(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
前記直交係数の計算では、ＧＳ直交化により更新した射影チャネルベクトルの電力を所定の周波数帯域幅にわたり平均あるいは合計し、それを同帯域幅の平均あるいは合計したチャネル電力で正規化して直交係数を計算することを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項２】
請求項１記載のユーザ選択方法において、
前記所定の周波数帯域幅は、受信ＳＩＮＲの測定単位帯域幅、あるいはシングルキャリア信号の帯域幅であることを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項３】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
前記直交係数の計算では、ユーザｊ（１≦ｊ≦Ｎu：Ｎuは全ユーザ数）のサブキャリアｋ（１≦ｋ≦Ｋ：Ｋは平均サブキャリア数）の射影チャネルベクトルを
【数１】
0004900087.tif 000070
、ユーザｊのサブキャリアｋのチャネルベクトルを
【数２】
0004900087.tif 000071
としたとき、ユーザｊの第ｎのＭＩＭＯ多重レイヤの直交係数
【数３】
0004900087.tif 000072
（０≦
0004900087.tif 000073
≦１）
を、
【数４】
0004900087.tif 000074
の式を満たすように計算することを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項４】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
前記ユーザ選択では、補正ＳＩＮＲからサポートデータレートを算出し、平均サポートデータレートの逆数で重み付けした前記サポートデータレートの大きなユーザを選択することを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項５】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
前記ユーザ選択では、補正ＳＩＮＲの関数で表される優先度の大きなユーザを選択することを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項６】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
前記ユーザ選択では、補正ＳＩＮＲの関数で表される優先度に、遅延要求や再送要求などのチャネル品質以外の優先度を加えた総合優先度の大きなユーザを選択することを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項７】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
前記射影チャネルベクトルの更新では、ＧＳ直交化により既に選択したユーザに対応する正規直交系の補空間への射影チャネルベクトルを所定の周波数分解能毎に更新することを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項８】
請求項７記載のユーザ選択方法において、
前記所定の周波数分解能は、サブキャリア毎、あるいはコヒーレント帯域幅に相当するサブキャリアグループ毎であることを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項９】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
前記射影チャネルベクトルの更新では、ユーザｊのサブキャリアｋの射影チャネルベクトルを
【数５】
0004900087.tif 000075
、第ｎのＭＩＭＯ多重レイヤの選択ユーザをＪnとしたとき、ユーザｊのサブキャリアｋの第ｎのＭＩＭＯ多重レイヤの射影チャネルベクトルを、
【数６】
0004900087.tif 000076
の式を満たすように更新することを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項１０】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
第１のＭＩＭＯ多重レイヤのユーザ選択時の優先度が上位のユーザを複数選択し、それらのユーザのみに対して第２以降のＭＩＭＯ多重レイヤのユーザ選択を行うことを特徴とするユーザ選択方法。
【請求項１１】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
直交係数計算手段は、直交係数の計算では、ＧＳ直交化により更新した射影チャネルベクトルの電力を所定の周波数帯域幅にわたり平均あるいは合計し、それを同帯域幅の平均あるいは合計したチャネル電力で正規化して直交係数を計算することを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のユーザ選択装置において、
