(57)【要約】【課題】当時のチャネル状況、異なるフィードバック情報に応じて、固定ユーザのスケジューリングと適応スケジューリングを行うことができ、システム制御の知能化及び通信の安定性を向上させ、常に最大のシステム容量を維持する。【解決手段】本発明は、チャネル推定信号とユーザ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、この送信側が送信した上記データフレームを受信し、この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、上記ユーザデータを復調する少なくとも一つの受信端末とを含む。送信側は、上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生成し、この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う。スケジューリング情報は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。【選択図】図４
2006333482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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う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。
【請求項２】
前記フィードバック信号は、各受信端末（20）に対して最良の送信ビームセット（transmitting  beam  set）及び前記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を含む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。
【請求項３】
前記フィードバック信号は、さらに各受信端末（20）に対して干渉が最小の送信ビームセット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。
【請求項４】
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性能損失比とを含む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。
【請求項５】
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乃至4のいずれか一項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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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7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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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9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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
前記フィードバック信号は、各受信端末に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に対応する信号干渉比とを含むことを特徴とする請求項11に記載するユーザスケジューリング方法。
【請求項１３】
前記フィードバック信号は、さらに各受信端末に対して干渉が最小の複数の送信ビームセットを含むことを特徴とする請求項12に記載するユーザスケジューリング方法。
【請求項１４】
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性能損失比とを含むことを特徴とする請求項11に記載するユーザスケジューリング方法。
【請求項１５】
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チャネル干渉比を比較し、最大チャネル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チャネル干渉比を比較し、スケジューリングしないユーザの中から、最大チャネル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12に記載するユーザスケジューリング方法。
【請求項１６】
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チャネル干渉比を比較し、最大チャネル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、対応する組合せから対応する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13に記載するユーザスケジューリング方法。
【請求項１７】
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、対応する組合せから対応する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14に記載するユーザスケジューリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチ入力・マルチ出力(Multiple  Input  Multiple  Output、MIMO)アンテナシステムを使用するユーザスケジューリング技術に関するもので、特に、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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
将来の無線通信システムは、たとえば、映像会議、映像リクエスト、双方向型のゲームなどの高速データ業務を提供する必要がある。高速無線業務（High  Mobility）は最高100Mbpsの速度が要求され、低速(Low  Mobility)又は固定無線(Fixed  Wireless)業務はさらに1Gbpsの速度が要求される。
