(57)【要約】      （修正有）【課題】データ伝送方法、システムおよび中継局を提供する。【解決手段】方法は、中継局が、第１移動端末から第１基地局を介して報告されたチャネル状態情報と、第２移動端末から第２基地局を介して報告されたチャネル状態情報とを受信し（１０２）、報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、決定した第１基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１基地局に、第２基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２基地局に通知し（１０４）、第１タイムスロットで、第１基地局および第２基地局からの信号を受信し（１０５）、第２タイムスロットで、受信された信号を処理し、処理後の混合信号を第１移動端末および第２移動端末にブロードキャストする（１０６）ことにより、セル間干渉を効果的に低減させ、移動端末のデータレートを向上させる。【選択図】図２
2013165489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ伝送方法であって、
中継局は、第１移動端末から第１基地局を介して報告されたチャネル状態情報と、第２移動端末から第２基地局を介して報告されたチャネル状態情報とを受信し、
中継局は、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、
中継局は、決定された第１基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１基地局に通知する一方、第２基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２基地局に通知し、
第１タイムスロットで、中継局は、第１基地局および第２基地局からの信号を受信し、
第２タイムスロットで、中継局は、受信された信号を処理し、処理後の混合信号を第１移動端末および第２移動端末にブロードキャストする、
ことを含み、
ここで、第１移動端末および第２移動端末は、それぞれ、中継局で決定された基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第１タイムスロットで受信された第１基地局および第２基地局からの信号と、第２タイムスロットで受信された中継局からの信号とに対して、統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る、
ことを特徴とするデータ伝送方法。
【請求項２】
前記中継局が、受信された信号を処理することは、中継局が、受信された信号に対して、増幅転送処理を行う、ことを含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送方法。
【請求項３】
前記中継局が、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、
ｈ１１に対してＳＶＤ分解を行い、主右特異ベクトルを第１基地局のプリコーディング行列の初期値Ｐ１として設定し、ｈ２２に対してＳＶＤ分解を行い、主右特異ベクトルを第２基地局のプリコーディング行列の初期値Ｐ２として設定し、ここで、ｈ１１は、第１基地局から第１移動端末へのチャネルを代表し、ｈ２２は、第２基地局から第２移動端末へのチャネルを代表するステップＡと、
数式
2013165489.tif 000120
によって、中継局の処理行列Ｐｒを決定し、ここで、
2013165489.tif 000121
であり、
2013165489.tif 000122
は、Ｕのｍ列目の共役を代表し、Ｕは、ＨのＳＶＤ分解によって得られるものであり、Ｈ＝Ｕ・Ｓ・ＶＨであり、Ｈは、ｍ行ｎ列の行列であり、即ち、Ｐは、Ｈの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
2013165489.tif 000123
であり、
2013165489.tif 000124
であり、
2013165489.tif 000125
であり、
2013165489.tif 000126
であり、
2013165489.tif 000127
であり、Ｔは、行列の転置処理であり、
2013165489.tif 000128
は、Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ積であり、ｕｎｖｅｃは、ベクトルの行列化演算であり、
2013165489.tif 000129
と
2013165489.tif 000130
は、雑音分散行列であり、
2013165489.tif 000131
であり、
2013165489.tif 000132
であり、δ２は、受信側の雑音電力であり、［Ｒ］ｋｋは、行列のｋ行目ｋ列目の要素を表し、ｋは、ｋ番目のデータストリームを代表し、ｈ１１とｈ１２は、第１基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ２１とｈ２２は、第２基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ１ｒとｈ２ｒは、第１基地局および第２基地局から中継局へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈｒ１とｈｒ２は、中継局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、
2013165489.tif 000133
であり、
2013165489.tif 000134
であるステップＢと、
数式
2013165489.tif 000135
によって、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２を決定し、ここで、
2013165489.tif 000136
であり、Ｋは、受信側の数を表し、
2013165489.tif 000137
は、雑音分散行列であり、その定義が前述の通りであり、＋は、行列の共役転置処理であり、Ｔｒは、行列のトレースを求める処理であり、ｂは、第１基地局および第２基地局の最大送信電力であるステップＣと、
決定された中継局の処理行列Ｐｒおよび基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２が収束するかどうかを判断し、収束する場合、中継局の処理行列Ｐｒおよび基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２の最適解を得、収束しない場合、ステップＢに戻るステップＤと、を含むことを特徴とする請求項２に記載のデータ伝送方法。
【請求項４】
前記中継局が、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、
等価チャネル行列
2013165489.tif 000138
に対してＳＶＤ分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第１基地局のプリコーディング行列Ｐ１とし、
2013165489.tif 000139
に対してＳＶＤ分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第２基地局のプリコーディング行列Ｐ２とし、数式
2013165489.tif 000140
によって、中継局の処理行列Ｐｒを決定する、ことを含み、
ここで、
2013165489.tif 000141
であり、
2013165489.tif 000142
は、Ｕのｍ列目の共役を代表し、Ｕは、ＨのＳＶＤ分解によって得られるものであり、Ｈ＝Ｕ・Ｓ・ＶＨであり、Ｈは、ｍ行ｎ列の行列であり、即ち、Ｐは、Ｈの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
2013165489.tif 000143
であり、
2013165489.tif 000144
であり、
2013165489.tif 000145
であり、
2013165489.tif 000146
であり、
2013165489.tif 000147
であり、Ｔは、行列の転置処理であり、
2013165489.tif 000148
は、Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ積であり、ｕｎｖｅｃは、ベクトルの行列化演算であり、
2013165489.tif 000149
と
2013165489.tif 000150
は、雑音分散行列であり、
2013165489.tif 000151
であり、
2013165489.tif 000152
であり、δ２は、受信側の雑音電力であり、［Ｒ］ｋｋは、行列のｋ行目ｋ列目の要素を表し、ｋは、ｋ番目のデータストリームを代表し、
2013165489.tif 000153
であり、
2013165489.tif 000154
であり、
2013165489.tif 000155
であり、
2013165489.tif 000156
