(57)【要約】本発明は、それぞれのユーザ装置の平均チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・スケジューリングを実施するマルチユーザ・スケジューリング・ステップと、マルチユーザ・スケジューリングで選択されたそれぞれのユーザ装置の瞬時チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・プリコーディングを実施するマルチユーザ・プリコーディング・ステップとを備えるマルチユーザ多入力多出力スケジューリング方法を提案する。本発明は、本発明のマルチユーザ多入力多出力スケジューリング方法を実施するために使用される基地局およびユーザ装置をも提案する。
2011512076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれのユーザ装置の平均チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・スケジューリングを実施するマルチユーザ・スケジューリング・ステップと、
前記マルチユーザ・スケジューリングで選択されたそれぞれのユーザ装置の瞬時チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・プリコーディングを実施するマルチユーザ・プリコーディング・ステップと、を備えるマルチユーザ多入力多出力スケジューリング方法。
【請求項２】
前記マルチユーザ・スケジューリング・ステップが、
すべてのユーザ装置にその平均チャネル行列をフィードバックするように通知するサブステップと、
すべての前記ユーザ装置によって計算されフィードバックされた前記平均チャネル行列を受信するサブステップと、
最適化されたスケジューリング結果を生成するために、前記フィードバックされた平均チャネル行列を使用することによって前記マルチユーザ・スケジューリングを実施するサブステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最適化されたスケジューリング結果が少なくとも、選択された／アクティブなユーザ装置の数、前記選択された／アクティブなユーザ装置のインデックス、および前記選択された／アクティブなユーザ装置のデータ・ストリームの数を示す、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記最適化されたスケジューリング結果が、無線通信システムのスループットを最大にするように生成される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記最適化されたスケジューリング結果が、前記無線通信システムの容量を最大にするように生成される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記マルチユーザ・プリコーディング・ステップが、
すべての選択された／アクティブなユーザ装置にその瞬時チャネル行列をフィードバックするように通知するサブステップと、
すべての前記選択された／アクティブなユーザ装置によってフィードバックされた前記瞬時チャネル行列を受信するサブステップと、
前記それぞれの選択された／アクティブなユーザ装置のプリコーディング行列を、その瞬時チャネル行列に基づいて計算するサブステップと、
各選択された／アクティブなユーザ装置のそのそれぞれのプリコーディングされたメッセージを生成するために、前記それぞれの選択された／アクティブなユーザ装置のデータ・ベクトルに、前記それぞれのプリコーディング行列を掛けるサブステップと、
それぞれの選択された／アクティブなユーザ装置に前記それぞれのプリコーディングされたメッセージを送信するサブステップと、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記瞬時チャネル行列が第１の時間間隔ＴＩごとに測定され、前記平均チャネル行列が、直近の第２の時間間隔ＴＬの間に前記測定された瞬時チャネル行列を使用して、第２の時間間隔ＴＬごとに計算され、前記第１の時間間隔ＴＩが前記第２の時間間隔ＴＬより小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ユーザ装置にその平均チャネル行列および／または瞬時チャネル行列をフィードバックするように通知するメッセージを送信する送信ユニットと、
ユーザ装置からフィードバックされた前記平均チャネル行列および前記瞬時チャネル行列を受信する受信ユニットと、
前記それぞれのユーザ装置の前記平均チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・スケジューリングを実施するためのマルチユーザ・スケジューリング・ユニットと、
前記マルチユーザ・スケジューリング・ユニットによって選択されたそれぞれのユーザ装置の前記瞬時チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・プリコーディングを実施するためのマルチユーザ・プリコーディング・ユニットと、を備える基地局。