【０００３】
無線通信において、チャネルの速度は、該チャネルのスペクトラム帯幅とその応用する技術のスペクトラム効率の積に等しい。速度を向上させるためには、そのスペクトラム帯幅又は応用する技術のスペクトラム効率を向上させることが必要である。しかし、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ることによって通信速度を向上させることは不可能である。最も良い方法は、その応用する技術のスペクトラム効率を向上させることである。
【０００４】
通常、主に二つの方法でスペクトラム効率を向上させる。一つは、たとえば、先進的なコーディング技術、信号処理技術などの物理層の技術によってリンクレベルのスペクトラム効率を向上させる。もう一つの方法は、ハイレベルの制御によって柔軟に資源分配をし、システムレベルのスペクトラム効率を向上させる。マルチ入力・マルチ出力(Multiple  Input  Multiple  Output、MIMO)技術とチャネルユーザスケジューリング（Channel-Aware  User  Scheduling）に基づく方法は、上記目標を実現する2種類の方法である。
【０００５】
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）を取付けることである。それは、片端に複数のアンテナを取付けること、すなわちシングル入力・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)とを含む。異なるアンテナは物理的に分かれるため、一般的に複数のアンテナを使用することは通信システムに他のひとつの信号域―空間域を導入すると考えられる。
【０００６】
空間資源(Spatial  Resource)は大きい性能ゲインを提供できるが、客観的な物理条件の変化によって不確定になるので、容易に利用することができない。より効率的に空間資源を利用するためには、より良い制御技術が欠かせない。
【０００７】
次に、ユーザスケジューリング技術について検討する。現在、2種類の最も基本的なユーザ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。一つのユーザスケジューリング技術は循環(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に割り当てられる。この方法は、伝統な回路交換と同様、時間遅れの特性とユーザ間の公平性を保証する効果があるが、性能の向上はない。もう一つは最大所望波対干渉波比(MAXC/I) スケジューリング(チャネルユーザスケジューリングに基づく)と言い、ユーザのチャネル減衰状況ｈｋ(シングルアンテナシステムにおいて、複素数スカラーである)に基づいて、アダプティブに現在チャネルの使用権を最大所望波対干渉波比(簡単に、ｍａｘ＝｜ｈｋ｜と見ても良い)を有するユーザに割り当てる。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。最大所望波対干渉波比スケジューリングで得た性能ゲインは、マルチユーザダイバーシティ(Multi-User  Diversity)と呼ばれる。
【０００８】
しかし、チャネルユーザスケジューリングはチャネルの状況に基づいて共通チャネルの分配を決定するので、チャネル状況に対する依頼性が大きい。このように、特殊なチャネル状況において、システムの性能が顕著に低下することがある。
【０００９】
図1(a)と1(b)は、基地局(送信側)に一つの送信アンテナ、かつ二つのユーザ（受信端末）を有するシステム構成を示す図である。上記システムにおいて、チャネルユーザスケジューリングはチャネル状況に基づいて共通チャネルの分配を決定する。
【００１０】
図2の(a)は、チャネル状況が良好のときのチャネルゲインの状況を示す。(b)はチャンネルにライン・オブ・サイト（Line  Of  Sight、LOS）が存在するときのチャネルゲインの状況を示す。(c)はシステムが緩やかに減衰する状況にあるときのチャネルゲインの状況を示す。
【００１１】
図2において、曲線1はユーザ1の時間の経過とともに変化するチャネルゲイン曲線を示す。曲線2はユーザ2の時間の経過とともに変化するチャネルゲイン曲線を示す。横方向の点線は現在のシステムが時間の経過とともに変化する平均チャネルゲイン曲線を示す。(a)から分かるように、異なる時刻において、システムはユーザ1とユーザ2のチャネルゲインに基づいて共通チャネルの分配を決定し、すなわち、0−t1の時間においてユーザ1に、t1−t2の時間においてユーザ2に分配するなど、それぞれ時間軸に「1」、「2」で表示する。最後に、システムのチャネルゲインは曲線1と曲線2の上の包絡線であり、その平均を求め、横方向の点線で示すシステム平均チャネルゲイン曲線を得る。
【００１２】
図2(a)と(b)を比較して分かるように、チャネルにラインオブサイトが存在するとき、そのラインオブサイトがチャネル係数の変動を低下させるため、実現できるシステム平均チャネルゲインを低下させる。しかも、図2(b)と(c)を比較して分かるように（カッコに示す時間間隔）、システムの減衰が緩やかのとき、伝送の時間遅れはより大きい。
【００１３】
この課題を解決するため、P. Viswanath、D. N. C. Tse及びR. Laroiaらは一つの解決方法を提案している。（非特許文献１参照）。
【００１４】
上記の方法では、基地局にｎＴ本のアンテナを取り付け、かつ各ユーザが一本のアンテナを利用するとすれば、ユーザのチャネルはベクトル
【数１】
2006333482.tif 000003
【００１５】
である。送信する前、データ信号にｎＴ次元ランダム複素数ベクトル
【数２】
2006333482.tif 000004
【００１６】
を乗じ、そして、上記データ信号を全部ｎＴ本のアンテナから送信する。このとき、各ユーザの検出したチャネルゲインは、実際のチャネルと送信ベクトルを結合した等価チャネルゲイン
【数３】
2006333482.tif 000005
【００１７】
である。各ユーザは、検出した等価チャネルゲインを基地局へフィードバックし、そして、基地局ではチャネルが最大等価チャネルゲインを有するユーザに分配される。
【００１８】
