(57)【要約】【課題】より直交性の高いユーザを選択する。【解決手段】 マルチユーザＭＩＭＯシステムは、Ｍ本のアンテナを有する基地局送信機１０と複数の受信機２０1〜２０Nから構成される。各受信機２０1〜２０Nで推定された各送信アンテナから自受信アンテナに至るチャネル情報が送信機１０のチャネル予測部１６にフィードバックされ、送信タイミングにおけるチャネル値が予測される。半直交ユーザ選択部１１は予測されたチャネル値に基づき直交性がほぼ高いＭ個のユーザを選択し、ユーザ再選択部１２は、選択されたＭ個のユーザをａ（１≦ａ≦Ｍ−２）個のユーザとＭ−ａ個のユーザに分割し、Ｍ−ａ個のユーザからなるユーザグループのうちの最も直交性の高いユーザグループを残し、ａ個のユーザを他のユーザに入れ替える処理を繰り返すことにより、より直交性の高いＭ個のユーザを決定する。【選択図】図１
2009278238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ（Ｍは３以上の整数）本の送信アンテナを備える送信局と、複数の受信機からなるＭＩＭＯシステムにおいて、複数の受信機の中から信号を送信するＭ個の受信機を選択するために前記送信局において実行されるユーザ選択方法であって、
前記各受信機は、前記Ｍ本の送信アンテナそれぞれと自己の受信アンテナとの間のチャネル情報を前記送信局に送信する手段を有するものであり、
前記複数の受信機の中から所定の基準に基づいてＭ個の受信機を選択する第１のステップと、
前記第１のステップで選択されたＭ個の受信機の中から、チャネル情報の直交性の高い（Ｍ−ａ）個（ａは１≦ａ≦Ｍ−２の整数）の受信機を選択する第２のステップと、
前記第２のステップで選択された（Ｍ−ａ）個の受信機に、前記第１のステップで選択されなかった受信機の中から選択したａ個の受信機を加えたＭ個の受信機を選択する第３のステップと、
前記第３のステップで選択されたＭ個の受信機間のチャネル情報の直交性を判定する第４のステップと、
前記第３及び第４のステップを繰り返し、チャネル情報の直交性が最も高いＭ個の受信機を選択する第５のステップと
を有するマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法。
【請求項２】
前記第２のステップは、前記Ｍ個の受信機から（Ｍ−ａ）個の受信機を選択する各組合せにおける（Ｍ−ａ）個の受信機間のチャネル情報の直交性を示す係数を算出することにより、最も直交性の高い（Ｍ−ａ）個の受信機を選択するものであり、
該第２のステップにおいて算出された各組合せにおける（Ｍ−ａ）個の受信機間のチャネル情報の直交性を示す係数の最大値と最小値の差が所定量以下であるときに、前記第３のステップないし第５のステップを実行することなく、前記第１のステップで選択されたＭ個の受信機をチャネル情報の直交性が最も高いＭ個の受信機として選択することを特徴とする請求項１記載のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法。
【請求項３】
前記各受信機から送信されるチャネル情報に基づいて、送信タイミングにおけるチャネル情報を予測するチャネル予測手段を有し、該チャネル予測手段により予測されたチャネル情報に基づいて、前記各ステップの処理を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法。
【請求項４】
マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける通信装置であって、
Ｍ（Ｍは３以上の整数）本の送信アンテナと、
複数の受信機から前記Ｍ本の送信アンテナそれぞれとその受信機の受信アンテナとの間のチャネル情報を受信する手段と、
前記複数の受信機の中から信号を送信するＭ個の受信機を選択する選択手段とを有し、
前記選択手段は、
前記複数の受信機の中から所定の基準に基づいてＭ個の受信機を選択する第１の機能と、
前記第１の機能で選択されたＭ個の受信機の中から、チャネル情報の直交性の高い（Ｍ−ａ）個（ａは１≦ａ≦Ｍ−２の整数）の受信機を選択する第２の機能と、
前記第２の機能で選択された（Ｍ−ａ）個の受信機に、前記第１の機能で選択されなかった受信機の中から選択したａ個の受信機を加えたＭ個の受信機を選択する第３の機能と、
前記第３の機能で選択されたＭ個の受信機間のチャネル情報の直交性を判定する第４の機能と、
前記第３の機能及び前記第４の機能を繰り返し実行して、チャネル情報の直交性が最も高いＭ個の受信機を選択する第５の機能とを
実行するものであることを特徴とする通信装置。
【請求項５】
