ネットワークコーディングされた無線中継通信のための非コヒーレント時空間トレリス符号化変調
【課題】送受信機が自らの高速移動性でチャネル状態情報の知識を一切取得不可能な時に、非コヒーレント無線ＭＩＭＯ無線中継ネットワークでネットワークコーディング、チャネルコーディング及び信号点配置を共同で最適化する方法を提供する。
【解決手段】中継ネットワークで２つの端末が中間中継送受信機に同時にデータ送信し、中間中継送受信機は物理層ネットワークコーディングを用いて混合データを両端末に送信する。ユーザー毎に異なるブラインド時空間トレリス符号化変調を利用する。ユーザーのコードブックはグラスマニアン多様体上で共同で生成される。チャネルコーディング、変調、ネットワークコーディングの共同最適化のためのアフィン−格子畳み込みを用いた指数マッピングより提供され、インターリーブされた及びされてない高速フェージングチャネルのために設計され、非コヒーレント双方向中継ＭＩＭＯネットワークでの性能を大幅に改善する。
【解決手段】中継ネットワークで２つの端末が中間中継送受信機に同時にデータ送信し、中間中継送受信機は物理層ネットワークコーディングを用いて混合データを両端末に送信する。ユーザー毎に異なるブラインド時空間トレリス符号化変調を利用する。ユーザーのコードブックはグラスマニアン多様体上で共同で生成される。チャネルコーディング、変調、ネットワークコーディングの共同最適化のためのアフィン−格子畳み込みを用いた指数マッピングより提供され、インターリーブされた及びされてない高速フェージングチャネルのために設計され、非コヒーレント双方向中継ＭＩＭＯネットワークでの性能を大幅に改善する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は通信ネットワークに関し、より詳細には、非コヒーレント無線多入力多出力(ＭＩＭＯ)中継ネットワークにおいてデータを交換することに関する。
【背景技術】
【０００２】
送受信機が複数のアンテナを備える多入力多出力(ＭＩＭＯ)無線ネットワークは、特にマルチホップ中継ネットワークの場合にデータスループットを大幅に改善することができる。そのようなＭＩＭＯ中継ネットワークに関して、物理層ネットワークコーディングに基づく多数の中継方法、例えば増幅転送(ＡＦ)及び復号転送(ＤＦ)が知られている。
【０００３】
ほとんどの従来技術の方法は、受信機において正確なチャネル推定が必要とされるコヒーレント信号検出を利用する。したがって、これらの方法は、特に高速で移動している移動送受信機の場合に非定常的な高速フェージングチャネル状態を被るいくつかの通信用途について良好に機能しない。
【０００４】
さらに、物理層ネットワークコーディングを用いた中継ネットワークのブラインド時空間変調を最適化する方法は知られていない。高信頼度のネットワークを達成するには、変調、ネットワークコーディング、及びチャネルコーディングの共同最適化問題を扱うことが非常に重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、従来技術の中継通信の特性である以下の４つの問題を解決する。極めて高速にフェージングするチャネルの場合に正確なチャネル推定が不可能である。差分復号を含む非コヒーレント検出が深刻な性能劣化を被る。中継送受信機が同時に複数のデータ信号を受信するときに復号信頼度が低下する。チャネルコーディングは、コーディングが物理層ネットワークコーディング及び信号点配置を用いて共同で最適化されない限り良好な性能を達成しない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の実施の形態は、信号点配置、チャネルコーディング、及びネットワークコーディングを共同で最適化するための方法及びネットワークを提供する。ネットワークは、送受信機が複数のアンテナを有する非コヒーレント多入力多出力(ＭＩＭＯ)中継ネットワークとすることができる。
【０００７】
本方法は、有線通信ネットワーク、光ファイバー通信ネットワーク、及び制御ネットワークを含む、媒体特性がＭＩＭＯチャネル行列によってモデル化される他のネットワークに適用可能である。ＭＩＭＯは単入力又は単出力を含むので、本方法は単一アンテナネットワークの場合にも機能する。さらに、本方法は、好ましい実施の形態において説明される２方向トラフィックを有する２ホップ中継と同様に、多方向トラフィックを有する任意のマルチホップ中継ネットワークの場合にもデータスループットの大きな利得を与える。
【０００８】
本方法は、チャネル推定を用いない場合であっても、信頼性のある無線通信を実現するために、物理層ネットワークコーディング及びトレリスコーディングと併せて、グラスマニアン多様体上で複数の時空間変調を用いる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態による非コヒーレント多入力多出力(ＭＩＭＯ)無線中継ネットワークの概略図である。
【図２】この発明の実施の形態による２フェーズの双方向中継プロトコルのタイミング図である。
【図３】この発明の実施の形態によるブラインド時空間トレリス符号化変調(ＳＴ−ＴＣＭ)符号化器のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態による、ネットワークコーディングされたブラインドＳＴ−ＴＣＭに基づく中継プロセスのブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態による、ネットワークコーディング、チャネルコーディング、及び信号点配置の共同最適化のブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態による、パラメトリックブラインドＳＴ−ＴＣＭ構造のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示すように、この発明の実施の形態は、多入力多出力(ＭＩＭＯ)無線中継ネットワーク１００において、端末送受信機Ａ１０１と端末送受信機Ｂ１０２との間で、中間中継送受信機Ｒ１０３を介してデータＳａ１３１及びＳｂ１３２を交換するための方法及びネットワークを提供する。
【００１１】
端末送受信機Ａ１０１は１組のＭａ個のアンテナ１１１を有する。端末送受信機Ｂ１０２は、１組のＭｂ個のアンテナ１１２を有する。中継送受信機Ｒ１０３は、１組のＭｒ個のアンテナ１１３を有する。
【００１２】
データＳａ１３１は、ブラインド時空間トレリス符号化変調(ＳＴ−ＴＣＭ)符号化器１４１によって変調され、アンテナ１１１によって送信される一方、データＳｂ１３２はブラインドＳＴ−ＴＣＭ符号化器１４２によって変調され、アンテナ１１２によって同時に送信される。