【請求項９】
前記マルチユーザ・スケジューリング・ユニットが、すべてのユーザ装置に、その平均チャネル行列を前記送信ユニットによってフィードバックするように通知し、すべての前記ユーザ装置によって計算されフィードバックされた前記平均チャネル行列を前記受信ユニットによって受信し、最適化されたスケジューリング結果を生成するために、前記フィードバックされた平均チャネル行列を使用して前記マルチユーザ・スケジューリングを実施する、請求項８に記載の基地局。
【請求項１０】
前記最適化されたスケジューリング結果が少なくとも、選択された／アクティブなユーザ装置の数、前記選択された／アクティブなユーザ装置のインデックス、および前記選択された／アクティブなユーザ装置のデータ・ストリームの数を示す、請求項９に記載の基地局。
【請求項１１】
前記マルチユーザ・スケジューリング・ユニットが、前記基地局が位置する無線通信システムのスループットを最大にするように前記最適化されたスケジューリング結果を生成する、請求項９に記載の基地局。
【請求項１２】
前記マルチユーザ・スケジューリング・ユニットが、前記無線通信システムの容量を最大にするように前記最適化されたスケジューリング結果を生成する、請求項１１に記載の基地局。
【請求項１３】
前記送信ユニットが、プリコーディングされたデータを前記ユーザ装置に送信するためにも使用され、
前記マルチユーザ・プリコーディング・ユニットが、前記マルチユーザ・スケジューリング・ユニットによって選択されたすべてのアクティブなユーザ装置に、その瞬時チャネル行列を前記送信ユニットによってフィードバックするように通知し、すべての前記アクティブなユーザ装置によってフィードバックされた前記瞬時チャネル行列を前記受信ユニットによって受信し、前記それぞれのアクティブなユーザ装置のプリコーディング行列を、その瞬時チャネル行列に基づいて計算し、各アクティブなユーザ装置の前記それぞれのプリコーディングされたメッセージを生成するために、前記それぞれのアクティブなユーザ装置のデータ・ベクトルに、そのそれぞれのプリコーディング行列を掛け、前記それぞれのプリコーディングされたメッセージを前記送信ユニットによって各アクティブなユーザ装置に送信する、請求項８に記載の基地局。
【請求項１４】
前記マルチユーザ・プリコーディング・ユニットが、アクティブなユーザ装置の前記マルチユーザ・プリコーディング行列を第１の時間間隔ＴＩごとに計算し、前記マルチユーザ・スケジューリング・ユニットが、第２の時間間隔ＴＬごとに前記マルチユーザ・スケジューリングを実施し、前記第１の時間間隔ＴＩが、前記第２の時間間隔ＴＬより小さい、請求項８に記載の基地局。
【請求項１５】
瞬時チャネル行列および／または平均チャネル行列をフィードバックするように要求するメッセージを基地局から受信するための受信ユニットと、
その瞬時チャネル行列を第１の時間間隔ＴＩごとに測定するための瞬時チャネル行列測定ユニットと、
直近の第２の時間間隔ＴＬの間に前記瞬時チャネル行列測定ユニットによって測定された前記瞬時チャネル行列を使用して第２の時間間隔ＴＬごとにその平均チャネル行列を計算するための平均チャネル行列計算ユニットと、
前記測定された瞬時チャネル行列および／または前記計算された平均チャネル行列を前記基地局に送信するための送信ユニットと、を備え、
前記第１の時間間隔ＴＩが前記第２の時間間隔ＴＬより小さい、ユーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信の領域に関し、より詳細には、長期的チャネル状態情報（ＣＳＩ：ｃｈａｎｎｅｌ  ｓｔａｔｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）支援によるマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ：ＭｕｌｔｉＵｓｅｒ  Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）スケジューリング方法、基地局およびユーザ装置に関し、共同ＭＵ−ＭＩＭＯマルチユーザ・スケジューリングのフィードバック・オーバヘッドを減少させることを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
ＭＵ−ＭＩＭＯは、理論上、単一ユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ：ｓｉｎｇｌｅ−ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）と比べて容量面で大いに有利であるということが明らかになっている。それは、無線通信システムにおけるスループットのボトルネックを解決する有望なやり方を指摘している。ＭＵ−ＭＩＭＯの潜在的な容量面の利点は、マルチユーザ・ダイバーシチ利得ならびに空間ダイバーシチ利得を活用するためにマルチユーザ・スケジューリングとの共同操作を行うことによって何桁も向上させることができる。