前記第２の機能は、前記Ｍ個の受信機から（Ｍ−ａ）個の受信機を選択する各組合せにおける（Ｍ−ａ）個の受信機間のチャネル情報の直交性を示す係数を算出することにより、最も直交性の高い（Ｍ−ａ）個の受信機を選択するものであり、
該第２の機能において算出された各組合せにおける（Ｍ−ａ）個の受信機間のチャネル情報の直交性を示す係数の最大値と最小値の差が所定量以下であるときに、前記第３の機能ないし第５の機能を実行することなく、前記第１の機能で選択されたＭ個の受信機をチャネル情報の直交性が最も高いＭ個の受信機として選択することを特徴とする請求項４記載の通信装置。
【請求項６】
前記各受信機から送信されるチャネル情報に基づいて、送信タイミングにおけるチャネル情報を予測するチャネル予測手段を有し、
前記選択手段は、該チャネル予測手段により予測されたチャネル情報に基づいて、前記各機能を実行することを特徴とする請求項４又は５に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法及び通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信機と受信機にそれぞれ複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムは、空間分割多重を利用して高い周波数利用効率を達成できることから、携帯電話や無線ＬＡＮの分野で注目されている。
また、受信アンテナが複数のユーザに分布しているマルチユーザＭＩＭＯシステムも提案されている。
図１１は、下り回線におけるマルチユーザＭＩＭＯシステムの構成を示す図である。
この図に示す例では、基地局送信機５０と、複数Ｎ個の受信機６０1〜６０Nが存在しており、基地局５０と複数のユーザの間でＭＩＭＯ通信を行う。送信機５０には５５1〜５５Mで示すＭ本の送信アンテナが設けられており、該Ｍ本のアンテナを用いて、Ｍ人のユーザ（受信機）に同じ周波数帯域を使って同時に信号を送信することができる。
マルチユーザＭＩＭＯシステムによれば、マルチユーザダイバーシティ効果を得ることができる。すなわち、チャネル条件の良いユーザに送信することで高いチャネル容量を獲得することが可能となる。
【０００３】
このようなマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、ユーザ数が送信アンテナ数より多い場合には、基地局側が持っているリソースを複数のユーザのうちのどのＭ個のユーザに提供するかが問題となる。
基地局側で、各ユーザへの通信路（チャネル）の状態を完全に把握している場合には、所定の基準（例えば、チャネル容量が最大になる）に基づいて、システム内に存在する全てのユーザ（受信機）からＭ個のユーザを選択する全ての組合せについて探索を行うことにより、その基準に対応するＭ個のユーザ、例えば、チャネル状態が良く、かつ、干渉が少ない（直交性が高い）Ｍ個のユーザを選択することができる。
しかしながら、システム内に存在するユーザの数が５０人、１００人と多くなると、その中からＭ人を総当りで選択することは、演算量が非常に大きくなり、困難である。
そこで、ユーザを選択するための各種方法が提案されている（非特許文献１、２）。
【０００４】
非特許文献１には、半直交ユーザ選択ゼロフォーシングビームフォーミング（ＳＵＳ−ＺＦＢＦ（Semiorthogonal User Selection Zero-Forcing Beamforming）について記載されている。すなわち、半直交ユーザ選択法（ＳＵＳ）により現実的な計算量で直交性の高いユーザを逐次的に選択した後、ＺＦＢＦ（送信信号にチャネル行列の一般逆行列をかけ、ユーザ間干渉を軽減する方法）を実行することが提案されている。
非特許文献１に記載されたユーザ選択法（半直交ユーザ選択法）は、まず、全ユーザの中から、チャネルの特性のよいユーザ、例えば、ノルム最大のユーザを選択し、半直交係数αを用いて、このユーザに対し、半直交のユーザを選び出す。ここで、半直交係数αは、ユーザチャネルベクトル間の角度の余弦値で定義している。例えば、直交が９０度であるとすると、７０度〜８０度以上であれば、半直交であるとして選択する。
このようにしてノルム最大のユーザに対し、ある程度直交となるユーザのグループを検出しておき、次にその中で１つのユーザを選択する。そして、それら２つのユーザに対する直交射影が最大のユーザを選択する。これらの処理を反復して行うことにより、Ｍ個のユーザを選択する。
【０００５】
【非特許文献１】T. Yoo and A. Goldsmith, "On the Optimality of Multiantenna Broadcast Scheduling Using Zero-Forcing Beamforming." IEEE Journal on Selected Areas in Communications vol. 24, No. 3, March 2006. pp.528-541