【００１３】
ＭＩＭＯチャネルＨａ１２１及びＨｂ１２２を通過した後、中継送受信機Ｒは、アンテナ１３３によって送信データを受信する。ＭＩＭＯチャネルＨａ１２１はサイズＭｒ×Ｍａの複素数値行列であり、ＭＩＭＯチャネルＨｂ１２２はサイズＭｒ×Ｍｂの複素数値行列である。マルチキャリアシグナリングを用いて周波数選択性フェージングチャネルに拡張することは容易であるので、ここではこの説明を簡単にするために周波数平坦フェージングを検討する。
【００１４】
中継送受信機Ｒは、多重化されたＴＣＭデータを受信した後、非コヒーレント最尤復号のためにベクトルビタビ手順を用いるネットワークブラインドＴＣＭ復号器１４３により、データを復号して対応する推定値Ｓ’ａ及びＳ’ｂ１３３を得る。次に、中継送受信機Ｒは、推定値Ｓ’ａ及びＳ’ｂ１３３を、ネットワークブラインドＴＣＭ符号化器１４３により、ネットワークコーディング、例えばモジュロ加算に従い、Ｓ’ａ及びＳ’ｂ１３３の結合データである中間データＳｒ１３４を用いて符号化する。ネットワークコーディングされたデータＳｒ１３４は中継送受信機Ｒ１０３から端末送受信機Ａ及びＢの双方にブロードキャストされる。
【００１５】
端末送受信機Ａにおいて受信された対応するデータは、ブラインドＴＣＭ復号器１４１を通じて、データＳａの先見的知識を用い、非コヒーレント最尤復号により復号され、最終推定値Ｓ’’ｂ１３５が得られる。同様にして、端末送受信機Ｂは、データＳｂ１３２を用いてブラインドＴＣＭ復号器１４２により最終推定値Ｓ’’ａ１３６を得る。
【００１６】
図２は、上記のプロセスのタイミング２００を示している。該タイミング２００では、２つのタイムスロット、すなわちマルチアクセスフェーズ及びブロードキャストフェーズが存在する。第１のタイムスロット２２１では端末送受信機Ａ及び端末送受信機Ｂの双方が同時にデータシーケンスＳａ＝｛Ｓａ[１]，Ｓａ[２]，…，Ｓａ[Ｎ]｝２１１及びＳｂ＝｛Ｓｂ[１]，Ｓｂ[２]，…，Ｓｂ[Ｎ]｝２１２を中継送受信機Ｒに送信する。ブロック内のパケット長はＮで表される。続くタイムスロット２２２において、中継送受信機ＲはネットワークコーディングされたデータシーケンスＳｒ＝｛Ｓｒ[１]，Ｓｒ[２]，…，Ｓｒ[Ｎ]｝２１３を端末送受信機Ａ及びＢの双方にブロードキャストする。
【００１７】
図３は、第１のフェーズにおいて用いられる時空間ＴＣＭ符号化器３００を示している。ここで、ｎ番目のブロックの時間インスタンスにおけるデータＳａ[ｎ]３０１は、端末送受信機Ａにおける符号化器３０２を通じて変調され、送信データＸａ[ｎ]３０３が生成される。次に、変調データＸａ[ｎ]３０３は複数のアンテナによって送信される。Ｌをシンボル内のブロック長とすると、データＸａ[ｎ]３０３はサイズＭａ×Ｌの複素数値行列である。ブラインド時空間ＴＣＭ符号化器では、データＳａ[ｎ]は遅延線バッファーメモリ３０４内に格納され、１組の連続データ｛Ｓａ[ｎ]，Ｓａ[ｎ−１]，Ｓａ[ｎ−Ｄａ＋１]｝が構築される。ここで、Ｄａはトレリスコーディングの拘束長又はメモリサイズである。コーディングブロック３０５において、格納されたデータセットに従って、コードブックの対応する符号語が選択され、該符号語はインターリーブ(３０６)されて、又はインターリーブ(３０６)されずに送信される。インターリーブによって、高信号対雑音比(ＳＮＲ)レジーム(regime)ではダイバーシティ次数が改善するのに対し、低ＳＮＲレジームではわずかな性能劣化を被るので、インターリーブブロックは任意選択である。
【００１８】
端末送受信機Ｂにおいて、ブラインド時空間ＴＣＭ符号化器３１２で同じプロセスが行われる。この発明の背後にある主要な着想は特殊なコードブック３１５にあり、該コードブック３１５は、中継送受信機Ｒにおける物理層ネットワークコーディングを考慮することにより端末送受信機Ａにおけるコードブック３０５に実質的に直交するように生成される。実質的に直交するコードブックによって、マルチアクセスフェーズにおける同時送信によって生じるチャネル間干渉に起因した潜在的な性能劣化が解消する。
【００１９】
図４に示すように、中継送受信機Ｒは、マルチアクセスフェーズ中に送信されたＴＣＭデータを受信した後、ネットワークコーディングされた転送プロセス４１１を実行する。中継送受信機Ｒにおける受信データは、ＡからのＴＣＭデータＸａ[ｎ]４０１及びＢからのＴＣＭデータＸｂ[ｎ]４０２によって以下のように表される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
ここで、Ｙｒ[ｎ]４０６はサイズＭｒ×Ｌの受信データ行列であり、データＺｒ[ｎ]４０５はｎ番目のブロックにおける同じサイズの加法受信機雑音行列(additive receiver noise matrix)である。２つのチャネル行列Ｈａ４０３及びＨｂ４０４を連結した複合チャネル行列Ｈａｂを、行列サイズがＭｒ×(Ｍａ＋Ｍｂ)となるように定義する。ここで、２つのＴＣＭデータＸａ[ｎ]４０１及びＸｂ[ｎ]４０２の連結は、サイズ(Ｍａ＋Ｍｂ)×Ｌの複合データ行列Ｘａｂ[ｎ]によって定義される。
【００２２】
転送プロセス４１１において、中継送受信機Ｒは、各複合符号語におけるヌル空間射影４１２、続いて非コヒーレントベクトルビタビ手順４１３を用いて、データＸａ及びＸｂである可能性が最も高いデータＳ’ａ[ｎ]及びＳ’ｂ[ｎ]４１４を推定する。ヌル空間射影４１２は、任意の可能な複合符号語Ｘａｂについて、射影行列ＸａｂＯと二乗行列ノルム||・||２との行列乗算を以下のように実行する。
【００２３】
【数２】
【００２４】
ＸａｂＸａｂＯ＝０であるので、Ｙｒ[ｎ]＝Ｘａｂの場合、この式は０になる。ここで、上付き文字の演算[・]Ｏは直交射影を表し、[・]＊はエルミート転置を表し、及び[・]−１は行列の反転を表す。行列ＩＬはサイズＬ×Ｌの恒等行列を表す。ヌル空間射影４１２において計算される全ての二乗ノルムは、ＣＳＩと無関係に最も可能性の高い推定値を検索するベクトルビタビアルゴリズム４１３のためのブランチメトリック(branch metric)として用いられる。ブランチメトリック計算を複数ブロック及びより高次の回帰に拡張して性能を改善することができる。
【００２５】
次に、推定データＳ’ａ[ｎ]及びＳ’ｂ[ｎ]４１４がネットワークコーディング関数４２１によって結合されてネットワークコーディングされたデータＳｒ[ｎ]が生成される。ネットワークコーディングされたデータが遅延線メモリ４２２に格納され、グラスマン符号選択４２３を通じて符号化される。中継送受信機Ｒは、ブロードキャストフェーズ中に、ネットワークコーディングされたＴＣＭデータＸｒ[ｎ]４２５を、インターリーブ(４２４)して、又はインターリーブ(４２４)せずにブロードキャストする。端末送受信機Ａ及びＢにおいて、ＭＩＭＯチャネルを通過したネットワークコーディングされたＴＣＭデータが非コヒーレントビタビ手順によって復号される。端末送受信機Ａ及びＢのブラインドＳＴ−ＴＣＭコードブックは、複合ＴＣＭコードブック｛Ｘａｂ｝によって予め最適化されている。