こうした共同操作では、基地局（ＢＳ：ｂａｓｅ  ｓｔａｔｉｏｎ）は、サービス対象に選択されたアクティブなユーザだけでなく、セル内のすべてのユーザについて完全なチャネル状態情報（ＣＳＩ）を知る必要がある。これは、周波数分割複信（ＦＤＤ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｄｕｐｌｅｘ）の重いフィードバック・オーバヘッドをもたらす。総ユーザ数が大きい場合、フィードバック・オーバヘッドは法外なものになり、それによって、実用システムにおけるＭＵ−ＭＩＭＯの適用が大きく制限されることになる。本発明の目的は、この問題を解決するために、長期的ＣＳＩ支援によるＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング戦略を提供することである。
【０００３】
上記問題への既存のほとんどの解決策は、フィードバックのオーバヘッドを減少させるためにコードブックの概念を採用している。基本的な概念は、ＢＳとすべての端末の両方に知られている単位ノルムを有する１組のベクトルを含む所定のコードブックを使用し、また各端末からＢＳに、ベクトル・インデックスならびに実数値のチャネル品質指標（ＣＱＩ：ｃｈａｎｎｅｌ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を提供することである。コードブック技術は、それぞれの単一ユーザのフィードバック・オーバヘッドを有効に制限するが、全フィードバック・オーバヘッドは、セル内の総ユーザ数Ｋに対して依然として直線的に増加し、Ｋが大きい場合、非常に大きくなり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この解決策の基本原理は、共同ＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング方式に必要なフィードバック・オーバヘッドを減少させるために、すべてのユーザの長期的ＣＳＩを使用することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
共同ＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング操作は、スケジューリング段階とマルチユーザ・プリコーディング段階に分割することができる。スケジューリング段階では、同じ時間および周波数リソースにわたってサービスされる１組のアクティブなユーザが、合計容量の最大化または他の基準に従って、すべてのユーザから選択される。マルチユーザ・プリコーディング段階では、ＢＳは、アクティブなユーザのプリコーディング・ベクトルを生成し、次いでマルチユーザ・プリコーディングを実施する。スケジューリング段階においてだけ、すべてのユーザにＣＳＩが必要である。一方、マルチユーザ・プリコーディング段階では、アクティブなユーザについてのＣＳＩしか必要ない。総ユーザの数は常にアクティブなユーザの数より遥かに大きいので、スケジューリング段階が通常、許容不可能なフィードバック・オーバヘッドの原因である。
【０００６】
上記議論が動機となって、スケジューリング段階において瞬時ＣＳＩではなく、長期の統計的ＣＳＩ、具体的には平均チャネル行列を使用することが提案される。スケジューリング段階では、長期の統計的ＣＳＩは、遥かに遅く変化するので、遥かに遅い速度で更新することができ、それよって、スケジューリング段階のオーバヘッドを有効に減少させることができる。マルチユーザ・プリコーディング段階では、マルチユーザ・プリコーディングの性能がＣＳＩの不正確さに敏感であるので、瞬時ＣＳＩが依然として使用される。一般にスケジューリング段階によってフィードバック・オーバヘッドが抑えられるということに留意して、提案された概念は、フィードバックの減少に有効である。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、共同マルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）プリコーディング・スケジューリング方法が提供され、この方法は、それぞれのユーザ装置の平均チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・スケジューリングを実施するマルチユーザ・スケジューリング・ステップと、マルチユーザ・スケジューリングで選択されたそれぞれのユーザ装置の瞬時チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・プリコーディングを実施するマルチユーザ・プリコーディング・ステップとを備える。
【０００８】
好ましくは、マルチユーザ・スケジューリング・ステップは、すべてのユーザ装置にその平均チャネル行列をフィードバックするように通知するサブステップと、すべてのユーザ装置によって計算されフィードバックされた平均チャネル行列を受信するステップと、最適化されたスケジューリング結果を生成するために、フィードバックされた平均チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・スケジューリングを実施するサブステップとを含む。
