特許 6388710 空間干渉アライメントを用いたマルチセルネットワークでの無線全２重スケーリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6388710

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】空間干渉アライメントを用いたマルチセルネットワークでの無線全２重スケーリング

(51)【国際特許分類】

   H04L 5/02 20060101AFI20180903BHJP

   H04W 72/08 20090101ALI20180903BHJP

   H04W 16/28 20090101ALI20180903BHJP

   H04B 7/0413 20170101ALI20180903BHJP

【ＦＩ】

   H04L5/02

   H04W72/08

   H04W16/28 130

   H04B7/0413

【請求項の数】20

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2017-507945(P2017-507945)

(86)(22)【出願日】2015年7月29日

(65)【公表番号】特表2017-519459(P2017-519459A)

(43)【公表日】2017年7月13日

(86)【国際出願番号】US2015042564

(87)【国際公開番号】WO2016018968

(87)【国際公開日】20160204

【審査請求日】2016年10月25日

(31)【優先権主張番号】62/030,271

(32)【優先日】2014年7月29日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/811,268

(32)【優先日】2015年7月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504080663

【氏名又は名称】エヌイーシー ラボラトリーズ アメリカ インク

【氏名又は名称原語表記】ＮＥＣ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ａｍｅｒｉｃａ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】ホジャステポウル、 モハンマド

(72)【発明者】

【氏名】サンダレサン、 カルシケヤン

(72)【発明者】

【氏名】ランガラジャン、 サンパス

【審査官】 太田 龍一

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１６９２３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０００３２７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ ５／０２

Ｈ０４Ｂ ７／０４１３

Ｈ０４Ｗ １６／２８

Ｈ０４Ｗ ７２／０８

Ｈ０４Ｊ ９９／００

Ｈ０４Ｂ ７／０２−７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にする方法であって、
クライアントセレクタによって、複数のクライアントを選択することであって、前記複数のクライアントが、前記マルチセル全２重通信システムの各セルにおいて、複数のデータストリームを介して、信号を送信するように構成された複数のアップリンククライアントと、信号を受信するように構成された複数のダウンリンククライアントとを備えていることと、
空間干渉アライナによって、干渉データストリームに空間干渉アライメントを行い、自セル内のダウンリンククライアントと隣接セル内のダウンリンククライアントとに向かうアップリンククライアントの前記干渉データストリームを整えることとを含み、
前記空間干渉アライメントを行うことは、受信ノードが受信ノード毎の自由度以下の複数のデータストリームからデータストリームを受信し、かつ、送信ノードが送信ノード毎の自由度以下の複数のデータストリームからデータストリームを送信するように、通信ノード毎の自由度を決定することを含む、方法。

【請求項2】

前記複数のクライアントのそれぞれで、複数のアンテナが利用可能である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記マルチセル全２重通信システムが、複数の協調アクセスポイントを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記空間干渉アライメントを実行することが、スケーラブルな多重化利得を提供し、前記スケーラブルな多重化利得が、各クライアントの自由度または空間ディメンションを表す、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

空間干渉アライメントを実行することが、いくつかのリンクがノードに入射し、かつ、ノード毎の自由度の数がノードでのアンテナの数以下となるように、干渉グラフのバランスのとれた向きを使用することを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

空間干渉アライメントを実行することが、
プリコーダを使用して、前記複数のアップリンククライアントで信号をプリコーディングして、プリコーディングされた信号を生成することと、
受信フィルタを使用して、前記複数のダウンリンククライアントで前記プリコーディングされた信号をフィルタリングすることと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記複数のアップリンククライアントと前記複数のダウンリンククライアントとの間でチャネル状態情報を取得して、前記プリコーダおよび前記受信フィルタを適切に選択することをさらに含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記複数のアップリンククライアントおよび前記複数のダウンリンククライアントが、半２重クライアントである、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記セル内およびセル間の干渉が、アップリンク／ダウンリンク干渉を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記複数のアップリンククライアントと前記複数のダウンリンククライアントとの間の負荷率パラメータが使用され、前記負荷率パラメータが前記ダウンリンククライアントとアップリンククライアントの間のトラフィックの比に対応する、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にする干渉アライメントシステムであって、
複数のクライアントを選択するように構成されたクライアントセレクタであって、前記複数のクライアントが、前記マルチセル全２重通信システムの各セルにおいて、複数のデータストリームを介して、信号を送信するように構成された複数のアップリンククライアントと、信号を受信するように構成された複数のダウンリンククライアントとを備えるクライアントセレクタと、
ハードウェアプロセッサを使用して、干渉データストリームに空間干渉アライメントを行い、自セル内のダウンリンククライアントと隣接セル内のダウンリンククライアントとに向かうアップリンククライアントの前記干渉データストリームを整えるように構成された空間干渉アライナと、を有し、
前記空間干渉アライメントは、受信ノードが受信ノード毎の自由度以下の複数のデータストリームからデータストリームを受信し、かつ、送信ノードが送信ノード毎の自由度以下の複数のデータストリームからデータストリームを送信するように、通信ノード毎の自由度を決定することを含む、干渉アライメントシステム。

【請求項12】

前記空間干渉アライナが、空間干渉アライメントを実行して、スケーラブルな多重化利得を提供するように構成され、前記スケーラブルな多重化利得が、各クライアントの自由度または空間ディメンションを表す、請求項１１に記載の干渉アライメントシステム。

【請求項13】

前記空間干渉アライナが、いくつかのリンクがノードに入射し、かつ、ノード毎の自由度の数がノードでのアンテナの数以下となるように、干渉グラフのバランスのとれた向きを使用して、干渉データストリームに空間干渉アライメントを実行するように構成される、請求項１２に記載の干渉アライメントシステム。

【請求項14】

プリコーダを使用して前記複数のアップリンククライアントで信号をプリコーディングし、プリコーディングされた信号を提供し、
受信フィルタを使用して、前記複数のダウンリンククライアントで、前記プリコーディングされた信号をフィルタリングし、
前記複数のアップリンククライアントと前記複数のダウンリンククライアントとの間で、前記チャネル状態情報判定器からチャネル状態情報を受信して、前記プリコーダおよび前記受信フィルタを適切に選択するように構成されたプリコーダを、さらに有する、請求項１１に記載の干渉アライメントシステム。

【請求項15】

前記複数のアップリンククライアントと前記複数のダウンリンククライアントとの間でチャネル状態情報を取得するように構成されたチャネル状態情報推定器を、さらに有する、請求項１４に記載の干渉アライメントシステム。

【請求項16】

複数のアンテナを介して前記複数のアップリンククライアントで前記複数のダウンリンククライアントに信号を送信するように構成された送信機と、
前記複数のアンテナを介して前記複数のダウンリンククライアントで信号を受信するように構成された受信機と、をさらに有する、請求項１１に記載の干渉アライメントシステム。

【請求項17】

無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にする処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記処理が、
クライアントセレクタによって、前記マルチセル全２重通信システムの各セル内の複数のクライアントを選択することであって、前記複数のクライアントが、複数のデータストリームを介して、信号を送信するように構成された複数のアップリンククライアントと、信号を受信するように構成された複数のダウンリンククライアントとを備えていることと、
空間干渉アライナによって、干渉データストリームに空間干渉アライメントを行い、自セル内のダウンリンククライアントと隣接セル内のダウンリンククライアントとに向かうアップリンククライアントの前記干渉データストリームを整えることとを含み、
前記空間干渉アライメントを行うことは、受信ノードが受信ノード毎の自由度以下の複数のデータストリームからデータストリームを受信し、かつ、送信ノードが送信ノード毎の自由度以下の複数のデータストリームからデータストリームを送信するように、通信ノード毎の自由度を決定することを含む、プログラム。

【請求項18】

前記空間干渉アライメントを実行することが、スケーラブルな多重化利得を提供し、前記スケーラブルな多重化利得が、各クライアントの自由度または空間ディメンションを表す、請求項１７記載のプログラム。

【請求項19】

空間干渉アライメントを実行することが、
プリコーダを使用して前記複数のアップリンククライアントで信号をプリコーディングして、プリコーディングされた信号を生成することと、
受信フィルタを使用して前記複数のダウンリンククライアントで前記プリコーディングされた信号をフィルタリングすること、を含む、請求項１７に記載のプログラム。

