JP2011009871A - Ｍｉｍｏ−ｏｆｄｍａシステムにおけるチャネル割り当て方法及びチャネル割り当て装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は，無線通信システムにおいて，スペクトラムの利用効率を高めることができるとともに公平な割り当てを行うことができるチャネル割り当て方法などを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明のチャネル割り当て方法は，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムにおいてチャネルを割り当てるための方法である。この方法は，チャネルを割り当てる際に，複数のユーザー端末の各々に対して，無線リソースを割り当てるリソース割り当てステップを含む。このリソース割り当てステップでは，複数の等価なチャネルを求めるステップと，ソーティングを行うステップと，複数のユーザー端末の各々に対して，無線リソースとしての電力とサブキャリアーとを割り当てるステップと，ビットローディングを行うステップとが実行される。
【選択図】図２

Description

本発明は，チャネル割り当て方法及びチャネル割り当て装置などに関し，特に，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムにおいて，複数のユーザー端末の各々に対してチャネルを割り当てるためのチャネル割り当て方法及びチャネル割り当て装置などに関する。

無線通信を行う際にアンテナが用いられる。ＳＩＳＯ（ｓｉｎｇｌｅ ｉｎｐｕｔ ｓｉｎｇｌｅ ｏｕｔ）では，１本のアンテナを用いてデータの送受信が行われる。これに対して，ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）では，単位時間あたりの通信量を多くするために，複数のアンテナを用いてデータの送受信が行われる。ＭＩＭＯでは，特殊なアルゴリズムを用いて仮想並列伝送路を形成することで，干渉や減衰を防いでいる。ＭＩＭＯで用いられるアルゴリズムでは，行列計算（マトリックス）と符号化技術とが採用されている。

また，無線通信方式としては，ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ａｃｃｅｓｓ：直交周波数分割多元接続方式）やＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多重接続方式）が知られている。ＯＦＤＭＡやＴＤＭＡは，スペクトラム（周波数帯域）の利用効率を高めるための通信方式である。ＯＦＤＭＡでは，サブチャネルを複数のユーザー端末に共有させることで，スペクトラムの利用効率の向上を図っている。

上述したＭＩＭＯとＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムが知られている（例えば，特許文献１参照。）。このＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムでは，基地局（ＢＳ：ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）が，アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルの双方のために，ユーザー端末に対して無線リソースを割り当てる必要がある。ここで，無線リソースとしては，電力やサブキャリアーがある。ここで，サブキャリアーとは，サブチャネルを構成する構成要素の１つである。言い換えると，複数のサブキャリアーの集まりがサブチャネルである。

そして，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ型のチャネルには，空間次元という，もうひとつの新規な自由度を与えることができる。しかし，この自由度を十分に扱うことは，以下３つの理由により非常に困難である。

第１に，空間次元に沿うチャネルを見積もるのに適切なパラメーターを定義することが難しいことが挙げられる。第２に，どのようなときであっても，最適化対象が多数存在することが挙げられる。第３に，サブキャリアー割り当て用のマトリックスや電力割り当て用のマトリックスは平凡そのものであるため，最適化が難しいことが挙げられる。

以上のことから，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムにおいて，空間次元を扱うことで，スペクトラムの利用効率を最大限に引き出すことは，困難である。

ただし，上述した課題を解決するための試みもなされている。しかし，それらの試みにおいては，課題の単純化のために，複合的な最適化問題が，部分的な課題へと細分化されてしまっている。したがって，最適化が実現できたとしても，各部分的な課題に対応する１つの対象（例えば，サブキャリアー割り当てのみ，又は電力割り当てのみ）のみにとどまっている。これでは，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムにおいて，最適なパフォーマンスを実現できるはずがない。

すなわち，従来のＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムでは，上述した電力の割り当てとサブキャリアーの割り当ての双方を十分に考慮することができなかった。そのため，チャネルにおけるスペクトラムの利用効率が十分に高いとはいえなかった。