【０００９】
より好ましくは、最適化されたスケジューリング結果は少なくとも、選択された／アクティブなユーザ装置の数、選択された／アクティブなユーザ装置のインデックス、および選択された／アクティブなユーザ装置のデータ・ストリームの数を示す。
【００１０】
より好ましくは、最適化されたスケジューリング結果は、無線通信システムのスループットを最大にするように生成される。さらに、最適化されたスケジューリング結果は、無線通信システムの容量を最大にするように生成される。
【００１１】
好ましくは、マルチユーザ・プリコーディング・ステップは、すべての選択された／アクティブなユーザ装置にその瞬時チャネル行列をフィードバックするように通知するサブステップと、すべての選択された／アクティブなユーザ装置によってフィードバックされた瞬時チャネル行列を受信するサブステップと、それぞれの選択された／アクティブなユーザ装置のプリコーディング行列をその瞬時チャネル行列に基づいて計算するサブステップと、各選択された／アクティブなユーザ装置のそのそれぞれのプリコーディングされたメッセージを生成するために、それぞれの選択された／アクティブなユーザ装置のデータ・ベクトルに、それぞれのプリコーディング行列を掛けるサブステップと、それぞれの選択された／アクティブなユーザ装置にそれぞれのプリコーディングされたメッセージを送信するサブステップとを含む。
【００１２】
好ましくは、瞬時チャネル行列は、第１の時間間隔ＴＩごとに測定され、平均チャネル行列は、直近の第２の時間間隔ＴＬの間に測定された瞬時チャネル行列を使用して第２の時間間隔ＴＬごとに計算され、第１の間隔ＴＩは、第２の時間間隔ＴＬより小さい。より好ましくは、第２の時間間隔ＴＬは、第１の時間間隔ＴＩの整数倍である。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、ユーザ装置にその平均チャネル行列および／または瞬時チャネル行列をフィードバックするように通知するメッセージを送信するための送信ユニットと、ユーザ装置からフィードバックされた平均チャネル行列および瞬時チャネル行列を受信するための受信ユニットと、それぞれのユーザ装置の平均チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・スケジューリングを実施するためのマルチユーザ・スケジューリング・ユニットと、マルチユーザ・スケジューリング・ユニットによって選択されたそれぞれのユーザ装置の瞬時チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・プリコーディングを実施するためのマルチユーザ・プリコーディング・ユニットとを備える基地局が提供される。
【００１４】
好ましくは、マルチユーザ・スケジューリング・ユニットは、すべてのユーザ装置に、その平均チャネル行列を送信ユニットによってフィードバックするように通知し、すべてのユーザ装置によって計算されフィードバックされた平均チャネル行列を受信ユニットによって受信し、最適化されたスケジューリング結果を生成するために、フィードバックされた平均チャネル行列を使用してマルチユーザ・スケジューリングを実施する。
【００１５】
より好ましくは、最適化されたスケジューリング結果は少なくとも、選択された／アクティブなユーザ装置の数、選択された／アクティブなユーザ装置のインデックス、および選択された／アクティブなユーザ装置のデータ・ストリームの数を示す。
【００１６】
より好ましくは、マルチユーザ・スケジューリング・ユニットは、基地局が位置する無線通信システムのスループットを最大にするように最適化されたスケジューリング結果を生成する。さらに、マルチユーザ・スケジューリング・ユニットは、無線通信システムの容量を最大にするように最適化されたスケジューリング結果を生成する。
【００１７】
好ましくは、送信ユニットは、プリコーディングされたデータをユーザ装置に送信するためにも使用され、マルチユーザ・プリコーディング・ユニットは、マルチユーザ・スケジューリング・ユニットによって選択されたすべてのアクティブなユーザ装置に、その瞬時チャネル行列を送信ユニットによってフィードバックするように通知し、すべてのアクティブなユーザ装置によってフィードバックされた瞬時チャネル行列を受信ユニットによって受信し、それぞれのアクティブなユーザ装置のプリコーディング行列を、その瞬時チャネル行列に基づいて計算し、各アクティブなユーザ装置のそれぞれのプリコーディングされたメッセージを生成するために、それぞれのアクティブなユーザ装置のデータ・ベクトルに、そのそれぞれのプリコーディング行列を掛け、それぞれのプリコーディングされたメッセージを送信ユニットによって各アクティブなユーザ装置に送信する。
【００１８】
