(57)【要約】【課題】  １つ以上の第２セルに隣接する第１セルを有し、各セルは基地局によりサービスされ且つ複数の固定式又は移動式の加入者局を有し、且つ各基地局は自身と自身のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群を有するＭＩＭＯシステム、にて使用する無線通信方法を提供する。【解決手段】  第２セル内の加入者局と第１セルの基地局との間の干渉を抑制する機会を認識し；干渉抑制の基礎として第１セルの基地局と第１セル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群の中の不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択し；第１セルの基地局が被る干渉の抑制のため、選択されたＭＩＭＯチャネルがアップリンクチャネルの場合には該選択されたＭＩＭＯチャネル上での伝送に、選択されたＭＩＭＯチャネルがダウンリンクチャネルの場合には該選択されたＭＩＭＯチャネルに対応するＭＩＭＯアップリンクチャネル上での伝送に、ポストコーディングを適用する。【選択図】  図９
2009112001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯシステムにて使用される無線通信方法であって、前記システムは１つ以上の第２のセルに隣接する第１のセルを有し、各セルは基地局によってサービスされ且つ複数の固定加入者局又は移動加入者局を有し、各基地局は自身のセルと自身のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群を有し、当該方法は：
特定の第２のセル内の特定の加入者局と前記第１のセルの前記基地局との間で生じる干渉を抑制する機会を認識する認識段階；
干渉抑制の基礎として、前記第１のセルの前記基地局と前記第１のセル内の各加入者局との間の前記ＭＩＭＯチャネル群の中の、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択する選択段階；及び
前記第１のセルの前記基地局が被る干渉を抑制するため、選択されたＭＩＭＯチャネルがアップリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネル上での伝送に、選択されたＭＩＭＯチャネルがダウンリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネルに対応するＭＩＭＯアップリンクチャネル上での伝送に、ポストコーディングを適用する適用段階
を有する、無線通信方法。
【請求項２】
前記第１のセルの前記基地局と前記第１のセル内の各加入者局との間のアップリンクＭＩＭＯチャネル群及び／又はダウンリンクＭＩＭＯチャネル群の中から前記ＭＩＭＯチャネルを選択することを有する、請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
各ＭＩＭＯチャネルがどれだけ不完全なランクであるかを評価する段階、及び前記選択段階を該評価に基づかせることを有する、請求項１又は２記載の無線通信方法。
【請求項４】
前記干渉抑制の基礎として、最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択することを有する、請求項１乃至３の何れか一項記載の無線通信方法。
【請求項５】
前記選択段階に続いて、更に、前記最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルと、前記第１のセルの前記基地局と前記特定の第２のセル内の前記特定の加入者局との間のＭＩＭＯチャネルと、の間の相関を検査する段階、及び、前記相関が閾値を超える場合に、干渉抑制の対象として、代わりに、次に最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択することを有する、請求項４記載の無線通信方法。
【請求項６】
各完全なＭＩＭＯチャネル行列の固有値λを求め、且つ最大の固有値λｍの最小の固有値λ１に対する比を測定することによって、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択することを有する、請求項１乃至５の何れか一項記載の無線通信方法。
【請求項７】
前記干渉が部分的にダウンリンク伝送に関連して生じる場合：
選択されるチャネルはダウンリンクチャネルであり；且つ
該ダウンリンクチャネル上での伝送に、前記特定の第２のセル内の前記特定の加入者局が被る干渉を抑制するため、プレコーディングが適用される
請求項１乃至６の何れか一項記載の無線通信方法。
【請求項８】
選択されたダウンリンクチャネルに対応するアップリンクチャネルに適用されるポストコーディングを、該選択されたダウンリンクチャネルに適用されたプレコーディングに基づかせる段階を更に有する請求項７記載の無線通信方法。
【請求項９】
前記プレコーディングはプレコーディングベクトルＶ０を使用し、前記ポストコーディングはポストコーディングベクトルＵ０Ｈを使用し、当該方法は、ベクトルＵ０ＨをベクトルＶ０の転置ベクトルであるように設定する段階を有する、請求項８記載の無線通信方法。
【請求項１０】
前記干渉は部分的にダウンリンク伝送に関連して生じ、選択されるチャネルはアップリンクチャネルであり、当該方法は更に：
選択されたアップリンクチャネルに対応するダウンリンクチャネルを選択する段階；及び
選択されたダウンリンクチャネルに、前記特定の第２のセル内の前記特定の加入者局が被る干渉を抑制するため、プレコーディングを適用する段階
を有する、請求項１乃至６の何れか一項記載の無線通信方法。
【請求項１１】
前記選択されたダウンリンクチャネルに適用されるプレコーディングを、前記選択されたアップリンクチャネルに適用されたポストコーディングに基づかせる段階を更に有する請求項１０記載の無線通信方法。
【請求項１２】
前記プレコーディングはプレコーディングベクトルＶ０を使用し、前記ポストコーディングはポストコーディングベクトルＵ０Ｈを使用し、当該方法は、ベクトルＶ０をベクトルＵ０Ｈの転置ベクトルであるように設定する段階を有する、請求項１１記載の無線通信方法。
【請求項１３】
ポストコーディングされるＭＩＭＯチャネル及び／又はプレコーディングされるＭＩＭＯチャネルに、前記第１のセルの前記基地局と前記特定の第２のセル内の前記特定の加入者局との間の対応するＭＩＭＯチャネルに割り当てられたのと同一の時間／周波数資源を割り当てる段階を更に有する請求項１乃至１２の何れか一項記載の無線通信方法。
【請求項１４】
プレコーディング及び／又はポストコーディングは、場合によって、ゼロフォーシングを含む、請求項１乃至１３の何れか一項記載の無線通信方法。
【請求項１５】
１つ以上の第２のセルに隣接する第１のセルを有するＭＩＭＯシステムであり、各セルは基地局によってサービスされ且つ複数の固定加入者局又は移動加入者局を有し、且つ各基地局は自身と自身のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群を有するＭＩＭＯシステム、の前記第１のセル内で使用される基地局であって：
特定の第２のセル内の特定の加入者局と当該基地局との間で生じる干渉を抑制する機会を認識する認識手段；
干渉抑制の基礎として、当該基地局と当該基地局のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群の中の、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択する選択手段；及び
当該基地局が被る干渉を抑制するため、選択されたＭＩＭＯチャネルがアップリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネル上での伝送に、選択されたＭＩＭＯチャネルがダウンリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネルに対応するＭＩＭＯアップリンクチャネル上での伝送に、ポストコーディングを適用する手段
を有する、基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関し、特に、ＩＥＥＥ８０２．１６標準に準拠したシステムを含むＯＦＤＭＡシステムに限らず、多入力多出力（ＭＩＭＯ）機能を有する無線通信システムに関する。なお、参照することにより、ＩＥＥＥ標準８０２．１６−２００４「Air  Interface  for  Fixed  Broadband  Wireless  Access  Systems」及びＩＥＥＥ標準８０２．１６ｅ−２００５「Amendment  2  and  Corrigendum  1  to  IEEE  Std  802.16-2004」の全内容を本出願に援用する。
【背景技術】
【０００２】
基地局（ＢＳ）が該ＢＳの範囲内にある複数の加入者局（ＳＳ又はＭＳ、ユーザとも称する）と通信を行う無線通信システムが広く知られている。１つのＢＳによってカバーされる領域はセルと呼ばれ、一般的に、隣接し合うセルによって広い地理的領域を事実上シームレスにカバーするように、多数の基地局が適所に設置される。各ＢＳはその利用可能な帯域幅、すなわち、周波数資源及び時間資源を、ユーザ用の個別の資源配分に分割する。より多くのユーザを受け入れるため、且つ／或いは、よりデータ集約型のサービスを提供するため、常に、このようなシステムの能力を増大させることが望まれている。
【０００３】
ＯＦＤＭは無線通信システム内でデータを伝送するための既知の技術の１つである。ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）に基づく通信スキームは、データ符号が周波数的に等間隔の多数の副搬送波（周波数フィンガとも呼ばれる）で、故に、周波数分割多重で伝送されるように、データ符号を分割する。各副搬送波が少量のデータのみを搬送することにより、副搬送波あたりのビットレートが低く保たれるため、符号間干渉が抑制される。データは位相、振幅、又は位相と振幅との双方を調整することによって副搬送波上に変調される。
【０００４】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）という名称の“直交”部分は、副搬送波の間隔が特別に、その他の副搬送波に対して数学的な意味で直交するように選定されることを意味する。より正確には、副搬送波は、隣接し合う副搬送波の側波帯が重なり合うことが許容されながらも依然として副搬送波間干渉（一般的に、ＩＣＩと呼ばれる）なく受信され得るように、周波数軸に沿って並べられる。数学的に説明すると、各副搬送波の正弦波形は線形チャネルの固有関数と呼ばれ、各正弦波のピークはその他全ての正弦波のゼロ点に一致する。これは、副搬送波の間隔を符号周期の逆数の倍数にすることによって達成可能である。
【０００５】
個々の副搬送波又は副搬送波の組が無線通信システムの異なるユーザに割り当てられるとき、結果として、ＯＦＤＭＡと呼ばれる多重アクセスシステムとなる。この明細書において、これ以降、用語ＯＦＤＭはＯＦＤＭＡを含むものとして用いられる。セル内の各ユーザに別個の周波数／時間資源を割り当てることにより、ＯＦＤＭＡはセル内のユーザ間の干渉を実質的に回避することができる。しかしながら、後述のように、隣接セルからの干渉は依然として問題となり得る。