【非特許文献２】A. Bayesteh and A. K. Khandani, "On the User Selection for MIMO Broadcast Channels", IEEE trans. Information Theory, 2005. ISIT 2005. Proceedings. International Symposium Sept. 2005. pp.2325-2329
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１において提案されている半直交ユーザ選択法は、比較的少ない計算量で良好な結果を得ることができるが、ユーザ直交性は低く、特性をより良くすることが望まれている。
また、各受信機からの遅延無しのチャネル情報フィードバックを仮定しているが、実際には遅延が存在しており、チャネルの状態が時間的に変動する時変チャネルでは、送信の際にチャネル状態が変化してしまっているという問題がある。
そこで本発明は、より良い特性を得ることが可能なマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法及び通信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法及び通信装置は、複数の受信機（ユーザ）の中から所定の基準に基づいて送信アンテナ数Ｍに等しいＭ個の受信機を選択し、その一度選択したＭ個の受信機の中から、直交性の高い（Ｍ−ａ）個（ａは１≦ａ≦Ｍ−２の整数）の受信機を選択し、ａ個の受信機については、残りの受信機から選択して、直交性を判定する処理を繰り返すことにより、直交性が最も高いＭ個の受信機を選択することを特徴としている。
また、前記Ｍ個の受信機から（Ｍ−ａ）個の受信機を選択する各組合せにおける直交性の差が所定量以下であるときに、そのＭ個の受信機を直交性が最も高いＭ個の受信機として選択するようにしてもよい。
さらに、前記各受信機から送信されるチャネル情報に基づいて、送信タイミングにおけるチャネル情報を予測するチャネル予測手段を設け、該チャネル予測手段により予測されたチャネル情報を用いて上述の各処理を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
このような本発明のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法及び通信装置によれば、従来法によるユーザ選択を一度行ったあとに、もう一回より直交性の高いユーザを選び直す処理を行うことにより、従来のユーザ選択法と同程度かつ全探索に比べて少ない演算量で、従来のユーザ選択法によるよりも直交度の高いユーザを選択することができ、より良いシステムの特性を実現することが可能となる。
また、所定の基準で最初に選択したユーザの各組合せにおける直交性の差が少ないときに、それ以降の処理を行わないようにした本発明によれば、効果の少ない演算を行わないようにすることができる。
さらに、チャネル予測手段を有する本発明によれば、ユーザ間の干渉が少なく、より良好な特性のシステムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法の第１の実施の形態が実行されるマルチユーザＭＩＭＯシステムの一構成例を示すブロック図である。
この図において、１０は基地局の送信機、２０1〜２０Nはそれぞれ端末の受信機である。基地局と受信機は、例えば、携帯電話の基地局と携帯電話機、あるいは、無線ＬＡＮのホスト機と端末である。基地局送信機１０のエリア内にＮ個の受信機（ユーザ）が存在している。基地局送信機１０には、Ｍ本の送信アンテナが設けられており、受信機２０1〜２０Nには、それぞれ、１本以上の受信アンテナが設けられている。ここでは、各受信機２０1〜２０Nに１本ずつの受信アンテナが設けられているものとして説明する。
【００１０】
送信機１０において、１１は従来技術として説明した前記半直交ユーザ選択法によりユーザ選択を行う半直交ユーザ選択部、１２は半直交ユーザ選択部１１で選択されたユーザの再選択を行うユーザ再選択部、１３はユーザ再選択部１２で再選択されたユーザに対する送信信号に送信電力を割り当てる送信電力割当部、１４は送信電力割当部からの送信信号にゼロフォーシングビームフォーミングによる重みを付加して、選択された各ユーザに対するビームを形成するビーム形成部、１５1〜１５Mは基地局に設けられたＭ本の送信アンテナである。
このように、基地局送信機１０のＭ本の送信アンテナ１５1〜１５Mから選択されたＭ個のユーザに対して信号が送信される。