【００２６】
図５は、チャネルコーディング、信号点配置、及びネットワークコーディングを共同で最適化する方法５００を示している。最適化方法は、勾配手順を用いることにより、ネットワークコーディングされたＴＣＭ符号語シーケンスの最小距離を反復的に最大にする。この方法は、初期化５０１、ＴＣＭ最適化５０２、及びネットワークコーディング最適化５０３を含む。
【００２７】
方法５００の初期化ステップ５０１において、例えばネットワークコーディングと無関係に一方向通信のために最適化されたユニタリ時空間変調によって、送受信機ごとにコードブック｛Ｘａ｝及び｛Ｘｂ｝が生成される(５１１)。これらのコードブック｛Ｘａ｝及び｛Ｘｂ｝のデカルト積によって複合ＴＣＭコードブック｛Ｘａｂ｝が構築される(５１２)。加えて、既知の排他的論理和(ＸＯＲ)演算によってネットワークコーディング関数が初期化される(５１３)。
【００２８】
ＴＣＭ最適化ステップ５０２において、符号語Ｘａ及びＸｂの任意の可能な連続対の複合ＴＣＭ｛Ｘａｂ｝の符号語距離がトレリス状態図に沿って求められる(５２１)。ここで、符号語距離はトレース基準又は行列式基準(determinant criterion)のいずれかに基づき、これらの基準は低ＳＮＲレジーム及び高ＳＮＲレジームにおけるＳＴ−ＴＣＭの良好な基準である。１つの実施の形態では、ＴＣＭはネットワークコーディングに無関係の非コヒーレント時空間ＴＣＭである。
【００２９】
同一のネットワークコーディング出力を有する符号語対を除外した(５２２)後、いくつかの最小距離符号語対を優勢な符号語対として選択する(５２３)。優勢な符号語はグラスマニアン多様体上の勾配手順によって更新される(５２４)。このＴＣＭ最適化ステップは収束するまで反復する(５２５)。
【００３０】
ネットワークコーディング最適化ステップ５０３において、ネットワークコーディング関数は、前のステップにおいて得られた複合ＴＣＭコードブックの符号語距離を最大にするように更新される。これはクラスタリング関数を用いた組合せ検索によって行なわれる(５３１)。
【００３１】
検索空間は通常、組合せ最適化には大きいので、貪欲法に基づいた既知の連続クラスタリング手順が用いられる。更新されたネットワークコーディングが古いネットワークコーディングと同じである場合、方法は停止し、最適化されたＴＣＭ及びネットワークコーディングを提供する。
【００３２】
そうでない場合、ＴＣＭ最適化ステップ及びネットワーク最適化ステップは収束する(５３３)まで反復される(５３２)。
【００３３】
上述した方法のステップは図に示される他の方法と同様に、当該技術分野において既知のメモリ及び入力／出力インターフェースに接続された送受信機内のプロセッサにおいて実行することができる。
【００３４】
グラスマニアン多様体上で非パラメトリックＳＴ−ＴＣＭコードブックを最適化することに加えて、この発明の実施の形態は、パラメトリックＳＴ−ＴＣＭコードブック構造を提供する。このパラメトリックＳＴ−ＴＣＭコードブック構造は、ＴＣＭ最適化ステップ５０２における貪欲法の収束速度を加速する。非パラメトリックＳＴ−ＴＣＭコードブックを生成する場合、全ての符号語が直接更新される。このため、最適化されるパラメーター数は高いレートの符号の場合に極めて大きくなり、このことによって貪欲法における収束が低速になる。パラメトリックＳＴ−ＴＣＭ構造は、最適化パラメーターの総数を大幅に減少させて、収束速度を増大させる。
【００３５】
図６は、パラメトリックブラインドＳＴ−ＴＣＭ構造６００を示している。このパラメトリックブラインドＳＴ−ＴＣＭ構造６００は、トレリス状態図からオフセット格子点を生成するアフィン−格子畳み込み(affine lattice convolution)６０１により、指数マッピング６０２を用いてベクトル空間をグラスマニアン多様体に変換する。この構造は、サイズＤのトレリスメモリに格納されたデータ｛Ｓ[Ｄ]，Ｓ[Ｄ−１]，…，Ｓ[１]｝６１１から各ＳＴ−ＴＣＭ符号語｛Ｘ｝６１２を生成する。ここで、送受信機の表示の下付き文字は単純化のために省かれている。すなわち、例えば送受信機Ａの場合｛Ｘ｝＝｛Ｘａ｝であり、送受信機Ｒの場合Ｄ＝Ｄｒである。
【００３６】
入力データ｛Ｓ[Ｄ]，Ｓ[Ｄ−１]，…，Ｓ[１]｝６１１は、まずサイズＤＱの二値ベクトルｂ＝[ｂ１，ｂ２，…，ｂＤＱ]＊に変換される(６２１)。ここでｂｉは０又は１であり、ＱはデータＳ[ｄ]を表すビット数である。アフィン−格子畳み込みを通じて、次に二値ベクトルｂは以下のように格子点に変換される(６２２)。
【００３７】
【数３】
【００３８】
ここで、ｕ＝[ｕ１，ｕ２，…，ｕＭ(Ｌ−Ｍ)]＊６２３はサイズＭ(Ｌ−Ｍ)の格子点ベクトルであり、複素数値行列Ｇ６２４はサイズＭ(Ｌ−Ｍ)×ＤＱの格子生成行列であり、複素数値ベクトルｇ６２５はサイズＭ(Ｌ−Ｍ)のアフィンオフセットベクトルである。Ｍは送受信機において用いられるアンテナ数であることに留意されたい。
【００３９】
アフィン畳み込み格子点ｕ６２３は逆ベクトル演算を介して以下のように行列Ｕ６３１に変換される。
【００４０】
【数４】
【００４１】
ここで、逆ベクトル演算ｉｖｅｃ(・)はベクトルを行列の列方向に整列し、
【００４２】
【数５】
【００４３】
は行列ＵがサイズＭ×(Ｌ−Ｍ)の複素数値行列であることを意味する。行列Ｕ６３１は指数マッピングを介してグラスマニアン多様体上の符号語点Ｘ６１２に以下のようにマッピングされる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
これによって、全ての符号語点Ｘがいかなる任意の行列ＵについてもＸＸ＊＝ＩＭとしてユニタリになることが保証される。
【００４６】
ＳＴ−ＴＣＭ最適化法５００は、パラメトリックＴＣＭコードブックを用いたより高速の収束を利用するように、以下のように僅かに変更される。初期化ステップ５０１において、ランダムに選択された生成行列Ｇａ及びＧｂ並びにランダムオフセットベクトルｇａ及びｇｂを用いてコードブック｛Ｘａ｝及び｛Ｘｂ｝が生成される。ＴＣＭ最適化ステップ５０２において、これらのパラメーターＧａ、Ｇｂ、ｇａ、及びｇｂを更新する勾配法が採用される。このパラメーター化によって、最適化変数の総数がかなり削減し、より具体的には(２ＤａＱａＭａ＋２ＤｂＱｂＭｂ)ＬからＭａ(Ｌ−Ｍａ)(ＤａＱａ＋１)＋Ｍｂ(Ｌ−Ｍｂ)(ＤｂＱｂ＋１)に低減する。例えば、最適化変数の数はＭａ＝Ｍｂ＝２、Ｄａ＝Ｄｂ＝２、Ｑａ＝Ｑｂ＝４、及びＬ＝４の場合に４０９６から７２に大幅に減少する。この最適化は、ネットワークコーディング制約を用いた実用的なグラスマンパッキング(Grassmann packing)である。