【０００６】
基本的なＯＦＤＭの更なる一変形例はＭＩＭＯ−ＯＦＤＭと呼ばれている。ここで、ＭＩＭＯは多入力多出力を表す。このスキームは、ＢＳと各ユーザとの間での実現可能なデータ容量を高めるため、送信器及び受信器の双方で複数のアンテナを使用する。例えば、４×４ＭＩＭＯチャネルは、送信器及び受信器が各々４つのアンテナを使用して互いに通信するものである。送信器及び受信器が同一数のアンテナを使用することは必ずしも必要でない。一般的に、無線通信システムの基地局は、電力、コスト及びサイズに関する制約の相違のため、携帯電話機と比較して、より多くのアンテナを備える。
【０００７】
単一の受信器（加入者局）と通信を行う送信器（例えば、基地局）の最も単純な例を考えると、ＭＩＭＯチャネルは、送信器と受信器との間の無線リンクの周波数（又は、等価的に、時間遅延）応答である。これは全ての副搬送波を含み、伝送帯域幅全体に及ぶ。ＭＩＭＯチャネルは多数の個々の無線リンクを含み、故に、Ｎｔ×Ｎｒ個のＳＩＳＯチャネル（サブチャネルとも称する）を有する。例えば、２×２のＭＩＭＯ構成は４つのリンクを含むので、４つのＳＩＳＯチャネルを有する。ＳＩＳＯチャネル群は、１つ以上のデータストリームを受信器に伝送するために様々に組み合わせられることが可能である。
【０００８】
図１は一般化されたＭＩＭＯシステムの概念図である。図１において、送信器はＮｔ個の送信アンテナを用いて信号を送信し、受信器はＮｒ個の受信アンテナを用いて送信器からの信号を受信する。送信器と受信器との間の個々のＳＩＳＯチャネルすなわちサブチャネルの特性は、図示のように、Ｈ０，０からＨＮｒ−１，Ｎｔ−１によって表され、これらはチャネル行列又はチャネル応答行列Ｈと呼ばれる行列の項を形成する。“Ｈ０，０”は、送信アンテナ０から受信アンテナ０に信号を伝送することに関するチャネル特性（例えば、チャネル周波数応答）を指し示す。“ＨＮｒ−１，Ｎｔ−１”は、送信アンテナＮｔ−１から受信アンテナＮｒ−１に信号を伝送することに関するチャネル特性を指し示す。その他の項も同様である。受信アンテナは送信器によって個別にアドレス可能ではないので、Ｎｔ個のデータストリームには上限が存在する。
【０００９】
図１において、送信アンテナＮ０乃至ＮＮｔ−１を用いて送信される符号ｘ０乃至ｘＮｔ−１は、送信ベクトルｘを形成する。同様に、受信アンテナＮ０乃至ＮＮｒ−１を用いて受信される受信信号ｙ０乃至ｙＮｒ−１は合わさって受信信号ベクトルｙを形成する。プレコーディング（後述）を用いない場合、ベクトルｙ及びｘは：
ｙ＝Ｈ・ｘ＋ｎ        （１）
という関係を有する。ただし、Ｈはチャネル行列であり、ｎは各受信アンテナにおけるノイズを表す項である。
【００１０】
チャネル行列Ｈは、独立した行又は列の数であるランクを有する。行又は列の一部が相互に依存する（個々のサブチャネル間で相関を示す）とき、ＭＩＭＯチャネルは“不完全ランク”と呼ばれる。その場合、ＭＩＭＯチャネルは、相関のため、最大のデータスループットを提供することができない。
【００１１】
ＭＩＭＯ伝送スキームは、所謂“非適応型”及び“適応型”の構成を含む。非適応型の場合、送信器はチャネル特性に関する如何なる知識をも有さず、従って、送信器は状態（チャネルプロファイル）の変化を考慮しないので、性能が制限される。適応型スキームは、受信器が送信器に情報（チャネル状態情報すなわちＣＳＩ）をフィードバックすること、又はＣＳＩをローカルで取得することにより、変わりゆく状態に送信信号を適応させること、及びデータスループットを最大化することを可能にする。受信器から送信器へのフィードバックパス（図示せず）は、送信器にチャネル特性を通知するフィードバック信号を運ぶ。
【００１２】
アップリンク（移動局から基地局）及びダウンリンク（その逆）が２つの相異なる搬送周波数を用いるＦＤＤ（周波数分割双方向）システムにおいては、閉ループシステムが必要とされる。周波数の変化に起因してアップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルは異なるものとなり、ＣＳＩがフィードバックされる必要がある。ＴＤＤ（時間分割双方向）システムにおいては、アップリンク及びダウンリンクは同一周波数上の２つの隣接タイムスロットで伝送される。この２つのタイムスロットはチャネルの可干渉時間（チャネルが変化しない時間）内であり、チャネル状態情報がフィードバックされる必要はない。送信器は、逆方向リンク上の受信信号からチャネルを評価する。これは、通常、逆方向リンク上で伝送される信号に送信器がパイロット波形又は既知の波形を挿入することによって支援される。
【００１３】
ここで開示する発明は、ＴＤＤシステム及びＦＤＤシステムの何れにも適用可能であり、主としてアップリンクに関係するが、ダウンリンク（すなわち、送信器として動作する基地局から、受信器として動作するそのユーザへの伝送）及びアップリンク（すなわち、送信器として動作するユーザから、受信器として動作するそれらの基地局への伝送）の何れにも関係する。
【００１４】
一般的に、ＭＩＭＯ構成は、送信器の側でプレコーディングすることを伴い、それにより、送信されるデータ符号は各副搬送波、サブチャネル又はサブチャネル群の固有ベクトルを用いて重み付けられる。言い換えると、チャネル状態情報を用いて、送信ベクトルｘがチャネル状態に適応される。これは実効的に、符号が（完全なチャネル状態情報を与えられて）受信器で完全に分離されるように、ＭＩＭＯチャネルを一組の並列ＳＩＳＯチャネルに分解すること、すなわち、固有モード信号伝達を可能にする。なお、チャネル内で使用可能な固有モードは空間モードとも呼ばれる。しかしながら、各周波数帯域又はサブチャネル群のプレコーディングによる重み付けは、絶えず更新される必要がある。この帯域又はサブチャネル群の最適あるいは好適な幅は、ＭＩＭＯチャネルの空間モードの可干渉（コヒーレント）帯域幅に依存する。このコヒーレント帯域幅の計算は、ＯＦＤＭ周波数スペクトル全体にわたってＭＩＭＯチャネル行列から固有値を得ることに基づく。プレコーディングは、処理の複雑性を制限しながら妥当な結果をもたらす線形なもの、又は、より高い複雑性という犠牲を伴うものの最適に近い結果をもたらす非線形なものの何れともし得る。線形プレコーディングの一形態は、後述の所謂“ゼロフォーシング（zero-forcing）”である。
【００１５】
図２は、ＭＩＭＯシステムの構成をより具体的に示している。ＭＩＭＯシステム１は、複数の送信アンテナを有する送信器２と、複数の受信アンテナを有する受信器３とを含んでいる。
【００１６】
送信器２は、Ｎｔ個の送信アンテナを用いて符号０乃至Ｎｔ−１を並列に送信する。符号は、バーティカルエンコーディングと呼ばれるように１つのデータストリームから作り出されることも可能であるし、ホリゾンタルエンコーディングと呼ばれるように相異なるデータストリームから作り出されることも可能である。さらに、各送信符号は、例えば、変調方法がＢＰＳＫの場合には１ビットデータに相当し、変調方法がＱＰＳＫの場合には２ビットデータに相当する。受信器３は、送信装置２から送信された信号をＮｒ個の受信アンテナを用いて受信する。受信器３は、受信した信号から送信符号を再生（regenerate）する信号再生ユニット４を有する。この構成においては、Ｎｔ及びＮｒの最小値に一致する数の空間モードが利用可能である。
【００１７】
図２に矢印で示すように、複数の送信アンテナの各々から送信された信号は、複数の受信アンテナの各々によって受信され、総数でＮｔ×Ｎｒのサブチャネルを生じさせる。言い換えると、送信アンテナ（０）から送信された信号は受信アンテナ（０）乃至（Ｎｒ−１）によって受信され、同様に、送信アンテナ（Ｎｔ−１）から送信された信号も受信アンテナ（０）乃至（Ｎｒ−１）によって受信される。ｉ番目の送信アンテナからｊ番目の受信アンテナへ信号を伝播するサブチャネルの特性は“Ｈｉｊ”で表現され、Ｎｔ×Ｎｒのチャネル行列Ｈを構成する１つの項を形成する。
【００１８】
サブチャネルの特性は実際のデータの伝送に先立って、一般的にパイロット信号を送信することによって測定される。送信器２は先ず、送信アンテナ（０）を用いてパイロット信号を送信する。受信器３は、送信アンテナ（０）から送信されたパイロット信号を、受信アンテナ（０）乃至（Ｎｒ−１）を介して受信する。この場合、パイロット信号の送信電力は前もって決定されるので、受信装置３は、受信アンテナ（０）乃至（Ｎｒ−１）を介して受信した信号の電力、ＳＮＲ等を監視することにより、チャネル行列の第１の行の各成分（Ｈ０，０からＨ０，Ｎｒ−１）を取得する。その後、同様にして、チャネル行列の第２の行から第Ｎｔの行の各成分が、各々の送信アンテナから送信されたパイロット信号を用いて取得される。
【００１９】
ＭＩＭＯシステム１において、符号ｘ（ｘ０乃至ｘＮｔ−１）が送信装置２から送信される場合、受信装置３にて検出される信号ｙ（ｙ０乃至ｙＮｒ−１）は等式（１）によって表現される。故に、ノイズｎが存在しない場合、受信装置３は、チャネル行列Ｈを検出し、チャネル行列Ｈの各成分の信号への影響に相当する逆演算を実行することにより、正確な送信符号を得ることができる。しかしながら、実際にはノイズｎが存在する。また、チャネル行列Ｈを絶対的な精度で決定することはできない。故に、受信器３は、受信信号ｙ及びチャネル行列Ｈから送信符号を推定し、この推定値の誤差を最小化するアルゴリズムを導入する。
【００２０】
背景説明として、図３及び４を参照して、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭの送信器及び受信器を概説する。図３は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信器の概略図である。高速バイナリーデータが符号化（一例として、畳み込み符号）され、インターリーブされ、変調される（例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、６４ＱＡＭ等の変調スキームを用いる）。各送信アンテナに、独立したチャネル符号化器が用いられてもよい。その後、データは並列低速変調データストリームに変換され、該データストリームがＮ個の副搬送波に供給される。各符号化器からの出力は複数の副搬送波上で別々に搬送される。変調された信号はＮポイント逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）によって周波数分割多重される。得られたＯＦＤＭ信号は、Ｄ／Ａ変換器によってアナログ信号に変換され、ＲＦ帯域にアップコンバートされ、そして無線送信される。
【００２１】
