(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナを有する少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの受信アンテナを有する少なくとも１つのユーザ装置とを有し、前記基地局はコードブックに基づきプリコーディングすることにより複数のユーザ装置を収容できるＭＩＭＯ無線通信システムにおけるプリコーディング方法であって、
前記複数のユーザ装置の各々が、
前記基地局から送信されるパイロット信号に基づきチャネル推定を行ってチャネル情報を求める段階と、
ＳＮＲが最大となる第１のコードワードと、ＳＮＲが最小になる少なくとも１つの第２のコードワードとを、前記チャネル情報に基づき決定する段階と、
前記第１のコードワードと前記第２のコードワードとを前記基地局にフィードバックする段階とを含み、
前記基地局が、
前記複数のユーザ装置のうちの第１のユーザ装置の第１のコードワードと一致する第２のコードワード及び前記第１のユーザ装置の第２のコードワードと一致する第１のコードワードを有する１又は複数の第２のユーザ装置を前記複数のユーザ装置の中から選択し、前記第１及び１又は複数の第２のユーザ装置の間でスケジューリングする段階と、
前記第１のユーザ装置及び前記第２のユーザ装置へ同時にデータを送信する場合に、前記システムのＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレート及びＭＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートを決定する段階と、
前記ＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートが前記ＭＵ−ＭＩＭＯにおける合計データレートより高いときＳＵ−ＭＩＭＯに切り替え、前記ＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートが前記ＭＵ−ＭＩＭＯにおける合計データレートより高くないときＭＵ−ＭＩＭＯに切り替える段階と、
を含むプリコーディング方法。
【請求項２】
前記複数のユーザ装置の各々が、
前記第１のコードワードに対応する第１のＣＱＩ値と、前記少なくとも１つの第２のコードワードにそれぞれ対応する少なくとも１つの第２のＣＱＩ値とを、計算し、前記基地局にフィードバックする段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける前記合計データレートを決定する段階は、データレートが最良のユーザを決定する段階と、
前記決定したユーザのデータレートをＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける前記合計データレートとして設定する段階とを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ＭＵ−ＭＩＭＯモードにおける前記合計データレートを決定する段階は、
前記第１のコードワードと前記第２のコードワードの一致に基づきユーザをグループ分けする段階と、
各グループのデータレートを決定する段階と、
前記グループ間の最大データレートを決定する段階と、
前記最大データレートをＭＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートとして設定する段階と、
を更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
各グループのデータレートを決定する段階は、
前記第１のＣＱＩを送信パワーとし、前記第２のＣＱＩを他のユーザからの干渉パワーとして、前記グループ内の各ユーザの有効ＣＱＩを決定する段階をさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基地局が、
前記第１のコードワードと、前記第２のコードワードと、対応するＣＱＩとに基づき各ユーザ装置のデータレートを決定する段階をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
複数の送信アンテナを有する少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの受信アンテナを有する少なくとも１つのユーザ装置とを有するＭＩＭＯ無線通信システムのユーザ装置であって、前記基地局はコードブックに基づきプリコーディングすることにより複数のユーザ装置を収容でき、
前記ユーザ装置は、
前記基地局から送信されるパイロット信号に基づきチャネル推定を行ってチャネル情報を求めるチャネル推定部と、
信号対雑音比が最大になる第１のコードワードと、信号対雑音比が最小になる少なくとも１つの第２のコードワードとを、前記チャネル情報に基づき決定するコードワード決定部と、
前記第１のコードワードと前記第２のコードワードとを前記基地局にフィードバックする送信部とを有し、
前記基地局により、前記複数のユーザ装置の中から選択された、前記ユーザ装置の第１のコードワードと一致する第２のコードワード及び前記ユーザ装置の第２のコードワードと一致する第１のコードワードを有する１又は複数の第２のユーザ装置との間でスケジューリングされ、
前記ユーザ装置及び前記１又は複数の第２のユーザ装置へ同時にデータを送信する場合に、前記システムのＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートがＭＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートより高いときＳＵ−ＭＩＭＯに切り替えられ、前記ＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートが前記ＭＵ−ＭＩＭＯにおける合計データレートより高くないときＭＵ−ＭＩＭＯに切り替えられる、ユーザ装置。
【請求項８】
前記コードワード決定部はさらに、前記第１のコードワードに対応する第１のＣＱＩと、前記少なくとも１つの第２のコードワードにそれぞれ対応する少なくとも１つの第２のＣＱＩとを計算し、前記送信部はさらに、前記第１のＣＱＩ値と前記第２のＣＱＩ値とを前記基地局にフィードバックする、請求項７に記載のユーザ装置。