例えば、図1(a)と図1(b)において、最大等価チャネルゲインを有するユーザはちょうど送信ベクトルｈｋが形成する送信ビーム内にある。この場合、ランダム複素数ベクトルＷを変化させることによって、等価チャネルゲインの統計特性(例えば、関連特性、時間の経過とともに変化する特性など)を変化させることができ、ユーザスケジューリングの要求に満たすことができるが、この方法の欠点は、毎回に一つのみのユーザ、例えば、t1の時刻にスケジューリングユーザ1、t2の時刻にスケジューリングユーザ2にしかスケジューリングできないので、大量の空間資源が浪費され、しかもシステムスループット(system  throughput)も高SNRの領域で減少してしまう。
【００１９】
この課題を解決するため、 R. Laroia、J. Li、 S. Rangan及びM. Srinivasanなどは、複数のランダムビームフォーミング方法（Multiple Random Beamforming）を提示している（非特許文献２参照）。
【００２０】
ｎＴ本の送信アンテナに対し、原則上、ｎＴ個の互いに独立する送信ビームをサポートできる。上記方法は、基地局にｎＴ個のランダム送信ベクトルＷｎ（そのうち，n=1、 …ｎＴ）を生成させ、各ユーザが一つの最良の送信ビーム及び対応する等価チャネルゲインをフィードバックする方法である。各送信ビームについて、１以上のユーザにより選択される可能性があり、基地局で最大等価チャネルゲインを有するユーザに分配される。
【非特許文献１】「Opportunistic beamforming using dumb Anntennas」、IEEE Trans. Infor. Theory、 Vol. 48、 No. 6、 pp. 1277-1294. June. 2002
【非特許文献２】「Enhanced opportunistic beamforming」、 IEEE VTC2003-Fall、 Vol. 3、 PP. 1762-1766、 OCT. 2003
【非特許文献３】「A random beamforming technique in MIMO systems exploiting multiuser diversity」、 IEEE JSAC、 Vol. 21、 No. 5、 June 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上記方法は、以下の問題を存在する。
【００２２】
（1）ランダムな送信ビームの間に存在する干渉を考慮していない。例えば、図3において、ユーザ1と2は、それぞれ送信ビーム1と2のメインローブ (main  lobe)に対応するので、この場合は、ユーザ1と2をスケジューリングする。しかし、送信ビーム1のサイドローブ(side  lobe)がユーザ2に対し大きな干渉を存在する場合、送信ビーム2に対応するユーザ2の実際の性能は、ユーザ3より良くない。従って、マルチユーザスケジューリングを行うとき、干渉を考慮する必要がある。
【００２３】
（2）上記方法では、毎回ｎＴ個のユーザをスケジューリングする必要があるが、実際に、チャネル状況が常に変化しているので、多くのときのチャネル状況は同時に多くのユーザをスケジューリングできない。強制的にマルチユーザをスケジューリングすることはシステム性能を低下させる。
【００２４】
また、上記方法ではユーザが複数のアンテナを有するときのスケジューリング方法を開示していない。
【００２５】
そこで、J. Chung、C. S. Hwang、K. Kim及びY. K. Kimなどは、ユーザが複数のアンテナを利用することができるときのランダムビームフォーミングを使用する方法を開示している（非特許文献３参照）。
【００２６】
しかし、常に全部の送信ビームをひとつのユーザに分配するので、最良の方法ではないことは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の第1の特徴に基づく発明は、ランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムにおいて、チャネル推定信号とユーザ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、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、ユーザデータを復調する少なくとも一つの受信端末とを含む。送信側は、上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生成させ、このスケジューリング情報を利用して適応なユーザスケジューリングを行う。上記スケジューリング情報は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。
【００２８】
本発明の第2の特徴に基づく発明は、上記フィードバック信号において、各受信端末に最良の送信ビームセットと、上記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とを含む。
【００２９】
本発明の第3の特徴に基づく発明は、上記フィードバック信号において、さらに各受信端末に対して干渉が最小の送信ビームセットを含む。
【００３０】
本発明の第4の特徴に基づく発明は、上記フィードバック信号において、各受信端末に最良の送信ビームセットと、上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、上記受信端末に対して干渉が最小の送信ビームセットと、この干渉が最小の送信ビームセットの各送信ビームが上記ユーザの最良の送信ビームに対する性能損失比とを含む。
【００３１】
本発明の第5の特徴に基づく発明は、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において、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生成させ、上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、上記送信側が、上記フィードバック信号を受信し、この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生成させ、上記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)とを含む。上記スケジューリング情報は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。
【００３２】
