は
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【０１２３】  図１１は、本発明による干渉特性の推定を説明する概略図を示す。【０１２４】  干渉特性の推定を実行するために、本発明によると、図９および図１０に示すアンテナなどのアンテナエレメントから到来する入力信号を、出力が変換部１８へと転送される干渉キャンセラ４６へと送ることが提案される。干渉キャンセラ４６は、アンテナにおける入力信号から抽出される信号成分をレプリカ生成器において生成するように構成され、その後は図９および図１０で概説したような処理が行われる。【０１２５】  図１２は、時空間符号化通信システムへの本発明の適用を説明する概略図を示す。【０１２６】  図１２に示すように、時空間符号化通信システムへの本発明の適用は、送信信号の発信前に時空間符号化を実行するエンコーダ４８を提供することによる。【０１２７】  図１２に示すように、本発明によると、受信信号はデコーダ５０へと送られ、同時に、重みベクトル推定を実行する適応制御部１６へと転送される。ここで、推定された重みベクトルは、送信側を受信側と繋ぐチャネルのチャネルインパルス応答モデリングで用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の適用場面を説明する概略図を示す。
【図２】本発明の別の適用場面を説明する概略図を示す。
【図３】図１または図２に示す重みベクトルの適応制御のための適応コントローラの概略図を示す。
【図４】図３に示す適応コントローラの動作のフローチャートを示す。
【図５】図４に示す因数分解部のより詳細な図を示す。
【図６】図５に示す因数分解部の動作のフローチャートを示す。
【図７】通信システムにおける受信側の復調処理への本発明の適用を説明する概略図を示す。
【図８】通信システムにおける２重等化処理への本発明の適用を説明する概略図を示す。
【図９】多入力多出力通信システムへの本発明の適用を説明する概略図を示す。
【図１０】干渉ユーザが存在する場合の多入力多出力通信システムへの本発明の適用を説明する概略図を示す。
【図１１】本発明による干渉特性の推定を説明する概略図を示す。
【図１２】時空間符号化通信システムへの本発明の適用を説明する概略図を示す。
【図１３】本発明の技術的背景として、多入力多出力通信システムにおける送信側および受信側の指向特性の最適化を説明する概略図を示す。
【図１４】本発明の技術的背景として、多入力多出力通信システムにおける２重指向特性最適化の手法を示す。
【図１５】本発明に係る特異値分解に基づく重みベクトル推定の手法を示す。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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