JP2006526353A - 無線通信のためのチャネル化コードの割り当て方法及び装置 - Google Patents

Abstract

多重アンテナを備えた無線通信システムにおけるチャネル化コード割り当て方法及び装置に関する。本発明は、端末からチャネル情報を受信する過程と、受信されたチャネル情報によって各送信アンテナにチャネル化コードを割り当てる過程と、前記割り当てられたチャネル化コードによって各送信アンテナを介してデータを送信する過程を含むことによって、チャネル状態によって複数の端末がチャネル化コードを共有することを可能にする。チャネル化コードの数は限られているが、ユーザー端末の数は多い場合、すなわち、端末を区分するためのチャネル化コードの数がサービスを受けている端末の数より少ない場合、ユーザー間に送信アンテナ別にチャネル化コードを共有することにより、各チャネル化コードを利用して転送できるデータの処理能力が向上する。

Description

本発明は、通信システムに関し、特に、多重アンテナを備えた無線通信システムにおけるチャネル化コード割り当て方法及び装置に関する。

近来、無線移動通信市場の急成長によって転送データの大容量化及びデータ転送の高速化を支援する無線インタフェースを使った多様なマルチメディアサービスに対するニーズが高まりつつある。従って、限定された周波数の効率的な使用方法を見つけるのが最も至急な課題となっている。この課題を解決するために、多重アンテナを利用した新しい転送技術が必要になり、その一例として多重アンテナを利用した多重入出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ： 以下、ＭＩＭＯと略称す）システムが使用されている。

図１及び図２は、ＰＡＲＣ（Ｐｅｒ Ａｎｔｅｎｎａ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）ＭＩＭＯシステムの送信端と受信端の構成図である。

図１に示すように、ＭＩＭＯシステムの送信端は、高速で入力されたデータストリームを複数の送信アンテナ（Ａｎｔ１〜Ａｎｔｎ）に分岐する逆多重化器（ＤＥＭＵＸ）１０と、前記入力データストリームから分岐された各サブストリームをコーディングしてシンボルを生成するシンボルコーディング部１１と、該シンボルコーディング部１１から出力されたシンボルにチャネル化コード（Ｃ１〜Ｃｎ）を割り当てるチャネル化コーディング部１２と、該チャネル化コーディング部１２によりコーディングされたシンボルを加算する加算器１３と、該加算器１３から出力されたシンボルにスクランブルコード（Ｓ１〜Ｓｎ）を割り当てるスクランブル部１４と、該スクランブル部１４により拡散されたシンボルを転送する複数の送信アンテナ（Ｔｘ１〜Ｔｘｎ）とから構成される。通常、前記スクランブルコード（Ｓ１〜Ｓｎ）は同一コードである。

シンボルコーディング部１１は、チャネルコーディング動作、インターリビング動作、マッピング動作を実行してシンボルを生成し、さらに、前記生成されたシンボルを分岐する役割を遂行する。チャネル化コーディング部１２は、前記分岐されたシンボルにチャネル化コード（Ｃ１〜Ｃｎ）を割り当て、前記チャネル化コードが割り当てられたシンボルを拡散し、スクランブル部１４は、割り当てられたチャネル化コードにより拡散されたシンボルをスクランブルする。

また、従来のＭＩＭＯシステムの送信端は、図２に示すように、受信信号から干渉信号を除去する干渉信号除去部２０と、干渉信号除去部２０から出力された信号のうち、最大のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を有する信号を検出してＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）線形変換を行うＭＭＳＥ検出器２１と、ＭＭＳＥ検出器２１の出力を逆拡散する逆拡散部２２と、前記逆拡散した信号を多重化する多重化器（ＭＵＸ）２３と、前記多重化した信号を処理してサブストリームを検出するシンボル検出部２４と、該シンボル検出部２４により検出されたサブストリームを受信信号と同一形態に再構成する信号再構成部２５と、シンボル検出部２４により順次検出されたサブストリームを結合してデータストリームを形成する信号結合部２６とから構成される。

ここで、干渉信号除去部２０は、前記受信信号からシンボル検出部２４で再構成されたサブストリームを削除するための複数のバッファから構成され、逆拡散部２２は、送信端において該当サブストリームに割り当てられたコードを利用して逆拡散を行うための複数の逆拡散器から構成される。

以下、このように構成された従来のＭＩＭＯシステムの送信端の動作を説明する。

まず、高速のデータストリームは、逆多重化器１０により送信アンテナの数と同数のサブストリームに逆多重化される。各逆多重化されたサブビットストリームは、シンボルコーディング部１１によりチャネル化コーディング及びインターリビングされた後、シンボルにマッピングされ、該当シンボルは、またチャネル化コードの数だけの分岐（逆多重化）が行われる。

チャネル化コーディング部１２は、前記分岐されたシンボルにチャネル化コード（Ｃ１〜Ｃｎ）を割り当て、前記チャネル化コードが割り当てられた複数のシンボルは加算器１３において１つのシンボルに加算される。スクランブル部１４は、加算器１３から出力されたシンボルにスクランブルコードを割り当てた後、送信アンテナ（Ｔｘ１〜Ｔｘｎ）を介して転送する。一般に、前記シンボルに割り当てられるスクランブルコードは同一コードである。

受信端のＭＭＳＥ検出器２１は、受信アンテナ（Ｒｘ１〜Ｒｘｎ）を介して受信された信号のうち、最大のＳＩＮＲを有する信号を検出してＭＭＳＥ線形変換を行う。ＭＭＳＥ検出器２０の出力は、逆拡散部２２で逆拡散された後、多重化器２３で１つの信号に結合される。シンボル検出部２４は、多重化器２３により出力された信号から送信シンボルを検出した後、前記検出されたシンボルを逆マッピング及び逆インターリビングして１番目のサブストリームとして検出する。