【００４７】
発明の効果
上述した方法は、非コヒーレントＭＩＭＯ中継ネットワークのための実質的に最適なＴＣＭコードブック及びネットワークコーディングを達成するのに対し、従来の方式は、チャネルコーディング、ネットワークコーディング、及び変調が独立して最適化されるので、最適とは程遠い。
【００４８】
従来の中継方法と比較して、この発明は以下の利点を有する。
【００４９】
本方法はＣＳＩを知る必要がなく、これによって非定常的な高速フェージングチャネルにおける利点がもたらされる。
【００５０】
本方法は、実質的に直交になるように生成された異なるコードブックを用いることによって、データが同時に送信されるマルチアクセスチャネルにおけるキャリア間干渉を被らない。
【００５１】
本方法は、追加のコーディング利得に起因したＳＴ−ＴＣＭを導入することによって、通常の非コヒーレント変調の性能劣化を解消する。
【００５２】
本方法は、グラスマニアン多様体上の非パラメトリックＳＴ−ＴＣＭ及びパラメトリックＳＴ−ＴＣＭの双方を最適化する系統的な方法を提供する。
【００５３】
パラメトリックＴＣＭ構造は、実用的なグラスマンパッキングとして、勾配最適化における高速な収束を提供する。
【００５４】
勾配最適化は、汎用手順及び分割統治法等の任意の他の多数の最適化法に置き換えることができる。
【００５５】
本方法は、有線通信、光ファイバー通信、及び制御ネットワークを含む、媒体特性がＭＩＭＯチャネル行列によってモデル化される他のネットワークに適用可能である。ＭＩＭＯは単入力又は単出力を含むので、本方法は単一アンテナネットワークにも同様に機能する。
【技術分野】
【０００１】
この発明は通信ネットワークに関し、より詳細には、非コヒーレント無線多入力多出力(ＭＩＭＯ)中継ネットワークにおいてデータを交換することに関する。
【背景技術】
【０００２】
送受信機が複数のアンテナを備える多入力多出力(ＭＩＭＯ)無線ネットワークは、特にマルチホップ中継ネットワークの場合にデータスループットを大幅に改善することができる。そのようなＭＩＭＯ中継ネットワークに関して、物理層ネットワークコーディングに基づく多数の中継方法、例えば増幅転送(ＡＦ)及び復号転送(ＤＦ)が知られている。
【０００３】
ほとんどの従来技術の方法は、受信機において正確なチャネル推定が必要とされるコヒーレント信号検出を利用する。したがって、これらの方法は、特に高速で移動している移動送受信機の場合に非定常的な高速フェージングチャネル状態を被るいくつかの通信用途について良好に機能しない。
【０００４】
さらに、物理層ネットワークコーディングを用いた中継ネットワークのブラインド時空間変調を最適化する方法は知られていない。高信頼度のネットワークを達成するには、変調、ネットワークコーディング、及びチャネルコーディングの共同最適化問題を扱うことが非常に重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、従来技術の中継通信の特性である以下の４つの問題を解決する。極めて高速にフェージングするチャネルの場合に正確なチャネル推定が不可能である。差分復号を含む非コヒーレント検出が深刻な性能劣化を被る。中継送受信機が同時に複数のデータ信号を受信するときに復号信頼度が低下する。チャネルコーディングは、コーディングが物理層ネットワークコーディング及び信号点配置を用いて共同で最適化されない限り良好な性能を達成しない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の実施の形態は、信号点配置、チャネルコーディング、及びネットワークコーディングを共同で最適化するための方法及びネットワークを提供する。ネットワークは、送受信機が複数のアンテナを有する非コヒーレント多入力多出力(ＭＩＭＯ)中継ネットワークとすることができる。
【０００７】
本方法は、有線通信ネットワーク、光ファイバー通信ネットワーク、及び制御ネットワークを含む、媒体特性がＭＩＭＯチャネル行列によってモデル化される他のネットワークに適用可能である。ＭＩＭＯは単入力又は単出力を含むので、本方法は単一アンテナネットワークの場合にも機能する。さらに、本方法は、好ましい実施の形態において説明される２方向トラフィックを有する２ホップ中継と同様に、多方向トラフィックを有する任意のマルチホップ中継ネットワークの場合にもデータスループットの大きな利得を与える。
【０００８】
本方法は、チャネル推定を用いない場合であっても、信頼性のある無線通信を実現するために、物理層ネットワークコーディング及びトレリスコーディングと併せて、グラスマニアン多様体上で複数の時空間変調を用いる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態による非コヒーレント多入力多出力(ＭＩＭＯ)無線中継ネットワークの概略図である。
【図２】この発明の実施の形態による２フェーズの双方向中継プロトコルのタイミング図である。
【図３】この発明の実施の形態によるブラインド時空間トレリス符号化変調(ＳＴ−ＴＣＭ)符号化器のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態による、ネットワークコーディングされたブラインドＳＴ−ＴＣＭに基づく中継プロセスのブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態による、ネットワークコーディング、チャネルコーディング、及び信号点配置の共同最適化のブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態による、パラメトリックブラインドＳＴ−ＴＣＭ構造のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示すように、この発明の実施の形態は、多入力多出力(ＭＩＭＯ)無線中継ネットワーク１００において、端末送受信機Ａ１０１と端末送受信機Ｂ１０２との間で、中間中継送受信機Ｒ１０３を介してデータＳａ１３１及びＳｂ１３２を交換するための方法及びネットワークを提供する。
【００１１】
端末送受信機Ａ１０１は１組のＭａ個のアンテナ１１１を有する。端末送受信機Ｂ１０２は、１組のＭｂ個のアンテナ１１２を有する。中継送受信機Ｒ１０３は、１組のＭｒ個のアンテナ１１３を有する。
【００１２】