【請求項20】

前記複数のアップリンククライアントと前記複数のダウンリンククライアントとの間でチャネル状態情報を取得して、前記プリコーダおよび前記受信フィルタを適切に選択することをさらに含む、請求項１９に記載のプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願情報
本出願は、２０１４年７月２９日に出願された仮出願番号第６２/０３０，２７１号の優先権を主張し、これを参考として本明細書に援用する。

【0002】

本発明は一般に、全２重無線通信システムをスケーリングするための方策に関する。より詳細には、本開示は、空間干渉アライメントを使用して、マルチセル全２重ネットワークにおける全２重無線システムをスケーリングすることに関する。

【背景技術】

【0003】

関連技術の説明
全２重（ＦＤ）通信システムにおいては、自己干渉に対処することに焦点を当てたＦＤに対する様々なシステムの取り組みがあった。アクセスポイント（ＡＰ）とクライアントの両方で全２重機能を有する簡易的なキャリアセンス無線ネットワークの容量が検討されてきた。しかし、これらの検討の結果は、アップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）が存在する全２重通信システムでの自己干渉の相殺に適用できない。なぜなら、キャリア検知は、協調的多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムを考慮に入れておらず、したがってＵＤＩ問題を避けているからである。全２重ネットワークでのＵＤＩに対処するため、（たとえば、シンボル拡張を用いて）時間領域で干渉アライメント（ＩＡ）を使用するには、干渉チャネルが繰り返し現れる必要があり、したがって全２重機能を実用化する助けにはならない。

【発明の概要】

【0004】

本原理の一実施態様では、無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にする方法が提供される。一実施態様では、この方法は、クライアントセレクタによって、複数のクライアントを選択することであって、前記複数のクライアントが、前記マルチセル全２重通信システムの各セルにおいて、複数のデータストリームを介して、信号を送信するように構成された複数のアップリンククライアントと、信号を受信するように構成された複数のダウンリンククライアントとを備えていることと、空間干渉アライナによって、干渉データストリームに空間干渉アライメントを行い、自セル内のダウンリンククライアントと隣接セル内のダウンリンククライアントとに向かうアップリンククライアントの前記干渉データストリームを整えることとを含んでもよい。

【0005】

別の一実施態様では、無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にする干渉アライメントシステムが提供される。一実施態様では、この干渉アライメントシステムは、複数のクライアントを選択するように構成されたクライアントセレクタであって、前記複数のクライアントが、前記マルチセル全２重通信システムの各セルにおいて、複数のデータストリームを介して、信号を送信するように構成された複数のアップリンククライアントと、信号を受信するように構成された複数のダウンリンククライアントとを備えるクライアントセレクタと、ハードウェアプロセッサを使用して、干渉データストリームに空間干渉アライメントを行い、自セル内のダウンリンククライアントと隣接セル内のダウンリンククライアントとに向かうアップリンククライアントの前記干渉データストリームを整えるように構成された空間干渉アライナと、を有してもよい。

【0006】

本開示のさらに別の態様では、無線ネットワーク内のマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にする方法を実行するための、コンピュータ可読プログラムコードを内部に組み入れたコンピュータ可読記憶媒体を備えているコンピュータプログラム製品が提供される。一実施態様では、この方法は、クライアントセレクタによって、前記マルチセル全２重通信システムの各セル内の複数のクライアントを選択することであって、前記複数のクライアントが、複数のデータストリームを介して、信号を送信するように構成された複数のアップリンククライアントと、信号を受信するように構成された複数のダウンリンククライアントとを備えていることと、空間干渉アライナによって、干渉データストリームに空間干渉アライメントを行い、自セル内のダウンリンククライアントと隣接セル内のダウンリンククライアントとに向かうアップリンククライアントの前記干渉データストリームを整えることとを含んでもよい。

【0007】

それら及び他の特徴および利点は、添付図面とともに読み取るべきものである、その例示的な実施態様の以下の詳細な説明から明らかになろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

本発明の原理は、以下の図を参照して、好ましい実施態様の以下の説明で詳細を述べることになる。

【図1】図１は、一実施態様において本原理を適用することができる、マルチセル全２重（ＦＤ）無線ネットワークにおける全２重クライアントへのアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）の図である。

【図2】図２は、一実施態様において本原理を適用することができる、マルチセル全２重（ＦＤ）無線ネットワークにおける半２重クライアントへのアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）の図である。

【図3】図３は、一実施態様において本原理を適用することができる、半２重（ＨＤ）無線ネットワークにおけるアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を処理するための空間干渉アライメント（ＩＡ）の図である。

【図4】図４は、本原理の一実施態様に基づく、マルチセル全２重（ＦＤ）無線ネットワークにおける半２重（ＨＤ）クライアントでのアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を処理するための空間干渉アライメント（ＩＡ）の図である。

【図5】図５は、一実施態様において本原理を適用することができる、半２重（ＨＤ）干渉チャネルを示す図である。

【図6】図６は、一実施態様において本原理を適用することができる、半２重（ＨＤ）通信ネットワークを示す図である。

【図7】図７は、本原理の一実施態様基づく、マルチセル全２重（ＦＤ）干渉チャネルを示す図である。

【図8】図８は、本原理の一実施態様に基づく、マルチセル全２重（ＦＤ）通信ネットワークを示す図である。

【図9】図９は、本原理の一実施態様に基づく、無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にしてスケーラブルな多重化利得を提供する例示的な方法を例示的に示すブロック図である。

【図10】図１０は、本原理の一実施態様に基づく、向きのバランスがとれた全２重（ＦＤ）干渉チャネル（ＦＤＩＣ）のアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）に処理するための干渉グラフの図である。

【図11】図１１は、本原理の一実施態様に基づく、アップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を処理するための、空間干渉アライメント（ＩＡ）構造の図である。

【図12】図１２は、本原理の一実施態様に基づく、本原理を適用可能な例示的な処理システムを示す。

【図13】図１３は、本原理の一実施態様に基づく、無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にしてスケーラブルな多重化利得を提供する例示的なシステムを示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

好ましい実施態様の詳細な説明
本原理は、空間干渉アライメントを用いてマルチセルネットワークにおける無線全２重をスケーリングすることを対象とする。ネットワークにおける全２重（ＦＤ）システムの展開の主な課題の１つは、マルチセルネットワークを考慮する場合の無線全２重動作のスケーリングである。一態様では、本明細書に開示された方法、システム、およびコンピュータプログラム製品は、全２重アクセスポイントを備えた単一のセルまたは複数のセルからなる無線システムにおけるこの課題を解決する実用的な方式を有利に提供する。一実施態様では、空間干渉アライメントは、送信機の協同が可能な半２重（ＨＤ）ネットワーク（例えば、ネットワークＭＩＭＯなど）上でのマルチセル全２重通信ネットワークにおけるＦＤの多重化利得のスケーラビリティを特徴づけてもよい。

【0010】

自己干渉の相殺を可能にすることが、全２重（ＦＤ）の機能を実現するための基本である。しかし、全２重通信ネットワークのシステム全体の展開は、同じ周波数帯で動作する他のクライアントのダウンリンク受信におけるアップリンククライアントの送信のために生じる、新しい形態の干渉、すなわちアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を基本的に抱え込むことになる。これに関連して、本明細書に開示された方法、システム、およびコンピュータプログラム製品は、アップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を処理するために、有効かつスケーラブルな技術として空間干渉アライメント（ＩＡ）を利用してもよく、したがって、これらネットワークにおいて全２重（ＦＤ）が可能である。本開示はまた、この考えを組み込んだ解決策およびシステムを提供する。いくつかの実施態様では、本明細書に開示された方法、システム、およびコンピュータプログラム製品は、Ｍ個のセルのネットワークにおける全２重の多重化利得のスケーラビリティを特徴づけ、Ｍ個のセルのネットワークにおける全２重（ＦＤ）の多重化利得の最良のスケーリングを達成する空間干渉アライメント（ＩＡ）の構成を提供する。

【0011】

本明細書に記載の実施態様は、全体がハードウェアであってもよく、または、ハードウェア要素とソフトウェア要素の両方を含んでもよく、このソフトウェア要素には、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどが含まれるが、それには限定されないことを理解されたい。