ここで、信号再構成部２５は、シンボル検出部２８により検出された１番目のサブストリームを受信信号の形態に再構成した後、干渉信号除去部２０に出力し、該干渉除去部２０は、バッファに保存されていた受信信号から再構成された信号を削除した後、ＭＭＳＥ検出器２１に出力する。

従って、ＭＭＳＥ検出器２１は、残りの信号のうち、最大のＳＩＮＲを有する信号をＭＭＳＥ線形変換し、ＭＭＳＥ検出器２１の出力が逆拡散部２２及び多重化器２３を経てシンボル検出部２４に入力されると、該シンボル検出部２４が２番目のサブストリームを検出する。

信号再構成部２５は、シンボル検出部２４により検出された２番目のサブストリームを再構成して干渉除去部２０に出力し、該干渉信号除去部２０は、バッファに保存されていた信号から再構成された信号を削除してＭＭＳＥ検出器２１に出力する。その後、前述したような動作を繰り返して行うことにより、シンボル検出部２４は、サブストリームを順次検出する。

従って、シンボル検出部２４により全てのサブストリームが検出されると、前記検出された複数のサブストリームは、信号結合部２６により１つのデータストリームに結合される。

以下、送信端において送信シンボルにチャネル化コードを割り当てる方法を詳細に説明する。

図３は、従来技術に係る移動通信システムにおけるチャネル化コード割り当て方法を示すフローチャートである。

一般的に、複数の端末（ＵＥ１〜ＵＥ８）に所定のデータを転送する場合、基地局は、まず端末との初期同期のためにパイロット信号を転送する。前記パイロット信号を受信した端末（ＵＥ１〜ＵＥ８）は、各送信アンテナと各受信リンクの状態を参照して基地局にチャネル品質情報（ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ： 以下、ＣＱＩと略称す）を送信する。ここで、前記ＣＱＩは、例えば、各端末により送信アンテナ別に送信できるビットの数（ｂｐｓ／Ｈｚ）、すなわち、「送信可能ビット数」であり得る。

複数の端末から送信アンテナ別にＣＱＩ情報を受信した基地局は、高いデータ転送率をサポートするために各端末に転送できるＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ Ｓｅｔ）を前記ＣＱＩ情報から選択する（Ｓ１０、Ｓ１１）。その後、前記基地局は、全てのアンテナに対して「送信可能ビット数」が大きい端末を選択した後（Ｓ１２）、前記選択された端末にチャネル化コードを割り当てる。すなわち、前記選択された端末に転送されるシンボルにチャネル化コードを順次割り当てる（Ｓ１３）。

図４は、送信アンテナが４つであり、ユーザーが８人であり、チャネル化コードが４つであるときのチャネル化コードを割り当てる例を示す図である。

図４に示すように、最大「送信可能ビット数」は、ＵＥ１が最大であり、ＵＥ２が最小であるので、すなわち、「送信可能ビット数」の大きさの順は、ＵＥ１＞ＵＥ３＞ＵＥ８＞ＵＥ７＞ＵＥ６＞ＵＥ４（＝ＵＥ５）＞ＵＥ２であるため、基地局は、４つの送信アンテナ（Ｔｘ１〜Ｔｘ４）を介して送信されるＵＥ１、ＵＥ３、ＵＥ８、ＵＥ７の各シンボルにそれぞれＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を順次割り当て、残りの端末（すなわち、ＵＥ２、ＵＥ４、ＵＥ５、ＵＥ６）にはチャネル化コードを割り当てない。

チャネル化コードの割り当てが完了すると、前記基地局は、チャネル化コードが割り当てられた端末のシンボルを多重化して各送信アンテナ（Ｔｘ１〜Ｔｘ４）を介して転送する（Ｓ１４、Ｓ１５）。

一般的に、送受信端において多重アンテナを使用するＭＩＭＯシステムの場合、各送信アンテナ別にチャネルの品質が異なる。従って、基地局と端末間のリンク品質が良好であっても、実際、一部のリンクは非常に良好であり、他の一部のリンクは非常に不良である可能性もある。この場合、ＡＭＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ）のようなリンク適応方法を使用して、高次変調方式（例えば、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ））を適用することにより、システム効率（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を最大に向上させる。

ＭＩＭＯシステムにおいて、多くのユーザーに同時にサービスが提供される場合、前記基地局は、チャネル化コードを使用してユーザーを区別する。しかしながら、チャネル化コードの数がユーザーの数より少ない場合、従来のチャネル化コード割り当て方法を適用すると、限られたチャネル資源を効率的に使用することができない。すなわち、図４に示すように、ユーザーが８人、チャネル化コードの数が４つであるとき、端末（ＵＥ２、ＵＥ４、ＵＥ５、ＵＥ６）にはチャネル化コードが全く割り当てられないため、チャネル資源の利用効率が低下するという短所があった。これは、従来のチャネル化コード割り当て方法が各アンテナ別に最大「送信可能ビット数」（すなわち、チャネル状態）を判断してチャネル化コードを割り当てるからである。

また、従来は、基地局と端末間のリンク品質が全て不良である場合（すなわち、送受信アンテナ別の一部のリンクは良好であり、一部のリンクは不良である場合）、不良のリンクに割り当てられたチャネルは、低いＭＣＳを使用するか、又はデータストリームを全く転送しなかった。従って、チャネルの利用効率が低下し、特に、受信端におけるデータストリームの検出能力が低下する。

