JP6934534B2 - 空間分割多重化の方法および装置 - Google Patents

Description

本公開は通信技術分野に関するものであって、特に、空間分割多重化の方法および装置に関するものである。

多入力多出力（Multiple-input, Multiple-output，MIMO）はロングタームエボリューション（Long Term Evolution，LTE）と第五世代移動通信技術（5th generation，5G）において公認の重要な技術の一つであり、該技術は周波数効率を大幅に向上させ、無線ネットワークの容量を大幅に向上させることができる。多入力多出力は大規模なアンテナ配置によりビームフォーミングの助けを借りて、アンテナローブをより細かく制御することができる。

多入力多出力マルチユーザ通信システムのダウンリンクにおいて、送信端がチャネル状態特性を取得すると、プリコーディングを行って、受信と送信を共同処理することで良好な通信性能を取得できる。プリコーディングは、チャンネル状態情報が既知の場合に、送信する信号を送信端で前処理を行うものであり、受信機が信号検知を行いやすくなる。線形プリコーディングはプリコーディング技術において比較的簡単なプリコーディング方法であって、選択された符号化基準の相違によってゼロフォーシング（Zero Forcing，ZF）に基づいた線形プリコーディングと、最小平均二乗誤差（Minimum Mean Square Error，MMSE）に基づいた線形プリコーディングの二種類に分けることができる。ゼロフォーシングに基づいた線形プリコーディングの原理および実現方法は比較的簡単であるが、処理過程において大きいノイズを急激に出す恐れがあり、システムの性能に影響を与えることがある。最小平均二乗誤差に基づいた線形プリコーディングの目標は、受信信号と送信データとの間の平均二乗誤差を最小にし、性能を安定させるということであるが、実現することは相対的に複雑である。

多入力多出力システムの空間分割ユーザ数の変化が不定であり、様々な可能なユーザ数の状況に対して設計の最適化を行う必要がある。異なる空間分割ユーザ数の案を統一できれば、システムの複雑性を大幅に低減することができる。

以下は本文を詳細に記述する主題の概述である。本概述は請求項の請求範囲を制限するものではない。

本公開の実施例は、空間分割多重化の方法および装置を提供し、数が変化し不定の空間分割ユーザに対し、様々な可能なユーザ数に適したプリコーディング案を実現する。

本公開の実施例によれば、
空間分割ユーザチャネル応答行列に対し共役乗算を行い、共役乗算行列を得ることと、
前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得、前記拡張行列を逆演算して前記拡張行列の逆行列を得ることと、
前記逆行列の要素のうち空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得ることと、
を備える空間分割多重化の方法を提供する。

例示的実施例においては、前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得ることは、
前記空間分割ユーザチャネル応答行列と直交する仮想ユーザチャネル応答行列を構成することと、
前記仮想ユーザチャネル応答行列を用いて前記共役乗算行列を拡張し、拡張行列を得ることと、
を備える。

例示的実施例においては、前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得ることは、ゼロ行列と単位行列を用いて前記共役乗算行列を拡張し、拡張行列を得ることを備える。
例示的実施例においては、前記逆行列における空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得ることは、
空間分割ユーザに対応する要素を前記逆行列から取り出して、ゼロフォーシングアルゴリズムを用いて、取り出した空間分割ユーザに対応する要素に対し演算を行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得ることを備える。

例示的実施例においては、当該方法は、
有用信号を前記空間分割ユーザへ送信することを更に備え、
前記有用信号は、前記空間分割ユーザプリコーディング行列を用いて送信対象信号に対し前処理を行うことをさらに備える。

本公開の実施例によれば、空間分割ユーザチャネル応答行列に対し共役乗算を行い、共役乗算行列を得るように設けられた演算モジュールと、
前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得、前記拡張行列を逆演算して前記拡張行列の逆行列を得るように設けられた拡張モジュールと、
前記逆行列の要素のうち空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得るように設けられたコーディングモジュールと、
を備える空間分割多重化の装置を提供する。