【００１１】
図２は、前記送信機１０の各送信アンテナ１５1〜１５Mから送信される信号のフレーム構成の一例を示す図である。
図２に示した例では、各送信アンテナから送信される信号は、フレーム長がＬｂシンボルとされており、各フレームには、Ｍシンボルのパイロットシンボルと（Ｌｂ−Ｍ）シンボルのデータシンボルが含まれている。パイロットシンボルは、送信アンテナごとに異なる既知のシンボルである。
【００１２】
受信機２０1〜２０Nにおいて、それぞれの受信アンテナ２１1〜２１Nで受信された信号は、シンボル検出部２２1〜２２Nとチャネル推定部２３1〜２３Nに入力される。チャネル推定部２３1〜２３Nは、受信信号の各フレームに含まれているパイロットシンボルを抽出し、該パイロットシンボルの受信信号に基づいて各送信アンテナ１５1〜１５Mからその受信機の受信アンテナ２１i（ｉ＝１〜Ｎ）までのチャネルの状態を示すチャネル情報（チャネル値）を推定する。そして、該推定したチャネル値をシンボル検出部２２1〜２２Nに供給するとともに、上りの回線を通じて前記送信機１０にフィードバックする。
【００１３】
送信機１０の半直交ユーザ選択部１１は、各受信機２０1〜２０Nから送られてきたそれぞれのユーザチャネルのチャネル値を用い、前述した従来技術と同様に、最もノルムの大きい第１のユーザを選択し、半直交係数α（予測ユーザチャネルベクトル間の角度の余弦値）を計算して、該第１のユーザに対して直交性の良いユーザのグループを選択し、その中から直交性のよい第２のユーザを選択し、第１のユーザと第２のユーザに対して直交性の良いユーザを選択する、という処理を繰り返すことにより、直交性の良いＭ個のユーザを選択する。なお、ここでは、前述した半直交ユーザ選択法によりＭ個のユーザを選択する半直交ユーザ選択部１１を用いるものとしたが、これに限られることはなく、他の方法によりＭ個のユーザを選択するユーザ選択部を用いるようにしてもよい。
【００１４】
前記ユーザ再選択部１２は、本発明のユーザ選択方法に特徴的な処理を行う部分であり、その処理の詳細は後述するが、前記半直交ユーザ選択部１１で選択されたＭ個のユーザを評価してユーザを選択し直す処理を行う。
ユーザ再選択部１２で再選択されたＭ個のユーザに対する送信信号は、送信電力割当部１３に供給されて例えば注水定理に従って電力が割り当てられ、ビーム形成部１４においてゼロフォーシングビームフォーミングによる重みが付加されて、送信アンテナ１５1〜１５Mから再選択されたユーザの受信機に向けて送信される。なお、ビーム形成部１４は、ゼロフォーシングビームフォーミング以外の方法によりビーム形成を行うものであっても良い。
【００１５】
次に、前記ユーザ再選択部１２において実行される処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、前述した従来の半直交ユーザ選択法又はその他のユーザ選択法により、Ｍ個のユーザ（１０１）が選択されている。ここでは、基地局に送信アンテナが３本以上設けられているものとし、Ｍは３以上の整数であるとする。
ここで、選択されているＭ個のユーザのユーザチャネルベクトル間の直交性を示す直交係数βを計算する（１０２）。そして、その値を保存しておく（１０３）。
【００１６】
ユーザチャネルベクトルのベクトルセット
【数１】
2009278238.tif 000003
の直交係数βは、次の式（１）で定義される。
【数２】
2009278238.tif 000004
ここで、Hは複素共役転置、detは行列式、Ｋはベクトル数を示している。
なお、ここでは、上記式（１）で定義される直交係数βを用いるものとしたが、直交性を示す他の係数を用いても良い。
【００１７】
次に、前記Ｍ個のユーザ（１０１）を１個とＭ−１個（例えば、１人と３人）に分け、
【数３】
2009278238.tif 000005
のＭ通りの各組合せについてＭ−１個のユーザの直交係数βi（ｉ＝１〜Ｍ）を計算する（１０４）。なお、ここでは、１個とＭ−１個に分割しているが、これに限られることはなく、ａ個（ａは、１≦ａ≦Ｍ−２の整数）とＭ−ａ個に分割すればよい。例えば、アンテナが４本のときは、１本と３本でもよいし、２本と２本でもよい。以下では、ａ＝１として説明する。
【００１８】
図４は、分割されたユーザグループの組合せに対する直交係数βiの計算について説明するための図である。
ここでは、Ｍ＝４、ａ＝１の場合を示しており、半直交ユーザ選択法などの従来のユーザ選択方法で、ｕ１〜ｕ４で示す４個のユーザが選択されているものとする。ここで、この４個のユーザから３個のユーザを選択し、それぞれの組合せにおける３個のユーザの直交係数βi（ｉ＝１〜４）を計算する。すなわち、ｕ２、ｕ３及びｕ４の３個のユーザ間の直交係数β1、ｕ１、ｕ３及びｕ４の３個のユーザ間の直交係数β2、ｕ１、ｕ２及びｕ４の３個のユーザ間の直交係数β3、及び、ｕ１、ｕ２及びｕ３の３個のユーザ間の直交係数β4を計算する。