【0012】

実施態様は、コンピュータもしくは任意の命令実行システムが使用するか、またはそれとともに使用するためのプログラムコードを提供する、コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体からアクセスできるコンピュータプログラム製品を含んでもよい。コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、命令実行のシステム、機器、もしくは装置で使用する、またはそれらと関連したプログラムを記憶、通信、伝搬、または送信する任意の装置を有してもよい。この媒体は、磁気、光、電子、電磁気、赤外線、もしくは半導体システム（もしくは半導体装置もしくは半導体デバイス）、または伝搬媒体とすることができる。この媒体は、半導体または固体の記憶装置、磁気テープ、取外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、硬質磁気ディスク（rigid magnetic disk）、光ディスクなどの、コンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。

【0013】

プログラムコードを記憶および／または実行するのに適したデータ処理システムは、システムバスを介してメモリ素子に直接または間接に結合された、少なくとも１つのプロセッサ、たとえばハードウェアプロセッサを備えてもよい。メモリ素子は、プログラムコードを実際に実行する際に使用されるローカルメモリ、大容量記憶装置、および、実行中に大容量記憶装置からコードを取り出す回数を減らすために、少なくとも何らかのプログラムコードを一時的に記憶するキャッシュメモリを含むことができる。入出力、すなわち、Ｉ／Ｏ装置（キーボード、表示装置、ポインティングデバイスなどを含むが、それらには限定されない）は、直接に、またはＩ／Ｏ制御装置を介してシステムに結合されてもよい。

【0014】

「全２重通信システム」は、双方向で互いに通信することができる、接続された二者または２つの装置からなるポイントツーポイントシステムである。一般に、２重通信システムには、２つのタイプ、すなわち全２重（ＦＤ）通信システムと半２重（ＨＤ）通信システムがある。全２重通信システムでは、両者（たとえばクライアントデバイス）が、同時に、他方と通信してもよい。これに対して、半２重通信システムでは、各者（たとえばクライアント装置）は他方と通信してもよいが、同時には通信できない。したがって、半２重通信システムでは、クライアント装置間の通信は、一度に１方向である。

【0015】

無線全２重（ＦＤ）ネットワークは、ノード（たとえばクライアント装置）に同じ周波数帯で同時に送受信させ、したがってリンクの容量が２倍になる。全２重（ＦＤ）ノードを実現する上での主要課題は、ノードでの全２重（ＦＤ）通信中に生成される、同時送受信データ経路（たとえばデータストリーム）間の自己干渉を処理することである。アクセスポイント（ＡＰ）または基地局（ＢＳ）で自己干渉（ＳＩ）の相殺に必要な処理を組み込んでもよいが、エネルギーの制約があるクライアント装置では可能でない。したがって、実施態様によっては、全２重（ＦＤ）通信ネットワークを広く採用できるようにするために、半２重（ＨＤ）クライアントでの全２重（ＦＤ）通信ネットワークを実現することが重要であり、これは、分散型全２重と呼ばれるプロセスである。

【0016】

同じ符号が、同じまたは同様の要素を表す各図面を参照する。初めに図１を参照すると、全２重（ＦＤ）通信システム１００のアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）が説明的に示してあり、一実施態様では、本原理を適用することができる。たとえば、アップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）は、第１の全２重アクセスポイント（ＡＰ）１１０、第２の全２重アクセスポイント（ＡＰ）１２０、第１の全２重（ＦＤ）クライアント１３０、および第２の全２重（ＦＤ）クライアント１４０を含む。この例では、第１の全２重アクセスポイント（ＡＰ）１１０および第１の全２重（ＦＤ）クライアント１３０が第１のＭセル、すなわちＭ_ｎを形成する。ここで、ｎはＭセルの数を表す。同様に、第２の全２重アクセスポイント（ＡＰ）１２０、および第２の全２重（ＦＤ）クライアント１４０が第２のＭセル、すなわちＭ_ｎ＋１を形成し、このセルを隣接セルと呼んでもよい。したがって、この複数のＭセルが、マルチセルネットワークを形成する。

【0017】

図１に示すように、マルチセルネットワークでは、あるセル内の第１の全２重（ＦＤ）クライアント１３０からのアップリンク（ＵＬ）送信が、マルチセル全２重通信システム１００の隣接セル内の、第２の全２重（ＦＤ）クライアント１４０を含む、他の全２重（ＦＤ）クライアントのダウンリンク（ＤＬ）送信に干渉し、もしかすると各セル内の全２重の利点を無効にする。異なるおよび／または隣接するセルのクライアント間のこの干渉は、「セル間干渉」と呼ばれる。

【0018】

さらに、単一のＭセル内、たとえば、クライアント装置が半２重（ＨＤ）である場合でも、そのようなアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）は生じることがある（「セル内干渉」と呼ばれる）。ここで図２を参照すると、全２重（ＦＤ）通信システム２００の半２重（ＨＤ）クライアントでのアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）が説明的に示してあり、一実施態様では、本原理を適用することができる。たとえば、アップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）は、第１の全２重アクセスポイント（ＡＰ）２１０、第２の全２重アクセスポイント（ＡＰ）２２０、第１のダウンリンク（ＤＬ）クライアント２３０および第１のアップリンク（ＵＬ）クライアント２４０を含む第１の半２重（ＨＤ）クライアント、および第２のダウンリンク（ＤＬ）クライアント２５０および第２のアップリンク（ＵＬ）クライアント２６０を含む第２の半２重（ＨＤ）クライアントを含む。

【0019】

基地局（ＢＳ）またはアクセスポイント（ＡＰ）とは異なり、エネルギーの制約があるクライアント装置に全２重（ＦＤ）の処理（たとえば自己干渉の相殺）を負わせることができない場合が多い。そのような場合、全２重アクセスポイント２１０（たとえばＡＰ（ＦＤ））に加えて、少なくとも２つの半２重（ＨＤ）クライアント、すなわちアップリンク（ＵＬ）クライアント２３０およびダウンリンク（ＤＬ）クライアント２４０が、全２重（ＦＤ）通信セッションを可能にするために必要である。しかし、図２に示すように、全２重（ＦＤ）通信セッションにおいて少なくとも２つの半２重（ＨＤ）クライアントを使用可能にすると、その結果、全２重セッション２００に同時に参加している、隣接セル内のダウンリンク（ＤＬ）クライアント（たとえば、ダウンリンク（ＤＬ）クライアント２５０）と同様、同じセル（たとえば、Ｍ_ｎ、セル間干渉）内のダウンリンク（ＤＬ）クライアント２３０にアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を生じさせることになる（たとえば、Ｍ_ｎ＋１、セル内干渉）。自己干渉（ＳＩ）の情報が全２重（ＦＤ）ノード（たとえば、アクセスポイント（ＡＰ）またはクライアントデバイス）で局所的に利用可能なので、最近の研究は、このＳＩを取り扱っていることに留意されたい。しかし、帯域幅リソースを犠牲にすることなくデータ情報を共有することのできない分散したクライアント間に存在するので、アップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）は難易度がはるかに高い。

【0020】

半２重（ＨＤ）ネットワークでは、性能制限因子はセル間干渉である。ネットワーク多入力多出力（ＭＩＭＯ）などの協調的方式は、単一方向において（たとえば、ダウンリンクまたはアップリンク別々での）アクセスポイント（ＡＰ）間の干渉を軽減してもよく、それにより、（たとえば自由度に関する）ネットワーク容量が、ＭＮとして、協調しているＡＰ（Ｍ）の数とそれらのアンテナ能力（Ｎ）に比例して変化可能である。ＭＩＭＯ方式では、チャネルまたはリンクの容量は、複数の送受信アンテナを使用して増大し、マルチパス伝搬を活用して、同じチャネル上で同時に１つを超えるデータ信号を送受信してもよい。

【0021】

しかし、アクセスポイント（ＡＰ）で全２重（ＦＤ）が可能である場合、アクセスポイントが協調すると双方向のＵＤＩを避けることができない。図１に示すように、マルチセルネットワークでは双方向のＵＤＩの影響が増幅され、各ダウンリンク（ＤＬ）クライアントは、自セル内のアップリンク（ＵＬ）クライアントからＵＤＩを受信するだけでなく（たとえば、各クライアントが半２重であるときのセル内干渉）、同時に全２重セッションに参加している、隣接セルのアップリンク（ＵＬ）クライアントからもＵＤＩを受信する（たとえばセル間干渉）。したがって、協調的ネットワークにセルＭをさらに追加することで、ＨＤの容量をＭとともに変化することができるが、ＦＤが可能な場合にＵＤＩが悪化するだけである。

