予稿データ

大容量で高速な無線通信を実現する
セミブラインド干渉アラインメント伝送に関する研究
On Semi-Blind Interefenece Alignment
for Large-Capacity and High Data Rate Transmissions
◦高井真人 (Manato Takai)† 石橋功至 (Koji Ishibashi)‡ ウォンヨンシン (Won-Yong Shin)∗ ヒョソクイ (Hyo Seok Yi)§
和田忠浩 (Tadahiro Wada)¶
†¶ 静岡大学大学院工学研究科浜松市中区城北 3-5-1 432-8561
Grad. School of Eng. Shizuoka Univ., 3-5-1 Johoku, Naka-ku, Hamamatsu, Shizuoka,
Japan, [email protected]
‡ 電気通信大学先端ワイヤレスコミュニケーション研究センター
Advanced Wireless Communications Research Center,
The Univ. of Electro-Communications
∗ 壇国大学国際学部
College of International Studies, Dankook Univ. § ハーバード大学工学応用科学研究科
Shool of Engineering and Applied Science, Harvard Univ.
1
あらまし
無線通信技術の急速な発展と普及により周波
数帯域の逼迫が問題となっている一方で，あらゆ
る機器を無線通信によってネットワーク接続す
る Machine-to-Machine(M2M) 通信や高度道路交
通システム (ITS: Intelligent Transportation System) といった高速 · 大容量通信を必要とする技術
の実用化が活発に検討されている．これらのアプ
リケーションでは多数の端末が相互に通信を行う
ため，端末間での干渉が頻繁に発生し，通信性能を
著しく低下させてしまうと考えられる．このよう
な問題を回避する方法として近年，干渉アラインメ
ント (IA: Interference Alignment) が提案され，活
発に研究されている．IA は信号空間上で干渉信号
をある部分空間に揃えることで所望信号の空間を増
大させ，伝送レートを大幅に増加させる手法である
が，各送信端末は全ての通信路応答を知る必要があ
り，送信端末間の正確な時間同期が必要であった．
そこで我々は文献 [1, 2] において，従来の IA が抱
える問題を解決するセミブラインド干渉アラインメ
ント (S-BIA:Semi-Blind Interference Alignment)
を提案した．同文献において，S-BIA は各送信端
末が知るべき通信路応答情報量を減らし，受信端末
における干渉除去の演算量を削減しつつ，従来の
IA 方式と同等の自由度利得を得られることを明ら
かにした．本稿ではこれらの成果について概説し，
S-BIA の有効性について述べる．
(k)
h11
Tx1
(a1 , a2 )
(k)
h21
Rx1
(a1 , b1 )
(k)
h12
Tx2
(b1 , b2 )
Rx2
(k)
h22
(a2 , b2 )
図 1 2×2 X 通信路のシステムモデル
2
システムモデル
図 1 に示すような 2×2 X 通信路を想定する．本
モデルでは 2 つの送信端末と 2 つの受信端末がそ
れぞれ 1 本のアンテナをもち，送信端末がそれぞ
れ全ての受信端末に独立した情報を送信する．送
信端末 Tx1 は情報系列 (a1 , a2 ) を送信し，送信端
末 Tx2 は情報系列 (b1 , b2 ) を送信する．また，受信
端末 Rx1 は (a1 , b1 ) を，受信端末 Rx2 は (a2 , b2 )
をそれぞれ受信したいものと仮定する．つまり，受
信端末 Rx1 にとって (a1 , b1 ) が所望信号であり，
(a2 , b2 ) が干渉信号である．各送信端末は受信側で
これらが互いに干渉しないように送信信号を形成
する必要がある．
i 番目の送信端末と j 番目の受信端末間で形成さ
れる周波数スロット k における通信路応答成分を
(k)
hij で表す．
3
セミブラインド干渉アラインメント
S-BIA において，送信端末 Tx1 は次のような 3
つの信号を送信する．
]
]
[
[
(1) 
x1
0
α
(2)
 x
 = 1 a1 + 1 a2
1
0
β
(3)
x1