であり、ｈ１１とｈ１２は、第１基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ２１とｈ２２は、第２基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ１ｒとｈ２ｒは、第１基地局および第２基地局から中継局へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈｒ１とｈｒ２は、中継局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表する、
ことを特徴とする請求項２に記載のデータ伝送方法。
【請求項５】
前記中継局が、受信された信号を処理することは、中継局が、受信された信号に対して、先に検出を行い、それから転送処理を行う、ことを含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送方法。
【請求項６】
前記中継局が、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、
プリコーディング行列の探索範囲内で、数式
2013165489.tif 000157
を満足する第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２並びに中継局の処理行列Ｐｒ１、Ｐｒ２を探索する、ことを含み、
ここで、ｈ１１とｈ１２は、第１基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ２１とｈ２２は、第２基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈｒ１とｈｒ２は、中継局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、δ２は、受信側の雑音電力である、
ことを特徴とする請求項５に記載のデータ伝送方法。
【請求項７】
前記プリコーディング行列の探索範囲は、
第１基地局のプリコーディング行列Ｐ１の探索範囲が、ｈ１１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈ１２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの最後の１列であり、
第２基地局のプリコーディング行列Ｐ２の探索範囲が、ｈ２２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈ２１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの最後の１列であり、
中継局の処理行列Ｐｒ１の探索範囲が、ｈｒ１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈｒ２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの最後の１列であり、
中継局の処理行列Ｐｒ２の探索範囲が、ｈｒ２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈｒ１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの最後の１列である、
ことを含むことを特徴とする請求項６に記載のデータ伝送方法。
【請求項８】
中継局であって、
第１移動端末から報告されたチャネル状態情報を第１基地局から受信し、第２移動端末から報告されたチャネル状態情報を第２基地局から受信するチャネル状態情報受信手段と、
第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定する行列決定手段と、
決定された第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を、それぞれ、第１基地局および第２基地局に通知する行列通知手段と、
中継局の処理行列に基づいて、受信された第１基地局および第２基地局からの混合信号を処理し、処理後の信号を第１移動端末および第２移動端末に送信する転送手段と、
を含むことを特徴とする中継局。
【請求項９】
データ伝送システムであって、
隣接する第１基地局および第２基地局と、第１基地局および第２基地局の間に配置される中継局と、第１基地局のカバー範囲内に位置する第１移動端末と、第２基地局のカバー範囲内に位置する第２移動端末とを含み、ここで、
第１移動端末は、自局のチャネル状態情報を第１基地局に報告し、第２移動端末は、自局のチャネル状態情報を第２基地局に報告し、
第１基地局および第２基地局は、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報を、それぞれ中継局に通知し、
中継局は、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、決定された第１基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１基地局に通知する一方、第２基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２基地局に通知し、
第１基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１移動端末に通知し、第２基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２移動端末に通知し、
第１タイムスロットで、第１基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第１移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第１移動端末および第２移動端末に送信し、第２基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第２移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第１移動端末および第２移動端末に送信し、
第２タイムスロットで、中継局は、自局の処理行列に基づいて、受信された第１基地局および第２基地局からの混合信号を処理し、処理後の混合信号を第１移動端末および第２移動端末にブロードキャストし、
第１移動端末および第２移動端末は、それぞれ、基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第１タイムスロットおよび第２タイムスロット内で受信された混合信号に対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る、
ことを特徴とするデータ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルラー移動通信技術に関し、特に、セルラー移動通信システムにおけるデータ伝送方法、システムおよび中継局に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のセルラー移動通信システムにおいて、ユーザの獲得できるデータレートは、ユーザの所在する位置に大きく依存する。例えば、セル端にあるセル端ユーザのデータレートは、セル中央にあるセル中央ユーザのデータレートより遥かに低くなる。従って、セル端ユーザのデータレートを如何に向上させるかは、次世代セルラー移動通信システムの解決すべき問題である。信号の無線環境での伝搬特性から分かるように、基地局から比較的遠いユーザで受信された信号は、空間損失を経た後、その強度が必ず弱化するため、そのデータレートが低下することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この場合、基地局による端ユーザへの送信電力を増加することで信号強度の損失を克服すれば、該基地局による隣接セルへの干渉が増加してしまうことになり、これによって、隣接セルの端ユーザのデータレートが低減してしまうことになる。そのため、セル端ユーザのデータレートを向上させるには、根本的に、セル間の干渉という問題を解決する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施例は、セル間干渉を効果的に除去してセル端ユーザのデータレートを向上させることが可能なデータ伝送方法、システムおよび中継局を提供している。
【０００５】
本発明の実施例で提供されているデータ伝送方法において、中継局は、第１移動端末から第１基地局を介して報告されたチャネル状態情報と、第２移動端末から第２基地局を介して報告されたチャネル状態情報とを受信し、中継局は、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、中継局は、決定された第１基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１基地局に通知する一方、第２基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２基地局に通知し、第１タイムスロットで、中継局は、第１基地局および第２基地局からの信号を受信し、第２タイムスロットで、中継局は、受信された信号を処理し、処理後の混合信号を第１移動端末および第２移動端末にブロードキャストする、ことを含み、ここで、第１移動端末および第２移動端末は、それぞれ、中継局で決定された基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第１タイムスロットで受信された第１基地局および第２基地局からの信号と、第２タイムスロットで受信された中継局からの信号とに対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る。