データＳａ１３１は、ブラインド時空間トレリス符号化変調(ＳＴ−ＴＣＭ)符号化器１４１によって変調され、アンテナ１１１によって送信される一方、データＳｂ１３２はブラインドＳＴ−ＴＣＭ符号化器１４２によって変調され、アンテナ１１２によって同時に送信される。
【００１３】
ＭＩＭＯチャネルＨａ１２１及びＨｂ１２２を通過した後、中継送受信機Ｒは、アンテナ１３３によって送信データを受信する。ＭＩＭＯチャネルＨａ１２１はサイズＭｒ×Ｍａの複素数値行列であり、ＭＩＭＯチャネルＨｂ１２２はサイズＭｒ×Ｍｂの複素数値行列である。マルチキャリアシグナリングを用いて周波数選択性フェージングチャネルに拡張することは容易であるので、ここではこの説明を簡単にするために周波数平坦フェージングを検討する。
【００１４】
中継送受信機Ｒは、多重化されたＴＣＭデータを受信した後、非コヒーレント最尤復号のためにベクトルビタビ手順を用いるネットワークブラインドＴＣＭ復号器１４３により、データを復号して対応する推定値Ｓ’ａ及びＳ’ｂ１３３を得る。次に、中継送受信機Ｒは、推定値Ｓ’ａ及びＳ’ｂ１３３を、ネットワークブラインドＴＣＭ符号化器１４３により、ネットワークコーディング、例えばモジュロ加算に従い、Ｓ’ａ及びＳ’ｂ１３３の結合データである中間データＳｒ１３４を用いて符号化する。ネットワークコーディングされたデータＳｒ１３４は中継送受信機Ｒ１０３から端末送受信機Ａ及びＢの双方にブロードキャストされる。
【００１５】
端末送受信機Ａにおいて受信された対応するデータは、ブラインドＴＣＭ復号器１４１を通じて、データＳａの先見的知識を用い、非コヒーレント最尤復号により復号され、最終推定値Ｓ’’ｂ１３５が得られる。同様にして、端末送受信機Ｂは、データＳｂ１３２を用いてブラインドＴＣＭ復号器１４２により最終推定値Ｓ’’ａ１３６を得る。
【００１６】
図２は、上記のプロセスのタイミング２００を示している。該タイミング２００では、２つのタイムスロット、すなわちマルチアクセスフェーズ及びブロードキャストフェーズが存在する。第１のタイムスロット２２１では端末送受信機Ａ及び端末送受信機Ｂの双方が同時にデータシーケンスＳａ＝｛Ｓａ[１]，Ｓａ[２]，…，Ｓａ[Ｎ]｝２１１及びＳｂ＝｛Ｓｂ[１]，Ｓｂ[２]，…，Ｓｂ[Ｎ]｝２１２を中継送受信機Ｒに送信する。ブロック内のパケット長はＮで表される。続くタイムスロット２２２において、中継送受信機ＲはネットワークコーディングされたデータシーケンスＳｒ＝｛Ｓｒ[１]，Ｓｒ[２]，…，Ｓｒ[Ｎ]｝２１３を端末送受信機Ａ及びＢの双方にブロードキャストする。
【００１７】
図３は、第１のフェーズにおいて用いられる時空間ＴＣＭ符号化器３００を示している。ここで、ｎ番目のブロックの時間インスタンスにおけるデータＳａ[ｎ]３０１は、端末送受信機Ａにおける符号化器３０２を通じて変調され、送信データＸａ[ｎ]３０３が生成される。次に、変調データＸａ[ｎ]３０３は複数のアンテナによって送信される。Ｌをシンボル内のブロック長とすると、データＸａ[ｎ]３０３はサイズＭａ×Ｌの複素数値行列である。ブラインド時空間ＴＣＭ符号化器では、データＳａ[ｎ]は遅延線バッファーメモリ３０４内に格納され、１組の連続データ｛Ｓａ[ｎ]，Ｓａ[ｎ−１]，Ｓａ[ｎ−Ｄａ＋１]｝が構築される。ここで、Ｄａはトレリスコーディングの拘束長又はメモリサイズである。コーディングブロック３０５において、格納されたデータセットに従って、コードブックの対応する符号語が選択され、該符号語はインターリーブ(３０６)されて、又はインターリーブ(３０６)されずに送信される。インターリーブによって、高信号対雑音比(ＳＮＲ)レジーム(regime)ではダイバーシティ次数が改善するのに対し、低ＳＮＲレジームではわずかな性能劣化を被るので、インターリーブブロックは任意選択である。
【００１８】
端末送受信機Ｂにおいて、ブラインド時空間ＴＣＭ符号化器３１２で同じプロセスが行われる。この発明の背後にある主要な着想は特殊なコードブック３１５にあり、該コードブック３１５は、中継送受信機Ｒにおける物理層ネットワークコーディングを考慮することにより端末送受信機Ａにおけるコードブック３０５に実質的に直交するように生成される。実質的に直交するコードブックによって、マルチアクセスフェーズにおける同時送信によって生じるチャネル間干渉に起因した潜在的な性能劣化が解消する。
【００１９】
図４に示すように、中継送受信機Ｒは、マルチアクセスフェーズ中に送信されたＴＣＭデータを受信した後、ネットワークコーディングされた転送プロセス４１１を実行する。中継送受信機Ｒにおける受信データは、ＡからのＴＣＭデータＸａ[ｎ]４０１及びＢからのＴＣＭデータＸｂ[ｎ]４０２によって以下のように表される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
ここで、Ｙｒ[ｎ]４０６はサイズＭｒ×Ｌの受信データ行列であり、データＺｒ[ｎ]４０５はｎ番目のブロックにおける同じサイズの加法受信機雑音行列(additive receiver noise matrix)である。２つのチャネル行列Ｈａ４０３及びＨｂ４０４を連結した複合チャネル行列Ｈａｂを、行列サイズがＭｒ×(Ｍａ＋Ｍｂ)となるように定義する。ここで、２つのＴＣＭデータＸａ[ｎ]４０１及びＸｂ[ｎ]４０２の連結は、サイズ(Ｍａ＋Ｍｂ)×Ｌの複合データ行列Ｘａｂ[ｎ]によって定義される。
【００２２】
転送プロセス４１１において、中継送受信機Ｒは、各複合符号語におけるヌル空間射影４１２、続いて非コヒーレントベクトルビタビ手順４１３を用いて、データＸａ及びＸｂである可能性が最も高いデータＳ’ａ[ｎ]及びＳ’ｂ[ｎ]４１４を推定する。ヌル空間射影４１２は、任意の可能な複合符号語Ｘａｂについて、射影行列ＸａｂＯと二乗行列ノルム||・||２との行列乗算を以下のように実行する。
【００２３】
【数２】
【００２４】
ＸａｂＸａｂＯ＝０であるので、Ｙｒ[ｎ]＝Ｘａｂの場合、この式は０になる。ここで、上付き文字の演算[・]Ｏは直交射影を表し、[・]＊はエルミート転置を表し、及び[・]−１は行列の反転を表す。行列ＩＬはサイズＬ×Ｌの恒等行列を表す。ヌル空間射影４１２において計算される全ての二乗ノルムは、ＣＳＩと無関係に最も可能性の高い推定値を検索するベクトルビタビアルゴリズム４１３のためのブランチメトリック(branch metric)として用いられる。ブランチメトリック計算を複数ブロック及びより高次の回帰に拡張して性能を改善することができる。
【００２５】
