JP2013537023A - 電力割り振り及び/又は送信アーキテクチャを使用して、ブラインド干渉アラインメントと通信するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一実施形態の当該システムは複数の受信機を備え、複数の受信機の各々が、複数のアンテナモードで動作可能である単一の無線周波数(RF)チェーンを有するマルチモードアンテナを有し、各受信機が、所定の方法で複数のアンテナモード間で変わる。このシステムは、クラスタベースの送信を行うための複数の基地局を含み、複数の基地局の各々が1つ又は複数の送信機を有し、1つ又は複数の送信機が、送信アンテナを有し、ブラインド干渉アラインメント方式(BIA方式)を使用して複数の受信機における受信機のうち1つ又は複数と通信するように動作可能であり、また、複数の基地局が、クラスタパターンに従って、異なる時間に異なるクラスタにグループ化される。
【選択図】なし
Description
[0001]本特許出願は、2010年9月2日に出願した「A Method to Deploy Efficient Blind Interference Alignment Using a Combination of Power Allocation and Transmission Architecture」という名称の対応する米国特許仮出願第61/379668号の優先権を主張し、これを参照により組み込むものである。
・所与のユーザ向けのいかなるNt次元シンボルも、Nt個のスロットによって送信されること。
・これらのNt個のスロット中に、そのユーザのアンテナ切り替えパターンは、ユーザがすべてのそのNt個のアンテナモードを通して(それにより、Nt次元空間内で)そのシンボルを観察するので、そのシンボルを復号できることを保証すること。
・対照的に、残りのユーザのアンテナ切り替えパターンは、このNt次元シンボルの送信が残りのユーザの受信機に1次元の影を落とすのみであるようなものであること。これは、これらの受信機の各々が、Nt次元シンボルのすべてが送信される同じアンテナモードを使用することを保証することによって、達成される。
[0028]本発明の実施形態は、セルラー環境における改善されたBIA送信のための技術を含む。1つのそのような技術は、送信スロットごとの電力、又は、送信シンボルのブロックごとの電力を調整して、基礎をなすBIA技術自体の性能を向上させることを含む。別の技術は、局の各クラスタにわたる送信に基づくアーキテクチャシナリオで、BIAを展開することである。そのような展開により、所与のBIA方式の所与の送信シンボルのセット(送信ストリーム)が、基地局(BS)の各クラスタにわたって搬送される。これにより、ストリームの動作SNR及びSINRがさらに増大し、BIA性能を向上させる。
[0031]本明細書に記載の技術の理解を助けるために、元のBIA方式のいくつかの部分を以下で説明する、元のBIA方式は当業者に周知であることに留意されたい。情報については、C. Wang他による著書「Aiming Perfectly in the Dark−Blind Interference Alignment through Staggered Antenna Switching」、2010年2月(以下「Wang」という)を参照されたい。簡単にするために、後続の説明では、変数MがNtの代わりに使用される。
・合同で協調的な方法で、各端末における受信アンテナを循環すること、及び
・M個の送信アンテナによって、すべてのユーザシンボルを系統的に送信し、各ユーザがユーザ自身のシンボルのみを含む(雑音内であるが、他のユーザシンボルからの干渉はない)測定値を選び出すことができるようにすること。
を送出し、但し、
は、ユーザkのための有用な情報を搬送するシンボルを表す。すべてのユーザにわたって、合計NK個のそのようなMベクトルがある。
は、M次元量であり、但し、各次元は、OFDMシンボルのブロックを表す。簡単にするために、
の各次元は、単に「シンボル」にすぎないと仮定する。
L=N(M+K−1)
が、M個の送信アンテナと、k番目のユーザのm番目の受信アンテナモードと間の1×Mチャネルベクトルを示すとする(但し、あるユーザのm番目のアンテナモードは、そのユーザのための単一のRFチェーンでm番目の受信アンテナモードを使用することに対応する)。
a[k]=[a[k](1) a[k](2) … a[k](L)]
a[1]=[1 2 1], a[2]=[1 1 2] (式2)