【０００６】
ここで、中継局が、受信された信号を処理することは、中継局が、受信された信号に対して、増幅転送処理を行う、ことを含む。
【０００７】
この場合、中継局が、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、
ｈ１１に対してＳＶＤ分解を行い、主右特異ベクトルを第１基地局のプリコーディング行列の初期値Ｐ１として設定し、ｈ２２に対してＳＶＤ分解を行い、主右特異ベクトルを第２基地局のプリコーディング行列の初期値Ｐ２として設定し、ここで、ｈ１１は、第１基地局から第１移動端末へのチャネルを代表し、ｈ２２は、第２基地局から第２移動端末へのチャネルを代表するステップＡと、
数式
2013165489.tif 000003
によって、中継局の処理行列Ｐｒを決定し、ここで、
2013165489.tif 000004
であり、
2013165489.tif 000005
は、Ｕのｍ列目の共役を代表し、Ｕは、ＨのＳＶＤ分解によって得られるものであり、Ｈ＝Ｕ・Ｓ・ＶＨであり、Ｈは、ｍ行ｎ列の行列であり、即ち、Ｐは、Ｈの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
2013165489.tif 000006
であり、
2013165489.tif 000007
であり、
2013165489.tif 000008
であり、
2013165489.tif 000009
であり、
2013165489.tif 000010
であり、Ｔは、行列の転置処理であり、
2013165489.tif 000011
は、Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ積であり、ｕｎｖｅｃは、ベクトルの行列化演算であり、
2013165489.tif 000012
と
2013165489.tif 000013
は、雑音分散行列であり、
2013165489.tif 000014
であり、
2013165489.tif 000015
であり、δ２は、受信側の雑音電力であり、［Ｒ］ｋｋは、行列のｋ行目ｋ列目の要素を表し、ｋは、ｋ番目のデータストリームを代表し、ｈ１１とｈ１２は、第１基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ２１とｈ２２は、第２基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ１ｒとｈ２ｒは、第１基地局および第２基地局から中継局へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈｒ１とｈｒ２は、中継局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、
2013165489.tif 000016
であり、
2013165489.tif 000017
であるステップＢと、
数式
2013165489.tif 000018
によって、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２を決定し、ここで、
2013165489.tif 000019
であり、Ｋは、受信側の数を表し、
2013165489.tif 000020
は、雑音分散行列であり、その定義が前述の通りであり、＋は、行列の共役転置処理であり、Ｔｒは、行列のトレースを求める処理であり、ｂは、第１基地局および第２基地局の最大送信電力であるステップＣと、
決定された中継局の処理行列Ｐｒおよび基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２が収束するかどうかを判断し、収束する場合、中継局の処理行列Ｐｒおよび基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２の最適解を得、収束しない場合、ステップＢに戻るステップＤと、を含む。
【０００８】
ここで、中継局が、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、
等価チャネル行列
2013165489.tif 000021
に対してＳＶＤ分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第１基地局のプリコーディング行列Ｐ１とし、
2013165489.tif 000022
に対してＳＶＤ分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第２基地局のプリコーディング行列Ｐ２とし、数式
2013165489.tif 000023
によって、中継局の処理行列Ｐｒを決定する、ことを含み、
ここで、
2013165489.tif 000024
であり、
2013165489.tif 000025
は、Ｕのｍ列目の共役を代表し、Ｕは、ＨのＳＶＤ分解によって得られるものであり、Ｈ＝Ｕ・Ｓ・ＶＨであり、Ｈは、ｍ行ｎ列の行列であり、即ち、Ｐは、Ｈの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
2013165489.tif 000026
であり、
2013165489.tif 000027
であり、
2013165489.tif 000028
であり、
2013165489.tif 000029
であり、
2013165489.tif 000030
であり、Ｔは、行列の転置処理であり、
2013165489.tif 000031
は、Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ積であり、ｕｎｖｅｃは、ベクトルの行列化演算であり、
2013165489.tif 000032
と
2013165489.tif 000033
は、雑音分散行列であり、
2013165489.tif 000034
であり、
2013165489.tif 000035
であり、δ２は、受信側の雑音電力であり、［Ｒ］ｋｋは、行列のｋ行目ｋ列目の要素を表し、ｋは、ｋ番目のデータストリームを代表し、
2013165489.tif 000036
であり、
2013165489.tif 000037
であり、
2013165489.tif 000038
であり、
2013165489.tif 000039
であり、ｈ１１とｈ１２は、第１基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ２１とｈ２２は、第２基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ１ｒとｈ２ｒは、第１基地局および第２基地局から中継局へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈｒ１とｈｒ２は、中継局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表する。
【０００９】
また、中継局が、受信された信号を処理することは、中継局が、受信された信号に対して、先に検出を行い、それから転送処理を行う、ことを含む。
【００１０】
この場合、中継局が、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定することは、プリコーディング行列の探索範囲内で、数式
2013165489.tif 000040
を満足する第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２並びに中継局の処理行列Ｐｒ１、Ｐｒ２を探索する、ことを含み、
ここで、ｈ１１とｈ１２は、第１基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ２１とｈ２２は、第２基地局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈｒ１とｈｒ２は、中継局から第１移動端末および第２移動端末へのチャネルをそれぞれ代表し、δ２は、受信側の雑音電力である。
【００１１】
前記プリコーディング行列の探索範囲は、
第１基地局のプリコーディング行列Ｐ１の探索範囲が、ｈ１１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈ１２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの最後の１列であり、