次に、推定データＳ’ａ[ｎ]及びＳ’ｂ[ｎ]４１４がネットワークコーディング関数４２１によって結合されてネットワークコーディングされたデータＳｒ[ｎ]が生成される。ネットワークコーディングされたデータが遅延線メモリ４２２に格納され、グラスマン符号選択４２３を通じて符号化される。中継送受信機Ｒは、ブロードキャストフェーズ中に、ネットワークコーディングされたＴＣＭデータＸｒ[ｎ]４２５を、インターリーブ(４２４)して、又はインターリーブ(４２４)せずにブロードキャストする。端末送受信機Ａ及びＢにおいて、ＭＩＭＯチャネルを通過したネットワークコーディングされたＴＣＭデータが非コヒーレントビタビ手順によって復号される。端末送受信機Ａ及びＢのブラインドＳＴ−ＴＣＭコードブックは、複合ＴＣＭコードブック｛Ｘａｂ｝によって予め最適化されている。
【００２６】
図５は、チャネルコーディング、信号点配置、及びネットワークコーディングを共同で最適化する方法５００を示している。最適化方法は、勾配手順を用いることにより、ネットワークコーディングされたＴＣＭ符号語シーケンスの最小距離を反復的に最大にする。この方法は、初期化５０１、ＴＣＭ最適化５０２、及びネットワークコーディング最適化５０３を含む。
【００２７】
方法５００の初期化ステップ５０１において、例えばネットワークコーディングと無関係に一方向通信のために最適化されたユニタリ時空間変調によって、送受信機ごとにコードブック｛Ｘａ｝及び｛Ｘｂ｝が生成される(５１１)。これらのコードブック｛Ｘａ｝及び｛Ｘｂ｝のデカルト積によって複合ＴＣＭコードブック｛Ｘａｂ｝が構築される(５１２)。加えて、既知の排他的論理和(ＸＯＲ)演算によってネットワークコーディング関数が初期化される(５１３)。
【００２８】
ＴＣＭ最適化ステップ５０２において、符号語Ｘａ及びＸｂの任意の可能な連続対の複合ＴＣＭ｛Ｘａｂ｝の符号語距離がトレリス状態図に沿って求められる(５２１)。ここで、符号語距離はトレース基準又は行列式基準(determinant criterion)のいずれかに基づき、これらの基準は低ＳＮＲレジーム及び高ＳＮＲレジームにおけるＳＴ−ＴＣＭの良好な基準である。１つの実施の形態では、ＴＣＭはネットワークコーディングに無関係の非コヒーレント時空間ＴＣＭである。
【００２９】
同一のネットワークコーディング出力を有する符号語対を除外した(５２２)後、いくつかの最小距離符号語対を優勢な符号語対として選択する(５２３)。優勢な符号語はグラスマニアン多様体上の勾配手順によって更新される(５２４)。このＴＣＭ最適化ステップは収束するまで反復する(５２５)。
【００３０】
ネットワークコーディング最適化ステップ５０３において、ネットワークコーディング関数は、前のステップにおいて得られた複合ＴＣＭコードブックの符号語距離を最大にするように更新される。これはクラスタリング関数を用いた組合せ検索によって行なわれる(５３１)。
【００３１】
検索空間は通常、組合せ最適化には大きいので、貪欲法に基づいた既知の連続クラスタリング手順が用いられる。更新されたネットワークコーディングが古いネットワークコーディングと同じである場合、方法は停止し、最適化されたＴＣＭ及びネットワークコーディングを提供する。
【００３２】
そうでない場合、ＴＣＭ最適化ステップ及びネットワーク最適化ステップは収束する(５３３)まで反復される(５３２)。
【００３３】
上述した方法のステップは図に示される他の方法と同様に、当該技術分野において既知のメモリ及び入力／出力インターフェースに接続された送受信機内のプロセッサにおいて実行することができる。
【００３４】
グラスマニアン多様体上で非パラメトリックＳＴ−ＴＣＭコードブックを最適化することに加えて、この発明の実施の形態は、パラメトリックＳＴ−ＴＣＭコードブック構造を提供する。このパラメトリックＳＴ−ＴＣＭコードブック構造は、ＴＣＭ最適化ステップ５０２における貪欲法の収束速度を加速する。非パラメトリックＳＴ−ＴＣＭコードブックを生成する場合、全ての符号語が直接更新される。このため、最適化されるパラメーター数は高いレートの符号の場合に極めて大きくなり、このことによって貪欲法における収束が低速になる。パラメトリックＳＴ−ＴＣＭ構造は、最適化パラメーターの総数を大幅に減少させて、収束速度を増大させる。
【００３５】
図６は、パラメトリックブラインドＳＴ−ＴＣＭ構造６００を示している。このパラメトリックブラインドＳＴ−ＴＣＭ構造６００は、トレリス状態図からオフセット格子点を生成するアフィン−格子畳み込み(affine lattice convolution)６０１により、指数マッピング６０２を用いてベクトル空間をグラスマニアン多様体に変換する。この構造は、サイズＤのトレリスメモリに格納されたデータ｛Ｓ[Ｄ]，Ｓ[Ｄ−１]，…，Ｓ[１]｝６１１から各ＳＴ−ＴＣＭ符号語｛Ｘ｝６１２を生成する。ここで、送受信機の表示の下付き文字は単純化のために省かれている。すなわち、例えば送受信機Ａの場合｛Ｘ｝＝｛Ｘａ｝であり、送受信機Ｒの場合Ｄ＝Ｄｒである。
【００３６】
入力データ｛Ｓ[Ｄ]，Ｓ[Ｄ−１]，…，Ｓ[１]｝６１１は、まずサイズＤＱの二値ベクトルｂ＝[ｂ１，ｂ２，…，ｂＤＱ]＊に変換される(６２１)。ここでｂｉは０又は１であり、ＱはデータＳ[ｄ]を表すビット数である。アフィン−格子畳み込みを通じて、次に二値ベクトルｂは以下のように格子点に変換される(６２２)。
【００３７】
【数３】
【００３８】
ここで、ｕ＝[ｕ１，ｕ２，…，ｕＭ(Ｌ−Ｍ)]＊６２３はサイズＭ(Ｌ−Ｍ)の格子点ベクトルであり、複素数値行列Ｇ６２４はサイズＭ(Ｌ−Ｍ)×ＤＱの格子生成行列であり、複素数値ベクトルｇ６２５はサイズＭ(Ｌ−Ｍ)のアフィンオフセットベクトルである。Ｍは送受信機において用いられるアンテナ数であることに留意されたい。
【００３９】
アフィン畳み込み格子点ｕ６２３は逆ベクトル演算を介して以下のように行列Ｕ６３１に変換される。
【００４０】
【数４】
【００４１】
ここで、逆ベクトル演算ｉｖｅｃ(・)はベクトルを行列の列方向に整列し、
【００４２】
【数５】
【００４３】
は行列ＵがサイズＭ×(Ｌ−Ｍ)の複素数値行列であることを意味する。行列Ｕ６３１は指数マッピングを介してグラスマニアン多様体上の符号語点Ｘ６１２に以下のようにマッピングされる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
これによって、全ての符号語点Ｘがいかなる任意の行列ＵについてもＸＸ＊＝ＩＭとしてユニタリになることが保証される。
【００４６】
ＳＴ−ＴＣＭ最適化法５００は、パラメトリックＴＣＭコードブックを用いたより高速の収束を利用するように、以下のように僅かに変更される。初期化ステップ５０１において、ランダムに選択された生成行列Ｇａ及びＧｂ並びにランダムオフセットベクトルｇａ及びｇｂを用いてコードブック｛Ｘａ｝及び｛Ｘｂ｝が生成される。ＴＣＭ最適化ステップ５０２において、これらのパラメーターＧａ、Ｇｂ、ｇａ、及びｇｂを更新する勾配法が採用される。このパラメーター化によって、最適化変数の総数がかなり削減し、より具体的には(２ＤａＱａＭａ＋２ＤｂＱｂＭｂ)ＬからＭａ(Ｌ−Ｍａ)(ＤａＱａ＋１)＋Ｍｂ(Ｌ−Ｍｂ)(ＤｂＱｂ＋１)に低減する。例えば、最適化変数の数はＭａ＝Ｍｂ＝２、Ｄａ＝Ｄｂ＝２、Ｑａ＝Ｑｂ＝４、及びＬ＝４の場合に４０９６から７２に大幅に減少する。この最適化は、ネットワークコーディング制約を用いた実用的なグラスマンパッキング(Grassmann packing)である。
