(57)【要約】【課題】  空間相関度に強靭な固有値基盤のスケジューリング方法及び装置に関する。【解決手段】  使用者の端末は複数の送信アンテナらから使用者の端末へのチャンネル特性を推定し、推定されたチャンネル特性を受信側のチャンネル特性とチャンネル利得と送信側のチャンネル特性に分解し、この送信側のチャンネル特性によって最大の値を有する送信側最適の固有ベクトルを基地局にフィードバックする。基地局は前記端末らからフィードバックされた最適の固有ベクトルらを利用して最も相関度が少ない所定個数の使用者の端末らを選択し、前記選択された端末らの最適の固有ベクトルらを組み合わせて使用者前置符号化行列を構成して、前記選択された使用者の端末らのためのデータストリームに前記使用者前置符号化行列を掛けて前記複数の送信アンテナらを通じて送る。【選択図】  図６
2005057778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナらを使用してそれぞれ複数の受信アンテナらを有する複数の使用者の端末らをサービスする移動通信基地局をアクセスする使用者の端末がデータ送信のスケジューリングのためのフィードバック情報を送る方法において、
複数の送信アンテナらから使用者の端末へのチャンネル特性を推正する過程と、
前記推定されたチャンネル特性を受信側のチャンネル特性とチャンネル利得と送信側のチャンネル特性に分解する過程と、
前記分解結果求められた送信側のチャンネル特性によって、最大の値を有する送信側の最適の固有ベクトルを基地局にフィードバックする過程と、を含むことを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記チャンネル特性を分解する過程は、
下記数式のように遂行される請求項１に記載の前記方法。
【数１】
2005057778.tif 000019
ここで、Ｈｋはｋ番目の使用者のチャンネル特性を示す行列であり、Ｕｋはｋ番目の使用者の受信側のチャンネル特性を示す行列であり、ｕｋ，iはi番目の副チャンネルの、送信側のチャンネル特性を意味するベクトルであり、Λｋはｋ番目の使用者のチャンネル利得を示す対角行列であり、λk，iはｉ番目の副チャンネルのチャンネル利得を意味する定数であり、Ｖｋはｋ番目の使用者の、送信側のチャンネル特性を示す行列であり、ｖｋ，ｉはｉ番目の副チャンネルの、送信側のチャンネル特性を意味するベクトルである。
【請求項３】
前記最適の固有ベクトルをフィードバックする過程は、前記ｖｋ，１を前記基地局にフィードバックする請求項２に記載の前記方法。
【請求項４】
前記基地局から受信される信号に、ｕｋ，１Ｈを掛けて所望のデータストリームを検出する過程をさらに含む請求項２に記載の前記方法。
【請求項５】
複数の送信アンテナらを使用してそれぞれ複数の受信アンテナらを有する複数の使用者の端末らをサービスする移動通信基地局で前記複数の使用者の端末らからフィードバックされた最適の固有ベクトルらを有して、前記使用者の端末らへのデータ送信をスケジューリングする方法において、
前記複数の使用者の端末らそれぞれからフィードバックされた最適の固有ベクトルらを利用して最も相関度が少ない所定個数の使用者の端末らを選択する過程と、
前記選択された使用者の端末らの、最適の固有ベクトルらを組み合わせて使用者の前置符号化行列を構成する過程と、
前記選択された使用者の端末らのためのデータストリームに前記使用者の前置符号化行列を掛けて前記複数の送信アンテナらを通じて送る過程と、を含むことを特徴とする前記方法。
【請求項６】
前記使用者の端末らを選択する過程は、
前記複数の使用者の端末らそれぞれに対して他の使用者との相関度が最も少ない一番目の使用者の端末を選択し、選択された使用者の端末を除きながら他の使用者との相関度が最も少ない使用者の端末らを順次に選択する請求項５に記載の前記方法。
【請求項７】
前記使用者の端末らを選択する過程は、
下記数式によって遂行される請求項６に記載の前記方法。
【数２】
2005057778.tif 000020
ここで、Ｍは前記選択された使用者の端末らの個数であり、Ｋは前記基地局を通じてサービス中である前記複数の使用者の、端末らの個数であり、ｄ１ないしｄＭは前記選択された使用者の端末らを区分するインデックスであり、ｖｄｋ，１はｄｋ番目の使用者の端末からフィードバックされた最適の固有ベクトルである。
【請求項８】
前記使用者の端末らを選択する過程は、