【請求項９】
複数の送信アンテナを有する少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの受信アンテナを有する少なくとも１つのユーザ装置とを有するＭＩＭＯ無線通信システムであって、前記基地局はコードブックに基づきプリコーディングすることにより複数のユーザ装置を収容でき、
前記複数のユーザ装置の各々は、
前記基地局から送信されるパイロット信号に基づきチャネル推定を行ってチャネル情報を求めるチャネル推定部と、
信号対雑音比が最大になる第１のコードワードと、信号対雑音比が最小になる少なくとも１つの第２のコードワードとを、前記チャネル情報に基づき決定するコードワード決定部と、
前記第１のコードワードと前記第２のコードワードとを前記基地局にフィードバックする送信部とを有し、
前記基地局は、
所定のシステム性能尺度を最適化するように、前記複数のユーザ装置のうちの第１のユーザ装置の第１のコードワードと一致する第２のコードワード及び前記第１のユーザ装置の第２のコードワードと一致する第１のコードワードを有する１又は複数の第２のユーザ装置を前記複数のユーザ装置の中から選択し、前記第１及び１又は複数の第２のユーザ装置の間でスケジューリングし、
前記第１のユーザ装置及び前記第２のユーザ装置へ同時にデータを送信する場合に、前記システムのＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレート及びＭＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートを決定し、
前記ＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートが前記ＭＵ−ＭＩＭＯにおける合計データレートより高いときＳＵ−ＭＩＭＯに切り替え、前記ＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートが前記ＭＵ−ＭＩＭＯにおける合計データレートより高くないときＭＵ−ＭＩＭＯに切り替える、
ように構成された、ＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項１０】
前記コードワード決定部はさらに、前記第１のコードワードに対応する第１のＣＱＩと、前記少なくとも１つの第２のコードワードにそれぞれ対応する少なくとも１つの第２のＣＱＩとを計算し、前記送信部はさらに、前記第１のＣＱＩ値と前記第２のＣＱＩ値とを前記基地局にフィードバックする、請求項９に記載のＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項１１】
前記基地局は、
データレートが最良のユーザを決定し、
前記決定したユーザのデータレートをＳＵ−ＭＩＭＯモードにおける前記合計データレートとして設定するようにさらに構成された、請求項１０に記載のＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項１２】
前記基地局は、
前記第１のコードワードと前記第２のコードワードの一致に基づきユーザをグループ分けし、
各グループのデータレートを決定し、
前記グループ間の最大データレートを決定し、
前記最大データレートをＭＵ−ＭＩＭＯモードにおける合計データレートとして設定するようにさらに構成された、請求項１０に記載のＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項１３】
前記基地局は、
前記第１のＣＱＩを送信パワーとし、前記第２のＣＱＩを他のユーザからの干渉パワーとして、前記グループ内の各ユーザの有効ＣＱＩを決定するようにさらに構成された、請求項１２に記載のＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項１４】
前記基地局は、
前記第１のコードワードと、前記第２のコードワードと、対応するＣＱＩとに基づき各ユーザ装置のデータレートを決定するようにさらに構成された、請求項１３に記載のＭＩＭＯ無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信に関し、より具体的にはマルチユーザＭＩＭＯ無線通信システムにおけるユーザスケジューリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチユーザＭＩＭＯは、複数のアンテナを有する複数の端末が、複数のアンテナを有する１つの制御局と同時に通信できる通信技術であり、セルラー無線ネットワークにおけるデータ伝送の高効率化を実現するものである。同一のＭＩＭＯチャネルにおいて複数ユーザの伝送をいかにサポートするかに関して多くの提案がなされている（文献２〜６を参照）。
【０００３】
これらの提案は、基本的に、送信側においてチャネル状態情報が利用できるかどうかに応じて２つのクラスに分類できる。１つは「コードブック・ベース」と呼ばれ、送信側では完全なチャネル情報を必要とせず、（チャネルベクトル指標のフィードバックの形式の）量子化チャネルベクトルがあればよい。もう１つは「非コードブック・ベース」と呼ばれ、送信側で上りリンクのサウンディング方法による完全なチャネル情報を必要とする。つまり、基地局がチャネルを検出できるように、各ユーザ装置がフィードバックチャネルを介して共通パイロット信号を送信する。本発明はコードブック・ベースのマルチユーザＭＩＭＯに関する。
【０００４】
現在、３ＧＰＰ  ＬＴＥ（第３世代パートナーシッププロジェクト、ロングタームエボルーション）においては、コードブック・ベース方式のマルチユーザＭＩＭＯについて主に２種類の提案がなされている。ユニタリ・プリコーディング（文献３）と非ユニタリ・プリコーディング（文献１）である。「ユニタリ」とは同一コードワードマトリックス中のコードワードが直交していることを意味する。一方、「非ユニタリ」とはコードブック中のコードワードが直交していないことを意味する。
【０００５】