【００４７】
発明の効果
上述した方法は、非コヒーレントＭＩＭＯ中継ネットワークのための実質的に最適なＴＣＭコードブック及びネットワークコーディングを達成するのに対し、従来の方式は、チャネルコーディング、ネットワークコーディング、及び変調が独立して最適化されるので、最適とは程遠い。
【００４８】
従来の中継方法と比較して、この発明は以下の利点を有する。
【００４９】
本方法はＣＳＩを知る必要がなく、これによって非定常的な高速フェージングチャネルにおける利点がもたらされる。
【００５０】
本方法は、実質的に直交になるように生成された異なるコードブックを用いることによって、データが同時に送信されるマルチアクセスチャネルにおけるキャリア間干渉を被らない。
【００５１】
本方法は、追加のコーディング利得に起因したＳＴ−ＴＣＭを導入することによって、通常の非コヒーレント変調の性能劣化を解消する。
【００５２】
本方法は、グラスマニアン多様体上の非パラメトリックＳＴ−ＴＣＭ及びパラメトリックＳＴ−ＴＣＭの双方を最適化する系統的な方法を提供する。
【００５３】
パラメトリックＴＣＭ構造は、実用的なグラスマンパッキングとして、勾配最適化における高速な収束を提供する。
【００５４】
勾配最適化は、汎用手順及び分割統治法等の任意の他の多数の最適化法に置き換えることができる。
【００５５】
本方法は、有線通信、光ファイバー通信、及び制御ネットワークを含む、媒体特性がＭＩＭＯチャネル行列によってモデル化される他のネットワークに適用可能である。ＭＩＭＯは単入力又は単出力を含むので、本方法は単一アンテナネットワークにも同様に機能する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端末送受信機、第２の端末送受信機、及び中継送受信機を含むネットワークにおいて、信号点配置、チャネルコーディング及びネットワークコーディングを共同で最適化する方法であって、
初期化するステップであって、
前記第１の端末送受信機のための第１のコードブック｛Ｘａ｝及び前記第２の端末送受信機のための第２のコードブック｛Ｘｂ｝を生成するステップと、
前記第１のコードブック｛Ｘａ｝及び前記第２のコードブック｛Ｘｂ｝から複合コードブック｛Ｘａｂ｝を構築するステップと、
ネットワークコーディング関数を初期化するステップと、
を含むものと、
トレリス符号化変調(ＴＣＭ)を最適化するステップであって、
トレリス状態図に沿って、前記複合コードブック｛Ｘａｂ｝内の全ての可能な符号語対Ｘａｂについて複合ＴＣＭの距離を求めるステップと、
同一のネットワークコーディング出力を有する前記符号語対を除外するステップと、
最小距離を有する前記符号語対Ｘａｂを優勢な符号語対として選択するステップと、
グラスマニアン多様体上の勾配手順によって前記優勢な符号語対を更新し、前記ＴＣＭの最適化が収束するまで反復するステップであって、前記信号点配置及び前記チャネルコーディングを共同で最適化するネットワークコーディング関数を生成するものと、
を含むものと、
前記ネットワークコーディング関数を最適化するステップであって、
前記優勢な符号語対を最大にし、前記ＴＣＭの最適化及び該ネットワークコーディング関数の最適化を、該ネットワークコーディング関数が２つの連続した反復にわたって同一になるまで反復するステップであって、前記信号点配置、前記チャネルコーディング、及び前記ネットワークコーディングを共同で最適化するものと、
を備え、
前記ステップはプロセッサにおいて実行される、方法。
【請求項２】
前記コードブックは前記ネットワークコーディングと無関係に一方向通信のために最適化されたユニタリ時空間変調によって生成され、前記複合コードブックは前記第１のコードブック及び前記第２のコードブックのデカルト積であり、前記ネットワークコーディング関数は排他的論理和(ＸＯＲ)演算によって初期化される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記符号語距離はトレース基準に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記符号語距離は行列式基準に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記最大にするステップは、連続クラスタリング関数を用いた貪欲組合せ検索を用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＴＣＭは前記ネットワークコーディングと無関係の非コヒーレント時空間ＴＣＭである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＴＣＭを最適化するステップは、トレリス状態図からオフセット格子点を生成するアフィン−格子畳み込みを用いて、指数マッピングを用いてベクトル空間をグラスマニアン多様体に変換する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のコードブック｛Ｘａ｝は前記第２のコードブック｛Ｘｂ｝に実質的に直交する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の端末送受信機によって、データＳａに対応する特定の符号語Ｘａを送信する一方、前記第２の端末送受信機によって、データＳｂに対応する特定の符号語Ｘｂを同時に送信するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記中継送受信機において前記特定の符号語Ｘａ及びＸｂを受信するステップと、
ヌル空間、続いて非コヒーレントベクトルビタビ手順を用いてデータＳ’ａ及びＳ’ｂを推定するステップと、
前記ネットワークコーディング関数(４２１)によってＳ’ａ及びＳ’ｂを結合してネットワークコーディングされたデータＳｒを生成するステップと、
前記ネットワークコーディングされたデータを前記第１の端末送受信機及び前記第２の端末送受信機にブロードキャストするステップと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の端末送受信機、前記第２の端末送受信機、及び前記中継送受信機はそれぞれ複数のアンテナを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のコードブック及び前記第２のコードブックはランダムに選択された生成行列及びランダムオフセットベクトルを用いて生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