また，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムにおいて，複数のユーザー端末に対するスケジューリングが十分でなかった場合，複数のユーザー端末のうちのいくつかは，優れたチャネル応答をもつこととなり，相対的に，残りのユーザー端末は，チャネル応答が悪くなる。この場合，チャネル応答に優れたユーザー端末だけがいつも選ばれてデータの送受信を行うこととなる。それとは対称的に，チャネル応答の悪いユーザー端末は，データ送信の機会がほとんど得られなくなる。これらのようなことは，ユーザー端末に不公平をもたらすこととなる。

特表２００８−５０１２８４号公報

そこで，本発明は，電力の割り当てとサブキャリアーの割り当ての双方を考慮することで，スペクトラムの利用効率を高めることができるとともに公平な割り当てを行うことができる割り当て方法及びチャネル割り当て装置などを提供することを目的とする。

本発明は，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムにおいて，複数のユーザー端末の各々に対してチャネルを割り当てるためのチャネル割り当て方法に関する。このチャネル割り当て方法は，チャネルを割り当てる際に，複数のユーザー端末の各々に対して，無線リソースを割り当てるリソース割り当てステップを含む。

そして，このリソース割り当てステップは，ＭＩＭＯ型チャネルから，複数の等価なＳＩＳＯ型チャネルを求めるステップと，複数のユーザー端末の各々に用いられるチャネルについて，ＳＩＮＲ又はＳＮＲの値に基づいてソーティングを行うステップと，複数のユーザー端末の各々に対して，無線リソースとしての電力の割り当てと，無線リソースとしてのサブキャリアーの割り当てとを行うステップと，ビットローディングを行うことで，変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳを決定するステップとを含んでいる。

これにより，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムでは，決定されたＭＣＳに従うことで，複数のユーザー端末のシンボル当たりのビット数又はデータレートが最大化される。このため，本発明では，スペクトラムの利用効率を高めることができる。また，電力の割り当てとサブキャリアーの割り当ての双方を考慮することで，公平な割り当てを行うことができる。

また，本発明の他の側面では，電力の割り当てとサブキャリアーの割り当てを行うステップが複数回実行される。この場合，割り当て方法は，さらに，電力の割り当てとサブキャリアーの割り当てを行うステップが実行される度に，複数のユーザー端末と，サブキャリアーとを関連付けたマッピングテーブルを作成するステップを含んでいる。そして，電力の割り当てとサブキャリアーの割り当てを行うステップでは，マッピングテーブルを参照して，電力の割り当てと，サブキャリアーの割り当てとが同時に行われる。これにより，システムリソースを有効に活用することができる。

また，本発明の他の側面では，ビットローディングを行うステップでは，サブキャリアーを構成する複数のリソースブロックの１つをユーザー端末に割り当てた後，残りのリソースブロックを，ユーザー端末のデータレートの最小値を最大化するように，割り当てる。これにより，リソースブロックの割り当てを早く行うことができる。

また，本発明の別の側面は，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムにおいて，複数のユーザー端末の各々に対してチャネルを割り当てるためのチャネル割り当て装置に関する。このチャネル割り当て装置は，チャネルを割り当てる際に，複数のユーザー端末の各々に対して，無線リソースを割り当てるリソース割り当て手段を含んでいる。

そして，リソース割り当て手段は，ＭＩＭＯ型チャネルから，複数の等価なＳＩＳＯ型チャネルを求める手段と，複数のユーザー端末の各々に用いられるチャネルについて，ＳＩＮＲ又はＳＮＲの値に基づいてソーティングを行う手段と，複数のユーザー端末の各々に対して，無線リソースとしての電力の割り当てと，無線リソースとしてのサブキャリアーの割り当てとを行う手段と，ビットローディングを行うことで，変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳを決定する手段とを含んでいる。

これにより，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムでは，決定されたＭＣＳに従うことで，複数のユーザー端末のシンボル当たりのビット数又はデータレートが最大化される。このため，本発明では，スペクトラムの利用効率を高めることができる。また，電力の割り当てとサブキャリアーの割り当ての双方を考慮することで，公平な割り当てを行うことができる。