また、本発明は、ＭＩＭＯ無線通信システムにおいて効率的に資源を利用できる信号転送方法に関する。

アンテナ信号処理技術を使用する転送方法は、開ループ方式と閉ループ方式とに大別される。前記開ループ方式は、コード再利用（ｃｏｄｅ ｒｅ−ｕｓｉｎｇ）をアンテナダイバーシティと共に実現できる方法であり、移動局が基地局にチャネル情報をフィードバックする必要がない。一方、前記閉ループ方式は、受信端で測定されてフィードバックされたチャネル情報を利用して多重アンテナに使用される加重値情報Ｗを求め、該加重値を各アンテナに適用して信号を転送する。

マルチストリームビーム形成（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔｒｅａｍ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ： 以下、ＭＳＢと略称す）ＭＩＭＯシステムは、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ： 以下、ＦＤＤと略称す）方式の閉ループＭＩＭＯシステムの１つである。

図７は、従来のＭＳＢ ＭＩＭＯシステムの構成を示す図である。

図７に示すように、従来のＭＳＢ ＭＩＭＯシステムの送信端７１０は、ソースデータビットを受信して逆多重化する逆多重化部７１１と、該逆多重化部７１１から出力された各シンボルに対して割り当て変調を行い、受信端からのフィードバックを受ける変調部７１３と、該変調部７１３から転送された割り当て変調されたシンボルに加重ベクトルを乗算し、受信端からのフィードバックを受ける加重ベクトル乗算部７１５と、ＭＩＭＯチャネルで信号を転送する複数の送信アンテナ（Ｔｘ１〜ＴｘＭ）とを含む。

前記送信端７１０は、受信端により推定されるチャネル行列の固有分解（ｅｉｇｅｎ−ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）により各固有値の大きさを検討し、相対的に大きい固有値を有するチャネル領域には６４ＱＡＭ又は１６ＱＡＭなどの高次変調方式（ｈｉｇｈ ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が適用され、相対的に小さい固有値を有するチャネル領域にはＢＰＳＫ又はＱＰＳＫのような低次変調方式（ｌｏｗ ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が適用される。それぞれ異なるデータストリームを介して転送されるシンボルの独立性を保持するために、前記チャネル行列の固有ベクトルを前記シンボルにそれぞれ乗算して転送する。

すなわち、各送信ストリームにより転送される全てのシンボルに対して同一の変調方式が使用されることではなく、送信端のチャネル状態が端末からフィードバックされた後、該チャネル状態に応じて各ストリームに適した変調方式を使用することになる。ここで、受信時に各アンテナで使用する変調方式を決定するために、受信端が送信端において使用されたアルゴリズムと同一のアルゴリズムを有する必要があることは理解できるだろう。

さらに、各ストリームを介してそれぞれ異なる方式で転送されるシンボルの場合、前記チャネル行列の固有分解により得られた固有ベクトルがそれぞれ前記シンボルに乗算されることにより、チャネル領域における相関関係（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）の利用効率が最大になり、送信ストリーム間の独立性が維持できる。

特定値より小さい固有値（チャネル行列の固有分解により得られた固有値）を有する比較的に小さいチャネル領域に対しては、送信アンテナから転送された前記シンボルにより受信端でエラーが発生する可能性を予め防止するために、シンボルが全く転送されないようにする。

それにしても、良好なチャネル状態を有するストリームに高次変調方式を使用するように、シンボルを割り当てることにより全送信アンテナで転送されるビットの総数が増加し、よって、スループットも増加する。従って、小さい固有値を有する固有ベクトルを利用して生成されたチャネル領域内で送信端にシンボルが転送されることを（予め）防止できるため、全般的な通信品質が向上し、よって、シンボルの送信が不要になる。

図７に示すように、従来のＭＳＢ ＭＩＭＯシステムは、Ｍ個の送信アンテナとＮ個の受信アンテナを備える。それぞれ異なるＭ個の送信アンテナを介して送信された信号ベクトルが受信端７２０で受信される前に経るチャネル行列を

とする場合、前記受信端７２０は前記チャネル行列

を推定した後、受信端７２０で行われた固有分解により得られた各固有値と固有ベクトル値を送信端７１０にフィードバックで送る。或いは、固有値が互いに比較され、送受信端が予め定義された変調方式割り当てテーブルを有している場合、各ストリームに使用される変調方式に該当するインデックス値（前記テーブルに保存されている値）を送信端にフィードバックする。

図７に示すように、受信端７２０は、ＭＩＭＯチャネルで送信端７１０から信号を受信する受信アンテナ（Ｒｘ１〜ＲｘＮ）と、ゼロフォーシング（ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ）やＭＭＳＥ方式を用いて前記受信信号を検出する検出部７２１と、該検出部７２１から出力されたシンボルに（送信端７１０で乗算された加重ベクトルの）共役値（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｖａｌｕｅ）を乗算する共役乗算部７２３と、前記シンボル割り当てられた変調方式を用いて復調を行う復調部７２５と、受信データを出力するために多重化を行う多重化部７２７とを含む。さらに、受信端７２０は、受信アンテナ（Ｒｘ１〜ＲｘＮ）からデータを受信してチャネルの状態を推定するチャネル推定器７２２と、チャネル推定器７２２の出力を固有分解し、その結果を送信端７１０にフィードバックする固有分解部７２４をさらに含む。ここで、固有値情報は変調部７１３にフィードバックでき、固有ベクトル情報は加重ベクトル乗算部７１５にフィードバックされ得る。

受信端７２０は、一般的に周知のゼロフォーシングやＭＭＳＥ方法を用いて、各シンボルにビーム形成を実施することにより送信端に生成された信号ベクトルを推定する。送信端で各シンボルに乗算された加重ベクトルの共役値を前記信号ベクトルに乗算して各シンボルを求める（検出する）。さらに、各送信アンテナで転送されたシンボルを該当変調方式によって変調することにより、送信端から転送されたビットを確認し、前記送信端から送信されたビットストリームを再構成するために多重化を行う。