前記送信アンテナらの個数と同一な数の使用者の端末らを選択する請求項５に記載の前記方法。
【請求項９】
複数の送信アンテナらを使用してそれぞれ複数の受信アンテナらを有する複数の使用者の端末らをサービスする、移動通信基地局をアクセスするためにデータ送信のスケジューリングのためのフィードバック情報を送る使用者の端末の装置において、
複数の送信アンテナらから使用者の端末へのチャンネル特性を推正するチャンネル推定器と、
前記推定されたチャンネル特性を受信側のチャンネル特性とチャンネル利得と送信側のチャンネル特性で分解し、既に分解結果求められた送信側のチャンネル特性によって最大の値を有する送信側最適の固有ベクトルを基地局にフィードバックするチャンネル特性分析及び送信機と、を含むことを特徴とする前記装置。
【請求項１０】
前記チャンネルの特性分析及び送信機は、
下記数式によって前記チャンネル特性を分解する請求項９に記載の前記装置。
【数３】
2005057778.tif 000021
ここで、Ｈｋはｋ番目の使用者のチャンネル特性を示す行列であり、Ｕｋはｋ番目の使用者の受信側のチャンネル特性を示す行列であり、ｕｋ，ｉはi番目の副チャンネルの、送信側のチャンネル特性を意味するベクトルであり、Λkはｋ番目の使用者のチャンネル利得を示す対角行列であり、λk，iはｉ番目の副チャンネルのチャンネル利得を意味する定数であり、Ｖｋはｋ番目の使用者の送信側のチャンネル特性を示す行列であり、ｖｋ，ｉはｉ番目の副チャンネルの送信側のチャンネル特性を意味するベクトルである。
【請求項１１】
前記チャンネル特性分析及び送信機は、
前記ｖｋ，１を前記基地局にフィードバックする請求項１０に記載の前記装置。
【請求項１２】
前記基地局から受信される信号に、ｕｋ，１Ｈを掛けて所望のデータストリームを検出する復号器をさらに含む請求項１０に記載の前記装置。
【請求項１３】
複数の送信アンテナらを使用し、それぞれ複数の受信アンテナらを有する複数の使用者の端末らをサービスするために、前記複数の使用者の端末らからフィードバックされた最適の固有ベクトルらを有して前記使用者の端末らへのデータ送信をスケジューリングする基地局の装置において、
前記複数の使用者の端末らそれぞれからフィードバックされた最適の固有ベクトルらを利用して最も相関度が少ない所定個数の使用者の端末らを選択するスケジューラと、
前記選択された使用者の端末らの最適の固有ベクトルらを組み合わせて使用者の前置符号化行列を構成し、前記選択された使用者の端末らのためのデータストリームに前記使用者の前置符号化行列を掛けて前記複数の送信アンテナらを通じて送る前置符号化器と、を含むことを特徴とする前記装置。
【請求項１４】
前記スケジューラは、
前記複数の使用者の端末らそれぞれに対して、他の使用者との相関度が最も少ない一番目の使用者の端末を選択し、選択された使用者の端末を除きながら他の使用者との相関度が最も少ない使用者の端末らを順次に選択する請求項１３に記載の前記装置。
【請求項１５】
前記スケジューラは、
下記数式によって前記使用者の端末らを選択する請求項１４に記載の前記装置。
【数４】
2005057778.tif 000022
ここで、Ｍは前記選択された使用者の端末らの個数であり、Ｋは前記基地局を通じてサービス中である前記複数の使用者の端末らの個数であり、ｄ１ないしｄＭは前記選択された使用者の端末らを区分するインデックスであり、ｖｄｋ，１はｄｋ番目の使用者の端末からフィードバックされた最適の固有ベクトルである。
【請求項１６】
前記スケジューラは、
前記送信アンテナらの個数と同一な数の使用者の端末らを選択する請求項１３に記載の前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多重送受信アンテナを使用して多重使用者を支援する移動通信システムに関し、特に、空間相関度(Spatial Correlation)に強靭な固有値基盤(eigen-based)のスケジューリング方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の時分割(Time Division Multiplexing:ＴＤＭ)またはコード分割(Code Division Multiplexing:ＣＤＭ)移動通信システムは主に、音声主の低速データサービスのために開発されたから、高速のマルチメディア送信を要する次世代の移動通信システムには好適でない。高速送信を実現するためには、限定された周波数資源の使用效率性を向上させることができる技術開発が必須である。最近、これに対する解決策として提示されている代表的な技術として多重送受信アンテナを使用する、いわゆる多入多出(Multiple Input and Multiple Output:ＭＩＭＯ)と呼ばれる移動通信技術がある。