上記ステップ(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チャネル干渉比を比較し、最大チャネル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チャネル干渉比を比較し、スケジューリングしないユーザの中から、最大チャネル干渉比を有するユーザを選出し、選出されたユーザに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）とを含んでも良い。
【００３３】
上記ステップ(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チャネル干渉比を比較し、最大チャネル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、対応する組合せから対応する干渉が最小の送信ビームを選出し、上記干渉が最小の送信ビームに基づいて対応する最大干渉比を有するユーザを選出し、上記ユーザをユーザスケジューリング表に加え、同時に、上記ユーザに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）とを含んでも良い。
【００３４】
さらに、上記ステップ(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、対応する組合せから対応する干渉が最小の送信ビームを選出し、上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、上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、上記ユーザの加入でシステム容量を向上させた場合、上記ユーザをユーザスケジューリング表に加えとともに、このユーザの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。
【００３５】
上記ユーザの加入でシステム容量を低下させた場合、上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）、上記ユーザが加入後、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）、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）とを含んでも良い。
【００３６】
現有技術に比較し、本発明のランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システム及びそのユーザスケジューリング方法は当時のチャネル状況、異なるフィードバック情報に基づいて、固定ユーザのスケジューリングと適応なスケジューリングを行うことができ、システム制御の知能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。特に、適応スケジューリングに対し、さらに以下の優れた点がある。
【００３７】
（1）各受信端末にとって、もっとも多く受信アンテナ数と同じ数量の送信ビームの分配を要求できる。
【００３８】
（2）各受信端末のフィードバック情報は、最良の送信ビームセットと、選出された送信ビームが提供できる等価チャネルゲインと、干渉が最小の複数の送信ビームセットと、この干渉が最小の複数の送信ビームセットにおける各送信ビームが上記ユーザに対する最良の送信ビームの性能損失比とを含む。これによれば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数を知っておく必要がない。
【００３９】
（3）送信側にとって、スケジューリングされるユーザ数はその時のチャネル状況によって決定され、予め確定する必要がない。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の目的は、ランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムを提供することである。
【００４１】
本発明のもう一つの目的は、上記通信システムに使用するユーザスケジューリング方法を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
次に図面と合わせて、本発明を説明する。
【００４３】
図4は、本発明のランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムの構造図である。そのうち、上記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)を含む。図5は、図4に示すMIMO通信システムのユーザスケジューリングのフローチャートを示す図である。図6は、本発明のランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムが採用するフレームの構造図を示す図である。
【００４４】
図4乃至6に示すように、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有する。各受信端末20は、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、ディプレクサーグループ230と、ｎＲ個の受信アンテナとを有する。各受信端末20の受信アンテナの数は異なっても良い。上記フレームは、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、ここでは説明の簡素化のために、省略することにする。
【００４５】
スケジューリング情報取得過程
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。
【００４６】
仮に、送信側10の送信信号がｎＴ次元の複素数ベクトル
【数４】
2006333482.tif 000006
【００４７】
であるとすると、各受信端末20が受信するのはｎＲ次元の複素数ベクトル
【数５】
2006333482.tif 000007
【００４８】
であり、送信側10と受信端末20との間には、ｎＲ×ｎＴ次元のチャネル減衰マトリックス(式1)が存在する。
【数６】
2006333482.tif 000008
【００４９】
なお、
【数７】
2006333482.tif 000009
【００５０】
は、送信側10の第ｉ本送信アンテナと受信端末20の第ｊ本アンテナ間のチャネル送信特性を示す（kは、第kユーザを示す）。
【００５１】
したがって、システムの伝達関数は、以下の式2のように示すことができる。
【数８】
2006333482.tif 000010