【0022】

図３を参照すると、半２重（ＨＤ）無線ネットワーク３００におけるアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を処理して、セル内およびセル間の干渉を最小にするための従来の干渉アライメント方式が示されており、一実施態様において、本原理を適用することができる。図３では、Ｍは、１組または複数のアクセスポイント３１０と、対応する１組または複数のクライアント装置３２０とを含むセルネットワークである。また、アクセスポイント３１０（たとえば、ＡＰ、送信機（ＴＸ））およびクライアント装置３２０（たとえば、クライアント、受信機（ＲＸ））のそれぞれは、Ｎアンテナを備えてもよい。いくつかの実施態様では、基準となる半２重（ＨＤ）モデルでは、全てのＭセルが、ネットワークＭＩＭＯを介して連携し、ダウンリンクとアップリンクの両方でそれらのセル間干渉をＭＮの多重化利得に完全に変換してもよい。バックホール上での（たとえば、ネットワークＭＩＭＯを使用可能にするための）情報共有の量は、アップリンク（ＵＬ）とダウンリンク（ＤＬ）の間で著しく異なっていてもよいことに留意されたい。

【0023】

図３では、たとえば、２つのＮアンテナをそれぞれ有する３つのアクセスポイント３１０（ＡＰ）が、単一のデータストリームｘ_１、ｘ_２、ｘ_３をそれぞれそのクライアント３２０に送信させたい場合で、各クライアントは２つのＮアンテナを備える。クライアント装置３２０で２つのアンテナに制限され（たとえば、２つの空間ディメンションまたは自由度）、送信機の連携がないと仮定すると、データストリームのうちの２つだけが、空間干渉アライメント（ＩＡ）なしにこのネットワークにおいて配信されてもよい。しかし、空間ＩＡによって、３つのストリームｘ_１、ｘ_２、ｘ_３を全て配信できるようにしてもよい。いくつかの実施態様においては、クライアント装置の各々での２つの干渉ストリームが、単一の空間ディメンション（たとえば自由度（ＤｏＦ））を占有するために調整され、それにより、その所望のストリームについて、他のディメンションを使用可能にすることができる。

【0024】

たとえば、２つの干渉ストリームのアライメントは、プリコーディングによって実現してもよく、それにより、送信機（たとえばＡＰ）でのデータストリームにプリコーディングベクトル（Ｖ）を乗算して、次式のようにＮアンテナを介してチャネル上に伝送される前にプリコーディングされた信号を生成する。

【数1】

ここで、

【数2】

は、送信機ｉと受信機ｊの間のチャネル行列、ｋは送信機および／または受信機の総数、

【数3】

は、オペレータのサイドの一方における行例で定義されたベクトル空間が同じであることを示す。異なる送信機（ＴＸ）での適切なプリコーダは、所望のアライメントを実現するように前述の制約条件に基づいて選択されてもよく、受信機（ＲＸ）での受信フィルタは、所望のストリームを受信するために、干渉の空間に直交するように選択してもよい。

【0025】

次に、図４を参照すると、本明細書に開示された方法、システム、およびコンピュータプログラム製品は、空間干渉アライメント（ＩＡ）を利用して、マルチセル全２重（ＦＤ）ネットワークにおけるアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）問題を処理してもよい。図４では、マルチセル全２重（ＦＤ）無線ネットワーク４００における半２重（ＨＤ）クライアントでアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を処理して、セル内およびセル間の干渉を最小にするための空間干渉アライメント（ＩＡ）の一例が、説明的に示されている。たとえば、アップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）は、第１の全２重アクセスポイント（ＡＰ）４１０と、第２の全２重アクセスポイント（ＡＰ）４２０と、複数の第１のダウンリンク（ＤＬ）クライアント４３０および複数の第１のアップリンク（ＵＬ）クライアント４４０を含む複数の第１の半２重（ＨＤ）クライアント装置と、複数の第２のダウンリンク（ＤＬ）クライアント４５０および複数の第２のアップリンク（ＵＬ）クライアント４６０を含む複数の第２の半２重（ＨＤ）クライアント装置と含む。一実施態様では、たとえば、図４に示すように、アップリンククライアントおよびダウンリンククライアントで利用可能な複数のＮアンテナで、複数の半２重（ＨＤ）アップリンク（ＵＬ）クライアント４４０、４６０は、その空間ディメンション（たとえば自由度）を効果的に使用して、自セルと隣接セルの両方における全２重（ＦＤ）セッションの複数の半２重（ＨＤ）ダウンリンク（ＤＬ）クライアント４３０、４５０に向うそれらの干渉データストリーム（たとえば、全２重（ＦＤ）アクセスポイント（ＡＰ）４１０、４２０への伝送）を調整してもよい。

【0026】

さらなる実施態様では、空間干渉アライメント（ＩＡ）をマルチセル全２重通信ネットワークに適用して、マルチセルネットワークのＦＤからスケーラブルな多重化利得を提供してもよい。以下で、考察するように、本開示では、Ｏ（ＭＮ）個のノード（たとえばクライアント装置）を使用してマルチセル全２重ネットワークにおける全２重多重化利得の最適なスケーリングを達成するために、全２重通信ネットワークの干渉構造を利用することが可能な空間干渉アライメント（ＩＡ）の解決策を提供する。ネットワークＭＩＭＯのような方式は、アクセスポイントの連携を可能にする際にバックホールのオーバヘッドを招くが、（たとえば、ＵＤＩを処理するための）空間干渉アライメントは、アップリンク（ＵＬ）クライアントとダウンリンク（ＤＬ）クライアントの間のさらなるチャネル状態情報（ＣＳＩ）のオーバヘッドを要求するかもしれない。無線通信では、チャネル状態情報（ＣＳＩ）は、送信機から受信機まで信号がどのように伝搬するのかを含め、通信リンクの既知のチャネル特性を参照する。いくつかの実施態様において、ＵＬおよびＤＬのクライアント間のチャネル状態情報（ＣＳＩ）を使用し、（たとえば、ＵＬクライアント−送信機ＴＸでの）適切なプリコーダ、および（たとえば、ＤＬクライアント−受信機ＲＸでの）受信フィルタは、そのようなアライメントを可能にし、アップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）を最小、および／または、除去してもよい。

【0027】

いくつかの実施態様において、本明細書に開示された方法、システム、およびコンピュータプログラム製品は、クライアントの制限された数と、連携している各アクセスポイント（ＡＰ）間で共有する情報の制約とで、実際的な設定での多重化利得を特徴づけてもよい。たとえば、本明細書に開示された方法、システム、およびコンピュータプログラム製品は、ネットワークＭＩＭＯがダウンリンク（ＤＬ）のみで利用可能であり、ダウンリンク（ＤＬ）とアップリンク（ＵＬ）のトラフィックが平衡状態にあるとき、全２重（ＦＤ）通信システムが、大規模な協調的ネットワーク（たとえば、大きいＭ）向けの２つ以上の半２重（ＨＤ）通信システムの多重化利得を提供してもよいことを示すことがある。ＦＤとＨＤの両方は、アップリンクネットワークＭＩＭＯがない場合に絶対的性能がでないことがあるが、ＦＤにおける比較的少ない損失は、大規模ネットワークにおいてさえ、その全多重化利得を達成することができる。さらに、本原理は、

【数4】

の漸近スケーリング利得（asymptotic scaling gain）が、

【数5】

のノードで実現されてもよく、Ｏ（ＭＮ）のノードを必要としないことを示してもよく、このことは、Ｍ＜＜Ｎ（たとえば、大規模なアンテナアレイ）のときに有用である。

【0028】

本明細書に開示された方法、システム、およびコンピュータプログラム製品の寄与のうちのいくつかは、マルチセルの分散型全２重通信ネットワークにおいてＵＤＩを処理してセル内およびセル間の干渉を最小にするための有効なアプローチとして空間干渉アライメントを提供することと、閉形式でマルチセルネットワークのＦＤ多重化利得のスケーラビリティを特徴づけることと、マルチセルネットワークにおいて最適なスケーラビリティを達成し、また、その結果を、クライアントの制限された数と連携している各アクセスポイント（ＡＰ）間で共有する情報とで実際的な設定にまで拡張する助けとなるように、空間干渉アライメント（ＩＡ）の解決策を構成することとを含む。

