(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上りリンクにマルチキャリアを用いるＭＩＭＯシステムにおいて、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を複数のユーザに割り当てる方法であって、
選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定するステップ１０と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得するステップ１１と、
ステップ１１で取得した前記各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てるステップ１２と
を含み、
ステップ１０において、前記優先度因子は、各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
【数１】
0005222746.tif 000088
であり、ここでｋはユーザインデックスｋ＝１，２・・・，Ｋであり、Ｋが前記システムにおける選択されたユーザ数を示し、
ステップ１０において、
【数２】
0005222746.tif 000089
がユーザｋのチャネル相互情報量関数を示し、前記目標関数は、
【数３】
0005222746.tif 000090
で示され、
前記ステップ１１において、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を初期化するステップ１１０と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]に対する勾配
【数４】
0005222746.tif 000091
を算出し、反復公式
【数５】
0005222746.tif 000092
に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を更新し、ここで
【数６】
0005222746.tif 000093
は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数７】
0005222746.tif 000094
は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数８】
0005222746.tif 000095
は更新前の前記目標関数がＢ[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数であるステップ１１１と、
所定の反復回数Ｎiterになるまでステップ１１１を繰り返し、各ユーザのビーム合成ベクトル行列
【数９】
0005222746.tif 000096
，ｋ＝１，２・・・，Ｋを取得するステップ１１２と、
各ユーザの
【数１０】
0005222746.tif 000097
に基いて、該ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、ステップ１１５を実行し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、ステップ１１４を実行するステップ１１３と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対し、該ユーザの各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
【数１１】
0005222746.tif 000098
のビーム合成ベクトルを調整してステップ１１５を実行するステップ１１４と、
各ユーザの
【数１２】
0005222746.tif 000099
に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、ステップ１１７を実行し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、ステップ１１６を実行するステップ１１５と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
【数１３】
0005222746.tif 000100
に基いて特定し、前記ユーザ
【数１４】
0005222746.tif 000101
のビーム合成量をゼロとするように設置し、ステップ１１１に戻るステップ１１６と、
各ユーザの
【数１５】
0005222746.tif 000102
に基いて、各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得するステップ１１７と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
上りリンクにマルチキャリアを用いるＭＩＭＯシステムにおいて、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を複数のユーザに割り当てる装置であって、
各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大値とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部と
を含み、
前記目標関数設定部は、更に、
選択された各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
【数１６】
0005222746.tif 000103
で示される優先度因子と相互情報量関数との積を加算することで、前記目標関数の値を得て、
前記処理部には、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を初期化する初期化部と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]に対する勾配
【数１７】
0005222746.tif 000104
を算出し、反復公式
【数１８】
0005222746.tif 000105
に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を更新し、ここで
【数１９】
0005222746.tif 000106
は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数２０】
0005222746.tif 000107
は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数２１】
0005222746.tif 000108
は更新前の前記目標関数がＢ[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である反復計算部と、
前記反復計算部によって所定の反復回数Ｎiterになるまで繰り返して得た各ユーザのビーム合成ベクトル行列
【数２２】
0005222746.tif 000109
，ｋ＝１，２・・・，Ｋに基いて、各ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、第２の判断部を起動し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、電力調整部を起動する第１の判断部と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザが各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
【数２３】
0005222746.tif 000110
のビーム合成ベクトルを調整して第２の判断部を起動する電力調整部と、