直交係数計算手段が平均あるいは合計する所定の周波数帯域幅は、受信ＳＩＮＲの測定単位帯域幅、あるいはシングルキャリア信号の帯域幅であることを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項１３】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
直交係数計算手段は、直交係数の計算では、ユーザｊ（１≦ｊ≦Ｎu：Ｎuは全ユーザ数）のサブキャリアｋ（１≦ｋ≦Ｋ：Ｋは平均サブキャリア数）の射影チャネルベクトルを
【数７】
0004900087.tif 000077
、ユーザｊのサブキャリアｋのチャネルベクトルを
【数８】
0004900087.tif 000078
としたとき、ユーザｊの第ｎのＭＩＭＯ多重レイヤの直交係数
【数９】
0004900087.tif 000079
（０≦
0004900087.tif 000080
≦１）
を、
【数１０】
0004900087.tif 000081
の式を満たすように計算することを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項１４】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
補正ＳＩＮＲからサポートデータレートを算出し、平均サポートデータレートの逆数で重み付けしたサポートデータレートを計算するサポートデータレート計算手段を有し、
ユーザ選択手段は、ユーザ選択では、前記サポートデータレートの大きなユーザを選択することを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項１５】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
ユーザ選択手段は、ユーザ選択では、補正ＳＩＮＲの関数で表される優先度の大きなユーザを選択することを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項１６】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
ユーザ選択手段は、ユーザ選択では、補正ＳＩＮＲの関数で表される優先度に、遅延要求や再送要求などのチャネル品質以外の優先度を加えた総合優先度の大きなユーザを選択することを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項１７】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
射影チャネルベクトル更新手段は、射影チャネルベクトルの更新では、ＧＳ直交化により既に選択したユーザに対応する正規直交系の補空間への射影チャネルベクトルを所定の周波数分解能毎に更新することを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のユーザ選択装置において、
射影チャネルベクトル更新手段が更新する際の所定の周波数分解能は、サブキャリア毎、あるいはコヒーレント帯域幅に相当するサブキャリアグループ毎であることを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項１９】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
射影チャネルベクトル更新手段は、射影チャネルベクトルの更新では、ユーザｊのサブキャリアｋの射影チャネルベクトルを
【数１１】
0004900087.tif 000082
、第ｎのＭＩＭＯ多重レイヤの選択ユーザをＪnとしたとき、ユーザｊのサブキャリアｋの第ｎのＭＩＭＯ多重レイヤの射影チャネルベクトルを、
【数１２】
0004900087.tif 000083
の式を満たすように更新することを特徴とするユーザ選択装置。
【請求項２０】
マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
ユーザ選択手段は、第１のＭＩＭＯ多重レイヤのユーザ選択時の優先度が上位のユーザを複数選択し、それらのユーザのみに対して第２以降のＭＩＭＯ多重レイヤのユーザ選択を行うことを特徴とするユーザ選択装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代移動通信の上りリンク無線アクセスでは、セルスループット向上のためにマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信（以下、ＭＵ−ＭＩＭＯ）の利用が期待されている。ＭＵ−ＭＩＭＯでは複数の端末が同一周波数でデータ信号を送信し、基地局では複数ユーザの送信信号をＭＩＭＯ信号と考えて信号分離する。ＭＵ−ＭＩＭＯはこれまでの時間、周波数リソースに加えて、空間チャネルをリソースとする空間分割多重アクセス方式（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）と考えられ、同時多重アクセスするユーザペアを適切に選択することにより、大きなマルチユーザダイバーシチ効果を得ることができる。