第２基地局のプリコーディング行列Ｐ２の探索範囲が、ｈ２２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈ２１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの最後の１列であり、
中継局の処理行列Ｐｒ１の探索範囲が、ｈｒ１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈｒ２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの最後の１列であり、
中継局の処理行列Ｐｒ２の探索範囲が、ｈｒ２のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの１列目、および、ｈｒ１のＳＶＤ分解後の右特異行列Ｖの最後の１列である、ことを含む。
【００１２】
本発明の実施例では中継局も提供されている。該中継局は、
第１移動端末から報告されたチャネル状態情報を第１基地局から受信し、第２移動端末から報告されたチャネル状態情報を第２基地局から受信するチャネル状態情報受信手段と、
第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定する行列決定手段と、
決定された第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を、それぞれ、第１基地局および第２基地局に通知する行列通知手段と、
中継局の処理行列に基づいて、受信された第１基地局および第２基地局からの混合信号を処理し、処理後の信号を第１移動端末および第２移動端末に送信する転送手段と、を含む。
【００１３】
データ伝送システムであって、
隣接する第１基地局および第２基地局と、第１基地局および第２基地局の間に配置される中継局と、第１基地局のカバー範囲内に位置する第１移動端末と、第２基地局のカバー範囲内に位置する第２移動端末とを含み、ここで、
第１移動端末は、自局のチャネル状態情報を第１基地局に報告し、第２移動端末は、自局のチャネル状態情報を第２基地局に報告し、
第１基地局および第２基地局は、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報を、それぞれ中継局に通知し、
中継局は、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、決定された第１基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１基地局に通知する一方、第２基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２基地局に通知し、
第１基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１移動端末に通知し、第２基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２移動端末に通知し、
第１タイムスロットで、第１基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第１移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第１移動端末および第２移動端末に送信し、第２基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第２移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第１移動端末および第２移動端末に送信し、
第２タイムスロットで、中継局は、自局の処理行列に基づいて、受信された第１基地局および第２基地局からの混合信号を処理し、処理後の混合信号を第１移動端末および第２移動端末にブロードキャストし、
第１移動端末および第２移動端末は、それぞれ、基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第１タイムスロットおよび第２タイムスロット内で受信された混合信号に対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施例に係る干渉除去方法および中継局は、隣接する基地局の間に中継局を導入し、かつ、２つのタイムスロットでのデータ送信構成を採用することにより、セル間干渉を効果的に低減させ、ユーザのデータレート、特に、セル端ユーザのデータレートを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムの基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係るデータ伝送方法のフロチャートである。
【図３（ａ）】本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムを分解して得られたブロードキャスト部分である。
【図３（ｂ）】本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムを分解して得られた干渉除去部分である。
【図４】本発明の実施例に係る中継局が基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列を決定する方法である。
【図５】本発明の実施例に係る中継局の内部構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係るほかのセルラー移動通信システムの基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
セル間干渉を低減させて、セル端ユーザのデータレートを向上させるために、本発明の実施例では、隣接基地局の間に、中継局（ＲＳ：Ｒｅｌａｙ  Ｓｔａｔｉｏｎ）という中間ノードが配置されている。図１は、本発明の実施例に係るセルラー移動通信システムの基本構成を示す。図１に示すように、隣接する２つの基地局ＢＳ１とＢＳ２との間には、１つの中継局ＲＳが配置されている。本発明の実施例は、２つのタイムスロットのデータ送信構成を採用する。即ち、第１タイムスロットで、第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２は、ビーム形成という方式を採用して、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２に送信しようとするデータを、それぞれ中継局ＲＳに送信するとともに、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２は、データを受信することもできる。しかし、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２で受信されたのが混合信号であるため、第１タイムスロットで、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２は、受信された混合信号から自局の所要データを復調できない。第２タイムスロットで、中継局ＲＳは、第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２から受信された混合信号を処理してから、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２に転送する。第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２は、２つのタイムスロット内で受信された２つの混合信号を統合処理することで、自局の所要データを復調する。以下、図面を参照しながら本発明の実施例で提供されるデータ伝送方法を詳しく説明する。
【００１７】
図２は、本発明の実施例に係るデータ伝送方法のフローを示す。図２に示すように、該方法は、主に、以下のステップを含む。
【００１８】
ステップ１０１で、第１移動端末ＵＥ１は、自局のチャネル状態情報（ＣＳＩ）を自局のサービング基地局である第１基地局ＢＳ１に報告し、第２移動端末ＵＥ２は、自局のＣＳＩを自局のサービング基地局である第２基地局ＢＳ２に報告する。
【００１９】
ステップ１０２で、第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２は、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２から報告されたＣＳＩを、それぞれ中継局ＲＳに通知する。
【００２０】
ステップ１０３で、中継局ＲＳは、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２から報告されたＣＳＩに基づいて、第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２並びに中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ１とＰｒ２（Ｐｒ１とＰｒ２は同一または異なってもよく、中継局が信号検出機能を有する場合、Ｐｒ１とＰｒ２は異なる）を決定し、決定された第１基地局のプリコーディング行列Ｐ１と中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ１とを第１基地局ＢＳ１に通知する一方、第２基地局のプリコーディング行列Ｐ２と中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ２とを第２基地局ＢＳ２に通知する。