各ユーザの
【数２４】
0005222746.tif 000111
に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、無線資源取得部を起動し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、行列調整部を起動する第２の判断部と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
【数２５】
0005222746.tif 000112
に基いて特定し、前記ユーザ
【数２６】
0005222746.tif 000113
のビーム合成量をゼロとするように設置し、前記反復計算部を起動する行列調整部と、
前記第２の判断部に起動された後に、各ユーザの
【数２７】
0005222746.tif 000114
に基いて、各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する無線資源取得部と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
複数のユーザに無線資源を割り当てる無線資源割り当て装置を含む、上りリンクマルチキャリアＭＩＭＯシステムの基地局であって、
前記無線資源割り当て装置には、
前記システムに収容されているすべてのユーザ中から、あらかじめ定められた選択アルゴリズムに従ってユーザグループを選択するユーザ選択部と、
選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを、目標関数としてを設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数を最大とするときに各ユーザに割り当てる無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応する無線資源に基いて、無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部と
を含み、
前記目標関数設定部は、更に、
選択された各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
【数２８】
0005222746.tif 000115
で示される優先度因子と相互情報量関数との積を加算することで、前記目標関数の値を得て、
前記処理部には、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を初期化する初期化部と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]に対する勾配
【数２９】
0005222746.tif 000116
を算出し、反復公式
【数３０】
0005222746.tif 000117
に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を更新し、ここで
【数３１】
0005222746.tif 000118
は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数３２】
0005222746.tif 000119
は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数３３】
0005222746.tif 000120
は更新前の前記目標関数がＢ[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である反復計算部と、
前記反復計算部によって所定の反復回数Ｎiterになるまで繰り返して得た各ユーザのビーム合成ベクトル行列
【数３４】
0005222746.tif 000121
，ｋ＝１，２・・・，Ｋに基いて、各ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、第２の判断部を起動し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、電力調整部を起動する第１の判断部と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザが各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
【数３５】
0005222746.tif 000122
のビーム合成ベクトルを調整して第２の判断部を起動する電力調整部と、
各ユーザの
【数３６】
0005222746.tif 000123
に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、無線資源取得部を起動し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、行列調整部を起動する第２の判断部と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
【数３７】
0005222746.tif 000124
に基いて特定し、前記ユーザ
【数３８】
0005222746.tif 000125
のビーム合成量をゼロとするように設置し、前記反復計算部を起動する行列調整部と、
前記第２の判断部に起動された後に、各ユーザの
【数３９】
0005222746.tif 000126
に基いて、各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する無線資源取得部と
を含むことを特徴とする基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおいて上りリンクの無線資源割当技術分野に関し、特に、マルチユーザマルチキャリア多入力多出力システムの無線資源割当方法、装置及び基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
将来の無線通信システムには、より高い情報伝送速度と通信品質が要求される。限られた周波数スペクトル資源に該目標を実現するには、多入力多出力（ＭＩＭＯ、Ｍｕｌｔｉ‐ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ‐Ｏｕｔｐｕｔ）技術が将来の無線通信に用いられる欠かせない手段の一つとなっている。
【０００３】
ＭＩＭＯシステムにおいて、送信側は、ビーム合成ベクトルに基づいて複数アンテナの信号送信を制御し、受信側は、複数のアンテナを利用して信号を受信する。研究結果によると、伝統的なシングルアンテナ伝送方法と比べ、ＭＩＭＯ技術のほうがチャネルキャパシティを大幅に向上し、情報伝送速度を向上することができる。
【０００４】
無線多元接続（ＭＡ、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃeｓｓ）分野（上りリンク）において、ユーザ端末（ＵＥ）の無線資源割当（ＲＲＡ、Ｒａｄｉｏ‐Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）は、システム全体性能に影響を与えるキーポイントである。無線システムの場合、高データレートの応用に有利となるために、システムの総的スループットを向上させると共に、ユーザ公平仕組みによって伝送遅延への需要を満足させる必要がある。ＭＩＭＯシステムにおいて、異なるサブキャリア上のサブチャネルは経時変化してあり、且つ異なる空間にある基地局が受信したセル間干渉の、各ユーザの信号品質に対する影響が異なる。また、上りリンクデータ（データキュー長さ）の特性に基づき、異なるタイムスロットにおけるユーザの要求も変化している。従って、如何にユーザデータ伝送遅延の低下（ユーザ公平性の保証）及びシステムの総的スループットの最大化を同時に実現するかは、システムの設計にとって厳しい挑戦となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術課題は、上りリンクのマルチユーザマルチキャリアＭＩＭＯシステムの無線資源割当方法、装置及び基地局を提供し、現実的な制限条件下においてＭＩＭＯシステムのユーザに対して無線資源を割当て、ユーザの公平性を保証すると共にシステムの総的スループットの最大化を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術課題を解決するために、本発明は次の技術案を提供する。