図４に概略的に示したＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器において、Ｎｒ個の受信アンテナからの受信信号は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）によってフィルタリングされた後、より低い周波数にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号は、Ａ／Ｄ変換器によって標本化され（すなわち、デジタル信号に変換され）、ガードインターバルが除去される。標本化データはＮポイント高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に供給される。Ｎｒ個の受信アンテナを介して受信された信号は、各々にフーリエ変換が施された後、ＭＩＭＯ信号処理ユニット１１に供給される。ここで、ＭＩＭＯ信号処理ユニット１１は信号再生ユニット４を有し、信号再生ユニット４は、チャネル行列Ｈを用い且つ送信側で適用されたプレコーディングを考慮に入れて、チャネル特性を補償するアルゴリズムを実行する。例えば、他のユーザからの干渉をキャンセルし、それにより周波数ドメインで副搬送波ごとにチャネルを補償するため、後述の“ゼロフォーシング”が用いられる。この例においては、ＭＩＭＯ信号処理ユニット１１の出力はＮｔ個の独立したデータストリームであり、各データストリームは独立に復調され、インターリーブを解かれ、そして復号化される。しかしながら、送信器側で複数のアンテナ上に単一のストリームが多重化されていた場合、すなわち、バーティカルエンコーディングが適用されていた場合、上記出力は単一のデータストリームを形成するように逆多重化されてもよい。
【００２２】
続いて、干渉をキャンセルするためのＭＩＭＯシステムにおけるゼロフォーシング手法を十分に説明する。なお、この技術の良好な参考文献として非特許文献１を挙げることができる。
【００２３】
以上では、単一の送信器が単一の受信器にＭＩＭＯ信号を送信する場合を検討してきた。しかしながら、当然であるが、実際のＭＩＭＯ無線通信システムは、これより遙かに複雑であり、基地局が複数の加入者局に同時にそれぞれのＭＩＭＯチャネル上で送信を行うセルを多数個、相互に隣接させて提供する。実際には、隣接し合うセルは或る程度重なり合っており、１つのセル内の１つの基地局からの送信は、隣接し合うセルの境界部にいるユーザに干渉を生じさせ得る。セルが六角形の格子構成を有する場合、各セルは最大で６個の隣接セルと隣り合わせとなり、特定のユーザへの伝送が２つ以上のその他のセル内で干渉を生じさせることがある。
【００２４】
ＭＩＭＯ及びＯＦＤＭＡは、例えばＩＥＥＥ８０２．１６ｍ（アドバンストＷｉＭＡＸ又はギガビットＷｉＭＡＸとも呼ばれる）に準拠したシステム等の将来の無線通信システムにおいて、高データスループット性能を実現するものと期待されている。しかしながら、上述のマルチユーザ干渉効果は、このようなシステムに期待される性能向上を達成する上で大きな障害となり得る。例えば、特定の周波数／時間資源を用いて１つのＢＳと通信を行う、１つのセルの境界付近のユーザは、同一の周波数／時間資源を用いて別のＢＳによるサービスを受ける、隣接セル内のユーザと干渉を起こすことがある。干渉を抑制するための有望な一手法は、より高い干渉効果を有するユーザ、すなわち、通常はセル境界部のユーザにゼロフォーシング用の空間モードを用いることである。ゼロフォーシングは、送信器からの無線波ビームが、１つ以上の空間モードを犠牲にすることによって、干渉が抑制されるべきユーザの方向でゼロとなるようにする、一種のビーム形成と考えることができる。ゼロフォーシングのために空間モードを用いることに伴う不利益は、ＭＩＭＯ容量の一部が失われることである。
【００２５】
故に、セル容量への影響を最小限にしながら空間モードの一部をゼロフォーシングに使用することができるよう、ＢＳにてユーザを識別するアルゴリズムを開発することが望まれる。セルラー無線ネットワークにおいて、隣接セル内のＭＳが受ける干渉を抑制するために、セル内のＭＳへのダウンリンク伝送時にＢＳにてプレコーディング（ゼロフォーシング）を適用することが知られている。仮にこの発想が直接的にアップリンクに適用されるならば、セル内のＭＳがプレコーディングを行い、また、隣接セル内のＭＳ用のアップリンクチャネルを知る必要がある。しかしながら、これは実用的ではない。従って、アップリンク用のソリューションを提供することが望まれる。
【非特許文献１】Q．H．Spencer等、「Zero  forcing  methods  for  Downlink  Spatial  Multiplexing  in  Multiuser  MIMO  Channels」、２００４年２月、IEEE  Trans.  on  Signal  Processing、第５２巻、第２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明の実施形態は、正味の容量増大をもたらすよう、ポストコーディング（及び、場合によりプレコーディング）用のユーザを選択する技術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】
【００２７】
本発明の第１の態様の一実施形態に従って、ＭＩＭＯシステムにて使用される無線通信方法が提供される。システムは１つ以上の第２のセルに隣接する第１のセルを有し、各セルは基地局によってサービスされ且つ複数の固定加入者局又は移動加入者局を有し、各基地局は自身のセルと自身のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群を有する。当該方法は：特定の第２のセル内の特定の加入者局と第１のセルの基地局との間で生じる干渉を抑制する機会を認識する認識段階；干渉抑制の基礎として、第１のセルの基地局と第１のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群の中の、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択する選択段階；及び第１のセルの基地局が被る干渉を抑制するため、選択されたＭＩＭＯチャネルがアップリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネル上での伝送に、選択されたＭＩＭＯチャネルがダウンリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネルに対応するＭＩＭＯアップリンクチャネル上での伝送に、ポストコーディングを適用する適用段階を有する。
【００２８】
システムは、例えば、地理的領域内のユーザに通信サービスを提供するように地理的に分布されたセル方式の携帯電話ネットワークとし得る。故に、移動加入者局は、例えば、携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末）、パーソナルコンピュータ、又は何らかのその他の固定式あるいは移動式の通信装置とし得る。
【００２９】
１つ以上の第２のセルは、それらが合わさって第１のセルを取り囲むように、第１のセルと隣接していてもよい。個々のユーザがそれにサービスを提供する基地局に通信するためのチャネル群はリンク群と見なしてもよく、例えば、アップリンク及び該アップリンクに対応するダウンリンクである。
【００３０】
当該方法は、第１のセルの基地局と第１のセル内の各加入者局との間のアップリンクＭＩＭＯチャネル群及び／又はダウンリンクＭＩＭＯチャネル群の中から上記のＭＩＭＯチャネルを選択することを有していてもよい。例えば、この選択はアップリンクチャネル群のみから、ダウンリンクチャネル群のみから、あるいはアップリンクチャネル群とダウンリンクチャネル群との双方から、の何れでもよい。
【００３１】
当該方法は好ましくは、ＭＩＭＯチャネル群の各々がどれだけ不完全なランクであるかを評価し、上記の選択をこの評価に基づかせることを有する。これは、例えば、その中で選択が行われるチャネル群の各々に対して、ランクの不完全性の程度を評価することを有する。場合により、例えばチャネル数が多く、その一部のみを評価した方が効率的であり且つそれで十分である場合などには、これらのチャネル群の部分集合のみが評価されてもよい。この部分集合は、例えば、ランクの不完全性の程度が高いことが以前の評価などに基づいて予期されるような部分集合とし得る。
【００３２】
好ましくは、評価されたチャネル群の中で最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルが干渉抑制の基礎として選択される。これは、システムの正味容量への最大の利益をもたらすことになりやすい。
【００３３】
当該方法は、上記の選択に続いて、最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルと、第１のセルの基地局と特定の第２のセル内の特定の加入者局との間のＭＩＭＯチャネルと、の間の相関を検査する段階、及び、この相関が閾値を超える場合に、干渉抑制の対象として、代わりに、次に最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択することを有していてもよい。この検査処理は、システムの正味容量増大又は最良の正味容量増大を達成する可能性を高める助けとなり得る。
【００３４】
不完全なランクのＭＩＭＯチャネルは、各完全なＭＩＭＯチャネル行列の固有値λを求め、最大の固有値λｍの最小の固有値λ１に対する比を測定することによって選択されてもよい。
【００３５】
干渉が部分的にダウンリンク伝送に関連して生じる場合、選択されるチャネルはダウンリンクチャネルとしてもよく、当該方法は、特定の第２のセル内の特定の加入者局が被る干渉を抑制するため、該ダウンリンクチャネル上での伝送にプレコーディングを適用する段階を有していてもよい。斯くして、アップリンク及びダウンリンクの双方に関して、干渉の抑制とともに正味の容量増大を達成することが可能となり得る。
【００３６】
好ましくは、選択されたダウンリンクチャネルに対応するアップリンクチャネルに適用されるポストコーディングは、該選択されたダウンリンクチャネルに適用されたプレコーディングに基づく。例えば、プレコーディングはプレコーディングベクトルＶ０を使用し、ポストコーディングはポストコーディングベクトルＵ０Ｈを使用し、当該方法は、ベクトルＵ０ＨをベクトルＶ０の転置ベクトルであるように設定する段階を有していてもよい。これは、計算上の作業負荷、電力消費及び通信オーバヘッドに関して利益をもたらし得る。
【００３７】
干渉が部分的にダウンリンク伝送に関連して生じ、且つ選択されるチャネルがアップリンクチャネルである場合、当該方法は更に、選択されたアップリンクチャネルに対応するダウンリンクチャネルを選択する段階、及び特定の第２のセル内の特定の加入者局が被る干渉を抑制するため、選択されたダウンリンクチャネルにプレコーディングを適用する段階を有していてもよい。斯くして、アップリンク及びダウンリンクの双方に関して、干渉の抑制とともに正味の容量増大を達成することが可能となり得る。
【００３８】
当該方法は更に、選択されたダウンリンクチャネルに適用されるプレコーディングを、選択されたアップリンクチャネルに適用されたポストコーディングに基づかせる段階を有していてもよい。例えば、プレコーディングはプレコーディングベクトルＶ０を使用し、ポストコーディングはポストコーディングベクトルＵ０Ｈを使用し、当該方法は更に、ベクトルＶ０をベクトルＵ０Ｈの転置ベクトルであるように設定する段階を有していてもよい。これもまた、計算上の作業負荷、電力消費及び通信オーバヘッドに関して利益をもたらし得る。
【００３９】
