JP4813177B2

JP4813177B2 - 適応スケジューリングのｍｉｍｏ通信システム及びその適応ユーザースケジューリング方法

Info

Publication number: JP4813177B2
Application number: JP2005378884A
Authority: JP
Inventors: 振崗潘; 嵐陳
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: US7688789B2; EP1677435A2; CN1797987A; US20060146755A1; EP1677435A3; CN1797987B; JP2006191620A

Description

本発明は、マルチ入力・マルチ出力（Multiple Input Multiple Output、MIMO）アンテナシステム及びそのユーザースケジューリング（User Scheduling）方法に関するもので、特に適応スケジューリングにおけるマルチ入力・マルチ出力アンテナシステム及びその適応ユーザースケジューリング方法に関するものである。

将来のアンテナ通信システムは、高速データ業務を支持しなければならない。たとえば、高速データ業務は、映像会議、映像リクエスト、テレビ電話ゲームなどである。ＩＴＵ−ＲＭ１６４５文書においては、高速無線業務（High Mobility）に対して最高１００Ｍbpsの速度が要求され、低速（Low Mobility）または固定無線（Fixed Wireless）業務に対してはさらに１Ｇbpsの速度が要求される。無線通信において、チャネルの速度は、チャネルのスペクトラム帯幅と周波数利用効率の積と等しい。速度を向上させるため、我々はそのスペクトラム帯幅または周波数利用効率を向上させることができる。周波数資源は有限であるため、無制限にスペクトラム帯幅を増加させて通信速度を速めることはできない。最も良い方法は、周波数利用効率を向上させることである。最近の研究によって、マルチ入力・マルチ出力技術が、周波数利用効率を大幅に向上させることが発見された。

いわゆるマルチ入力・マルチ出力技術とは、つまり、同時に通信システムの送信側と受信端末に複数のアンテナ（Multiple Antennas）を取り付けることである。それは、片端に複数のアンテナを取り付けること、即ちシングル入力マルチ出力（Single Input Multiple Output、SIMO）と、マルチ入力シングル出力（Multiple Input Single Output、MISO）を含む。異なるアンテナは物理的に分かれるため、一般的には複数のアンテナは通信システムに他の１つの信号域一空間域を導入すると考えられる。

マルチ入力・マルチ出力システムにおいては、通常２種類の信号処理の方法を用いて、チャネルの周波数利用効率を向上させることができる。第１の信号処理方法は、時空間コーディング（Space Time Coding、STC）と呼ばれ、それは１つの最初のデータストリームを１組のエンコーダを介してｎ_Ｔ個のコードストリームに生成し、異なるアンテナ（仮にｎ_Ｔ個のアンテナとする）から送信する。各コードストリームはすべて、最初のデータストリームの異なった変化形式であり、コードストリーム自体が時間域において関連性があり、しかもコードストリーム間も一定の相関性を有する。このように、受信端末（仮にｎ_Ｒ個のアンテナとする）は、これら関連性を利用してよりよいビットエラーレートの低い性能を得ることができ、或いはビットエラーレートを維持したまま、各シンボル上のビット数を増加することによって周波数効率を増加させることができる。時空間コーディングによって得た空間域上のゲインはダイバーシティゲイン（Diversity Gain）と呼ばれ、複数のアンテナシステムが提供できる最大のダイバーシティゲインはｎ_Ｔ×ｎ_Ｒである。

もう１つの信号処理方法は、階層型時空間信号処理（Layered Space Time Signal Processing、LAST）と呼ばれ、最初のデータストリームをｎ_Ｔ個の独立したコードストリームに分け、異なるアンテナから送信する。各コードストリームはすべて最初のデータストリームの一部分であり、それらの間には相関性もない。受信端末において、多次元の信号処理方法によって、異なるアンテナから送信された各コードストリームを分解することができる。これらの信号処理方法は、最大擬似法（Maximum Likelihood、ML）でもいいし、最小均方誤差法（Minimum Mean Square Error、MMSE）でもよいし、またはゼロフォーシング（Zero-Forcing、ZF）でもよい。このようであるならば、受信端末と送信側の間にｎ_Ｔ本の互いに独立するチャネルが形成され、周波数利用効率も対応して約ｎ_Ｔ倍に向上する。階層型時空間信号処理が得た空間域上のゲインは、マルチプレクシングゲイン（Multiplexing Gain）と呼ばれる。複数のアンテナシステムが提供可能な最大のマルチプレクシングゲインは、ｎ_Ｔとｎ_Ｒ中の小さい数、即ちＭｉｎ（ｎ_Ｔ，ｎ_Ｒ）に等しい。

研究によって、１対１（Point to point）のシングルユーザー（Single-User）におけるマルチアンテナ通信システムにおいて、空間域で提供されるダイバーシティゲインとマルチプレクシングゲインの間には相関があり、提供するダイバーシティゲインが多ければ、マルチプレクシングゲインは減少し、逆もその通りである。

しかし、現代の通信システムはすべてセルラ構成に基づいており、基本的な通信モデルは、セルラ中の1つの基地局（Mobile Station、MS）が同時に、複数のユーザーにサービスを提供するもので、これは複数ユーザーの接続問題である多重アクセス（Multiple Access）に関するものである。従来の接続方法にはＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ及びＣＤＭＡなどがあり、これらはすべて回線交換（Circuit Switch）を原則としている。即ち各ユーザーはすべて１つの固定された周波数帯（ＦＤＭＡ）、時間帯（ＴＤＭＡ）或いは拡散コード（ＣＤＭＡ）を割り当てされる。

ＧＳＭを例とすると、基地局は２００Ｋのチャネルに固定時間帯割り当て方法で1つのフレームの８時間帯を8つのユーザーに割り当て通信する。この方法の長所は、通信業務の時間遅れの特性を保証することができる点であり、音声通信のような時間遅れに敏感な業務に対して比較的適している。欠点は、割り当てる資源が固定されており、ユーザー通信時の無線チャネル状況を考慮しない点である。無線チャネルは変化が非常に大きく、もしユーザーに減衰したチャネルが割り当てされたならば、システム性能が損失することになる。

将来の通信システムはデータ業務を主とし、時間遅れの要求に対してそんなには厳しくない。このようならば、パケット交換（Packet Switch）の多重アクセス方法を用いることもできる。パケット交換を採用するとき、基地局はリアルタイムにチャネルを異なるユーザーに割り当てる必要があり、これをユーザースケジューリング（User Scheduling）という。現在２つの最も基本的なユーザースケジューリング方法が無線通信システムに応用されている。１つはラウンドロビン（Round Robin）スケジューリングで、つまり、チャネルは循環方式ですべてのユーザーに割り当てされる。この方法は、回線交換と同様、時間遅れの特性とユーザー間の公平性を保証する効果があるが、性能の向上はない。もう１つは最大キャリア干渉比（ＭＡＸＣ／Ｉ）スケジューリングといい、ユーザーのチャネル状態に基づいて、現在チャネルの使用権をＭＡＸＣ／Ｉを有するユーザーに割り当てる。このようにすると、システムの性能を大きく向上させることができる。ＭＡＸＣ／Ｉスケジューリングで得た性能ゲインは、マルチユーザーダイバーシティ（Multi-user Diversity）と呼ばれる。