図１は関連技術におけるマルチユーザＭＩＭＯのプリコーディング方式を示す図である。図１に示すように、基地局は、ユーザ装置からフィードバックされるＣＱＩ（チャネル品質指標）とＰＶＩ（プリコーディングベクトル指標）とに基づきユーザをスケジューリングし、データレートを決定する。次に、スケジューリングされた各ユーザ宛のデータを、チャネル符号化及び変調し、ＰＶＩに基づく重みベクトルでプロコーディングし、他のユーザ宛のデータと結合し、ＯＦＤＭ方式の場合はＩＦＦＴで変換し、サイクリックプレフィックス（ＣＰ）を付加して、最後に各送信アンテナで送信する。ここで、ＯＦＤＭ以外の多重化方式の場合にはＩＦＦＴ部とＣＰ部は省略できる。
【０００６】
図１では、各ユーザ装置（移動局）は１つの受信アンテナを有すると示したが、ユーザ装置の受信アンテナは複数であってもよい。受信アンテナが受信したデータにＣＰ除去とＦＦＴ変換をし、受信合成方法（receive  combination  method）（すなわちＭＩＭＯ検出方法）によりユーザ固有データを取り出す。留意すべき点として、ＯＦＤＭ以外のシステムの場合にはＣＰ除去部とＦＦＴ変換部とは省略できる。同時に、共通パイロットまたは専用パイロットに基づきチャネル推定を行い、ＣＱＩの計算とＰＶＩの決定をしてから、次のスケジュールのスロットのための基地局へのフィードバックを行う。
【０００７】
図２は２ユーザ、２送信、マルチユーザＭＩＭＯのプリコーディング方式の一例を示している。図２に示したように、各送信機において、ユーザ１のデータ（ｄ１）とユーザ２のデータ（ｄ２）をベクトル［ｗ１１，ｗ１２］と［ｗ２１，ｗ２２］により重み付けして、足し合わせる。この例では、プリコーディングベクトル［ｗ１１，ｗ１２］と［ｗ２１，ｗ２２］を、基地局とユーザ装置の両方で既知の共通コードブックから選択する。各受信器は、プリコーディングコードブックの干渉回避性（interference  avoidance  nature）を用いてデータを取り出すことができる。
【０００８】
ユニタリプリコーディングでは、直交ベクトルのコードブックを基本的な数学的規則により構成する。例えば、サイズＮ（Ｎ＝２Ｂ）のＤＦＴ行列の上側ｎＴ行をそのようなコードブックとし、以下の式に示すことができる。
【数１】
0005387575.tif 000002
ここで、ｆｎ（ｌ）は第ｎベクトルの第ｌ要素であり、ｎＴは送信アンテナの数であり、Ｎはコードブックのサイズであり、ｊは虚数である。ユニタリプリコーディングでは、コードブックはユニタリ行列に基づく。すなわち、Ｎ個のベクトルがＰ＝Ｎ／Ｍ個のユニタリ行列を構成する。ここで、Ｍは送信ストリームの数であり、ｐ番目のユニタリ行列はＦｐ＝［ｆｐ，ｆｐ＋Ｐ，ｆｐ＋２Ｐ，・・・］（ｐ＝０，・・・，Ｐ−１）で表される。同じユニタリ行列ベースのコードブックがノードＢ（基地局）とＵＥの両方でユニタリプリコーディングに利用される。ユニタリプリコーディングでは、ＣＱＩは以下の式で計算できる：
【数２】
0005387575.tif 000003
ここで、Ｈはチャネル行列、Ｆは重み行列、σ２はノイズパワー、ｋはユーザインデックスである。
【０００９】
ＣＱＩの計算では自分の信号を除く他のプリコーディングベクトルからのすべての干渉を考慮することに留意する。この場合、ＣＱＩは過小に評価され、システムのスループットを十分活かせない。一方、非ユニタリ・プリコーディングでは、ＣＱＩを以下の式により計算する：
【数３】
0005387575.tif 000004
【００１０】
ここで、Ｆは非直交コードブックからの重みマトリックスである。ＣＱＩの計算では他のストリームからの干渉を考慮するが、ＢＳが選択するユーザがＣＱＩ計算で決定したプリコーディングインデックスを本当に用いることは保証できない。それゆえ、ＣＱＩ計算も実際の能力とミスマッチを起こすこともある。
【００１１】
このように、先行技術によるＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディング方式では、最良のＣＱＩを計算して、そのＣＱＩ及び対応するプリコーディングベクトルインデックスを基地局にフィードバックしている。これらの方式はすべて例外なく、ユニタリプリコーディングの場合には干渉を過大評価し、非ユニタリプリコーディングの場合にはユーザを盲目的に選択するとミスマッチ（mismatch）を起こす可能性がある。それゆえ、システムのスループットを最大化することはできない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Part  １６:  Air  Interface  for  Fixed  Broadband  Wireless  Access  Systems,  IEEE  P８０２.１６  (Draft  Mar.  ２００７),  Revision  of  IEEE  Std  ８０２.１６-２００４,  as  amended  by  IEEE  Std  ８０２.１６f-２００５  and  IEEE  ８０２.１６e-２００５.
【非特許文献２】３GPP  Rl  -０７２４２２,  NTT  DoCoMo,  "Investigation  on  precoding  scheme  for  MU-MIMO  in  E-UTRA  downlink".
【非特許文献３】３GPP,  Rl  -０６０３３５,  Samsung,  "Downlink  MIMO  for  EUTRA".
【非特許文献４】３GPP,  Rl  -０６０４９５,  Huawei,  "Precoded  MIMO  concept  with  system  simulation  results  in  macrocells".
【非特許文献５】３GPP,  Rl  -０６２４８３,  Philips,  "Comparison  between  MU-MIMO  codebook-based  channel  reporting  techniques  for  LTE  downlink".
【非特許文献６】３GPP,  Rl-０７１５１０,  Freescale  Semicoductor  Inc,  "Details  of  zero-forcing  MU-MIMO  for  DL  EUTRA".
