JP2009171535A - マルチユーザｍｉｍｏのスケジューリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない演算量でセルスループットを向上できるマルチユーザＭＩＭＯ通信のスケジューリング方法を提供する。
【解決手段】ＲＢ毎優先度計算手段は、受信ＳＩＮＲを用いて各ユーザのＲＢ毎優先度を計算する。最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段は、未割り当てＲＢで最大優先度のユーザを選択し、ＲＢを割り当てる。周波数／空間軸未割り当てＲＢ有無判断手段は、周波数軸、空間軸で未割り当てＲＢがあれば次のユーザのスケジューリング処理へ進む。射影チャネルベクトル更新手段は、ＧＳ直交化により未選択ユーザの射影チャネルベクトルを更新する。直交係数計算手段は、直交係数を計算する。補正ＳＩＮＲ計算手段は、補正ＳＩＮＲを計算する。次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算手段は、次のＭＩＭＯ多重レイヤの対応するＲＢの未選択ユーザの優先度を計算する。未選択ユーザの優先度は、次のユーザのスケジューリング処理に使用される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マルチユーザＭＩＭＯのスケジューリング方法に関し、システム帯域内で周波数分割されたリソースブロックを周波数軸と空間軸の受信品質を同時に考慮して最適なユーザに割り当てるスケジューリング方法に関する。

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）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、基地局では複数のユーザ（移動局、送信装置）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、ＳＤＭＡでは同時にデータ送信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、移動通信システムのセルスループットを向上できる。

図６に上りリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ通信システムの構成を示す。ここでは各ユーザの送信装置３０１−１〜３０１−Ｍ（移動局、通信端末）は１送信アンテナを備えることを想定しているが、各ユーザの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データを送信する場合も考えられる。同時送信ユーザ数をＭとすると、各ユーザの送信装置３０１−１〜３０１−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。各ユーザの送信アンテナ３０２−１〜３０２−Ｍは、各ユーザのデータ信号を送信する。受信アンテナ３０３−１〜３０３−Ｎ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３０４（基地局）は、各ユーザのデータ信号を分離、復調し、誤り訂正復号を行う。また、受信装置３０４は、各ユーザのチャネル品質の測定結果に基づき、パケット毎に同時にデータ送信するユーザペアを選択する。受信装置３０４における受信信号ｙはペアリングされたユーザＪ_１〜Ｊ_Ｍの送信シンボル

とチャネル行列

を用いて次式で表される。

ここで、ｎは雑音ベクトルである。

ＭＵ−ＭＩＭＯのユーザ選択では、ユーザペアのチャネルの直交性を考慮する必要があり、最適な特性を実現する方法に全探索法がある。全探索法では全ユーザの組み合わせＭＩＭＯ容量を計算し、その容量が最大となるユーザペアを選択する。ユーザの組み合わせ

におけるチャネル行列を

すると、ＭＩＭＯ容量は次式で表される。

ここで、Ｐ_ｓはユーザあたりの送信電力、Ｐ_ｎは雑音電力である。全探索法ではＭＩＭＯ容量

が最大となるユーザの組み合わせｋ_optを選択する。

全探索法によるユーザ選択方法では、全ユーザの組み合わせ数Ｎ_all（Ｎ_all＝Ｎ_ｕＣ_Ｍ）通りのＭＩＭＯ容量

を計算する必要があり、ユーザ数Ｎ_ｕや同時送信ユーザ数Ｍが大きくなると演算量が膨大となる。

全探索法の演算量を削減するため、グラムシュミット（ＧＳ：Gram-Schmitd）直交化を用いてＭＩＭＯ多重レイヤ毎に逐次処理によりユーザ選択する方法が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。尚、ＭＩＭＯ多重レイヤ（ＭＩＭＯレイヤ）とは、ＭＩＭＯ多重において独立な誤り訂正符号化、変調を行なった各送信データ信号のことを指す。

ＧＳ直交化を用いたＭＵ−ＭＩＭＯのユーザ選択方法の原理を以下に説明する。式（３）のチャネル行列

にＱＲ分解

を適用すると、ＭＩＭＯ容量が最大となるユーザの組み合わせｋ_optは次式で表される。

ここで、

は、

の対角要素を示し、

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

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７にＧＳ直交化とＱＲ分解の処理の関係を示す。ＧＳ直交化（ＱＲ分解）の処理はＮ_ｕユーザから第Ｍユーザを選択すると終了となる。また、図８にＧＳ直交化の概念を示す。ＧＳ直交化では各ユーザのチャネルベクトル