研究により、従来のマルチユーザーシングルアンテナ（Multi-user Single Input Single Output、MuSISO）システムについて、スケジューリングの算出法はチャネルをＭＡＸＣ／Ｉを有するユーザーに割り当てしさえすれば、システム性能は最大化に達することができた。しかし、同じ結論は、マルチユーザーマルチアンテナシステム、即ちマルチユーザーマルチ入力・マルチ出力（Multi-user MIMO、MuMIMO）には応用できない。マルチアンテナがマルチユーザーシステムに用いられる場合、マルチアンテナは、ダイバーシティゲインと、マルチプレクシングゲインを提供することができるだけではなく、空間域においてマルチユーザー接続、即ち、空間多重アクセス（Spatial Division Multiple Access、SDMA）を提供することができる。ＳＤＭＡを使用することにより、接続許可されたユーザーにはすべて一定の空間資源が割り当てされ、相互に独立した通信リンクを形成し、各ユーザーの空間資源は、ダイバーシティゲインとマルチプレクシングゲインを提供することができる。研究により、マルチアンテナの状況では、チャネルを同時に１つのユーザー以上に割り当てして、ようやくスケジューリングシステムの性能を最大にすることができる。しかし、以上の発見は、純理論を導いただけであり、有効的な最もよいユーザースケジューリング方法には不足している。

通信システムの下りリンクから言えば、基地局端末は、たとえば、ＤＰＣ（Dirty Paper Coding, DPC）やＴＢＦ（Transmit Beam Forming, TBF）のような送信信号処理の方法で、ＳＤＭＡを実現することができる。しかし、この種の方法は、送信側（基地局）が正確に下りチャネルの減衰係数を知っていることを要求し、これは現実のシステムにおいて実現し難いとされる。もう1つの方法は、受信信号処理方法を用いてＳＤＭＡを実現する方法である。具体的には、送信側に時空間コーディングまたは階層型時空間信号処理などを使用する方法で、ユーザー端末に干渉の除去と信号の検出させることによって、有用な情報を取得する。時空間コーディングと階層型信号処理は共に下りチャネルの減衰係数を必要とせず、この種の方法は、下りチャネルのＳＤＭＡを実現するのに適している。

また、最近の研究にて発見されたことは、マルチユーザースケジューリングシステムにおいて、時空間コーディングに基づいてマルチアンテナシステムを使用するとき、性能がシングルアンテナシステムに及ばないという点である。よってマルチユーザースケジューリングシステムでは、各接続の許可されたユーザーに対して、階層型時空間信号処理に基づいたマルチ入力・マルチ出力システムを使用する傾向にある。即ち、送信側は、有限なチャネルフィードバックに基づいて１組のユーザーを探しだし、その後アンテナをグループ中のすべてのユーザーに割り当てし、各ユーザーに割り当てされたアンテナからユーザーの1つの独立したコードストリームを送信する。受信アンテナ数ｎ_Ｒが、送信アンテナ数ｎ_Ｔよりも大きい時、各ユーザーは各送信アンテナに対して独立したインタフェアランスフリー（Interference free）チャネルを形成する。このような状況において、各送信側アンテナの割り当て状況は、その他アンテナの割り当てに影響を与えない。この特性に基づいて、アメリカ特許ＵＳ６，６６２，０２４ではｎ_Ｒ≧ｎ_Ｔという前提のもと、マルチユーザーマルチ入力・マルチ出力システムのユーザースケジューリング方法を示している。受信アンテナ数が送信アンテナ数よりも小さいとき、その方法に基づいては各送信アンテナが1つの独立するインタフェアランスフリーチャネルを形成することはできない。このようであれば、ＵＳ６，６６２，０２４中の方法は再度用いることはできない。

非特許文献１において、ｎ_Ｒ＝１の時のユーザースケジューリング方法が示されている。仮に各回のスケジューリングにおけるユーザー数がすべてｎ_Ｔ個であるとすると、すべてのｎ_Ｔ個の送信アンテナをこのｎ_Ｔ個のユーザーに割り当てることができる。問題は、このような方法は明らかにシステム性能において最良であるということを保証できないという点である。

非特許文献２では、各回スケジューリングのユーザー数は所定の数量L（1≦L≦ｎ_Ｔ）でなければならないと考えられている。これは、すべてのｎ_Ｔ個の送信アンテナからＬ個のアンテナを選び出す必要があり、その後それらを選び出されたＬ個のユーザーに割り当てる。しかしこの方法は、Ｌを定めた状況において作動するものであり、Ｌがどのくらいであるべきかについては明確ではない。

非特許文献１、２で示されている方法には、次の欠点が存在する。１）それらはすべてユーザー数が固定された場合のスケジューリング方法であり、しかもユーザー数が既知であることが前提となる。２）それらの算出方法は、前提となるユーザー数がすべてスケジューリングできることを保証できない。このようであるならば、システム性能損失の可能性がある。３）すべてｎ_Ｒ＝１の状況を解決しただけであり、ｎ_Ｒ＞１の時は非常に複雑であるためにその具体的な算出法は示されていない。

従って、以上の方法はすべて、チャネルの状況に基づいて最良化されたユーザースケジューリングを提供することは不可能であり、つまり、最大のシステム容量を提供することはできない。
D.J.Mazzarese and W.A.Krzymien,[2003], "High throughput downlink cellular packet data access with multiple antennas and multiuser diversity" D. Aktas and H.E.Gamal, [2003], "Multiuser scheduling for MIMO wireless systems"

本発明の目的は、適応スケジューリングを介して最大のシステムチャネル容量を提供できる適応ＭＩＭＯ通信システムを提供することである。

本発明のもう1つの目的は、当時のチャネル状況に基づいて適応して最良化されたユーザースケジューリングを提供できるＭＩＭＯ通信システムの適応ユーザースケジューリング方法を提供することである。

本発明の適応スケジューリングＭＩＭＯ通信システムは、チャネル推定信号とユーザーデータとを少なくとも有するデータフレームを送信する送信側と、送信側が送信したデータフレームを受信し、対応するフィードバック信号を発生させ、ユーザーデータまで復元する少なくとも一つの受信端末とを含む。フィードバック信号は、受信端末にとって最良の送信アンテナのグループである最良送信アンテナグループと、送信アンテナグループに属する送信アンテナの夫々が受信端末に提供するチャネル容量と、前記送信アンテナグループに属さない送信アンテナの夫々が前記最良送信アンテナグループに属する送信アンテナに与える性能損失を含み、送信側は、フィードバック信号に基づいてスケジューリング情報を発生し、スケジューリング情報を利用して適切なユーザースケジューリングを行い、スケジューリング情報は、スケジュールされたユーザーと、各ユーザー宛の送信に用いるデータストリーム数と、スケジュールユーザーデータを送信するために用いる送信アンテナの番号とを備える。

本発明のMIMO通信システムの適応ユーザースケジューリング方法は、以下のステップを備える。

（ａ）受信端末が、送信アンテナと受信アンテナ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発生し、フィードバック信号を送信側にフィードバックする。

（ｂ）送信側が、フィードバック信号を受信し、フィードバック信号に基づいてスケジューリング情報を発生し、スケジューリング情報を利用して適応のユーザースケジューリングを行う。

ここで、フィードバック信号は、受信端末（20）にとって最良の送信アンテナのグループである最良送信アンテナグループと、最良送信アンテナグループに属する送信アンテナの夫々が受信端末に提供するチャネル容量と、前記送信アンテナグループに属さない送信アンテナの夫々が前記最良送信アンテナに属する送信アンテナに与える性能損失を含む。

また、スケジューリング情報は、スケジュールされたユーザーと、各ユーザー宛の送信に用いるデータストリーム数と、スケジュールユーザーデータを送信するために用いる送信アンテナの番号とを備える。

上記の適用ユーザースケジューリング方法において、チャネル減衰状況は、受信端末により受信アンテナが受信したチャネル推定信号に基づいて得られるものである。

上記の適応ユーザースケジューリング方法において、チャネル減衰状況は、受信端末がデータフレームを受信すると同時に、受信アンテナが受信したデータフレームに基づいて得られるものでもいい。

さらに、上記のステップ（ｂ）は次のステップを含む。

１）ユーザースケジューリング表と割り当て済みアンテナ表を初期化する。

２）フィードバック情報におけるチャネル容量を比較して最大チャネル容量値のユーザーを選び出し、選び出されたユーザーをユーザースケジューリング表に加え、対応する送信アンテナを割り当て済みアンテナ表に加える。