【０００３】
図４に上りリンクのＭＵ−ＭＩＭＯシステムの構成を示す。ここでは各送信装置は１送信アンテナを備えることを想定しているが、各送信装置が複数の送信アンテナを備え、１本を選択して送信する場合、あるいは複数の送信アンテナから送信する場合なども考えられる。
【０００４】
同時送信ユーザ数をＭとすると、ユーザ送信装置２０１−１〜２０１−Ｍは、それぞれデータ信号を誤り訂正符号化し、ディジタル変調する。送信アンテナ２０２−１〜２０２−Ｍは、各ユーザのデータ信号を送信する。受信アンテナ２０３−１〜２０３−Ｍは、各ユーザの多重されたデータ信号を受信する。受信装置２０３は、各ユーザのデータ信号を分離し、誤り訂正復号を行う。また、受信装置２０３は、各ユーザのチャネル品質の測定に基づき、ＴＴＩ（Transmission Time Interval）毎にデータ送信を行うユーザペアを選択する。受信装置２０４における受信信号ｙは選択（ペアリング）されたユーザＪ1〜ＪMの送信シンボル
【０００５】
【数１】
0004900087.tif 000002
【０００６】
とチャネル行列
【０００７】
【数２】
0004900087.tif 000003
【０００８】
を用いて次式で表される。
【０００９】
【数３】
0004900087.tif 000004
【００１０】
（１）
ここで、ｎは雑音ベクトルである。
【００１１】
ユーザ選択方法の関連技術として、各ユーザの受信ＳＩＮＲに基づく方法がある。図５は最大ＣＩＲ法によるユーザ選択を行う装置の構成を示す図である。図５に示される例は、受信ＳＩＮＲ測定手段１０１、ユーザ選択手段１０２、終了判定手段１０３で構成され、ＴＴＩ毎に受信ＳＩＮＲの大きなユーザを選択する。受信ＳＩＮＲ測定手段１０１は、各ユーザのパイロット信号（主にデータ非送信時に周期的に送信されるサウンディング用パイロット信号）を用いて上りリンクの受信ＳＩＮＲを測定する。移動通信システムにおいてチャネル品質を表す指標−ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）には一般に受信ＳＩＮＲが用いられる。よって受信ＳＩＮＲにＣＱＩを用いてもよい。ユーザ選択手段１０２は、受信ＳＩＮＲの大きなユーザを選択する。全ユーザのセットを
【００１２】
【数４】
0004900087.tif 000005
【００１３】
（Ｎuは全ユーザ数）、ユーザｊ（１≦ｊ≦Ｎu）の受信ＳＩＮＲを
【００１４】
【数５】
0004900087.tif 000006
【００１５】
とすると、第n（１≦ｎ≦Ｍ）のＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザＪnは次式で選択される。
【００１６】
【数６】
0004900087.tif 000007
【００１７】
（２）
また、選択したユーザＪnを次のＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザのセットから
【００１８】
【数７】
0004900087.tif 000008
【００１９】
により削除する。
【００２０】
終了判定手段１０３は、同時送信ユーザ数Ｍのユーザ選択が終了したらユーザ選択情報を出力し、ｎ＜Ｍの場合は次のユーザ選択の処理へ移行する。
【００２１】
図６にＭ＝２の場合の最大ＣＩＲ法によるユーザ選択の様子を示す。ＴＴＩ毎に受信ＳＩＮＲの１番目と２番目に大きなユーザを選択し、それらのユーザ送信装置にデータ送信を許可する。
【００２２】
図７は、Proportional Fairness（ＰＦ）法によるユーザ選択を行う装置の構成を示す図である。最大ＣＩＲ法によるユーザ選択方法では、チャネル品質の良いユーザを選択することによりマルチユーザダイバーシチ効果を最大に得ることができるが、各ユーザの選択頻度（データ送信機会）に不公平が生じる。ＰＦ法は各ユーザのデータ送信機会を均等にするユーザ選択方法である。
【００２３】
図７に示す例では、受信ＳＩＮＲ測定手段７０１、重み付けサポートデータレート計算手段７０４、ユーザ選択手段７０５、平均サポートデータレート更新手段７０６、終了判定手段７０３で構成され、ＴＴＩ毎に平均サポートデータレートの逆数で重み付けしたサポートデータレートの大きなユーザを選択する方法である。受信ＳＩＮＲ測定手段７０１は、各ユーザのパイロット信号を用いて上りリンクの受信ＳＩＮＲを測定する。重み付けサポートデータレート計算手段７０４は、各ユーザの受信ＳＩＮＲからサポートデータレート
【００２４】
【数８】
0004900087.tif 000009
【００２５】
を算出し、平均サポートデータレート
の逆数で重み付けした値
【００２６】
【数９】
0004900087.tif 000010
【００２７】
を計算する。
【００２８】
【数１０】
0004900087.tif 000011
【００２９】