【発明の概要】
【００１３】
従って、本発明は、関連技術の限界や不都合による問題を実質的に取り除く、マルチユーザＭＩＭＯにおけるプリコーディング方式に関する。
【００１４】
本発明の一目的は、システムの性能測定基準を最適化すること、例えばマルチユーザＭＩＭＯシステムのスループットを最大化することである。
【００１５】
本発明の他の一目的は、より適切にユーザをスケジューリングすることである。
【００１６】
本発明のさらに他の一目的は、基地局においてチャネル品質をより正確に計算することである。
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様では、ＭＩＭＯ無線通信システムにおけるプリコーディング方法を提供する。前記ＭＩＭＯ無線通信システムは、複数の送信アンテナを有する少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの受信アンテナを有する少なくとも１つのユーザ装置とを有し、前記基地局はコードブックに基づきプリコーディングすることにより複数のユーザ装置を収容できる。前記方法は、前記複数のユーザ装置の各々が、前記基地局から送信されるパイロット信号に基づきチャネル推定を行ってチャネル情報を求める段階と、ＳＮＲが最大となる第１のコードワードと、ＳＮＲが最小になる少なくとも１つの第２のコードワードとを、前記チャネル情報に基づき決定する段階と、前記第１のコードワードと前記第２のコードワードとを前記基地局にフィードバックする段階とを含み、前記基地局が、所定のシステム性能尺度を最適化するように、前記第１のコードワードと前記第２のコードワードとに基づき前記ユーザ装置をスケジューリングする段階を含む。
【００１８】
本発明の他の一態様において、複数の送信アンテナを有する少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの受信アンテナを有する少なくとも１つのユーザ装置とを有するＭＩＭＯ無線通信システムのユーザ装置を提供する。前記基地局はコードブックに基づきプリコーディングすることにより複数のユーザ装置を収容できる。前記ユーザ装置は、前記基地局から送信されるパイロット信号に基づきチャネル推定を行ってチャネル情報を求めるチャネル推定部と、信号対雑音比が最大になる第１のコードワードと、信号対雑音比が最小になる少なくとも１つの第２のコードワードとを、前記チャネル情報に基づき決定するコードワード決定部と、前記第１のコードワードと前記第２のコードワードとを前記基地局にフィードバックする送信部とを有する。
【００１９】
本発明の他の一態様において、複数の送信アンテナを有する少なくとも１つの基地局と、少なくとも１つの受信アンテナを有する少なくとも１つのユーザ装置とを有するＭＩＭＯ無線通信システムを提供する。前記基地局はコードブックに基づきプリコーディングすることにより複数のユーザ装置を収容できる。前記複数のユーザ装置の各々は、前記基地局から送信されるパイロット信号に基づきチャネル推定を行ってチャネル情報を求めるチャネル推定部と、信号対雑音比が最大になる第１のコードワードと、信号対雑音比が最小になる少なくとも１つの第２のコードワードとを、前記チャネル情報に基づき決定するコードワード決定部と、前記第１のコードワードと前記第２のコードワードとを前記基地局にフィードバックする送信部とを有し、前記基地局は、所定のシステム性能尺度を最適化するように、前記第１のコードワードと前記第２のコードワードとに基づき前記ユーザ装置をスケジューリングするように構成される。
【００２０】
言うまでもなく、上記の概略的な説明と下記の詳細な説明はともに例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載した発明をさらに説明することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
図面は本発明をさらによく理解してもらうために添付したものであり、本出願の一部であり、本発明の実施形態を例示するものであり、明細書とともに本発明の原理を説明するものである。
【図１】関連技術におけるマルチユーザＭＩＭＯのプリコーディング方式を示す図である。
【図２】２ユーザ、２送信アンテナ、マルチユーザＭＩＭＯのプリコーディング方式の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるユーザ装置を示すブロック図である。
【図４】フィードバック部を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態による基地局を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の好ましい実施形態を示す添付図面を参照して、本発明を詳しく説明する。しかし、本発明は、異なる多くの形式で実施することができ、ここで説明する実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態を説明して、この開示を詳細かつ完全なものにし、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるようにするものである。図面中、同じ数字は同じ要素を示す。
【００２３】
［第１の実施形態］
第１の実施形態によるマルチユーザＭＩＭＯ無線通信システムの構成は、図１に示した構成とほぼ同じである。換言すると、第１の実施形態のマルチユーザＭＩＭＯ無線通信システムをＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）システムに適用する。以下の説明では図１を参照する。しかし、以下の説明から明らかなように、本発明はＯＦＤＭシステムには限定されず、ＯＦＤＭ以外のどんなシステムにも適用できる。
【００２４】
