(57)【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とを有するデータフレームを送信する送信側（10）と、送信側（10）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生成し、ユーザデータを復元する少なくとも一つの受信側(20)とを含むマルチキャリアMIMO通信システムであって、
前記送信側（10）は、
データフレームを送信し、受信側(20)からのフィードバック信号を受信するデュプレクサーグループ（130）及びその上に設置された送信アンテナと、
該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するマルチキャリアMIMOスケジューラー（120）と、
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から対応するマルチキャリア送信信号を生成するマルチキャリアMIMOデータプロセッサ（110）と
を含み、該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、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い、
該スケジューリング情報は、スケジュールしようとするユーザと、各ユーザがサポートする符号ストリームと、各符号ストリームを送信する所定のサブキャリアの所定の送信ビームと
を含み、
前記受信側（20）は、
送信側(10)からのデータフレームを受信し、ユーザフィードバック情報を送信するデュプレクサーグループ（230）及びその上に設置された送信アンテナと、
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し、ユーザデータを復元するマルチキャリア受信信号プロセッサ（210）と、
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フィードバック情報プロセッサ（220）と
を含み、
前記マルチキャリアMIMOスケジューラー（120）は、
受信したフィードバック信号を対応する符号ストリームに変換する受信RFリンクグループ（123）と、
変換された符号ストリームに対して時空信号処理を行って、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、
該スケジューリング情報に基づいてマルチキャリア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ー(121)と
を含み、
前記マルチキャリア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（111）と、
スケジューリングされるユーザのユーザデータに対して分流処理を行い、複数の符号ストリームを出力する複数の並列の分流器（112）と、
スケジューリング情報に基づいて、分流器から出力された符号ストリームをそれぞれスケジューリング情報によって指定された対応するサブキャリアの対応するビームに割当て、複数の周波数領域信号を形成するキャリアビーム割当器（113）と、
ランダムベクトルを発生して出力するランダムベクトル発生器（117）と、
キャリアビーム割当器(113)からの周波数領域信号、及びランダムベクトル発生器（117）からのランダムベクトルに基づいて、それぞれ一つの送信アンテナと対応する時間領域信号を形成する複数の並列のマルチキャリアビーム形成器（114）と、
複数の加算器を備え、各加算器が同一送信アンテナに対応する時間領域信号をそれぞれ積み重ねて一つの送信信号を形成する加算器グループ（118）と、
複数のサイクリックプレフィックス器を備え、各サイクリックプレフィックス器が、加算器から出力された対応する送信信号の中にサイクリックプレフィックスをそれぞれ挿入するサイクリックプレフィックス器グループ（115）と、
サイクリックプレフィックス器グループ（115）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信号にそれぞれ変換する送信RFリンクグループ（116）と
を含むことを特徴とするマルチキャリアMIMO通信システム。
【請求項２】
前記フィードバック信号は、各サブキャリアで各受信側（20）にとって最良の送信ビーム組合せ及び該最良の送信ビーム組合せの中の各送信ビームに対応する信号対干渉比を含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリアMIMO通信システム。
【請求項３】
前記フィードバック信号は、さらに各サブキャリアでの各受信側（20）に対する干渉の最も小さい送信ビーム組合せを含むことを特徴とする請求項２に記載のマルチキャリアMIMO通信システム。
【請求項４】
前記フィードバック信号は、各サブキャリアで各受信側にとって最良の送信ビーム組合せと、該組合せとの各送信ビームの等価チャネルゲインと、該受信側に対する干渉の最も小さい送信ビーム組合せと、該受信側に対する干渉が最小である送信ビームの組合せの中の各送信ビームの前記受信側に対する最良の送信ビームの性能損失比とを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリアMIMO通信システム。
【請求項５】
前記送信RFリンクグループ（116）は、サイクリックプレフィックス器グループ（115）から出力された複数の送信信号を対応するRF信号にそれぞれ変換する複数の並列の送信RFリンクを含み、各送信RFリンクは、直列に接続された一つの変調器（1161）と、一つのアップコンバータ（1162）と、一つの電力増幅器（1163）とを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチキャリアMIMO通信システム。
【請求項６】
前記マルチキャリア受信信号プロセッサ（210）は、
受信したRF信号に対して復調と周波数変換処理を行い、対応する符号ストリームを得る受信RFリンクグループ（211）と、
該符号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するとともに、ユーザデータを復元して出力する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、
該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５に記載のマルチキャリアMIMO通信システム。
【請求項７】
ランダムベクトル発生器により発生されたベクトルは、重みベクトルと時間遅延ベクトルであることを特徴とする請求項６に記載のマルチキャリアMIMO通信システム。
【請求項８】
各マルチキャリアビーム形成器（114）は、一つのIFFT変調器（1141）、及び乗算器（1142）と時間遅延器（1143）からなる複数の直列組合せを含み、IFFT変調器（１１４１）は、キャリアビーム割当器（113）からの周波数領域信号に対してIFFT変調を行って直列時間領域信号を形成し、該直列時間領域信号を同時に前記複数の直列組合せに入力し、
乗算器（1142）と時間遅延器（1143）からなる各直列組合せにおいて、乗算器（1142）と時間遅延器（1143）は、ランダムベクトル発生器（117）からの重みベクトルと時間遅延ベクトルに基づいて、該直列時間領域信号に対して順次重み付け処理と時間遅延処理を行い、一つの送信アンテナに対応する時間領域信号を生成することを特徴とする請求項７に記載のマルチキャリアMIMO通信システム。
【請求項９】
ランダムビーム形成を行うマルチキャリアMIMO通信方法であって、
受信側で、送信側の送信アンテナと受信側の受信アンテナの間のチャネルフェージング状況に基づいてフィードバック信号を生成し、該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、
送信側で、該フィードバック信号を受信し、該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するステップ（b）と、
送信側で、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のデータから対応するマルチキャリア送信信号を形成し、更に対応する送信アンテナにより該マルチキャリア送信信号を送出するステップ(c)と、
受信側で、受信した送信ビームに基づいてユーザデータを復元するステップ(d)と
を含み、
前記ステップ(c)は、
スケジューリング情報に基づいてスケジューリングしようとするユーザを選択するステップi）と、
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のユーザデータを対応する符号ストリームに分けるステップii)と、
スケジューリング情報に基づいて各符号ストリームを所定のサブキャリアの所定の送信ビームに割当て、同一の空間領域チャネルに割当られたすべてのサブキャリアに対する符号ストリームに対してそれぞれIFFT変調を行い、各空間領域チャネルにより送信アンテナとそれぞれ対応する並列のマルチ経路の直列時間領域信号を出力するステップiii)と、
各経路の直列時間領域信号に対して順次重み付け処理と時間遅延処理を行って対応する送信信号を形成し、同一送信アンテナに対応する送信信号を積み重ね、積み重ねて得られたマルチキャリア送信信号にサイクリックプレフィックスを挿入して、対応する送信アンテナを通して送信するステップiv)と
を含み、
前記スケジューリング情報は、スケジューリングしようとするユーザと、各ユーザのサポートする符号ストリームと、各符号ストリームを送信する所定のサブキャリアの所定の送信ビームとを含み、