【００５２】
なお、
【数９】
2006333482.tif 000011
【００５３】
は、ｎＲ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。
【００５４】
そして、各受信端末20は確実なチャネル減衰状況を把握できる。このチャネル減衰状況は実際のチャネル減衰状況と送信側のランダム複素数ベクトルとを結合している。上記チャネル減衰状況に基づいて、各受信端末20は受信信号プロセッサ210を介してそれを処理することによってユーザのフィードバック情報を取得し、これをフィードバック情報プロセッサ220へ送信する。
【００５５】
フィードバック情報プロセッサ220は、受信したユーザ情報を処理し、それをMIMO通信システムに適応するフィードバック信号（RF信号）に変換する。このフィードバック信号は、受信端末20のアンテナを介し、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。
【００５６】
送信側10のアンテナは、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120へ送達する。MIMOスケジューラ120は、この信号に基づいてスケジューリング情報を生成させ、生成され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スケジューリングを行う。
【００５７】
上記チャネル減衰状況を取得する方法は、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、データフレームにチャネル推定信号が挿入され、受信端末20はその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取得し、さらに受信信号プロセッサ210でチャネル減衰状況を処理した後、ユーザフィードバック情報を取得する。
【００５８】
しかし、本発明において、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取得することもできる。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取得し、その後受信信号プロセッサ210でチャネル減衰状況を処理した後、ユーザフィードバック情報を取得する。このとき、チャネル推定信号の挿入によるスペクトラム資源の浪費を回避できる。
【００５９】
図7は、さらに本発明のMIMO通信システムの送信側10の構造を示す図である。図8は、図7に示すビーム成形器の一種の具体構造図である。図9は、送信側10の送信RFリンクグループの構造を示す図である。図10は、本発明の送信側10のディプレクサーグループ130を示す図である。図11は、さらに本発明のMIMO通信システムの受信端末20の構造を示す図である。図7と図11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、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。
【００６０】
ユーザデータ送信／受信及びスケジューリング過程
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。
【００６１】
上記MIMOスケジューラ120は、受信RFリンクグループ123と、MIMO受信信号プロセッサ122と、スケジューラ121とを含む。そのうち、受信RFリンクグループ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データ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122は、変換されたデータストリームを時空間信号処理し、対応するスケジューリング情報を得る。この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と、スケジューリングするユ各ーザのデータを送信するために必要とするデータストリーム数と、各データストリームが対応する送信ビームとを含む。スケジューラ121は、上記スケジューリング情報を利用して、MIMOデータプロセッサ110の信号処理を制御する。
【００６２】
上記MIMOデータプロセッサ110は、ユーザセレクター111と、並列する複数の分流器112と、ビーム分配器113と、ビーム成形器114と、送信RFリンクグループ115と、ランダムマトリックス生成器116とを含む。
【００６３】
そのうち、スケジューリング情報の制御のもと（スケジューリング情報における「スケジューリングを要するユーザ」に基づく）で、ユーザセレクター111は、スケジューリングを要するユーザ数量nSを選択し、かつ対応するユーザ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ｎＴ以下である。
【００６４】
スケジューリング情報の制御のもとで、nS個の分流器112が選出され、スケジューリングするnS個のユーザのユーザデータの分流処理に用い、すなわち、スケジューリング情報における「各スケジューリングするユーザのデータを送信するために必要とするデータストリーム数」に基づいて、スケジューリングされるnS個のユーザのユーザデータをL（nS≦L≦ｎＴ）個のデータストリームに分けて出力し、そのうちＬはスケジューリングする各ユーザのデータに分配されるデータストリーム数の総和である。実際に、各ユーザデータの各データストリームは対応する受信端末の一つのアンテナに対応する。
【００６５】
そして、ビーム分配器113で分流器112が出力するL個のデータストリームをL個の異なる層として処理し、スケジューリング情報の「各データストリームに対応する送信ビーム」に基づいて、送信するL個のデータストリームをそれぞれ対応する送信ビームと一対一の対応関係を有するものとし、対応関係のあるデータストリームを出力する。図7に示すのはｎＴ個を出力するが、実際には、そのうち、ユーザデータを有するデータストリームはL個だけしかなく、その他のｎＴ−L個のデータストリームは、ユーザデータを有していない。
【００６６】
