JP4741978B2 - ランダムビームフォーミング方式によるmimo通信システム及びそのユーザスケジューリング方法 - Google Patents
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Description
「Opportunistic beamforming using dumb Anntennas」、IEEE Trans. Infor. Theory、 Vol. 48、 No. 6、 pp. 1277-1294. June. 2002 「Enhanced opportunistic beamforming」、 IEEE VTC2003-Fall、 Vol. 3、 PP. 1762-1766、 OCT. 2003 「A random beamforming technique in MIMO systems exploiting multiuser diversity」、 IEEE JSAC、 Vol. 21、 No. 5、 June 2003
図6から分かるように、送信側10は、ユーザデータ信号を送信する前、まずディプレクサーグループ130を介してnT本の送信アンテナから送信ビーム形式で受信端末20に向けてチャネル推定信号を送信する。
送信側10
図7において、上記送信側10は、MIMOデータプロセッサ110と、MIMOスケジューラ120と、ディプレクサーグループ130と、nT本の送信アンテナとを含む。
説明を簡単にするため、ここに1つの受信端末20を示す。
各受信端末20は、チャネル減衰状況に基づいて、受信信号プロセッサ210を介して受信した信号を処理することによって、ユーザフィードバック情報を取得し、フィードバック情報プロセッサ220へ送信する。そのうち、このユーザフィードバック情報は、上記受信端末20に最良の送信ビームnkのセット及びこの最良の送信ビームセットの各送信ビームに対応する信号干渉比GNIkを含み、この最良の送信ビームセットにおける最良の送信ビームの数は、実際のチャネル状況に基づいて選定しても良い。
本発明のランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムは、送信ビーム間の干渉を考慮し、かつスケジューリングされるユーザの数が固定されたM(1<M<nT)個である場合、各受信端末20は、チャネル減衰状況に基づいて、受信信号プロセッサ210を介して受信した信号を処理することによって、ユーザフィードバック情報を取得し、フィードバック情報プロセッサ220へ送信する。
本発明のランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムは送信ビーム間の干渉及びこの干渉がシステム容量に与える影響を考慮する場合、各受信端末20は、チャネル減衰状況に基づいて、受信信号プロセッサ210を介して受信した信号を処理することによって、ユーザフィードバック情報を取得し、フィードバック情報プロセッサ220へ送信する。
120…MIMOスケジューラ
130…ディプレクサーグループ
210…受信信号プロセッサ
220…フィードバック情報プロセッサ
230…ディプレクサーグループ
111…ユーザセレクタ
112…分流器
113…ビーム分配器
114…ビーム成形器
115…送信RFリンクグループ
116…ランダムマトリックス生成器
121…スケジューラ
122…MIMO受信信号プロセッサ
123…受信RFリンクグループ
Claims (11)
- 少なくともチャネル推定信号とユーザデータを有するデータフレームを送信する送信側(10)と、
前記送信側(10)が送信したデータフレームを受信し、該データフレームに対応するフィードバック信号を生成させ、前記ユーザデータを復調する少なくとも一つの受信端末(20)とを含むランダムビームフォーミング(random beamforming)方式によるMIMO通信システムであって、
前記送信側(10)は、前記フィードバック信号に基づいて、スケジューリングされたユーザと、スケジューリングされた各ユーザの送信データストリームと、各データストリームを送信するために採用する送信ビーム(transmitting beam)とを含むスケジューリング情報を生成し、該スケジューリング情報を利用して適応ユーザスケジューリングを行い、
前記フィードバック信号は、各受信端末に対して最良の送信ビームセットと、前記最良の送信ビームセットの各送信ビームの等価チャネルゲイン(equivalent channel gain)と、前記受信端末に対して干渉が最小の送信ビームセットと、前記干渉が最小の送信ビームセットの各送信ビームが前記ユーザの最良の送信ビームに対する等価チャネルゲインの性能損失比とを含むことを特徴とするランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システム。 - 前記送信側(10)は、
ディプレクサーグループ(130)(diplexer group)及び前記ディプレクサーグループ上に設置される送信アンテナと、