図１に示すように、第１の実施形態のＭＩＭＯ無線通信システムは、少なくとも１つの基地局（図１には１つだけ示す）と、少なくとも１つのユーザ装置とを有する。基地局はＮ本の送信アンテナを備え、コードブックに基づくプリコーディングにより複数のユーザ装置を収容することができる。基地局は、フィードバックされたＣＱＩ（チャネル品質インジケータ）とＰＶＩ（プリコーディングベクトルインデックス）とに基づき、ユーザをスケジューリングし、データレートを決定する。次に、スケジューリングされた各ユーザのデータを、チャネル符号化及び変調し、重みベクトルによりプリコーディングし、他のユーザデータと結合する。次に、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）で変換し、サイクリックプレフィックス（ＣＰ）を付加する。最後に各送信アンテナを介して送信する。
【００２５】
図３は、第１の実施形態によるユーザ装置を示すブロック図である。図３に示したように、ユーザ装置は少なくとも１つの受信アンテナ１１、ＣＰ（サイクリックプレフィックス）除去部１２、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）部１３、チャネル推定部１４、ＭＩＭＯ検出部１５、ＤＥＭＯＤ＆ＤＥＣ（復調・復号）部１６、及びフィードバック部１７を有する。
【００２６】
受信アンテナ１１は複数の多重データストリームを受信する。ＣＰ除去部１２は、アンテナ１１が受信したデータストリームからＣＰ部分を除去する。ＦＦＴ部１３はＣＰを除去したデータストリームにＦＦＴ処理を行う。チャネル推定部１４は、データストリームに含まれるパイロット成分を用いてチャネル（ストリーム）を推定し、推定したチャネルマトリックスをフィードバック部１７に送る。推定したチャネルマトリックスを用いて、ＭＩＭＯ検出部１５は異なる受信アンテナから送られＦＦＴ部１３で処理されたデータストリームを検出する。ＤＥＭＯＤ＆ＤＥＣ部１６は、ＭＩＭＯ検出部１５が処理したデータを復調し、復調データをユーザデータに復号する。
【００２７】
図４は、図３に示したフィードバック部１７を示すブロック図である。フィードバック部１７はＣＱＩ計算部１８、ＰＶＩ決定部１９、コードブック２０、及び送信部２１を含む。
【００２８】
コードブック２０は、制御局（例えば基地局）から送信されるデータストリームをプリコーディングするコードワードを含む。ＣＱＩ計算部１８は、推定したチャネルマトリックス情報に基づきＣＱＩ（channel  quality  indicator）を生成する。この実施形態では、ＣＱＩ計算部１８がＣＱＩとして最大ＳＮＲと少なくとも１つの最小ＳＮＲとを計算する。ＳＩＮＲの計算は、制御局においてプリコーディングによる重み付けがあり、ＵＥにおいて上記のＭＩＭＯ復号方法（例えばＺＦ（ゼロフォーシング）、ＭＭＳＥ（最小二乗平均エラー）等）があると仮定して計算する。プリコーディング重み付けベクトルはＰＶＩ決定部１９により決定される。ＰＶＩ決定部１９は、コードブック２０から、最大ＳＮＲに対応する適切なプリコーディングコードワードと、少なくとも１つの最小ＳＮＲとに対応する適切なプリコーディングコードワードとを選択する。制御局とユーザ装置の両方が知っている所定のマッピング規則により、１つのＰＶＩがコードブック２０中の１つのコードワードに対応している。
【００２９】
さらに、決定されたコードワードのＰＶＩとＣＱＩは、送信部２１により基地局にフィードバックされる。
【００３０】
図５は、第１の実施形態による基地局を示すブロック図である。図５に示したように、基地局は、複数の送信アンテナ３６、ＦＥＣ＆ＭＯＤ部３１（ＦＥＣは前方誤り訂正というチャネル符号化の一種）、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部３３、ＣＰ付加部３４（ＦＥＣ＆ＭＯＤ部３１、ＩＦＦＴ部３３、ＣＰ付加部３４の数は送信アンテナ３１の数に対応する）、プリコーディング部３２、及びスケジューリング及びレートマッチング部３５を含む。
【００３１】
スケジューリング及びレートマッチング部３５は、すべてのユーザ装置で同じ内容を含むコードブックを備え、グループユーザが有するコードワードは一致する。スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ユーザ装置からフィードバックされるＣＱＩ（channel  quality  indicator）とＰＶＩ（precoding  vector  index）に基づき、スケジューリング及びデータレートの決定を行う。ＦＥＣ＆ＭＯＤ部３１は、各ユーザのデータに対してチャネル符号化と変調を行う。プリコーディング部３２は、決定したプリコーディングベクトルでユーザデータをプリコーディングし、すべてのユーザからのデータを結合する。ＩＦＦＴ部３３が、プリコーディングしたデータに逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行う。ＣＰ付加部３４が、逆高速フーリエ変換をしたデータにサイクリックプレフィックス（ＣＰ）を付加する。そして、送信アンテナ３１がデータを送信する。
【００３２】
第１の実施形態の特徴は、フィードバック部１７とスケジューリング及びレートマッチング部３５とにある。ここで、フィードバック部１７とスケジューリング及びレートマッチング部３５とを詳細に説明する。
【００３３】
便宜上、基地局（ＢＳ）側の送信アンテナ数をＮとした。各ユーザ装置は１本の受信アンテナを有する。各ユーザのストリーム数は１とした。（本発明では、受信アンテナ数とストリーム数は問題ではなく、上記の通り、ユーザ装置は複数の受信アンテナを有していてもよい。）スケジューリングを待っているユーザ装置数はＫである。コードブックＷはＬ個のユニタリまたは非ユニタリのコードワードよりなる。すなわち、
【数４】
0005387575.tif 000005
【００３４】
第１の実施形態では、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ＭＵ−ＭＩＭＯとＳＵ−ＭＩＭＯのうち最良の送信モードを見いだす。ＳＵ−ＭＩＭＯモードでは、全部でＫ個のユーザ装置（以下、単に「ユーザ」とも呼ぶ）のうち最も性能測定基準がよい１つのユーザを選択し、ＭＵ−ＭＩＭＯモードでは、以下に説明するコードワード・ペアリング条件を満たすすべての候補ペア（a  pair  of  two  users）のうち最も性能測定基準がよいペアを選択する。
【００３５】