ランダムマトリックス生成器116は、ランダム的にｎＴ×ｎＴ次元マトリックス（Wi、jで示す，i、jは、1-ｎＴの正の整数）を生成し、このｎＴ×ｎＴ次元マトリックスをビーム成形器114に入力する。このランダムｎＴ×ｎＴ次元マトリックスは経験マトリックス（experienced  matrix）であってもいいし、又はチャネル情報に基づいて生成したチャネルマトリックスであってもいい。すなわち、上記ランダムマトリックス生成器116は、スケジューラ121のスケジューリング情報を受信でき、このスケジューリング情報のチャネル情報に基づいて対応するランダムマトリックスを生成し、又はスケジューラから独立し、単独に経験マトリックスを生成することができる。
【００６７】
ビーム成形器114は、ランダムマトリックス生成器116で生成したランダムｎＴ×ｎＴ次元マトリックスに基づいて、ビーム分配器113から入力したｎＴ個のデータストリーム（送信ビームと対応関係を有し、ユーザデータを有するL個のデータストリーム及びユーザデータを有しないｎＴ-L個のデータストリームを含む）にウェイティング操作(weighing  operation)を行い、ｎＴ個の送信信号を生成する。
【００６８】
送信RFリンクグループ115は、ビーム成形器114から出力したｎＴ個の送信信号を受信し、上記ｎＴ個の送信信号を対応するRF信号に変換し、ディプレクサーグループ130のｎＴ本の送信アンテナで送信する。
【００６９】
図8は、ビーム成形器114の一種の具体的な構造図である。そのうち、ビーム成形器114は、ｎＴ×ｎＴ個の乗算器とｎＴ個の加算器からなる。このビーム成形器114は、ｎＴ個のデータストリームに対応するｎＴ個の送信信号を生成でき、各送信信号の生成方式は、ほぼ同じである。記述を簡単化するため、第i個の送信信号を例にして説明する。
【００７０】
まず、第i個の送信信号には、ランダムマトリックス生成器116からのｎＴ×ｎＴ次元マトリックスの第i行（W1、i からWnT、iまで）の各元素（係数）がそれぞれ各データストリームに乗じられ、そして、乗算した後のデータを加算し、第i個の送信信号になる。
【００７１】
図9は、さらに送信RFリンクグループ115の具体構造を説明し、この送信RFリンクグループ115は、ｎＴ個の並行する送信RFリンクを含み、各送信RFリンクは直列接続する変調器117と、アップコンバータ118と、電力増幅器119とを含み、この電力増幅器119はパワーの大きい線型増幅器であっても良い。そのうち、上記ｎＴ送信RFリンクはそれぞれビーム成形器114から出力したｎＴ個の信号を相応するRF信号に変換する。
【００７２】
図10は、本発明の送信側10のディプレクサーグループ130を示す図である。そのうち、このディプレクサーグループ130は、ｎＴ個の並行するディプレクサーを含む。各ディプレクサーは、一本の対応する送信アンテナに接続し、かつ送信RFリンクグループ115と受信RFリンクグループ123に接続する。
【００７３】
受信端末20
説明を簡単にするため、ここに1つの受信端末20を示す。
【００７４】
図11において、この受信端末20は、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、ディプレクサーグループ230と、ｎＲ本のアンテナとを含む。
【００７５】
そのうち、この受信信号プロセッサ210は、受信RFリンクグループ211と、MIMO受信信号プロセッサ212とを含む。上記フィードバック情報プロセッサ220は、MIMO送信信号プロセッサ221と、送信RFリンクグループ222とを含む。
【００７６】
上記受信RFリンクグループ211は、受信アンテナの数量ｎＲと同一の並列する受信RFリンク（図示せず）を有し、受信したRF信号を対応するデータストリームに復調するために用い、MIMO受信信号プロセッサ212へ送信する。
【００７７】
上記MIMO受信信号プロセッサ212は、データストリームを最初のユーザデータに復調し、かつそれを出力する。
【００７８】
データフレームのデータの送信から分かるように、データフレームのチャネル推定時間帯のチャネル推定信号は同様な方式で送信されるが、ただスケジューリング情報の元でユーザを選択するような選択過程が存在しない。同時に、ｎＴ個のデータストリームに分配される。これらのデータストリームはそれぞれｎＴ個のビームと一対一で対応し、しかもビーム成形器でｎＴ個の送信ビームが生成され、最終的にアンテナから送信される。
【００７９】
データフレームの変化に対するランダムマトリックスの元素の変化は、時間的により長く、通常、一つのデータフレームの時間はμsec（micro  second）レベルであるのに対し、ランダムマトリックスの生成はmsec(milli  second)レベルなので、チャネル推定時間帯でフィードバックする情報には、当時を反映するチャネル状況を使用しても良い。
【００８０】
次に、異なるスケジューリングユーザ状況を結合し、本発明のスケジューリング過程について説明する。受信端末20には、本発明のスケジューリングにおいて、複数本のアンテナを有する各受信端末20を、同じ数量の一本のアンテナを有する受信端末20と考えても良い。ここで、各受信端末20が一本のアンテナを有する状況のみについて説明するが、各受信端末20が複数本のアンテナを有することにも応用できる。
【００８１】
（第一スケジューリング例）
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。
【数１０】
2006333482.tif 000012
【００８２】
なお、Ｗｎは、送信側のランダム複素数ベクトルを示し、Ｈｋは、送信側10と受信端末20の間のチャネル減衰マトリックスを示す。
【００８３】
フィードバック情報プロセッサ220は、受信したユーザフィードバック情報を処理し、MIMO通信システムに適応するフィードバック信号へ変換する。このフィードバック信号は、受信端末20のアンテナでフィードバックチャネルを経て送信側10へフィードバックする。
【００８４】
送信側10のスケジューラ121は、フィードバック信号を受信すると、システムスケジューリングを行う。各受信端末20は、その最良の送信ビームセット及び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をフィードバックするので、スケジューリング過程は、主に以下のステップを含む。
【００８５】