【０００７】
上りリンクにマルチキャリアを用いるＭＩＭＯシステムにおいて、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を複数のユーザに割り当てる方法であって、
選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定するステップ１０と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得するステップ１１と、
ステップ１１で取得した前記各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てるステップ１２とを含む。
【０００８】
本発明による方法の前記ステップ１０において、前記優先度因子は、各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
【数１】
0005222746.tif 000002
であり、ここでｋはユーザインデックスｋ＝１，２・・・，Ｋであり、Ｋが前記システムにおける選択されたユーザ数を示す。
【０００９】
本発明による方法の前記ステップ１０において、
【数２】
0005222746.tif 000003
がユーザｋのチャネル相互情報量関数を示し、前記目標関数は、
【数３】
0005222746.tif 000004
で示される。
【００１０】
本発明による方法の前記ステップ１１において、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を初期化するステップ１１０と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]に対する勾配
【数４】
0005222746.tif 000005
を算出し、反復公式
【数５】
0005222746.tif 000006
に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を更新し、ここで
【数６】
0005222746.tif 000007
は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数７】
0005222746.tif 000008
は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数８】
0005222746.tif 000009
は更新前の前記目標関数がＢ[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数であるステップ１１１と、
所定の反復回数Ｎiterになるまでステップ１１１を繰り返し、各ユーザのビーム合成ベクトル行列
【数９】
0005222746.tif 000010
，ｋ＝１，２・・・，Ｋを取得するステップ１１２と、
各ユーザの
【数１０】
0005222746.tif 000011
に基いて、該ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、ステップ１１５を実行し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、ステップ１１４を実行するステップ１１３と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対し、該ユーザの各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
【数１１】
0005222746.tif 000012
のビーム合成ベクトルを調整してステップ１１５を実行するステップ１１４と、
各ユーザの
【数１２】
0005222746.tif 000013
に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、ステップ１１７を実行し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、ステップ１１６を実行するステップ１１５と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
【数１３】
0005222746.tif 000014
に基いて特定し、前記ユーザ
【数１４】
0005222746.tif 000015
のビーム合成量をゼロとするように設置し、ステップ１１１に戻るステップ１１６と、
各ユーザの
【数１５】
0005222746.tif 000016
に基いて、各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得するステップ１１７とを含む。
【００１１】
本発明はさらに、上りリンクにマルチキャリアを用いるＭＩＭＯシステムにおいて、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を複数のユーザに割り当てる装置を提供している。
【００１２】
該装置は、
各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大値とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部とを含む。
【００１３】
本発明の無線資源割当装置の前記目標関数設定部は、更に、選択された各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
【数１６】
0005222746.tif 000017
で示される優先度因子と相互情報量関数との積を加算することで、前記目標関数の値を得る。
【００１４】
本発明の無線資源割当装置の前記処理部には、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を初期化する初期化部と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]に対する勾配
【数１７】
0005222746.tif 000018
を算出し、反復公式
【数１８】
0005222746.tif 000019
に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を更新し、ここで
【数１９】
0005222746.tif 000020
は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数２０】
0005222746.tif 000021
は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数２１】
0005222746.tif 000022
は更新前の前記目標関数がＢ[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である反復計算部と、
前記反復計算部によって所定の反復回数Ｎiterになるまで繰り返して得た各ユーザのビーム合成ベクトル行列
【数２２】
0005222746.tif 000023