従来のＭＳＢ ＭＩＭＯシステムにおいて、各シンボルにビームを形成する方法は、次の数式１で表すことができる。

ここで、ｗ_ｉは、各シンボルにビーム形成を実施するために用いられる加重ベクトルであり、ｓ_１〜ｓ_Ｍは、データシンボルであり、

は、各シンボルにビーム形成を実施した後の信号ベクトルである。各シンボル、ｓ_１、．．．、ｓ_Ｍは、Ｍ個の独立コーディングブロックから出力された独立ビットストリームから構成されたシンボルである。

各送信アンテナから転送されるンボルは、同一の変調方式を用いて変調されることではなく、各アンテナのチャネル状態情報が端末からフィードバックされると各チャネル状態によって決定された変調方式を用いてそれぞれ変調される。

従って、数式１におけるシンボルｓ_１〜ｓ_Ｍは、チャネル行列の固有値を比較してそれぞれ異なる変調方式を採用する。すなわち、チャネル行列の固有分解により、相対的にに大きい固有値を有するストリームには高次変調が割り当てられ、相対的に小さい固有値を有するストリームには低次変調が割り当てられる。ここでは、下付き文字が１であるストリームには最大固有値に対応する固有ベクトルが乗算され、残りのストリームには固有値の大きさの順に固有ベクトルが順次乗算されることを想定した。

以下、各シンボルに乗算される加重ベクトルを求める方法を要約する。

それぞれ異なるＭ個の送信アンテナを介して送信された信号ベクトルが受信端に受信される前に経るチャネル行列を

だとすると、受信端７２０がＮ個の受信アンテナを有する場合、前記チャネル行列はＮ×Ｍ行列である。送受信端ですでに分かっているパイロットシンボル又は別途のパイロットチャネルが送信端７１０の各アンテナで転送される場合、受信端７２０は、チャネル行列の各成分を推定することができる。

前記チャネル行列

に対して、受信端７２０は固有分解を実施する。このシステムにおいて、送信端７１０におけるアンテナアレイのアンテナ数が受信端７２０のアンテナアレイのアンテナ数より多いと仮定したため、前記チャネル行列

は正方行列ではなく、よって、前記チャネル行列自体を固有分解することができず、代わりに

の固有分解を実施する。

ここで、Ｈは、エルミート（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ）演算を示し、λ_Ｍは行列

の固有値を示し、

は固有ベクトルを示す。

各固有ベクトルは一般的に互いに直交性を保持するため、送信端７１０から送信端７１０のアンテナ数に応じたシンボルを全て一緒に転送する場合、各シンボルに独立加重ベクトルを乗算することにより、信号を転送することができる。

数式（１）のように、各シンボルにビーム形成を実施して信号を転送した場合、受信端７２０は、次のような信号処理を実施する。各シンボルに独立的な加重ベクトルを乗算して信号を転送したため、周知のゼロフォーシングやＭＭＳＥ方法で

を推定した後、送信端７１０から前記信号を転送するために、送信端７１０において各加重ベクトルを各シンボルに乗算する。その結果、受信端７２０によって受信された前記信号は、数式（３）のように表すことができる。

ここで、

は、ＡＷＧＮ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｎｏｉｓｅ）を示す。

ゼロフォーシングを利用して各シンボルに加重ベクトルを乗算して信号ベクトル

を推定した信号ベクトルを

とすると、前記信号ベクトル

は、数式（４）のように表すことができる。

ＭＭＳＥを利用して各シンボルに加重ベクトルを乗算して転送した信号ベクトル

を推定した信号ベクトルを

とすると、前記信号ベクトル

は、数式（５）のように表現できる。

ここで、αは、信号対干渉雑音比を示し、

は、単位行列（ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｍａｔｒｉｘ）を示す。

このように、ゼロフォーシング又はＭＭＳＥ方法を用いて各シンボルに加重ベクトルを乗算して転送した信号ベクトル

を推定した信号ベクトルである

を推定した場合、送信端７１０から各シンボルに乗算して転送された加重ベクトルの共役値を前記推定された信号ベクトル

に乗算することで、送信端７１０から転送されたシンボルｓ_１〜ｓ_Ｍを推定したシンボルである

を推定することができる。

は、次の数式（６）のように表すことができる。

前記推定されたシンボル

をそれぞれの変調方法によって変調することにより、各シンボルに割り当てられる前のビットを確認することができる。また、各アンテナで転送されたシンボルのビットを確認した後、多重化により送信端から転送されたビットストリームを確認する。

各アンテナでそれぞれ異なるシンボルが転送されると、前記チャネル行列の固有ベクトルを各シンボルに乗算して転送する他に、各アンテナのチャネル状態も考慮するために、受信端７２０は、固有分解により得られたチャネル行列の固有値を相対比較して、各アンテナで転送されるシンボルのチャネルコーディング方式及び変調方式を選択する。

各送信アンテナで独立的に転送されるシンボルに乗算される加重ベクトルを求めるためには、受信端７２０において前記推定したチャネル行列の固有分解を実施しなければならない。ここで、固有分解により固有値及び固有ベクトルを共に求めることができるため、追加的な計算は必要ない。

すなわち、各送信アンテナで転送されるシンボルに同一の変調方法が適用されることではなく、端末からフィードバックされた各チャネル領域状態を受信すると、前記チャネル状態に基づいて各ストリームに使用される変調方式が決定される。従って、前記チャネル行列の固有値の比較により、数式（１）の