をできるだけ大きく射影できるユーザとその対応する直交軸を逐次選択しながら、既に選択したユーザのｍ本の直交軸から成る正規直交系

の補空間

への

の射影チャネルベクトル

を更新する処理を繰り返す。

図１０に従来のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の一例としてＧＳ直交化を用いたユーザ選択（スケジューリング）方法を示す。従来のスケジューリング方法は、チャネルベクトル測定手段１０１、チャネル電力計算手段１０２、最大電力ユーザ選択手段１０３、射影チャネル電力計算実行判断手段１０４、射影チャネルベクトル更新手段１０５、射影チャネル電力計算手段１０６の処理からなり、ＭＩＭＯ多重レイヤ毎にＧＳ直交化により計算した各ユーザの射影チャネルベクトルの電力（あるいは振幅）の大きなユーザを選択することを特徴とする。チャネルベクトル測定手段１０１は、各ユーザのリファレンス信号（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リファレンス信号）を用いて上りリンクのチャネルベクトルを測定する。チャネル電力計算手段１０２は、各ユーザのチャネルベクトルからチャネル電力を計算する。最大電力ユーザ選択手段１０３は、ＭＩＭＯ多重レイヤ毎に射影チャネル電力が最大となるユーザを選択する。第ｍのＭＩＭＯ多重レイヤで選択するユーザＪ_ｍは、次式で表される。

ここで、ｍ＝１では

である。射影チャネル電力計算実行判断手段１０４は、ｍ＜Ｍであれば次のＭＩＭＯ多重レイヤの射影チャネル電力を計算する処理へ進み、ｍ＝Ｍであればユーザ選択（スケジューリング）を終了し、ユーザ選択情報を出力する。

射影チャネルベクトル更新手段１０５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

への未選択ユーザの射影チャネルベクトル

を更新する。

射影チャネル電力計算手段１０６は、ＧＳ直交化により更新した射影チャネルベクト

の電力を計算する。未選択ユーザの射影チャネル電力は、最大電力ユーザ選択手段１０３へ入力され、次のＭＩＭＯ多重レイヤのユーザが選択される。

一方、次世代移動通信の上りリンク無線アクセスではシングルキャリア（ＳＣ：Single-Carrier）−ＦＤＭＡ方式や直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式が用いられる。これらの周波数分割多重アクセス方式では、無線リソースはシステム帯域内で複数のリソースブロック（ＲＢ）に周波数分割される。尚、ＲＢを複数まとめてキャリアを構成して、通信容量を増やして使用しても良い。周波数分割されたＲＢは複数のユーザに割り当てられる。複数のユーザにＲＢを割り当てるスケジューリング方法として、周波数軸のチャネル変動に応じて最大優先度のユーザにＲＢを割り当てる周波数スケジューリングがスループット向上に有効である。

スケジューリングを操作してスループットの向上を図る技術としては、特許文献１に記載された通信システムが挙げられる。特許文献１には、通信開始待ちの端末局装置が、自装置で要求する伝送速度を満足できる場合に、自立的に空間多重のスケジューリングを基地局に要求する。このように端末局装置から基地局へのスケジューリング要求を利用し、効率的にスケジューリングを行なうことで、スループットの向上と共に基地局の演算処理の低減を図ることを目論んでいる。一般に、基地局では、ソフトウェア及びハードウェアの協働によって、スケジューラの機能が実現されている。前記したスケジューラの機能は、例えば特許文献２にも記載されている。特許文献２には、ＭＵ−ＭＩＭＯに用いられるスケジューラ（スケジューリング部）が記載されている。しかし、スケジューラの主たる動作であるスケジューリング方法については言及されていない。

図９に最大ＣＩＲ法を用いた周波数スケジューリングの概要を示す。周波数スケジューリングでは各ユーザのＲＢ毎受信ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）を測定し、最大受信ＳＩＮＲのユーザにＲＢを割り当てる。図９の例ではユーザ＃１にＲＢ２とＲＢ３、ユーザ＃２にＲＢ１、ユーザ＃３にＲＢ４が割り当てられる。