便宜上、第１の実施形態を説明する例としてユーザｋとｊとを取り、ユーザｋとｊのコードワードが以下のケース１とケース２で説明する「完全一致」または「半分一致」のペアリング条件を満たすものと仮定する。ペアリング条件を満たすユーザペアは２つ以上あるかも知れないが、そのような場合は最良のペアを決定する。ペアリング条件を満たすユーザペアが無い場合、基地局はＳＵ−ＭＩＭＯモードに切り替え、１個のユーザにのみ送信をさせる。
【００３６】
第１の実施形態では、ユーザｊとユーザｋの各々のフィードバック部１７は、それぞれ２グループのパラメータを生成してフィードバックする：次の式で示すように、最大ＳＮＲとそれに対応するコードワードインデックス、及び最小ＳＮＲとそれに対応するコードワードインデックスである。
【数５】
0005387575.tif 000006
【００３７】
具体的には、ＣＱＩ計算部１８がコードブック２０の各コードワードのＣＱＩ値を計算し、ＰＶＩ決定部１９が計算値のうち最大のものをＣＱＩ１ｋとし、ＣＱＩ１ｋに対応するコードワードのインデックスをｗ１ｋとする。一方、ＰＶＩ決定部１９が計算値のうち最小のものをＣＱＩ２ｋとし、ＣＱＩ２ｋに対応するコードワードのインデックスをｗ２ｋとする。
【００３８】
換言すると、ｗ１ｋはユーザｋが最も期待するコードワードであり、ｗ２ｋは他のユーザが使用することをユーザｋが望むコードワードである。２種類のＣＱＩは有効チャネルゲインと有効干渉パワーを反映している。
【００３９】
ユーザｋの送信部２１は、上りリンクチャネルを介して基地局にｗ１ｋ、ｗ２ｋ及び対応するＣＱＩ１ｋ、ＣＱＩ２ｋを送信する。同様に、ユーザｊはｗ１ｊ、ｗ２ｊ及び対応するＣＱＩ１ｊ、ＣＱＩ２ｊを生成する。次に、ユーザｊの送信部２１は、上りリンクチャネルを介して基地局にｗ１ｊ、ｗ２ｊ及び対応するＣＱＩ１ｊ、ＣＱＩ２ｊを送信する。
【００４０】
ｗ１ｋ、ｗ２ｋ、ｗ１ｊ、ｗ２ｊ及び対応するＣＱＩ１ｋ、ＣＱＩ２ｋ、ＣＱＩ１ｊ、ＣＱＩ２ｊは、基地局に受信され、スケジューリング及びレートマッチング部３５に送られる。スケジューリング及びレートマッチング部３５は、フィードバックされたｗ１ｋ、ｗ２ｋ、ｗ１ｊ、ｗ２ｊに基づきユーザｋとユーザｊをスケジューリングする。
【００４１】
コードワードが次の「完全一致」または「半分一致」の条件を満たす場合、２つのユーザはペアとなる。
【００４２】
ケース１：完全一致
この場合、ｗ１ｋとｗ２ｋはｗ１ｊ、ｗ２ｊと完全に一致する。すなわち
【数６】
0005387575.tif 000007
各ユーザの有効ＳＩＮＲ（ＥＳＩＮＲ）は次の式で計算できる：
【数７】
0005387575.tif 000008
【００４３】
ここで、各ユーザが総送信パワーの半分を得るものと仮定した。実際には、各ユーザにおいて、ＣＱＩ１を信号パワーと考え、ＣＱＩ２をペアの他方のユーザからの干渉と考えることにより有効ＳＩＮＲを求める。この情報を用いて、基地局は最適性能測定基準を求めることができる。基地局は、例えば、次の式で計算できる、ユーザｊとユーザｋのためのデータを同時に送信する時にシステムがサポートする合計レートＲ１を求めることができる。
【数８】
0005387575.tif 000009
ここで、総送信パワーはｐで一定である。
ケース２：半分一致
【００４４】
この場合、ｗ１ｋはｗ２ｊと一致するがｗ２ｋはｗ１ｊと一致しないか、またはｗ２ｋはｗ１ｊと一致するがｗ１ｋはｗ２ｊと一致しない。すなわち、
【数９】
0005387575.tif 000010
【００４５】
ここでの説明では、ｗ１ｋ＝ｗ２ｊであるものと仮定するが、ｗ２ｋ＝ｗ１ｊとしても同じである。
【００４６】
この場合、ユーザｋが期待するコードワードｗ１ｋと、ユーザｋが使用するとユーザｊが期待するコードワードｗ２ｊは一致する。しかし、ユーザｊが使用するとユーザｋが期待するコードワードｗ２ｋは、ユーザｊが期待するコードワードｗ１ｊと一致しない。すなわち、
【数１０】
0005387575.tif 000011
【００４７】
スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ユーザｋがコードワードｗ１ｋを使用すると決定する。ユーザｊについては、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ｗ２ｋとｗ１ｊの間のコードワード相関が所定の閾値ρｔｈより大きいか判断する、
【数１１】
0005387575.tif 000012
【００４８】
式１２が示す条件が満たされない場合、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ユーザｋとユーザｊをペアにはできないと判断する。一方、この条件が満たされる場合、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ＭＵ−ＭＩＭＯモードと考え、ユーザｋとユーザｊをペアにする。ユーザｊのコードワードは
【数１２】
0005387575.tif 000013
【００４９】
この場合、ユーザｋの有効ＳＩＮＲは、送信パワーがユーザｋとユーザｊの間で等しく割り当てられると仮定すると、式１４で正確に推定できる。
【数１３】
0005387575.tif 000014
【００５０】
また、ユーザｊの有効ＳＩＮＲは次の式で記述できる：
【数１４】
0005387575.tif 000015
ここで、
（外１）
0005387575.tif 000016
の推定はＨｊの推定に依存する。本発明では、Ｈｊをｗ１ｊとｗ２ｊの線形結合で近似する。すなわち、
【数１５】
0005387575.tif 000017
スカラーαｊとβｊは次の式で計算できる：
【数１６】
0005387575.tif 000018
ここで、
【数１７】
0005387575.tif 000019
【００５１】
この場合、合計レートは以下の式で計算できる：
【数１８】
0005387575.tif 000020
【００５２】
ケース１と同様に、合計レートは、有効ＳＩＮＲの所定関数として定義されたその他の性能測定基準であってもよい。全部でＫ個のユーザのうち上記のペアとなる条件を満たすペアが２つ以上あれば、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、上記の方法で各ペアの合計レートを計算して、合計レートが最も高い１つのペアを決定する：