は、2つの雑音項(ユーザ1のためのスロット1及び3からのもの、並びに、ユーザ2のためのスロット1及び2からのもの)の和を表すことに留意されたい。したがって、干渉除去及びそのような雑音の独立により、
の電力は、
の2倍の大きさである。これが意味することは、BIA方式は干渉の除去及びDoFの増大においてよい特性を有するが、この雑音強調(noise enhancement)により、低SNR(又は、低SINR)ユーザにとって、性能の低下を有する可能性があるということである。
[0061]BIA方式を改善するため、例1の式4及び式5の
の定義を、直接考えることができる。雑音強調の問題は、ストリームのアラインメント処理のために生じる。また、式1から、x(1)上で送信されたタイプ1のtブロックが、2つのストリームの和を送信中であることに留意されたい。ストリームが同じ電力を有する場合、これは、x(1)を送信するために必要とされる電力が、x(2)又はx(3)を送信するために必要とされる電力の2倍であることを意味する。
には、すべての送信において等しい電力が与えられるので、干渉のアラインメント(除去)には、受信機における受信信号のそのままの(スケールされていない)差が必要である。したがって、K=M=2である式4のアラインメントでは、アラインメントされたストリームの1次元の雑音成分は、本質的に電力が2倍になる。この問題は、M及びKが増すと共に、ますます悪化する。
の相対スケーリング係数が、ブロック1に適用される。さらに、式1の場合のように、3個のスロットにわたって同じ電力を維持するために、
の追加のスケーリングが必要とされる。その結果は、すべての送信スロット(送信ブロック)が等電力ストリームs[k]にわたって同じ予想電力を有する、新しいベクトルvである。
又は、同等に、以下を考えることができる。
2≦n≦K+1について、x(n)=u[n−1] (11)
[0075]一実施形態では、BIAを採用する無線通信システムは、クラスタ送信を含む。そのようなシステムでは、基地局が、クラスタパターンに従って、時間−周波数平面内で異なるリソース要素にわたって異なるクラスタにグループ化される。例えば、クラスタパターンは、第1の周波数帯域上で使用される第1のクラスタパターン、及び、第2の異なる周波数帯域上で使用される第2のクラスタパターンを含んでもよい。別法として、クラスタパターンは、第1のタイムスロット内で使用される第1のクラスタパターン、及び、第2の異なるタイムスロット内で使用される第2のクラスタパターンを含んでもよい。これは、同じ又は異なる周波数帯域によるものでありうる。またさらに、クラスタパターンは、第1のコードによる送信のために使用される第1のクラスタパターン、及び、第2の異なるコードによる送信のために使用される第2のクラスタパターンを含んでもよい。上記の実施形態では、2つのクラスタパターンのみを示すが、3つ以上のクラスタパターン(例えば、3つ、4つなど)を含めて使用できることは明らかになるであろうことに留意されたい。
a.「セル中心」ユーザと呼ばれる、送信側の基地局(BS)の付近のユーザ、及び
b.「セル端」ユーザと呼ばれる、セルの端の付近、又は、2つ以上のBSからほぼ等距離であるユーザ。
は、ユーザkのためのi番目の符号化されていないデータパケットを指し、MCSは、使用される変調/符号化方式を指し、BIAは、(送信のために符号化シンボルを正しく結合するために必要とされる算術演算)を指す。したがって、各々は、合同で設計されるが、別々に動作する、それ自体のコード、変調及びBIA方式を有する。1つのセルのアンテナを2つのセル間で分割することによって、各局はここで、単一のアンテナ(Nt=1)を有する。具体的には、各局(アンテナ)は、独立したデータパケット及び独立した符号化ストリームを使用して動作することができ、各局のストリームは互いに干渉せず、その理由は、各局が互いのゼロフォーシングを行うように、合同で設計されるためである。これは、ネットワークMIMOにおいてよく行われるような、LZFBなど、従来のMU−MIMO技術の、クラスタへの適用とは異なる。LZFBでは、ビーム形成ベクトルによって決定された、必要なプリコーディングを適用するために、共通符号化ストリームが局間で共有されなければならない。さらに、CSIR及びCSITオーバーヘッドを反映するいくつかの条件下で、BIAは、実際には、クラスタ動作においてLZFBより性能がすぐれている可能性がある。