前記フィードバック信号は、各サブキャリアで、各受信側にとって最良の送信ビームの組合せと、該最良の送信ビームの組合せの中の各送信ビームに対応する信号対干渉比とを含み、
前記ステップ(b)は、
スケジューリングユーザリストと割当て済み送信ビームリストとを空きとするステップ(1)、
各サブキャリアに対して、
フィードバックされてきたすべての信号対干渉比を比較して、最大信号対干渉比を有するユーザを選出してスケジューリングユーザリストに加入させ、対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストに加入させるステップi)と、
フィードバックされてきたすべての信号対干渉比を比較して、スケジューリングされなかったユーザの中から、最大信号対干渉比を有するユーザを選出してスケジューリングユーザリストに加入させ、対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストに加入させるステップii)と、
該サブキャリアでのユーザスケジューリングが終わるまで、ステップi）とii)を繰り返すステップ iii)と
を繰り返すステップ(2)、及び
最後に、最終的にすべてのサブキャリアに対して生成したスケジューリングユーザリストと割当て済み送信ビームリストとに基づいて、システムのユーザスケジューリングを行うステップ（3）
を含むことを特徴とするマルチキャリアMIMO通信方法。
【請求項１０】
ランダムビーム形成を行うマルチキャリアMIMO通信方法であって、
受信側で、送信側の送信アンテナと受信側の受信アンテナの間のチャネルフェージング状況に基づいてフィードバック信号を生成し、該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、
送信側で、該フィードバック信号を受信し、該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するステップ（b）と、
送信側で、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のデータから対応するマルチキャリア送信信号を形成し、更に対応する送信アンテナにより該マルチキャリア送信信号を送出するステップ(c)と、
受信側で、受信した送信ビームに基づいてユーザデータを復元するステップ(d)と
を含み、
前記ステップ(c)は、
スケジューリング情報に基づいてスケジューリングしようとするユーザを選択するステップi）と、
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のユーザデータを対応する符号ストリームに分けるステップii)と、
スケジューリング情報に基づいて各符号ストリームを所定のサブキャリアの所定の送信ビームに割当て、同一の空間領域チャネルに割当られたすべてのサブキャリアに対する符号ストリームに対してそれぞれIFFT変調を行い、各空間領域チャネルにより送信アンテナとそれぞれ対応する並列のマルチ経路の直列時間領域信号を出力するステップiii)と、
各経路の直列時間領域信号に対して順次重み付け処理と時間遅延処理を行って対応する送信信号を形成し、同一送信アンテナに対応する送信信号を積み重ね、積み重ねて得られたマルチキャリア送信信号にサイクリックプレフィックスを挿入して、対応する送信アンテナを通して送信するステップiv)と
を含み、
前記スケジューリング情報は、スケジューリングしようとするユーザと、各ユーザのサポートする符号ストリームと、各符号ストリームを送信する所定のサブキャリアの所定の送信ビームとを含み、
前記フィードバック信号は、各サブキャリアで、各受信側にとって最良の送信ビームの組合せと、該最良の送信ビームの組合せの中の各送信ビームに対応する信号対干渉比とを含み、さらに各サブキャリアで各受信側に対する干渉の最も小さい複数の送信ビームの組合せを含み、
前記ステップ(b)は、
スケジューリングユーザリストと割当て済み送信ビームリストとを空きとするステップ(1)、
各サブキャリアに対して、
フィードバックされてきたすべての信号対干渉比を比較して、最大信号対干渉比を有するユーザを選出してスケジューリングユーザリストに記入し、対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストに記入するステップi)と、
スケジューリングユーザリストの中のユーザに対して、その対応する組合せから対応する干渉の最も小さい送信ビームを選出し、その後、該干渉の最も小さい送信ビームに基づいて対応する最大信号対干渉比を有するユーザを選出し、該ユーザをスケジューリングユーザリストに記入し、同時に、該ユーザが対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストに記入するステップii)と、
該サブキャリアでのスケジューリングが終わるまで、ステップi)とii)を繰り返すステップiii)と
を繰り返すステップ(2)、及び
最後、最終的にすべてのサブキャリアに対して生成したスケジューリングユーザリストと割当て済み送信ビームリストとに基づいて、システムのユーザスケジューリングを行うステップ（3）
を含むことを特徴とするマルチキャリアMIMO通信方法。
【請求項１１】
ランダムビーム形成を行うマルチキャリアMIMO通信方法であって、
受信側で、送信側の送信アンテナと受信側の受信アンテナの間のチャネルフェージング状況に基づいてフィードバック信号を生成し、該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、
送信側で、該フィードバック信号を受信し、該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するステップ（b）と、
送信側で、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のデータから対応するマルチキャリア送信信号を形成し、更に対応する送信アンテナにより該マルチキャリア送信信号を送出するステップ(c)と、
受信側で、受信した送信ビームに基づいてユーザデータを復元するステップ(d)と
を含み、
前記ステップ(c)は、
スケジューリング情報に基づいてスケジューリングしようとするユーザを選択するステップi）と、
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のユーザデータを対応する符号ストリームに分けるステップii)と、
スケジューリング情報に基づいて各符号ストリームを所定のサブキャリアの所定の送信ビームに割当て、同一の空間領域チャネルに割当られたすべてのサブキャリアに対する符号ストリームに対してそれぞれIFFT変調を行い、各空間領域チャネルにより送信アンテナとそれぞれ対応する並列のマルチ経路の直列時間領域信号を出力するステップiii)と、
各経路の直列時間領域信号に対して順次重み付け処理と時間遅延処理を行って対応する送信信号を形成し、同一送信アンテナに対応する送信信号を積み重ね、積み重ねて得られたマルチキャリア送信信号にサイクリックプレフィックスを挿入して、対応する送信アンテナを通して送信するステップiv)と
を含み、
前記スケジューリング情報は、スケジューリングしようとするユーザと、各ユーザのサポートする符号ストリームと、各符号ストリームを送信する所定のサブキャリアの所定の送信ビームとを含み、
前記フィードバック信号は、各サブキャリアで、該組合せと、該最良の送信ビームの組合せの中の各送信ビームに対応する等価チャネルゲインと、該受信側に対する干渉が最小である送信ビームの組合せと、該受信側にとって最良の送信ビームの組合せの中の各送信ビームが該受信側の最良の送信ビームに対する性能損失比とを含み、
前記ステップ(b)は、
スケジューリングユーザリストと割当て済み送信ビームリストとを空きとするステップ(1)、
各サブキャリアに対して、
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て、最大等価チャネルゲインを有するユーザを選出してスケジューリングユーザリストに記入し、対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストに記入するステップi)と、
スケジューリングユーザリストの中のユーザに対して、その対応する組合せから対応する干渉の最も小さい送信ビームを選出し、その後、該干渉の最も小さい送信ビームに対応する最大信号対干渉比を有するユーザを選出するステップii)と、
フィードバックされてきた性能損失比に基づいて、該ユーザの加入がシステム容量を向上させたかどうかを判断し、該ユーザの加入がシステム容量を向上させた場合、該ユーザをスケジューリングユーザリストに記入するとともに、該ユーザが対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストに記入し、該ユーザの加入がシステム容量を低下させた場合、該ユーザをスケジューリングユーザリストに記入せず、該サブキャリアでのスケジューリングを完了させるステップiii)と、
該ユーザを加入した後、該サブキャリアでのユーザスケジューリングが終わるまで順次にステップi)とiii)を繰り返すステップiv)と
を繰り返すステップ(2)、及び
最終的にすべてのサブキャリアに対して生成したスケジューリングユーザリストと割当て済み送信ビームリストとに基づいて、システムのユーザスケジューリングを行うステップ（3）