好ましくは、マルチユーザ・プリコーディング・ユニットは、アクティブなユーザ装置のマルチユーザ・プリコーディング行列を第１の時間間隔ＴＩごとに計算し、マルチユーザ・スケジューリング・ユニットは、第２の時間間隔ＴＬごとにマルチユーザ・スケジューリングを実施し、第１の時間間隔ＴＩは、第２の時間間隔ＴＬより小さい。より好ましくは、第２の時間間隔ＴＬは、第１の時間間隔ＴＩの整数倍である。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、瞬時チャネル行列および／または平均チャネル行列をフィードバックするように要求するメッセージを基地局から受信するための受信ユニットと、その瞬時チャネル行列を第１の時間間隔ＴＩごとに測定するための瞬時チャネル行列測定ユニットと、直近の第２の時間間隔ＴＬの間に瞬時チャネル行列測定ユニットによって測定された瞬時チャネル行列を使用して第２の時間間隔ＴＬごとにその平均チャネル行列を計算するための平均チャネル行列計算ユニットと、測定された瞬時チャネル行列および／または計算された平均チャネル行列を基地局に送信するための送信ユニットとを備えるユーザ装置であって、第１の時間間隔ＴＩが第２の時間間隔ＴＬより小さい、ユーザ装置が提供される。
【００２０】
好ましくは、第２の時間間隔ＴＬは、第１の時間間隔ＴＩの整数倍である。
【００２１】
本発明は、以下の利点を有する。
１．それは、共同ＭＵ−ＭＩＭＯマルチユーザ・スケジューリング・システムのフィードバック・オーバヘッドの大きい減少をもたらす。
２．それは、統計的ＣＳＩが更新されるときにしかスケジューリング操作が実施されないので、スケジューリングの複雑さを非常に単純にする。
３．それは、チャネル推定およびＣＳＩフィードバックに関連する端末操作を単純にする。
それは、ＢＳ上に追加の複雑さをもたらさない。
【００２２】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、添付の図面と併せて読めば、本発明の非制限的な実施形態に関する以下の詳細な説明からより明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるスケジューリング段階のフローチャートである。
【図２】本発明によるマルチユーザ・プリコーディング段階のフローチャートである。
【図３】本発明の長期的ＣＳＩ支援方式と、ＭＥＴアルゴリズムおよびグリーディ・スケジューリング戦略に基づく既存の瞬時ＣＳＩ支援方式との比較結果を示す図である。
【図４】本発明による長期的ＣＳＩ支援ＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング方法を実施する基地局４００の概略ブロック図である。
【図５】本発明による長期的ＣＳＩ支援ＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング方法を実施するユーザ装置５００の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では、本発明について図面に従って述べられる。下記の説明では、いくつかの特定の実施形態が、説明のためだけに用いられているが、それは、本発明への制限と理解すべきではなく、本発明の例にすぎない。本発明についての理解を不明瞭にするかもしれないが、従来の構造または構成は省略されている。
【００２５】
本発明の基本的な概念は、ユーザ・スケジューリングには平均チャネル行列を、プリコーディング行列の生成には瞬時チャネル行列を使用することである。以下では、この概念について説明するための一例として、マルチユーザ固有モード伝送（ＭＥＴ：ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ｅｉｇｅｎｍｏｄｅ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）アルゴリズムおよび完全探索戦略を用いる。提案された概念は、他のアルゴリズムおよびスケジューリング戦略にも直接適用されることに留意されたい。
【００２６】
ＭＥＴアルゴリズム
ＮＴは、ＢＳ上の送信アンテナの数を示し、ＮＲは、ユーザ当たりの受信アンテナの数を示し、Ｎは、アクティブなユーザの数を示し、Ｎｎは、ユーザｎのチャネル行列を示す。ｓｎ、Ｔｎ＝Ｇｎ・Ａｎ、およびＲｎ＝Ｃｎ・Ｂｎをデータ・ストリームの数、送信（プリコーディング）行列、およびユーザｎの受信行列と定義する。ＭＥＴアルゴリズムは、以下の３つのステップに分割することができる。
【００２７】
ステップ１
ｎ＝１〜Ｎについて、Ｂｎを計算する。
【数１】
2011512076.tif 000003
を実施し、次いで
【数２】
2011512076.tif 000004
を設定する。
【００２８】
したがって、Ｈｎは、ＮＲ×ＮＴ行列からｓｎ×ＮＴ行列に変更される。ユーザｎの等価な対角チャネル行列を構成するために、ＢｎがＣｎ（ステップ３で後述される）と共に使用され、したがって、そのそれぞれ異なるデータ・ストリームは、互いに干渉しない。
【００２９】
ステップ２
ｎ＝１〜Ｎについて、Ｇｎを計算する。
【数３】
2011512076.tif 000005
を定義する。
【数４】
2011512076.tif 000006
を実施し、次いで
【数５】
2011512076.tif 000007
を設定する。
【００３０】