にはそれぞれ異なる変調方式が適用される。

従って、前記チャネル行列の固有分解が実行されると、相対的に大きい固有値を有するストリームには高次変調方法が割り当てられ、相対的に小さい固有値を有するストリームには低次変調方法が割り当てられる。

勿論、各ストリームに転送されるシンボルのチャネルコーディング方式と変調方式を決定した後は、受信端７２０で求められたチャネル行列の固有ベクトルを加重ベクトルとして使用して各シンボルの独立的ビーム形成を実施することは変わらない。ここで、各アンテナに割り当てられる変調及びコーディングスキーム（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｈｃｅｍｅ： ＭＣＳ）を決定する方法は、以下のとおりである。

数式（２）のように、固有分解により得られた固有値を用いて各ストリームに割り当てる変調方式を決定するために、まず各固有値の相対比（λ_１：λ_２：・・・λ_Ｍ）を決定する。

この相対比によって、最小固有値が特定閾値より小さい場合、それに対応する固有ベクトルにより生成されたチャネル領域にはシンボルが転送されない。次に小さい固有値には低次の変調及びコーディング組み合わせ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｅｔ： ＭＣＳ）が使用され、最大固有値には高次のＭＣＳが使用される。中間固有値にはこのような値の相対的な比較により中次のＭＣＳが使用される。

その後、シミュレーションにより異なるチャネル状態をテストにより確認した後、チャネル状態に適した所望の変調及びコーディング組み合わせを選択するために、変調割り当てテーブルを使用する。

しかしながら、このような従来のＭＳＢ ＭＩＭＯシステムにおいて、複数の端末にサービスが提供される場合、チャネル化コードを使用して前記端末を区分する。１つの端末により同時に転送される複数のデータストリームは、固有ベクトルの直交特性により区分できる。

図８は、従来のＭＩＭＯシステムにおいて、複数の端末に同時にサービスが提供され、チャネル化コードが端末の数より少ない場合、無線資源を割り当てる方法を説明するためのテーブルである。図８は、端末の数が８つであり、チャネル化コードの数が４つである場合を例として説明する。ここで、端末１、端末３、端末７、端末８のみがチャネル化コードが割り当てられて通信可能であり、残りの端末２、端末４、端末５、端末６は、使用可能な資源があるにもかかわらず、チャネル化コードが割り当てられないため、通信ができない。

図８に示すように、従来のＭＩＭＯシステムにおいて、チャネル化コードの数がが端末の数より少ない場合、使用可能な資源があるにもかかわらず、チャネル化コードの不足によりチャネル資源が割り当てられない。

また、基地局と複数の端末間の全てのチャネルリンクの品質が良好なわけではない場合、すなわち、一部の送信チャネルリンクが良好であり、一部の送信チャネルリンクは不良である場合、前記不良のリンクに割り当てられたストリームは、低次のＭＣＳ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）を用いて転送されるか、又は、全く転送されないため、チャネル資源が効率的に利用できないという問題がある。

本発明の第１の目的は、受信端のシンボル検出能力を向上させる移動通信システムにおけるチャネル化コード割り当て装置及び方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、限られたチャネル資源の利用効率を向上させる移動通信システムにおけるチャネル化コード割り当て装置及び方法を提供することにある。

本発明の第３の目的は、複数のユーザーがチャネル化コードをアンテナ別に共有できる移動通信システムにおけるチャネル化コード割り当て装置及び方法を提供することにある。

本発明の第４の目的は、チャネル化コードを介して転送できるデータの処理能力を向上させる移動通信システムにおけるチャネル化コード割り当て装置及び方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係るチャネル化コード割り当て方法は、複数の端末からチャネル情報を受信する段階と、前記受信されたチャネル情報によって各送信アンテナのためのチャネル化コードを割り当てる段階と、前記割り当てられたチャネル化コードによって各送信アンテナでデータを送信する段階とを含むことを特徴とする。

また、前記のような目的を達成するために本発明に係るチャネル化コード割り当て装置は、複数の端末からチャネル情報を受信する受信機と、前記受信されたチャネル情報によって各送信アンテナにチャネル化コードを割り当てる割り当て部と、前記割り当てられたチャネル化コードによって各送信アンテナでデータを転送する送信機とを含むことを特徴とする。

発明者らは、前述したような従来技術の問題に鑑みて、移動（無線）通信システムにおいてチャネル化コードを割り当てるとき、ＭＩＭＯシステムの受信端におけるシンボル検出機能を向上させてた技術を発展させた。その結果、チャネル資源の利用効率が及びデータ処理能力が向上し、チャネル化コードが送信アンテナによってユーザーの間で共有可能になった。

広い意味では、本発明は、送受信アンテナ間のチャネル品質による各アンテナに対するチャネル化コード割り当てに関する。前記チャネル品質は、各端末から転送されたチャネル品質情報（ＣＱＩ）に基づいて決定され、前記ＣＱＩは、各端末に対する各アンテナの「転送可能ビット数」を利用してマッピングできる。

前記チャネル品質情報が受信されると、チャネル化コードが前記チャネル品質情報によって各アンテナに順次割り当てられた後、データ転送が行われる。

また、発明者らは、前述した従来技術の問題を認識して、端末数がチャネル化コードの数より多い場合、複数の端末がチャネル化コードを共有するＭＩＭＯシステムのための信号転送方法を開発した。これにより、無線資源がより効率的に活用可能になった。