図１１に従来の周波数スケジューリング方法を示す。従来のスケジューリング方法は、ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ測定手段２０１、ＲＢ毎優先度計算手段２０２、最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段２０３、複数ＲＢ割り当て手段２０４、周波数軸未割り当てＲＢ有無判断手段２０５の処理からなる。ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ測定手段２０１は、各ユーザのリファレンス信号を用いて上りリンクのＲＢ毎受信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、すなわちＣＱＩ（Channel Quality Indicator）には一般に受信ＳＩＮＲが用いられるため、受信ＳＩＮＲにＣＱＩを用いてもよい。ＲＢ毎優先度計算手段２０２は、最大ＣＩＲ法やＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ（ＰＦ）法に基づき、受信ＳＩＮＲを用いて各ユーザのＲＢ毎優先度を計算する。最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段２０３は、未割り当てＲＢで最大優先度のユーザを選択し、ＲＢを割り当てる。複数ＲＢ割り当て手段２０４は、最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段２０３でＲＢを割り当てたユーザにそのＲＢの他に最大優先度のＲＢがある場合にはそれらのＲＢを割り当てる。例えば、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式では連続したＲＢを割り当てる必要があるため、割り当てたＲＢの隣接ＲＢが最大優先度ならばそれらのＲＢを割り当てる。周波数軸未割り当てＲＢ有無判断手段２０５は、周波数軸で未割り当てＲＢがあれば次のユーザのスケジューリング処理へ進み、未割り当てＲＢがなければスケジューリング処理を終了し、ユーザ選択／ＲＢ割り当て情報を出力する。

特開２００７−２１４９９３号公報 特開２００７−２２１７５５号公報 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． Ｔ． Ｙｏｏ ａｎｄ Ａ． Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ， "Ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌｉｔｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉａｎｔｅｎｎａ ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ，" ＩＥＥＥ Ｊ． Ｓｅｌｅｃｔ． Ａｒｅａｓ Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ． ２４， ｎｏ． ３， ｐｐ． ５２８−５４１， Ｍａｒｃｈ ２００６．

以上に述べたように、従来のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、空間軸（ＭＩＭＯ多重レイヤ）のみのスケジューリングであり、周波数軸では１キャリアを想定している。また、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。ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて周波数スケジューリングを行う場合には、他セルの通信状況によりＲＢ毎に干渉電力が異なると考えられるため、干渉電力を考慮したスケジューリング方法が望ましい。

また、従来のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、最大ＭＩＭＯ容量基準、すなわちＣｈａｎｎｅｌ Ａｗａｒｅ（ＣＡ）法によるスケジューリングであり（ＣＡ法は従来の最大ＣＩＲ法に相当する方法だが、ＭＵ−ＭＩＭＯではＣＩＲの他にチャネルの直交性を考慮するため、ここではＣＡ法と呼ぶ）、ＰＦ法によるスケジューリング方法やチャネル品質以外の遅延要求や再送要求などの優先度を考慮したスケジューリング方法への応用が示されていない。

本発明では、従来の受信ＳＩＮＲを用いた周波数スケジューリング方法に整合したＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法として、システム帯域内で周波数分割されたＲＢを周波数軸と空間軸の２次元で表される受信品質（ＳＩＮＲ）を同時に考慮して最適なユーザに割り当てるスケジューリング方法を提供する。

上記課題を解決するため、本発明が提供するＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、周波数／空間分割されたＲＢをユーザに割り当てるＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法であって、第ｎユーザのＲＢ割り当てでは、ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ（第１のＭＩＭＯ多重レイヤ）、あるいは補正ＳＩＮＲ（第２以降のＭＩＭＯ多重レイヤ）に基づく優先度から最大優先度のユーザに１個以上のＲＢを割り当て、前記割り当てたＲＢの次のＭＩＭＯ多重レイヤのＲＢに対する未選択ユーザの補正ＳＩＮＲを計算し、前記補正ＳＩＮＲの関数で表される優先度を計算して、前記優先度を計算したＲＢを含む未割り当てＲＢの優先度から第ｎ＋１ユーザのＲＢ割り当てを行なうことを特徴とする。

また、本発明が提供するＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、周波数軸と空間軸のＲＢの割当て順序に制約を設けずＲＢをユーザに割り当てることを特徴とする。
また、本発明が提供するＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、空間軸毎に周波数軸の全てのＲＢをユーザに割り当てることを特徴とする。