を含むことを特徴とするマルチキャリアMIMO通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多入力多出力(Multiple  Input  Multiple  Output、MIMO)アンテナシステムにおける無線通信技術に関し、特に、マルチキャリアMIMO通信システム及びその通信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、ビデオ会議、ビデオ・オン・デマンド、対向型ゲームなどの高速データ業務を提供する必要がある。ITU-RM1645文献によると、高速無線サービス（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)サービスはさらに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、該チャネルの周波数帯域とその応用する技術の周波数利用効率の積に等しい。速度を向上させるためには、その周波数帯域又はその応用する技術の周波数利用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、無制限に周波数帯域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り、最も良い方法は、その応用する技術の周波数利用効率を向上させることである。
【０００４】
通常、主に二つの方法で周波数利用効率を向上させる。一つは、たとえば、先進的な符号化技術、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周波数利用効率を向上させる方法である。もう一つの方法は、上位層の制御によって柔軟に資源割当を行い、それによってシステム級の周波数利用効率を向上させることである。多入力多出力(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。ランダムビーム形成は、ユーザスケジューリングシステムの性能を改善する方法であって、より有効にこの二つの異なるプロトコルレイヤの方法を組合わせることができ、それによってシステム性能の最適化を実現することができる。しかし、現代の通信システムは、全部セルラー構成に基づき、基本的な通信モードは、セルラー中の一つの基地局（Mobile station，MS）が同時に複数のユーザにサービスを提供するモードで、マルチユーザのアクセス問題であるマルチアクセス(Multiple Access)に関する。従来のアクセス方法にはFDMA、TDMA及びCDMAなどがあり、これらは全部回線交換(Circuit Switch)を原則としている。即ち、各ユーザに一つの固定された周波数帯(FDMA)、タイムスロット(TDMA)或いは拡散コード(CDMA)が割り当てられる。
【０００５】
GSMを例とすると、基地局は200Kのチャネルにおいて、固定タイムスロット割当方法で一つのフレームの8タイムスロットを八つのユーザに割り当てて通信を行う。この方法のメリットは、通信サービスの時間遅延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延に敏感なサービスに適している。デメリットは、固定資源割当がユーザの通信際の無線チャネル情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て、もしチャネルがディープ・フェージング状態にある場合、ユーザにチャネルを割当てると、システム性能が損失することになる。
【０００６】
将来の通信システムはデータサービスを主とし、時間遅延に対する要求がそれほど厳しくない。このため、パケット交換(Packet Switch)のマルチ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時、基地局はリアルタイムにチャネルを異なるユーザに割り当てる必要があり、これをユーザスケジューリング(User Scheduling)という。現在二つ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、チャネルはラウンドロビン方式ですべてのユーザに割り当てられる。この方法は、回線交換と同様、時間遅延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。もう一つのユーザスケジューリング技術はチャネル感知スケジューリング(Channel-aware Scheduling)で、ユーザのチャネル減衰状況
【数１】
0004839182.tif 000002
【０００７】
(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、動的に現在チャネルの使用権を最大搬送波対干渉波比(簡単に
【数２】
0004839182.tif 000003
【０００８】
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。最大搬送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。
【０００９】
しかし、チャネル感知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割当を決定するので、チャネル状況に対する依存性が大きい。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。
【００１０】
図１の(a)と(b)は基地局(送信側)が一つの送信アンテナを有し、かつ二つのユーザ（受信側）を有するシステム構成を示す図である。このシステムにおいて、チャネル感知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割当を決定する。
【００１１】
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)はシステムがスロー・フェージング状況にあるときのチャネルゲインの状況を示す。
【００１２】
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し、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。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割当を決定し、すなわち、0−t1の時間帯においてユーザ1に、t1−t2の時間帯においてユーザ2に割当てるなどであり、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、その平均を求めて点線で示すシステム平均チャネルゲイン曲線を得る。
【００１３】
(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。また、(b)と(c)から分かるように（カッコに示す時間帯）、システムのフェージングが緩やかなとき、伝送の時間遅延がより大きい。
【００１４】
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。（「Opportunistic beamforming using dumb Anntennas」、IEEE Trans. Infor. Theory、 Vol. 48、 No. 6、 pp. 1277-1294. June. 2002を参照、以下「参考文献1」という）。
【００１５】
上記の方法では、基地局に
【数３】
0004839182.tif 000004
【００１６】
本のアンテナを取り付け、かつ各ユーザを一本の受信アンテナとすれば、ユーザのチャネルは一つのベクトル
【数４】
0004839182.tif 000005
【００１７】
である。送信する前、データ信号に
【数５】
0004839182.tif 000006
【００１８】
次元のランダム複素数ベクトル
【数６】
0004839182.tif 000007
【００１９】
を乗じ、そして、上記データ信号をすべての
【数７】
0004839182.tif 000008
【００２０】
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８】
0004839182.tif 000009
【００２１】
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、基地局においてさらに最大等価チャネルゲインを有するユーザにチャネルを割当てる。
【００２２】
例えば、図１の(a)と(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で形成された送信ビームのメインローブ(main lobe)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、相関特性、時間特性など)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を満たすことができる。
【００２３】
システムの性能は、ある程度ランダムベクトルの確率分布密度関数
【数９】
0004839182.tif 000010
【００２４】
に関係する。前記方法はナローバンドシステムにおいて、フラット・フェージングチャネルの場合に適用される。しかし、現在のシステムは普通にワイドバンドシステムであり、周波数選択性フェージングが強いため、直接前記方法を採用しても、ある方向のビームが形成できない。同時に、マルチキャリア変調技術によって、信号帯域は複数のサブキャリアに分配されることができ、各サブキャリアは一つのフラット・フェージングチャネルを経ることになる。それによって、各サブキャリアに対してランダムビームの形成を実現することができる。ユーザは、各サブキャリアの等価チャネルゲインを測定することにより、各サブキャリアを競争する。
【００２５】
図３はこのような場合の送信側の信号処理を示す。この図から分かるように、各サブキャリアのデータ
【数１０】
0004839182.tif 000011
【００２６】
にランダムに生成されたベクトル
【数１１】