MIMOスケジューラ(120)と、
MIMOデータプロセッサ(110)とを含み、
前記ディプレクサーグループ(130)(diplexer group)及び前記ディプレクサーグループの上位に設置される送信アンテナは、前記データフレームを送信し、前記受信端末(20)からのフィードバック信号を受信し、
前記MIMOスケジューラ(120)は、前記フィードバック信号に基づいて前記スケジューリング情報を生成し、
前記MIMOデータプロセッサ(110)は、前記スケジューリング情報に基づいてスケジューリングを必要とするユーザを選択し、選択されたユーザのデータを選択された送信ビームで送信するものであり、
前記受信端末(20)は、
ディプレクサーグループ(230)及び前記ディプレクサーグループの上位に設置される送信アンテナと、
受信信号プロセッサ(210)と、
フィードバック情報プロセッサ(220)とを含み、
前記ディプレクサーグループ(230)及び前記ディプレクサーグループ上に設置される送信アンテナは、前記送信側(10)からのデータフレームを受信し、ユーザのフィードバック情報を送信し、
前記受信信号プロセッサ(210)は、データフレームに基づいてフィードバックデータを生成させ、ユーザデータを復調し、
前記フィードバック情報プロセッサ(220)は、ユーザフィードバック情報をフィードバック信号に変換するものであることを特徴とする請求項1に記載するランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システム。 - 前記MIMOスケジューラ(120)は、
受信したフィードバック信号を対応するデータストリームに変換する受信RFリンクグループ(123)と、
変換されたデータストリームを時空信号処理し、変換されたデータストリームに対応するスケジューリング情報を取得するMIMO受信信号プロセッサ(122)と、
前記スケジューリング情報に基づいて前記MIMOデータプロセッサ(110)の信号処理を制御するスケジューラ(121)とを含むことを特徴とする請求項2に記載するランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システム。 - 前記MIMOデータプロセッサ(110)は、
スケジューリング情報に基づいて、スケジューリングされるユーザを選択するユーザセレクター(111)と、
スケジューリングされるユーザのユーザデータを分流処理し、複数のデータストリームを出力する複数のパラレル分流器(112)と、
分流器(112)から出力されたデータストリームを処理し、送信されたデータストリームと対応する送信ビームとに対して一対一の対応関係を持たせるビーム分配器(113)と、
ランダムマトリックスを生成し、かつ出力するランダムマトリックス生成器(116)と、
前記ビーム分配器(113)から受信した対応する送信ビームと対応関係を持つデータストリーム及び前記ランダムマトリックス生成器(116)からのランダムマトリックスに基づいて、複数の送信信号を生成するビーム成形器(114)と、
前記ビーム成形器(114)から出力された複数の送信信号を受信し、該複数の送信信号を対応するRF信号に変換する送信RFリンクグループ(115)とを含むことを特徴とする請求項2に記載するランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システム。 - ビーム成形器(114)は、複数の乗算器と複数の加算器からなり、送信ビームに対応する複数の送信信号を生成することを特徴とする請求項4に記載するランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システム。
- 前記送信RFリンクグループ(115)は、並列する複数の送信RFリンクを含み、ビーム成形器(114)から出力した複数の送信信号を対応するRF信号にそれぞれ変換し、
各送信RFリンクが直列接続する一つの変調器(117)と、一つのアップコンバータ(118)と、一つの電力増幅器(119)とを含むことを特徴とする請求項5に記載するランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システム。 - 前記受信信号プロセッサ(210)は、
受信したRF信号を復調し、周波数変換処理を行い、対応するデータストリームを得る受信RFリンクグループ(211)と、
取得したデータストリームに基づいて対応するユーザフィードバック情報を生成させるとともに、ユーザデータを復調して出力するMIMO受信信号プロセッサ(212)とを含み、
前記フィードバック情報プロセッサ(220)は、
ユーザフィードバック情報をフィードバック信号に変換するMIMO送信信号プロセッサ(221)と、
前記フィードバック信号を対応するRF信号に変換する送信RFリンクグループ(222)とを含むことを特徴とする請求項6に記載するランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システム。 - ランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムのユーザスケジューリング方法であって、