それによって、ユーザｎからの信号が他のユーザのチャネルの零空間で送信され、したがって、他のユーザがユーザｎの信号を受信しないことが保証される。
【００３１】
ステップ３
ｎ＝１〜Ｎについて、ＡｎおよびＣｎを計算する。
【数６】
2011512076.tif 000008
を示す。
【数７】
2011512076.tif 000009
を実施し、次いで
【数８】
2011512076.tif 000010
および
【数９】
2011512076.tif 000011
を設定する。
ここで、
【数１０】
2011512076.tif 000012
は、第ｓの対角要素γｎ，ｓ（ｓ＝１〜ｓｎ）を有するｓｎ×ｓｎ対角行列である。
【００３２】
ステップ３は、ユーザｎの等価な対角チャネル行列を構成する助けとするための、等価チャネル
【数１１】
2011512076.tif 000013
のＳＶＤ操作である。
【００３３】
それによって、ユーザｎのＴｎ＝Ｇｎ・ＡｎおよびＲｎ＝Ｃｎ・Ｂｎ（送信（プリコーディング）行列および受信行列）を得ることができる。
【００３４】
上記内容によって、プリコーディング行列Ｔｎが生成される。完全なプリコーディング操作は、下記に示されるように、データ・ベクトルにプリコーディング行列を掛けることをも伴う。
【００３５】
プリコーディングの後、各ユーザｎの受信信号は、次式のように表すことができる。
【数１２】
2011512076.tif 000014
ただし、ｄｎは、ユーザｎの長さｓｎデータ・ベクトルであり、ηｎは、ゼロ平均および分散σ２を有する、互いに独立で同一の分布に従う（ｉ．ｉ．ｄ．）加法的白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ：ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｗｈｉｔｅ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｎｏｉｓｅ）ベクトルである。ｙｎに受信行列Ｒｎを掛け、受信ベクトルは、
【数１３】
2011512076.tif 000015
に変更され、ただし、
【数１４】
2011512076.tif 000016
は、第ｓの対角要素γｎ，ｓ（ｓ＝１〜ｓｎ）を有するｓｎ×ｓｎ対角行列であり、ｎｎはやはり、ゼロ平均および分散σ２を有する、互いに独立で同一の分布に従うＡＷＧＮベクトルである。
【００３６】
完全探索スケジューリング
Ｋは、サービスを求めて競うセル内のユーザの数を示す。スケジューラの機能は、Ｋユーザのうちのどのユーザおよびいくつのユーザがアクティブであるか、ならびに各アクティブなユーザに割り当てられたデータ・ストリームの数を決定することである。Ｋで示されたスケジューリング結果の各可能性は、３つの要素：アクティブなユーザの数Ｎ（Ｋ）、アクティブなユーザのインデックス｛ｋｎ（Ｋ）、ｎ＝１〜Ｎ（Ｋ）｝（１≦ｋｎ（Ｋ）≦Ｋ）、およびそのデータ・ストリームの数｛Ｓｎ（Ｋ）、ｎ＝１〜Ｎ（Ｋ）｝で表すことができる。完全探索スケジューリングでは、スケジューラは、Ｒで表された、Ｋのすべての可能性の集合にわたって探索し、
【数１５】
2011512076.tif 000017
として最適化されたＫ＾を選択し、ただし、Ｃ（Ｋ）は、Ｋによって達成可能なスループットであり；γｎ，ｓ（Ｋ）は、Ｋに対応するステップ３の（Ａ）のγｎ，ｓの値であり、γｎ，ｓ（Ｋ）／σ２は、Ｋ内のユーザｎの第ｓのデータ・ストリームの信号対雑音干渉比（ＳＩＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ−ｐｌｕｓ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｒａｔｉｏ）であり、ｆ（・）は、ＳＩＮＲとスループットの関係を表す関数である。理論容量が考慮される場合、ｆ（・）は、シャノンの容量公式であり、そうでない場合、それは、使用される変調符号方式（ＭＣＳ：ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｃｏｄｉｎｇ  ｓｃｈｅｍｅ）に依存する。既存のスケジューリング戦略では、スケジューリングのために瞬時チャネル行列が使用され、したがって、γｎ，ｓ（Ｋ）が、
【数１６】
2011512076.tif 000018
を設定することによって、ステップ１〜３に従って計算される。
【００３７】
数式（１）の目的は、システムのスループットが最大になるように最適化されたＫ＾を見つけることである。この場合、ｆ（・）がシャノンの容量公式である場合、それは、システムの容量が最大になるように最適化されたｋ＾を見つけることを意味する。
【００３８】
上記議論に基づいて、提案された長期的ＣＳＩ支援による共同ＭＵ−ＭＩＭＯ・スケジューリング方式について、以下のように２段階で述べることができる。
【００３９】
スケジューリング段階
この段階では、スケジューラは、瞬時チャネル行列ではなく平均チャネル行列を使用して、（１）に従ってマルチユーザ・スケジューリングを実施する。具体的には、各Ｋについて、（１）のγｎ，ｓ（Ｋ）の値が、
【数１７】