【００２１】
ステップ１０４で、第１基地局ＢＳ１は、自局のプリコーディング行列Ｐ１と中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ１とを第１移動端末ＵＥ１に通知し、第２基地局ＢＳ２は、自局のプリコーディング行列Ｐ２と中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ２とを第２移動端末ＵＥ２に通知する。
【００２２】
ステップ１０５で、第１タイムスロットで、第１基地局ＢＳ１は、自局のプリコーディング行列Ｐ１に基づいて、第１移動端末ＵＥ１に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局ＲＳ並びに第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２に送信し、第２基地局ＢＳ２は、自局のプリコーディング行列Ｐ２に基づいて、第２移動端末ＵＥ２に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局ＲＳ並びに第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２に送信する。
【００２３】
ステップ１０６で、第２タイムスロットで、中継局ＲＳは、自局の処理行列Ｐｒ１とＰｒ２に基づいて、受信された第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２からの混合信号を処理し、処理された混合信号を第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２にブロードキャストする。
【００２４】
ステップ１０７で、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２は、それぞれ、基地局のプリコーディング行列および中継局ＲＳの処理行列に基づいて、第１タイムスロットおよび第２タイムスロット内で受信された混合信号に対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る。
【００２５】
上記方法において、中継局は、まず、第１移動端末から第１基地局を介して報告されたチャネル状態情報と、第２移動端末から第２基地局を介して報告されたチャネル状態情報とを受信し、それから、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、次に、決定された第１基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１基地局に通知する一方、第２基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２基地局に通知し、第１タイムスロットで、中継局は、第１基地局および第２基地局からの信号を受信し、第２タイムスロットで、受信された信号を処理し、処理後の信号を第１移動端末および第２移動端末に送信する。
【００２６】
具体的に、上記第１タイムスロットで、第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２は、自局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２をそれぞれ利用して、各自の送信すべきデータＸ１、Ｘ２に対してプリコーディング処理を行って、送信しようとする信号Ｐ１Ｘ１、Ｐ２Ｘ２を得るとともに、信号を第１移動端末ＵＥ１、第２移動端末ＵＥ２および中継局ＲＳに送信する。この場合、第１移動端末ＵＥ１、第２移動端末ＵＥ２および中継局ＲＳで受信された混合信号は、それぞれ、下記の数式１、２および３に示す通りである。
［数式１］
2013165489.tif 000041
［数式２］
2013165489.tif 000042
［数式３］
2013165489.tif 000043
【００２７】
ここで、Ｎ１１は、第１タイムスロットでの第１移動端末ＵＥ１の受信機雑音であり、Ｎ２１は、第１タイムスロットでの第２移動端末ＵＥ２の受信機雑音であり、Ｎｒは、第１タイムスロットでの中継局ＲＳの受信機雑音であり、ｈ１１とｈ１２は、第１基地局ＢＳ１から第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ２１とｈ２２は、第２基地局ＢＳ２から第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２へのチャネルをそれぞれ代表し、ｈ１ｒとｈ２ｒは、第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２から中継局ＲＳへのチャネルをそれぞれ代表する。
【００２８】
第２タイムスロットで、中継局ＲＳは、処理行列Ｐｒ１とＰｒ２に基づいて、受信された混合信号Ｙｒを処理して、Ｘｒを得、それから、生成された信号を第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２に送信する。具体的に、中継局ＲＳは、２つの方法を採用して、受信された混合信号を処理することができる。この２つの方法は、方法１である増幅転送と、方法２である検出転送とを含む。
【００２９】
上記の方法１に示す増幅転送を採用する場合、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ１とＰｒ２は同一であり、Ｐｒで表される。この場合、中継局ＲＳは、受信された混合信号Ｙｒに対して、増幅処理を行い、即ち、受信された混合信号と電力正規化係数αとを乗算する。ここで、αの設定は、中継局の電力制限のみを満足してもよく、同時に端末の電力を考慮して、移動端末と中継局との間の最適化電力割り当てを実現してもよい。それから、処理行列Ｐｒを利用して、Ｘｒ＝α・Ｐｒ・Ｙｒを生成する。次に、生成された信号Ｘｒを第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２にブロードキャストする。この場合、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２で受信された混合信号は、それぞれ、下記の数式４と５に示す通りである。
［数式４］
2013165489.tif 000044
［数式５］
2013165489.tif 000045
【００３０】
ここで、Ｎ１２は、第２タイムスロットでの第１移動端末ＵＥ１の受信機雑音であり、Ｎ２２は、第２タイムスロットでの第２移動端末ＵＥ２の受信機雑音であり、ｈｒ１とｈｒ２は、中継局ＲＳから第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２へのチャネルをそれぞれ代表する。
【００３１】
つまり、２つのタイムスロットを経た後、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２は、それぞれ、下記の数式６と７に示すような２つの混合信号を受信した。
［数式６］
2013165489.tif 000046
［数式７］
2013165489.tif 000047
【００３２】
この場合、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２は、この２つの混合信号に対して統合検出を行い、例えば、最小平均二乗誤差検出アルゴリズムを採用して、自局の所要データを得ることができる。
【００３３】
上記の方法２に示す検出転送を採用する場合、中継局ＲＳは、まず、第１タイムスロットで受信された第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２からの混合信号に対して、雑音除去を行い、例えば、最小平均二乗誤差検出アルゴリズムを利用して、雑音除去を行い、それから、自局の処理行列に基づいて、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２に転送しようとする信号をそれぞれ処理し、最後に、処理後の信号を第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２に転送する。
【００３４】
具体的に、まず、第１タイムスロットで、中継局ＲＳで受信された第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２からの混合信号は、下記の数式に示す通りである。
2013165489.tif 000048
第２タイムスロットで、中継局ＲＳは、上記の混合信号Ｙｒを処理する。まず、検出を行い、ＭＭＳＥ受信検出アルゴリズムを利用して、受信行列
2013165489.tif 000049
を求めることができ、このようにして、
2013165489.tif 000050