0004839182.tif 000012
【００２７】
を乗じて、異なるアンテナに入力する周波数領域信号を形成する。異なるアンテナの周波数領域信号はさらにIFFTを介して時間領域信号を形成する。該時間領域信号にサイクリックプレフィックスを付けた後、対応するアンテナを通じて送信する。図３に示すように、このシステムに対して、全部で
【数１２】
0004839182.tif 000013
【００２８】
個の
【数１３】
0004839182.tif 000014
【００２９】
次元のランダムベクトルを生成する必要があり、かつ
【数１４】
0004839182.tif 000015
【００３０】
回のIFFTを行う必要がある。これは以下の問題を発生させる。
【００３１】
1.ランダム数は、一般に擬似ランダム方法によって生成される。かつここで必要なのは時間相関特性を有するランダムシーケンスである。このように多くのランダム数を生成するためには対応する多くの擬似ランダム発生器が必要であり、このことは、ハード資源を増加させ或いはアルゴリズムの難しさを高める。
【００３２】
２.このシステムの性能は、ある程度ランダムベクトルの確率分布密度関数
【数１５】
0004839182.tif 000016
【００３３】
に関係する。原則としては、この関数は一定の最適化空間があるが、数学的に非常に多くの変数を持つ関数を最適化するのは難しいことである。
【００３４】
３.この方案は、送信アンテナの数と同じ回数のIFFTを行う必要があるため、アゴリズムの難しさは
【数１６】
0004839182.tif 000017
【００３５】
であり、比較的高い。
【００３６】
そこで、上記デメリットを解決する通信システム及びその通信方法を提供する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
本発明の目的は、マルチキャリアMIMO通信システムを提供することである。
【００３８】
本発明のもう一つの目的は、上記マルチキャリアMIMO通信システムに適用される通信方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本発明の第1形態によると、マルチキャリアMIMO通信システムにおいて、少なくともチャネル推定信号とユーザデータとを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生成し、ユーザデータを復元する少なくとも一つの受信側とを含む。前記送信側は、データフレームを送信し、受信側からのフィードバック信号を受信するデュプレクサーグループ及びその上に設置された送信アンテナと、該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するマルチキャリアMIMOスケジューラーと、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対応するマルチキャリア送信信号とするマルチキャリアMIMOデータプロセッサとを含む。前記受信側は、送信側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するデュプレクサーグループ及びその上に設置された送信アンテナと、データフレームに基づいてユーザのフィードバックデータを生成し、ユーザデータを復元するマルチキャリア受信信号プロセッサと、ユーザの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とを含む。
【００４０】
本発明の第2形態によると、マルチキャリアMIMO通信システムの通信方法であって、受信側において、送信側の送信アンテナと受信側の受信アンテナとの間のチャネルフェージング状況に基づいてフィードバック信号を生成し、該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、送信側において、該フィードバック信号を受信し、該フィードバック信号に基づいてスケジュール情報を生成するステップ（b）と、送信側において、スケジュール情報に基づいてスケジューリングされたユーザのデータから対応するマルチキャリア送信信号を生成し、対応する送信アンテナによりこのマルチキャリア送信信号を送信する(c)と、受信側において、受信した送信ビームに基づいてユーザデータを復元するステップ(d)とを含む。
【発明の効果】
【００４１】
従来の技術と比較すると、本発明のマルチキャリアMIMO通信システム及びその通信方法が提供したチャネル容量は、従来のマルチキャリアMIMO通信方法が提供したチャネル容量より大きい。これに加えて、本発明のマルチキャリアMIMO通信方法は新しいマルチキャリアビーム形成器とランダムベクトル発生器を用いるため、従来のマルチキャリアMIMO通信システムが多くの擬似ランダム発生器で多くのランダム数を発生するデメリットを解決し、同時にランダムベクトルの連合確率分布密度関数を最適化し、アルゴリズムの複雑さを低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
次に図面を参照しながら、本発明を説明する。
【００４３】
図４は、本発明のマルチキャリアMIMO通信システムのブロック図である。そのうち、該MIMO通信システムは一つの送信側10（基地局）及び複数の受信側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である。図６は、本発明のマルチキャリアMIMO通信システムが採用するフレームの構造を示す図である。
【００４４】
図４〜図６に示すように、送信側10は、マルチキャリアMIMOデータプロセッサ110と、マルチキャリアMIMOスケジューラー120と、デュプレクサーグループ130と、
【数１７】
0004839182.tif 000018
【００４５】
本の送信アンテナとを有する。各受信側20は、マルチキャリア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、デュプレクサーグループ230と、
【数１８】
0004839182.tif 000019
【００４６】
本の受信アンテナとを有する。ここで、各受信側20の受信アンテナの数は異なっても良い。該フレームの構造は、チャネル推定タイムスロットと、チャネルフィードバックタイムスロットと、データ伝送タイムスロットとを含み、システムの要求に応じてその他のタイムスロット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。
【００４７】
スケジューリング情報取得プロセス
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に、まずデュプレクサーグループ130を介して
【数１９】
0004839182.tif 000020
【００４８】
本の送信アンテナからビームを送信する方式で受信側20へチャネル推定信号を送信する。
【００４９】
仮に送信側10の送信信号が
【数２０】
0004839182.tif 000021
【００５０】
次元の複素数ベクトル
【数２１】
0004839182.tif 000022
【００５１】
で、各受信側20が受信したのは
【数２２】
0004839182.tif 000023
【００５２】
次元の複素数ベクトル
【数２３】
0004839182.tif 000024
【００５３】
であり、送信側10と受信側20との間には、
【数２４】
0004839182.tif 000025
【００５４】
次元のチャネルフェージングマトリックスが存在するとする。
【数２５】
0004839182.tif 000026
【００５５】
ここで、
【数２６】
0004839182.tif 000027
【００５６】
は、送信側10の第ｉ本送信アンテナと受信側20の第ｊ本アンテナ間のチャネル伝送特性を示す（kは第kユーザを示す）。
【００５７】
したがって、システムの伝送関数は、以下のように示すことができる。
【数２７】
0004839182.tif 000028
【００５８】
ここで、
【数２８】
0004839182.tif 000029
【００５９】
は
【数２９】
0004839182.tif 000030
【００６０】
次元の複素数ベクトルであり、受信側20のホワイトノイズを示す。
【００６１】
このように、各受信側20は確実なチャネルフェージング状況を把握することができ、実に、このチャネルフェージング状況は実際のチャネルフェージング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。当該チャネルフェージング状況に基づいて、各受信側20はマルチキャリア受信信号プロセッサ210を介してそれに対して処理を行う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。
【００６２】
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、受信側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。
【００６３】
送信側10のアンテナは、該フィードバック信号を受信した後、それをマルチキャリアMIMOスケジューラー120へ伝送する。マルチキャリアMIMOスケジューラー120は、この信号に基づいてスケジューリング情報を生成し、生成されたスケジューリング情報を利用して、マルチキャリア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の際のスケジューリング状態に達するようにする。すなわち、スケジューリング情報に基づいて最適化されたユーザスケジューリングを行う。
【００６４】