【0029】

一実施態様では、空間干渉アライメント（ＩＡ）は、多くの干渉ストリームを少ないリソースディメンション（resource dimension）で収容することを可能にし、それにより、多くの所望のストリームを収容するように空間を残す。リソースディメンションは、時間、周波数（たとえば、周波数拡張もしくはシンボル拡張）、または空間（たとえばアンテナ）でのそれらに対応してもよい。いくつかの実施態様において、理論的構成概念としてのある種の実現困難なチャネル推定（たとえば、因果関係のないＣＳＩ）に依存する前者の手法とは異なり、空間ＩＡがＭＩＭＯシステムの実用化を可能にしてもよい。

【0030】

次に図５を参照すると、半２重（ＨＤ）干渉チャネル５００の一例が示してあり、一実施態様において本原理をこの干渉チャネルに適用することができる。従来の半２重（ＨＤ）干渉チャネル５００の一例は、各受信機（ＲＸ）５２０と通信する各送信機（ＴＸ）５１０の間のリンク５３０を含み、各送信機（ＴＸ）５１０と各受信機（ＲＸ）５２０はＮアンテナを含む。たとえば、図５は、それぞれ２つのアンテナを有する、各送信機５１０および各受信機５２０を示すが、各送信機５１０および各受信機５２０でさらなるアンテナが本原理に従って考えられる。

【0031】

図５の参照に続き、図６を参照すると、半２重（ＨＤ）通信ネットワーク６００において自由度（ＤｏＦ）ｄ_１、ｄ_２、．．．ｄ_ｋが示されており、一実施態様において本原理をこの自由度に適用することができる。図６では、半２重（ＨＤ）通信ネットワーク６００が、複数の受信機（ＲＸ）６２０と通信する複数の送信機（ＴＸ）６１０とともに説明的に示されており、各送信機６１０および各受信機６２０はＮ個のアンテナを有する。空間干渉アライメント（ＩＡ）では、この干渉チャネルにおける半２重（ＨＤ）通信リンク（たとえば、図６のｄ_ｉ）のそれぞれでの自由度（ＤｏＦ）が、次式のようなプリコーディング行列

【数6】

および受信フィルタ

【数7】

のランク（Ｒａｎｋ）に基本的に対応する。

【数8】

ここで、

【数9】

は受信点での受信フィルタを表し、

【数10】

は送信点でのプリコーダを表す。一実施態様では、

【数11】

および

【数12】

は、それぞれｄ_ｊ×ＮおよびＮ×ｄ_ｉのサイズであり、

【数13】

は、受信機ｊと送信機ｉの間のチャネルであり、そのサイズはＮ×Ｎである。第１の制約条件は、受信機の零空間において干渉ストリームが整列されることを保証し、第２の制約条件は、リンクｉの受信機における所望の（通信）ストリームについてｄ_ｉＤｏＦが利用可能であることを保証する。一般的なチャネル行列

【数14】

について、制約条件の第１の組（たとえばＩＡ）を満たすことが十分であり、これが制約条件の第２の組を満足させることに自動的につながることが示されていた。

【0032】

上記の制約条件に基づいて、所望のＤｏＦ（ｄ_ｉ，∀_ｉ）をサポートするために、所与のネットワークに関して、次式の条件が必要になるかもしれない。

【数15】

ここで、

【数16】

である。第１の条件は、リンクでのＤｏＦが、通信リンクの両端におけるアンテナの数の最小値によって制限されることを示す。第２の条件は、実現可能なＩＡ解決策を得るため、干渉制約条件（たとえばＳ）の任意のサブセット（ε）で定義されたシステムを過剰に制約してはいけないことを示す。行列

【数17】

および

【数18】

は、それぞれｄ_ｉベクトルおよびｄ_ｊベクトルからなることに留意されたい。したがって、送信機ｉと受信機ｊの間の式（２）の単一の干渉制約条件はｄ_ｉｄ_ｊの式からなり、送信機および受信機は、変数ｄ_ｊ（Ｎ−ｄ_ｊ）をもたらす。この条件は、ディメンションカウンティング引数（dimension counting argument）と呼んでもよい。

【0033】

以下の記述では、マルチセル全２重（ＦＤ）ネットワークでの空間干渉アライメント（ＩＡ）の原理を説明する。図５に示すように、半２重（ＨＤ）干渉チャネル５００では、他のリンクの送信機５１０からの干渉（たとえば干渉データストリーム）を受けやすい（たとえば、所望のストリームを受信する）受信機５２０毎に、ＤｏＦ（たとえば、データストリームの数）が各リンクベースで定義される。送信機５１０のそれぞれは、それ自体がマルチセルネットワークのＡＰになると仮定することができる。しかし、ネットワークＭＩＭＯが存在する場合（たとえばＡＰ連携）、半２重（ＨＤ）ネットワークにおいて、ダウンリンク（ＤＬ）およびアップリンク（ＵＬ）でのセル間干渉を除去してもよい。図７に示すように、これは、分散型マルチセル全２重（ＦＤ）ネットワークにも適用されるが、同じセル内及び隣接セルを跨ぐ、各クライアント間で生じるアップリンク／ダウンリンク干渉（ＵＤＩ）が、依然として２セルネットワークに関して残る。

【0034】

次に図７を参照すると、本原理による２セル全２重（ＦＤ）干渉チャネル７００が説明的に示されている。２セル全２重（ＦＤ）干渉チャネル７００（ＦＤＩＣ）では、複数の送信機（ＴＸ）７１０、および複数の受信機（ＲＸ）７２０が示されている。図８を参照すると、本原理による全２重（ＦＤ）通信ネットワーク８００が説明的に示されている。全２重（ＦＤ）通信ネットワーク８００では、複数の送信機（ＴＸ）８１０、および複数の受信機（ＲＸ）８２０が示されている。図８では、

【数19】

は、送信機８１０でのノードごとの自由度（ＤｏＦ）を表し、

【数20】

は、受信機８２０でのノードごとの自由度（ＤｏＦ）を表す。いくつかの実施態様において、本明細書に開示された方法、システム、およびコンピュータプログラム製品は、図７および図８に示すような、全２重干渉チャネル（ＦＤＩＣ）と呼ばれる、干渉および通信のネットワークを提供してもよい。

【0035】

ＦＤＩＣ干渉ネットワークでは、全２重（ＦＤ）アクセスポイント（ＡＰ）は、自己干渉（たとえばセル内干渉）およびセル間干渉に遭遇することに留意されたい。いくつかの実施態様において、図７に示すように、ＦＤＩＣ干渉ネットワークは、一方の側の（全てのセルからの）ダウンリンク（ＤＬ）受信機と、他方の側の（全てのセルからの）アップリンク（ＵＬ）送信機との間の、完全な２部グラフとして表してもよい。２部グラフは、その頂点を２つの素集合（たとえば独立集合）に分割でき、エッジごとに、一方の集合内の頂点を他方の集合の頂点に接続するようにしたグラフである。

【0036】

一実施態様では、図７および８に示すように、全２重干渉チャネル（ＦＤＩＣ）は、所望の／通信ストリームネットワークから分離してもよい（たとえば、ＡＰへの送信を取り止めてもよい）。干渉ネットワークの各ノード（たとえばクライアント）間で所望のストリームが交換されない場合、自由度の概念を各ノードベースで適用できるようになり、アップリンク（ＵＬ）およびダウンリンク（ＤＬ）のクライアントが、互いに異なる自由度で動作する可能性がある。したがって、ＦＤＩＣの空間ＩＡの制約条件を次式で表してもよい。

【数21】

ここで、添え字０_ｊは、クライアントｊに関連するアクセスポイント（ＡＰ）を表す。第１の制約条件によって、アップリンク（ＵＬ）のクライアントとダウンリンク（ＤＬ）のクライアントの「全ての」対の間での干渉が確実に除去されるが、最後の２つの制約条件によって、各ノードにおいてＤｏＦを変更できるようになり、