【００１９】
つぎに、１０４で計算した各組合せの直交係数βiの中の最大値（βmax）と最小値（βmin）を求め、その比（βmax／βmin）が所定の値Ｔより大きいか否かを判定する（１０５）。
その結果、βmax／βminが大きな値であるときは、分割されたユーザ間の直交性にバラツキがあるということなので、選択されたＭ個のユーザの中に他ユーザと直交性のよくないユーザが存在する可能性があり、１０６以下のユーザの選び直しのアルゴリズムを実行する。
一方、どれをとってもあまり直交性が変わらない、すなわちβmaxとβminの比が１に近くて直交係数βiにあまり差がないときは、どれをとっても直交性がよいということで、そのまま処理を終わらせる。
なお、ここでは、βmaxとβminの比を計算したが、βmaxとβminの差を計算するなど、他の演算により、βmaxとβminとの差が所定量以下であるか否かを判定するようにしてもよい。
【００２０】
１０６では、それぞれＭ−１個のユーザからなるＭ個のユーザグループのうちで、最も直交性が高いユーザグループ、すなわち、βi＝βmaxとなったユーザグループを選択し、そのユーザグループに属するＭ−１個のユーザを選択する。
そして、残りの一人を、対象としていた４人以外のところ、すなわち、前記１０１に選択されていなかったユーザ（１０７）の中からもってくる。このユーザは、例えば、半直交ユーザ選択法においてある程度直交していたユーザを対象としてその中からもってきてもよいし、１０１以外の全ユーザからもってきてもよい。
そして、新しく選択されたユーザをいれてＭ個のユーザからなるユーザグループを作成する（１０８）。
この１人のユーザを取り替えた新しいＭ個のユーザに対して、前記直交係数βを計算する（１０９）。
【００２１】
そして、１０９の演算により得られた直交係数βと保存されている直交係数の値１０３とを比較する（１１０）。この保存値１０３は、前記１０２において計算された従来法により選択されたＭ個のユーザ（１０１）の直交係数βである。
この比較の結果、１０９で計算した直交係数βの方が保存値１０３よりも良い直交性を示しているとき、即ち、直交係数βの値が小さいときは、そのユーザグループ（前記１０８で作成したユーザグループ）を記憶し、その直交係数を保存値１０３として保存する（１１１）。そして、全ユーザについて計算が終了したか否かを判定する（１１２）。
一方、１１０の比較の結果、１０９で計算した直交係数よりも保存値１０３の方がより直交性が高い値である場合には、そのまま、全ユーザについて計算が終了したか否かを判定する（１１２）。
【００２２】
全ユーザについて計算が終了していない場合は、未選択のユーザ１０７から新たな１個のユーザを選択して、前記１０６で残した直交係数のよいＭ−１個のユーザに加え、新たなＭ個のユーザからなるユーザグループを作成し（１０８）、上記の手順を繰り返す。
一方、全ユーザについて計算を終了した場合には、選択すべきＭ個のユーザを、前記１１１において記憶していたユーザグループに入れ替える（１１３）。
このようにして、演算量を格別増加させることなく、より直交性のよいＭ個のユーザを選択することができる。
【００２３】
なお、上記においては、全ユーザについて演算を行うようにしたが、必ずしも全ユーザについて演算を行う必要はなく、所定のところで処理を打ち切るようにしても良い。
また、上記１０１では、従来法（半直交ユーザ選択）により選択されたＭ個のユーザを出発点として処理を行っていたが、その他の方法により選択されたＭ個のユーザを出発点として処理を開始するようにしても良い。効率は低下するが、ランダムに選択したＭ個のユーザとしてもよい。
さらに、上記１０４では、Ｍ個のユーザを１とＭ−１に分け、各組合せの直交性を直交係数βにより計算していたが、ａとＭ−ａ（ａは、１≦ａ≦Ｎ−２の整数）に分割すればよい。すなわち、少なくとも最も直交性の高い２個のユーザを残し、その他のユーザを入れ替えるようにすればよい。
さらにまた、ａとＭ−ａに分割して、上述処理を繰り返した後に１１３で最も直交性が良いとして得られたＭ個のユーザを、今度は、ｂ（ｂ≠ａ、１≦ｂ≦Ｎ−２）とＭ−ｂに分割して、さらに上述した処理を繰り返しても良い。すなわち、例えば、１個とＭ−１個に分割して上記処理を行って得られたＭ個のユーザを対象に、今度は２個とＭ−２個に分割して上記処理を繰り返すようにしてもよい。
【００２４】