本発明は、各送信アンテナ別にチャネルの品質が異なるという点から、各アンテナ別のチャネル品質（すなわち、最大送信可能ビット数）によって各送信アンテナにチャネル化コードを順次割り当てる。すなわち、基地局は、端末から転送されたＣＱＩ情報に基づいて各アンテナ別に良好なチャネル状態のユーザー順にチャネル化コードを順次割り当てる。このような方式でチャネル化コードを割り当てると、複数のユーザーの間でチャネル化コードを共有可能になり、前記チャネル化コードを共有したユーザーは、それぞれ異なるアンテナを介して転送されるデータを受信する。

従って、本発明は、最適のチャネルを利用してシンボルを転送できるので、従来の１つのチャネル化コードが１人のユーザーにのみ使用された場合に比べてチャネル資源を効率的に利用できるという効果がある。特に、本発明は、送信アンテナ別にユーザーの間でチャネル化コードを共有することにより、各チャネル化コードを使用して転送できるデータの処理能力（Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を向上させるという効果がある。

一般的に、送受信端で多重アンテナを使用するＭＩＭＯシステムにおいて、各送信アンテナ別にチャネルの品質が異なる。すなわち、特定の端末（ユーザー）に対する送信アンテナの全体のチャネル品質が良好であっても、各アンテナと多数の端末間のチャネル品質は良好でないこともある。従って、基地局と端末間のリンク品質が良好であっても、実際は、一部のリンクは非常に良好であり、他の一部のリンクは不良である可能性がある。

従って、本発明は、従来技術のような、チャネル化コードを割り当てるときに全てのアンテナに対する最大「送信可能ビット数」を考慮する方法ではなく、各アンテナ別に最大「送信可能ビット数」（すなわち、チャネル状態）を判断してチャネル化コードを割り当てる方法を提案する。

また、従来のＭＩＭＯシステムにおいて、複数のユーザーにサービスが同時に提供されるとき、チャネル化コードの数がユーザーの数より少ない場合は、全体の送信アンテナのチャネル品質が良好であっても、特定の送信アンテナの良好なチャネル品質を有するユーザーにチャネル化コードが割り当てられない場合があった。

従って、本発明は、限られたチャネル化コードを効率的に利用するために、送信アンテナ別にユーザーの間でチャネル化コードを共有できる方法を提案する。

図５は、本発明の実施形態による移動通信システムのチャネル化コードの割り当て方法を示すフローチャートである。

図５に示すように、複数の端末（ＵＥ１〜ＵＥ８）にデータ（すなわち、データストリーム）を転送する場合、基地局はまず端末との初期同期のためにパイロット信号を転送する。

パイロット信号を受信した前記端末（ＵＥ１〜ＵＥ８）は、送信アンテナアレイと受信端間の各リンクの状態を判断し、前記リンク品質を示すＣＱＩデータを基地局に送信する。ここで、前記ＣＱＩデータは、例えば、送信アンテナ別の送信可能ビット（ｂｐｓ／Ｈｚ）によりマッピングできる。

基地局は、前記端末から送信アンテナ別にＣＱＩデータを受信して（Ｓ２０）、該当ＣＱＩから各端末に転送できるＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｄｅ ｓｅｔ）を選択する（Ｓ２１）。その後、前記基地局は、１つのアンテナを選択した後、前記選択されたアンテナで送信可能なビット数が大きい端末をチャネル化コードの数だけ選択する（Ｓ２２、Ｓ２３）。前記端末が選択された後、前記基地局は、前記選択された端末にチャネル化コードを順次割り当てる（Ｓ２４）。

図６は、送信アンテナが４つ、ユーザーが８人、チャネル化コードの数が４つであるときにチャネル化コードを割り当てる例を示す図である。

図６に示すように、送信アンテナ（Ｔｘ１）で端末（ＵＥ１、ＵＥ６、ＵＥ７、ＵＥ８）に転送できるビットの数は４ｂｐｓ／Ｈｚであり、端末（ＵＥ３）に転送できるビットの数は２ｂｐｓ／Ｈｚであり、端末（ＵＥ４）に転送できるビットの数は１ｂｐｓ／Ｈｚであり、端末（ＵＥ５）に転送できるビットの数は０ｂｐｓ／Ｈｚである。

従って、送信アンテナ（Ｔｘ１）が最初に選択された場合、前記基地局は送信アンテナ（Ｔｘ１）で「転送可能なビット数」が大きい端末（ＵＥ１、ＵＥ６、ＵＥ７、ＵＥ８）を選択し、前記選択された端末（ＵＥ１、ＵＥ６、ＵＥ７、ＵＥ８）に転送されるシンボルにチャネル化コード（Ｃ１〜Ｃ４）を順次割り当てる。これにより、複数のチャネル化コードを使用して複数の端末（ユーザー）にシンボルを転送する場合、前記端末はチャネル化コードを共有し、その同一のチャネル化コードを共有する端末は、それぞれ異なるアンテナで転送されるシンボルを受信する。

その後、前記基地局は、該当送信アンテナ（Ｔｘ１）に対するコード割り当てが完了したか否かをチェックし（Ｓ２５）、コード割り当てが完了していない場合は、段階（Ｓ２３）以後の動作を繰り返して行い、コード割り当てが完了した場合は、残りのアンテナが存在するか否かをチェックする（Ｓ２６）。

チェックの結果、残りのアンテナが存在する場合、送信アンテナ（Ｔｘ２〜Ｔｘ４）に対して段階（Ｓ２２）以後の動作を繰り返して行い、残りのアンテナが存在しない場合、前記基地局は、前記チャネル化コードが割り当てられた端末のシンボルを多重化して各送信アンテナ（Ｔｘ１〜Ｔｘ４）で転送する（Ｓ２７）。