，ｋ＝１，２・・・，Ｋに基いて、各ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、第２の判断部を起動し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、電力調整部を起動する第１の判断部と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザが各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
【数２３】
0005222746.tif 000024
のビーム合成ベクトルを調整して第２の判断部を起動する電力調整部と、
各ユーザの
【数２４】
0005222746.tif 000025
に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、無線資源取得部を起動し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、行列調整部を起動する第２の判断部と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
【数２５】
0005222746.tif 000026
に基いて特定し、前記ユーザ
【数２６】
0005222746.tif 000027
のビーム合成量をゼロとするように設置し、前記反復計算部を起動する行列調整部と、
前記第２の判断部に起動された後に、各ユーザの
【数２７】
0005222746.tif 000028
に基いて、各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する無線資源取得部とを含む。
【００１５】
本発明はさらに、複数のユーザに無線資源を割り当てる無線資源割り当て装置を含む、上りリンクマルチキャリアＭＩＭＯシステムの基地局を提供している。
【００１６】
前記無線資源割り当て装置には、
前記システムに収容されているすべてのユーザ中から、あらかじめ定められた選択アルゴリズムに従ってユーザグループを選択するユーザ選択部と、
選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを、目標関数としてを設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数を最大とするときに各ユーザに割り当てる無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応する無線資源に基いて、無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部とを含む。
【発明の効果】
【００１７】
前記記載から、本発明によるマルチユーザマルチキャリアＭＩＭＯシステムの無線資源割当方法、装置及び基地局は、以下の効果を有する。
【００１８】
各ユーザの送信電力が限られ且つ任意のサブキャリア上のユーザ数を基地局の受信アンテナ数以下とするという実際環境の制限条件を考慮して、上りリンクにおいてシステム中のユーザに無線資源を割り当てるときに、本発明による無線資源割当が実際環境により適合している。
【００１９】
優先度因子とチャネル相互情報量との積の和を目標関数とし、前記目標関数の値を最大とするユーザに対応するユーザの無線資源を勾配反復演算で特定して、無線資源をユーザに割り当てることで、ユーザの公平性を保証すると共にシステムの総的スループットの最大化を実現している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例による無線資源割当方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施例による反復アルゴリズムのフローチャートである。
【図３】本発明の実施例による無線資源割当装置の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、具体的な実施例を通して本発明をさらに説明する。まず、本明細書における一部の符号の定義を説明する。
【００２２】
Ｋ：マルチユーザマルチキャリアＭＩＭＯシステムのユーザ総数。本明細書でいうユーザは、前記システム中のオンラインユーザ（アクティブユーザ）を指す。
【００２３】
Ｆ：前記システムにおけるサブキャリア総数
Ｎr：基地局の受信アンテナ数
【数２８】
0005222746.tif 000029
：ユーザｋの送信アンテナ数
本実施例の無線資源割当方法には、次の二つの主要目標を有する。
【００２４】
１.  できるだけ高いシステムスループットを達成すること。
【００２５】
２.  ユーザの公平性を保証すること。即ち、許容できる遅延周期内に、システムは、各ユーザに対して公平的に扱い、各ユーザが公平的な機会を得るよう保証し、ユーザに割り当てた無線資源が管理しやすいものであり、ユーザのサービス品質に関する要求を満たすことを保証する。
【００２６】
図１に示すように、本実施例の無線資源割当方法は、次のステップを含む。
【００２７】
ステップＳ１において、前記システムにおける選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積の和によって、目標関数を設定する。
【００２８】
ここで、予め設定した選択アルゴリズムに基づき前記システムのすべてのユーザからユーザグループを選択してもよい。例えば、システムにおける現在の全てのオンライン（アクティブ）ユーザを選択し、選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算して本実施例の目標関数Ψを得る。
【００２９】
本実施例の方法は、システムスループットとユーザ公平性の保証について折衷処理を行う。第１の目標と第２の目標を同時に満足するには、本実施例の目標関数Ψは、各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積の和である。前記目標関数Ψは、次のように定義される。
【数２９】
0005222746.tif 000030
【００３０】
ここでユーザインデックスｋ＝１，２・・・，Ｋ、Ｋは前記システムにおける選択されたユーザ数を示す。
【数３０】
0005222746.tif 000031
，ｋ＝１，２・・・，Ｋは、ユーザｋの優先度因子を示し、その値の範囲が［０,１］であり、具体的に、各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数であってもよい。例えば、
【数３１】
0005222746.tif 000032
【数３２】
0005222746.tif 000033
は、ユーザｋのチャネル相互情報量関数を示す。
【００３１】
そして、前記目標関数Ψの値を最大とするときにシステムに対応する無線資源状況に基づいて、各ユーザに割り当てる、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を特定する。
【００３２】
目標関数Ψの値を最大とするときにシステムに対応する無線資源状況は、次の式によって示される。
【数３３】
0005222746.tif 000034
【００３３】
ステップＳ２において、各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大とする各ユーザに対応する無線資源を取得する。
【００３４】
本実施例による方法は、上りリンクの無線資源割り当てという問題を、Ψが最大値取得する条件の解を取ることに変更させている。実際の応用環境において、実現する可能性を保証するために、本実施例による無線資源割当方法は、以下二つの必要な所定制限条件を満たす必要がある。
【００３５】