上述した第１の実施の形態においては、各受信機２０1〜２０Nからフィードバックされるチャネル値に基づいてユーザ選択を行っていたが、実際には各受信機からフィードバックされる間に遅延が存在し、また、チャネル状態が時間的に変動する時変チャネルでは、送信の際にチャネル状態が変化してしまうこととなる。
そこで、このような不都合を解消することができる本発明のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法及び通信装置の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態においては、各受信機２０1〜２０Nからフィードバックされるチャネル値に基づいてチャネル状態を予測するチャネル予測部１６を設けて送信タイミングにおけるチャネルの状態を予測し、該予測されたチャネル値を用いて各処理を行うようにしている。
【００２５】
図５は、本発明のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法の第２の実施の形態が実行されるマルチユーザＭＩＭＯシステムの一構成例を示すブロック図である。
この図と前記図１とを比較すると明らかなように、この実施の形態は、基地局送信機１０に、各受信機２０1〜２０Nからフィードバックされるチャネル値に基づいてチャネル状態を予測するチャネル予測部１６が設けられている点で、前述した第１の実施の形態の場合と相違している。
送信機１０は、各受信機２０1〜２０Nから送られてきたそれぞれのユーザチャネルのチャネル値をチャネル予測部１６に入力し、該チャネル予測部１６において、送信タイミングにおけるチャネル値を予測し、該予測したチャネル値を用いて、前記半直交ユーザ選択部１１、ユーザ再選択部１２、送信電力割当部１３及びビーム形成部１４における各処理を行う。
【００２６】
レイリーフェージングの場合、チャネル相関は第１種ゼロ次ベッセル関数になるので、前記チャネル予測部１６として、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）をベースにしたウィーナ（Wiener）フィルタを用いるものとして説明する。なお、これに限られることはなく、他の予測法を用いるチャネル予測部１６を採用しても良い。
ＭＭＳＥをベースにしたウィーナフィルタを用いた場合、ユーザのｉ番送信アンテナのｎ番フレームの予測されたチャネル値は、次の式（２）により表される。
【数４】
2009278238.tif 000006
【００２７】
送信機１０の半直交ユーザ選択部１１は、前記チャネル予測部１６により予測されたチャネル値を用い、前述した半直交ユーザ選択法などにより、直交性の良いＭ個のユーザを選択する。
そして、ユーザ再選択部１２は、前記図３に示したように、前記予測されたチャネル値を用いて前記直交係数βを算出し、前記半直交ユーザ選択部１１で選択されたＭ個のユーザを選択し直す処理を行う。
ユーザ再選択部１２で再選択されたＭ個のユーザに対する送信信号は、前記予測されたチャネル値に基づいて、前述と同様に、送信電力割当部１３で送信電力が割り当てられ、ビーム形成部１４において重みが付加されて、送信アンテナ１５1〜１５Mから再選択されたユーザの受信機に向けて送信される。
【００２８】
このような本発明のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法に関するシミュレーションの結果について図６〜図１０を用いて説明する。
図６はシミュレーション諸元を示す図であり、送信アンテナ数（Ｍ）を４、ユーザ数を１２８、キャリア周波数を２GHz、シンボル周期を2.5μs、変調方式をＢＰＳＫ、最大ドップラー周波数ｆdを200Hz、正規化最大ドップラー周波数（ｆdＴs）を５×１０-4、フレーム長を１０シンボル、予測フィルタオーダーを９、フィードバック遅延フレーム（予測長）を２、半直交係数αを0.3とし、チャネルはフラットフェージングに従うものとした。
【００２９】
図７は、予測フィルタ長とパイロット信号のＳＮＲ（Signal to Noise power Ratio）の予測ＮＭＳＥ（正規化平均二乗誤差）に対する影響をシミュレーションした結果を示す図である。
予測フィルタ長を長くすると予測誤差が減少するが、必要とするメモリ容量と計算量が増加する。図７は、予測フィルタのフィルタオーダー（次数）が１９９、４９、９及び１の各場合について、パイロット信号のＳＮＲに対する予測ＮＭＳＥをプロットしたものである。
予測フィルタのフィルタオーダーが９のときに、演算量と得られる結果がリーズナブルであることから、次数が９の予測フィルタを用いることとした。
【００３０】