３）ユーザースケジューリング表におけるユーザーに対して、対応する性能損失が最小の送信アンテナを探し出し、探し出した送信アンテナに対応するチャネル容量が最大のユーザーを探し出す。

４）ステップ３）で探し出されたユーザーがシステムに加わった後のシステムの総容量を計算し、ステップ３）で探し出されたユーザーがシステムに加わる前よりもシステムの総容量が大きくなれば、ステップ３）で探し出されたユーザーをユーザースケジューリング表に加えるとともに、対応する送信アンテナを割り当て済みアンテナ表に加えてステップ３）を再度行い、ステップ３）で探し出されたユーザーがシステムに加わる前よりもシステムの総容量が小くなれば終了する。

５）最終的なユーザースケジューリング表と割り当て済みアンテナ表に基づいて、システムのユーザースケジューリングを行う。

従来技術と比較し、本発明のＭＩＭＯ通信システム及びそのスケジューリング方法には次の長所がある。

受信端末がフィードバックする情報は、最良送信アンテナグループと、最良送信アンテナグループに属する送信アンテナの夫々が受信端末に提供するチャネル容量と、前記最良送信アンテナグループに属さない送信アンテナグループの夫々が前記最良送信アンテナグループに属する送信アンテナに与える性能損失を含む。これは、送信アンテナを選ぶ時の算出法の複雑度を下げることができ、しかも予めスケジューリングのユーザー数を知っておく必要がない。また、同時にこの絶対チャネル容量は、最終的なスケジューリングされるユーザー数の影響を受けない。

また、送信側について言うならば、スケジューリングされるユーザー数は、当時のチャネル状況によって決めることができ、予め確定する必要がない。

従って、ＭＩＭＯ通信システムは、適応ユーザースケジューリングを実現できるものであり、よってシステム制御のインテリジェント化及び通信の安定性を向上させ、常にシステム容量が最大を保持するものである。

本発明によれば、適応スケジューリングを介して最大のシステムチャネル容量を提供できる適応ＭＩＭＯ通信システムを提供し、当時のチャネル状況に基づいて適応して最良化されたユーザースケジューリングを提供できるＭＩＭＯ通信システムの適応ユーザースケジューリング方法を提供することができる。

次に図面と結合させて、本発明を説明する。

図１は、本発明のＭＩＭＯ通信システムのブロック図である。ＭＩＭＯ通信システムは、送信側１０（基地局）及び複数の受信端末２０（ユーザー）を含む。図２は、図１で示すＭＩＭＯ通信システムの適応ユーザースケジューリングのフローチャートである。図３は、本発明のＭＩＭＯ通信システムが用いるフレーム構造図である。

図１−３が示すように、送信側１０は、ＭＩＭＯデータプロセッサー１１０と、ＭＩＭＯスケジューラー１２０と、ディプレクサーグループ１３０及びｎ_Ｔ個の送信アンテナを有する。各受信端末２０は、受信信号プロセッサー２１０と、フィードバック情報プロセッサー２２０と、ディプレクサー２３０と、ｎ_Ｒ個の受信アンテナとを有する。各受信端末２０の受信アンテナ数量は異なってもよい。フレーム構造は、チャネル推定時間帯と、チャネルフィードバック時間帯と、データ送信時間帯とを含み、しかもシステムの要求に応じてその他時間帯を設定することができ、ここでは省略することにする。

スケジューリング情報取得過程
図３からわかるように、送信側１０は、ユーザー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ｎ_Ｔ個の送信アンテナから受信端末２０に向けてチャネル推定信号を送信する。

仮に送信側１０の送信信号がｎ_Ｔ次元の複素数ベクトル

であるとすると、各受信端末２０が受信するのはｎ_Ｒ次元の複素数ベクトル

であり、送信側１０と受信端末２０の間には、ｎ_Ｒ×ｎ_Ｔ次元のチャネル減衰マトリックスが存在する。

は、送信側１０の第ｉ送信アンテナと受信端末２０の第ｊアンテナ間のチャネル送信特性を示す（ｋは第^ｋユーザーを示す）。

従って、システムの伝達関数は、このように表示することができる。

はｎ_Ｒ次元の複素数ベクトルであり、受信端末２０のホワイトノイズを示す。

受信端末２０については、確実なチャネル減衰マトリックスＨ_ｋがわかる。チャネル減衰マトリックスに基づき、各受信端末２０は受信信号プロセッサー２１０を介してそれを処理することができ、従って次の情報を得る。

（１）すべてのｎ_Ｔ個の送信アンテナから１つの受信端末２０にとって最良の送信アンテナグループＡｎＩ_ｋを探し出し、選び出したアンテナグループＡｎＩ_ｋ中の送信アンテナ数量は受信端末２０の受信アンテナ数量に等しい。

（２）その後、アンテナグループＡｎＩ_ｋに含まれる送信アンテナ毎に受信端末２０が提供するチャネル容量

を計算し、その計算方法は、

である。

このうち、

はｎ_Ｒ階正定マトリックスを示し、Ｐは出力を示す。

これにより、アンテナグループＡｎＩ_ｋに含まれる送信アンテナ毎に受信端末２０が提供するチャネル容量

を得ることができる。以上は採用可能な計算方法に過ぎないが、これ限りではない。

（３）受信信号プロセッサー２１０は、ｎ_Ｔ個の送信アンテナの中でアンテナグループＡｎＩ_ｋに選ばれなかった送信アンテナがアンテナグループＡｎＩ_ｋに選ばれた送信アンテナに与える性能損失Ｄｆを計算することができる。たとえば、

受信信号プロセッサー２１０が上記処理をした後に得た情報は、ユーザーフィードバック情報としてフィードバック情報プロセッサー２２０へ送られる。ユーザーフィードバック情報は、最良の送信アンテナグループＡｎＩ_ｋと、送信アンテナグループＡｎＩ_ｋ中の各送信アンテナが受信端末２０に提供するチャネル容量

、及び、送信アンテナグループＡｎＩ_ｋに選ばれなかった送信アンテナが送信アンテナグループＡｎＩ_ｋに選ばれた送信アンテナに与える性能損失Ｄｆ_k,iを含む。

フィードバック情報プロセッサー２２０は、受信したユーザー情報を処理し、それをＭＩＭＯ通信システムに適合するフィードバック信号（ＲＦ信号）に変換する。フィードバック信号は、受信端末２０のアンテナを介して、フィードバックチャネルを経て送信側１０へフィードバックされる。

送信側１０のアンテナが、フィードバック信号を受信した後、それをＭＩＭＯスケジューラー１２０へ送達する。ＭＩＭＯスケジューラー１２０は、信号に基づいてスケジューリング情報を発生し、その発生したスケジューリング情報を利用して、ＭＩＭＯデータプロセッサー１１０の操作を制御し、それによってＭＩＭＯ通信システムを最大システム容量時のスケジューリング状態に達するようにさせる。すなわち、スケジューリング情報に基づいて最良化したユーザースケジューリングを行う。スケジューリング情報は、少なくとも、スケジューリングするユーザーと、各ユーザー宛の送信に用いるデータストリーム数と、スケジュールユーザーデータを送信するために用いる送信アンテナの番号とを含む。

さらに、このときにスケジューリングを要するユーザーと送信アンテナを確定した後、ＭＩＭＯデータプロセッサー１１０は、スケジューリング情報に基づいてユーザーデータを処理し、選定した送信アンテナから選定したユーザーへ送信する。

このように、ＭＩＭＯ通信システムには次の特徴がある。

１）各受信端末２０について言うならば、その受信アンテナ数と同じ多い送信アンテナ数を最大割り当てる要求が可能である。

２）各受信端末２０について言うならば、そのフィードバックは、最良のアンテナグループと、最良のアンテナグループに選ばれたアンテナが提供できる絶対チャネル容量と、最良のアンテナグループに選ばれなかったアンテナが最良のアンテナグループに選ばれたアンテナに与える性能損失因数である。これはアンテナ選出時の算出法の複雑度を下げることができ、しかもあらかじめスケジューリングを必要とするユーザー数を知る必要もないと同時に、この絶対チャネル容量は、最終的にスケジューリングされるユーザー数に影響を及ぼさない。

３）送信側１０について言うならば、スケジューリングされるユーザー数は、当時のチャネル状況によって決定し、あらかじめ確定する必要はない。

従って、ＭＩＭＯ通信システムは、適応ユーザースケジューリングを実現でき、よってシステム制御のインテリジェント化及び通信安定性を向上させ、常にシステム容量が最大を保持することができる。

上記チャネル減衰状況を得る方法は、チャネル推定信号（つまりパイロット信号）を利用することによって行われ、それはデータフレームにおいてチャネル推定信号に挿入され、受信端末２０はチャネル推定信号に基づいて送信側１０と受信端末２０との間のチャネル減衰状況を得、さらに受信信号プロセッサー２１０によりチャネル減衰状況を処理した後にユーザーフィードバック情報を得る。

しかし、本発明においてもチャネルブラインド推定方法を利用してチャネル減衰状況を得ることができる。すなわち、データフレームにチャネル推定時間帯を設定する必要がなく、受信端末２０は、送信側１０が送信したデータを受信すると同時に、チャネルブラインド推定でチャネル減衰状況を得、その後受信信号プロセッサー２１０によりチャネル減衰状況を処理した後、ユーザーフィードバック情報を得る。このとき、チャネル推定信号の挿入によって招かれるスペクトラム資源の浪費を回避することができる。

図４は、本発明のＭＩＭＯ通信システムにおける送信側１０を説明した構造図である。図５は、送信側１０の送信RFリンク組の構造図で、図６と図７は本発明のＭＩＭＯ通信システムにおけるユーザースケジューリング可能性を示す図である。図８は、本発明の送信側１０におけるディプレクサーグループ１３０の図である。図９は、本発明のＭＩＭＯ通信システムにおける受信端末２０を説明した構造図である。図４と図９において階層型時空間信号処理方法を用いてＭＩＭＯ通信を説明している。信号処理について言えば、同様にその他の従来技術で開示されている信号処理方法と装置、たとえば時空間コーディング方法などを採用して実行することができる。

ユーザーデータ送信／受信及びスケジューリング過程
送信側１０
図４において、送信側１０は、ＭＩＭＯデータプロセッサー１１０と、ＭＩＭＯスケジューラー１２０と、ディプレクサーグループ１３０及びｎ_Ｔ個の送信アンテナを含む。

ＭＩＭＯスケジューラー１２０は、受信RFリンク組１２３と、ＭＩＭＯ受信信号プロセッサー１２２及びスケジューラー１２１を含む。このうち、受信RFリンク組１２３は、送信アンテナと対応する数量の受信ＲＦリンクを有し、受信したフィードバック信号を対応するコードストリームに変換するために用いられる。ＭＩＭＯ受信信号プロセッサー１２２は、変換したコードストリームを階層型時空間信号処理し、対応するスケジューリング情報を得る。スケジューリング情報は、スケジューリングを要するユーザーと、各ユーザー宛の送信に用いるデータストリーム数と、スケジュールユーザーデータを送信するために用いる送信アンテナの番号とを含む。スケジューラー１２１は、スケジューリング情報を利用して、ＭＩＭＯデータプロセッサー１１０の信号処理を制御する。

ＭＩＭＯデータプロセッサー１１０は、ユーザーセレクター１１１と、複数のパラレル分流器１１２と、ＭＩＭＯ送信信号プロセッサー１１３と、送信RFリンク組１１４及び送信アンテナセレクター１１５を含む。

このうち、スケジューリング情報の制御のもと、ユーザーセレクター１１１は、スケジューリングを要するユーザー数量ｎＳを選択し、かつ対応するユーザーデータを出力するために用いる。ここで、ｎＳは、送信側１０のアンテナの数量ｎ_Ｔ以下である。

スケジューリング情報の制御のもと、ｎＳ個のパラレル分流器１１２は、選出されてスケジューリングするｎＳ個のユーザーのユーザーデータを分流処理し、すなわち、スケジューリングするｎＳ個のユーザーのユーザーデータをＬ個のコードストリームに分けて出力し、そのうちＬの最大値は送信アンテナ数量ｎ_Ｔと同じである。

その後、ＭＩＭＯ送信信号プロセッサー１１３は、パラレル分流器１１２が出力したＬ個のコードストリームをＬ個の異なる層とみなして処理し、その処理方法は、階層型時空間信号処理である。

送信RFリンク組１１４は、階層型時空間信号処理を経たＬ個のコードストリームを、Ｌ個の対応するＲＦ信号に変換する。

スケジューリング情報の制御のもと、送信アンテナセレクター１１５は、スケジューリングするＬ個のアンテナを選択し、送信RFリンク組１１４が出力したＬ個の周波数信号を、ディプレクサーグループ１３０を介してスケジューリングするＬ個のアンテナに向けて送信する。

最後に、スケジューリングされるＬ本のアンテナを介して、ＲＦ信号をスケジューリングするユーザーへ送信する。

図５において、さらに送信RFリンク組１１４の具体的な構造を説明する。それは、Ｌ個の並列する送信RFリンクを含み、各送信RFリンクは、直列接続する変調器１１６と、アップコンバータ１１７と、電力増幅器１１８を含み、電力増幅器１１８は、出力の大きいパワーアンプであってもよい。Ｌ個の送信RFリンクは、ＭＩＭＯ送信信号プロセッサー１１３が出力するＬ個のコードストリームを対応するＲＦ信号に変換するために用いる。

以上叙述したＬ値の大きさは、システム設計の状況によって設定することができ、次にこれについて詳細に説明する。

図６を参照していただきたい。これは、本発明ＭＩＭＯ通信システムにおけるユーザースケジューリングの可能性を示す図である。送信側１０は、４本の送信アンテナを有し、受信端末２０（ユーザー）の数量をＫ＝３２とし、各受信端末２０は1本の受信アンテナを有する。送信側１０の総送信出力がＰ＝１とＰ＝１０という状況では、ＭＩＭＯ通信システムにおいては、２ユーザーへの可能性が最大であり、その次が３ユーザー、１と４ユーザーへのスケジューリングの可能性は小さく、その他数量へのユーザーへのスケジューリングはほとんどない。これにより、Ｌ値を３と設定、あるいはシステムのスケジューリング損失を最小にするため、Ｌ値をさらに４と設定することができる。

同様に、図７は本発明ＭＩＭＯ通信システムにおけるユーザースケジューリング可能性の別の図である。これでは、送信側１０は８本の送信アンテナを有し、受信端末２０（ユーザー）の数量をＫ＝３２とし、各受信端末２０は1本の受信アンテナを有する。送信側１０の総送信出力がＰ＝１とＰ＝１０という状況では、ＭＩＭＯ通信システムにおいては、３ユーザーへのスケジューリングの可能性が最大で、その次が２と３ユーザーへのスケジューリング、５ユーザーへの可能性は比較的小さく、その他数量ユーザーへのスケジューリング可能性はほとんどないことがわかる。従って、Ｌ値を４と設定、あるいはシステムのスケジューリング損失を最小にするため、Ｌ値をさらに５と設定することもできる。