好ましくは、ポストコーディングされるＭＩＭＯチャネル及び／又はプレコーディングされるＭＩＭＯチャネルに、第１のセルの基地局と特定の第２のセル内の特定の加入者局との間の対応するＭＩＭＯチャネルに割り当てられたのと同一の時間／周波数資源が割り当てられる。一般的に、割当て資源間の重なりが大きいほど、正味の容量増大を達成する可能性が高くなる。しかしながら、重なりが１００％に満たなくても利益が得られることがある。
【００４０】
プレコーディング及び／又はポストコーディングは、場合によって、ゼロフォーシングを含むことが好ましい。プレコーディングの方法はポストコーディングの方法と同一である必要はない。
【００４１】
当該方法は、システムの様々な要素の間で通信を行う段階を有していてもよい。例えば、当該方法は、第２のセル内の加入者局に割り当てられた関連する時間及び周波数の組み合わせを受信する段階を有していてもよく、第１のセル内の基地局はプレコーディング及び／又はポストコーディングに使用されるチャネルに、同一の時間及び周波数の組み合わせを割り当ててもよい。
【００４２】
プレコーディングが使用される場合、当該方法は、第２のセルの基地局から、あるいは第２のセル内の加入者局から受信した要求によって始められてもよい。
【００４３】
不完全なランクのＭＩＭＯチャネルは、各完全なＭＩＭＯチャネル行列の固有値λを求め、最大の固有値λｍの最小の固有値λ１に対する比を測定することによって特定されてもよい。例えば、第１のセル内の加入者局への各ＭＩＭＯチャネルに対して、比の和：λｍ／λ１＋λｍ／λ２＋・・・＋λｍ／λＮｒ２が計算され、最大の和を有するチャネルがプレコーディング用に選択されてもよい。ただし、Ｎｒ２は第２のセル内の上記加入者局によって使用される受信アンテナの数である。認識されるように、アップリンクに関して、すなわち、ポストコーディングに関して、同様の計算が用いられてもよい。
【００４４】
他の一例として、第１のセル内の加入者局への各ＭＩＭＯチャネルに対して、比：λｍ／λＮｒ２が計算され、最大の比を有するチャネルがプレコーディング用に選択されてもよい。ただし、λｍはＭＩＭＯチャネル行列の最大の固有値、Ｎｒ２は第２のセル内の上記加入者局によって使用される受信アンテナの数、λＮｒ２はＮｒ２番目の固有値である。この場合も、認識されるように、アップリンクに関して、すなわち、ポストコーディングに関して、同様の計算が用いられてもよい。
【００４５】
当該方法は、第１のセルの基地局と第２のセル内あるいは相異なる第２のセル群内の複数のユーザとの間の干渉を同時に抑制するように、ポストコーディング及び／又はプレコーディングを適用してもよい。当該方法には、第２のセル又はセル群からの複数の要求が関与してもよい。プレコーディング及び／又はポストコーディングは、第１のセルの基地局と１つ以上の第２のセル内の複数のユーザとの間の干渉を同時に抑制するよう、個々のＭＩＭＯチャネルの１つのみに実行されてもよい。第１のセル内の基地局は、ポストコーディング及び／又はプレコーディングを調整するため、１つ以上の第２のセル内の基地局とメッセージを交換してもよい。同様に、第２のセル内の加入者局、又は１つ以上の第２のセル内の複数の加入者局は、ポストコーディング及び／又はプレコーディングを調整するため、第１のセル及び／又は第２のセルの基地局にメッセージを送信してもよい。
【００４６】
当該方法は、ポストコーディング及び／又はプレコーディングを適用することのＭＩＭＯシステムの正味容量への効果を予測する段階、及び、正味の容量増大が予測された場合にのみ、ポストコーディング及び／又はプレコーディングの適用に進む段階を有していてもよい。
【００４７】
当該方法は、ＯＦＤＭＡに基づく無線通信システムのアップリンクに適用されることができ、必要に応じてダウンリンクにも適用され得る。
【００４８】
本発明の第２の態様の一実施形態に従って、ＭＩＭＯシステムの第１のセル内で使用される基地局が提供される。システムは１つ以上の第２のセルに隣接する第１のセルを有し、各セルは基地局によってサービスされ且つ複数の固定加入者局又は移動加入者局を有し、且つ各基地局は自身と自身のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群を有する。この第２の態様に係る基地局は：特定の第２のセル内の特定の加入者局と当該基地局との間で生じる干渉を抑制する機会を認識する認識手段；干渉抑制の基礎として、当該基地局と当該基地局のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群の中の、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択する選択手段；及び当該基地局が被る干渉を抑制するため、選択されたＭＩＭＯチャネルがアップリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネル上での伝送に、選択されたＭＩＭＯチャネルがダウンリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネルに対応するＭＩＭＯアップリンクチャネル上での伝送に、ポストコーディングを適用する手段を有する。
【００４９】
本発明の第３の態様の一実施形態に従って、複数のセルで構成されたＭＩＭＯ無線通信システムが提供される。各セルは、本発明の上記第２の態様に従った基地局と、該基地局によってサービスされる複数の加入者局とを有する。加入者局の各々は、ダウンリンク上の干渉を検出し、干渉の抑制に関する要求を送信することが可能なように構成され得る。
【００５０】
本発明の第４の態様の一実施形態に従って、無線通信システム内の基地局のプロセッサによって実行されるとき、基地局に本発明の上記第１の態様に従った方法を実行させるソフトウェアが提供される。
【００５１】
本発明の第５の態様の一実施形態に従って、無線通信システム内の基地局のプロセッサによって実行されるとき、基地局を本発明の上記第２の態様に従った基地局にならしめるソフトウェアが提供される。
【００５２】
本発明の第６の態様の一実施形態に従って、ＭＩＭＯシステムの基地局で実行されるとき、１つ以上の第２のセルに隣接する第１のセルを有し、各セルは基地局によってサービスされ且つ複数の固定加入者局又は移動加入者局を有し、各基地局は自身のセルと自身のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群を有するシステムにて使用される無線通信方法であって：特定の第２のセル内の特定の加入者局と第１のセルの基地局との間で生じる干渉を抑制する機会を認識する認識段階；干渉抑制の基礎として、第１のセルの基地局と第１のセル内の各加入者局との間のＭＩＭＯチャネル群の中の、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択する選択段階；及び第１のセルの基地局が被る干渉を抑制するため、選択されたＭＩＭＯチャネルがアップリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネル上での伝送に、選択されたＭＩＭＯチャネルがダウンリンクチャネルである場合には該選択されたＭＩＭＯチャネルに対応するＭＩＭＯアップリンクチャネル上での伝送に、ポストコーディングを適用する適用段階を有する無線通信方法、を実行するように作用するコンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００５３】
故に、本発明の実施形態は、正味の容量増大をもたらすよう、ポストコーディング（及び、場合によりプレコーディング）用のユーザを選択する技術を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
単なる例示として、添付の図面を参照する。
【００５５】
本発明の実施形態を説明する前に、根底にある原理を概説する。
【００５６】
ＭＩＭＯゼロフォーシングの基本的な考え方は以下のように説明され得る。基地局ＢＳＡによってサービスを受けるユーザＡと、隣接セルの境界付近にあり、別の基地局ＢＳＢによってサービスを受ける別のユーザＢとを考える。更なる理解の助けとなるよう、この初期段階にて、図９を簡単に参照する。なお、図９については更に詳細に後述する。便宜上、ユーザＡを“セル内”ユーザと称し、ユーザＢを、物理的にセル境界に位置する必要はないが、隣接セルユーザ又は“セル境界”ユーザと称する。ユーザＡ及びＢの双方が、それぞれ、無線チャネルＨＡＡ及びＨＡＢを介して基地局ＢＳＡに見えており、且つＮｒ１×Ｎｔ及びＮｒ２×Ｎｔ（受信アンテナ数×送信アンテナ数；Ｎｔ＝Ｎｒ１＋Ｎｒ２）のＭＩＭＯシステムを用いる場合、（ＢＳＡから）Ａへの送信データベクトルは、この送信によるユーザＢへの干渉が存在しないように、Ｎｔ×Ｎｒ１のプレコーディング行列Ｖ０でプレコーディングされることが可能である。無線チャネルＨＢの特異ベクトルを（特異値分解を介して）得ることによって、行列Ｖｓが生成される。行列Ｖ０は、Ｎｔ＞Ｎｒ２であるのでゼロ空間まで及ぶ、ＨＢの右側の特異行列Ｖｓの最後の（Ｎｔ−Ｎｒ２）列のベクトルで構成される。これは、数学的表記にて：
［Ｕｓ，Ｄ，Ｖｓ］＝ｓｖｄ（ＨＡＢ）
Ｖｓ＝［Ｖ１Ｖ０］                          （２）
と記述され得る。ただし、Ｕｓは左側の特異行列であり、Ｄは対角要素としてｎ個の特異値を有する対角行列である。
【００５７】
Ｖ０でプレコーディングされたユーザＡに関するＮｒ１×１の受信信号ベクトルｙ（等式１参照）は：
ｙ＝ＨＡＡ・Ｖ０・ｘ＋ｎ        （３）
となる。ただし、ｘはＮｔ×１の送信ベクトルであり、Ｎｒ×１のベクトルｎはノイズの付加を表す。Ｖ０は（Ｎｔ−Ｎｒ２）列を含むので、ＢＳＡからＡへの送信は、プレコーディングの結果として、Ｎｒ１＝（Ｎｔ−Ｎｒ２）個の並列ストリームに制限される。これは、プレコーディング手法が適用されない場合にはＮｔ個（ＡがＮｔ×ＮｔのＭＩＭＯシステムを用いる能力を有する場合）の並列データストリームが可能であることを考えると、容量損失をもたらし得る。しかしながら、実際の損失は、代わりにゼロフォーシングに使用されるＮｒ２個のストリーム上で利用可能であった容量に依存する。また、無線チャネルＨＡＡは、Ａへの効率的なデータ伝送を達成するため、同一基地局からの無線チャネルＨＡＢとは無相関にされる必要がある。すなわち、ユーザＡに強力な信号を供給することは、これがユーザＢによって見られるゼロビームに近いものとなる場合には適切でない。
【００５８】
上述のように、本発明は特に、隣接し合うセルの同一時間／周波数資源の使用による衝突（コリジョン）によってセル内干渉が発生するＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多重接続）に基づくシステムに適用可能である。ユーザＢがサービス中の基地局ＢＳＢのセル境界に接近するとき、ユーザＢは、ユーザＡに同一時間／周波数資源を用いてサービスを提供する隣接セルの基地局ＢＳＡからの有意な干渉に会うことになる。ユーザＢへの干渉はまた、例えばＢＳＡが大電力で送信する場合などには、ユーザＢがセル境界に接近しない場合にも発生し得る。これに対処するための既知の方法は、時間及び／又は周波数のドメインでユーザを分離することであるが、これはシステム容量の低下をもたらすことになる。代わりに、ユーザＢへの干渉が排除されるようにユーザＡに送信される信号を行列Ｖ０でプレコーディングする上述のプレコーディング法を用いることが可能である。これも容量損失を伴う（プレコード行列の効果は送信される符号数を減少させることであるので、より少ないデータがユーザＡによって受信される）ため、この問題を解決することが望まれる。