第１の端末送受信機、第２の端末送受信機、及び中継送受信機を含むネットワークにおいて、信号点配置、チャネルコーディング及びネットワークコーディングを共同で最適化する方法であって、
初期化するステップであって、
前記第１の端末送受信機のための第１のコードブック｛Ｘａ｝及び前記第２の端末送受信機のための第２のコードブック｛Ｘｂ｝を生成するステップと、
前記第１のコードブック｛Ｘａ｝及び前記第２のコードブック｛Ｘｂ｝から複合コードブック｛Ｘａｂ｝を構築するステップと、
ネットワークコーディング関数を初期化するステップと、
を含むものと、
トレリス符号化変調(ＴＣＭ)を最適化するステップであって、
トレリス状態図に沿って、前記複合コードブック｛Ｘａｂ｝内の全ての可能な符号語対Ｘａｂについて複合ＴＣＭの距離を求めるステップと、
同一のネットワークコーディング出力を有する前記符号語対を除外するステップと、
最小距離を有する前記符号語対Ｘａｂを優勢な符号語対として選択するステップと、
グラスマニアン多様体上の勾配手順によって前記優勢な符号語対を更新し、前記ＴＣＭの最適化が収束するまで反復するステップであって、前記信号点配置及び前記チャネルコーディングを共同で最適化するネットワークコーディング関数を生成するものと、
を含むものと、
前記ネットワークコーディング関数を最適化するステップであって、
前記優勢な符号語対を最大にし、前記ＴＣＭの最適化及び該ネットワークコーディング関数の最適化を、該ネットワークコーディング関数が２つの連続した反復にわたって同一になるまで反復するステップであって、前記信号点配置、前記チャネルコーディング、及び前記ネットワークコーディングを共同で最適化するものと、
を備え、
前記ステップはプロセッサにおいて実行される、方法。
【請求項２】
前記コードブックは前記ネットワークコーディングと無関係に一方向通信のために最適化されたユニタリ時空間変調によって生成され、前記複合コードブックは前記第１のコードブック及び前記第２のコードブックのデカルト積であり、前記ネットワークコーディング関数は排他的論理和(ＸＯＲ)演算によって初期化される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記符号語距離はトレース基準に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記符号語距離は行列式基準に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記最大にするステップは、連続クラスタリング関数を用いた貪欲組合せ検索を用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＴＣＭは前記ネットワークコーディングと無関係の非コヒーレント時空間ＴＣＭである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＴＣＭを最適化するステップは、トレリス状態図からオフセット格子点を生成するアフィン−格子畳み込みを用いて、指数マッピングを用いてベクトル空間をグラスマニアン多様体に変換する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のコードブック｛Ｘａ｝は前記第２のコードブック｛Ｘｂ｝に実質的に直交する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の端末送受信機によって、データＳａに対応する特定の符号語Ｘａを送信する一方、前記第２の端末送受信機によって、データＳｂに対応する特定の符号語Ｘｂを同時に送信するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記中継送受信機において前記特定の符号語Ｘａ及びＸｂを受信するステップと、
ヌル空間、続いて非コヒーレントベクトルビタビ手順を用いてデータＳ’ａ及びＳ’ｂを推定するステップと、
前記ネットワークコーディング関数(４２１)によってＳ’ａ及びＳ’ｂを結合してネットワークコーディングされたデータＳｒを生成するステップと、
前記ネットワークコーディングされたデータを前記第１の端末送受信機及び前記第２の端末送受信機にブロードキャストするステップと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の端末送受信機、前記第２の端末送受信機、及び前記中継送受信機はそれぞれ複数のアンテナを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のコードブック及び前記第２のコードブックはランダムに選択された生成行列及びランダムオフセットベクトルを用いて生成される、請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６５３６８（Ｐ２０１２−１６５３６８Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２８９８（Ｐ２０１２−２８９８）
【出願日】平成２４年１月１１日（２０１２．１．１１）
【出願人】（５９７０６７５７４）ミツビシ・エレクトリック・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド (484)
【住所又は居所原語表記】２０１ ＢＲＯＡＤＷＡＹ， ＣＡＭＢＲＩＤＧＥ， ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ ０２１３９， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８９８（Ｐ２０１２−２８９８）
【出願日】平成２４年１月１１日（２０１２．１．１１）
【出願人】（５９７０６７５７４）ミツビシ・エレクトリック・リサーチ・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド (484)
【住所又は居所原語表記】２０１ ＢＲＯＡＤＷＡＹ， ＣＡＭＢＲＩＤＧＥ， ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ ０２１３９， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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