になる。理想の場合で、ＭＭＳＥ検出によれば、雑音を完全に取り除いて、Ｘ１とＸ２の完全な情報を得ることができ、即ち、Ｘｒ＝［Ｘ１Ｘ２］Ｔになる。それから、中継局ＲＳは、検出された信号Ｘｒ＝［Ｘ１Ｘ２］Ｔと中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ＝［Ｐｒ１Ｐｒ２］とをそれぞれ乗算して、移動端末に送信しようとする信号Ｐｒ・Ｘｒ＝［Ｐｒ１Ｐｒ２］・［Ｘ１Ｘ２］Ｔを得てから、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２にブロードキャストする。この場合で、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２が第２タイムスロットで受信した信号は、それぞれ、下記の数式の通りに示すことができる。
2013165489.tif 000051
2013165489.tif 000052
【００３５】
２つのタイムスロットを経た後、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２は、それぞれ、２つの混合信号を受信しており、この２つの混合信号に対して統合検出を行うことにより、例えば、最小平均二乗誤差検出アルゴリズムを採用することにより、自局の所要データを得ることができる。
【００３６】
上記の分析から分かるように、中継局ＲＳがどの転送方法を採用しても、基地局のプリコーディング行列および中継局ＲＳの処理行列を如何に決定するかが、セル間干渉を低減させて、セル端ユーザのデータレートを向上させるキーとなる。
【００３７】
以下、中継局ＲＳが異なる方法を採用する場合、上記のステップ１０３において、中継局ＲＳが第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２から報告されたＣＳＩに基づいて、第１基地局ＢＳ１および第２基地局ＢＳ２のプリコーディング行列並びに中継局ＲＳの処理行列を決定する具体的な方法を詳しく説明する。
【００３８】
上記のように、中継局ＲＳが上記の方法１における増幅転送方法を採用する場合、第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２が２つのタイムスロット内で受信した２つの混合信号は、上記の数式６と７に示す通りである。
【００３９】
上記の数式６から導出することで得るように、第１移動端末ＵＥ１が２つのタイムスロット内で受信した混合信号は、下記の数式８に示す通りである。
［数式８］
2013165489.tif 000053
【００４０】
ここで、
2013165489.tif 000054
は、２つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第１基地局ＢＳ１から第１移動端末ＵＥ１への等価チャネル行列であり、
2013165489.tif 000055
は、２つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第２基地局ＢＳ２から第１移動端末ＵＥ１への等価チャネル行列であり、
2013165489.tif 000056
は、有効信号であり、
2013165489.tif 000057
は、干渉信号であり、
2013165489.tif 000058
は、雑音である。
【００４１】
同様に、上記の数式７から導出することで得るように、第２移動端末ＵＥ２が２つのタイムスロット内で受信した混合信号は、下記の数式９に示す通りである。
［数式９］
2013165489.tif 000059
【００４２】
ここで、
2013165489.tif 000060
は、２つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第１基地局ＢＳ１から第２移動端末ＵＥ２への等価チャネル行列であり、
2013165489.tif 000061
は、２つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第２基地局ＢＳ２から第２移動端末ＵＥ２への等価チャネル行列であり、
2013165489.tif 000062
は、有効信号であり、
2013165489.tif 000063
は、干渉信号であり、
2013165489.tif 000064
は雑音である。
【００４３】
上記の数式８によって、チャネル行列Ｈ１を考慮して、第１移動端末ＵＥ１のｋ番目のデータストリームの平均二乗誤差は、
2013165489.tif 000065
で表すことができる。ここで、＋は、行列の共役転置を求める処理であり、
2013165489.tif 000066
であり、δ２は、受信側の雑音電力である。
【００４４】
同様に、上記の数式９によって、チャネル行列Ｈ２を考慮して、第２移動端末ＵＥ２のｋ番目のデータストリームの平均二乗誤差は、
2013165489.tif 000067
で表すことができる。ここで、
2013165489.tif 000068
である。
【００４５】
移動端末が最小平均二乗誤差検出アルゴリズムを採用して、受信された２つの混合信号に対して統合処理を行う際に、設定された最適化目的関数は、受信側の信号の平均二乗誤差が最小となるものであり、即ち、下記の数式１０に示す通りである。
［数式１０］
2013165489.tif 000069
2013165489.tif 000070
を仮定すると、行列変換を利用して、Ａ１を
2013165489.tif 000071
に変換する。
【００４６】
ここで、ａｋは、行列Ａ１のｋ列目であり、ａｋ（−ｋ）は、ａｋからｋ番目の要素を除去したベクトルであり、Ａ（−ｋ，−ｋ）は、行列Ａ１からｋ行目およびｋ列目を除去した残り行列である。上記の行列Ａは、
2013165489.tif 000072
のような特性を有する。
【００４７】
このようにして、最適化目的関数（数式１０）から下記の数式１１を導出することができる。
［数式１１］
2013165489.tif 000073
ここで、
2013165489.tif 000074
である。
また、
2013165489.tif 000075
2013165489.tif 000076
および、
2013165489.tif 000077
を仮定する。
【００４８】
上記の数式１１の観察から分かるように、上記の最適化目的関数の解を求めることが複雑すぎて、基本的に解を求めることができない。そのため、本実施例において、この複雑な最適化目的関数の解を求める問題を分解することができる。具体的に、図１に示す無線セルラー通信システムを、図３（ａ）と図３（ｂ）に示すような、ブロードキャストＢＣ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ）部分および干渉除去（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）部分という２つのサブシステムに分解するとともに、最適化目的関数の解を求める問題を２つのサブ問題に分解することができる。第１サブ問題は、中継局ＲＳから移動端末へのリンクを考慮して、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒの解を求めることであり、第２サブ問題は、基地局および中継局ＲＳから移動端末へのリンクを考慮して、基地局でのプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２の解を求めることである。
【００４９】
上記の第１サブ問題について、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２を予め決定することができれば、上記の最適化目時関数の解を求める問題を下記の数式１２に示す新しい最適化目的関数に簡略化することができる。
［数式１２］
2013165489.tif 000078
【００５０】
ここで、Ｔは、行列の転置処理であり、ｖｅｃは、行列をベクトルに変換する処理であり、
2013165489.tif 000079
は、Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ積であり、Ｐは、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒのベクトル化である。
【００５１】
１つのｍ×ｎの行列Ｍのベクトル化は、下記の数式１３に示す通りである。
［数式１３］
2013165489.tif 000080
【００５２】
同様に、ベクトルＡの行列化は、下記の数式１４に示す通りである。
［数式１４］
2013165489.tif 000081
【００５３】
また、Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ積の定義について、１つのｍ×ｎの行列Ｍと１つのｐ×ｑの行列ＮとのＫｒｏｎｅｃｋｅｒ積は、
2013165489.tif 000082
である。
【００５４】
上記の数式１２では、
2013165489.tif 000083
であり、Ｈに対してＳＶＤ分解を行って、Ｈ＝Ｕ・Ｓ・ＶＨになり、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒのベクトル化は、上記のＵの最後の１列の共役であり、即ち、