を受信する。ユーザストリームの各々は、別のBIAエンコードユニット701によって受信される。BIAエンコードユニット701は、別のコードを使用して、ユーザごとのBIAエンコードを行う。BIAエンコーダ7011〜701Kの各々の出力は、基地局−ユーザ固有の電力割り振りブロック703に入力される。基地局−ユーザ固有の電力割り振りブロック703で、各BIAエンコードされたストリームが、上記のようなスケーリング係数でスケールされる。一実施形態では、このスケーリング係数は、基地局コントローラによって提供される。スケールされた、BIAエンコードされたストリームは、当技術分野で周知の方法で、コンバイナ704を使用して結合される。その後、結合された、BIAエンコード且つスケールされたストリームは、アラインメントブロック電力割り振りユニット705から、オプションのアラインメントブロック電力割り振りを受け、アラインメントブロック電力割り振りユニット705は、上記のように、結合された、BIAエンコード且つスケールされたデータストリームに、スケーリング係数を適用する。一実施形態では、スケーリング係数は、基地局によってローカルで選択される。別の実施形態では、スケーリング係数は、BSの外側に存在し、且つ、場合によっては、複数の基地局にわたって複数のBSスケーリング係数を制御する、基地局コントローラによって提供される。一実施形態では、アラインメントブロック電力割り振りユニット705は、スケーリング係数μ1(n)を適用するミキサを備える。アラインメントブロック電力割り振りユニット705からのスケールされたユーザデータ出力は、OFDMスロットへのマッピング、及び、OFDM送信機706を介した送信を受け、OFDM送信機706は、データをアンテナ707において無線で送信する。
を受信する。ユーザストリームの各々は、別のBIAエンコードユニット711によって受信される。BIAエンコードユニット711は、別のコードを使用して、ユーザごとのBIAエンコードを行う。BIAエンコーダ7111〜711Kの各々の出力は、基地局−ユーザ固有の電力割り振りブロック713に入力される。上記のように、基地局−ユーザ固有の電力割り振りブロック713で、各BIAエンコードされたストリームが、上記のようなスケーリング係数でスケールされる。一実施形態では、このスケーリング係数は、基地局コントローラによって提供される。スケールされた、BIAエンコードされたストリームは、当技術分野で周知の方法で、コンバイナ714を使用して結合される。その後、結合された、BIAエンコード且つスケールされたストリームは、アラインメントブロック電力割り振りユニット715から、オプションのアラインメントブロック電力割り振りを受け、アラインメントブロック電力割り振りユニット715は、上記のように、結合された、BIAエンコード且つスケールされたデータストリームに、スケーリング係数を適用する。一実施形態では、スケーリング係数は、基地局においてローカルで選択される。別の実施形態では、スケーリング係数は、基地局コントローラによって提供される。一実施形態では、アラインメントブロック電力割り振りユニット715は、スケーリング係数μ1(n)を適用するミキサを備える。アラインメントブロック電力割り振りユニット715からのスケールされたユーザデータ出力は、OFDMスロットへのマッピング、及び、OFDM送信機716を介した送信を受け、OFDM送信機716は、データをアンテナ717において無線で送出する。これらのストリームは、基地局の各々による、OFDMスロットへの共通マッピングを受ける。
(3/2の平方根)のスケーリング係数を第1のユーザストリームに適用し、
(1/2の平方根)のスケーリング係数を第2のユーザストリームに適用し、統一スケーリング係数(unity scaling factor)(1)を第3のユーザストリームに適用する。その後、これらのストリームは結合され、アラインメントブロック電力割り振り、OFDMスロットへのマッピング、及び、次いで送信を受ける。同様に、基地局2は、BIAエンコードを3個の符号化ユーザストリームに対して行い、
(3/2の平方根)のスケーリング係数を第1のユーザストリームに適用し、
(1/2の平方根)のスケーリング係数を第2のユーザストリームに適用し、統一スケーリング係数を第3のユーザストリームに適用する。その後、これらのストリームは結合され、アラインメントブロック電力割り振り、OFDMスロットへのマッピング、及び、送信を受ける。基地局ごとの平均送信電力は、3つのユーザ送信に割り振られたスロットにわたって同じであることに留意されたい。しかし、基地局1からのユーザ1のための符号化ストリームは、基地局2からのユーザの符号化ストリームの送信電力の3倍で送信されるが、基地局1からのユーザ2のための符号化ストリームは、基地局2からのユーザの符号化ストリームの送信電力の1/3で送信される。また、2つの基地局から送信されたユーザ3のストリームは、等しい電力を有する。