上記チャネルフェージング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を挿入し、受信側20は該チャネル推定信号に基づいて送信側10と受信側20との間のチャネルフェージング状況を取得し、さらにマルチキャリア受信信号プロセッサ210によりチャネルフェージング状況を処理した後、ユーザフィードバック情報を取得する。
【００６５】
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フェージング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タイムスロットを設定する必要がなく、受信側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によってチャネルフェージング状況を取得し、その後マルチキャリア受信信号プロセッサ210でチャネルフェージング状況を処理した後、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することができる。
【００６６】
図７は、さらに本発明のMIMO通信システムの送信側10の構成を示す図である。図８は、図７に示すマルチキャリアビーム形成器114の一種類の具体構成図である。図９は、送信側10の送信RFリンクグループの構成を示す図である。図１０は、本発明の送信側10のデュ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側20の構成を示す図である。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通信を行うことを説明している。信号処理について、同様に時空間コーディング方法などのその他の従来技術で開示された信号処理方法と装置を採用して実行することができる。
【００６７】
ユーザデータ送信／受信及びスケジューリングプロセス
送信側10
図７において、当該送信側10は、マルチキャリアMIMOデータプロセッサ110と、マルチキャリアMIMOスケジューラー120と、デュプレクサーグループ130と、
【数３０】
0004839182.tif 000031
【００６８】
本の送信アンテナとを含む。
【００６９】
該マルチキャリアMIMOスケジューラー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、スケジューラー121とを含む。ここで、受信RFリンクグループ123は、受信したフィードバック信号を対応する符号ストリームに変換させるための送信アンテナと対応する数量の受信RFリンクを有する。MIMO受信信号プロセッサ122は、変換された符号ストリームに対して時空間信号処理を行って、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実施しようとするユーザと、各ユーザがサポートする符号ストリームと、各符号ストリームを送信する所定のサブキャリアの所定の送信ビームとを含む。スケジューラー121は、当該スケジューリング情報を利用して、マルチキャリアMIMOデータプロセッサ110の信号処理を制御する。
【００７０】
該マルチキャリアMIMOデータプロセッサ110は、ユーザセレクター111と、複数の並列の分流器112と、キャリアビーム割当器113と、複数の並列のマルチキャリアビーム形成器114と、加算器グループ118と、サイクリックプレフィックス器グループ115と、送信RFリンクグループ116と、ランダムベクトル発生器117とを含む。
【００７１】
そのうち、スケジューリング情報の制御のもとで（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）、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を選択し、ここで数量はnＳ個と表示され、対応するユーザデータを出力する。
【００７２】
スケジューリング情報の制御のもとで、nS個の分流器112が選択されて、スケジューリングしたnS個のユーザのユーザデータに対して分流処理を行う。すなわち、スケジューリング情報における「各ユーザがサポートする符号ストリーム」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個の符号ストリームに分けて出力する。そのうちＬはスケジューリングされる各ユーザのデータを分けて得られた符号ストリーム数の総和である。
【００７３】
そして、キャリアビーム割当器113により、分流器112が出力したL個の符号ストリームをL個の異なる層として処理を行い、スケジューリング情報の「各符号ストリームを送信する所定のサブキャリアの所定の送信ビーム」に基づいて、送信されたL個の符号ストリームをそれぞれ所定のサブキャリアの所定の送信ビームに割当て、すなわち、L個の符号ストリームを周波数領域と空間領域チャネルに割当て、複数の周波数領域信号を形成する。ここで、当該マルチキャリアMIMO通信システム中のサブキャリアの数を
【数３１】
0004839182.tif 000032
【００７４】
とし、送信アンテナの数を
【数３２】
0004839182.tif 000033
【００７５】
とすると、この時の出力は
【数３３】
0004839182.tif 000034
【００７６】
個の周波数領域信号であり、すなわち、各サブキャリアでは
【数３４】
0004839182.tif 000035
【００７７】
個の送信ビームにサポートする。
【数３５】
0004839182.tif 000036
【００７８】
個の周波数領域信号において、L個の周波数領域信号のみがユーザデータを有する。
【００７９】
続いて、
【数３６】
0004839182.tif 000037
【００８０】
個の周波数領域信号を
【数３７】
0004839182.tif 000038
【００８１】
個のマルチキャリアビーム形成器114に入力し、その原則としては、同一サブキャリア上の
【数３８】
0004839182.tif 000039
【００８２】
個の周波数領域信号をそれぞれ
【数３９】
0004839182.tif 000040
【００８３】
個のマルチキャリアビーム形成器114の対応する一つのマルチキャリアビーム形成器114に入力し、すなわち、
【数４０】
0004839182.tif 000041
【００８４】
個の周波数領域信号において、同一空間領域チャネルに属する
【数４１】
0004839182.tif 000042
【００８５】
個の周波数領域信号を対応する一つのマルチキャリアビーム形成器114に入力する。これによって、各サブキャリアビーム形成器114のそれぞれは
【数４２】
0004839182.tif 000043
【００８６】
個の該サブキャリアビーム形成器に対応する周波数領域信号を受信し、各周波数領域信号は一つのサブキャリアに対応する。
【００８７】
ランダムベクトル発生器117は、ランダムベクトルを発生し、発生されたランダムベクトルをそれぞれ対応するマルチキャリアビーム形成器114に入力する。
【００８８】
各マルチキャリアビーム形成器114は、ランダムベクトル発生器117によって発生されたランダムベクトルに基づいて、入力された
【数４３】
0004839182.tif 000044
【００８９】
個の周波数領域信号に対してビーム形成処理を行って、それぞれ
【数４４】
0004839182.tif 000045
【００９０】
本のアンテナに対する
【数４５】
0004839182.tif 000046
【００９１】
個の時間領域送信信号を形成し、すなわち、各時間領域信号は
【数４６】
0004839182.tif 000047
【００９２】
本の送信アンテナ中の一本の送信アンテナと対応する。すなわち、各時間領域送信信号はすべての
【数４７】
0004839182.tif 000048
【００９３】
個のサブキャリアの一つの独立空間領域チャネルと対応する。すべての
【数４８】
0004839182.tif 000049
【００９４】
個のマルチキャリアビーム形成器114は
【数４９】
0004839182.tif 000050
【００９５】
個の送信信号を形成する。
【数５０】
0004839182.tif 000051
【００９６】
個の加算器を備える加算器グループ118において、対応する一つの加算器により、同一の送信アンテナに対応する
【数５１】
0004839182.tif 000052
【００９７】
個の時間領域送信信号を積み重ねて、トータル送信信号を形成し、これにより、異なるマルチキャリアビーム形成器からの、同一送信アンテナに対応する時間領域送信信号は一つの独立の空間領域―周波数領域チャネルと対応することになる。その後、各加算器は形成された送信信号をサイクリックプレフィックス器グループ115に入力する。
【数５２】
0004839182.tif 000053
【００９８】
個の加算器は一つの送信アンテナとそれぞれ対応する
【数５３】
0004839182.tif 000054
【００９９】
個の送信信号を出力する。
【０１００】
サイクリックプレフィックス器グループ115は
【数５４】
0004839182.tif 000055
【０１０１】
個のサイクリックプレフィックス器を備え、各サイクリックプレフィックス器は一本の送信アンテナと対応する。各サイクリックプレフィックス器は、マルチキャリアビーム形成器114からの、同一送信アンテナと対応する送信信号にサイクリックプレフィックスを挿入して、対応するサイクリックプレフィックスが挿入された送信信号を生成する。
【数５５】
0004839182.tif 000056
【０１０２】
個のサイクリックプレフィックス器は
【数５６】
0004839182.tif 000057
【０１０３】
本の送信アンテナとそれぞれ対応する
【数５７】
0004839182.tif 000058