受信端末で、送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネル減衰状況に基づいてフィードバック信号を生成させ、前記フィードバック信号を送信側にフィードバックするステップ(a)と、
前記送信側が、前記フィードバック信号を受信し、前記フィードバック信号に基づいて、スケジューリングされたユーザと、スケジューリングされた各ユーザの送信データストリームと、各データストリームを送信するために採用する送信ビームとを含むスケジューリング情報を生成させ、該スケジューリング情報を利用してユーザスケジューリングを行うステップ(b)とを含み、
前記フィードバック信号は、各受信端末に対して最良の送信ビームセットと、前記最良の送信ビームセットの各送信ビームの等価チャネルゲインと、前記受信端末に対して干渉が最小の送信ビームセットと、前記干渉が最小の送信ビームセットの各送信ビームが前記ユーザの最良の送信ビームに対する等価チャネルゲインの性能損失比とを含むことを特徴とするランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムのユーザスケジューリング方法。 - 前記ステップ(b)は、
ユーザスケジューリング表と割り当て済み送信ビーム表とを初期化するステップ(1)と、
フィードバックされてきたすべての信号干渉比を比較し、最大信号干渉比を有するユーザを選出してユーザスケジューリング表に加え、対応する送信ビームを割り当て済み送信ビーム表に加えるステップ(2)と、
フィードバックされてきたすべての信号干渉比を比較し、スケジューリングしないユーザの中から、最大信号干渉比を有するユーザを選出して、選出されたユーザが対応する送信ビームが割り当て済み送信ビーム表にない場合、ユーザスケジューリング表に加え、対応する送信ビームを割り当て済み送信ビーム表に加えるステップ(3)と、
ユーザスケジューリングが完成するまでステップ(3)を繰り返すステップ(4)と、
最終的なユーザスケジューリング表と割り当て済み送信ビーム表とに基づいて、システムのユーザスケジューリングを行うステップ(5)とを含むことを特徴とする請求項8に記載するユーザスケジューリング方法。 - 前記ステップ(b)は、
ユーザスケジューリング表と割り当て済み送信ビーム表とを初期化するステップ(1)と、
フィードバックされてきたすべての信号干渉比を比較し、最大信号干渉比を有するユーザを選出してユーザスケジューリング表に加え、対応する送信ビームを割り当て済み送信ビーム表に加えるステップ(2)と、
ユーザスケジューリング表にあるユーザに対して、該ユーザに対応する組合せから干渉が最小の送信ビームを選出し、前記干渉が最小の送信ビームに基づいて、該干渉が最小の送信ビームに対応する最大干渉比を有するユーザを選出し、前記ユーザをユーザスケジューリング表に加え、同時に、前記ユーザが対応する送信ビームを割り当て済み送信ビーム表に加えるステップ(3)と、
スケジューリングが完成するまでステップ(3)を繰り返すステップ(4)と、
最終的なユーザスケジューリング表と割り当て済み送信ビーム表とに基づいて、システムのユーザスケジューリングを行うステップ(5)とを含むことを特徴とする請求項8に記載するユーザスケジューリング方法。 - 前記ステップ(b)は、
ユーザスケジューリング表と割り当て済み送信ビーム表とを初期化するステップ(1)と、
フィードバックされてきたすべての等価チャネルゲインを比較し、最大等価チャネルゲインを有するユーザを選出してユーザスケジューリング表に加え、対応する送信ビームを割り当て済み送信ビーム表に加えるステップ(2)と、
ユーザスケジューリング表にあるユーザに対して、該ユーザに対応する組合せから干渉が最小の送信ビームを選出し、そして前記干渉が最小の送信ビームに対応する最大等価チャネルゲインを有するユーザを選出するステップ(3)と、
フィードバックされてきた性能損失比に基づいて、前記ユーザの加入によってシステム容量を向上させたかどうかを判断し、前記ユーザの加入でシステム容量を向上させた場合、前記ユーザをユーザスケジューリング表に加え、対応する送信ビームを割り当て済み送信ビーム表に加え、前記ユーザの加入でシステム容量を低下させた場合、前記ユーザをユーザスケジューリング表に加えず、スケジューリングを停止させるステップ(4)と、
前記ユーザが加入後、スケジューリングが完成するまで順次にステップ(3)と(4)を繰り返すステップ(5)と、
最終的なユーザスケジューリング表と割り当て済み送信ビーム表とに基づいて、システムのユーザスケジューリングを行うステップ(6)とを含むことを特徴とする請求項8に記載するユーザスケジューリング方法。
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