【０００３】
多重送受信アンテナシステムは複数の送受信アンテナらを使用して送受信機で適切な時空間信号処理技術を適用して周波数使用の效率性を向上させることで、制限された帯域幅で大きい送信率を達成することができる。達成可能な最大の送信率は信号が送信される移動チャンネルの容量と一致し、十分な数の伝達経路が存在する無線チャンネル(Radio Channel)の理論的な容量は近似的に送受信アンテナの数に比例するということが知られているところである。
【０００４】
単一アンテナの時分割移動通信システムでは、一つの周波数チャンネルを複数の時間スロットらで分けて使用するから、時間軸上でのチャンネルのみを使用する。反面に、多重送受信アンテナシステムは、送信機でチャンネル情報を要するか否かの可否にかかわらず、空間次元で多数の副チャンネル(sub-channel)を形成して同時にお互いに異なるデータを送ることができる。ここで、副チャンネルとは、複数の送信アンテナらそれぞれから受信機に向けるコードレス通信経路(Radio Path)を意味する。このような特徴のため、多重送受信アンテナシステムは、単一アンテナシステムに比較して増加された送信率を達成することができる。
【０００５】
現在まで多重送受信アンテナシステムに関する大部分の研究は、送信機と受信機がそれぞれ一つずつ存在する単一使用者システムでデータ送信效率を増加させるか、伝送誤りを減少させられる技術の開発に集中されて来た。しかし、実際に大部分の移動通信システムは多数の使用者の端末らが基地局からの信号を受信することができるように設計されなければならない。
【０００６】
多数の使用者の端末らそれぞれの地理的位置と周辺の電波環境はお互いに独立的なので、基地局と前記各使用者の端末ら間の無線チャンネルらもお互いに独立的である。したがって、特定の時間(すなわち、時間スロット)でデータを送るのに好適なチャンネル環境を有する使用者と、フェージングなどの影響でデータを送るのに不適合なチャンネル環境を有する使用者が同時に存在するようになることができる。このような独立的なチャンネル特性を考慮して基地局は、毎時間スロットごとに最適の使用者らに送信アンテナらをそれぞれ割り当てることでシステム容量を最大化するが、このような動作はスケジューリング(Scheduling)という。スケジューリングは使用者の端末らのチャンネル環境と送ろうとするデータの量、優先順位などの多様な事項らを考慮しなければならない非常に複雑な作業である。
【０００７】
図１は多重使用者環境でＭＩＭＯスケジューリングによる時間と空間の割り当てを示すものであり、図示すように毎時間スロットごとに４個のアンテナらはお互いに異なる４人の使用者らに割り当てられる。
ＭＩＭＯスケジューリングが使用される場合に主な論点は、基地局側では送信アンテナらをどのように割り当てるかであり、使用者の端末側では基地局からの信号をどのように検出しようかである。
【０００８】
図２は典型的なスケジューリング動作を遂行するＭＩＭＯ移動通信システムを示す構成図である。ここでは、全体Ｋ人の使用者らのなかで送信アンテナらの個数と同一にＭ個の使用者らを選択する動作を示す。
前記図２を参照すると、Ｋ人の使用者らが基地局を通じてデータサービス中であり、基地局は一つの時間スロット間にＭ個のアンテナら２２を通じてＭ人の使用者の端末ら４０、４２、４４に該当するデータを送る。(Ｍ≦Ｋ)すなわち、スケジューラ２０は毎時間区間ごとにＫ人の使用者バッファーら１０、１２、１４で最適のチャンネル環境を有するＭ人の使用者の端末ら４０、４２、４４のための使用者データを選択して該当するアンテナを通じて伝達する。
【０００９】
従来のスケジューリング技術では、データサービス中であるすべての使用者らからチャンネル情報としてアンテナ別の信号対雑音比(Signal to Noise Ratio:ＳＮＲ)がフィードバックされて、各送信アンテナを割り当てる最適の使用者らを選択する。基地局がＭ個の送信アンテナらを使用してそれぞれＮ個の受信アンテナらを使用するＫ人の使用者らにデータサービスを提供する場合、Ｋ番目の使用者が基地局にフィードバックする情報は次の数(5)のようである。