例示的実施例においては、前記拡張モジュールは、前記空間分割ユーザチャネル応答行列と直交する仮想ユーザチャネル応答行列を構成し、前記仮想ユーザチャネル応答行列を用いて、前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得るように設けられる。

例示的実施例においては、前記拡張モジュールは、ゼロ行列と単位行列を用いて、前記共役乗算行列を拡張し、拡張行列を得るように設けられる。

例示的実施例においては、前記コーディングモジュールは、空間分割ユーザに対応する要素を前記逆行列から取り出して、ゼロフォーシングアルゴリズムを用いて、取り出した、空間分割ユーザに対応する要素に対し演算を行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得るように設けられる。

例示的実施例においては、前記装置は、前記空間分割ユーザプリコーディング行列を用いて送信対象信号に対し前処理を行った有用信号を、前記空間分割ユーザへ送信するように設けられた送信モジュールを更に備える。

本公開の実施例によれば、コンピュータ実行可能な命令が記憶され、前記コンピュータ実行可能な命令はプロセッサによって実行されるときに上記空間分割多重化の方法を実現するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。

本公開の実施例が提供する技術案は、拡張行列に対し逆演算を行い、空間分割ユーザ数の異なるプリコーディング案を統一し、システムの複雑性を低減し、通信システムの機能を向上させることができる、という有益な効果を有する。

図面と詳細な記述を閲読し理解すれば、その他の形態を理解できる。

図1は本公開の実施例が提供する、空間分割多重化の方法の第1のフローチャートである。 図2は本公開の実施例が提供する、空間分割多重化の装置の第1のブロック図である。 図3は本公開の実施例が提供する、空間分割多重化を行う方法の第2のフローチャートである。 図4は本公開の実施例が提供する、空間分割多重化を行う装置の第2のブロック図である。

以下、図面を組み合わせて本公開の例示的実施例について詳細に説明するが、以下に説明する例示的実施例は、本公開を説明および解釈するものにすぎず、本公開を限定するためのものではないと理解されたい。

図1は本公開の実施例が提供する空間分割多重化の方法の第1のフローチャートであって、図1に示すように、以下のステップを備える。

ステップS101：空間分割ユーザチャネル応答行列に対し共役乗算を行い、共役乗算行列を得る。

ステップS101は、アップリンクおよびダウンリンクチャネルの互換性を用いて空間分割ユーザのチャネル応答行列を取得した後に、空間分割ユーザのチャネル応答行列を該行列の共役と乗算して共役乗算行列を得ることを含む。

ステップS102：前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得、前記拡張行列を逆演算して前記拡張行列の逆行列を得る。

ステップS102で拡張行列を得る方法は以下の二種類を備える。

1. 前記空間分割ユーザチャネル応答行列と直交する仮想ユーザチャネル応答行列を構成し、そして、前記仮想ユーザチャネル応答行列を用いて前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得る。

2. ゼロ行列と単位行列を用いて前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得る。

ステップS103：前記逆行列における空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得る。

ステップS103は、空間分割ユーザに対応する要素を、ステップS102から得た逆行列から取り出して、ゼロフォーシングアルゴリズムを用いて、取り出した空間分割ユーザに対応する要素に対し対応する演算を行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得ることを備える。

ステップS103を実行した後に、前記プリコーディング行列を用いて送信対象信号に対し前処理を行って有用信号を得て、これを空間分割ユーザへ送信し、またその他のユーザを干渉しないように、帰零信号を、その他のユーザへ送信する。

当業者が理解できるように、上記実施例方法における全部または一部のステップを実現することは、関連のハードウェアをプログラムが指示することによって完成でき、前記プログラムは、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ができ、該プログラムを実行する時、ステップS101〜ステップS103を含む。そのうち、前記記憶媒体は、ROM/RAM、磁気ディスク、光ディスク、Uディスクなどであって良い。