また、本発明が提供するＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、前記補正ＳＩＮＲの計算では、前記第ｎユーザに対して未選択ユーザの射影チャネルベクトルを更新し、前記射影チャネルベクトルから次のＭＩＭＯ多重レイヤのＲＢの直交係数を計算し、前記直交係数を受信ＳＩＮＲに乗じて補正ＳＩＮＲを計算することを特徴とする。

本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法では、システム帯域内で周波数分割されたＲＢを周波数軸と空間軸の２次元で表される受信品質（ＳＩＮＲ）を同時に考慮して最適なユーザに割り当てることにより、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、移動通信システムのセルスループットを向上できる。

また、本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、ＭＩＭＯ多重レイヤ毎のＧＳ直交化係数で補正したＳＩＮＲに基づくスケジューリング方法であるため、少ない演算量で実現でき、任意の優先度関数のスケジューリング方法へ応用できる。

ＳＣ−ＦＤＭＡ方式、あるいはＯＦＤＭＡ方式を用いた上りリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ通信では無線リソースはＩ個（Ｉは１以上の整数）のＲＢに周波数分割されるとともに、ＭＩＭＯを用いて同一の周波数（ＲＢ）でＭ個空間分割多重される。したがって、Ｉ×Ｍ個の無線リソースを最適なユーザに割り当てる必要がある。本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、システム帯域内で周波数分割されたＲＢを周波数軸と空間軸の２次元で表される受信品質（ＳＩＮＲ）を同時に考慮して最適なユーザに割り当てることを特徴とする。

図３に２次元スケジューリング方法の概要を示す。２次元スケジューリングではスケジューリングの過程で割り当て可能なＲＢが常に多く存在しているほどＲＢの割り当て自由度が高く、優れた特性が期待できる。ＲＢの割り当て自由度の高さから図３（ａ）、（ｂ）の方法が有望と考えられる。（ａ）は周波数軸と空間軸のＲＢの割当て順序に制約を設けずＲＢをユーザに割り当てる方法である。この方法は、ＲＢの割り当て自由度が最も高く、各ＲＢが空間軸でＭ個割り当てられるまで常にＩ個の割り当て自由度がある。尚、図３の（ａ）の例では、ＲＢ１から周波数軸にそって割当てるのではなく、任意のＲＢの割当て後に、空間軸に沿って次に割当てるＲＢを選定してＲＢをユーザに割り当てる方法を示している。（ｂ）は空間軸毎に周波数軸の全てのＲＢをユーザに割り当てる方法である。空間軸毎に周波数軸で未割り当てＲＢが少なくなってくると割り当て自由度が減少するため、（ａ）と比べ特性が劣化する可能性がある。しかし、第１ＭＩＭＯ多重レイヤは従来の周波数スケジューリングであるため、機能拡張による実施が容易である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の実施例を示す。尚、本発明を実装するハードウェア構成は、ＭＵ−ＭＩＭＯの一般的な構成を用いれば実現できる為、記載を省略する。即ち、複数のユーザに、周波数及び空間分割されたリソースブロックを割り当てるスケジューラを有するＭＵ−ＭＩＭＯ通信システムであれば、本発明であるスケジューリング方法を適応できる。

本実施例は図３（ａ）のＲＢの割当て順序に制約を設けずＲＢをユーザに割り当てる方法である。本発明のスケジューリング方法は、ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段１、ＲＢ毎優先度計算手段２、最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段３、複数ＲＢ割り当て手段４、周波数／空間軸未割り当てＲＢ有無判断手段５、次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算実行判断手段６、射影チャネルベクトル更新手段７、直交係数計算手段８、補正ＳＩＮＲ計算手段９、次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算手段１０の処理からなる。尚、各手段は、ソフトウェア及びハードウェアの一方又は両方で実現される。

ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段１は、各ユーザのリファレンス信号（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リファレンス信号）を用いて上りリンクのＲＢ毎受信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、すなわちＣＱＩには一般に受信ＳＩＮＲが用いられるため、受信ＳＩＮＲにＣＱＩを用いてもよい。

ＲＢ毎優先度計算手段２は、ＣＡ法やＰＦ法に基づき、受信ＳＩＮＲを用いて各ユーザのＲＢ毎優先度を計算する。

最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段３は、未割り当てＲＢで最大優先度のユーザを選択し、ＲＢを割り当てる。