以上の説明から、Ｌ値はシステムの設計に基づいて変更することができ、常に送信アンテナ数ｎ_Ｔと同じである必要がないことがわかる。つまり、システム設計時において、システムのスケジューリング状況に基づいてＬ値を確定し、これにより、送信RFリンク組１１４において送信するＲＦリンクの送信数量を確定でき、その数量を常にｎ_Ｔと設定する必要がない。従ってシステムの製造コストを減少することができる。

図８は、本発明の送信側１０におけるディプレクサーグループ１３０の図である。ディプレクサーグループ１３０は、ｎ_Ｔ個の並列するディプレクサーを含む。各ディプレクサーは、1本の対応する送信アンテナと接続し、しかもすべて送信アンテナセレクター１１５と受信RFリンク組１２３に接続する。

受信端末２０
簡単に説明するため、ここにスケジューリングユーザーの受信端末２０の１つを示す。

図９において、受信端末２０は、受信信号プロセッサー２１０と、フィードバック情報プロセッサー２２０と、ディプレクサー２３０及びｎ_Ｒ本のアンテナを含む。

受信信号プロセッサー２１０は、受信RFリンク組２１１と、ＭＩＭＯ受信信号プロセッサー２１２を含む。フィードバック情報プロセッサー２２０は、ＭＩＭＯ送信信号プロセッサー２２１と、送信RFリンク組２２２を含む。

受信RFリンク組２１１は、受信アンテナの数量ｎ_Ｒと同一の並列する受信ＲＦリンク（不図示）を有し、受信したＲＦ信号を対応するコードに回復するために用い、またＭＩＭＯ受信信号プロセッサー２１２へ送信する。

ＭＩＭＯ受信信号プロセッサー２１２は、コードストリームを最初のユーザーデータまで復元し、かつそれを出力する。

本発明のスケジューリング過程をさらに明確に説明するため、図１０を参照していただきたい。これは、フィードバック情報に基づいてスケジューリングを要するユーザーを適応選出するスケジューラー１２１のフローチャートである。

図１０からわかるように、過程には次のステップを含む。

１）ユーザースケジューリング表ＳＵを設定し、割り当て済アンテナ表ＳＡを初期化する。

２）すべてのフィードバックされてきたチャネル容量情報

を比較して、最大チャネル容量値のユーザーを選出してユーザースケジューリング表ＳＵ中に加え、対応する送信アンテナを割り当て済アンテナ表ＳＡに加える。

３）ユーザースケジューリング表ＳＵのユーザーに対応する性能損失最小の送信アンテナを探し出し、その後、送信アンテナに対応する最大チャネル容量であるユーザーを探し出す。

４）このユーザーがシステムに加わった後のシステム総容量を計算し、もし総容量が大きければこのユーザーをユーザースケジューリング表ＳＵに加え、対応する送信アンテナを割り当て済アンテナ表ＳＡに加え、その後引き続きステップ３）を行う。もしこのユーザーがシステムに加わった後のシステム容量が小さくなれば、スケジューリングはこれで終了する。

５）最終的なユーザースケジューリング表ＳＵと割り当て済アンテナ表ＳＡに基づいて、ＭＩＭＯデータプロセッサー１１０を制御して、ユーザーのデータを独立するコードストリームに分け、割り当てされた送信アンテナから送信する。

スケジューリング例
本発明の優越性を明確に説明するため、ここに参考文献２において言及された方法を採用して比較を行う。参考文献２では、各受信端末２０のアンテナ数量がｎ_Ｒ＝１の場合の具体的な算出法を言及しているだけであり（システム構造は言及しておらず、これはその方法に基づく仮のシステムの簡略図である）、しかもそのスケジューリングを有するユーザー数量は固定されている。従って、我々はここに各受信端末２０のアンテナ数量をｎ_Ｒ＝１と仮に設定し、しかも２つのユーザーへのスケジューリングを必要とする。この場合、受信アンテナ数は、送信アンテナ数よりも少ないという状況がわかる。しかしこのような仮の設定は、本発明を簡単に、直観的に理解するためだけに設定するものであり、本発明の方法は同様に受信アンテナ数が送信アンテナ数量も多い状況にも適応できる。同時に、ユーザースケジューリング状況を簡単に説明するため、チャネル容量、干渉因数の計算も一定して簡略化しているが、システム構造と同様に、これに限定されるものではない。

（第一スケジューリング例）
図１１は、本発明の通信システムのスケジューリングを示す図である。図１１において、左側部分は、ＭＩＭＯ通信システムの簡略化構造図を示し、右側部分は、ユーザーの受信アンテナとこれに対応する送信アンテナとの間の減衰係数の座標図を示す。

図１１で示すように、スケジューリングシステムは、送信側１０と２つのユーザー（受信端末）Ａ、Ｂを含み、送信側１０には３本の送信アンテナ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃが取り付けられ、各ユーザーＡ、Ｂはそれぞれ１本の受信アンテナ１２Ａ、１２Ｂを有する。

ユーザーＡ、Ｂの受信アンテナ１２Ａ、１２Ｂが、それぞれ送信アンテナ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃが送信したチャネル推定信号を受信した時、ＭＩＭＯ受信信号プロセッサー２１２は、各アンテナ対間の減衰係数を算出する。このとき、ユーザーＡの受信アンテナ１２Ａと送信アンテナ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃとの間で形成されるアンテナ対の減衰係数は、それぞれ

であり、ユーザーＢの受信アンテナ１２Ｂと送信アンテナ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃとの間で形成されるアンテナ対の減衰係数は、それぞれ

である。

参考文献２について
減衰係数からわかるように、もし参考文献２の方法を採用したならば、ユーザーＡのフィードバック情報は、以下の通りである。

１．ユーザーＡの最良の送信アンテナは送信アンテナＡであり、すなわち最良の送信アンテナグループは、

と記される。

２．ユーザーＡの最低の送信アンテナ（つまり干渉最小あるいはチャネルゲイン最小の送信アンテナ）は、送信アンテナ１４Ｂであり、

と記される。

３．最良アンテナと最低アンテナの信号干渉比は、

同様にわかるように、ユーザーＢのフィードバック情報は、以下の通りである。

１．ユーザーＢの最良の送信アンテナは、送信アンテナ１４Ｂであり、

と記される。

２．ユーザーＢの最低の送信アンテナは、送信アンテナ１４Ｃであり、

と記される。

３．最良アンテナと最低アンテナの信号干渉比は、

その後、送信側１０は、上述したフィードバック情報に基づいてユーザースケジューリングを行う。

１．まず、最大信号干渉比のユーザーを探し出す。この状況においては、最大信号干渉比のユーザーはユーザーＡであり、信号干渉比は７である。

２．続いて、その他のユーザーを探し、ユーザーの最良アンテナは、ユーザーＡの最低アンテナである必要がある。この状況においては、ユーザーＡの最低アンテナが送信アンテナ１４Ｂであるため、ユーザーＢを探しだすことができる。その後、ユーザーＢの最低アンテナがユーザーＡの最良アンテナであるか否かを調べる。もしそうでなければ、ユーザーＢの最良アンテナの加入はは、ユーザーＡに対して比較的大きな干渉を発生するため、ユーザーＢはスケジューリングされない。もしそうならば、ユーザーＢがスケジューリングされることになる。ここにおいて、ユーザーＢの最低アンテナ、つまり送信アンテナ１４Ｂは、ユーザーＡの最良アンテナ１４Ａではなく、送信アンテナ１４Ｃである。従ってユーザーＢはスケジューリングされない。同時にフィードバック情報中にＡｎＩ_１、Ｓ_１、ＡｎＩ_２、Ｓ_２、ＳＩＮＲ_１及びＳＩＮＲ_２を含んでいるが、これら情報だけではユーザーＢが加わってからのシステムチャネルゲインの状況を判断することができないため、ユーザーＢはスケジューリングされない。

３．結果としては、システムはただ１つのユーザーＡだけをスケジューリングするだけとなる。従って、送信アンテナ１４ＡがユーザーＡに割り当てされ、チャネルゲインは７である。