従って、図６に示すように、本発明に係るチャネル化コード割り当て方法を適用すると、より多くの端末が限定されたチャネル化コードを使用することができ、従来のように、特定端末に特定チャネル化コードが使用されることでなく、送信アンテナ別に複数の端末がチャネル化コードを共有できる。特に、本発明によると、送信アンテナ別にユーザーの間でチャネル化コードを共有することができるため、各チャネル化コードを利用して転送できるデータの処理能力が向上する。すなわち、従来は、例えば、チャネル化コード（Ｃ１）を利用して４８ｂｐｓ／Ｈｚのデータストリームが送信できたが、本発明は、同一のチャネル化コード（Ｃ１）を利用して５８ｂｐｓ／Ｈｚのデータストリームが送信できる。

本発明に係るＭＩＭＯシステムにおけるデータ転送方法では、端末を区分するためのチャネル化コードの総数が特定サービスを受けている端末の総数より少ない場合、１つ以上の端末に同一のチャネル化コードを割り当てる。

複数の端末がチャネル化コードを共有する場合、前記端末間の区分が必要になる。そのために、データストリームに乗算される加重ベクトルの相対的な関連値が所定閾値より小さい場合にのみ、チャネル化コードの共有を許容する。従って、コード共有の影響により発生する他の端末からの所定干渉を許容することにより、複数の端末間のデータストリームの区分が可能になる。

本発明に係るＭＳＢ ＭＩＭＯシステムは、Ｍ個の送信アンテナを有し、ＰＡＲＣ、ＭＳＢのような同一チャネル化コードを使用するストリームが別途にコーディングされてそれぞれＣＲＣ（ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｃｈｅｃｋ）コードが加えられると仮定する。

図９は、本発明の一実施形態による閉ループＭＳＢ ＭＩＭＯシステムの構成を示す図である。図９に示すように、本発明に係るＭＳＢ ＭＩＭＯシステムは、複数のユーザー端末を考慮して適した信号処理を提供するコントロールブロック（例えば、マルチユーザー加重制御器９１７）を除いては、図７の従来の閉ループＭＳＢ ＭＩＭＯシステムの構成と同一である。すなわち、マルチユーザー加重制御器９１７は、固有ベクトルフィードバック及び固有値フィードバックを両方とも出力する固有分解部９２４からのフィードバックを受信する。マルチユーザー加重制御器９１７は、後述する本発明に係る割り当て方式を行うために、このフィードバック情報を処理して複数の逆多重化部９１１ａ〜９１１ｃ、変調部９１３、加重ベクトル乗算部９１５に出力する。

未説明の符号９２１は検出部であり、９２３は共役乗算部であり、９２５は復調部であり、９２７は多重化部である。

図１０は、本発明に係るＭＳＢ ＭＩＭＯシステムにおいて、チャネル化コードの数が端末の数より少なく、複数の端末に同時にサービスが提供される場合の無線資源を割り当てる方法を説明するためのテーブルである。

一例として、端末（すなわち、ｕｓｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ： ＵＥ）の数は８つで、チャネル化コードの数は４つであり、前記チャネル化コードは端末の間で共有される。ＵＥ１、ＵＥ３、ＵＥ７、ＵＥ８にのみチャネル化コードが割り当てられて通信が可能になり、残りのＵＥ２、ＵＥ４、ＵＥ５、ＵＥ６は、使用可能な資源を有しているにもかかわらず、チャネル化コードが割り当てられず、通信ができない。

チャネル化コードＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を有する端末のデータストリームは、自確に区分できる。すなわち、ＵＥ１のデータストリーム１、２、と、ＵＥ２のデータストリーム１、ＵＥ３のデータストリーム１、２、３と、ＵＥ６のデータストリーム１、２は、それぞれ異なるチャネル化コードを使用するので、干渉なしに区分できる。しかしながら、ＵＥ１のデータストリーム１、２、３と、ＵＥ４のデータストリーム１は、同一のチャネル化コードを使用するので、別途の区分方法が必要である。

ＭＳＢ技術の特性のため、同一の端末のデータストリームであるＵＥ１のデータストリーム１、２、３は、それぞれ直交性を有する固有ベクトルの特性により区分できる。

ＵＥ４のデータストリーム１に使用される固有ベクトルは、ＵＥ１のデータストリーム１、２、３に使用される固有ベクトルとの直交性を有していない。従って、ＵＥ１とＵＥ４のような異なる端末間にチャネル化コードを共有するためには、チャネル化コーディングにより転送されるデータシンボルに乗算される加重ベクトル間の関連値が所定閾値以下でなければならない。これは、次の数式７のように表すことができる。

ここで

は、ｋ番目の端末のｉ番目のストリームに乗算される加重ベクトルを示し、

は、ｋ番目の端末のｉ番目の独立的なコーディングブロックから出力された独立ビットストリームから生成されるシンボルを示す。

は、各シンボルにビーム形成を実施した後の信号ベクトルを示す。すなわち、ＵＥ１の加重ベクトル集合

と、ＵＥ４の加重ベクトル

の間には直交性がないため、２つの集合元素間の関連値

が特定閾値より小さい場合にのみチャネル化コードの共有が許容される。

前述した技術を一般化して表現すると、チャネル化コード共有を許容する複数の端末の加重値集合の条件を下記式のように表すことができる。

ここで、上付き文字ｋ及びｌは端末番号を示し、下付き文字ｉ及びｊは各端末別の固有ベクトルを示す。

複数のアンテナを送信端及び受信端で共に使用すると、データ転送速度が向上し、通信品質が向上するということは周知の事実である。複数の端末（ユーザー）にサービスを提供するＭＩＭＯシステムにおいて、チャネル化コートの数が限られている場合、本発明によると、送信アンテナ別に端末の間で共有できるチャネル化コードを提供することにより、それぞれのチャネル化コードを利用して転送できるデータの容量が増加するという効果が得られる。