複数ＲＢ割り当て手段４は、最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段３でＲＢを割り当てたユーザに、そのＲＢの他に最大優先度のＲＢがある場合にはそれらのＲＢを割り当てる。例えば、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式では連続したＲＢを割り当てる必要があるため、割り当てたＲＢの隣接ＲＢが最大優先度ならばそれらのＲＢを割り当てる。

周波数／空間軸未割り当てＲＢ有無判断手段５は、周波数軸、空間軸で未割り当てＲＢがあれば次のユーザのスケジューリング処理へ進み、未割り当てＲＢがなければスケジューリング処理を終了し、ユーザ選択／ＲＢ割り当て情報を出力する。

次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算実行判断手段６は、ｍ（ｉ）＜Ｍであれば次のＭＩＭＯ多重レイヤの優先度を計算する処理へ進み、ｍ（ｉ）＝Ｍであれば次のユーザのスケジューリング処理へ進む。

射影チャネルベクトル更新手段７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

への未選択ユーザのサブキャリアｋ（１≦ｋ≦Ｋ：Ｋはサブキャリア平均数）の射影チャネルベクトル

を更新する。

ここで、

である。射影チャネルベクトル更新手段７は、基本的に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。

直交係数計算手段８は、ＧＳ直交化により更新した各ユーザのサブキャリアｋの射影チャネルベクトル

の電力を所定の周波数帯域幅（ＲＢの帯域幅、あるいはシングルキャリアの帯域幅）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を

を計算する。各ユーザの第ｍ＋１のＭＩＭＯ多重レイヤの直交係数

は次式で表される。

ここで、

である。

補正ＳＩＮＲ計算手段９は、各ユーザの受信ＳＩＮＲ

に直交係数

を乗じて補正ＳＩＮＲ

を計算する。

次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算手段１０は、補正ＳＩＮＲに基づき、次のＭＩＭＯ多重レイヤの対応するキャリア（ＲＢｓ）の未選択ユーザの優先度を計算する。ＣＡ法では補正ＳＩＮＲ

そのものが優先度になり、ＰＦ法では補正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値

が優先度になる。チャネル品質以外の遅延要求や再送要求などの優先度を考慮したスケジューリング方法への応用は、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スケジューリングを行えば実現できる。次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算手段１０で計算された未選択ユーザの優先度は、最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段３へ入力され、次のユーザのスケジューリング処理が行なわれる。尚、遅延要求の優先度の算定方法を例示すれば、各パケットの遅延量をモニタして遅延が大きくなってきたら優先度を上げるようにすれば良い。また、再送要求の優先度の算定方法を例示すれば、各パケットに再送回数をモニタして再送回数が大きくなってきたら優先度を上げるようにすれば良い。また、この他の方法を用いて遅延要求や再送要求の優先度を算定しても良い。

図４に本実施例におけるＲＢの割り当ての様子を示す。本実施例は周波数軸と空間軸のＲＢの割当て順序に制約を設けずＲＢをユーザに割り当てる方法であり、例えば、第ｎユーザに第３のＭＩＭＯ多重レイヤのＲＢ４とＲＢ５からなるキャリアを割り当てた場合は、第４のＭＩＭＯ多重レイヤのＲＢ４とＲＢ５からなるキャリアの未選択ユーザの優先度を計算し、第ｎ＋１ユーザにはそのキャリア（ＲＢｓ）を含め、網掛けで示される未割り当てＲＢから優先度最大のユーザにＲＢを割り当てる。

図２に本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の別の実施例を示す。本実施例は図３（ｂ）の方法である。本発明のスケジューリング方法は、ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段１、ＲＢ毎優先度計算手段２、最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段３、複数ＲＢ割り当て手段４、周波数軸未割り当てＲＢ有無判断手段１１、次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算実行判断手段６、射影チャネルベクトル更新手段７、直交係数計算手段８、補正ＳＩＮＲ計算手段９、次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算手段１０の処理からなる。

ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段１は、各ユーザのリファレンス信号を用いて上りリンクのＲＢ毎受信ＳＩＮＲとチャネルベクトルを測定する。ＲＢ毎優先度計算手段２は、ＣＡ法やＰＦ法に基づき、受信ＳＩＮＲを用いて各ユーザのＲＢ毎優先度を計算する。最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段３は、未割り当てＲＢで最大優先度のユーザを選択し、ＲＢを割り当てる。複数ＲＢ割り当て手段４は、最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段３でＲＢを割り当てたユーザがそのＲＢの他に最大優先度のＲＢがある場合にはそれらのＲＢを割り当てる。例えば、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式の場合は連続したＲＢを割り当てる必要があるため、選択ユーザで隣接ＲＢが最大優先度ならばそれらのＲＢを割り当てる。周波数軸未割り当てＲＢ有無判断手段１１は、周波数軸で未割り当てＲＢがあれば次のユーザのスケジューリング処理へ進み、未割り当てＲＢがなければ次のＭＩＭＯ多重レイヤの優先度を計算する処理へ進む。次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算実行判断手段６は、ｍ（ｉ）＜Ｍであれば次のＭＩＭＯ多重レイヤの優先度を計算する処理へ進み、ｍ（ｉ）＝Ｍであればスケジューリング処理を終了し、ユーザ選択／ＲＢ割り当て情報を出力する。

射影チャネルベクトル更新手段７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

への未選択ユーザのサブキャリアｋの射影チャネルベクトル

を式（７）により更新する。直交係数計算手段８は、ＧＳ直交化により更新した各ユーザのサブキャリアｋの射影チャネルベクトル

の電力を所定の周波数帯域幅（ＲＢの帯域幅、あるいはシングルキャリアの帯域幅）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を

を式（８）により計算する。補正ＳＩＮＲ計算手段９は、各ユーザの受信ＳＩＮＲ

に直交係数

を乗じて補正ＳＩＮＲ

を計算する。次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算手段１０は、補正ＳＩＮＲに基づき、次のＭＩＭＯ多重レイヤの対応するキャリア（ＲＢｓ）の未選択ユーザの優先度を計算する。次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算手段１０で計算された未選択ユーザの優先度は、最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段３へ入力され、次のユーザのスケジューリング処理が行なわれる。

図５に本実施例におけるＲＢの割り当ての様子を示す。本実施例は空間軸毎に周波数軸の全てのＲＢをユーザに割り当てる方法であり、例えば、第ｎユーザに第２のＭＩＭＯ多重レイヤのＲＢ４とＲＢ５からなるキャリアを最後のＲＢとして割り当てた場合は、第３のＭＩＭＯ多重レイヤの全てのキャリア（ＲＢｓ）の未選択ユーザの優先度を計算し、第ｎ＋１ユーザには網掛けで示される未割り当てＲＢから優先度最大のユーザにＲＢを割り当てる。

図１、図２の実施例では基地局（受信機、受信装置）におけるＭＩＭＯの信号分離処理をユーザ単位で簡易に行なうため、第２以降のＭＩＭＯ多重レイヤのユーザへのＲＢ割り当て帯域（ＲＢ割り当てパターン）を第１のＭＩＭＯ多重レイヤの割り当て帯域と同一にすることを想定しているが、ＭＩＭＯ多重レイヤ間で各ユーザに任意の帯域／パターンのＲＢ割り当てを行なう方法、あるいは同一ユーザに異なるＭＩＭＯ多重レイヤのＲＢを割り当てる方法も考えられ、そのような方法も本発明に含まれる。

図１、図２の実施例ではユーザ数Ｎ_ｕのうち全ての未選択ユーザに対してＧＳ直交化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に絞込み、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程度）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が存在し、第１のＭＩＭＯ多重レイヤの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第２以降のＭＩＭＯ多重レイヤで選択される可能性は低いと考えられるためである。

図１、図２の実施例では上りリンクのＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法について述べているが、本発明のスケジューリング方法は下りリンクのＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法にも応用できる。

以上に述べたように、本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法では、システム帯域内で周波数分割されたＲＢを周波数軸と空間軸の２次元で表される受信品質（ＳＩＮＲ）を同時に考慮して最適なユーザに割り当てることにより、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、移動通信システムのセルスループットを向上できる。

また、本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法は、ＭＩＭＯ多重レイヤ毎のＧＳ直交化係数で補正したＳＩＮＲに基づくスケジューリング方法であるため、少ない演算量で実現でき、任意の優先度関数のスケジューリング方法へ応用できる。

尚、本発明は、少なくとも図６に示した構成において適応できる。基地局に設けられるスケジューラに本発明のスケジューリング方法を機能させるプログラムを導入して運用される。