【数22】

および

【数23】

はそれぞれ、それらのアクセスポイント（ＡＰ）に対する、ダウンリンククライアント（受信機）ｊ、およびアップリンククライアント（送信機）ｉに関するＤｏＦである。

【0037】

図９を参照すると、本原理の一実施態様による、無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉９００を最小にする方法が、説明的に示してある。たとえば、図１２のシステム１２００および／または図１３のシステム１３００のいずれによっても、この方法９００を実行することができる。

【0038】

一実施態様では、ステップ９０２で複数のクライアントを選択してもよい。複数のクライアントは、複数のアップリンククライアントおよび複数のダウンリンククライアントを含んでもよい。マルチセル全２重通信システムの各セルにおいて、複数のデータストリームを介して、信号を送信するように複数のアップリンククライアントが構成され、信号を受信するように複数のダウンリンククライアントが構成されてもよい。

【0039】

ステップ９０４で、干渉するデータストリーム（たとえば、干渉データストリーム）に空間干渉アライメントを実行して、（たとえば、セル内干渉を最小にするために）自セル内のダウンリンククライアント及び（たとえば、セル間干渉を最小にするために）隣接セル内のダウンリンククライアントに向かう、アップリンククライアントの干渉データストリームを整えてもよい。一実施態様では、ステップ９０４は、以下でさらに詳細に説明するステップ９０６、９０８、または９１０のうち、１つ以上のステップを含んでもよい。

【0040】

一実施態様では、ステップ９０６に示すように、干渉グラフのバランスのとれた向きを使用して、空間干渉アライメントを実行してもよい。たとえば、各ｋノード（たとえばクライアント装置）の自由度が１のとき、干渉グラフのバランスのとれた向きを使用してもよい。ここで、各ｋノードは、送信機ノード（ＴＸ）または受信機ノード（ＲＸ）のいずれかを表す。次に図１０を参照すると、本原理による、干渉グラフ１０００のバランスのとれた向きの一例が説明的に示されている。この例では、Ｋ＝ＭＮのダウンリンクノード、および

【数24】

のアップリンクノードでは、各ノードが、単一のストリーム（ｄ＝１）を送信または受信する。ここで、各送信機および各受信機はノードであり、各ノードにＮ個のアンテナが存在する。たとえば、この実施態様では、左側のＫ個の送信機を接続する（たとえばＦＤＩＣでの）干渉グラフのエッジは、右側のＬ個の受信機にバランスよく配向されてもよい。図１０に示すように、左側のｋ個のノードを右側のノードに接続する干渉グラフのエッジでの向きは、各ｋノードにおいて、（この向きから）各ノードに入射するディメンションと、そのノードのディメンションの合計がＮ以下である場合、平衡状態にあると呼ばれる。図１０で、ｉｎ＿ｅｄｇｅ（ｋ）は、他のｋノードを表す。ＦＤＩＣでは、各ノードのＤｏＦがｄに等しいとき、Ｎがｄの倍数であり、ｄ（Ｌ＋Ｋ）（Ｎ−ｄ）−ｄ^２ＬＫ≧０である場合には、このようなバランスのとれた向きが存在することを示すことができる。したがって、エッジのバランスのとれた向きが存在することは、空間干渉アライメントを実現可能にするための十分条件である。

【0041】

次に、図１１を参照すると、一実施態様によれば、エッジを配向するバランスのとれた方法を使用し、いくつかの

【数25】

から

【数26】

まで配向されたエッジを探すことによって、

【数27】

に直交する

【数28】

を、（受信機ベクトル

【数29】

を有する）各受信機ノードｊで見つけることができる。全ての受信機ノードにおいて、これを繰り返してもよい。したがって、送信機（ＵＬ）から受信機（ＤＬ）まで延びるエッジをなくしてもよい。同様に、図１１に示すように、受信機（ＤＬ）から送信機（ＵＬ）まで延びるエッジについて、これを繰り返してもよい。したがって、エッジによって与えられる全ての式を排除して、

【数30】

のみに関する最終セットの式を得てもよい。これら最終セットの式は、他のいくつかの

【数31】

について、送信機側での各

【数32】

を表す。これらの最終式を解いて、

【数33】

と、それに続いて

【数34】

を見つけてもよい。

【0042】

図９を参照すると、ステップ９０８で、プリコーダを使用して、複数のアップリンククライアントで信号をプリコーディングして、プリコーディングされた信号を提供すること、および受信フィルタを使用して複数のダウンリンククライアントでそのプリコーディングされた信号をフィルタリングすることとによって、空間干渉アライメントを実行してもよい。ステップ９１０で、空間干渉アライメントを実行することは、複数のアップリンククライアントと複数のダウンリンククライアントの間でチャネル状態情報（ＣＳＩ）を取得および受信して、プリコーダおよび受信フィルタを適切に選択することを含んでもよい。先に述べた通り、チャネル状態情報（ＣＳＩ）は、送信機から受信機まで信号がどのように伝搬するのかを含め、通信リンクの既知のチャネル特性を指す。

【0043】

ステップ９１２で、スケーラブルな多重化利得を使用して、本原理が適用された、最小化干渉を測定してもよい。一実施態様では、このスケーラブルな多重化利得は、閉形式の式を使用して表してもよい。以下の段落では、ＦＤＩＣタイプのチャネルでの干渉アライメントにおける多重化利得への制限のいくつかの例が提供されている。たとえば、多重化利得を見つけるために、各ノードでのアンテナの数Ｎ、全てのＭセルからの送信機の総数、たとえばＬ、受信機の総数、たとえばＫ、ならびに、全ての送信機および受信機それぞれでの、ノードごとのＤｏＦ

【数35】

および

【数36】

によって、ＦＤＩＣをパラメータで表してもよい。このＦＤＩＣは、（Ｋ，Ｌ）ＦＤＩＣと呼んでもよい。ＦＤＩＣでは、異なるセル内の全ての送信機（または受信機）を同じように扱ってもよい。なぜなら、これら送信機または受信機のどれもこれも、（たとえば、任意の送信ノードから）任意の受信ノードにおいて干渉を生成する（または受信する）からであることに留意されたい。

【0044】

一実施態様では、対称的なＦＤＩＣを利用してもよく、ここで、たとえば受信機の総数Ｋは、送信機の総数Ｌに等しい（たとえば、Ｋ＝Ｌ）。したがって、アップリンクおよびダウンリンクでのストリームの最大数は、大きいＫの限界において４Ｎに制限されてもよい。これらの環境の下で、対称的なＦＤＩＣを使用して、ＨＤを介してＦＤによって提供される多重化利得は、２を越えるＭについてＭとともに変化することができない。上記に鑑み、各ノードで対称的な自由度ｄ及びＮ個のアンテナを有する、（Ｋ，Ｋ）ＦＤＩＣチャネルでの合計ＤｏＦの最大値は、

【数37】

である。この結論は、補助定理１と呼んでもよい。この例では、変数の数は、実現可能な解をもつために、制約条件の数以上でなければならない。

【数38】

で、以下の式３が与えられる。

【数39】

したがって、それぞれＤｏＦが２Ｎ＋２以下である２Ｋのノードは、結局

【数40】

になる。

【0045】

したがって、Ｍセル間の送信および受信ノードが分離している場合、十分に大きいＫ＝ＬでのＨＤにわたるＦＤの多重化利得は、次式のようになるはずである。

【数41】

上式は、Ｍ＞２に関し、対称のＦＤＩＣを使用すると、ＨＤにわたるＦＤの多重化利得を制限する場合があることを意味する。

【0046】

一実施態様では、非対称なＦＤＩＣを利用してもよい。自由度（ＤｏＦ）の数を非対称にして、ある一方向（ＵＬ／ＤＬ）と比較して他方向で大きくしてもよいが、Ｍセルの組合せによって使用してもよい最大ＤｏＦが、アップリンクまたはダウンリンクにおいてＭＮ以下であることに留意されたい。以下の例では、非対称のＦＤＩＣが利用される場合に、ＤｏＦの合計を制限しなくてもよいことを示す。非対称のＦＤＩＣにおいてＤｏＦが無制限であることは、一方向、たとえば受信機または送信機でのみ、ノードをさらに追加することによってＤｏＦの合計が任意の大きさになってもよいという事実から生じる。しかし、Ｍセル内のＭ個のアクセスポイントの組合せによって使用してもよい最大ＤｏＦは、アップリンクまたはダウンリンクにおいてＭＮ以下であることに留意されたい。したがって、非対称のＦＤＩＣは限界性能を提供してもよい。