【００１０】
【数１】
2005057778.tif 000003
【００１１】
ここで、γi,jはｉ番目の送信アンテナからj番目の使用者間チャンネルのＳＮＲを示して、上付きＨはエルミート行列(Hermitian matrix)を示す。スケジューラ２０は次の数(6)のように各送信アンテナ別に最もＳＮＲが良い使用者を選択するようになる。
【００１２】
【数２】
2005057778.tif 000004
【００１３】
ここで、ｄｍはｍ番目のアンテナのために選択された使用者インデックスである。それでは、スケジューラ２０は前記選択された使用者らに送るデータＳd１、Ｓd２、．．．、Ｓｄｍを選択して空間多重化器（図示せず）を経ってＭ個の送信アンテナらに伝達する。
【００１４】
ｋ番目の使用者の端末は送信アンテナらからのチャンネル特性Ｈｋを推正して、これを利用してＺＦ(Zero-Forcing)のような検出アルゴリズムを通じて基地局によって送信されたデータＳｄｋを検出する。ＺＦ受信機はチャンネル特性を単純に逆変換(inversion)して、データを独立的に検出することで受信機の複雑度を減少させる。
【００１５】
Ｍ個の送信アンテナらを通じて送信されるデータストリームをＭ×１信号ベクトルであるとして、前記送信信号ベクトルが受信端に受信される前に経るようになる移動通信チャンネル３０の特性行列をＨであるとする時、Ｎ個の受信アンテナらを有する受信端で受信されるＮ×１信号ベクトルｒは下記の数(7)のようである。
【００１６】
【数３】
2005057778.tif 000005
【００１７】
ここで、wはガウス雑音(Gaussian Noise)を示すものであり、受信端の各アンテナに誘起されるのでＮ×１ベクトルになる。チャンネル特性行列Ｈは、送信端でＭ個のアンテナらを使用してＮ個の受信アンテナらを有する使用者の端末に信号を送信する時、送信アンテナらから送信された信号らがそれぞれ異なる経路を経ってそれぞれ異なる受信アンテナに受信されるので、Ｎ×Ｍ行列になる。
【００１８】
ところで、チャンネル間の空間相関度が高い、例えば送信アンテナら間の間隔が広い場合に、チャンネル特性行列のランク(Rank)が減少するようになって逆行列が存在しないか、存在しても逆行列の各成分らが非常に大きい値を有するようになる。ここで、行列のランクとは、相互独立的な列らの対らの個数を示すものである。
【００１９】
ｍ番目の送信アンテナから送信されてｋ番目の使用者に受信された信号ベクトルをrkであるとすると、ｋ番目の使用者は次の数(8)によってデータを検出する。
【００２０】
【数４】
2005057778.tif 000006
【００２１】
ここで、sＫ、Ｍは送信されたデータであり、数(9)は検出されたデータであり、ｎｋはｋ番目の使用者に流入される雑音ベクトルである。したがって、数(10)の分散(variance)は数(11)になるが、空間相関度(spatial correlation)が高くなって、チャンネル特性行列の逆行列成分らの値が大きくなるようになれば、これにより雑音の影響が増加されることを分かる。
【００２２】
図３は従来の技術によるスケジューリング動作時の空間相関度が増加することによるエルゴード容量(ergodic capacity)を示すものである。前記図３はそれぞれ４個の送信及び受信アンテナらが使用されて使用者らの数は５０人であり、ＳＮＲは２０ｄＢである環境でのシミュレーション結果を示すものである。図示のように、従来のスケジューリング方法では、空間相関度が高くなるほど、検出された信号に含まれる雑音の電力が増加されてシステムの性能が急激に落ちるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、多重送受信アンテナを使用して多重使用者をサービスする移動通信システムでチャンネル間の空間相関度が高い場合に雑音による影響を減少させるためのスケジューリング方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、多重送受信アンテナを使用して多重使用者をサービスする移動通信システムで空間的な相関度に強靭な固有値基盤のスケジューリング方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような目的を達成するために、本発明の第１見地による一実施例によれば、複数の送信アンテナらを使用してそれぞれ複数の受信アンテナらを有する複数の使用者の端末らをサービスする移動通信基地局をアクセスする使用者の端末が、データ送信のスケジューリングのためのフィードバック情報を送る方法において、複数の送信アンテナらから使用者の端末へのチャンネル特性を推正する過程と、前記推定されたチャンネル特性を受信側のチャンネル特性とチャンネル利得と送信側のチャンネル特性で分解する過程と、前記分解の結果で求められた送信側のチャンネル特性によって最大の値を有する送信側の最適の固有ベクトルを基地局にフィードバックする過程と、を含むことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の第２見地による一実施例によれば、複数の送信アンテナらを使用してそれぞれ複数の受信アンテナらを有する複数の使用者の端末らをサービスする移動通信基地局で前記複数の使用者の端末らからフィードバックされた最適の固有ベクトルらを有して、前記使用者の端末らへのデータ送信をスケジューリングする方法において、前記複数の使用者の端末らそれぞれからフィードバックされた最適の固有ベクトルらを利用して最も相関度が少ない所定個数の使用者の端末らを選択する過程と、前記選択された使用者の端末らの、最適の固有ベクトルらを組み合わせて使用者前置符号化行列を構成する過程と、前記選択された使用者の端末らのためのデータストリームに前記使用者前置符号化行列を掛けて前記複数の送信アンテナらを通じて送る過程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上で詳しく説明したように動作する本発明において、開示される発明のうち代表的なものによって得られる效果を簡単に説明すると次のようになる。
本発明は、大きい空間的な相関度を有する無線環境で最適の固有値を利用して、最も良いチャンネルを有する使用者らを選択することができるし、簡単なベクトル積でデータ検出が可能であるから、受信機の構成を簡単にさせる。また、常に一定数の使用者らの通話を保障するから公正性(fairness)問題を惹起させない。さらに、本発明は活性使用者らの数を制限して干渉の影響を減らし、送信電力を集中してセル容量を大きく向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
【００２８】
後述される本発明は、多重送受信アンテナを使用して多重使用者をサービスする移動通信システムで送信量増加のために最適のスケジューリングを遂行するものである。すなわち、本発明による使用者の端末らは、基地局の送信アンテナらからの受信アンテナらへのチャンネル特性を示すチャンネル特性行列のうちで最も良いチャンネル特性を示す最適の固有ベクトル(principal eigen vector)のみを基地局に報告する。また、本発明による基地局は、データサービス中であるすべての使用者の端末らからチャンネル特性行列の最適の固有ベクトルをフィードバックされて、最小の相関度を有する使用者の端末らを選択する。
【００２９】
図４は、本発明の一実施例によって多重使用者のためのスケジューリング動作を遂行する移動通信システムの構成図である。ここでは、全体Ｋ人の使用者らのうちで送信アンテナらの個数と同一にＭ個の使用者らを選択する動作を示すが、選択される使用者らの数は送信アンテナらの個数と無関にＫより小さな範囲内で選択可能なことに留意しなければならない。
【００３０】
前記図４を参照すると、Ｋ人の使用者らが基地局を通じてデータサービス中であり、基地局１００は一つの時間スロット間にＭ個のアンテナらを通じてＭ人の使用者の端末ら１４０、１５０、１６０に該当するデータを送る。(Ｍ≦Ｋ)すなわち、スケジューラ１２０は毎時間の区間ごとにＫ人の使用者バッファーら１１０、１１２、１１４で最適のチャンネル環境を有するＭ人の使用者の端末ら１４０、１５０、１６０でなされた使用者の組合を選択し、前記使用者組合のための使用者データを選択する。そうすると、前置符号器(Precoder)１２２は前記選択された使用者データに対して送信側のチャンネル特性をあらかじめ補償して送る。
【００３１】
Ｍ個のアンテナら１２４を通じて送信される信号は各アンテナ別にお互いに異なるチャンネル環境を経ってＭ個の端末ら１４０、１５０、１６０に到逹する。前記使用者の端末ら１４０、１５０、１６０それぞれは受信される信号に該当する受信側のチャンネル特性を示す情報ストリームである固有ベクトル(eigen vector)を掛けて元々の使用者データを復元する。
【００３２】