の算出は、あらかじめ取得したＡＷＧＮ（Adaptive White Gaussian Noise）環境におけるＳＩＮＲ対サポートデータレート特性をテーブル参照する方法が考えられる。すなわち変調・符号化方式ＭＣＳiの所要ブロック誤り率を実現するＳＩＮＲしきい値をγiとすると、γi≦ＳＩＮＲ＜γi+1においてＭＣＳiのサポートデータレートを選択する処理を行う。ユーザ選択手段１０５は、平均サポートデータレートの逆数で重み付けしたサポートデータレートのできるだけ大きなユーザを選択する。第nのＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザＪnは、次式で選択される。
【００３０】
【数１１】
0004900087.tif 000012
【００３１】
（３）
また、選択したユーザＪｎを次のＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザのセットから削除する。平均サポートデータレート更新手段１０６は、平均サポートデータレート
【００３２】
【数１２】
0004900087.tif 000013
【００３３】
を実際に送信したサポートデータレート
【００３４】
【数１３】
0004900087.tif 000014
【００３５】
を用いて更新する。
【００３６】
【数１４】
0004900087.tif 000015
【００３７】
（４）
ここで、ｔcは
【００３８】
【数１５】
0004900087.tif 000016
【００３９】
の平均時間である。終了判定手段７０３は、同時送信ユーザ数Ｍのユーザ選択が終了したらユーザ選択情報を出力し、ｎ＜Ｍの場合は次のユーザ選択の処理へ移行する。
【００４０】
図５、図７に示した各装置で行われるユーザ選択方法では、各ユーザの受信ＳＩＮＲに基づくユーザ選択を行うが、ＭＵ−ＭＩＭＯのユーザ選択では受信ＳＩＮＲだけでなく、ユーザペアのチャネルの直交性が影響する。
【００４１】
図８は、チャネルの直交性を考慮した全探索法によるユーザ選択を行う装置の構成を示す図である。図８に示す装置によるユーザ選択は、チャネルベクトル測定手段８１１、ユーザ組み合わせＭＩＭＯ容量計算手段８１２、ユーザ選択手段８１３で構成され、全ユーザの組み合わせのＭＩＭＯ容量を計算し、その容量が最大のユーザの組み合わせを選択する。
【００４２】
チャネルベクトル測定手段８１１は、各ユーザのパイロット信号（主にデータ非送信時に周期的に送信されるサウンディング用パイロット信号）を用いて上りリンクのチャネルベクトルを測定する。ユーザ組み合わせＭＩＭＯ容量計算手段１１２は、全ユーザの組み合わせのＭＩＭＯ容量を計算する。全ユーザの組み合わせ数はＮall＝NuＣMであり、ユーザの組み合わせ
【００４３】
【数１６】
0004900087.tif 000017
【００４４】
ｋ
におけるチャネル行列を
【００４５】
【数１７】
0004900087.tif 000018
【００４６】
とすると、
【００４７】
ＭＩＭＯ容量は次式で表される。
【００４８】
【数１８】
0004900087.tif 000019
ここで、Ｐsはユーザあたりの送信電力、Ｐnは雑音電力である。ユーザ選択手段１１３は、ＭＩＭＯ容量
【００４９】
【数１９】
0004900087.tif 000020
【００５０】
が最大となるユーザの組み合わせｋoptを選択する。
【００５１】
【数２０】
0004900087.tif 000021
【００５２】
（６）
全探索法によるユーザ選択方法では、Ｎall通りのＭＩＭＯ容量
【００５３】
【数２１】
0004900087.tif 000022
【００５４】
を計算する必要があり、全ユーザ数Ｎuや同時送信ユーザ数Ｍ（＝受信アンテナ数）が大きくなると演算量が膨大となる。
【００５５】
図９は、チャネルの直交性を考慮したグラムシュミット（ＧＳ：Gram-Schmitd）の直交化法によるユーザ選択を行う装置の構成を示す図である。
【００５６】
図９に示す装置で行われるＧＳ直交化法によるユーザ選択は、チャネルベクトル測定手段９１１、射影チャネル電力計算手段９１４、ユーザ選択手段９１５、終了判定手段９１６、射影チャネルベクトル更新手段９１７で構成され、ＴＴＩ毎にＭＩＭＯ多重レイヤ毎にＧＳ直交化で求めた各ユーザの射影チャネルベクトルの電力が大きなユーザを選択する方法であり、例えば、非特許文献１（Z. Tu and R. S. Blum, “Multiuser diversity for a dirty paper approach,” IEEE Commun. Lett., vol. 7, no. 8, pp. 370-372, Aug. 2003.）に開示されている。式（５）においてチャネル行列
【００５７】
【数２２】
0004900087.tif 000023
【００５８】
にＱＲ分解
【００５９】
【数２３】
0004900087.tif 000024
【００６０】
（
）
を適用すると、ＭＩＭＯ容量が最大となるユーザの組み合わせｋoptは次式で表される。
【００６１】
【数２４】
0004900087.tif 000025
【００６２】
（７）
ここで、
【００６３】
【数２５】
0004900087.tif 000026
【００６４】
は
【００６５】
【数２６】
0004900087.tif 000027