2011512076.tif 000019
を設定することによって、上記のステップ１〜３に従って推定され、ただし、Ｈ￣は、ユーザｋの平均チャネル行列を示す。
【００４０】
それぞれのユーザは、期間ＴＡの間、その物理チャネルの複数の観測値を平均することによってその平均チャネル行列｛Ｈ￣ｋ｝を計算する。｛Ｈ￣ｋ｝を｛Ｈｋ｝より遥かに遅い速度で更新することができ、スケジューリング操作が｛Ｈ￣ｋ｝が更新されるときにしか実施されないので、平均チャネル行列を代わりに使用することによって、この段階のフィードバック・オーバヘッド、またスケジューリングの複雑さをも大きく減少させることができる。
【００４１】
詳細には、図１は、本発明によるスケジューリング段階のフローチャートを示している。ステップ１０１で、ＢＳは、すべてのユーザ装置に、その平均チャネル行列をフィードバックするように通知する。ステップ１０２で、すべてのユーザ装置は、その平均チャネル行列を計算しフィードバックする。ステップ１０３で、ＢＳは、最適化されたスケジューリング結果Ｋ＾を生成するために、フィードバックされた平均チャネル行列を使用してスケジューリングを実施し、このスケジューリング結果によって、アクティブなユーザ装置の数Ｎ（Ｋ＾）、アクティブなユーザ装置のインデックス｛Ｋｎ（Ｋ＾）、ｎ＝１〜Ｎ（Ｋ＾）｝（１≦ｋｎ（Ｋ＾）≦Ｋ）、およびアクティブなユーザ装置のデータ・ストリームの数｛Ｓｎ（Ｋ＾）、ｎ＝１〜Ｎ（Ｋ＾）｝が決定される。次いで、ステップ１０４で、ＢＳは、下記に詳述されたマルチユーザ・プリコーディング段階に入る。
【００４２】
さらに、スケジューリング手順全体（ステップ１０１〜１０３）が、時間間隔ＴＬごとに繰り返される。
【００４３】
マルチユーザ・プリコーディング段階
この段階では、ＢＳは、ステップ１〜３に従って、Ｋ＾内で選択されたユーザのプリコーディング行列を生成する。ここで、瞬時チャネル行列
【数１８】
2011512076.tif 000020
が、マルチユーザ・プリコーディングのよい性能を保証するためにやはり使用される。
【００４４】
詳細には、図２は、本発明によるマルチユーザ・プリコーディング段階のフローチャートを示している。ステップ２０１で、ＢＳは、選択されたユーザ装置（アクティブなユーザ装置）に、その瞬時チャネル行列をフィードバックするように通知する。ステップ２０２で、選択されたユーザ装置は、その瞬時チャネル行列をフィードバックする。ステップ２０３で、ＢＳは、選択されたユーザ装置のプリコーディング行列を、その瞬時チャネル行列に基づいて計算する。
【００４５】
このマルチユーザ・プリコーディング操作（ステップ２０１〜２０３）は、時間間隔ＴＩごとに繰り返される。ＴＩは、瞬時チャネル行列が平均チャネル行列より遥かに速く変化し、したがってより頻繁に更新されなければならないので、上記に定義されたＴＬより遥かに小さいことに留意されたい。全操作の間、ユーザは、時間間隔ＴＩごとにその物理チャネル行列を測定し続けなければならず、したがって、持続時間ＴＬの平均チャネル行列を生成できることにも留意されたい。好ましくは、平均チャネル行列の計算を簡単にするために、時間間隔ＴＬは、時間間隔ＴＩの整数倍である。
【００４６】
ステップ２０４で、ＢＳは、各選択されたユーザ装置のそれぞれのプリコーディングされたメッセージを生成するために、選択されたユーザ装置のデータ・ベクトルに、そのプリコーディング行列を掛ける。最後に、ステップ２０５で、ＢＳは、各選択されたユーザ装置に、それぞれのプリコーディングされたメッセージを送信する。
【００４７】
図３で、提案された長期ＣＳＩ支援方式が、ＭＥＴアルゴリズムおよびグリーディ・スケジューリング戦略に基づく既存の瞬時ＣＳ支援方式と比較されている。ランダムなスケジューリング戦略を用いたＭＥＴアルゴリズムの実施も参照のために含まれており、ＮＴ個のアクティブなユーザが、各送信について、Ｋ個のユーザからランダムに選択される。このシミュレーションでは、基地局上の４つの送信アンテナ、ユーザ当たり２つの受信アンテナ、および２０の総ユーザ数が用いられている。ジャック・モデルは、パラメータ：搬送周波数＝２．５ＧＨｚ、速度＝３ｋｍ／ｈおよびサンプリング周波数＝１１．２ＭＨｚを有するすべてのユーザについて周波数フラットな時間選択的チャネルを生成するために使用される。各ユーザの平均チャネル行列は、Ｔ個の連続したシンボルにわたってその瞬時チャネル行列を平均することによって生成される。平均チャネル行列は、Ｔシンボル期間中に一度更新され、したがって、提案された方式のフィードバック・オーバヘッドは、瞬時ＣＳＩ支援方式の約１／Ｔのフィードバック・オーバヘッドへと減少する。このシミュレーションでは、Ｔは、５０、１００、１５０および２５０に設定される。この図から、Ｔ＝５０のとき、提案された方式は、約１／５０のフィードバック・オーバヘッドを有する瞬時ＣＳＩ支援方式とほぼ同じ性能を達成できることが分かる。かなり大きいＴ＝２５０の場合でも、提案された方式は、ランダム・スケジューリング方式に比べてかなりの利得をやはり達成できる。
【００４８】