本発明は、同時的に通信する送信装置が増えれば増えるほど、従来技術に対して受信装置の演算量の削減量が増し、顕著な効果を奏する。

本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の実施例を示す図である。 本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の別の実施例を示す図である。 本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の概要を示す図である。 本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の実施例におけるＲＢ割り当ての様子を示す図である。 本発明のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の別の実施例におけるＲＢ割り当ての様子を示す図である。 上りリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ通信システムの構成を示す図である。 ＧＳ直交化とＱＲ分解の処理の関係を示す図である。 ＧＳ直交化の概念を示す図である。 従来の最大ＣＩＲ法を用いた周波数スケジューリング方法を示す図である。 従来のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法の一例を示す図である。 従来の周波数スケジューリング方法を示す図である。

符号の説明

１ ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ／チャネルベクトル測定手段
２、２０２ ＲＢ毎優先度計算手段
３、２０３ 最大優先度ユーザ選択／ＲＢ割り当て手段
４、２０４ 複数ＲＢ割り当て手段
５ 周波数／空間軸未割り当てＲＢ有無判断手段
６ 次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算実行判断手段
７、１０５ 射影チャネルベクトル更新手段
８、直交係数計算手段
９ 補正ＳＩＮＲ計算手段
１０ 次ＭＩＭＯレイヤ優先度計算手段
１１、２０５ 周波数軸未割り当てＲＢ有無判断手段
１０１ チャネルベクトル測定手段
１０２ チャネル電力計算手段
１０３ 最大電力ユーザ選択手段
１０４ 射影チャネル電力計算実行判断手段
１０６ 射影チャネル電力計算手段
２０１ ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ測定手段
３０１−１〜３０１−Ｍ ユーザ送信装置
３０２−１〜３０２−Ｍ ユーザ送信アンテナ
３０３−１〜３０３−Ｎ 受信アンテナ
３０４ 受信装置

Claims (21)

1. 周波数及び空間分割されたリソースブロック（ＲＢ）をユーザに割り当てるＭＵ−ＭＩＭＯ（Multi User−Multiple Input Multiple Output）のスケジューリング方法であって、
   ユーザのＲＢ割り当に用いる最大優先度選定に、第１のＭＩＭＯ多重レイヤでは、ＲＢ毎受信ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）に基づく優先度を使用し、第２以降のＭＩＭＯ多重レイヤでは、補正ＳＩＮＲに基づく優先度を使用し、割当てるＲＢに対して、最大優先度のユーザに１個以上のＲＢを割り当て処理し、
   前記割り当てたＲＢの次のＭＩＭＯ多重レイヤのＲＢに対する未選択ユーザの補正ＳＩＮＲを計算処理し、
   前記補正ＳＩＮＲの関数で表される優先度を計算処理し、
   前記優先度を計算処理したＲＢを含む未割り当てＲＢの優先度を用いて次のユーザのＲＢ割り当て処理
   を行なうことを特徴とするＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
2. 前記受信ＳＩＮＲにＣＱＩ（Channel Quality Indicator）を用いることを特徴とする請求項１記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
3. 周波数軸と空間軸のＲＢの割当て順序に制約を設けずＲＢをユーザに割り当てることを特徴とする請求項１記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
4. 空間軸毎に周波数軸の全てのＲＢをユーザに割り当てることを特徴とする請求項１記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
5. 前記補正ＳＩＮＲの計算処理では、前記第ｎユーザに対して未選択ユーザの射影チャネルベクトルを更新処理し、前記射影チャネルベクトルから次のＭＩＭＯ多重レイヤのＲＢの直交係数を計算処理し、前記直交係数を受信ＳＩＮＲに乗じて補正ＳＩＮＲを計算処理することを特徴とする請求項１記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
6. 前記射影チャネルベクトルの更新処理では、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請求項５記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
7. 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請求項６記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
8. 前記射影チャネルベクトルの更新処理では、ユーザｊ（１≦ｊ≦Ｎ_ｕ：Ｎ_ｕはユーザ数）のサブキャリアｋ（１≦ｋ≦Ｋ：Ｋはサブキャリア平均数）の第ｍのＭＩＭＯ多重レイヤの射影チャネルベクトルを
   

   

   、第ｍのＭＩＭＯ多重レイヤの選択ユーザをＪ_ｍとしたとき、ユーザｊのサブキャリアｋの第ｍ＋１のＭＩＭＯ多重レイヤの射影チャネルベクトルを、
   

   