従って、多重アンテナ通信システムにおいて、本発明に係る送信方法は、端末からチャネル情報を受信する過程と、前記受信されたチャネル情報によって各送信アンテナにチャネル化コードを割り当てる過程と、前記割り当てられたチャネル化コードによって各送信アンテナでデータを送信する過程とを含む。

また、本発明は通信システムの送信端で実現できるので、本発明に係る複数の送信アンテナを備えた基地局装置は、端末からチャネル情報を受信する受信機と、前記受信されたチャネル情報によって各送信アンテナにチャネル化情報を割り当てる割り当て部と、前記割り当てられたチャネル化コードによって各送信アンテナでデータを送信する送信機とを含む。

本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明したが、これは単なる説明の便宜のための例示にすぎない。当該技術分野における通常の知識を有する者であれば多様な変更、変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解できるだろう。本発明の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決められる。

従来のＰＡＲＣ ＭＩＭＯシステムの送信端の構成図である。 従来のＰＡＲＣ ＭＩＭＯシステムの受信端の構成図である。 従来技術に係る移動通信システムにおけるチャネル化コード割り当て方法を示すフローチャートである。 図３において、送信アンテナが４つで、ユーザーが８人で、チャネル化コードが４つであるときのチャネル化コードの割り当ての一例を示す図である。 本発明の実施形態による移動通信システムにおけるチャネル化コード割り当て方法を示すフローチャートである。 図５において、送信アンテナが４つで、ユーザーが８人で、チャネル化コードの数が４つであるときのチャネル化コードの割り当ての一例を示す図である。 従来技術によるＭＩＭＯシステムの構成を示すブロック図である。 従来技術によるＭＩＭＯシステムにおいて、チャネル化コードの数が端末の数より少なく、複数の端末に同時にサービスが提供される場合、無線資源を割り当てる方法を説明するためのテーブルである。 本発明に係るＭＩＭＯシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるＭＩＭＯシステムにおいて、チャネル化コードの数が端末の数より少なく、複数の端末に同時にサービスが提供される場合、無線資源を割り当てる方法を説明するためのテーブルである。

Claims (20)

1. 複数の端末からチャネル情報を受信する段階と、
   前記受信されたチャネル情報に基づいて各送信アンテナのためのチャネル化コードを割り当てる段階と、
   前記割り当てられたチャネル化コードによって各送信アンテナでデータを送信する段階と
   を含むことを特徴とする多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
2. 前記チャネル情報は、
   各端末のために各アンテナで転送できるビット数に関連した情報であることを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
3. 前記チャネル情報は、
   データ転送に使用されるチャネルの品質、状況又は状態に関連した情報であることを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
4. 前記チャネル化コードの割り当ては、
   転送できるビット数によって複数の端末に順次行われることを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
5. 前記順次行われるチャネル化コードの割り当ては、
   最多のビットが転送できる端末に先に行われた後、次に多いビットが転送できる端末に行われることを特徴とする請求項４に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
6. １つのチャネル化コードが割り当てられると、複数のユーザーが前記１つのチャネル化コードを共有することを特徴とする請求項４に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
7. 受信段階、割り当て段階、送信段階は、
   全て閉ループＭＩＭＯ通信システムで行われることを特徴とする請求項１に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
8. 前記ＭＩＭＯシステムは、
   ＭＳＢ技術を使用することを特徴とする請求項７に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
9. 端末を区分するためのチャネル化コードの数がサービスを受けている端末の数より少ない場合、チャネル状態に基づいて複数の端末に同一のチャネル化コードを割り当てることを特徴とする請求項８に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
10. 前記同一のチャネル化コードは、
    前記チャネル化コードを共有する複数の端末の加重値に関連する値が所定閾値より小さい場合にのみ割り当てられることを特徴とする請求項９に記載の多重アンテナ通信システムにおける送信方法。
11. 複数の端末からチャネル情報を受信する受信機と、
    前記受信されたチャネル情報に基づいて各送信アンテナにチャネル化コードを割り当てる割り当て部と、
    前記割り当てられたチャネル化コードによって各送信アンテナでデータを転送する送信機と
    を含むことを特徴とするマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
12. 前記チャネル情報は、
    各端末の各アンテナで転送できるビット数に関連した情報であることを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
13. 前記チャネル情報は、
    データ転送に使用されるチャネルの品質、条件、状態に関連した情報であることを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
14. 前記チャネル化コードの割り当ては、
    転送できるビット数によって複数の端末に順次行われることを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
15. 前記順次行われるチャネル化コードの割り当ては、
    最多のビットが転送できる端末に先に行われた後、次に多いビットが転送できる端末に行われることを特徴とする請求項１４に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
16. １つのチャネル化コードが割り当てられると、複数のユーザーが前記１つのチャネル化コードを共有することを特徴とする請求項１４に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
17. 前記受信機、割り当て部、送信機は、
    全て閉ループＭＩＭＯ通信システムで動作することを特徴とする請求項１１に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
18. 前記ＭＩＭＯシステムは、
    ＭＳＢ技術を使用することを特徴とする請求項１７に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
19. 端末を区分するためのチャネル化コードの数がサービスを受けている端末の数より少ない場合、チャネル状態に基づいて複数の端末に同一のチャネル化コードを割り当てることを特徴とする請求項１８に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。
20. 前記同一のチャネル化コードは、
    前記チャネル化コードを共有する複数の端末の加重値に関連する値が所定の閾値より小さい場合にのみ割り当てられることを特徴とする請求項１９に記載のマルチ送信アンテナを備えた基地局装置。

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