【００５９】
ここでは、ＢＳＡ内の稼働ユーザをスキャンし、上述の容量損失が最小化され且つユーザＢに提供される干渉抑制の結果として容量が最終的に増大されるようにユーザＡを選択するアルゴリズムを開示する。これは、容量の正味の増大を達成することを可能にする。このアルゴリズムは、最も不完全なランクのチャネルに、すなわち、並列ＭＩＭＯストリームの一部を除去することによる影響が最も小さいユーザに、ゼロフォーシングを適用する。
【００６０】
本発明の実施形態を提示する前に、より十分な本発明の理解の助けとなるよう、ダウンリンクを詳細に検討する。便宜上、以下の説明は“基地局”をダウンリンク送信を実行するものとして参照するが、一般的に、この教示は、中継局を含む無線通信システム内の複数のユーザ、ピアツーピアネットワーク内の加入者局、等々と通信可能な如何なる送信器にも適用され得るものである。従って、用語“基地局”は広く解釈されるべきである。後に焦点がアップリンクに向けられるときにも、用語“基地局”は広く解釈されるべきであり、例えば、無線通信システム内の複数のユーザと通信可能な如何なる受信器にも及ぶものとして解釈される。
【００６１】
正味の容量増大を確保するため、基地局はその稼働ユーザ中の“不完全なランク（rank-deficient）”のＭＩＭＯチャネル（すなわち、構成要素であるＭＩＭＯサブチャネルの２つ以上が相関を有し、故に、ユーザ容量全体に対して小さい容量向上しかもたらさないチャネル）を探索し、最も不完全なランクのチャネルにプレコーディングベクトルを割り当てる。
【００６２】
不完全なランクのチャネルを特定するため、基地局は完全な（absolute）ＭＩＭＯチャネル行列（＊は共役転置を表すとして、Ｈ・Ｈ＊）の固有値を調べ、最大の固有値（λｍ）の最小の固有値（λ１）に対する比を測定する。典型的に、基地局は他の目的（ウォーターフィリング、固有分解など）のためにこれらの固有値を既に計算しているため、追加の処理オーバヘッドは高くない。本発明はまた、受信アンテナ数Ｎｒ１及びＮｒ２は、Ｎｒ１＋Ｎｒ２＝Ｎｔという制約内で、ゼロフォーシングに必要な空間モード数に応じて適応的に選択可能であると仮定する。言い換えると、各加入者局はそのアンテナの１つ以上をオフに切り替えることが可能であるべきである。この要求は、ユーザＡと同一の周波数／時間資源を共有し、故にゼロフォーシングの恩恵を受け得る（複数のセル内の）セル境界ユーザ（必ずしもセル境界に位置しなくてもよい）の数に基づく。ｒ個のセル境界ユーザに同時にゼロフォーシングを適用するためには、ｒ個以上の空間モードが必要である。
【００６３】
一般的に、ゼロフォーシングにｋ個の空間モードが用いられる（すなわち、Ｎｔ−Ｎｒ１＝Ｎｒ２＝ｋ）場合、このアルゴリズムは比の和（λｍ／λ１＋λｍ／λ２＋・・・＋λｍ／λＮｒ２）を計算し、比の和が最大のチャネルをプレコーディングに使用する。ここで、λ２は２番目に小さい固有値であり、λＮｒ２は昇順でＮｒ２番目の固有値である。選択されたチャネルＨＡＡとＨＡＢとの間のチャネル相関の最終検査が実行され、この相関が所定の閾値ρｔｈより小さい場合にプレコーディングが実行される。チャネル相関がρｔｈより大きい場合、この選択は破棄され、固有値の比の和が次に最も高いチャネルが選択される。これは、上述の効率的なデータ伝送の要件のためである。この処理は、ＨＡＡとＨＡＢとの間のチャネル相関がρｔｈ未満であることが見出されるまで繰り返される。２つのベクトルＸとＹとの間の相関ρ（Ｘ，Ｙ）は：
【数１】
2009112001.tif 000003
と定義される。ただし、Ｅ［］は期待値演算子を表し、＊は複素共役を表す。
【００６４】
このアルゴリズムの有効性を検査するため、実際のＭＩＭＯチャネルデータ及びシステムレベルシミュレータにより生成されたＳＩＮＲ（干渉とノイズとの和に対する信号の比）の値を用いて、一組のシミュレーションを行った。ＭＩＭＯチャネルデータは、２つの隣接セルに区分けされることが可能な測定位置をカバーする４×４システムに関するものである。各セルは稼働ユーザと見なし得る１３の測定位置を含む。セル配置を図５に示す。
【００６５】
図５は、実在の地図データに基づく、シミュレーションに用いたセル及びユーザの構成を示している。図５内の実線は相互に隣接する六角形セルのセル境界を表し、丸数字は個々の加入者局すなわちユーザを表す。図５の端部にある細長い三角形はそれぞれのセルの基地局を表す。
【００６６】
シミュレーションでは、隣接セルから最も干渉を受けるユーザとしてセル境界ユーザ（ＢＳＡからユーザ２、及びＢＳＢからユーザ１）を特定した。そして、干渉をゼロにするようにＭＩＭＯプレコーディングを実行した。言い換えると、例示の方法を二回にわたって適用した。ゼロフォーシングを適用するため、元の４×４のＭＩＭＯシステムを４×２のＭＩＭＯシステムに縮小した。故に、干渉をキャンセルするために２つの空間モードを用いた。例示の方法は、プレコーディングが適用され得る不完全なランクのチャネルとしてＢＳＡ内のユーザ３及びＢＳＢ内のユーザ７を特定した。これらのユーザの場合に結果的に生じる容量低下が最小となるからである。上記のセル境界ユーザと選択されたプレコーディングユーザに対し、このプレコーディングアルゴリズムを用いる場合と用いない場合とで、チャネル容量を計算した。ｎ×ｎのＭＩＭＯシステムのチャネル容量は：
【数２】
2009112001.tif 000004
によって与えられる。ただし、Ｉｎは恒等行列であり、Ｈはチャネル行列であり、そしてｎＴは送信される並列データストリーム数である。ＳＩＮＲは基地局からの距離に従ってシステムレベルシミュレータにより選定した。シミュレーションにおいて、セルの半径は１０００ｍと仮定した。システムレベルシミュレータを用いて、最も有意な干渉源を有する場合と有しない場合とのＳＩＮＲを生成した。セル境界ユーザに対し、比較のため、これら２つのＳＩＮＲ値を適用した。ＢＳＢセルのＭＩＭＯ容量の和（セル境界ユーザとプレコーディングされるユーザとの和）に関する累積分布関数（ＣＤＦ）を図６及び７に示す。図６は、選択アルゴリズムを用いたプレコーディングの場合の容量と、プレコーディングなしの４×４システムの場合の容量とを比較している。図７は、ランダムに選択された（シミュレーションの反復ごとに１３ユーザからランダムに選択された）ユーザにプレコーディングを適用した場合と、プレコーディングなしの４×４システムの場合とを比較している。図６及び７の各々において、横座標はゼロフォーシングアルゴリズムにより影響される２つのユーザの容量、すなわち、干渉が抑制されるべきユーザとゼロフォーシングのために１つ以上の空間モードを提供する不完全なランクのユーザの容量を表し、縦座標は全体的な容量向上の確率を表す。
【００６７】
図６及び７は、プレコーディングのランダムな選択に対する、例示のチャネル選択アルゴリズムの利益を明白に示している。提案した選択アルゴリズムは、プレコーディングを用いないシステムに対して、８０％の確率で合計容量の改善（すなわち、正味の容量増大）をもたらしている。しかしながら、ランダムなチャネル選択を用いると、正味の容量増大は３０％の確率でのみ起こり、残りの確率で有意な損失を被る。これらの結果は測定されたチャネルと生成されたＳＩＮＲ値（各ユーザに対して１０００回繰り返した）とに特有なものであるが、例示のアルゴリズムの利益を指し示すものである。
【００６８】
故に、この状況において、システム容量の点から、干渉の抑制に起因して個々のユーザ容量の低下が干渉されるユーザの容量の増大によって補われるので、ゼロフォーシングに不完全なランクのユーザの２つのストリームを使用することは有益であると判断することができる。
【００６９】
この例において各基地局によって実行される方法のフローチャートを図８に示す。
【００７０】
段階Ｓ１にて、隣接セルのユーザ（ユーザＢ）が、基地局ＢＳＡからの伝送によって高い干渉を受けていることを報告する。これは、典型的に、それ自身の基地局ＢＳＢにアップリンク上でメッセージを送信することによって行われる。次に段階Ｓ２にて、基地局ＢＳＡは干渉の通知を、ユーザＢに割り当てられた時間／周波数資源についての情報と共に受信する。これは、この例においては、ＢＳＢからＢＳＡに例えば基幹ネットワーク（有線又は無線）を介して伝達される。このような通知を２つ以上受信した場合（段階Ｓ３）、ＢＳＡは、ゼロフォーシングのために２つ以上の空間モードを犠牲にするかを決定するための正味容量増大の基準（後述）を用いて、これらの通知を順序付け、必要に応じて優先順位を決定する。全体的なデータ容量の損失を最小化するため、上述のように、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルが選択される。これは、その稼働ユーザ（すなわち、それ自身のセル内のユーザ）の各々に対して、上述のように固有値の比又は比の和を計算することを含む。段階Ｓ５にて、最も不完全なランクのチャネルＨＡＡが選択され（この場合、比の和λｍ／λ１＋λｍ／λ２＋・・・＋λｍ／λＮｒ２が最大のチャネルとして決定される）、このチャネルとセル境界ユーザのチャネルＨＡＢとの間の相関が検査される。相関が高すぎる場合（段階Ｓ６でＹｅｓの場合）、段階Ｓ５が繰り返され、不完全なランクの別のチャネルが選択される。
【００７１】
更なる検査（図８の段階Ｓ３に示す）として、基地局は、ゼロフォーシングを実行することにより期待される正味の容量増大、すなわち、干渉の抑制により可能となるユーザＢへのＭＩＭＯチャネルの容量増大から、ユーザＡへの不完全なランクのチャネルの容量損失を差し引いたものを調べることが好ましい。正味の容量増大が見出されない場合、この手順は中止される。この計算を行うため、必ずしも本質的ではないが、基地局がユーザＢにサービスする基地局と情報を交換し、且つ／或いはシステムの中央コントローラから情報を受信することが有益である。その他の場合（段階Ｓ６でＮｏの場合）、ＢＳＢによってセル境界ユーザＢに割り当てられたのと同一の周波数／時間資源をユーザＡに割り当てることを含むゼロフォーシングが実行される。
【００７２】
図８は、１つ以上のセル境界ユーザ（ユーザＢ）への干渉を打ち消す、あるいは抑制するように単一のユーザ（ユーザＡ）にゼロフォーシングを実行するための段階群を示している。このプロセスは、より多くの空間モードを犠牲にして更なるユーザにゼロフォーシングを実行するために繰り返されてもよい。代替的に、単一のセル内ユーザへのゼロフォーシングによって、２つ以上のセル境界ユーザが受ける干渉を抑制することが可能な場合もある。このような２つ以上のセル境界ユーザは、複数の隣接セル内にあってもよく、また、同一の時間／周波数資源を割り当てられてもよい。しかしながら、稼働中の受信器の総数はＮｔすなわち基地局の送信アンテナ数を超えるべきではない。
【００７３】