本発明について
チャネル減衰係数からわかるように、ユーザーＡのフィードバック情報は、以下の通りである。

１．ユーザーＡの最良の送信アンテナは送信アンテナ１４Ａであり、つまり最良の送信アンテナグループは

と記される。

２．最良の送信アンテナグループに選ばれた送信アンテナ１２Ａと受信アンテナ１４Ａとの間で形成されるアンテナ対についてのユーザーＡのチャネル容量は

である。

３．最良の送信アンテナグループに選ばれなかった送信アンテナ１４Ｂ、１４Ｃと受信アンテナ１２Ａとの間で形成されるアンテナ対の減衰因数は、それぞれ

である。

ユーザーＢのフィードバック情報は、以下の通りである。

１．ユーザーＢの最良の送信案手は送信アンテナ14Ｂであり、つまり最良の送信アンテナグループは

と記される。

２．最良の送信アンテナグループに選ばれた送信アンテナ１２Ｂと受信アンテナとの間で形成されるアンテナ対についてのユーザーＢのチャネル容量は

である。

３．最良の送信アンテナグループに選ばれなかった送信アンテナ１４Ａ、１４Ｃと受信アンテナ１２Ｂとの間で形成されるアンテナ対の減衰因数は、それぞれ

である。

１．まず、最大チャネル容量のユーザーを探し出す。ここでは、最大チャネル容量のユーザーはユーザーＢであり、そのチャネル容量は９である。また、最良送信アンテナは送信アンテナ１４Ｂである。

２．続いて、探し出した最良送信アンテナ１４Ｂに基づいて他のユーザーを探し出す。他のユーザーの最良送信アンテナは、必ずユーザーＢの最低送信アンテナでなければならず、ユーザーＢの最低送信アンテナは送信アンテナ１４Ｃである。このとき、送信アンテナ１４ＣはユーザーＡの最良アンテナではないため、ユーザーＡはスケジューリングされない。

３．結果は、システムは最大チャネル容量を提供できるユーザー、ユーザーＢをスケジューリングすることができる。また、送信アンテナ１４ＢはユーザーＢに割り当てされ、総チャネルゲインは９である。

参考文献２と本発明のスケジューリング方法の比較からわかるように、本発明のスケジューリング方法は、チャネルゲインが大きいユーザーＢをスケジューリングすることができる。しかし、参考文献２のスケジューリング方法を採用して得られるチャネル容量はわずかに７である。よって、本発明のスケジューリング方法を採用することにより、最大のチャネル容量を提供することができる。

（第二スケジューリング例）
図１２は、本発明のＭＩＭＯ通信システムにおける別のスケジューリングを示す図である。図１２において、左側部分は、ＭＩＭＯ通信システムの簡略化構造図を示し、右側部分は、ユーザー受信アンテナと対応する送信アンテナ間の減衰係数の座標図を示す。簡単に説明するため、上述した構成要素と同じ構成要素については同じ図面記号を用いて説明する。

図１２で示すように、スケジューリングシステムは、送信側１０と２つのユーザーＡ、Ｂを含み、送信側１０には３本の送信アンテナ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃが取り付けられ、各ユーザーＡ、Ｂはそれぞれ１本の受信アンテナ１２Ａ、１２Ｂを有している。

ユーザーＡ、Ｂの受信アンテナ１２Ａ、１２Ｂがそれぞれ送信アンテナ１４Ａ、１４Ｂと１４Ｃが送信したチャネル推定信号を受信したとき、ＭＩＭＯ受信信号プロセッサー２１２は、各アンテナ対間の減衰係数を算出する。このうち、ユーザーＡの受信アンテナ１２Ａと送信アンテナ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃとの間で形成されるアンテナ対の減衰係数はそれぞれ

である。ユーザーＢの受信アンテナ１２と送信アンテナ１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃとの間で形成されるアンテナ対の減衰係数は、それぞれ

である。その状況はほとんど図８と同じであり、ただユーザーＢについて、送信アンテナ１４Ａ及び１４Ｃのゲインを入れ替えただけである。

１．ユーザーＡに対する最良の送信アンテナは送信アンテナ１４Ａであり、即ち最良の送信アンテナグループは、

と記される。

２．ユーザーＡに対する最低の送信アンテナは送信アンテナ１４Ｂであり、

と記される。

３．最良アンテナと最低アンテナの信号干渉比は、以下の通りである。

１．ユーザーＢに対する最良の送信アンテナは送信アンテナ１４Ｂであり、

と記される。

２．ユーザーＢに対する最低の送信アンテナは送信アンテナ１４Ａであり、

と記される。

１．まず、最大信号干渉比のユーザーを探し出す。この状況では、最大信号干渉比のユーザーはユーザーＡであり、信号干渉比は７である。

２．続いて、他のユーザーを探し出す。他のユーザーの最良アンテナはユーザーＡの最低アンテナでなければならず、ユーザーＡの最低アンテナは送信アンテナＢである。従って、ユーザーＢを探しだすことができる。その後、ユーザーＢの最低アンテナがユーザーＡの最良アンテナであるか否かを調べる。もしそうでなければ、ユーザーＢの最良アンテナの加入は、ユーザーＡに対して比較的大きな干渉を発生するため、ユーザーＢはスケジューリングされない。もしそうならば、ユーザーＢの加入が、システムのチャネル容量を向上できるかどうかさらにみる必要がある。ここにおいて、ユーザーＢのチャネルゲインは２．２５であり、ユーザーＢはスケジューリングされる。

３．結果は、システムは２つのユーザー、ユーザーＡとユーザーＢをスケジューリングすることができる。また、送信アンテナ１４ＡはユーザーＡに割り当てされ、送信アンテナ１４ＢはユーザーＢに割り当てされ、チャネルゲインは、それぞれ７及び２．２５であり、総チャネルゲインは９．２５である。

と記される。

２．最良の送信アンテナグループに選ばれた送信アンテナ１２Ａと受信アンテナ１４Ａとの間で形成されるアンテナ対についてのユーザーＡのチャネル容量は、

である。

ユーザーＢのフィードバック情報は、以下の通りである。

１．ユーザーＢに対する最良の送信アンテナは送信アンテナ１４Ｂであり、即ち最良の送信アンテナグループは、

と記される。

２．最良の送信アンテナグループに選ばれた送信アンテナ１２Ｂと受信アンテナ１４Ｂとの間で形成されるアンテナ対についてのユーザーＢのチャネル容量は、

である。

１．まず、最大チャネル容量のユーザーを探し出す。ここでは、最大チャネル容量のユーザーはユーザーＢであり、ユーザーＢのチャネル容量は９である。また、最良送信アンテナは送信アンテナ１４Ｂである。

２．続いて、探し出した最良送信アンテナ１４Ｂに基づいて他のユーザーを探し出す。他のユーザーの最良アンテナは、必ずユーザーＢの最低アンテナでなければならず、ユーザーＢの最低アンテナは送信アンテナ１４Ａである。このとき、送信アンテナ１４ＡはユーザーＡの最良アンテナであるため、ユーザーＡがシステムのチャネル容量を増加することができるかどうかさらなる判断が必要となる。これは見ればわかるように、ユーザーＡをスケジューリングする状況下では、総チャネルゲインは９／４＋７／１＝９．２５＞９である。従って、ユーザーＡはスケジューリングされる。

３．結果は、システムは２つのユーザー、ユーザーＡとユーザーＢをスケジューリングすることができる。また、送信アンテナ１４ＡはユーザーＡに割り当てされ、送信アンテナ１４ＢはユーザーＢに割り当てされ、総チャネルゲインは９．２５である。