図2は本公開の実施例が提供する空間分割多重化の装置の第1のブロック図であって、図2に示すように、
空間分割ユーザチャネル応答行列に対し共役乗算を行い、共役乗算行列を得るように設けられた演算モジュール21と、
前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得、前記拡張行列を逆演算して前記拡張行列の逆行列を得るように設けられた拡張モジュール22と、
前記逆行列における空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得るように設けられたコーディングモジュール23と、を備える。

前記装置は、
前記プリコーディング行列を用いて送信対象信号に対し前処理を行った有用信号を、前記空間分割ユーザへ送信し、帰零信号を、その他のユーザへ送信するように設けられた送信モジュール24を更に備える。

演算モジュール21は、アップリンクおよびダウンリンクチャネルの互換性を用いて空間分割ユーザのチャネル応答行列を取得した後に、空間分割ユーザチャネル応答行列に対し共役乗算を行い、共役乗算行列を得るように設けられる。拡張モジュール22は、前記空間分割ユーザチャネル応答行列と直交する仮想ユーザチャネル応答行列を構成し、前記仮想ユーザチャネル応答行列を用いて、前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得るか、或いは、ゼロ行列と単位行列を用いて、前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得て、該拡張モジュールの逆行列を求めるように設けられる。前記プリコーディング行列を用いて送信対象信号に対し前処理を行って有用信号を得るとともに、送信モジュール24でこれを空間分割ユーザへ送信すると同時に、送信モジュール24でその他のユーザへ帰零信号を送信できるように、コーディングモジュール23は、空間分割ユーザに対応する要素を当該逆行列から取り出して、ゼロフォーシングアルゴリズムを用いて、取り出した、空間分割ユーザ対応する要素に対し演算を行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得るように設けられる。

本公開が提供する空間分割多重化の方法及び装置は通信システムに応用し、例えば、基地局のベースバンドユニット（Building Baseband Unit，BBU）に応用することができ、デジタル信号処理（Digital Signal Processing，DSP）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field−Programmable Gate Array，FPGA）などの制御モジュールによって実現され、通信システムの機能を高める。

図3は、本公開の実施例が提供する、空間分割多重化を行う方法の第2のフローチャートであって、図3に示すように、通常、以下の4つのステップを備える。

ステップS301：空間分割ユーザのチャンネル応答を推定する。

時分割多重（Time Division Duplexing，TDD）システムのアップリンク及びダウンリンクのチャンネルの互換性を用いて、ダウンリンク空間分割ユーザのチャンネル応答Hは検知信号（Sounding）のチャンネル応答によって取得することができる。

ステップS302：共役乗算した空間分割ユーザチャンネル応答行列を拡張し、拡張した行列に対し逆演算を行う。

以下の二種類の拡張方法がある。

第一種類の拡張方法：仮想ユーザのチャンネル応答Fを構成し、仮想ユーザのチャンネル応答を空間分割ユーザチャンネル応答と直行させる。仮想ユーザのチャンネル応答を空間分割ユーザチャンネル応答に加え、これにより空間分割ユーザチャンネル応答Hを共役乗算した後の行列ＨＨ^Ｈを拡張した後の行列は、以下の通りとなる。

同時に伝送するデータストリームがnデータストリームからmデータストリームに拡張された場合、仮想ユーザのチャンネル応答Fに対応するデータストリーム数は(n-m)となる。そして、拡張した行列に対し逆演算を行う。

二種類目の拡張方法：空間分割ユーザチャンネル応答Hを共役乗算した後の行列ＨＨ^Ｈを拡張し、ＨＨ^Ｈを拡張した行列は以下の通りである。

nデータストリームからmデータストリームに拡張された場合、Iは(m-n)*(m-n)次元単位行列であって、0はn*(m-n)次元ゼロ行列である。そして、拡張した行列に対し逆演算を行う。