有効なものとすべく、例示のチャネル選択アルゴリズムは通常、有利にはセル境界ユーザに適用されるべきである。何故なら、セル境界ユーザには干渉の有意な抑制が予期されるからである。他方で、物理的にセル境界に位置しないユーザが他の基地局から有意な干渉を受けることも考えられる。しかしながら、実際には限られた数の不完全なランクのＭＩＭＯチャネルのみが利用可能である可能性が高く、故に、基地局は干渉抑制要求に従って動作することにおいて選択的であることが望ましい。場合により、セル境界ユーザが特定され得ると仮定すると、このような要求をこれらセル境界ユーザに制限することが望まれ、これは、加入者局がセル境界ユーザであるときにのみ要求を発するように加入者局を構成すること、又は基地局がセル境界にあると決定した加入者局からの要求のみを受け入れるように各基地局を構成することによって達成され得る。正味の容量の増大に関する上述の検査は、受け入れられる要求をセル境界ユーザに制限する効果をも有する傾向にある。
【００７４】
さらに、図８のフローチャートは一好適例であり、図示した段階群には以下にまとめるような幾つかの可能な代替策が存在する。
【００７５】
代替的な状況においては、セル境界加入者局は、自身にサービスを提供する局（ＢＳ）に干渉状態を指し示すことに代えて、干渉しているＢＳと直接的に通信を行う。干渉が有意なものであるという事実から、干渉を受けている加入者局はこのＢＳとの通信可能範囲内に位置していると想定することができる。その場合、ゼロ化が適切に実行されるように２つのＢＳが資源の割当てを調整すること、又は加入者局自身が、基幹ネットワーク上での信号伝達を不要とするよう、２つのＢＳ間で仲裁者として問題を解決することの何れかが可能である。複数のセルのユーザが同一の干渉しているＢＳに対して上述のように通信を行う場合、このＢＳは干渉のゼロ化のためにｋ個の空間モードを割り当てることを決定し得る。
【００７６】
固有値の比の和を計算するための一層単純な一手法は、λＮｒ２をＮｒ２番目に小さい固有値として、単純に単一の比λｍ／λＮｒ２を使用することである。これは上述の好適手法ほど正確でないが、より低い処理要件で候補を指し示す代替機構を提供する。
【００７７】
故に、上述の教示は、複数の隣接セルの各々内のユーザがそのセルの基地局によってサービス提供され、基地局がそのセル内の各ユーザにダウンリンク上でそれぞれのＭＩＭＯチャネルを介してデータを送信するＭＩＭＯシステムにおける無線通信方法を提供し得る。この方法は、第１のセルの基地局（ＢＳＡ）が、その他のセルの基地局（ＢＳＢ）又はユーザ（Ｂ）から、当該基地局（ＢＳＡ）が該その他のセル内のユーザに引き起こしている干渉を抑制することに関する１つ以上の要求を受信する段階と；ゼロフォーシングの対象とすべきＭＩＭＯチャネルを選択するため、第１のセル内のユーザへのその伝送リンクの中から不完全なランクのＭＩＭＯチャネル（ＨＡ）を特定する段階と；その他のセル内の少なくとも１つのユーザ（Ｂ）が受ける干渉を抑制するため、選択されたＭＩＭＯチャネル（ＨＡＡ）上での伝送にゼロフォーシングを適用する段階と；を実行することを含む。不完全なランクのＭＩＭＯチャネルは、ゼロフォーシングによってデータ容量全体の減少を最小化するように選択され、これは、チャネル行列の固有値を検査し、その比を計算することによって見出される。また、選択されたチャネル（ＨＡ）とその他のセル内のユーザ（Ｂ）へのチャネル（ＨＢ）との間の相関が検査され、これらのチャネルが閾値を上回る相関量を有する場合、第１のセル内の別のチャネルが代わりに選択される。
【００７８】
マルチユーザの同一チャネル干渉は、第４世代のＯＦＤＭＡに基づく無線システムの潜在的なデータスループットを有意に減少させることが認識されている。これはダウンリンクだけでなくアップリンクにも当てはまる。ＯＦＤＭＡにおいて、同一チャネル干渉は、一般的に、同一の時間／周波数資源を共有する特定のセル外ユーザに由来する。干渉を抑制する有望な一手法は、標的ユーザからの干渉を空間的にゼロにするためにＭＩＭＯ固有ビーム形成を使用することである。しかしながら、干渉のゼロ化にＭＩＭＯ空間モードを使用することは、ＭＩＭＯ容量の一部を喪失し得るという代償を伴う。以上では、本発明を直接的に具現化するものではない（が、本発明の一実施形態の一部としての使用に適した）方法を説明した。その方法においては、ダウンリンクにおいて、干渉の抑制による利益が潜在的な容量損失より大きくなるように（すなわち、正味の容量増大が得られるように）、ＭＩＭＯプレコーディングに使用するユーザを選択することが可能であった。以下では、この分析をアップリンクに拡張し、基地局におけるポストコーディングを用いたＭＩＭＯゼロフォーシングが、セル境界干渉を解消することによって正味の容量増大をもたらすことに、どのように使用され得るかを示す。提案するスキームは、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤシステムにおいて、信号フィードバックに必要なオーバヘッド及び計算の複雑度を最小化するものであるが、チャネルフィードバック情報が利用可能なＯＦＤＭＡ−ＦＤＤシステムにも等しく適用され得るものである。
【００７９】
本発明を具現化する以下の好適手法は、ダウンリンクの実施形態にて詳述したチャネル選択基準を、同一のＳＶＤベクトルを利用するゼロフォーシング・ポストコーディングの形態でアップリンクにも使用する。これはアップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルが相互関係を表すことを意味し、このことがＴＤＤの状況において正当化される。また、ＢＳスケジューラによって、ＡＭＣ副搬送波割当てと同様に、同一の時間・周波数ＯＦＤＭＡ資源がダウンリンク及びアップリンクに割り当てられる。
【００８０】
更なる説明の助けとなるよう、図９を用いて、上述のシステム構成を再び提示する。上述のように、ＢＳＢに接続されたセル境界ユーザＢへの干渉をゼロ化するため、ＢＳＡによって、チャネルＨＡＡがゼロフォーシング・プレコーディングのために選択され得る。ユーザＡの選択は、好ましくは、最大の固有値比（λｍ／λ１＋λｍ／λ２＋・・・＋λｍ／λｎＲ２）に基づく。ただし、λｍは最大の固有値、λ１は最小の固有値、λ２は２番目に小さい固有値、等々である。上述のように、この選択はダウンリンクにおいて正味の容量増大をもたらし得る。ｎＴ×ｎＲ２ＭＩＭＯチャネルＨＡＢのＳＶＤ、及びｎＴ×ｎＲ１ＭＩＭＯチャネルＨＡＡのプレコーディングは、（ダウンリンクに関して）既に等式（２）に示してある。ＨＡＢは、ＢＳＡから干渉を受けるセル境界ユーザＢにＢＳＡを接続するチャネルである。ＨＡＢは正方行列ではないため、その特異値の一部（ｎＲ１）はゼロとなり、対応する特異ベクトルがＨＡＢに乗じられるとき、解はゼロである。大まかに言えば、これが、ＢＳＡからユーザＢへの干渉をゼロ化するためにここで用いられる演算型である。
【００８１】
ＨＡＢのゼロ空間に対応するベクトルＶ０がプレコーディングベクトルとして選択される。Ｖ０を用いてプレコーディングされたユーザＡに関する受信信号ベクトルｙＡは、既に等式（３）に示してある。
【００８２】
ＨＡＡの選択要件はそれがＨＡＢと相関を有さないことであるため、プレコーディングは所望のユーザ信号をゼロ化しない。Ｖ０は（ｎＴ−ｎＲ２）列を含むので、プレコーディングの結果として、ＢＳＡからＡへの伝送はｎＲ１＝（ｎＴ−ｎＲ２）個の並列ストリームに制限される。
【００８３】
（セルＢ内の）ユーザＢに関する受信信号は、従来の固有ビーム形成を実行するためのＦによりプレコーディングされたＢＳＢからの所望信号と、（ユーザＡを対象とした）ＢＳＡからの干渉信号とから構成される。故に、ユーザＢに関する受信信号ｙＢは：
ｙＢ＝ＨＢＢ・Ｆ・ｘＢ＋ＨＡＢ・Ｖ０・ｘＡ＋ｎ        （６）
で示され得る。Ｖ０によるプレコーディングは、項ＨＡＢ・Ｖ０がゼロ化されて干渉をキャンセルすることを保証する。この効果は上述の教示から既に認識されているであろう。
【００８４】
ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ型のアップリンクにおいて、アップリンクにおける時間／周波数ＯＦＤＭＡ資源のユーザＡ及びＢへの割当てがダウンリンクにおいてと同一のままであるとき、チャネルの相互関係は同一のチャネル評価を使用することを可能にする。この状況において、ＢＳＡに関するセル間干渉の主な発生源はユーザＢに由来する。従って、Ｂからの干渉がゼロ化され得るようにＢＳＡにおける受信信号をポストコーディングするために、どのようにして同一のＳＶＤベクトルを使用するかを説明する。
【００８５】
アップリンクにおいてＢＳＡによって見られるユーザＢからのＭＩＭＯチャネルは、［］Ｔが転置演算子を表すとして、ＨＡＢＴとなる。このＭＩＭＯチャネルのＳＶＤは：
［Ｕｒ，Ｄｒ，Ｖｒ］＝ｓｖｄ（ＨＡＢＴ）
Ｕｒ＝［Ｕ１；Ｕ０］                          （７）
と記述される。ＺＨはＺのエルミート置換（Hermitian  transpose）であるとして、ＢＳＡにおける受信信号をＵ０Ｈ（ＨＡＢＴのゼロ空間）でポストコーディングすることは、干渉の項ＨＡＢ・Ｖ０・ｘＡがゼロになることを保証する。故に、ＢＳＡにおける受信信号ｙＢＳＡは：
ｙＢＳＡ＝Ｕ０Ｈ・ＨＡＡＴ・ｘＡ＋Ｕ０Ｈ・ＨＡＢＴ・ｘＢ＋ｎ        （８）
と示され得る。このポストコーディング用の零ベクトルＵ０Ｈは実際にプレコーディング用の零ベクトルＶ０を転置したものであること、すなわち、Ｕ０Ｈ＝Ｖ０Ｔであることを数学的に示すことができる。従って、ＢＳＡにおけるゼロフォーシング処理は、以前に計算された（且つ転置された）ＳＶＤベクトルＶ０Ｔを用いてポストコーディングを簡略化する。ＡＭＣ環境においては、チャネル状態はダウンリンクのサブフレームとアップリンクのサブフレームとで変化せず、故に、ダウンリンクから見積もられたＶ０はアップリンクでも使用可能であると支障なく仮定することができる。
【００８６】
場合により、２つの基地局ＢＳＡ及びＢＳＢには、ＢＳＡにセル境界ユーザＢ及びＨＡＢＴについてのチャネル評価を通知するために協働するよう、幾つかの制約が存在してもよい。しかしながら、代替的に、この情報はＢＳＡによって検出されてもよいし、何らかの中央資源から提供されてもよい。例えば、ユーザＢの信号が強い場合、ＢＳＡはパイロット情報を介してＨＡＢチャネルを検出することができる。しかしながら、ＢＳＡは主としてセルＡ内の自身の稼働ユーザに対応すべきであるので、これは好ましくはＢＳＡの補助的な活動にされる。しかしながら、一般的に、干渉をキャンセルするためのＭＩＭＯスキームは、主な干渉源が隣接セルに由来するとき、隣接するＢＳ群と協働することになる。さらに、ＢＳＡ及びＢＳＢのスケジューラは、好ましくは、ダウンリンク及びアップリンクの双方において、それぞれのユーザＡ及びＢに同一時間／周波数資源を割り当てる。
【００８７】
この制約を幾分緩和するため、基地局は潜在的なセル境界ユーザ｛Ｂ｝とプレコーディング及びポストコーディングに適した不完全なランクのユーザ｛Ａ｝とのリストを管理してもよい。ＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレーム内の別個の区画であっても、好適ユーザの利用可能性に応じて、これらプレコーディング及びポストコーディングの処理に割り当てられることが可能である。また、このスキームは、例えばＶｏＩＰ等、ＤＬ資源及びＵＬ資源が対称的に使用されるアプリケーションを有するユーザに最も適している。ＭＩＭＯプレコーディング及びポストコーディング処理は副搬送波を基礎にして実行されるので、例え時間／周波数資源の一部のみがユーザＡ及びＢに対して同一であっても干渉をキャンセルする効果を有する。しかしながら、その場合には、正味の容量増大は保証されない。Ａ及びＢに対する資源間の重なりが１００％に満たなくても、少なくとも幾らかの利益が得られる可能性がある。