参考文献２と本発明のスケジューリング方法の比較からわかるように、この比較例においては本発明のスケジューリング方法と参考文献のスケジューリング方法は共に、１つの最良なユーザーをスケジューリング可能にする組合せに過ぎない。しかし、本発明は、適応方法によってこのような組合せを探しだすものであり、参考文献２は、かならず予めスケジューリングを要するユーザー数量２つを知っておく必要があり、そうしてはじめてこのような結果を得ることができる。もしその他の仮の条件下では、ユーザー２つのスケジューリングはおそらく最良の結果ではない。本発明のスケジューリング方法は、適応して最良の組合せを探し出すことができるが、参考文献２のスケジューリング方法では不可能である。

従って、本発明のスケジューリング方法は、参考文献２のスケジューリング方法よりも優っており、それは適応して最大のチャネル容量を提供することができる。

本発明の適応システム及びスケジューリング方法の優越性を明確に示すために、図１３を参考にしていただきたい。ここでは、実際のチャネル状況のもと、３種類の異なるスケジューリング方法における性能比較を示している。横座標はユーザーの数量を示し、縦座標はチャネル容量を示す。送信側１０の送信アンテナ数は４本であり、各ユーザーの受信アンテナ数は１本、送信側１０の総送信出力はＰ＝１とＰ＝１０である。チャネルは均一化された多重ガウス分布に一致すると仮定する。

図１３において、ユーザー数が増加するに従って、システムのチャネル容量（対応条件下における統計平均値とする）も増加し、これはユーザー数が多い場合、システムのマルチユーザーゲインも対応して増加するためである。この場合、送信側１０の総送信出力Ｐの変化が大きくなるに従い、システムのチャネル容量も増加する。この３種類のスケジューリング方法の比較からわかるように、本発明の適応スケジューリング方法は、最大のシステムチャネル容量を実現することができる。当然、送信アンテナ数、受信アンテナ数及び送信出力を適宜変更するという状況において、この３種類のスケジューリング方法中、本発明のスケジューリング方法が依然として最大のシステムチャネル容量を得ることができる。

図１４は、本発明ＭＩＭＯ通信システムにおける各受信端末が複数の受信アンテナを有する際の性能図を示している。横座標はユーザーの数量を示し、縦座標はチャネル容量を示す。このうち、送信側１０の送信アンテナ数は４本、各ユーザーの受信アンテナ数は２本、送信側１０の総送信出力はＰ＝１とＰ＝１０である。見てわかるように、ユーザー数が増加するに従い、システムのチャネル容量も増加し、同時に送信側１０の総送信出力Ｐの変化が大きくなるに従い、システムのチャネル容量も増加する。これは本発明適応スケジューリングの優越性を更に示している。

以上の説明はすべて集中式多アンテナシステム（Centralized Antenna System）、即ち送信アンテナがセルの中心である送信側１０の位置に取り付けられるアンテナシステムに基づくものである。しかし、本発明の適応スケジューリング方法は、同様に分布式アンテナシステム（Distributed Antenna System）に応用することができる。

図１５は本発明適応スケジューリング分布式ＭＩＭＯ通信システムを示す図である。図１５で示すように、これは本発明の適応スケジューリングする分布式アンテナシステムを示す図である。このうち、送信アンテナは、小基地局に類似した無線アクセスユニット（Radio Access Unit、ＲＡＵ）に取り付けられる。無線アクセスユニットＲＡＵはすべて、セルラシステム全体に均一に分布され、当然実際の状況に基づいて最良のシステム性能を得るために全セル中に設置することもできる。

図１５において、分布式アンテナシステムは、無線アクセスユニットＲＡＵと、基地局送受信局ＢＴＳ、いくつかのユーザーＭＳ及び接続リンクを含む。各無線アクセスユニットＲＡＵには、ＲＦ信号を送受信するための少なくとも１本の送信アンテナが取り付けられている。各無線アクセスユニットＲＡＵは、図４中のディプレクサーグループ１３０及びこれに応じて設けられた送信アンテナに当する。このうち、無線アクセスユニットＲＡＵは、少なくとも１つのディプレクサーを含み、ディプレクサーの数量は、その接続する送信アンテナ数量と対応する。基地局送受信局ＢＴＳは、図４中のＭＩＭＯデータプロセッサー１１０とＭＩＭＯスケジューラー１２０に当する。接続リンクは、複数の無線アクセスユニットＲＡＵと基地局送受信局ＢＴＳとを接続し、両者間の信号を伝達するために用いられる。接続リンクは、例えば高速光ファイバーのような有線リンクでもよい。この場合、無線アクセスユニットＲＡＵは、対応する電／光または光／電信号の転換機能を有する必要がある。ここにおけるユーザーは、図６で示す受信端末２０と同じである。

このように、分布式アンテナシステムは、上述した集中式アンテナシステム操作と類似することができ、しかも集中式アンテナシステムに対してシステムの送信出力を減少し、システムのデータ速度を増加することができる。

上述したように、本発明のＭＩＭＯ通信システム及びそのスケジューリング方法は、次の長所を有している。

１）受信端末２０のフィードバック情報は、最良のアンテナグループと、最良のアンテナグループに選ばれた送信アンテナが提供できる絶対チャネル容量と、最良のアンテナグループに選ばれなかった送信アンテナが最良のアンテナグループに選ばれた送信アンテナに与える性能損失因数である。これはアンテナ選択時の算出法の複雑度を低下することができ、しかも予めスケジューリングを要するユーザー数を知っておく必要がない。また、この絶対チャネル容量は、最終的にスケジューリングされるユーザー数の影響受けない。

２）送信側１０について言うならば、スケジューリングされるユーザー数はその時のチャネル状況によって決定し、予め確定する必要がない。

従って、ＭＩＭＯ通信システムは、適応ユーザースケジューリングを実現でき、よってシステム制御のインテリジェント化及び通信安定性を向上し、常にシステム容量が最大を保持することができる。

本発明のＭＩＭＯ通信システムのブロック図である。図1が示すＭＩＭＯ通信システムの適応ユーザースケジューリングのフローチャートである。本発明のＭＩＭＯ通信システムが採用するフレーム構造図である。本発明のＭＩＭＯ通信システムにおける送信側の構造図である。送信側の送信RFリンク組の構造図である。本発明ＭＩＭＯ通信システム中のユーザースケジューリング可能性を示す図である。本発明ＭＩＭＯ通信システム中のユーザースケジューリング可能性を示す別の図である。本発明送信端末のディプレクサー図である。本発明ＭＩＭＯ通信システムの受信端末の構造図である。スケジューラーにおけるフィードバック情報に基づきスケジューリングを要求するユーザー適応選出フローチャートである。本発明のＭＩＭＯ通信システムにおけるスケジューリング図である。本発明のＭＩＭＯ通信システムにおける別のスケジューリング図である。実際のチャネル状況での3種の異なるスケジューリング方法における性能比較図である。本発明のＭＩＭＯ通信システムにおける各受信端末がマルチ受信アンテナを有する際の性能図である。本発明の適応スケジューリング分布式ＭＩＭＯ通信システム図である。

符号の説明

１０・・・送信側、２０・・・受信端末、１１０・・・ＭＩＭＯデータプロセッサー、１１１・・・ユーザーセレクター、１１２・・・パラレル分流器、１１３・・・ＭＩＭＯ送信信号プロセッサー、１１４・・・送信RFリンク組、１１５・・・送信アンテナセレクター、１１６・・・変調器、１１７・・・アップコンバータ、１１８・・・電力増幅器、１２０・・・ＭＩＭＯスケジューラー、１２１・・・スケジューラー、１２２・・・ＭＩＭＯ受信信号プロセッサー、１２３・・・受信RFリンク組、１３０・・・ディプレクサーグループ、２１０・・・受信信号プロセッサー、２１１・・・受信RFリンク組、２１２・・・ＭＩＭＯ受信信号プロセッサー、２２０・・・フィードバック情報プロセッサー、２２１・・・ＭＩＭＯ送信信号プロセッサー、２２２・・・送信RFリンク組、２３０・・・ディプレクサー