   の式を満たすように更新することを特徴とする請求項５記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
9. 前記直交係数の計算では、未選択ユーザの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の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請求項５記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
10. 前記所定の周波数帯域幅は、ＲＢの帯域幅、あるいはシングルキャリアの帯域幅であることを特徴とする請求項９記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
11. 前記直交係数の計算では、ユーザｊのサブキャリアｋの第ｍ＋１のＭＩＭＯ多重レイヤの射影チャネルベクトルを
    

    

    、ユーザｊのサブキャリアｋのチャネルベクトルを
    

    

    としたとき、ユーザｊの第ｍ＋１のＭＩＭＯ多重レイヤの直交係数
    

    

    を、
    

    

    の式を満たすように計算することを特徴とする請求項５記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
12. 前記優先度の計算では、補正ＳＩＮＲを優先度とすることを特徴とする請求項１記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
13. 前記優先度の計算では、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を優先度として計算することを特徴とする請求項１記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
14. 前記優先度の計算では、補正ＳＩＮＲの関数で表される優先度に、遅延要求ないし再送要求の優先度を加えた総合優先度を計算することを特徴とする請求項１記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
15. 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に絞込み、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請求項１記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
16. 周波数及び空間分割されたキャリアをユーザに割り当てるＭＵ−ＭＩＭＯ通信システムに用いられるスケジューリング方法であって、
    キャリアを構成するリソースブロック毎の受信ＳＩＮＲに基づいて各ユーザのキャリア毎の優先度を算出処理し、
    未割り当てキャリアにおける最大優先度のユーザを選択処理し、
    前記未割り当てキャリアに前記最大優先度のユーザを割り当て、
    空間軸方向に未割り当てのキャリアがあれば、ＧＳ直交化により未選択ユーザのキャリアの射影チャネルベクトルを更新処理して直交係数を算出し、前記未選択ユーザの受信ＳＩＮＲに直交係数を乗じて補正ＳＩＮＲ を算出処理し、
    前記算出した補正ＳＩＮＲに基づき、キャリアの未選択ユーザの優先度を算出処理し、
    前記空間軸方向の未割り当てのキャリアに、最大優先度の前記未選択ユーザを割り当てて、
    キャリアを各ユーザに割り当てるスケジューリングを行なうことを特徴とするＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
17. 周波数及び空間分割されたキャリアをユーザに割り当てるＭＵ−ＭＩＭＯ通信システムに用いられるスケジューリング方法であって、
    キャリアを構成するリソースブロック毎の受信ＳＩＮＲに基づいて各ユーザのキャリア毎の優先度を算出処理し、
    未割り当てキャリアにおける最大優先度のユーザを選択処理し、
    前記未割り当てキャリアに前記最大優先度のユーザを割り当て、
    空間軸方向に許容される次のＭＩＭＯ多重レイヤが有り周波数軸に未割り当てのキャリアが無い場合に、ＧＳ直交化により未選択ユーザのキャリアの射影チャネルベクトルを更新処理して直交係数を算出し、前記未選択ユーザの受信ＳＩＮＲに直交係数を乗じて補正ＳＩＮＲ を算出処理し、
    前記算出した補正ＳＩＮＲに基づき、キャリアの未選択ユーザの優先度を算出処理し、
    前記次のＭＩＭＯ多重レイヤの未割り当てのキャリアに、最大優先度の前記未選択ユーザを割り当てて、
    キャリアを各ユーザに割り当てるスケジューリングを行なうことを特徴とするＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
18. 請求項１６又は１７記載のＭＵ−ＭＩＭＯ通信システムに用いられるスケジューリング方法であって、
    前記ユーザに割当てられるキャリアは、ＲＢが１ないし周波数軸方向に許容されるＲＢ数で構成されることを特徴とするＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法。
19. 請求項１ないし請求項１８の何れか一記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法を用いて、移動局（送信装置）に、周波数／空間分割されたリソースブロック又はキャリアを割り当てることを特徴とする基地局。
20. 請求項１ないし請求項１８の何れか一記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法を用いて、移動局（送信装置）に、周波数／空間分割されたリソースブロック又はキャリアを割り当てるスケジューリングを行なうことを特徴とするスケジューラ。
21. 基地局に、請求項１ないし請求項１６の何れか一記載のＭＵ−ＭＩＭＯのスケジューリング方法を用いて、移動局（送信装置）に、周波数／空間分割されたリソースブロック又はキャリアを割り当てる機能を実現させる為のプログラム。

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