【００８８】
この好適実施形態（以下、“第１好適実施形態”）の主な効果は、複雑性の軽減を意味する、評価されたチャネル情報の効果的な再利用に由来する。ＭＩＭＯチャネルＨＡＢ及びＨＡＢＴは同一の空間固有モードを有するので、ダウンリンクにおけるプレコーディングベクトルＶ０をアップリンクにおけるポストコーディングに再利用することができる。チャネルＨＡＡの容量の増大は干渉の抑制に由来する。また、アップリンクでは、送信アンテナ数がｎＴからｎＲ１に減少し、アンテナ当たりの送信電力を増大させる。これは、アップリンクのＭＩＭＯ容量を更に増大させ得る。容量の改善は、ダウンリンクではチャネルＨＢＢのＳＩＮＲの向上に依存し、アップリンクではチャネルＨＡＡのＳＩＮＲの向上に依存する。
【００８９】
図１０は、本発明の第１好適実施形態にて実行され得る方法段階を詳述するフローチャートである。当然に認識されるように、（図８にて説明された）上述の方法が第１好適実施形態の一部を形成するので、繰り返しとなる説明は省略する。
【００９０】
段階Ｓ１０にて、基地局ＢＳＡは基地局ＢＳＢと協働し、図８の段階Ｓ１−Ｓ６（Ｓ６でＹｅｓの場合）においてのように、ユーザＡ及びＢ、並びにダウンリンクにおけるＭＩＭＯプレコーディングのためのアンテナ割当てを選択する。次に段階Ｓ１１にて、図８の段階Ｓ６（Ｓ６でＮｏの場合）においてのように、ＢＳＢによってセル境界ユーザＢに割り当てられたのと同一の周波数／時間資源をユーザＡに割り当てることを含むゼロフォーシングが実行される。故に、認識されるように、段階Ｓ１０及びＳ１１は図８のフローチャートと等価である。
【００９１】
段階Ｓ１２にて、アップリンクにおいてユーザＡ及びＢに対して、ダウンリンクにおいて段階Ｓ１０及びＳ１１で採用されたのと同様の時間／周波数資源及びアンテナ構成が選択され、これらユーザからデータが送信される。次に段階Ｓ１３にて、ＢＳＡにて受信される伝送をベクトルＵ０Ｈ＝Ｖ０Ｔを用いてポストコーディングすることによって、ゼロフォーシングが実行される。
【００９２】
以上より認識されるように、本発明を（上述のように）ダウンリンクでのＭＩＭＯプレコーディングのみに実施することも可能であるし、ダウンリンクでのＭＩＭＯプレコーディングをアップリンクでのＭＩＭＯポストコーディングとともに実行すること（第１好適実施形態）も可能である。この好適実施形態において、ダウンリンクにて評価されたチャネル情報のアップリンクでの再利用によって、複雑性の有意な削減がもたらされる。
【００９３】
当然に認識されるように、本発明をアップリンクでのＭＩＭＯポストコーディングのみに実施すること（以下、第２好適実施形態）も可能である。すなわち、図８にて説明したのと類似の方法段階を、ダウンリンクと等価なＶ０及び関係Ｕ０Ｈ＝Ｖ０Ｔに頼ることなく、ユーザＡ及びＢを選択し、且つポストコーディングにて使用するベクトルＵ０Ｈを決定するために使用してもよい。すなわち、ベクトルＵ０Ｈは、如何なるダウンリンク計算からも独立して計算されてもよい。実際、第１好適実施形態において、ベクトルＵ０Ｈは同様に、関係Ｕ０Ｈ＝Ｖ０Ｔを利用せずに独立に計算されてもよい。これは、例えばシステムがＯＦＤＭＡ−ＦＤＤシステムである場合など、関係Ｕ０Ｈ＝Ｖ０Ｔを用いるのに必要なチャネル特性が存在しない場合などに有用となり得る。
【００９４】
図１１は、本発明の第２好適実施形態に対応する方法のフローチャートである。この方法は段階Ｓ２０−Ｓ２６を有する。
【００９５】
段階Ｓ２０にて、アップリンク伝送において基地局ＢＳＡは隣接セル内のユーザ（ユーザＢ）から高い干渉を受ける。典型的に、ユーザＢは自身のセル内の基地局（この場合、基地局ＢＳＢ）に接続され、すなわち、該基地局からサービスを受ける。次に段階Ｓ２１にて、基地局ＢＳＡは隣接セル内の基地局ＢＳＢと通信し、不完全なＭＩＭＯランクのユーザＡに割り当てているのと同一の時間／周波数資源を基地局ＢＳＡがユーザＢに割り当てるように要求する。この通信は基幹ネットワーク（有線又は無線）を介して行われてもよい。基地局ＢＳＡは、隣接セル内の２つ以上のユーザから高い干渉を受ける場合、最も高い干渉を生成しているユーザに先ず対処するように活動に優先順位を付けてもよいし、そのようなユーザに同時に対処することができてもよい。
【００９６】
段階Ｓ２２にて、基地局ＢＳＡは、そのセル内の何れのユーザを好ましくはゼロフォーシングであるポストコーディングに使用すべきかを決定する。先と同様に、全体的なデータ容量の損失を最小化するため、上述と同様にして、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルが選択される。これは、上述のように、その稼働ユーザ（それ自身のセル内のユーザ）ごとに固有値の比又は比の和を計算することを含む。この実施形態において、最も不完全なランクのチャネルＨＡＡが選択され（この場合、図１１に示すように、最大の比の和を有するチャネルとして決定される）、このチャネルとセル境界ユーザＢのチャネルＨＡＢとの間の相関が検査される。相関が高すぎる場合（Ｓ２３でＹｅｓの場合）、（段階Ｓ２４を介して）段階Ｓ２２が繰り返され、不完全なランクの別のチャネルが選択される。
【００９７】
当然に認識されるように、段階Ｓ２１は、ユーザＡが適切に特定された時点である段階Ｓ２３とＳ２５との間に実行されてもよい。
【００９８】
次に段階Ｓ２５にて、基地局ＢＳＡ及びＢＳＢは、ユーザＡ及びＢが操作する送信アンテナの数をｎＴＡ＋ｎＴＢ＝ｎＲとなるように決定し、この情報をユーザＡ及びＢに通知する。最後に段階Ｓ２６にて、ユーザＢから受ける干渉がゼロ化されるように、基地局ＢＳＡによって、好ましくはゼロフォーシングであるポストコーディングが、ユーザＡ用のチャネル上でベクトルＵ０Ｈを用いて実行される。
【００９９】
当然に理解されるように、図８に関連して説明した（ダウンリンクに関する）例においては、セル内ユーザＡはプレコーディングのために選択されるが、（アップリンクに関する）第２好適実施形態においては、セル内ユーザＡはポストコーディングのために選択される。何れの場合も、ユーザＡ及びＢの双方を、それらに同一の時間／周波数資源が割り当てられ得るように選択する必要がある。そして、図８の例においては、プレコーディングがＢＳＡ内でユーザＡ用のチャネル上で使用され、第２好適実施形態においては、ポストコーディングがＢＳＡ内でユーザＡ用のチャネル上で使用される。
【０１００】
また、当然に認識されるように、本発明をアップリンクでのＭＩＭＯポストコーディングをダウンリンクでのＭＩＭＯプレコーディングとともに実行すること（第３好適実施形態）も可能である。第３好適実施形態において、関係Ｕ０Ｈ＝Ｖ０Ｔを用いて、アップリンクにて評価されたチャネル情報をダウンリンクで再利用することによって、複雑性の有意な削減がもたらされる。先と同様に、第３好適実施形態において、ベクトルＶ０は、アップリンクにて既に得られたベクトルＵ０Ｈ及び関係Ｕ０Ｈ＝Ｖ０Ｔを利用せずに、独立に計算されてもよい。これは、上述のように、関係Ｕ０Ｈ＝Ｖ０Ｔを用いるのに必要なチャネル特性が存在しない場合などに有用となり得る。
【０１０１】
当然に認識されるように、第１及び第３の好適実施形態は、アップリンク伝送及びダウンリンク伝送の双方を取り扱う点で互いに類似している。ＴＤＤシステムにおいては、関係Ｕ０Ｈ＝Ｖ０Ｔが第３実施形態のように使用され得る。しかしながら、ＦＤＤシステムにおいては、ＢＳＡに関してポストコーディングベクトルＵ０Ｈを決定するために別個のフィードバックが必要とされる。一定の状況において、第１及び第３の実施形態の一方が他方より好ましいものとなることがある。
【０１０２】
図８の例及び第１好適実施形態に関する上述の選択的な手法は、当然ながら、第２及び第３の好適実施形態にも同様に適用される。例えば、第２及び第３の好適実施形態においては、干渉を被っている被干渉基地局は、セル境界加入者局から干渉を受けていることを、該セル境界加入者局にサービス提供する基地局に知らせてもよいが、代替的に、干渉しているセル境界加入者局に直接的に通信してもよい。干渉が有意なものであるという事実から、被干渉基地局はこの干渉しているセル境界加入者局との通信可能範囲内に位置していると想定することができる。その場合、ゼロ化が適切に実行されるように２つのＢＳが資源の割当てを調整すること、又は加入者局自身が、基幹ネットワーク上での信号伝達を不要とするよう、２つのＢＳ間で仲裁者として問題を解決することの何れかが可能である。被干渉基地局が複数のセルの干渉しているユーザに対してこのように通信を行う場合、この被干渉基地局は干渉のゼロ化のためにｋ個の空間モードを割り当てることを決定することができてもよい。これらの選択的な手法は、技術的に実現可能であるが、ＢＳＡがユーザＢに直接的に通信しようとするとき貴重な無線資源を使用する。また、セルラー技術においては、ユーザＢは一般的にそれ自身の基地局ＢＳＢに従属しており、ＢＳＡのみと連携してアンテナ数などを決定することができない。これらの選択的な手法は、セルラーネットワークに対してよりも、ピアツーピアネットワーク又はアドホックネットワークに対して適当であると考え得る場合がある。
【０１０３】
本発明に実施形態は、ハードウェアにて、１つ以上のプロセッサ上で実行されるソフトウェアモジュールとして、あるいは、これらの組み合わせにて実装され得る。すなわち、当業者に認識されるように、実際上、上述の機能の一部又は全てを実現するため、マイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が使用され得る。
【０１０４】
このようなマイクロプロセッサ又はＤＳＰは、無線通信システムの基地局内に存在し得る。中継局を用いる無線通信システムにおいては、より好ましくは、各中継局が本発明に従った方法を実行する機能を含む。各加入者局のプロセッサ又はＤＳＰは、特に、必要に応じて自身のセル外の基地局にメッセージを送信し得るよう、本発明に係る方法に適応されることが必要となる場合がある。また、ピアツーピアネットワーク内の加入者局はそれ自身で本発明に係る方法を実行してもよい。
【０１０５】
本発明はまた、ここで開示した方法の一部又は全てを実行するための１つ以上の装置又は機器用プログラム（例えば、コンピュータプログラム又はコンピュータプログラム製品）として具現化されてもよい。本発明を具現化するプログラムは、コンピュータ読み取り可能媒体に格納されてもよいし、例えば、１つ以上の信号の形態にされてもよい。この信号はインターネットのウェブサイトからダウンロード可能なデータ信号であってもよいし、搬送信号又は何らかのその他の形態で提供されてもよい。
【０１０６】
本発明の実施形態を形成することに有用となるよう、更に以下の項を開示する。例えば、本発明の実施形態を規定するよう、以下の項に含まれる特徴を添付の請求項に含まれる特徴と組み合わせ得る。