Claims

チャネル推定信号とユーザーデータとを少なくとも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）が送信した前記データフレームを受信し、前記データフレームに対応するフィードバック信号を発生させ、前記ユーザーデータを復元する少なくとも一つの受信端末（20）とを含む適応スケジューリングのMIMO通信システムであって、
前記フィードバック信号は、前記受信端末（20）にとって最良の送信アンテナのグループである最良送信アンテナグループと、前記最良送信アンテナグループに属する前記送信アンテナの夫々が前記受信端末に提供するチャンネル容量と、前記最良送信アンテナグループに属さない前記送信アンテナの夫々が前記最良送信アンテナグループに属する前記送信アンテナに与える性能損失とを含み、
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情報を発生し、前記スケジューリング情報を利用して適切なユーザースケジューリングを行い、
前記スケジューリング情報は、スケジュールされたユーザーと、各ユーザー宛の送信に用いるデータストリーム数と、スケジュールユーザーデータを送信するために用いる送信アンテナの番号とを備えることを特徴とする適応スケジューリングのMIMO通信システム。
前記送信側（１０）は、
前記データフレームを送信し、前記受信端末（２０）からの前記フィードバック信号を受信するディプレクサーグループ（１３０）及び前記ディプレクサーグループ上に配置される前記送信アンテナと、
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発生するMIMOスケジューラー（１２０）と、
前記スケジューリング情報に基づいてスケジュールを必要とするユーザーを選択し、選択されたユーザーのデータを送信するMIMOデータプロセッサー（１１０）とを含み、
前記受信端末（２０）は、
前記送信側（１０）からの前記データフレームを受信し、前記フィードバック信号を送信する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配置される受信アンテナと、
前記データフレームに基づいて前記フィードバック情報を発生させ、前記ユーザーデータを復元する受信信号プロセッサー（２１０）と、
前記フィードバック情報をフィードバック信号に変換するフィードバック情報プロセッサー（２２０）とを含むことを特徴とする請求項１記載の適応スケジューリングのMIMO通信システム。
前記MIMOスケジューラー（１２０）は、
受信した前記フィードバック信号を対応するコードストリームに変換する受信RFリンクグループ（１２３）と、
変換されたコードストリームを階層型時空信号処理し、変換されたコードストリームに対応する前記スケジューリング情報を得るMIMO受信信号プロセッサー（１２２）と、
前記スケジューリング情報に基づいて前記MIMOデータプロセッサー（１１０）の信号処理を制御するスケジューラー（１２１）とを含むことを特徴とする請求項２記載の適応スケジューリングのMIMO通信システム。
前記MIMOデータプロセッサー（１１０）は、
前記スケジューリング情報に基づいて、スケジューリングされるユーザーを選択するユーザーセレクター（１１１）と、
スケジューリングされるユーザーのユーザーデータを分流処理し、複数のコードストリームを出力する複数のパラレル分流器（１１２）と、
前記スケジューリング情報に基づいて前記パラレル分流器（１１２）が出力した複数のコードストリームを階層型時空信号処理するMIMO送信信号プロセッサー（１１３）と、
前記MIMO送信信号プロセッサー（１１３）により処理された複数のコードストリームを対応するRF信号に変換する送信RFリンクグループ（１１４）と、
前記スケジューリング情報に基づいて前記送信アンテナを選択する送信アンテナセレクター（１１５）とを含むことを特徴とする請求項３記載の適応スケジューリングのMIMO通信システム。
前記送信RFリンクグループ（１１４）は、複数の送信RFリンクを含み、前記MIMO送信信号プロセッサー（１１３）がそれぞれ出力した複数のコードストリームを変調し、
前記送信RFリンクは、１つの直列接続の変調器（１１６）と、１つのアップコンバータ（１１７）と、１つの電力増幅器（１１８）とを含むことを特徴とする請求項４記載の適応スケジューリングのMIMO通信システム。
前記受信信号プロセッサー（２１０）は、
受信した無線周波信号を復調し、周波数変換処理を行い、前記無線周波信号に対応するコードストリームを得る受信RFリンクグループ（２１１）と、
得られたコードストリームに基づいて対応する前記フィードバック情報を発生させるとともに、前記ユーザーデータを復元して出力するMIMO受信信号プロセッサー（２１２）とを含み、
前記フィードバック情報プロセッサー（２２０）は、
前記ユーザーフィードバック情報を前記フィードバック信号に変換するMIMO送信信号プロセッサー（２２１）と、
前記フィードバック信号を前記無線周波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５記載の適応スケジューリングのMIMO通信システム。
前記電力増幅器（１１８）は、出力の大きいパワーアンプであることを特徴とする請求項５又は６記載の適応スケジューリングのMIMO通信システム。
前記送信RFリンク（１１４）の数量は、前記送信アンテナの数量よりも小さいか又は等しいことを特徴とする請求項７記載の適応スケジューリングのMIMO通信システム。
MIMO通信システムの適応ユーザースケジューリング方法であって、
受信端末が、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発生し、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情報を発生し、前記スケジューリング情報を利用して適応のユーザー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、前記受信端末（20）にとって最良の前記送信アンテナのグループである最良送信アンテナグループと、前記最良送信アンテナグループに属する前記送信アンテナの夫々が前記受信端末に提供するチャンネル容量と、前記最良送信アンテナグループに属さない前記送信アンテナの夫々が前記最良送信アンテナグループに属する前記送信アンテナに与える性能損失とを含み、
前記スケジューリング情報は、スケジュールされたユーザーと、各ユーザー宛の送信に用いるデータストリーム数と、スケジュールユーザーデータを送信するために用いる送信アンテナの番号とを備えることを特徴とするMIMO通信システムにおける適応ユーザースケジューリング方法。
前記チャネル減衰状況は、前記受信端末によって前記受信アンテナが受信したチャネル推定信号に基づいて得られるものであることを特徴とする請求項９記載の適応ユーザースケジューリング方法。
前記チャネル減衰状況は、前記受信端末がデータフレームを受信するとともに、前記受信アンテナが受信したデータフレームに基づいて得られるものであることを特徴とする請求項９記載の適応ユーザースケジューリング方法。
前記ステップ（ｂ）は、
ユーザースケジューリング表及び割り当て済みアンテナ表を初期化するステップ（ｃ）と、
フィードバック情報におけるチャネル容量を比較して、最大チャネル容量値のユーザーを選び出し、選び出されたユーザーを前記ユーザースケジューリング表に加え、対応する前記送信アンテナを前記割り当て済みアンテナ表に加えるステップ（ｄ）と、
前記ユーザースケジューリング表におけるユーザーに対して、対応する性能損失が最小の前記送信アンテナを探し出し、探し出した前記送信アンテナに対応するチャネル容量が最大のユーザーを探し出すステップ（ｅ）と、
前記ステップ（ｅ）で探し出されたユーザーがシステムに加わった後のシステムの総容量を計算し、前記ステップ（ｅ）で探し出されたユーザーがシステムに加わる前よりもシステムの総容量が大きくなれば、前記ステップ（ｅ）で探し出されたユーザーを前記ユーザースケジューリング表に加えるとともに、対応する前記送信アンテナを前記割り当て済みアンテナ表に加えてステップ（ｅ）を再度行い、前記ステップ（ｅ）で探し出されたユーザーがシステムに加わる前よりもシステムの総容量が小さくなれば終了するステップ（ｆ）と、
最終的な前記ユーザースケジューリング表と前記割り当て済みアンテナ表に基づいて、システムのユーザースケジューリングを行うステップ（ｇ）とを含むことを特徴とする請求項９〜１１に記載の適応ユーザースケジューリング方法。