ステップS303：逆演算の結果である行列における空間分割ユーザに対応する要素を求める。

ステップS302によって逆演算を求めた結果である行列（即ち、拡張行列の逆行列）を取得することができる。nデータストリームからmデータストリームに拡張された場合、逆演算を求める結果である行列の前n行前n列はＨＨ^Ｈ _ｎとなる。

ステップS304：ゼロフォーシングアルゴリズムによって空間分割ユーザプリコーディング行列を取得する。

ゼロフォーシングアルゴリズムは信号（即ち、前記プリコーディング行列を用いて送信対象信号に対し前処理を行った後に得る有用信号）を対象ユーザへ送信し、帰零信号をその他のユーザへ送信し、こうすればその他のユーザは対象ユーザに干渉されることはない。

そのうち、ユーザコーディング行列は下式によって取得する。

つまり、本公開の実施例の空間分割多重化の方法では、まず、空間分割ユーザのチャンネル応答を推定し、次に、共役乗算した空間分割ユーザチャンネル応答の行列を拡張し、拡張した行列に対し逆演算を行い、そして、逆演算を求めた結果である行列における空間分割ユーザに対応する要素を求め、最後に、ゼロフォーシングアルゴリズムによって空間分割ユーザプリコーディング行列を取得する。

当業者が理解できるように、上記実施例方法における全部または一部のステップを実現することは、関連のハードウェアをプログラムが指示することによって完成でき、前記プログラムは、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ができ、該プログラムを実行する時、ステップS301〜ステップS304を含む。そのうち、前記記憶媒体は、ROM/RAM、磁気ディスク、光ディスク、Uディスクなどであって良い。

二種類目の拡張方法を例として、以下の2つの実例によって詳細に説明する。

1. 2データストリームから8データストリームに拡張された場合、具体的な実施の形態は以下の通りである。

ステップ1：空間分割ユーザのチャンネル応答を推定する。

TDDアップリンク及びダウンリンクチャンネルの互換性を用いて、ダウンリンク空間分割ユーザのチャンネル応答HはSoundingのチャンネル応答によって取得することができる。

ステップ2：共役乗算した空間分割ユーザチャンネル応答の行列を拡張し、拡張した行列に対し逆演算を行う。

空間分割ユーザチャンネル応答Hを共役乗算した後の行列ＨＨ^Ｈを拡張し、ＨＨ^Ｈを拡張した行列は以下の通りである。

Iは6*6次元単位行列であって、0は2*6次元ゼロ行列である。そして、拡張した行列に対し逆演算を行う。

ステップ3：逆演算を求めた結果である行列における空間分割ユーザに対応する要素を求める。

ステップ2によって逆演算を求めた結果である行列を取得することができる。逆演算を求めた結果である行列の前2行前2列はＨＨ^Ｈ _２となる。

ステップ4：ゼロフォーシングアルゴリズムによって空間分割ユーザプリコーディング行列を取得する。ゼロフォーシングアルゴリズムは信号を対象ユーザへ送信し、その他のユーザへは帰零信号を送信し、こうすればその他のユーザは対象ユーザに干渉されることはない。そのうち、ユーザコーディング行列は下式によって取得する。

2. 4データストリームから8データストリームに拡張された場合、具体的な実施の形態2は以下の通りである。

ステップ1：空間分割ユーザのチャンネル応答を推定する。

TDDアップリンク及びダウンリンクチャンネルの互換性を用いて、ダウンリンク空間分割ユーザのチャンネル応答HはSoundingのチャンネル応答によって取得することができる。