（付記１）  互いに隣接する第１のセルと１つ以上の第２のセルとを有するＭＩＭＯシステムにおける無線通信方法であって、各セルは基地局によってサービスされ且つ複数の固定加入者局又は移動加入者局を有し、前記基地局はセル内の各加入者局に対して、それぞれのＭＩＭＯチャネル上の伝送リンクを有し、
前記第１のセルの前記基地局において：
前記第１のセルの前記基地局からの送信によって生じた前記第２のセル内の加入者局への干渉を抑制することに関する要求を、前記第２のセルから受信する受信段階；
プレコーディングの対象とすべきＭＩＭＯチャネルを選択するため、前記第１のセル内における前記基地局から各加入者局への前記伝送リンクの中から、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを特定する特定段階；及び
前記第２のセル内の前記加入者局が受ける干渉を抑制するため、選択されたＭＩＭＯチャネル上での伝送にプレコーディングを適用する適用段階
を有する無線通信方法。
（付記２）  前記特定段階は、前記プレコーディングの対象として、最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択する、付記１記載の無線通信方法。
（付記３）  前記特定段階は、前記最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルと前記第２のセル内の前記加入者局へのＭＩＭＯチャネルとの間の相関を検査し、該相関が閾値を超える場合、前記プレコーディングの対象として、次に最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを選択する、付記２記載の無線通信方法。
（付記４）  前記受信段階は、前記第２のセル内の前記加入者局に割り当てられた時間及び周波数の組み合わせを受信する段階を含み、前記第１のセル内の前記基地局は、同一の時間及び周波数の組み合わせを、前記選択されたＭＩＭＯチャネルに割り当てる、付記１乃至３の何れか一記載の無線通信方法。
（付記５）  前記要求は前記第２のセルの基地局から受信される、付記１乃至４の何れか一記載の無線通信方法。
（付記６）  前記要求は前記第２のセル内の前記加入者局から受信される、付記１乃至４の何れか一記載の無線通信方法。
（付記７）  前記プレコーディングはゼロフォーシングを含む、付記１乃至６の何れか一記載の無線通信方法。
（付記８）  前記特定段階は、各完全なＭＩＭＯチャネル行列の固有値λを求め、且つ最大の固有値λｍの最小の固有値λ１に対する比を計算することによって、不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを特定する、付記１乃至７の何れか一記載の無線通信方法。
（付記９）  前記特定段階は、Ｎｒ２を前記第２のセル内の前記加入者局によって使用される受信アンテナの数として、前記第１のセル内の加入者局への各ＭＩＭＯチャネルに対して、比の和：λｍ／λ１＋λｍ／λ２＋・・・＋λｍ／λＮｒ２を計算し、最大の和を有するチャネルをプレコーディング用に選択する、付記８記載の無線通信方法。
（付記１０）  前記特定段階は、λｍをＭＩＭＯチャネル行列の最大の固有値、Ｎｒ２を前記第２のセル内の前記加入者局によって使用される受信アンテナの数、λＮｒ２をＮｒ２番目の固有値として、前記第１のセル内の加入者局への各ＭＩＭＯチャネルに対して、比：λｍ／λＮｒ２を計算し、最大の比を有するチャネルをプレコーディング用に選択する、付記１乃至７の何れか一記載の無線通信方法。
（付記１１）  前記第２のセルから複数の要求が受信され、当該方法は、前記第２のセル内の複数の加入者局への干渉を同時に抑制するように前記プレコーディングを適用する、付記１乃至１０の何れか一記載の無線通信方法。
（付記１２）  前記第２のセル内の複数の加入者局への干渉を同時に抑制するよう、前記第１のセル内における前記基地局から各加入者局への前記伝送リンクの中の複数のＭＩＭＯチャネルに対して前記特定段階及び前記適用段階が繰り返される、付記１１記載の無線通信方法。
（付記１３）  前記第２のセル内の複数の加入者局への干渉を同時に抑制するよう、選択された１つのＭＩＭＯチャネル上で前記適用段階が実行される、付記１１記載の無線通信方法。
（付記１４）  前記第１のセル内の前記基地局は、前記適用段階を調整するため、前記第２のセル内の前記基地局とメッセージを交換する、付記１乃至１３の何れか一記載の無線通信方法。
（付記１５）  前記第２のセル内の前記加入者局は、前記適用段階を調整するため、前記第１のセル内の前記基地局及び前記第２のセル内の前記基地局にメッセージを送信する、付記６記載の無線通信方法。
（付記１６）  前記特定段階の後に、前記プレコーディングを適用することの前記ＭＩＭＯシステムの正味の容量への効果を予測し、正味の容量増大が予測された場合にのみ、前記適用段階へと進む段階、を更に有する付記１乃至１５の何れか一記載の無線通信方法。
（付記１７）  ＯＦＤＭＡに基づく無線通信システムのダウンリンクに適用される付記１乃至１６の何れか一記載の無線通信方法。
（付記１８）  第１のセル内のユーザにそれぞれのＭＩＭＯチャネル上でデータを伝送するセル方式の無線通信システムに使用される基地局であって、前記第１のセルは１つ以上のその他のセルに隣接し、当該基地局は、
前記第１のセルの外側から受信した要求に応答して、前記第１のセル内のユーザのうちの１つへの送信を、該送信により発生されて前記その他のセル内の１つ以上のユーザが被る干渉を抑制するようプレコーディングするため、前記ＭＩＭＯチャネルを構成するサブチャネル群の間に相関が存在するかに基づいて、当該基地局のユーザのうちの１つへのＭＩＭＯチャネルをプレコーディング用に選択するよう構成されている、基地局。
（付記１９）  前記プレコーディングはゼロフォーシングである、付記１８記載の基地局。
（付記２０）  前記プレコーディングを実行することによる前記第１のセル及び前記その他のセルへの正味の容量の増大を計算し、正味の容量の増大が存在しない場合には前記要求を無視するよう更に構成されている付記１８又は１９記載の基地局。
（付記２１）  当該基地局のセル内のユーザにデータを伝送するための前記ＭＩＭＯチャネルの中の不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを探索することによって、プレコーディング用のＭＩＭＯチャネルを選択するよう構成されている付記１８乃至２０の何れか一記載の基地局。
（付記２２）  最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルにプレコーディング行列を適用するよう構成されている付記２１記載の基地局。
（付記２３）  各ＭＩＭＯチャネル行列の固有値を検査することによって、前記最も不完全なランクのＭＩＭＯチャネルを特定するよう構成されている付記２２記載の基地局。
（付記２４）  プレコーディング用に選択されたＭＩＭＯチャネルと、前記その他のセル内の前記１つ以上のユーザへの伝送用の各ＭＩＭＯチャネルとの間の相関の存在を検査するよう更に構成されている付記１８乃至２３の何れか一記載の基地局。
（付記２５）  前記プレコーディングにて使用するため、前記その他のセルのうちの少なくとも１つ内の基地局又はユーザから情報を受信するよう更に構成されている付記１８乃至２４の何れか一記載の基地局。
（付記２６）  複数のセルで構成されたＭＩＭＯ無線通信システムであって、各セルは、付記１８乃至２５の何れか一記載の基地局と、該基地局によってサービスされる複数の加入者局とを有し、前記加入者局の各々は、前記基地局からのダウンリンク上の干渉を検出するよう構成され且つ干渉の抑制に関する要求を送信するよう動作可能である、無線通信システム。
（付記２７）  各加入者局は自身のセルの前記基地局に前記要求を送信するよう構成されている、付記２６記載の無線通信システム。
（付記２８）  各加入者局は前記複数のセルのうちの自身のセルとは別の１つのセルの前記基地局に前記要求を送信するよう構成されている、付記２６記載の無線通信システム。
（付記２９）  ＭＩＭＯセル方式ネットワークの加入者局であって：
当該加入者局自身のセルの基地局からのＭＩＭＯ伝送を受信する複数のアンテナ；
前記ネットワークの別のセルの基地局からの干渉を検出する手段；
前記干渉をゼロ化するための要求を送信する手段；及び
基地局からの要求に従って、使用するアンテナ群を適応的に選択する手段
を有する加入者局。
（付記３０）  無線通信システム内の基地局のプロセッサによって実行されるとき、付記１８乃至２５の何れか一記載の基地局を提供するプログラム。
（付記３１）  無線通信システム内の加入者局のプロセッサによって実行されるとき、付記２９記載の加入者局を提供するプログラム。
【０１０７】
この出願は、２００７年１０月１９日に出願された英国特許出願第０７２０５５９．４号に基づく優先権を主張するものであり、この英国特許出願の全内容をこの出願に援用する。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】ＭＩＭＯ通信チャネルを示す概念図である。
【図２】ＭＩＭＯチャネルを介して通信する送信器及び受信器を示す概略図である。
【図３】ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信器を示す概略図である。
【図４】ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信器を示す概略図である。
【図５】シミュレーションに用いたセル及びユーザの構成を例示する図である。
【図６】選択アルゴリズムの一例を用いて達成された、シミュレーションによるＭＩＭＯチャネル容量を示すグラフである。
【図７】ランダムなチャネル選択に関する、シミュレーションによるＭＩＭＯチャネル容量を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態の一部として使用するＭＩＭＯプレコーディング用のチャネル選択アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図９】本発明を具現化する通信システムを示す概略図である。
【図１０】本発明を具現化するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１１】本発明を具現化する更なるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０９】
ＢＳＡ、ＢＳＢ    基地局
Ａ、Ｂ    加入者局（ユーザ）
ＨＡＡ、ＨＡＢ、ＨＢＢ    ＭＩＭＯチャネル
【図１】
2009112001.tif 000005
【図２】
2009112001.tif 000006
【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】
2009112001.tif 000011
【図８】
2009112001.tif 000012
【図９】
2009112001.tif 000013
【図１０】
2009112001.tif 000014
【図１１】
2009112001.tif 000015
【外国語明細書】
2009112001000001.pdf