(1)
同様に，送信端末 Tx2 は次の 3 つの信号を送信
する．

[
]
[ ]
(1) 
x2
0
γ
(2)
 x
 = 1 b1 + 1 b2
2
0
δ
(3)
x2
(2)
(2)
α=
(1)
h12
(2)
,
β=
h11
(3)
(2)
,
γ=
h11
h22
(1)
信号を除去する．
[
(2)
,
δ=
h22
従来の IA，S-BIA，FDMA 方式のシステ
ム全体の伝送レート
ここで，α, β, γ, δ はアラインメント係数と呼ばれ，
次式のように与えられる．
h12
図2
h21
(3)
.
h21
(1)
y1
(2)
(3)
y1 − y1
]
[
=
(1)
h11 α
(2)
h11
(3)
+
1 章で説明したように，IA では各送信端末が全
ての送受信端末間の通信路応答値を知る必要があっ
た．しかしながら，S-BIA では上式より，各アライ
ンメント係数を計算するためには送信端末自身に
関する通信路応答だけが既知であればよいことが
分かる．また，IA 方式における送信端末間の正確
な時間同期の要求を緩和するため，本研究では直交
周波数分割多重 (OFDM: Orthogonal Frequency
Division Multiplexing) 方式を利用して信号を送信
する．マルチパス環境下において，OFDM の各サ
ブキャリアにおける通信路応答値は変動する．互
いに独立な通信路応答値を持つサブキャリアを用
いて信号を送信する．OFDM による独立した通信
路の形成に関しては，文献 [1] を参照されたい．
各送信信号は X 通信路を介して受信され，受信
端末 Rx1 における各受信信号は次式で与えられる．

(1) 
(1)
(1)
y1
h11 α h12 γ
 y (2)  =  (2)
(2)
h11
h12
1
(3)
0
0
y1

0
0
(2)
(2)

h12
h11
+
(3)
(3)
h11 β h12 δ





[
[
a1
b1
a2
b2
]
]

(1) 
n1

+  n(2)
1
(3)
n1
(4)
受信側ではこれらの受信信号を用いることによっ
て各受信端末における所望信号を取り出す．受信
(2)
(3)
端末 Rx1 では y1 から y1 を減算することで干渉
4
(1)
h21 γ
(2)
h21
[
][
(1)
a1
b1
n1
(2)
(3)
n1 − n1
]
]
(5)
伝送レートの比較
従来の干渉アラインメント方式 [3] および SBIA[2] のシステム全体の伝送レートを図 2 に示す．
参考として，周波数分割多元接続 (FDMA: Frequency Division MUltiple Access) の伝送レート
も示す．同図より，従来の IA と S-BIA は FDMA
に比べ，伝送レートが著しく増大していることが
分かる．また，S-BIA は信号対雑音電力比 (SNR:
Signal-to-Noise Ratio) に対して従来の IA と同じ
傾きで伝送レートが増大しており，従来の IA と同
等の自由度利得を達成できていることが分かる．
参考文献
[1] 高井真人, 石橋功至, ウォンヨンシン, 横山明久,
and 和田忠浩, “通信路の周波数選択性を用いたセミ
ブラインド干渉アラインメントに関する一検討”, 信
学技報, vol. 112, no. 147, pp. 73–78, Jul. 2012.
[2] M. Takai, K. Ishibashi, W.-Y. Shin, H.S. Yi, and
T. Wada, “Semi-Blind interference alignment
based on OFDM over frequency selective x channels”, in IEEE ICC 2013, Budapest, Hungary,
June 2013.
[3] T. Gou, C. Wang, and S.A. Jafar, “Aiming Perfectly in the Dark-Blind Interference Alignment
Through Staggered Antenna Switching”, Signal
Proc., IEEE Trans. on, vol. 59, no. 6, pp. 2734
–2744, june. 2011.

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