Claims (25)
- 複数の受信機であって、各受信機が、複数のアンテナモードで動作可能である単一の無線周波数(RF)チェーンを有するマルチモードアンテナを有し、各受信機が、所定の受信機固有の方法で前記複数のアンテナモード間で変わる、当該複数の受信機と、
クラスタベースの送信を行うための複数の基地局であって、各基地局が1つ又は複数の送信機を有し、前記1つ又は複数の送信機が、送信アンテナを有し且つブラインド干渉アラインメント方式(BIA方式)を使用して前記複数の受信機のうち1つ以上の受信機と通信するように動作可能である、当該複数の基地局と、
を備え、
前記複数の基地局が、複数のクラスタパターンに従って、時間−周波数平面内で異なるリソース要素にわたって異なるクラスタにグループ化される、
無線通信システム。 - 前記クラスタパターンが、第1の周波数帯域上で使用される第1のクラスタパターン、及び、前記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域上で使用される第2のクラスタパターンを備える、請求項1に記載の無線通信システム。
- 前記クラスタパターンが、第1のタイムスロット内で使用される第1のクラスタパターン、及び、前記第1のタイムスロットとは異なる第2のタイムスロット内で使用される第2のクラスタパターンを備える、請求項1に記載の無線通信システム。
- 前記複数の送信機のうちの送信機が、前記BIA方式におけるアラインメントブロックに応じて、送信ストリームの送信電力を個々に調整する、請求項1に記載の無線通信システム。
- 当該送信機のうち少なくとも1つが、少なくとも1つの送信の送信電力を増減させて、異なるスロット内のストリームが同じ電力を有するようにする、請求項4に記載の無線通信システム。
- 当該送信機のうち少なくとも1つが、前記BIA方式で送信されている送信フレームに関連付けられた送信電力を減らし、そのとき、単一のシンボルの送信を含む他のフレームの送信に対して、複数のユーザ向けの複数のシンボルが同時に送信され、また、前記複数のシンボルの各々が、異なるユーザ向けである、請求項4に記載の無線通信システム。
- 当該送信機のうち少なくとも1つが、送信スロットごとの送信電力を調整する、請求項4に記載の無線通信システム。
- 当該送信機のうち少なくとも1つが、シンボルのブロックごとの送信電力を調整する、請求項4に記載の無線通信システム。
- アラインメントブロック1内でユーザシンボルを送信するために使用される電力とアラインメントブロック2内の対応する電力との比が、ユーザのうち少なくとも1人のための値1とは異なる所与の値に等しくなるように、当該アラインメントブロック1内でユーザシンボルを送信するために使用される電力、およびアラインメントブロック2内の対応する電力が選択される、請求項4に記載の無線通信システム。
- 前記複数の基地局のうち少なくとも第1のものから送信されている各ユーザストリームが、クラスタ内の第2の基地局から送信されている各ユーザストリームから独立して、前記第1の基地局により符号化され、但し、前記第1及び第2の基地局の両方にわたって操作される共通BIAコードは除外される、請求項1に記載の無線通信システム。
- 異なる基地局におけるアンテナから送信される、ユーザのためのストリームが、異なる電力で送信される、請求項1に記載の無線通信システム。
- 複数の受信機及び複数の基地局を有する無線通信システムにおいて通信するための方法であり、前記複数の受信機の各々が、複数のアンテナモードで動作可能である単一の無線周波数(RF)チェーンを有するマルチモードアンテナを有し、さらに、前記複数の基地局の各々が1つ又は複数の送信機を有し、前記1つ又は複数の送信機が、送信アンテナを有し且つブラインド干渉アラインメント方式(BIA方式)を使用して前記複数の受信機のうち1つ以上の受信機と通信するように動作可能である、当該方法であって、
当該方法が、
前記複数の受信機が所定の受信機固有の方法で前記複数のアンテナモード間で変わる間に、前記複数の基地局とのクラスタベースの送信を行って、ブラインド干渉アラインメント方式(BIA方式)を使用して、無線信号を前記複数の受信機へ送信するステップ、
を含み、
当該ステップは、
基地局を、クラスタパターンに従って、時間−周波数平面内で異なるリソース要素にわたって異なるクラスタにグループ化するサブステップ、
を含む、