2013165489.tif 000084
であり、ここで、＊は、行列の共役処理である。ここから分かるように、基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２が決定された場合、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒを計算によって得ることができる。具体的に、基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２が決定された場合、下記の数式１５によって、中継局ＲＳの処理行列を決定することができる。
［数式１５］
2013165489.tif 000085
【００５５】
ここで、
2013165489.tif 000086
であり、
2013165489.tif 000087
は、Ｕのｍ列目の共役を代表する。Ｕは、ＨのＳＶＤ分解によって得られるものであり、Ｈ＝Ｕ・Ｓ・ＶＨであり、Ｈは、ｍ行ｎ列の行列であり、即ち、Ｐは、Ｈの最小特異値に対応する左特異ベクトルの共役であり、
2013165489.tif 000088
であり、
2013165489.tif 000089
であり、
2013165489.tif 000090
であり、
2013165489.tif 000091
であり、
2013165489.tif 000092
であり、Ｔは、行列の転置処理であり、
2013165489.tif 000093
は、Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ積であり、ｕｎｖｅｃは、ベクトルの行列化演算であり、
2013165489.tif 000094
と
2013165489.tif 000095
は、雑音分散行列であり、
2013165489.tif 000096
であり、
2013165489.tif 000097
であり、δ２は、受信側の雑音電力であり、［Ｒ］ｋｋは、行列のｋ行目ｋ列目の要素を表し、ｋは、ｋ番目のデータストリームを代表し、
2013165489.tif 000098
であり、
2013165489.tif 000099
である。
【００５６】
上記の第２サブ問題について、基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２の解を求める際に、ｗｋがｋ番目の移動端末の後処理行列であると仮定し、受信信号電力が１であり、即ち、Ｅ｛ｘｋ  ｘｋ’｝＝１と仮定する場合、受信側の平均二乗誤差（ＭＳＥ）の共分散行列は、下記の数式１６の通りに示すことができる。
［数式１６］
2013165489.tif 000100
【００５７】
ここで、
2013165489.tif 000101
であり、
2013165489.tif 000102
である。
【００５８】
この場合、上記の最適化目的関数の解を求める問題は、下記の数式１７に示す新しい第１最適化目的に簡略化することができる。
［数式１７］
2013165489.tif 000103
【００５９】
ラグランジュ演算子を利用して、上記の数式１７に対して解を求めることで、下記の数式１８を得ることができる。
［数式１８］
2013165489.tif 000104
【００６０】
また、上記の数式１８に対して導関数を求めて、かつ
2013165489.tif 000105
2013165489.tif 000106
にすることにより、解を求めて下記の数式を得ることができる。
［数式１９］
2013165489.tif 000107
［数式２０］
2013165489.tif 000108
【００６１】
ここで、
2013165489.tif 000109
である。Ｋは、受信側の数を表し、
2013165489.tif 000110
は、雑音分散行列であり、その定義が前述の通りであり、＋は、行列の共役転置処理であり、Ｔｒは、行列のトレースを求める処理であり、ｂは、第１基地局および第２基地局の最大送信電力である。
【００６２】
上記の分析から分かるように、第１サブ問題の解を求める際、即ち、Ｐｒの解を求める際に、Ｐ１、Ｐ２の値を決定する必要があるが、第２サブ問題の解を求める際、即ち、Ｐ１、Ｐ２の解を求める際に、Ｐｒの値を決定する必要がある。従って、本実施例では、最適解を求めることが可能な反復アルゴリズムが提供されている。図４に示すように、該反復アルゴリズムは、主に、下記のステップを含む。
【００６３】
ステップ２０１で、ｈ１１に対してＳＶＤ分解を行い、主右特異ベクトルを第１基地局のプリコーディング行列の初期値Ｐ１として設定し、ｈ２２に対してＳＶＤ分解を行い、主右特異ベクトルを第２基地局のプリコーディング行列の初期値Ｐ２として設定する。
【００６４】
ステップ２０２で、上記の数式１５によって、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒを決定する。
【００６５】
ステップ２０３で、上記の数式２０によって、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２を決定する。
【００６６】
ステップ２０４で、決定された中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ並びに第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２が収束するかどうかを判断し、収束する場合、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ並びに第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２の最適解を得て、該反復アルゴリズムを終了し、収束しない場合、ステップ２０２に戻る。
【００６７】
上記の反復アルゴリズムにより、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ並びに第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２の最適解を得ることができる。また、シミュレーションによって、９０％以上の場合で、反復の回数が１０回を超えることなく、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒ並びに第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２を収束させることができる、ということが決定できる。
【００６８】
上記のアルゴリズムは、複数回の反復が必要となり、計算量が相対的に高いため、本発明の実施例では、また、簡略化のヒューリスティックアルゴリズムが提供されている。該方法は同様に、最適化目的関数の解を求める問題を、２つのサブ問題、即ち、基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２が決定された場合、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒの解を求める第１サブ問題、および、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒが決定された場合、基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２の解を求める第２サブ問題に分解する。ここで、第１サブ問題の解を求めることは、上記の方法を参照し、即ち、数式１５によって完成することができる。以下、第２サブ問題の解を求める方法を詳しく説明する。
【００６９】
第１移動端末ＵＥ１および第２移動端末ＵＥ２が２つのタイムスロット内で受信した２つの混合信号の表現式８と９から分かるように、等価行列
2013165489.tif 000111
において、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒの値が決定された場合、中継局ＲＳを含む複雑な干渉チャネルを普通の多入力多出力（ＭＩＭＯ）干渉チャネルに簡略化することができ、それから、等価チャネル行列
2013165489.tif 000112
に対してＳＶＤ分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第１基地局のプリコーディング行列Ｐ１とし、それから、
2013165489.tif 000113
に対してＳＶＤ分解を行い、得られた主右特異ベクトルを第２基地局のプリコーディング行列Ｐ２とする。即ち、まず、等価チャネル行列
2013165489.tif 000114
と
2013165489.tif 000115
に対してＳＶＤ分解を行い、基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２を決定し、それから、数式１５によって、中継局の処理行列Ｐｒを決定することができる。
【００７０】
中継局ＲＳが上記の方法２における検出転送方法を採用する場合、第１移動端末ＵＥ１で受信された２つの混合信号は、下記の数式２１の通りに示すことができる。
［数式２１］
2013165489.tif 000116