【０１０４】
個の送信信号を出力する。
【０１０５】
送信RFリンクグループ116は、サイクリックプレフィックス器グループ115から出力した
【数５８】
0004839182.tif 000059
【０１０６】
個の送信信号を受信し、該
【数５９】
0004839182.tif 000060
【０１０７】
個の送信信号を対応するRF信号にそれぞれ変換し、各送信信号と対応するRF信号をデュプレクサーグループ130上の
【数６０】
0004839182.tif 000061
【０１０８】
本の送信アンテナを通じて送出する。
【０１０９】
具体的に、以下、図８を結合してマルチキャリアMIMO通信システムにおけるマルチキャリアビームの成形プロセスについて詳しく説明する。
【０１１０】
図８に示すように、各マルチキャリアビーム形成器114は、一つのIFFT変調器1141と、乗算器1142と時間遅延器1143からなる
【数６１】
0004839182.tif 000062
【０１１１】
経路の直列組合せとを含む。
【０１１２】
該IFFT変調器1141は、マルチキャリアビーム割当器113からの対応する
【数６２】
0004839182.tif 000063
【０１１３】
個の周波数領域信号を受信し、IFFT変調によって直列時間領域信号を形成し、該直列時間領域信号を並列に乗算器1142と時間遅延器1143からなる
【数６３】
0004839182.tif 000064
【０１１４】
経路の直列組合せへそれぞれ入力する。そのうち、
【数６４】
0004839182.tif 000065
【０１１５】
個の周波数領域信号に対応するサブキャリアは互いに異なる。
【０１１６】
同時に、ランダムベクトル発生器117は、発生されたランダムベクトルを
【数６５】
0004839182.tif 000066
【０１１７】
個のマルチキャリアビーム形成器114の対応するマルチキャリアビーム形成器114に入力する。該ランダムベクトルは、ベクトル
【数６６】
0004839182.tif 000067
【０１１８】
と、ベクトル
【数６７】
0004839182.tif 000068
【０１１９】
を含み、そのうち、
【数６８】
0004839182.tif 000069
【０１２０】
は、それぞれ第i個のマルチキャリアビーム形成器114のIFFT変調器1141から出力された第j経路の直列時間領域信号の重みと時間遅延を示し、
【数６９】
0004839182.tif 000070
【０１２１】
である。
【０１２２】
乗算器1142と時間遅延器1143からなる各経路の直列組合せは、ランダムベクトル発生器117から出力されたベクトル
【数７０】
0004839182.tif 000071
【０１２３】
により、入力された直列時間領域信号に対して重み付け処理を行い、ベクトル
【数７１】
0004839182.tif 000072
【０１２４】
により、該直列時間領域信号に対して時間遅延処理を行って一つの送信信号を形成する。該重み付け処理と時間遅延処理は
【数７２】
0004839182.tif 000073
【０１２５】
と等しい。
【０１２６】
このように、各マルチキャリアビーム形成器114は
【数７３】
0004839182.tif 000074
【０１２７】
個の送信信号を形成するため、
【数７４】
0004839182.tif 000075
【０１２８】
個のマルチキャリアビーム形成器114は
【数７５】
0004839182.tif 000076
【０１２９】
個の送信信号を形成する。ここで、各マルチキャリアビーム形成器114によって形成された
【数７６】
0004839182.tif 000077
【０１３０】
個の送信信号は、それぞれ
【数７７】
0004839182.tif 000078
【０１３１】
本の送信アンテナの中の一本のアンテナと対応する。
【数７８】
0004839182.tif 000079
【０１３２】
個のマルチキャリアビーム形成器114が出力した
【数７９】
0004839182.tif 000080
【０１３３】
個の送信信号の中で同一送信アンテナに対応する送信信号は、加算器グループ118中の対応する加算器により積み重ねられ、対応する送信信号を形成した後、サイクリックプレフィックス器グループ115中の対応するサイクリックプレフィックス器に入力され、該対応するサイクリックプレフィックス器により、入力された送信信号にサイクリックプレフィックスを挿入し、サイクリックプレフィックスが挿入された送信信号を送信RFリンクグループ116に送信する。サイクリックプレフィックス器グループ115中の
【数８０】
0004839182.tif 000081
【０１３４】
個のサイクリックプレフィックス器は全部で
【数８１】
0004839182.tif 000082
【０１３５】
個のサイクリックプレフィックスが挿入された送信信号を出力する。
【０１３６】
図９は、さらに送信RFリンクグループ116の具体構成を説明する。この送信RFリンクグループ116は、
【数８２】
0004839182.tif 000083
【０１３７】
個の並列送信RFリンクを含み、各送信RFリンクは直列に接続された変調器1161と、アップコンバータ1162と、電力増幅器1163とを含み、この電力増幅器は電力の大きい線形増幅器であっても良い。そのうち、該
【数８３】
0004839182.tif 000084
【０１３８】
個の送信RFリンクは、それぞれサイクリックプレフィックス器グループ115から出力された
【数８４】
0004839182.tif 000085
【０１３９】
個の送信信号を該当するRF信号に変換する。
【０１４０】
図１０は、本発明の送信側10のデュプレクサーグループ130を示す図である。そのうち、該デュプレクサーグループ130は
【数８５】
0004839182.tif 000086
【０１４１】
個の並列デュプレクサーを含む。各デュプレクサーは一本の対応する送信アンテナに接続され、かつ送信RFリンクグループ116と受信RFリンクグループ123に接続される。
【０１４２】
受信側20
説明を簡単にするため、ここに1つの受信側20のみを示す。
【０１４３】
図１１において、この受信側20は、マルチキャリア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、デュプレクサーグループ230と、
【数８６】
0004839182.tif 000087
【０１４４】
本のアンテナとを含む。
【０１４５】
そのうち、このマルチキャリア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。該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。
【０１４６】
該受信RFリンクグループ211は、受信したRF信号を該当する符号ストリームに復元し、MIMO受信信号プロセッサ212へ送信するための受信アンテナの数量
【数８７】
0004839182.tif 000088
【０１４７】
と同じの並列の受信RFリンク（図示せず）を有する。
【０１４８】
該MIMO受信信号プロセッサ212は、符号ストリームを最初のユーザデータに復元し、それを出力する。
【０１４９】
次に、異なるスケジューリング方法に基づいて、本発明のスケジューリングプロセスについて説明する。受信側20にとって、本発明のスケジューリングにおいて、複数のアンテナを有する各受信側20を、同じ数量の一本のアンテナを有する受信側20と考えても良い。したがって、各受信側20が一本のアンテナを有する場合を例として説明するが、各受信側20が複数のアンテナを有する場合にも応用できる。
【０１５０】
（第一スケジューリング方法）
各受信側20において、チャネルフェージング状況に基づいて、マルチキャリア受信信号プロセッサ210を介して受信信号を処理することにより、ユーザフィードバック情報を取得し、それをフィードバック情報プロセッサ220へ伝送する。そのうち、該ユーザフィードバック情報は、各サブキャリアにおいて該受信側にとって最良の送信ビームの組合せ
【数８８】
0004839182.tif 000089
【０１５１】
及びこの最良の送信ビーム組合せの各送信ビームに対応する信号対干渉比
【数８９】
0004839182.tif 000090
【０１５２】
を含む。
【数９０】
0004839182.tif 000091
【０１５３】
ここで、
【数９１】
0004839182.tif 000092
【０１５４】
は送信側のランダム複素数ベクトルを示し（公式（3）中の
【数９２】
0004839182.tif 000093
【０１５５】
に該当する）、
【数９３】
0004839182.tif 000094
【０１５６】
は送信側10と受信側20の間のチャネルフェージングマトリックスを示す。
【０１５７】
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に対して処理を行い、それをMIMO通信システムに適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、受信側20のアンテナを介して、フィードバックチャネルを通じて送信側10へフィードバックされる。
【０１５８】
送信側10のスケジューラー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。各受信側20は、各サブキャリアでの最良の送信ビームの組合せ
【数９４】
0004839182.tif 000095
【０１５９】
、及び最良の送信ビーム組合せの各送信ビームに対応する信号対干渉比
【数９５】
0004839182.tif 000096
【０１６０】
をフィードバックするので、スケジューリングプロセスは主に、