当該方法。 - 前記クラスタパターンが、第1の周波数帯域上で使用される第1のクラスタパターン、及び、前記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域上で使用される第2のクラスタパターンを備える、請求項12に記載の方法。
- 前記クラスタパターンが、第1のタイムスロット内で使用される第1のクラスタパターン、及び、前記第1のタイムスロットとは異なる第2のタイムスロット内で使用される第2のクラスタパターンを備える、請求項12に記載の方法。
- 当該方法は、
アラインメントブロックに応じて、送信機の送信電力を個々に調整するステップ、
をさらに含む、請求項12に記載の方法。 - 前記送信機の送信電力を個々に調整するステップが、
前記送信機のうち少なくとも1つによって、少なくとも1つの送信の送信電力を増減させて、異なるスロット内のストリームが同じ電力を有するようにするサブステップ、
を含む、請求項15に記載の方法。 - 前記送信機の送信電力を個々に調整するステップが、
前記送信機のうち少なくとも1つによって、前記BIA方式で送信されている送信フレームに関連付けられた送信電力を減らし、そのとき、単一のシンボルの送信を含む他のフレームの送信に対して、複数のユーザ向けの複数のシンボルが同時に送信されるサブステップ、
を含む、請求項15に記載の方法。 - 前記送信機の送信電力を個々に調整するステップが、
前記送信機のうち少なくとも1つによって、送信スロットごとの送信電力を調整するサブステップ、
を含む、請求項15に記載の方法。 - 前記送信機の送信電力を個々に調整するステップが、
前記送信機のうち少なくとも1つによって、シンボルのブロックごとの送信電力を調整するサブステップ、
を含む、請求項15に記載の方法。 - 複数の受信機であって、各受信機が、複数のアンテナモードで動作可能である単一の無線周波数(RF)チェーンを有するマルチモードアンテナを有し、各受信機が、所定の受信機固有の方法で前記複数のアンテナモード間で変わる、当該複数の受信機と、
送信を行うための複数の基地局であって、各基地局が1つ又は複数の送信機を有し、前記1つ又は複数の送信機が、合計少なくとも2つの送信アンテナを操作し且つブラインド干渉アラインメント方式(BIA方式)を使用して前記複数の受信機のうち1つ以上の受信機と通信するように動作可能であり、基地局内の各送信機が、チャネル状態情報を使用せずに前記受信機のうち1つ又は複数向けのデータに基づいてストリームを生成し、ただ1つのアンテナのみが所与のタイムスロット中に各受信機においてアクティブである、当該複数の基地局と、
を備え、
前記複数の基地局の各々が、BIAエンコードされたユーザストリームのシンボルの送信電力を調整するための電力割り振りユニット、を備える、
無線通信システム。 - 前記電力割り振りユニットが、
シンボルのブロックごとの前記送信電力を調整するように動作可能な、基地局−ユーザ固有の電力割り振りユニット、
を備える、請求項20に記載の無線通信システム。 - 前記電力割り振りユニットが、
前記BIA方式で送信されている送信フレームに関連付けられた送信電力を減らすように動作可能な、基地局−ユーザ固有の電力割り振りユニット、
を備え、
単一のシンボルの送信を含む他のフレームの送信に対して、複数のユーザ向けの複数のシンボルが同時に送信され、また、前記複数のシンボルの各々が、異なるユーザ向けである、請求項20に記載の無線通信システム。 - 前記電力割り振りユニットが、
アラインメントブロックに応じて、送信ストリームの送信電力を個々に調整するように動作可能なアラインメントブロック電力割り振りユニット、
を備える、請求項20に記載の無線通信システム。 - アラインメントブロック1内でユーザシンボルを送信するために使用される電力とアラインメントブロック2内の対応する電力との比が、ユーザのうち少なくとも1人のための値1とは異なる所与の値に等しくなるように、当該アラインメントブロック1内でユーザシンボルを送信するために使用される電力、およびアラインメントブロック2内の対応する電力が選択される、請求項23に記載の無線通信システム。
- 前記電力割り振りユニットが、
BIAエンコードされたユーザストリームの組み合わせの送信電力をスケールして、異なるスロット内の送信のために生成された各組み合わせが同じ電力を有するようにするように動作可能なアラインメントブロック電力割り振りユニット、
を備える、請求項20に記載の無線通信システム。
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