ユーザスケジューリング表SUと割り当て済み送信ビーム表SB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チャネル干渉比ＧＮＩｋを比較し、最大チャネル干渉比ＧＮＩｋを有するユーザを選出してユーザスケジューリング表SU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SBに加えるステップ（2）と、そして、フィードバックされてきたすべてのチャネル干渉比ＧＮＩｋを比較し、スケジューリングしないユーザの中から、最大チャネル干渉比ＧＮＩｋを有するユーザを選出してユーザスケジューリング表SU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SB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SUと割り当て済み送信ビーム表SBとに基づいて、MIMOデータプロセッサ110を制御し、スケジューリングされるユーザのデータストリームを独立するデータストリームに分け、対応する送信ビームに分配し、送信アンテナから送信するステップ（5）とを含む。
【００８６】
上記スケジューリングステップ(3)又は（4）において、ある受信端末20（ユーザ）が既にユーザスケジューリング表SUに加えられ、しかも、最良の送信ビームセットのもう一つの送信ビームを選択するとき、上記受信端末20が一本のアンテナしかないので、再びスケジューリングされず、このとき、スケジューリングは停止する。
【００８７】
同時に、上記スケジューリングステップ(3)又は（4）において、上記ユーザが対応する送信ビームは既に割り当て済み送信ビーム表SBに加えられた場合、上記ユーザが再びスケジューリングされず、このとき、スケジューリングは停止する。
【００８８】
各受信端末20が複数本のアンテナを有する場合、各アンテナを一つの受信端末と想定すると、各受信端末が複数本のアンテナを有するスケジューリング状況は各受信端末が一本のアンテナしかない状況に近い。
【００８９】
（第二スケジューリング例）
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。
【００９０】
そのうち、上記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のセットと、上記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と、上記受信端末に対して干渉が最小の送信ビームセットＱｋとを含む。上記最良の送信ビームセットの最良の送信ビームの数及び上記受信端末に干渉が最小の（M-1）個の送信ビームセットＱｋに送信ビームの数は、実際のチャネル状況に基づいて選定しても良い。その原則としては、同一の送信ビームは、同時に上記二つのセットに含めることができない。
【数１１】
2006333482.tif 000013
【００９１】
なお、Sは、ｎＴ個のビームから(M-1)個の異なる干渉の最小のビームを選出するためのあらゆる可能性の集合を示す。
【００９２】
フィードバック情報プロセッサ220は、受信したユーザフィードバック情報を処理し、MIMO通信システムに適応するフィードバック信号へ変換する。このフィードバック信号は、受信端末20のアンテナでフィードバックチャネルを経て送信側10へフィードバックする。
【００９３】
送信側10のスケジューラ121は、フィードバック信号を受信すると、システムスケジューリングを行う。このとき、各受信端末20は、最良の送信ビームｎｋのセットと、上記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と、上記受信端末の干渉が最小の（M-1）個の送信ビームセットＱｋとをフィードバックするので、スケジューリング過程は、主に以下のステップを含む。
【００９４】
ユーザスケジューリング表SUと割り当て済み送信ビーム表SB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チャネル干渉比ＧＮＩｋを比較し、最大チャネル干渉比ＧＮＩｋを有するユーザを選出してユーザスケジューリング表SU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SB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、対応するセットＱｋから対応する干渉が最小の送信ビームを選出し、このあど、この干渉が最小の送信ビームに基づいて対応する最大チャネル干渉比のユーザを選出し、このユーザをユーザスケジューリング表SUに加え、このユーザに対応する送信ビームを割り当て済み送信ビーム表SB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、最後に、最終的なユーザスケジューリング表SUと割り当て済み送信ビーム表SBとに基づいて、MIMOデータプロセッサ110を制御し、スケジューリングされるユーザのデータを独立するデータストリームに分け、対応する送信ビームに分配し、送信アンテナから送信するステップ(5)とを含む。
【００９５】
（第三スケジューリング例）
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。
【００９６】
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のセットと、上記最良の送信ビームセットにおける各送信ビームの等価チャネルゲインＧＮｋと、上記受信端末に干渉が最小の送信ビームのセットＱｋと、上記干渉が最小の送信ビームセットＱｋに各送信ビームが上記ユーザに対する最良送信ビームの性能損失比Ｄｋ，ｉとを含む。
【数１２】
2006333482.tif 000014
【００９７】
フィードバック情報プロセッサ220は、受信したユーザフィードバック情報を処理し、MIMO通信システムに適応するフィードバック信号(RF信号)へ変換する。このフィードバック信号は、受信端末20のアンテナでフィードバックチャネルを経て送信側10へフィードバックする。
【００９８】
送信側10のスケジューラ121は、フィードバック信号を受信した時、システムスケジューリングを行う。各受信端末20は、その最良の送信ビームｎｋのセットと、この最良の送信ビームセットにおける各送信ビームの等価チャネルゲインＧＮｋと、上記受信端末に対して干渉が最小の送信ビームセットＱｋと、この干渉が最小の送信ビームセットＱｋに各送信ビームが上記ユーザに対する最良送信ビームの性能損失比Ｄｋ，ｉとをフィードバックするので、スケジューリング過程は、主の以下のステップを含む。
【００９９】