スケジューリングユーザリストSUと割当て済み送信ビームリストSBとを空きとするステップ（１）、
各サブキャリアに対して、
フィードバックされてきたすべての信号対干渉比
【数９６】
0004839182.tif 000097
【０１６１】
を比較して、最大信号対干渉比
【数９７】
0004839182.tif 000098
【０１６２】
を有するユーザを選出してスケジューリングユーザリストSUに記入し、対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストSBに記入するステップi)と、
フィードバックされてきたすべての信号対干渉比
【数９８】
0004839182.tif 000099
【０１６３】
を比較して、スケジューリングされなかったユーザの中から、最大信号対干渉比
【数９９】
0004839182.tif 000100
【０１６４】
を有するユーザを選出してスケジューリングユーザリストSUに記入し、対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストSBに記入するステップii)と、
ユーザスケジューリングが終わるまで、ステップi)とステップii)とを繰り返すステップiii)と
を繰り返すステップ（２）、及び
最後に、最終的にすべてのサブキャリアに対して生成されたスケジューリングユーザリストSUと割当て済み送信ビームリストSBとに基づいて、マルチキャリアMIMOデータプロセッサ110を制御して、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符号ストリームに分け、所定のサブキャリアの所定の送信ビームに割当て、送信アンテナから送出するようにするステップ（３）を含む。
【０１６５】
上記スケジューリングステップ(2)において、各サブキャリアについて、ある受信側20（ユーザ）において既にスケジューリングユーザリストSUに加入させており、最良の送信ビーム組合せの中のもう一つの送信ビームを選択した場合、該受信側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られない。このとき、該サブキャリアに対するスケジューリングは終わる。
【０１６６】
同時に、上記スケジューリングステップ(2)において、各サブキャリアに対して、該ユーザと対応する送信ビームが既に割当て済み送信ビームリストSBに加入された場合、該ユーザは再びスケジューリングされられない。このとき、該サブキャリアに対するスケジューリングは終わる。
【０１６７】
各受信側20が複数のアンテナを有する場合、各アンテナを一つの受信側（ユーザ）と想定すると、各受信側が複数のアンテナを有する場合のスケジューリング状況は、各受信側が一本のアンテナしかない場合のスケジューリング状況に近い。
【０１６８】
（第二スケジューリング方法）
本発明のマルチキャリアMIMO通信システムが各サブキャリアでの送信ビーム間の干渉を考慮し、かつスケジューリングしようとするユーザの数が固定された
【数１００】
0004839182.tif 000101
【０１６９】
個である場合、各受信側20において、チャネルフェージング状況に基づいて、マルチキャリア受信信号プロセッサ210により受信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、それをフィードバック情報プロセッサ220へ伝送する。そのうち、該ユーザフィードバック情報は、各サブキャリアで、該受信側20にとって最良の送信ビームの組合せ
【数１０１】
0004839182.tif 000102
【０１７０】
と、該最良の送信ビーム組合せ
【数１０２】
0004839182.tif 000103
【０１７１】
の各送信ビームに対応する信号対干渉比
【数１０３】
0004839182.tif 000104
【０１７２】
と、該受信側に対して干渉が最小の送信ビームの組合せ
【数１０４】
0004839182.tif 000105
【０１７３】
とを含む。ここで、各サブキャリアで、最良の送信ビーム組合せ
【数１０５】
0004839182.tif 000106
【０１７４】
の最良の送信ビームの数及び受信側に干渉が最小の（M-1）個の送信ビーム組合せ
【数１０６】
0004839182.tif 000107
【０１７５】
の送信ビームの数に対して、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この二つの組合せに含められることができない。
【数１０７】
0004839182.tif 000108
【０１７６】
ここで、Sは、各サブキャリアでの
【数１０８】
0004839182.tif 000109
【０１７７】
個のビームの中から(M-1)個の干渉の最小の異なるビームを選出するあらゆる可能性の集合を示す。
【０１７８】
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、それをMIMO通信システムに適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、受信側20のアンテナにより、フィードバックチャネルを介して送信側10へフィードバックされる。
【０１７９】
送信側10のスケジューラー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、各受信側20が、各サブキャリアでの最良の送信ビームの組合せ
【数１０９】
0004839182.tif 000110
【０１８０】
と、該最良の送信ビーム組合せ
【数１１０】
0004839182.tif 000111
【０１８１】
の各送信ビームに対応する信号対干渉比
【数１１１】
0004839182.tif 000112
【０１８２】
と、該受信側に対する干渉が最小の（M-1）個の送信ビームの組合せ
【数１１２】
0004839182.tif 000113
【０１８３】
とをフィードバックするので、スケジューリングプロセスは主に、
スケジューリングユーザリストSUと割当て済み送信ビームリストSBとを空きとするステップ（１）、
各サブキャリアに対して、
フィードバックされてきたすべての信号対干渉比
【数１１３】
0004839182.tif 000114
【０１８４】
を比較して、最大信号対干渉比
【数１１４】
0004839182.tif 000115
【０１８５】
を有するユーザを選出してスケジューリングユーザリストSUに記入し、対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストSBに記入するステップi)と、
スケジューリングユーザリストの中のユーザに対して、対応する組合せ
【数１１５】
0004839182.tif 000116
【０１８６】
の中から対応する干渉の最小の送信ビームを選出し、その後、該干渉の最小の送信ビームに基づいて、対応する最大の信号対干渉比のユーザを選出し、該ユーザをスケジューリングユーザリストに記入するとともに、該ユーザと対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストに記入するステップii)と、
該サブキャリアでのユーザスケジューリングが終わるまで、ステップi)とステップii)とを繰り返すステップiii)と
を繰り返すステップ（２）、及び
最後に、最終的にすべてのサブキャリアに対して生成されたスケジューリングユーザリストSUと割当て済み送信ビームリストSBとに基づいて、マルチキャリアMIMOデータプロセッサ110を制御して、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符号ストリームに分け、所定のサブキャリアの所定の送信ビームに割当て、送信アンテナから送出するようにするステップ（３）を含む。
【０１８７】
（第三スケジューリング方法）
本発明のマルチキャリア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対する影響を考慮した場合、各受信側20において、チャネルフェージング状況に基づいて、マルチキャリア受信信号プロセッサ210により受信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、それをフィードバック情報プロセッサ220へ伝送する。そのうち、このユーザフィードバック情報には、各サブキャリアで該受信側20にとって最良の送信ビームの組合せ
【数１１６】
0004839182.tif 000117
【０１８８】
と、該最良の送信ビーム組合せ
【数１１７】
0004839182.tif 000118
【０１８９】
で各送信ビームと対応する等価チャネルゲイン
【数１１８】
0004839182.tif 000119
【０１９０】
と、該受信側に対する干渉が最小である送信ビームの組合せ
【数１１９】
0004839182.tif 000120
【０１９１】
と、該組合せ
【数１２０】
0004839182.tif 000121
【０１９２】
で各送信ビームが該受信側に対する最良の送信ビームの性能損失比
【数１２１】
0004839182.tif 000122
【０１９３】
とが含まれる。
【数１２２】
0004839182.tif 000123
【０１９４】
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て、それをMIMO通信システムに適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、受信側20のアンテナからフィードバックチャネルを介して送信側10へフィードバックされる。
【０１９５】
送信側10のスケジューラー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。この時、各受信側20が、各サブキャリアでの最良の送信ビームの組合せ