制限条件Ａについて、実際の応用環境において各ユーザの送信電力が限られているため、システムにおける全てのユーザの最大送信電力をＰとし、該システムの任意のユーザの送信電力がＰより大きいことはない。
【００３６】
制限条件Ｂについて、実際のマルチアンテナ受信機の場合、データ検出の際にデータソース側を判別できるために、任意のサブキャリアにおいて支持可能な最大空間ビームは、受信アンテナ数からの制限を受ける。即ち、空間に混ぜている互いに独立した信号を判別できるために、任意のサブキャリア上のユーザ数は基地局の受信アンテナ数より大きくしてはならない。
【００３７】
従って、前記二つの制限条件下において前記目標関数の値を最大とするときに各ユーザに対応する無線資源の解を取ることにより、各ユーザの無線資源をどのように割り当てれば、前記目標関数の値が最大になるかを特定でき、ユーザの公平性及びシステム総的スループット最大化の要求を同時に満足することができる。
【００３８】
ステップＳ３において、ステップＳ２で取得した前記各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てる。
【００３９】
以下、前記目標関数の値を最大とするときにどのように各ユーザに対応する無線資源の解を取るかについて説明する。
【００４０】
ここでは、前記目標関数Ψは、次のように示すことができる。
【数３４】
0005222746.tif 000035
【数３５】
0005222746.tif 000036
【００４１】
前記式のうち、
【数３６】
0005222746.tif 000037
は、サブキャリアｉ上の干渉自己相関行列を示す。
【数３７】
0005222746.tif 000038
は、ユーザｊがサブキャリアｉ上のチャネル状態情報を示す。
【数３８】
0005222746.tif 000039
は、ユーザｊがサブキャリアｉ上の送信信号自己相関行列を示す。
【数３９】
0005222746.tif 000040
【００４２】
式（３）は、次のように変形できる。
【数４０】
0005222746.tif 000041
【数４１】
0005222746.tif 000042
【００４３】
ここで、Ｂ[k]は、ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、ｂ[k,i]は、ユーザｋがサブキャリアｉ上のビーム合成ベクトルを示す。
【００４４】
Ｂ[k]には、ユーザｋの送信パラメータの全ての情報が含まれているため、Ｂ[k]が特定できれば、ユーザに割り当てられる無線資源も特定できる。具体的に、行列Ｂ[k]中のエレメントのノルム（ｎoｒｍｓ）は、空間―周波数領域の電力割り当てを形成し、ゼロでないベクトルｂ[k,i]のモジュール
【数４２】
0005222746.tif 000043
は、ユーザｋのサブキャリアｉ上の送信電力を示す。従って、本実施例の無線資源割当方法は、前記目標関数Ψの値を最大とするときにビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]の値を取得することに変更している。
【００４５】
このとき、制限条件ＡとＢは、それぞれ次のように示す。
【数４３】
0005222746.tif 000044
と
集合
【数４４】
0005222746.tif 000045
のゼロでないエレメントの個数は、受信アンテナの数
【数４５】
0005222746.tif 000046
より以下である。
【００４６】
前記制限条件の下において、目標関数は凹でないカーブとなっている。前記目標関数Ψの値を最大とするときにビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]の値を取得することによって、各ユーザに対応する無線資源を特定することができる。
【００４７】
まず、目標関数の各ユーザのビーム合成ベクトル行列に対する勾配を計算する。
【数４６】
0005222746.tif 000047
【００４８】
前記式のうち、
【数４７】
0005222746.tif 000048
【００４９】
式（１１）は、次のように変形できる。
【数４８】
0005222746.tif 000049
【００５０】
前記式のうち、
【数４９】
0005222746.tif 000050
【００５１】
式（１２）は次のようにも変形できる。
【数５０】
0005222746.tif 000051
【００５２】
前記式のうち、Iは単位行列を示す。
【数５１】
0005222746.tif 000052
が必要となる。しかし、
【数５２】
0005222746.tif 000053
は、取得必要な未知の値である。本実施例の方法は、勾配に基づく反復アルゴリズムにより、前記目標関数Ψの値を最大とするときのＢ[k]の値を取得する。図２に示すように、前記反復アルゴリズムの詳しい流れは、以下のステップを含む。
【００５３】
ステップＳ２１において、各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しいように、前記システムにおける各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を初期化する。
【００５４】
ここでは、
【数５３】
0005222746.tif 000054
とを初期化する。
【００５５】
ステップＳ２２において、現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]に対する勾配
【数５４】
0005222746.tif 000055
を算出し、反復公式に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を更新する。
【００５６】
ここでは、式（１４）は次のように更新することができる。
【数５５】
0005222746.tif 000056
【数５６】
0005222746.tif 000057
【００５７】
前記反復公式は、次のようになっている。
【数５７】
0005222746.tif 000058
【００５８】
ここで
【数５８】
0005222746.tif 000059
は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数５９】
0005222746.tif 000060
は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数６０】
0005222746.tif 000061
は更新前の前記目標関数がＢ[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である。
【００５９】
ステップＳ２３において、所定の反復回数ＮiterになるまでステップＳ２２を繰り返し、各ユーザのビーム合成ベクトル行列
【数６１】
0005222746.tif 000062
を取得する。ｋ＝１，２・・・，Ｋ。ここで、Ｎiterは、
【数６２】
0005222746.tif 000063
をゼロに収束させる反復回数と設定できる。
【００６０】
ステップＳ２４において、各ユーザの
【数６３】
0005222746.tif 000064
に基いて、該ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、ステップＳ２６を実行し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、ステップＳ２５を実行する。
【００６１】
ここで、送信電力の大きさは、
【数６４】
0005222746.tif 000065
に基づいて判断することができる。
【００６２】