以上のように、基地局で使用者データをあらかじめ補償して使用者の端末らが使用者データを復元するためには、すべての使用者の端末らで基地局の送信アンテナら１２４からのチャンネル特性らを推正して推定された情報を基地局に報告しなければならない。
【００３３】
送信アンテナらからすべてのＫ個の、使用者の端末らそれぞれへのチャンネル特性を示すチャンネル特性行列Ｈｄ１、Ｈｄ２、．．．、ＨｄＫは、使用者の端末らがＮ個の受信アンテナらを使用する場合にＮ×Ｍ行列で示される。知られた単一分解(singular decomposition)理論によると、チャンネル特性行列は無線チャンネルの利得(行列Λで表記する)と送信側のチャンネル特性(行列Ｖで表記する)及び受信側のチャンネル特性(行列Ｕで表記する)で分離することができる。便宜上、送信及び受信アンテナらの個数が同じであるとする時、ｋ番目の使用者の端末のチャンネル特性行列は次の数(12)のように表現される。
【００３４】
【数５】
2005057778.tif 000007
【００３５】
ここで、ｕｋ，ｉはi番目の副チャンネルの、受信側のチャンネル特性を意味するＭ×１ベクトルであり、ｖｋ、ｉはi番目の副チャンネルの、送信側のチャンネル特性を意味する Ｍ×１ベクトルである。Λｋはi番目の副チャンネルのチャンネル利得を意味するＫ個のλｋ、ｉでなされるＭ×Ｍ対角(diagonal)行列としてデータの意味に影響を及ぼさないので、送信端や受信端で補償を遂行する必要がない。
【００３６】
使用者の端末らそれぞれは推正したチャンネル特性を示すチャンネル特性行列を前記数５のように分解して求めた送信側のチャンネル特性行列ｖｋのうちで最も良好な特性を示す、すなわち最大の固有ベクトルのみを基地局に報告する。これは基地局に使用者の端末らに対して最も良好な特性を有する端末のみを選択するようにために、他のチャンネル特性は基地局に知られる必要がないからである。送信側のチャンネル特性行列ｖｋは測定されたチャンネル特性らそれぞれを良好な順に並べて構成されるものであるために、最適の固有ベクトルは一番目の構成要素であるｖｋ，１になる。
【００３７】
そうすると、基地局のスケジューラはＫ個の使用者の端末らから受信される最適の固有ベクトルらｖ１，１、ｖ２，１、・・・、ｖK，１を利用して最も相関度(correlation)が少ない使用者の組合を選択することで、スケジューリングを遂行する。i番目の使用者とj番目の使用者との間の相関度は下記の数(13)のように示される。
【００３８】
【数６】
2005057778.tif 000008
【００３９】
一般に、ＫはＭより非常に大きくなるために、全体検索(full search)によって使用者組合を選択することは多くの演算量を要求するようになる。本発明によるスケジューラは、以下で説明する手続きによって反復的に(iterative)使用者らを選択する。
先ず、一番目の使用者は、Ｋ人の使用者らのうちで最小の相関度を有する使用者で次の数(14)によって選択される。
【００４０】
【数７】
2005057778.tif 000009
【００４１】
ここで、mink (．)とは、カッコのなかの数式を最小にするｋ番目の使用者を選択するという意味である。すなわち、一番目の使用者は他のすべての使用者らとの相関度を考慮して選択される。
【００４２】
二番目の使用者は次の数(15)のような手続きによって選択される。
【００４３】
【数８】
2005057778.tif 000010
【００４４】
二番目の使用者は、一番目に選択された使用者を除いた残りの使用者らとの相関度を考慮して選択される。そうすると、三番目以後の使用者らは次の数(16)のようにすでに選択された使用者らを除いた残りの使用者らとの相関度を考慮して選択される。
【００４５】
【数９】
2005057778.tif 000011
【００４６】
スケジューラ１２０は、前記選択されたＭ個の使用者の端末ら１４０、１５０、１６０に送ろうとするデータストリームをベクトルｓ=[ｓｄ１、ｓｄ２、・・・、ｓｄＭ]Ｔの形態で構成して前置符号器１２２に出力すると同時に前記選択されたＭ個の使用者の端末ら１４０、１５０、１６０に該当するＭ個の最適の固有ベクトルらを前置符号器１２２に提供する。
【００４７】