【００６６】
の対角要素を示し、
【００６７】
【数２７】
0004900087.tif 000028
【００６８】
の２乗積を最大とするようにユーザを選択すればＭＩＭＯ容量を最大化できる。これを準最適に実現するためにＧＳ直交化を用いる。ＧＳ直交化は
【００６９】
【数２８】
0004900087.tif 000029
【００７０】
が最も大きくなるようにユーザを逐次選択しながらＱＲ分解を行う処理に相当する。図１０にＧＳ直交化とＱＲ分解の処理を示す。ＧＳ直交化の処理はＮuユーザから第Ｍユーザを選択したら終了となる。また、図１１にＧＳ直交化の概念図を示す。GS直交化ではユーザｊのチャネルベクトル
【００７１】
【数２９】
0004900087.tif 000030
【００７２】
をできるだけ大きく射影できるユーザと対応する直交軸を逐次選択しながら、既に選択したｎ本の直交軸から成る正規直交系
【００７３】
【数３０】
0004900087.tif 000031
【００７４】
の補空間
【００７５】
【数３１】
0004900087.tif 000032
【００７６】
への
【００７７】
【数３２】
0004900087.tif 000033
【００７８】
の射影チャネルベクトル
【００７９】
【数３３】
0004900087.tif 000034
【００８０】
を更新する処理を繰り返す。
【００８１】
チャネルベクトル測定手段９１１は、各ユーザのパイロット信号を用いて上りリンクのチャネルベクトルを測定する。射影チャネル電力計算手段９１４は、ＧＳ直交化により更新したユーザｊの射影チャネルベクトル
【００８２】
【数３４】
0004900087.tif 000035
【００８３】
の電力を計算する。ここで、ｎ＝１では
【００８４】
【数３５】
0004900087.tif 000036
【００８５】
である。ユーザ選択手段９１５は、各ユーザの射影チャネル電力が最大のユーザを選択する。第nのＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザＪnは、次式で選択される。
【００８６】
【数３６】
0004900087.tif 000037
【００８７】
（８）
また、選択したユーザＪnを次のＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザのセットから削除する。終了判定手段９１６は、同時送信ユーザ数Ｍのユーザ選択が終了したらユーザ選択情報を出力し、ｎ＜Ｍの場合は次のユーザ選択のための処理へ移行する。射影チャネルベクトル更新手段９１７は、ＧＳ直交化により既に選択したユーザに対応する正規直交系
【００８８】
【数３７】
0004900087.tif 000038
【００８９】
の補空間
【００９０】
【数３８】
0004900087.tif 000039
【００９１】
へのユーザｊの射影チャネルベクトル
【００９２】
【数３９】
0004900087.tif 000040
【００９３】
を更新する。
【００９４】
【数４０】
0004900087.tif 000041
【００９５】
（９）
【非特許文献１】Z. Tu and R. S. Blum, “Multiuser diversity for a dirty paper approach,” IEEE Commun. Lett., vol. 7, no. 8, pp. 370-372, Aug. 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００９６】
以上に述べたように、受信ＳＩＮＲに基づくユーザ選択方法（最大ＣＩＲ法とＰＦ法）は、ユーザペアのチャネルの直交性を考慮していないため、マルチユーザダイバーシチ効果が十分に得られないという問題がある。
【００９７】
全探索法によるユーザ選択方法は、マルチユーザダイバーシチ効果は十分に得られるが、全ユーザ数と同時送信ユーザ数が増えると演算量が膨大となる問題がある。
【００９８】
ＧＳ直交化法によるユーザ選択法は、各ユーザの射影チャネル電力に基づく信号電力基準であるため、干渉電力が考慮されていないという問題がある。各ユーザの干渉電力は周波数や異なる時刻の測定では違いが生じると考えられる。
【００９９】
また、ＧＳ直交化法によるユーザ選択方法は、最大容量基準、すなわち、Channel Aware（ＣＡ）法によるユーザ選択方法であり（ＣＡ法は従来の最大ＣＩＲ法に相当するものだが、ＭＵ−ＭＩＭＯではＣＩＲの他にチャネルの直交性も考慮するため、ここではＣＡ法と呼ぶ）、ＰＦ法によるユーザ選択方法やチャネル品質以外の優先度（遅延要求や再送要求など）を考慮したユーザ選択方法への応用が示されていない。
【０１００】
本発明は、少ない演算量でマルチユーザダイバーシチ効果を十分に得ることができるユーザ選択方法および装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０１０１】
本発明のユーザ選択方法は、マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択方法であって、