ステップＳ２５において、送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザの各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
【数６５】
0005222746.tif 000066
のビーム合成ベクトルを調整してステップＳ２６を実行する。
【００６３】
ステップＳ２６において、各ユーザの
【数６６】
0005222746.tif 000067
に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、ステップＳ２８を実行し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、ステップＳ２７を実行する。
【００６４】
ステップＳ２７において、すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
【数６７】
0005222746.tif 000068
を、
【数６８】
0005222746.tif 000069
に基いて特定し、前記反復公式に基づいて各ユーザのビーム合成ベクトル行列を更新し、更新して得たビーム合成ベクトル行列において、前記ユーザ
【数６９】
0005222746.tif 000070
のビーム合成量をゼロとするように設定し、ステップＳ２２に戻る。
【００６５】
ここで、ユーザｋのサブキャリアｉ上の電力は、
【数７０】
0005222746.tif 000071
に基づいて計算できる。
【００６６】
詳しくは、
【数７１】
0005222746.tif 000072
と設定し、そして、式（１５）に基づいて勾配を算出し、次の方式でユーザビーム合成ベクトル行列の値を更新する。
【数７２】
0005222746.tif 000073
そうではない場合、
【数７３】
0005222746.tif 000074
【００６７】
ステップＳ２８において、各ユーザの
【数７４】
0005222746.tif 000075
に基いて、各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得し、一連の流れを終了させる。
【００６８】
前記無線資源割当方法に基づき、本実施例には、無線資源割当装置を対応的に提供している。図３に示すように、前記無線資源割当装置には、
各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大値とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部とを含む。
【００６９】
前記目標関数設定部は、更に、選択された各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
【数７５】
0005222746.tif 000076
で示される優先度因子と相互情報量関数との積を加算することで、前記目標関数の値を得る。
【００７０】
前記処理部には、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を初期化する初期化部と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]に対する勾配
【数７６】
0005222746.tif 000077
を算出し、反復公式
【数７７】
0005222746.tif 000078
に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ[k]を更新し、ここで
【数７８】
0005222746.tif 000079
は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数７９】
0005222746.tif 000080
は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
【数８０】
0005222746.tif 000081
は更新前の前記目標関数がＢ[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である反復計算部と、
前記反復計算部によって所定の反復回数Ｎiterになるまで繰り返して得た各ユーザのビーム合成ベクトル行列
【数８１】
0005222746.tif 000082
，ｋ＝１，２・・・，Ｋに基いて、各ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、第２の判断部を起動し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、電力調整部を起動する第１の判断部と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザが各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
【数８２】
0005222746.tif 000083
のビーム合成ベクトルを調整して第２の判断部を起動する電力調整部と、
各ユーザの
【数８３】
0005222746.tif 000084
に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、無線資源取得部を起動し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、行列調整部を起動する第２の判断部と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
【数８４】
0005222746.tif 000085
に基いて特定し、前記ユーザ
【数８５】
0005222746.tif 000086
のビーム合成量をゼロとするように設定し、前記反復計算部を起動する行列調整部と、
前記第２の判断部に起動された後に、各ユーザの
【数８６】
0005222746.tif 000087
に基いて、各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する無線資源取得部とを含む。
【００７１】
前記無線資源割当方法に基づき、本実施例には、対応的に基地局を提供している。本実施例の基地局には複数のユーザに無線資源を割り当てる無線資源割り当て装置を含む。
【００７２】
前記無線資源割り当て装置には、
前記システムに収容されているすべてのユーザ中から、あらかじめ定められた選択アルゴリズムに従ってユーザグループを選択するユーザ選択部と、
選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを、目標関数としてを設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数を最大とするときに各ユーザに割り当てる無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応する無線資源に基いて、無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部とを含む。
【００７３】
本発明の上りリンクのマルチユーザマルチキャリアＭＩＭＯシステムの無線資源割当方法、装置及び基地局は、明細書や実施形態に示される応用だけに限らず、ほかの優れた点の実現や修正を行うことが当業者が容易に想到できる。従って、特許請求の範囲及び同等の範囲によって限定されている一般的概念の趣旨と範囲を背離しなければ、本発明は、特定した細部、代表的な設備、及び明細書に図示され記載される実施例に限ることがない。
【図１】
0005222746.tif 000127
【図２】
0005222746.tif 000128
【図３】
0005222746.tif 000129