図８はユーザ数が一定（１２８ユーザ）であるときのＳＮＲに対するシステム全体のチャネル容量（Sum capacity）の関係のシミュレーション結果を示す図である。ここで、Ａはランダムにユーザを選択した場合、Ｂはチャネル予測を行って従来の半直交ユーザ選択を行なった場合、Ｃはチャネル予測を行って本発明のユーザ再選択処理を行なった場合（本発明の第２の実施の形態）、Ｄは完全なチャネル値に基づいて本発明のユーザ再選択処理を行なった場合を示している。
このシミュレーション結果から、本発明により、従来のユーザ選択法の直交性を改善し、ユーザ間干渉を低減することにより、チャネル容量が改善されていることが分かる。
【００３１】
図９は、ユーザ数とシステム全体のチャネル容量の関係のシミュレーション結果を示す図である。ここで、Ａはチャネル予測を行って従来の半直交ユーザ選択を行なった場合、Ｂはチャネル予測を行って本発明のユーザ再選択処理を行なった場合（本発明の第２の実施の形態）を示している。
ユーザ数が増加するにつれて、直交性の高いユーザを選択することができるのでチャネル容量は増加する。この図に示すように、本発明のユーザ再選択処理を行うことによってチャネル容量が従来法の場合を大きく上回っている。また、ユーザ数の増加に伴うチャネル容量の増大の度合も従来法の場合よりも本発明の場合の方が上回っている。
本発明のユーザ選択方法は、従来法よりも、より直交性の高いユーザを選択できることを示している。
【００３２】
図１０は、チャネル予測を行う場合と行なわない場合とにおけるＳＮＲとシステムのチャネル容量の関係のシミュレーション結果を示す図である。ここでは、予測フィルタの次数を２とした。
図中、Ａはチャネル予測を行わずに本発明のユーザ選択処理を行なった場合（本発明の第１の実施の形態）、Ｂはチャネル予測を行って本発明のユーザ選択処理を行なった場合（本発明の第２の実施の形態）、Ｃは完ぺきなチャネル値を用いて本発明のユーザ選択処理を行なった理想的な場合を示している。
この結果に示されているように、チャネル予測を行なうことにより、チャネル予測を行なわなかった場合よりも、より直交性の高いユーザを選択することができることが分かる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態においては、各ユーザの受信機２０1〜２０Nにそれぞれ１本ずつの受信アンテナが設けられているものとして説明したが、複数本の受信アンテナを持つ受信機が存在する場合にも、本発明のユーザ選択方法を同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法の第１の実施の形態が適用されるマルチユーザＭＩＭＯシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】送信信号のフレーム構成の一例を示す図である。
【図３】本発明におけるユーザ選択方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】分割されたユーザグループの組合せに対する直交係数の計算について説明するための図である。
【図５】本発明のマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法の第２の実施の形態が適用されるマルチユーザＭＩＭＯシステムの構成を示すブロック図である。
【図６】シミュレーション諸元を示す図である。
【図７】予測フィルタ長とパイロット信号のＳＮＲの予測ＮＭＳＥに対する影響をシミュレーションした結果を示す図である。
【図８】ユーザ数が一定であるときのＳＮＲに対するシステムのチャネル容量の関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】ユーザ数とシステムのチャネル容量の関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】チャネル予測を行う場合と行なわない場合とにおけるＳＮＲとシステムのチャネル容量の関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】マルチユーザＭＩＭＯシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０：送信機、１１：半直交ユーザ選択部、１２：ユーザ再選択部、１３：送信電力割当部、１４：ビーム形成部、１５1〜１５M：送信アンテナ、１６：チャネル予測部、２０1〜２０N：受信機、２１1〜２１N：受信アンテナ、２２1〜２２N：シンボル検出部、２３1〜２３N：チャネル推定部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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