各ユーザの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを用い、前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、
前記直交係数により補正ＳＩＮＲを計算し、
前記補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新し、
上記の動作を全ユーザに対して行い、
前記直交係数の計算では、ＧＳ直交化により更新した射影チャネルベクトルの電力を所定の周波数帯域幅にわたり平均あるいは合計し、それを同帯域幅の平均あるいは合計したチャネル電力で正規化して直交係数を計算することを特徴とする。
【０１０２】
本発明のユーザ選択装置は、マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択装置であって、
パイロット信号を用いて各ユーザの受信ＳＩＮＲおよびチャネルベクトルを測定する受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段と、
前のユーザ選択で更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算する直交係数計算手段と、
前記直交係数計算手段により計算された直交係数により補正ＳＩＮＲを計算する補正ＳＩＮＲ計算手段と、
前記補正ＳＩＮＲに基づいてユーザ選択を行うユーザ選択手段と、
次のユーザ選択のためにＧＳ直交化により射影チャネルベクトルを更新する射影チャネルベクトル更新手段と、を有し、
直交係数計算手段は、直交係数の計算では、ＧＳ直交化により更新した射影チャネルベクトルの電力を所定の周波数帯域幅にわたり平均あるいは合計し、それを同帯域幅の平均あるいは合計したチャネル電力で正規化して直交係数を計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０１０３】
上記のように構成される本発明においては、マルチユーザＭＩＭＯ通信のユーザ選択の際に、ＧＳ直交化により更新した射影チャネルベクトルから直交係数を計算し、前記直交係数で受信ＳＩＮＲを補正し、この補正ＳＩＮＲを用いてユーザ選択を行い、さらに次のユーザ選択のために射影チャネルベクトルを更新することを特徴とする。
【０１０４】
本発明では、ＭＩＭＯ多重レイヤ毎にＧＳ直交化に基づき計算した直交係数で受信ＳＩＮＲを補正し、この補正ＳＩＮＲを用いてユーザを逐次選択することにより、少ない演算量で大きなマルチユーザダイバーシチ効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０５】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０１０６】
図１は本発明のＣＡ法によってユーザを選択する装置の一実施形態の構成を示す図である。
【０１０７】
本実施形態で行われるユーザ選択は、受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段１、直交係数計算手段２、補正ＳＩＮＲ計算手段３、ユーザ選択手段４、終了判定手段５、射影ベクトル更新手段６により行われる。ＴＴＩ毎にＭＩＭＯ多重レイヤ毎にＧＳ直交化に基づき計算した直交係数で受信ＳＩＮＲを補正し、この補正ＳＩＮＲの大きなユーザを選択する方法である。
【０１０８】
受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段１は、各ユーザのパイロット信号（主にデータ非送信時に周期的に送信されるサウンディング用パイロット信号）を用いて上りリンクの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを測定する。移動通信システムにおいてチャネル品質を表す指標−ＣＱＩには一般に受信ＳＩＮＲが用いられる。よって受信ＳＩＮＲにＣＱＩを用いてもよい。直交係数計算手段２は、ＧＳ直交化により更新したユーザｊのサブキャリアｋ（１≦ｋ≦Ｋ：Ｋは平均サブキャリア数）の射影チャネルベクトル
【０１０９】
【数４１】
0004900087.tif 000042
【０１１０】
の電力を所定の周波数帯域幅（受信ＳＩＮＲの測定単位帯域幅、あるいはシングルキャリア信号の帯域幅）にわたり平均（あるいは合計）し、それを同帯域幅の平均（あるいは合計）チャネル電力で正規化して直交係数
【０１１１】
【数４２】
0004900087.tif 000043
【０１１２】
（０≦
≦１）
を計算する。ユーザｊの第ｎのＭＩＭＯ多重レイヤの直交係数
【０１１３】
【数４３】
0004900087.tif 000044
【０１１４】
は次式で表される。
【０１１５】
【数４４】
0004900087.tif 000045
【０１１６】
（１０）
ここで、ｎ＝１では
【０１１７】
【数４５】
0004900087.tif 000046
【０１１８】
である。補正ＳＩＮＲ計算手段３は、ユーザｊの受信ＳＩＮＲ
【０１１９】
【数４６】
0004900087.tif 000047
【０１２０】
に直交係数
【０１２１】