ステップ2：共役乗算した空間分割ユーザチャンネル応答の行列を拡張し、拡張した行列に対し逆演算を行う。

空間分割ユーザチャンネル応答Hを共役乗算した後の行列ＨＨ^Ｈを拡張し、ＨＨ^Ｈを拡張した行列は以下の通りである。

Iは4*4次元単位行列であって、0は4*4次元ゼロ行列である。そして、拡張した行列に対し逆演算を行う。

ステップ3：逆演算を求めた結果である行列における空間分割ユーザに対応する要素を求める。

ステップ2によって逆演算を求めた結果である行列を取得することができる。逆演算を求めた結果である行列の前4行前4列はＨＨ^Ｈ _４となる。

ステップ4：ゼロフォーシングアルゴリズムによって空間分割ユーザプリコーディング行列を取得する。

ゼロフォーシングアルゴリズムは信号を対象ユーザへ送信し、その他のユーザへは帰零信号を送信し、こうすればその他のユーザは対象ユーザに干渉されることはない。そのうち、ユーザコーディング行列は下式によって取得する。

図4は本公開の実施例が提供する、空間分割多重化を行う装置の第2のブロック図であって、例えば、図4に示すように、通常、チャネル推定モジュール41、行列拡張モジュール42（図2の演算モジュール21と拡張モジュール22の機能を実現する）、行列取得モジュール43（図2のコーディングモジュール23の、要素を求める機能を実現する）、重み取得モジュール44（図2のコーディングモジュール23の、空間分割ユーザプリコーディング行列を取得する機能を実現する）の4つのモジュールを備える。

チャネル推定モジュール41は、空間分割ユーザのチャンネル応答を推定するように設けられる。

行列拡張モジュール42は、共役乗算した空間分割ユーザチャンネル応答の行列を拡張し、拡張した行列に対し逆演算を行うように設けられる。

行列取得モジュール43は、逆演算の結果である行列における空間分割ユーザに対応する要素を求めるように設けられる。

重み取得モジュール44は、ゼロフォーシングアルゴリズムによって空間分割ユーザプリコーディング行列を取得するように設けられる。

本公開の実施例が提供する、データ検索に基づいてイベント手掛かりを探索する別の装置は、
空間分割ユーザチャネル応答行列に対し共役乗算を行い、共役乗算行列を得、前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得、前記拡張行列を逆演算して前記拡張行列の逆行列を得、前記逆行列における空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得るプロセッサと、
前記プロセッサと接続され、それに前記プロセッサの実行するプログラムが記憶されたメモリとを備える。

以上から、本公開の実施例は、本公開に記載の空間分割多重化の方法及び装置は、異なる空間分割ユーザのフォーミング案を、仮想ユーザを構成する方法により統一することによって、システム実現の複雑度を低減することができる、という技術効果を有する。

当業者が理解できるように、上文で公開されている方法中の全てまたは一部のステップ、システム、装置における機能モジュール/ユニットは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアおよびその適当な組み合わせにより実施して良い。ハードウェアの実施の形態において、以上の記述で言及されている機能モジュール/ユニットの間の区分けは物理コンポーネントの区分けに対応するとは限らず、例えば、1つの物理コンポーネントが複数の機能を有するか、或いは、1つの機能またはステップが若干の物理コンポーネントによって共同して実行されても良い。一部のコンポーネントまたは全てのコンポーネントは、プロセッサ、例えば、デジタル信号プロセッサまたはマイクロプロセッサによって実行されるソフトウェアによって実施されるか、或いはハードウェアにより実施されるか、或いは集積回路、例えば、専用集積回路により実施されても良い。このようなソフトウェアは、コンピュータ記憶媒体（または非一時的媒体）と通信媒体（または一時的媒体）を含むことができるコンピュータ可読媒体上に分布されて良い。当業者に公知のように、コンピュータ記憶媒体という用語は情報（例えば、コンピュータ可読命令、データ構成、プログラムモジュールまたはその他のデータ）を記憶する任意の方法または技術で実施された揮発性及び不揮発性、リムーバブルおよび非リムーバブル媒体を含んで良い。コンピュータ記憶媒体は、RAM、ROM、EEPROM、フラッシュメモリまたはその他のメモリ技術、CD-ROM、デジタル複合ディスク（DVD）またはその他の光ディスクメモリ、磁気ボックス、磁気テープ、磁気ディスクメモリやその他の磁気記憶装置、または、所望の情報を記憶でき、かつコンピュータがアクセス可能なその他の媒体を含むが、これらに限定されることはない。この他、通信媒体は、通常、コンピュータ可読命令、データ構成、プログラムモジュールまたは例えば、キャリアまたはその他の伝送メカニズムといった変調データ信号におけるその他のデータを含むことができ、かつ、任意の情報配信媒体を含むことができることは当業者にとって公知のことである。