【数１９】
0005387575.tif 000021
【数２０】
0005387575.tif 000022
ここで、Ｇはペアとなる条件を満たすペアの数であり、（Ｒ１ｇ、Ｒ２ｇ）はペアｇの合計レートである。
【００５３】
上記の完全一致または半分一致の条件をみたすペアがない場合、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ＳＵ−ＭＩＭＯモードに切り替え、全ＫユーザのうちＣＱＩ１が最もよい１つのユーザのみをスケジューリングする。
【数２１】
0005387575.tif 000023
【数２２】
0005387575.tif 000024
ここで、ＣＱＩ１ｉはユーザｉの最大ＣＱＩである。
【００５４】
留意すべき点として、ペアとなる条件を満たす（ユーザの）ペアがあっても、基地局は、式（２３）に示すように、ＳＵ−ＭＩＭＯの場合の最良の性能測定基準を計算できる。
【００５５】
基地局のスケジューリング及びレートマッチング部３５は、ＭＵ−ＭＩＭＯとＳＵ−ＭＩＭＯの性能測定基準を比較して、性能測定基準が好ましいモードに切り替える。例えば、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、式（２１）と（２３）に示したように、ＲＭＵ−ＭＩＭＯとＲＳＵ−ＭＩＭＯのうち合計レートが大きい方のモードを選択する。スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ＭＵ−ＭＩＭＯまたはＳＵ−ＭＩＭＯの送信モードを決定した後、ＳＵ−ＭＩＭＯではユーザのデータレートを決定し、またはＭＵ−ＭＩＭＯでは各ユーザのデータレートを決定する。ＳＵ−ＭＩＭＯモードでは、データレートは、キャパシティ（capacity）や送信エラーレート等の所定のマッピング関数により、選択したユーザのＣＱＩ１により直接決定できる。ＭＵ−ＭＩＭＯモードでは、各ユーザのデータレートは、キャパシティ（capacity）や送信エラーレート等の所定のマッピング関数により、選択したペアの各ユーザの有効ＣＱＩにより直接決定できる。
【００５６】
本発明の第１の実施形態では、ユーザ装置は自機が使用する予定のコードワードだけでなく、他のユーザ装置が使用する予定のコードワードも、基地局にフィードバックする。そして、基地局はフィードバックされたコードワードに基づきユーザをスケジューリングする。この構成により、ユーザを適切にスケジューリングでき、より有利なことには、スループットの損失無しに、ＭＵ−ＭＩＭＯとＳＵ−ＭＩＭＯとの間の適応的切り替えが可能となる。さらに、有効ＳＩＮＲをより正確に決定でき、十分なスループットゲインを保証できる。
【００５７】
［第２の実施形態］
上記の第１の実施形態は、ＭＵ−ＭＩＭＯで動作している際、基地局が送信するユーザを１ペア選択する場合である。しかし、本発明はこの場合に限定されず、ＭＵ−ＭＩＭＯで動作している際、基地局が送信する３以上のユーザ装置のグループを選択する場合に適用できる。第２の実施形態では、基地局はＭＵ−ＭＩＭＯモードにおいて３ユーザの同時送信をサポートする。
【００５８】
第２の実施形態を以下に詳細に説明する。第２の実施形態におけるユーザ装置と基地局の構成は第１の実施形態のものと同じである。以下の説明では、第１の実施形態の参照数字をそのまま使い、同じ構成要素の説明は省略し、異なる構成要素を強調する。
【００５９】
第２の実施形態では、基地局は、３個のユーザ装置、例えばユーザｊ、ユーザｋ、及びユーザｚが以下に説明するグルーピング条件を満たす場合、この３ユーザ装置を１つのグループとしてグルーピングする。Ｋユーザ中に２以上のグループがあってもよく、かかる場合、基地局は性能尺度が好ましい１グループを決定する。グルーピング条件を満たすユーザが無い場合、基地局はＳＵ−ＭＩＭＯモードに切り替え、１個のユーザを選択して送信をさせる。
【００６０】
全部でＫ個のユーザがあり、ユーザｊ、ｋ、ｚを例にとって第２の実施形態を説明する。
【００６１】
各ユーザｊ、ｋ、ｚのフィードバック部１７は、それぞれ３グループのパラメータを生成してフィードバックする：次の式で示すように、最大ＳＮＲとそれに対応するコードワードインデックス、２つの最小ＳＮＲとそれに対応するコードワードインデックスである。
【数２３】
0005387575.tif 000025
【００６２】
具体的には、ＣＱＩ計算部１８がコードブック２０の各コードワードのＣＱＩ値を計算し、ＰＶＩ決定部１９が計算した値のうち最大のものをＣＱＩ１ｋとし、ＣＱＩ１ｋに対応するコードワードのインデックスをｗ１ｋとする。一方、ＰＶＩ決定部１９が計算値のうち最小の２つをＣＱＩ２ｋ及びＣＱＩ３ｋとし、対応するコードワードのインデックスをｗ２ｋ及びｗ３ｋとする。
【００６３】
換言すると、ｗ１ｋはユーザｋが最も期待するコードワードであり、ｗ２ｋ及びｗ３ｋは他の２つのユーザが使用することをユーザｋが望むコードワードである。２種類のＣＱＩは有効チャネルゲインと有効干渉パワーを反映している。
【００６４】
同様に、ユーザｊはｗ１ｊ、ｗ２ｊ、ｗ３ｊ及び対応するＣＱＩ１ｊ、ＣＱＩ２ｊ、ＣＱＩ３ｊを生成する。ユーザｚはｗ１ｚ、ｗ２ｚ、ｗ３ｚ及び対応するＣＱＩ１ｚ、ＣＱＩ２ｚ、ＣＱＩ３ｚを生成する。そして、各ユーザ装置の送信部２１が、上りチャネルを介して基地局に、これらの３つのグループのＰＶＩとＣＱＩを送信する。
【００６５】
基地局では、ユーザｋからのｗ１ｋ、ｗ２ｋ、ｗ３ｋ及び対応するＣＱＩ１ｋ、ＣＱＩ２ｋ、ＣＱＩ３ｋと、ユーザｊからのｗ１ｊ、ｗ２ｊ、ｗ３ｊ及び対応するＣＱＩ１ｊ、ＣＱＩ２ｊ、ＣＱＩ３ｊと、ユーザｚからのｗ１ｚ、ｗ２ｚ、ｗ３ｚ及び対応するＣＱＩ１ｚ、ＣＱＩ２ｚ、ＣＱＩ３ｚを受信し、スケジューリング及びレートマッチング部３５に送る。スケジューリング及びレートマッチング部３５は、フィードバックされたｗ１ｋ、ｗ２ｋ、ｗ３ｋ、ｗ１ｊ、ｗ２ｊ、ｗ３ｊ、ｗ１ｚ、ｗ２ｚ、ｗ３ｚに基づきユーザｋ、ｊ、ｚをスケジューリングする。
【００６６】
第２の実施形態では、グルーピング条件は「完全一致」のみを含み、これは第１の実施形態と異なる。