【0047】

上記に鑑み、各ノードにおいて最大Ｎ個のアンテナを有する任意の大きさのＦＤＩＣでの最大自由度（ＤｏＦ）は、４Ｎに制限されなくてもよく、任意の大きさにしてもよいことが分かる。この結論は、補助定理２と呼んでもよい。たとえば、合計のアップリンク自由度がＮ−１に制限される場合の（Ｋ，Ｋ）ＦＢＩＣを考えてみると、次式になる。

【数42】

したがって、ダウンリンクにおける各ノードは、少なくとも１つの自由度を残していてもよい。したがって、システムの自由度の総数は、少なくともＮ−１＋Ｋと同じ大きさにすることができる。したがって、ダウンリンクユーザの数を増やすことによって、たとえばＫを増やすことによって、システムの合計の自由度は、無制限かつアンテナの数Ｎに関係なく増やすことができる。アップリンクユーザの総数は、Ｋが増えるとともに増加する必要はなく、Ｎ−１以下のアップリンクユーザが所望の結果に至るだけで十分であることに留意されたい。

【0048】

補助定理２によって、利得が一定の（Ｋ，Ｋ）ＦＤＩＣは、Ｋ／２で制限され、時間拡張された干渉チャネル（送信機においてチャネル状態情報（ＣＳＩ）で時間変化するチャネル）よりもはるかに良好な自由度のスケーリングを有することが明らかになることにさらに留意されたい。補助定理２は、合計の自由度についてＮに対する任意のスケーリングが存在することを示すが、このスケーリングは、ダウンリンクおよびアップリンクで同時に達成することはできない。したがって、マルチセル全２重システム対半２重システムのスケーリング利得が制限され、上限の２に達することができない。

【0049】

上記に鑑み、ノードごとにＮアンテナを有するＦＤＩＣを考えると、アップリンクまたはダウンリンクのＤｏＦのいずれかが、アンテナの数Ｎとともに（１＋α）Ｎのように変化する場合、他方は、

【数43】

を越える計数逓減率（scaling factor）で変化することができない。ここで、αは負でない実数である。これにより、アップリンクとダウンリンクのＤｏＦは両方とも、同時に２Ｎ以上にすることができない。この結論は、補助定理３と呼んでもよい。

【0050】

一実施態様では、アップリンクおよびダウンリンクでのスケーリングは、（１＋α）Ｎおよび（１＋β）Ｎによって制限されてもよい。ここで、βは

【数44】

で示される、負でない実数である。上記に鑑み、ＨＤにわたるＦＤでの多重化利得の計数逓減率

【数45】

は、多重化利得を最大化してもよいαおよびβの値を見つけることによって、セルの数Ｍに対して決定してもよい。したがって、一実施態様では、ノードごとに最大Ｎ個のアンテナを有するＭセル全２重システムにおける、ＨＤにわたるＦＤの多重化利得は、セルの数Ｍに対して

【数46】

よりもスケーリングが良好でなくてもよい。この結論は、補助定理４と呼んでもよい。この結果により、スケーリングへの制限が相対的に低くなるだけでなく、Ｍの関数としてＦＤ対ＨＤの多重化利得のスケーリングに対して上限に余裕がないことも明らかになる。

【0051】

一方の方向にＭＮ個のノード（クライアント）を使用し、他方の方向にＮ−１個のノードを使用する簡略な方式は、次式のスケーリングを達成することができることに留意されたい。

【数47】

一実施態様では、ノードおよびアクセスポイントごとにＮ個の最大数のアンテナを有するＭセル全２重システムでのＮ（Ｍ＋１）−１に等しい合計ＤｏＦが達成可能である。これは、半２重アクセスポイント対全２重アクセスポイントを使用するための

【数48】

の利得に対応する。この結論は、補助定理５と呼んでもよい。

【0052】

上述の実施態様では、ＡＰは、ＤＬとＵＬの両方において、協調的ＭＩＭＯまたはマルチポイント送信機（協調型マルチポイント伝送（coordinated multi-point transmission）ＣＯＭＰと呼ばれる）を実行できるものと仮定してもよい。しかし、実際には、ダウンリンクＣｏＭＰよりもアップリンクＣｏＭＰを達成する方がはるかに難しい。なぜなら、ＵＬ信号の（シンボルレベルでの）受信と復号両方のための処理オーバヘッドおよびバックホール帯域幅が、ＤＬと比較して圧倒的に大きくなるからである。

【0053】

一実施態様では、アップリンク（ＵＬ）クライアントとダウンリンク（ＤＬ）クライアントの間の負荷率パラメータを使用してもよい。この負荷率は、トラフィックのダウンリンク方向（たとえば、基地局からクライアントまで）と、アップリンク方向（たとえば、クライアントから基地局まで）との間の、トラフィック負荷および／またはスループット負荷の概算比に対応する。一実施態様では、ダウンリンクの協調型マルチポイント伝送（ＣｏＭＰ）のみが利用可能であるとき、スケーラブルな多重化利得は、関連のある負荷率パラメータに依存してもよい。アップリンクＣｏＭＰが実現不可能なとき、全ての協調セル内のアップリンクストリームの最大数は、（ノードでの）アンテナの数で制限されてもよく、また、ＨＤにおけるＮ以下であってもよい。ＨＤにおけるダウンリンクＣｏＭＰのために、ダウンリンクの多重化利得は、依然としてＭＮである。アップリンクＣｏＭＰが存在しない場合、ＦＤに関し、同じ構成を使用でき、すなわち、ＤＬ ＣｏＭＰとＵＬ ＣｏＭＰの両方で同時に、（大きいＮでの）ＤＬ上のＭＮ個のストリーム、およびＵＬ上の

【数49】

個のストリームを使用することができるが、ＵＬストリームはＮに制限され、その結果、ＵＬ ＣｏＭＰは必要とされない。ＵＬ ＣｏＭＰが存在しない場合、ＵＬ ＣｏＭＰなしで、関連のある負荷率αに応じたＨＤを上回るＦＤのスケーリングを次式で表してもよい。

【数50】

上式で、ηは、ＤＬトラフィックとＵＬトラフィックの相対的割合（relative fraction）であり、

【数51】

である。

【0054】

一実施態様では、ＤＬトラフィックとＵＬトラフィックのバランスがとれているとき、たとえば

【数52】

のとき、スケーリング利得はＦＤに関して最大である。よって、最良のスケーリング利得は、（大きいＭにおいて）

【数53】

と表してもよい。したがって、（ＤＬ ＣｏＭＰのみを有する）大規模なセルにおいても、ＦＤの多重化利得２を実現することができる。ＵＬ ＣｏＭＰが存在しない場合に利得が大きくなるが、それはＦＤの性能が増すからではなく、代わりに（ＵＬ ＣｏＭＰが存在しないことによる）性能低下が、ＦＤの場合（ＵＬにおいて

【数54】

からＮのストリームまで延びる）よりも、ＨＤの場合（ＵＬにおいてＭＮからＮのストリームまで延びる）ではるかに大きくなるからである。

【0055】

次に、引き続き図９を参照しながら図１２を参照すると、本原理による別の実施態様では、本原理を適用してもよい例示的な処理システム１２００が、本原理の一実施態様に従って説明的に示してある。処理システム１２００は、システムバス８０２を介して、適切に動作するよう他の構成部品に結合された、少なくとも１つのプロセッサ（「ＣＰＵ」）１２０４を備える。キャッシュ１２０６、読出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）１２０８、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）１２１０、入出力（「Ｉ／Ｏ」）アダプタ１２２０、サウンドアダプタ１２３０、ネットワークアダプタ１２４０、ユーザインターフェースアダプタ１２５０、および表示アダプタ１２６０が、適切に動作するようシステムバス１２０２に結合されている。

【0056】

記憶装置１２２２および第２の記憶装置１２２４が、Ｉ／Ｏアダプタ１２２０によって、適切に動作するようシステムバス１２０２に結合されている。この記憶装置１２２２および１２２４は、ディスク記憶装置（たとえば、磁気ディスク記憶装置または光ディスク記憶装置）、固体磁気装置などのいずれとすることもできる。記憶装置１２２２および１２２４は、同じタイプの記憶装置または互いに異なるタイプの記憶装置とすることができる。

【0057】

スピーカ１２３２は、サウンドアダプタ１２３０によってシステムバス１２０２に動作可能に結合されている。送受信機１２４２は、ネットワークアダプタ１２４０によってシステムバス１２０２に動作可能に結合されている。表示装置１２６２は、表示アダプタ１２６０によってシステムバス１２０２に動作可能に結合されている。

【0058】

第１のユーザ入力装置１２５２、第２のユーザ入力装置１２５４、および第３のユーザ入力装置１２５６が、ユーザインターフェースアダプタ８５０によってシステムバス１２０２に動作可能に結合されている。ユーザ入力装置１２５２、１２５４、および１２５６は、キーボード、マウス、キーパッド、画像キャプチャ装置、動作検知装置、マイクロホン、これら装置のうち少なくとも２つの装置の機能を組み込んだ装置などのいずれかのものとすることができる。もちろん、他のタイプの入力装置も使用することができる。ユーザ入力装置１２５２、１２５４、および１２５６は、同じタイプのユーザ入力装置または異なるタイプのユーザ入力装置とすることができる。ユーザ入力装置１２５２、１２５４、および１２５６を使用して、システム１２００に情報を入力、または、システム１２００から情報を出力する。

【0059】

もちろん、処理システム１２００は、当業者が容易に思いつくような他の要素（図示せず）を備えてもよく、またある要素を省略してもよい。たとえば、当業者が容易に理解できるような、他の様々な入力装置および／または出力装置は、それらの具体的な実装形態に応じて、処理システム１２００内に備えることができる。たとえば、様々なタイプの無線および／または有線の、入力装置および／または出力装置を使用することができる。さらに、当業者が容易に理解できるような、様々な構成での追加のプロセッサ、制御装置、メモリなどを利用することもできる。処理システム１２００の上記及びその他の変形形態は、本明細書において提示された本原理の教示を与えられた当業者が容易に思いつく。

【0060】

また、図１３を参照して以下に述べるシステム１３００は、本原理のそれぞれの実施態様を実装するシステムであることを理解されたい。処理システム１２００の一部またはその全ては、システム１３００の要素の１つ以上で実装してもよい。

【0061】

さらに、処理システム１２００は、たとえば図９の方法９００の少なくとも一部を含む、本明細書に記載の方法の少なくとも一部を実行してもよいことを理解されたい。同様に、システム１３００の一部またはその全てを使用して、図９の方法９００の少なくとも一部を実行してもよい。

【0062】

図１３は、本原理の一実施態様による、無線ネットワークにおけるマルチセル全２重通信システムでのセル内およびセル間の干渉を最小にして、スケーラブルな多重化利得を提供するための、干渉アライメントシステム用の例示的なシステム１３００を示す。説明して明らかにするため、システム１３００の多くの態様が単数形で説明されているが、これらの態様は、システム１３００の説明に関して述べたアイテムのうち複数のアイテムに適用することができる。システム１３００は、クライアントセレクタ１３１０、送信機１３２０、受信機１３３０、空間干渉アライナ９４０、プリコーダ１３５０、およびチャネル状態情報判定器１３６０を備えてもよい。

【0063】

クライアントセレクタ１３１０は、複数のクライアントを選択するように構成してもよい。複数のクライアントは、複数のアップリンククライアントおよび複数のダウンリンククライアントを含んでもよい。マルチセル全２重通信システムの各セルにおいて、複数のデータストリームを介して、信号を送信するように複数のアップリンククライアントを構成してもよく、信号を受信するように複数のダウンリンククライアントを構成してもよい。

【0064】

送信機１３２０は、Ｎ個のアンテナを介して、複数のアップリンククライアントから複数のダウンリンククライアント（すなわち受信機）に信号を伝送するように構成してもよい。一実施態様では、送信機１３２０は、Ｎ個のアンテナを介して複数のアップリンククライアントから複数のダウンリンククライアントに干渉信号を送信してもよい。

【0065】

受信機１３３０は、Ｎ個のアンテナを介して、複数のダウンリンククライアントで、複数のアップリンククライアントからの信号を受信するように構成してもよい。一実施態様では、受信機１３３０は、Ｎ個のアンテナを介して、複数のダウンリンククライアントからの干渉信号を受信するように構成してもよい。

【0066】

空間干渉アライナ１３４０は、干渉するデータストリーム（たとえば、干渉データストリーム）に空間干渉アライメントを実行して、自セル内のダウンリンククライアントと隣接セル内のダウンリンククライアントとに向かうアップリンククライアントの干渉データストリームを整えるように構成してもよい。一実施態様では、空間干渉アライナ９４０は、干渉グラフのバランスのとれた向きを使用することによって、空間干渉アライメントを実行するように構成してもよい。一実施態様では、空間干渉アライナ１３４０は、チャネル状態情報判定器１３６０からチャネル状態情報（ＣＳＩ）を受信して、プリコーダおよび受信フィルタを適切に選択するように構成してもよい。

【0067】

プリコーダ１３５０は、プリコーダを使用して複数のアップリンククライアントで信号をプリコーディングして、プリコーディングされた信号を生成するように構成してもよい。プリコーダ１３５０はさらに、受信フィルタを使用して複数のダウンリンククライアントで、プリコーディングされた信号をフィルタリングするように構成してもよい。チャネル状態情報判定器１３６０は、複数のアップリンククライアントと複数のダウンリンククライアントとの間でチャネル状態情報（ＣＳＩ）を取得して、プリコーダおよび受信フィルタを適切に選択するように構成してもよい。たとえば、チャネル状態情報判定器１３６０は、通信リンクのチャネル特性を評価、推定、および／または測定するように構成してもよい。一実施態様では、チャネル状態情報判定器１３６０は、既知のチャネル特性を含む、通信リンクのチャネル特性を取得するように構成してもよく、またそのような特性に基づいてチャネル状態情報を判定することができる。

【0068】

クライアントセレクタ１３１０、送信機１３２０、受信機１３３０、空間干渉アライナ１３４０、プリコーダ１３５０、およびチャネル状態情報判定器１３６０の機能についての詳細を、図１〜１１を参照してさらに上記に提供してきた。システム１３００は、スケーラブルな多重化利得を含む、入力データを受信しかつ／または出力データを生成してもよく、一実施態様では、この出力データを図１２の表示装置１２６２上に表示してもよい。上記構成が説明的に示してあるが、本原理による他の種類の構成を利用してもよいことが考慮されることに留意されたい。構成間の上記及びその他の変形形態は、本明細書に提供された本原理の教示を与えられた当業者が容易に思いつき、同時に本原理を維持する。

【0069】

図１３に示した実施態様では、各要素がバス１３０１によって相互接続されている。しかし、他の実施態様では、他のタイプの接続を使用することもできる。また、一実施態様では、システム１３００の各要素のうち少なくとも１つはプロセッサベースである。さらに、１つまたは複数の要素は別々の要素として示してもよいが、他の実施態様では、これらの要素を１つの要素として組み合わせることができる。１つまたは複数の要素が別の要素の一部でもよいが、他の実施態様では、１つまたは複数の要素を独立型の要素として実装してもよい場合、その逆も当てはまる。システム１３００の各要素の上記及びその他の変形形態は、本明細書に提供された本原理の教示を与えられた当業者が容易に思いつく。

【0070】

前述の説明は、あらゆる点で説明的かつ例示的なものであるが、限定的なものではないと理解すべきであり、本明細書に開示された本発明の範囲は、詳細な説明から判断すべきではなく、むしろ特許請求の範囲から、特許法によって許された範囲全体に従って解釈されるものである。「追加情報」と題する本出願の付属書類に追加情報が提供されており、この追加情報のタイトルは「マルチセルネットワークにおける無線全２重のスケーリング」である。本明細書に示し又は記載した実施態様は、本原理を例示するものにすぎず、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な修正形態を当業者が実施してもよいことを理解されたい。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、当業者は、他の様々な特徴の組合せを実施することもできる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】