ユーザスケジューリング表SUと割り当て済み送信ビーム表SB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ＧＮｋを比較し、最大等価チャネルゲインＧＮｋを有するユーザを選出してユーザスケジューリング表SU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SB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、その対応するセットＱｋから対応する干渉が最小の送信ビームを選出し、このあど、この干渉が最小の送信ビームに対応する最大チャネル干渉比の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Ｄｋ，ｉに基づいて、上記ユーザの加入によってシステム容量を向上させるかどうかを判断する。
【０１００】
上記ユーザの加入でシステム容量を向上させた場合、上記ユーザをユーザスケジューリング表SUに加え、上記ユーザに対応する送信ビームを割り当て済み送信ビーム表SBに加える。
【０１０１】
上記ユーザの加入によってシステム容量を低下させた場合、上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、上記ユーザが加入後、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、最後、最終的なユーザスケジューリング表SUと割り当て済み送信ビーム表SBとに基づいて、MIMOデータプロセッサ110を制御し、ユーザのデータストリームを独立するデータストリームに分け、対応する送信ビームに分配し、送信アンテナから送信するステップ(6)とを含む。
【０１０２】
したがって、この第三のスケジューリング例は、適応にユーザをスケジューリングすることができ、そしてチャネル状況を充分に利用し、最大のチャネル容量を提供できる。
【０１０３】
本発明のスケジューリングシステム及びスケジューリング方法の優位性を明確に示すために、図12において、実際のチャネルにラインオブサイト（Line  Of  Sight、LOS）が存在するときの異なるスケジューリング方法の性能比較を示している。そのうち、横座標は送信パワーを示し、縦座標は総チャネル容量を示す。このうち、送信側10の送信ビーム数ｎＴは8、ユーザ数ｋは32、各ユーザの受信アンテナ数は1、チャネルはRicean分布に満たすとし、Ricean因子ｋｒは4である。
【０１０４】
図12において、送信パワーの増加につれ、システムのチャネル容量（対応する条件のもとでの統計上の平均値）も増加する。これは送信パワーが増加するとき、システムのマルチユーザゲインも相応的に増大するためである。
【０１０５】
上記三種類のスケジューリング方法を比較して分かるように、本発明の第三のスケジューリング方法（自己適応スケジューリング方法）が常に最大のシステムチャネル容量を実現することができる。
【０１０６】
本発明の第一のスケジューリング例と第二のスケジューリング例は、全体的に非特許文献1と2に公開するスケジューリング方法よりより良いシステムチャネル容量を有する。
【０１０７】
そして、上記MIMO通信システムは、以下の特徴(特に、第三スケジューリング例について)を有する。
【０１０８】
（1）各受信端末20には、もっとも多く受信アンテナ数と同じ数量の送信ビームの分配を要求できる。
【０１０９】
（2）各受信端末20のフィードバック情報は、最良の送信ビームセットと、選出された送信ビームが提供できる等価チャネルゲインと、上記受信端末に対して干渉が最小の送信ビームのセットと、この干渉が最小の送信ビームセットの各送信ビームが上記ユーザに対する最良の送信ビームの性能損失比とを含む。これによればアンテナ選択時の算出法の複雑さを低下することができ、しかもスケジューリングされるユーザ数を予め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数の影響を受けない。
【０１１０】
（3）送信側10には、スケジューリングされるユーザ数がその時のチャネル状況によって決定され、予め確定する必要がない。
【０１１１】
したがって、適応ユーザスケジューリングを実現でき、これにより、システム制御の知能化及び通信安定性を向上させ、常に最大のシステム容量を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】基地局に一つの送信アンテナが設けられ、かつ二つのユーザを有するシステム構成を示す図である。
【図２】チャネル状態が良好のときのチャネルゲインの状態、チャンネルにラインオブサイト（Line  Of  Sight、LOS）が存在するときのチャネルゲインの状態、及び、システムが緩やかに減衰する状態にあるときのチャネル状態を示す図である。
【図３】MIMO通信システムで各ランダム送信ビームの間に干渉が存在する可能性がある状況を示す図である。
【図４】本発明のランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムの構造図である。
【図５】図4に示すMIMO通信システムのユーザスケジューリングのフローチャートである。
【図６】本発明のランダムビームフォーミング方式によるMIMO通信システムが採用するフレームの構造図である。
【図７】さらに本発明のMIMO通信システムの送信側10の構造を示す図である。
【図８】図7に示すビーム成形器114の一種の具体構造図である。
【図９】送信側10の送信RFリンクグループの構造を示す図である。
【図１０】本発明の送信側10のディプレクサーグループ130を示す図である。
【図１１】さらに本発明のMIMO通信システムの受信端末20の構造を示す図である。
【図１２】実際のチャネル状況における異なるスケジューリング方法の性能比較図である。
【符号の説明】
【０１１３】
110…MIMOデータプロセッサ
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
【図１】
2006333482.tif 000015
【図２】
2006333482.tif 000016
【図３】
2006333482.tif 000017
【図４】
2006333482.tif 000018
【図５】
2006333482.tif 000019
【図６】
2006333482.tif 000020
【図７】
2006333482.tif 000021
【図８】
2006333482.tif 000022
【図９】
2006333482.tif 000023
【図１０】
2006333482.tif 000024
【図１１】
2006333482.tif 000025
【図１２】
2006333482.tif 000026