前置符号器１２２は、前記Ｍ個の最適の固有ベクトルらを組み合わせてＭ×Ｍ使用者前置符号化行列(user precoding matrix)を構成し、これを利用して送信側のチャンネル特性をあらかじめ補償する。すなわち、前置符号器１２２は前記データベクトルに前記使用者の前置符号化行列Ｖ=[ｖｄ１，１、ｖｄ２，１、・・・、ｖｄＭ，１]を掛けて下記の数(17)のような送信信号ベクトルｘを生成する。前記送信信号ベクトルｘは所定の拡散コードによって拡散した後、送信アンテナらを通じて放射される。
【００４８】
【数１０】
2005057778.tif 000012
【００４９】
ここで、データベクトルsは選択されたＭ個のデータシンボルらで構成されるＭ×１ベクトルであり、dmは選択されたＭ個の使用者の、端末らの識別子であり、使用者の前置符号化行列ＶはＭ個のＭ×１ベクトルらｖｄ１，１、ｖｄ２，１、・・・、ｖｄＭ，１で構成されるＭ×Ｍ行列である。また、Ｅｓは送信端の電力対雑音比であり、Ｍは送信アンテナらの個数である。
【００５０】
選択されたＭ個の使用者の端末ら１４０、１５０、１６０のうちｄｍ番目の使用者の端末が基地局の送信アンテナらから受信した受信信号ベクトルは次の数(18)のようである。
【００５１】
【数１１】
2005057778.tif 000013
【００５２】
ここで、ｎｄｍは送信アンテナら１２４からｄｍ番目の使用者の端末へのチャンネルで発生するガウス雑音を示すベクトルであり、λdmは送信アンテナら１２４からｄｍ番目の使用者の端末のチャンネル特性行列に対する固有値(eigen value)を示す定数である。ここで、固有値とは、それぞれの固有ベクトル方向(副チャンネルに相当する)へのチャンネル利得を示すようになる。チャンネル特性行列Ｈは、送信端でＭ個のアンテナらを使用してＮ個の受信アンテナらを有する使用者の端末に信号を送信する時、送信アンテナらから送信された信号らがそれぞれ異なる経路を経って、それぞれ異なる受信アンテナらに受信されるのでＮ×Ｍ行列になる。前記数(18)で最後の式の二番目項（数(19)）は他の使用者らによって惹起される干渉を示す。
【００５３】
図５は前記受信信号から使用者データを検出するための使用者の端末のより詳細な構成を示すものである。
前記図５を参照すると、ｄｍ番目の使用者の、端末のチャンネル推定器１４４は受信アンテナらを通じて受信された信号らを有して、送信アンテナらから受信アンテナらへのチャンネル特性を推正し、チャンネル特性分析及び送信機１４６は前記推定されたチャンネル特性情報によって送信側のチャンネル特性を示す最適の固有ベクトルｖｄｍ、１を求めて基地局にフィードバックする一方、受信側のチャンネル特性を示す最適の固有ベクトルｕｄｍ、１Ｈを求めて復号器１４２に提供する。
【００５４】
復号器１４２では前記受信信号ベクトルに受信側のチャンネル特性を示すベクトルｕｄｍ，１Ｈを掛けて次の数(20)のように基地局で送ったデータを検出する。
【００５５】
【数１２】
2005057778.tif 000014
【００５６】
ここで、数(21)は数(22)を示し、i番目の使用者の端末とj番目の使用者の端末との最適の固有ベクトルら間の相関度を意味するものであり、基地局のスケジューラ１２０が相関度を最小化する使用者らを選択して送ることで最小化される。
【００５７】
図６は、本発明によって最適の固有ベクトルを利用する送信、すなわち固有モード送信(Eigen-mode Transmission)を示す概念図である。図６に示すように、基地局の前置符号化器によってデータに掛けられた使用者の前置符号化行列ＶはＭＩＭＯチャンネルを経りながら送信側のチャンネル特性ＶＨを相殺させ、受信側のチャンネル特性Ｕは使用者の端末の復号器によって受信信号に受信側最適の固有ベクトルＵＨを掛けることで相殺される。
【００５８】
以上で説明した本発明によるスケジューリングは、基地局と使用者との間のチャンネル特性行列の逆(inversion)を求めなくても、データの送受信が可能である。以下、本発明と従来技術の性能をセル容量(cell capacity)の観点で比べると次のようである。
【００５９】
理想的な受信機を使用する場合、単一使用者の付加白色ガウス雑音(Additive White Gaussian Noise:ＡＷＧＮ) ＭＩＭＯ(Multiple Input and Multiple Output)システムのセル容量は次の数(23)のようである。
【００６０】
【数１３】
2005057778.tif 000015
【００６１】