【数４７】
0004900087.tif 000048
【０１２２】
を乗じて補正ＳＩＮＲを計算する。ユーザ選択手段４は、補正ＳＩＮＲの大きなユーザを選択する。全ユーザのセットを
【０１２３】
【数４８】
0004900087.tif 000049
【０１２４】
、
ユーザｊの補正ＳＩＮＲを
【０１２５】
【数４９】
0004900087.tif 000050
【０１２６】
とすると、第nのＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザＪnは、次式で選択される。
【０１２７】
【数５０】
0004900087.tif 000051
【０１２８】
（１１）
また、選択したユーザＪnを次のＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザのセットから削除する。終了判定手段５は、同時送信ユーザ数Ｍのユーザ選択が終了したらユーザ選択情報を出力し、ｎ＜Ｍの場合は次のユーザ選択のための処理へ移行する。射影チャネルベクトル更新手段６は、ＧＳ直交化により既に選択したユーザに対応する正規直交系
【０１２９】
【数５１】
0004900087.tif 000052
【０１３０】
の補空間
【０１３１】
【数５２】
0004900087.tif 000053
【０１３２】
へのユーザｊの射影チャネルベクトル
【０１３３】
【数５３】
0004900087.tif 000054
【０１３４】
を更新する。
【０１３５】
【数５４】
0004900087.tif 000055
【０１３６】
（１２）
本実施例では、射影チャネルベクトル更新手段６は、サブキャリア毎に行うことを想定しているが、演算量を削減するため、コヒーレント帯域幅に相当するサブキャリアグループ毎に行うこともできる。
【０１３７】
図２は本発明のＰＦ法によりユーザ選択を行う装置の実施形態の構成を示す図である。
【０１３８】
本実施形態で行われるユーザ選択は、受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段２１、直交係数計算手段２２、補正ＳＩＮＲ計算手段２３、重み付けサポートデータレート計算手段２７、ユーザ選択手段２８、平均サポートデータレート更新手段２９、終了判定手段２５、射影チャネルベクトル更新手段２６により行われる。
【０１３９】
ＴＴＩ毎にＭＩＭＯ多重レイヤ毎にＧＳ直交化に基づき計算した直交係数で受信ＳＩＮＲを補正し、この補正ＳＩＮＲからサポートデータレートを算出し、平均サポートデータレートの逆数で重み付けしたサポートデータレートの大きなユーザが選択される。
【０１４０】
受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段２１は、各ユーザのパイロット信号を用いて上りリンクの受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを測定する。直交係数計算手段２２は、ＧＳ直交化により更新したユーザｊのサブキャリアｋの射影チャネルベクトル
【０１４１】
【数５５】
0004900087.tif 000056
【０１４２】
の電力を所定の信号帯域幅（受信ＳＩＮＲの測定単位帯域幅、あるいはシングルキャリア信号の帯域幅）にわたり平均（あるいは合計）し、平均（あるいは合計）チャネル電力で正規化して直交係数
【０１４３】
【数５６】
0004900087.tif 000057
【０１４４】
（０≦
≦１）
を式（１１）により計算する。補正ＳＩＮＲ計算手段２３は、ユーザｊの受信ＳＩＮＲ
【０１４５】
【数５７】
0004900087.tif 000058
【０１４６】
に直交係数
【０１４７】
【数５８】
0004900087.tif 000059
【０１４８】
を乗じて補正ＳＩＮＲを計算する。重み付けサポートデータレート計算手段２７は、各ユーザの補正ＳＩＮＲからサポートデータレート
【０１４９】
【数５９】
0004900087.tif 000060
【０１５０】
を算出し、平均サポートデータレート
【０１５１】
【数６０】
0004900087.tif 000061
【０１５２】
の逆数で重み付けした値
【０１５３】
【数６１】
0004900087.tif 000062
【０１５４】
を計算する。
【０１５５】
【数６２】
0004900087.tif 000063
【０１５６】
の算出は、あらかじめ取得したＡＷＧＮ環境におけるＳＩＮＲ対サポートデータレート特性をテーブル参照する方法が考えられる。すなわち変調・符号化方式ＭＣＳiの所要ブロック誤り率を実現するＳＩＮＲしきい値をγiとすると、γi≦ＳＩＮＲ＜γi+1でＭＣＳiのサポートデータレートを選択する処理を行う。ユーザ選択手段２８は、平均サポートデータレートの逆数で重み付けしたサポートデータレートのできるだけ大きなユーザを選択する。第nのＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザＪnは、次式で選択される。
【０１５７】
【数６３】
0004900087.tif 000064
【０１５８】