【００７１】
ここで、ＨＰ１は、２つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第１基地局ＢＳ１から第１移動端末ＵＥ１への等価チャネル行列であり、ＧＰ１は、２つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第２基地局ＢＳ２から第１移動端末ＵＥ１への等価チャネル行列であり、ＨＰ１Ｐ１Ｘ１は、有効信号であり、ＧＰ１Ｐ２Ｘ２は、干渉信号であり、第１移動端末ＵＥ１は、干渉信号を雑音とみなして扱ってもよく、干渉信号を有効信号として扱ってもよい。
【００７２】
同様に、第２移動端末ＵＥ２で受信された２つの混合信号は、下記の数式２２の通りに示すことができる。
［数式２２］
2013165489.tif 000117
【００７３】
ここで、ＨＰ２は、２つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第１基地局ＢＳ１から第２移動端末ＵＥ２への等価チャネル行列であり、ＧＰ２は、２つのタイムスロットでのチャネル行列を総合した第２基地局ＢＳ２から第２移動端末ＵＥ２への等価チャネル行列であり、ＨＰ２Ｐ２Ｘ２は、有効信号であり、ＧＰ２Ｐ１Ｘ１は、干渉信号であり、第２移動端末ＵＥ２は、干渉信号を雑音とみなして扱ってもよく、干渉信号を有効信号として扱ってもよい。
【００７４】
この場合、受信側の最適化目的は、受信側の信号対干渉雑音比の和を最大化することであり、最適化目的関数の解を求めることが複雑すぎるため、本実施例においても、簡略化のヒューリスティックアルゴリズムを採用することで、中継局ＲＳの処理行列Ｐｒおよび基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２の解を求める。
【００７５】
上記の増幅転送に類似する解を求める方式を採用し、行列変換を導入し、解を求めて得られた目的関数は、下記の数式２３に示す通りである（受信側の信号対干渉雑音比の和を最大化する）。
［数式２３］
2013165489.tif 000118
【００７６】
上記の数式２３を観察することにより、Ｐ１，Ｐ２，Ｐｒ１，Ｐｒ２は、ただ各自の相関なチャネルに関係があり、互いに影響しない、ということを発見することができる。従って、走査の方法を採用して、簡単な探索アルゴリズムを提供することにより、最適解を求めることができる。つまり、プリコーディング行列の探索範囲内で、数式２３を満たす第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列Ｐ１、Ｐ２並びに中継局の処理行列Ｐｒ１、Ｐｒ２を探索する。下記の表１は、各プリコーディング行列の探索範囲を示す。下記の表１に示すように、下記の表１に示す範囲を走査して、上記の数式２３を満たすＰ１，Ｐ２，Ｐｒ１，Ｐｒ２を得る。
【表１】
2013165489.tif 000119
【００７７】
上記のデータ伝送方法に対応して、本発明の実施例では、上記の方法を実行する中継局も提供されている。その内部構成は、図５に示すように、主に、
第１移動端末から報告されたチャネル状態情報を第１基地局から受信し、第２移動端末から報告されたチャネル状態情報を第２基地局から受信するチャネル状態情報受信手段５０１と、
第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定する行列決定手段５０２と、
決定された第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を、それぞれ、第１基地局および第２基地局に通知する行列通知手段５０３と、
中継局の処理行列に基づいて、受信された第１基地局および第２基地局からの混合信号を処理し、処理後の信号を第１移動端末および第２移動端末に送信する転送手段５０４と、を含む。
【００７８】
また、本発明の実施例では、上記の方法を実行するシステムも提供されている。その構成について、図１を参照することができる。該システムは、主に、隣接する第１基地局および第２基地局と、第１基地局および第２基地局の間に配置される中継局と、第１基地局のカバー範囲内に位置する第１移動端末と、第２基地局のカバー範囲内に位置する第２移動端末とを含み、ここで、
第１移動端末は、自局のチャネル状態情報を第１基地局に報告し、第２移動端末は、自局のチャネル状態情報を第２基地局に報告し、
第１基地局および第２基地局は、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報を、それぞれ中継局に通知し、
中継局は、第１移動端末および第２移動端末から報告されたチャネル状態情報に基づいて、第１基地局および第２基地局のプリコーディング行列並びに中継局の処理行列を決定し、決定された第１基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１基地局に通知する一方、第２基地局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２基地局に通知し、
第１基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第１移動端末に通知し、第２基地局は、自局のプリコーディング行列と中継局の処理行列とを第２移動端末に通知し、
第１タイムスロットで、第１基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第１移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第１移動端末および第２移動端末に送信し、第２基地局は、自局のプリコーディング行列に基づいて、第２移動端末に送信しようとするデータに対してプリコーディングを行って、プリコーディングされたデータを中継局並びに第１移動端末および第２移動端末に送信し、
第２タイムスロットで、中継局は、自局の処理行列に基づいて、受信された第１基地局および第２基地局からの混合信号を処理し、処理後の混合信号を第１移動端末および第２移動端末にブロードキャストし、
第１移動端末および第２移動端末は、それぞれ、基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、第１タイムスロットおよび第２タイムスロット内で受信された混合信号に対して統合検出を行って、復調することにより自局の所要データを得る。
【００７９】
本発明の実施例に係るデータ伝送方法および中継局から分かるように、本実施例では、隣接する基地局の間に中継局ＲＳが導入され、かつ、２つのタイムスロットのデータ送信構成が採用されるため、セル間干渉を効果的に低減させ、ユーザのデータレート、特に、セル端ユーザのデータレートを向上させることができる。また、本発明の実施例において、基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列を決定する際に、干渉信号が十分に考慮され、最小平均二乗誤差または最大信号対干渉雑音比の和を最適化目的とするため、非常に良いデータ伝送効果を得ることができる。
【００８０】
また、説明すべきものとして、本発明の実施例は、いずれも、２つの隣接する基地局の間に中継局が配置されるモデルを例として説明しているが、当業者は、本発明の方法および中継局が、ほかのモデル、例えば、３つの隣接する基地局の間に１つの中継局が配置されるモデルにも応用できる、ということを理解できる。図６は、このような応用でのセルラー移動通信システムの基本構成を示す。該モデルでは、中継局は、自局に隣接する３つの基地局から報告された各自のカバー範囲内のユーザのチャネル状態情報に基づいて、この３つの基地局のプリコーディング行列および自局の処理行列を決定して、自局で決定された基地局のプリコーディング行列および自局の処理行列を、基地局を介して各基地局のカバー範囲内の各ユーザに通知することができる。また、中継局は、隣接する各基地局からの混合信号を受信した後、本実施例に係る方法を採用して、受信された混合信号を処理し、それから、各ユーザにブロードキャストする。このようにして、各ユーザは、そのサービング基地局のプリコーディング行列および中継局の処理行列に基づいて、２つのタイムスロット内で前後に受信された混合信号に対して統合検出を行って、自局の所要信号を得ることができ、セル間干渉を効果的に低減させる。
【００８１】
上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等置換え、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００８２】
５０１  チャネル状態情報受信手段
５０２  行列決定手段
５０３  行列通知手段
５０４  転送手段
【図１】
2013165489.tif 000158
【図２】
2013165489.tif 000159
【図３（ａ）】
2013165489.tif 000160
【図３（ｂ）】
2013165489.tif 000161
【図４】
2013165489.tif 000162
【図５】
2013165489.tif 000163
【図６】
2013165489.tif 000164