【数１２３】
0004839182.tif 000124
【０１９６】
と、該組合せ
【数１２４】
0004839182.tif 000125
【０１９７】
で各送信ビームの等価チャネルゲイン
【数１２５】
0004839182.tif 000126
【０１９８】
と、該受信側に対する干渉が最小である送信ビーム組合せ
【数１２６】
0004839182.tif 000127
【０１９９】
と、該組合せ
【数１２７】
0004839182.tif 000128
【０２００】
での各送信ビームが該受信側に対する最良の送信ビームの性能損失比
【数１２８】
0004839182.tif 000129
【０２０１】
とをフィードバックするので、スケジューリングプロセスは主に、
スケジューリングユーザリストSUと割当て済み送信ビームリストSBとを空きとするステップ（1）、
各サブキャリアに対して、
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
【数１２９】
0004839182.tif 000130
【０２０２】
を比較して、最大等価チャネルゲイン
【数１３０】
0004839182.tif 000131
【０２０３】
を有するユーザを選出してスケジューリングユーザリストSUに記入し、対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストSBに記入するステップi)と、
スケジューリングユーザリストの中のユーザに対して、その対応する組合せ
【数１３１】
0004839182.tif 000132
【０２０４】
から対応する干渉が最小である送信ビームを選出し、その後、この干渉が最小である送信ビームに対応する最大信号対干渉比を有するユーザを選出するステップii)と、
フィードバックされてきた性能損失比
【数１３２】
0004839182.tif 000133
【０２０５】
に基づいて、該ユーザの加入がシステム容量を向上させたかどうかを判断し、該ユーザの加入がシステム容量を向上させた場合、該ユーザをスケジューリングユーザリストSUに記入し、該ユーザに対応する送信ビームを割当て済み送信ビームリストSBに記入し、該ユーザの加入がシステム容量を低下させた場合、該ユーザをスケジューリングユーザリストに記入せず、スケジューリングを完了させるステップiii)と、該ユーザが加入した後、該サブキャリアでのスケジューリングが終わるまでステップi)とiii)を繰り返すステップiv)と
を繰り返すステップ(2)、及び
最後に、最終的にすべてのサブキャリアに対して生成したスケジューリングユーザリストSUと割当て済み送信ビームリストSBとに基づいて、MIMOデータプロセッサ110を制御して、ユーザのデータストリームを独立する符号ストリームに分け、所定のサブキャリアの所定の送信ビームに割当て、送信アンテナから送信するステップ(3)を含む。
【０２０６】
したがって、この第三スケジューリング方法は、適応的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することができる。
【０２０７】
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から図１４までを参照すると、実際のチャネルにおいて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、サブキャリア数は
【数１３３】
0004839182.tif 000134
【０２０８】
であり、符号ストリーム数はL＝3であり、送信電力はP＝10である。
【０２０９】
図１２において、横座標はRicean因子
【数１３４】
0004839182.tif 000135
【０２１０】
を示し、縦座標は得られたチャネル容量を示す。送信側のアンテナ数が2、ユーザ数が32である場合、Ricean因子
【数１３５】
0004839182.tif 000136
【０２１１】
の増加につれ、チャネル容量が次第に低下し、参考文献1に開示された方法と従来ランダムガウス重み付け方法に比べて、本発明の通信方法は、チャネル容量の減少量が少なくて相対的に平坦である。
【０２１２】
図１３において、横座標はユーザ数を示し、縦座標は得られたチャネル容量を示す。Ricean因子
【数１３６】
0004839182.tif 000137
【０２１３】
が１０、送信側のアンテナ数が2である場合、参考文献1に開示された方法と従来ランダムガウス重み付け方法に比べて、本発明の通信方法は、ユーザ数の増加につれ、より大きいチャネル容量の増加量が取得できる。
【０２１４】
図１４において、横座標は送信側の送信アンテナ数を示し、縦座標は得られたチャネル容量を示す。ユーザ数が256である場合、参考文献1に開示された方法と従来ランダムガウス重み付け方法に比べて、本発明の通信方法は、送信アンテナ数の増加につれ、より大きいチャネル容量の増加量が取得できる。
【０２１５】
上記の比較からわかるように、本発明のマルチキャリア通信システムと通信方法が提供するチャネル容量は、参考文献1に開示された方法と従来ランダムガウス重み付け方法が提供するチャネル容量より大きい。
【０２１６】
以上述べたように、本発明のマルチキャリアMIMO通信システムと通信方法は、その時のチャネル状況、異なるフィードバック信号によって、ユーザスケジュールを行うことができ、システム制御の知能化及び通信安定性を向上させ、常に最大のシステム容量を維持した。最大のシステム容量の取得に加えて、本発明のマルチキャリアMIMO通信システムは新しいアルゴリズムを採用したので、従来のマルチキャリアMIMO通信システムが多くの擬似ランダム発生器を利用して多くのランダム数を発生するデメリットを解決するとともに、ランダムベクトルの連合確率密度関数を最適化することができ、アルゴリズムの難しさを向下させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】(a)と(b)は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際のシステム構成を示す図である。
【図２】(a)はチャネル状況が良好のときのチャネルゲインを示し、(b)はチャネルにラインオブサイト（Line  Of  Sight、LOS）が存在するときのチャネルゲインを示し、(c)はシステムがスロー・フェージング状態にあるときのチャネルゲインを示す。
【図３】従来のMIMO通信システムでマルチキャリアランダムビームの成形を実現する装置を示す図である。
【図４】本発明のランダム送信ビームの成形に基づくマルチキャリアMIMO通信システムのブロック図である。
【図５】図４に示すマルチキャリア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】本発明のマルチキャリアMIMO通信システムが採用するフレームの構造を示す図である。
【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に示すマルチキャリアビーム形成器114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成を示す図である。
【図１０】本発明の送信側10のデュ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側20の構成を示す図である。
【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。
【図１３】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。
【図１４】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】
【０２１８】
10…送信側、20…受信側、110…マルチキャリアMIMOデータプロセッサ、120…マルチキャリアＭＩＭＯスケジューラー、130…デュプレクサーグループ、210…マルチキャリア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…デュプレクサーグループ、111…ユーザセレクター、112…分流器、113…キャリアビーム割当器、114…マルチキャリアビーム形成器、116…送信ＲＦリンクグループ、117…ランダムベクトル発生器、118…加算器グループ、121…スケジューラー、122…MIMO受信信号プロセッサ、123…受信ＲＦリンクグループ、211…受信ＲＦリンクグループ、212…MIMO受信信号プロセッサ、221…MIMO送信信号プロセッサ、222…送信ＲＦリンクグループ、1141…IFFT変調器、1142…乗算器、1143…時間遅延器、115…サイクリックプレフィックス器グループ、1161…変調器、1162…アップコンバータ、1163…電力増幅器、
【図１】
0004839182.tif 000138
【図２】
0004839182.tif 000139
【図３】
0004839182.tif 000140
【図４】
0004839182.tif 000141
【図５】
0004839182.tif 000142
【図６】
0004839182.tif 000143
【図７】
0004839182.tif 000144
【図８】
0004839182.tif 000145
【図９】
0004839182.tif 000146
【図１０】
0004839182.tif 000147
【図１１】
0004839182.tif 000148
【図１２】
0004839182.tif 000149
【図１３】
0004839182.tif 000150
【図１４】
0004839182.tif 000151