（１３）
また、選択したユーザＪnを次のＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザのセットから削除する。平均サポートデータレート更新手段２９は、平均サポートデータレート
【０１５９】
【数６４】
0004900087.tif 000065
【０１６０】
を実際に送信したサポートデータレート
【０１６１】
【数６５】
0004900087.tif 000066
【０１６２】
を用いて式（４）により更新する。終了判定手段２５は、同時送信ユーザ数Ｍのユーザ選択が終了したらユーザ選択情報を出力し、ｎ＜Ｍの場合は次のユーザ選択のための処理へ移行する。射影チャネルベクトル更新手段２６は、ＧＳ直交化により既に選択したユーザに対応する正規直交系
【０１６３】
【数６６】
0004900087.tif 000067
【０１６４】
の補空間
【０１６５】
【数６７】
0004900087.tif 000068
【０１６６】
へのユーザｊの射影チャネルベクトル
【０１６７】
【数６８】
0004900087.tif 000069
【０１６８】
を式（１２）により更新する。
【０１６９】
図１および図２にそれぞれ示した各実施形態では、全ユーザ数Ｎuに対して射影チャネルベクトル更新手段６，２６、直交係数計算手段２，２２、補正ＳＩＮＲ計算手段３，２３の一連の処理を行うことを想定しているが、第１のＭＩＭＯ多重レイヤのユーザ選択時に優先度が上位のユーザを複数選択し、それらのユーザのみに対して第２以降のＭＩＭＯ多重レイヤのユーザ選択を行う方法が考えられる。これにより演算量を大幅に削減できる。これはある程度の数（例えば１６）の優先度が上位のユーザを考慮すればその中に直交性の高いユーザペアが存在し、優先度が下位のユーザがチャネルの直交性の影響だけで選択される可能性は低いと考えられるためである。
【０１７０】
チャネル品質以外の優先度（遅延要求や再送要求など）を考慮したユーザ選択方法への応用は、補正ＳＩＮＲの関数で表される優先度にチャネル品質以外の優先度を加えた総合優先度でユーザ選択を行えば実現できる。総合優先度で選択したユーザに対してＧＳ直交化処理を行う。
【０１７１】
図３に本発明のＣＡ法によるユーザ選択方法のスループット特性を示す。受信方式にはＭＭＳＥ−ＳＩＣ（最小平均２乗誤差法−シリアル干渉キャンセラ）を用いた。本発明のユーザ選択方法は、ユーザ数が増えるに従い、マルチユーザダイバーシチ効果によりスループットが大幅に改善しており、１６ユーザでスループットをランダムユーザ選択と比べ約２倍、チャネルの直交性を考慮しない従来の最大ＣＩＲ法と比べ約１５％向上できる。また、従来の全探索法と比べ少ない演算量で同等のスループットを実現できる。
【０１７２】
以上に述べたように、本発明のユーザ選択方法では、ＭＩＭＯ多重レイヤ毎にＧＳ直交化に基づき計算した直交係数で受信ＳＩＮＲを補正し、この補正ＳＩＮＲを用いてユーザを逐次選択することにより、少ない演算量で大きなマルチユーザダイバーシチ効果を得ることができる。
【０１７３】
なお、本実施例では上りリンクのＭＵ−ＭＩＭＯシステムのユーザ選択方法について述べているが、本発明のユーザ選択方法は下りリンクのＭＵ−ＭＩＭＯシステムにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明のＣＡ法によるユーザ選択方法を示す図である。
【図２】本発明のＰＦ法によるユーザ選択方法を示す図である。
【図３】本発明のユーザ選択方法のスループット特性を示す図である。
【図４】上りリンクのマルチユーザＭＩＭＯシステムを示す図である。
【図５】最大ＣＩＲ法によるユーザ選択方法を示す図である。
【図６】最大ＣＩＲ法によるユーザ選択の様子を示す図である。
【図７】ＰＦ法によるユーザ選択方法を示す図である。
【図８】全探索法によるユーザ選択方法を示す図である。
【図９】ＧＳ直交化法によるユーザ選択方法を示す図である。
【図１０】ＧＳ直交化とＱＲ分解の処理を示す図である。
【図１１】ＧＳ直交化の概念を示す図である。
【符号の説明】
【０１７５】
１  受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段
２  直交係数計算手段
３  補正ＳＩＮＲ計算手段
４  ユーザ選択手段
５  終了判定手段
６  射影チャネルベクトル更新手段
７  重み付けサポートデータレート計算手段
９  平均サポートデータレート更新手段
【図１】
0004900087.tif 000084
【図２】
0004900087.tif 000085
【図３】
0004900087.tif 000086
【図４】
0004900087.tif 000087
【図５】
0004900087.tif 000088
【図６】
0004900087.tif 000089
【図７】
0004900087.tif 000090
【図８】
0004900087.tif 000091
【図９】
0004900087.tif 000092
【図１０】
0004900087.tif 000093
【図１１】
0004900087.tif 000094