図４は、本発明による長期的ＣＳＩ支援ＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング方法を実施するための基地局４００の概略ブロック図を示している。
【００４９】
図４に示されるように、基地局４００は、ユーザ装置に、その平均チャネル行列および／または瞬時チャネル行列をフィードバックするように通知するメッセージを送信するための送信ユニット４１０と、ユーザ装置からフィードバックされた平均チャネル行列および瞬時チャネル行列を受信するための受信ユニット４２０と、それぞれのユーザ装置の平均チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・スケジューリングを実施するためのマルチユーザ・スケジューリング・ユニット４３０と、マルチユーザ・スケジューリング・ユニット４３０によって選択されたそれぞれのユーザ装置の瞬時チャネル行列を使用することによってマルチユーザ・プリコーディングを実施するためのマルチユーザ・プリコーディング・ユニット４４０とを含む。
【００５０】
具体的には、マルチユーザ・スケジューリング・ユニット４３０は、すべてのユーザ装置に、送信ユニット４１０によってその平均チャネル行列をフィードバックするように通知し、受信ユニット４２０によって、すべてのユーザ装置によって計算されフィードバックされた平均チャネル行列を受信し、最適化されたスケジューリング結果Ｋ＾を生成するために、フィードバックされた平均チャネル行列を使用してマルチユーザ・スケジューリングを実施し、このスケジューリング結果によって、アクティブなユーザの数Ｎ（Ｋ＾）、アクティブなユーザのインデックス｛Ｋｎ（Ｋ＾）、ｎ＝１〜Ｎ（Ｋ＾）｝（１≦ｋｎ（Ｋ＾）≦Ｋ）、およびアクティブなユーザのデータ・ストリームの数｛Ｓｎ（Ｋ＾）、ｎ＝１〜Ｎ（Ｋ＾）｝が決定される。
【００５１】
送信ユニット４１０は、プリコーディングされたデータをユーザ装置に送信するためにも使用される。マルチユーザ・プリコーディング・ユニット４４０は、マルチユーザ・スケジューリング・ユニット４３０によって選択されたすべてのアクティブなユーザ装置に、送信ユニット４１０によってその瞬時チャネル行列をフィードバックするように通知し、受信ユニット４２０によって、すべてのアクティブなユーザ装置によってフィードバックされた瞬時チャネル行列を受信し、その瞬時チャネル行列に基づいてそれぞれのアクティブなユーザ装置のプリコーディング行列を計算し、それぞれのアクティブなユーザ装置のデータ・ベクトルに、そのそれぞれのプリコーディング行列を掛けて、各アクティブなユーザ装置のそれぞれのプリコーディングされたメッセージを生成し、それぞれのプリコーディングされたメッセージを送信ユニット４１０によって各アクティブなユーザ装置に送信する。
【００５２】
マルチユーザ・プリコーディング・ユニット４４０は、時間間隔ＴＩごとにアクティブなユーザ装置のマルチユーザ・プリコーディング行列を計算し、マルチユーザ・スケジューリング・ユニット４３０は、時間間隔ＴＬごとにマルチユーザ・スケジューリングを実施する。時間間隔ＴＩは、時間間隔ＴＬより遥かに小さい。好ましくは、平均チャネル行列の計算を単純にするために、時間間隔ＴＬは、時間間隔ＴＩの整数倍である。
【００５３】
図５は、本発明による長期的ＣＳＩ支援ＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング方法を実施するためのユーザ装置５００の概略ブロック図を示している。
【００５４】
図５に示されるように、ユーザ装置５００は、受信ユニット５１０と、瞬時チャネル行列測定ユニット５２０と、平均チャネル行列計算ユニット５３０と、送信ユニット５４０とを含む。具体的には、受信ユニット５１０は、基地局４００から、瞬時チャネル行列および／または平均チャネル行列をフィードバックすることを要求するメッセージを受信する。瞬時チャネル行列測定ユニット５２０は、時間間隔ＴＩごとにユーザ装置５００の瞬時チャネル行列を測定する。平均チャネル行列計算ユニット５３０は、直近の時間間隔ＴＬの間に瞬時チャネル行列測定ユニット５２０によって測定された瞬時チャネル行列を使用することによって、時間間隔ＴＬごとにユーザ装置５００の平均チャネル行列を計算する。送信ユニットは、瞬時チャネル行列測定ユニット５２０からの測定された瞬時チャネル行列および／または平均チャネル行列計算ユニット５３０からの計算された平均チャネル行列を基地局４００に送信する。時間間隔ＴＩは、時間間隔ＴＬより遥かに小さい。好ましくは、平均チャネル行列の計算を単純にするために、時間間隔ＴＬは、時間間隔ＴＩの整数倍である。
【００５５】
上記実施形態は、例示するためだけに提供されおり、本発明を制限するものではない。本発明の範囲および精神から逸脱せずに、諸実施形態への様々な修正または置換が行われ得、それらは、添付の特許請求の範囲に定義された範囲に含まれるものであることを当業者には理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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