【００６７】
ケース１：完全一致
３ユーザはそのコードワードが次の条件を満たす場合、グループにできる。
【数２４】
0005387575.tif 000026
【００６８】
各ユーザの有効ＳＩＮＲは次の式で容易に計算できる：
【数２５】
0005387575.tif 000027
【００６９】
ここで、各ユーザが総送信パワーの１／３を得るものと仮定した。実際には、各ユーザにおいて、最大ＣＱＩ１を信号パワーと考え、２つの最小ＣＱＩをグループの他の２ユーザからの干渉と考えることにより有効ＳＩＮＲを求める。この情報を用いて、基地局は最適性能尺度を求めることができる。基地局は、例えば、次の式で計算できる、ユーザｋ、ｊ、ｚのためのデータを同時に送信する時にシステムがサポートする合計レートＲ１を求めることができる。
【数２６】
0005387575.tif 000028
ここで、総送信パワーはｐで一定であるとする。
【００７０】
全部でＫ個のユーザのうち上記のグループとなる条件を満たすグループが２つ以上あれば、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、上記の方法で各グループの合計レートを計算して、合計レートが最も高い１つのグループを選択する：
【数２７】
0005387575.tif 000029
【数２８】
0005387575.tif 000030
ここで、Ｇはグルーピング条件を満たすグループ数であり、（Ｒ１ｇ）はグループｇの合計レートである。
【００７１】
グループ条件を満たすユーザがない場合、スケジューリング及びレートマッチング部３５はＳＵ−ＭＩＭＯモードに切り替え、全Ｋ個のユーザのうちＣＱＩ１が最良の１ユーザのみをスケジューリングする。
【数２９】
0005387575.tif 000031
【数３０】
0005387575.tif 000032
【００７２】
留意すべき点として、グルーピング条件を満たす（ユーザの）グループがあっても、基地局は、式（３１）に示すように、ＳＵ−ＭＩＭＯの場合の最良の性能尺度を計算できる。
【００７３】
基地局のスケジューリング及びレートマッチング部３５は、ＭＵ−ＭＩＭＯとＳＵ−ＭＩＭＯの性能測定基準を比較して、性能測定基準が好ましいモードに切り替える。例えば、スケジューリング及びレートマッチング部３５は、式（２９）と（３１）に示したように、ＲＭＵ−ＭＩＭＯとＲＳＵ−ＭＩＭＯのうち合計レートが大きい方のモードを選択する。スケジューリング及びレートマッチング部３５は、ＭＵ−ＭＩＭＯまたはＳＵ−ＭＩＭＯの送信モードを決定した後、ＳＵ−ＭＩＭＯではユーザのデータレートを決定し、またはＭＵ−ＭＩＭＯでは各ユーザのデータレートを決定する。ＳＵ−ＭＩＭＯモードでは、データレートは、キャパシティ（capacity）や送信エラーレート等の所定のマッピング関数により、選択したユーザのＣＱＩ１により直接決定できる。ＭＵ−ＭＩＭＯモードでは、各ユーザのデータレートは、キャパシティ（capacity）や送信エラーレート等の所定のマッピング関数により、選択したグループの各ユーザの有効ＣＱＩにより直接決定できる。
【００７４】
本発明の第２の実施形態では、ユーザ装置は自機が使用する予定のコードワードだけでなく、他のユーザ装置が使用する予定のコードワードも、基地局にフィードバックする。そして、基地局はフィードバックされたコードワードに基づきユーザをスケジューリングする。この構成により、ユーザを適切にスケジューリングでき、より有利なことには、スループットの損失無しに、ＭＵ−ＭＩＭＯとＳＵ−ＭＩＭＯとの間の適応的切り替えが可能となる。さらに、有効ＳＩＮＲをより正確に決定でき、十分なスループットゲインを保証できる。
【００７５】
［他の実施形態］
上記の第１と第２の実施形態では、通信システムはＯＦＤＭ無線通信システムとして例示した。しかし、本発明はＯＦＤＭシステムに限定されず、多重化方式には依存せず、任意のＭＩＭＯ通信システムに適用できる。
【００７６】
上記の第１と第２の実施形態では、ユーザ装置の受信アンテナ数は１つであるとして例示した。しかし、本発明はユーザ装置の受信アンテナ数には依存せず、受信アンテナが２つ以上のユーザ装置にも適用可能である。
【００７７】
また、第１の実施形態において、ペアとなる条件は「完全一致」と「半分一致」とを含む。しかし、スケジューリングプロセスが簡単になるように、ペアとなる条件が「完全一致」の条件のみを含んでいてもよい。
【００７８】
また、上記の第１と第２の実施形態では、基地局は、１ペアのユーザまたは１グループのユーザを選択して、同時に送信する。しかし、上記の説明から分かるように、本発明は任意数のユーザが基地局に支援されて同時に送信する場合に適用することも可能である。
【００７９】
また、第２の実施形態では、基地局は、グルーピング条件を満たすユーザがない場合、ＳＵ−ＭＩＭＯモードに切り替える。しかし、本発明は、かかる場合に基地局が第１の実施形態で説明した２ユーザＭＵ−ＭＩＭＯに切り替えるように変更してもよい。
【００８０】
実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者には言うまでもなく、本発明の範囲から逸脱することなく、いろいろな変更をしたり均等物で置き換えたりすることも可能である。また、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの修正をして、具体的な状況や構成要素にあてはめてもよい。したがって、本発明は、開示した具体的な実施形態に限定されず、特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものである。
【図１】
0005387575.tif 000033
【図２】
0005387575.tif 000034
【図３】
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【図４】
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【図５】
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