上文で本公開について詳しく説明したが、本公開は、これに限定されるものではなく、当業者は本公開の原理に基づいて様々な変更を行うことができる。よって、本公開原理に従ってなした補正は何れも本公開の請求範囲と見なされる。

本公開に記載の空間分割多重化の方法および装置を採用して、システムの複雑性を低減し、通信システムの機能を向上させることができる。

Claims (11)

1. 空間分割ユーザチャネル応答行列に対し共役乗算を行い、共役乗算行列を得ることと、
   前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得、前記拡張行列を逆演算して前記拡張行列の逆行列を得ることと、
   前記逆行列の要素のうち空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得ることと、
   を備える空間分割多重化の方法。
2. 前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得ることは、
   前記空間分割ユーザチャネル応答行列と直交する仮想ユーザチャネル応答行列を構成することと、
   前記仮想ユーザチャネル応答行列を用いて前記共役乗算行列を拡張し、拡張行列を得ることと、
   を備える請求項１に記載の方法。
3. 前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得ることは、
   ゼロ行列と単位行列を用いて前記共役乗算行列を拡張し、拡張行列を得ることを備える請求項１に記載の方法。
4. 前記逆行列における空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得ることは、
   空間分割ユーザに対応する要素を前記逆行列から取り出して、ゼロフォーシングアルゴリズムを用いて、取り出した空間分割ユーザに対応する要素に対し演算を行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得ることを備える請求項２または３に記載の方法。
5. 有用信号を前記空間分割ユーザへ送信することを更に備え、
   前記有用信号は、前記空間分割ユーザプリコーディング行列を用いて送信対象信号に対し前処理を行ったものである請求項４に記載の方法。
6. 空間分割ユーザチャネル応答行列に対し共役乗算を行い、共役乗算行列を得るように設けられた演算モジュールと、
   前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得、前記拡張行列を逆演算して前記拡張行列の逆行列を得るように設けられた拡張モジュールと、
   前記逆行列の要素のうち空間分割ユーザに対応する要素に対しエンコードを行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得るように設けられたコーディングモジュールと、
   を備える空間分割多重化の装置。
7. 前記拡張モジュールは、前記空間分割ユーザチャネル応答行列と直交する仮想ユーザチャネル応答行列を構成し、前記仮想ユーザチャネル応答行列を用いて、前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得るように設けられた請求項６に記載の装置。
8. 前記拡張モジュールは、ゼロ行列と単位行列を用いて、前記共役乗算行列を拡張して拡張行列を得るように設けられた請求項６に記載の装置。
9. 前記コーディングモジュールは、空間分割ユーザに対応する要素を前記逆行列から取り出して、ゼロフォーシングアルゴリズムを用いて、取り出した空間分割ユーザに対応する要素に対し演算を行い、空間分割ユーザプリコーディング行列を得るように設けられた請求項７または８に記載の装置。
10. 前記空間分割ユーザプリコーディング行列を用いて送信対象信号に対し前処理を行った有用信号を、前記空間分割ユーザへ送信するように設けられた送信モジュールを更に備える請求項９に記載の装置。
11. コンピュータ実行可能な命令が記憶され、前記コンピュータ実行可能な命令がプロセッサによって実行されるときに請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法を実現するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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