ここで、Ｃｋはｋ番目の使用者のセル容量であり、ｄｅｔ|.|は正方行列の行列式(Determinant)を意味するものであり、ＩＮは大きさＮの恒等行列であり、Ｅｓは送信機の電力対雑音比であり、Ｎｏはガウス雑音であり、Ｍは送信アンテナらの個数であり、Ｈｋは送信アンテナらからｋ番目の使用者へのチャンネル特性を示す特性行列であり、λｍはＨｋの固有値(eigen value)である。チャンネル特性行列でｍ番目の固有値はｍ番目の副チャンネルのチャンネル利得になる。
【００６２】
ＭＩＭＯシステムの受信機で、受信機の複雑度を減少させるために性能の劣化を堪えながらＺＦ(Zero Forcing)技術を使用するようになる場合、セル容量は次の数(24)のように示される。
【００６３】
【数１４】
2005057778.tif 000016
【００６４】
そうすると、従来技術によるスケジューリング技法を使用する場合、セル容量は次の数(25)のようになる。
【００６５】
【数１５】
2005057778.tif 000017
【００６６】
一方、本発明によるスケジューリング技法を使用する場合、セル容量は次の数(26)のようである。
【数１６】
2005057778.tif 000018
【００６７】
ここで、λdmはｄｍ番目の使用者に対するチャンネル利得である。前記数(26)を前記数(25)と比べると干渉信号による影響が加えられていることを分かる。しかし、空間相関度が高くなるほど干渉信号の影響に比較してチャンネル利得λdmの値が増加するから、本発明は理想的な受信機を使用する場合のセル容量に近接するようになる。
【００６８】
図７と図８は、本発明によるスケジューリング動作のセル容量とビットエラー率(Bit Error Rate:ＢＥＲ)を従来の技術と比べたグラフである。これはそれぞれ４個の送信及び受信アンテナらを使いながらスケジューラで２人の使用者らを選択し、全体使用者らの数がそれぞれ５０人と１００名である場合に対するシミュレーション結果を示すものである。一般に、各使用者らの受信機近所には十分な散乱(scattering)が存在するから、受信アンテナら間には独立的なチャンネルを保障したし、基地局の送信アンテナら間にはＤＯＡ(Degree of Arrival)=０(degree)、拡散角(angle spread)=１５(degree)である空間相関度を付与した。
【００６９】
前記図７は、Ｅｓ/Ｎｏ=２０ｄＢである場合、セル容量の累積密度関数(Cumulated Density Function:ＣＤＦ)を示すものである。図７に示すように本発明は、使用者が５０名である場合にエルゴード容量は６．２ｂｐｓ/Ｈｚ、使用者が１００名である場合エルゴード容量は５．８５ｂｐｓ/Ｈｚ程度の利得を得ている。
【００７０】
また、前記図８を参照すると、本発明は要求されるビットエラー率が１０-３である場合に１２ｄＢ以上の利得を得ていることを分かる。
【００７１】
以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限るものでなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】多重使用者環境でＭＩＭＯスケジューリングによる時間と空間の割り当てを示す図。
【図２】典型的なスケジューリング動作を遂行するＭＩＭＯ移動通信システムを示す構成図。
【図３】従来の技術によるスケジューリング動作時の空間相関度が増加するによるエルゴード容量を示す図。
【図４】本発明の一実施例によって多重使用者のためのスケジューリング動作を遂行する移動通信システムの構成図。
【図５】前記受信信号から使用者データを検出するための使用者の端末のより詳細な構成を示す図。
【図６】本発明によって最適の固有ベクトルを利用する送信、すなわち固有モード送信を示す概念図。
【図７】本発明によるスケジューリング動作のセル容量とビットエラー率(ＢＥＲ)を従来の技術と比べたグラフ。
【図８】同じく、本発明によるスケジューリング動作のセル容量とビットエラー率(ＢＥＲ)を従来の技術と比べたグラフ。
【符号の説明】
【００７３】
１００    基地局
１１０、１１２、１１４    使用者バッファー
１２０    スケジューラ
１２２    前置符号器
１２４    Ｍ個のアンテナ
１４０、１５０、１６０    使用者の端末
１４２    復号器
１４４    チャンネル推定器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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