本発明によれば，チャネル割り当てに際し，電力の割り当てとサブキャリアーの割り当ての双方が考慮される。これにより，公平な割り当てを行うことができるとともに，スペクトラムの利用効率を高めることができる。

図１は，本発明の無線通信システムの構成を概略的に示す図である。 図２は，無線通信システムの基地局によって実行されるチャネル割り当て処理の処理手順を示すフローチャートである。 図３は，リソースブロックＲＢと水充填率Δ_b,kとの関係を模式的に示す図である。 図２のステップＳ２０において行われるソーティング処理を含む処理を実行するためのアルゴリズムの一例を説明するための図である。 図２のステップＳ２０のソーティング結果の一例を示す図である。 ステップＳ３０において行われるリソースブロックＲＢの割り当て処理を実行するためのアルゴリズムの一例を説明するための図である。 ステップＳ３０において行われるリソースブロックＲＢの割り当て処理を実行するためのアルゴリズムの一例を説明するための図である。 図８は，図２のステップＳ３０の割り当て処理を詳細に説明するためのフローチャートである。 図９（ａ）〜（ｉ）は，図８の各処理（ステップＳ３０１〜Ｓ３０９）を説明するための図である。 ステップＳ４０において行われるビットローディング処理を実行するためのアルゴリズムの一例を説明するための図である。 図１１は，本発明の第２の態様においてリソースブロックＲＢを割り当てるためのアルゴリズムの一例を説明するための図である。 図１２は，本発明の第２の態様において残りのリソースブロックＲＢの割り当てとビットローディング処理を行うためのアルゴリズムの一例を説明するための図である。 図１３（ａ）〜図１３（ｈ）は，図１１に示すアルゴリズムを実行したときの具体例を説明するための図である。 図１４（ａ）〜図１４（ｅ）は，図１３に示した具体例に引き続いて，図１２に示すアルゴリズムを実行したときの具体例を説明するための図である。

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態を説明する。しかしながら，以下説明する形態はある例であって，当業者にとって自明な範囲で適宜修正することができる。

図１は，本発明の無線通信システムの構成を概略的に示す図である。

図１に示す無線通信システム１は，１つの基地局（Ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）１０と，複数のユーザー端末２０とを含んでいる。本明細書では，ユーザー端末２０の総数をＫ個とし，各ユーザー端末を，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，…，２０ｋ，…２０Ｋと表すこととする。無線通信システム１は，本態様では，ＭＩＭＯとＯＦＤＭＡとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムである。

基地局１０は，複数個（総数Ｔ）のアンテナを含み，複数のユーザー端末２０（単に「ユーザー」ともいう）の各々に対してチャネルを割り当てるチャネル割り当て装置として機能する。具体的には，基地局１０は，ユーザー端末２０に対して無線リソースの割り当て（ＲＲＡ）を行うことで，ユーザー端末２０同士の無線通信を可能にする。無線リソースとしては，電力や，サブチャネル用のサブキャリアーがある。無線リソースの割り当ては，アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルの双方について行われる。本態様では，ＭＩＭＯのデータ送信に固有モデル通信（ＥＭＴ：Ｅｉｇｅｎ Ｍｏｄｅｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を適用し，それにより，対応する固有チャネルの全てに対してユーザー端末が割り当てられる。なお，チャネル割り当て装置の一例として基地局１０を挙げたが，ユーザー端末２０に対してチャネルを割り当てることが可能なデバイス又はコントローラーであればいかなるものであってもよい。

ユーザー端末２０は，複数（総数Ｒ）のアンテナを含んでいる。ユーザー端末２０は，無線通信可能なデバイスであればいかなるものであってもよく，例えば，携帯型のデバイス（移動端末）であってもよいし，据え置き型のデバイスであってもよい。ユーザー端末２０は，基地局２０によって割り当てられたチャネルを用いて，他のユーザー端末２０との間で無線通信（データの送受信）を行う。

図２は，無線通信システム１の基地局１０によって実行されるチャネル割り当て処理の処理手順を示すフローチャートである。本態様では，図２の処理によって，無線通信システム１において，１つの基地局１０が，Ｋ個のユーザー端末２０に対してチャネルを割り当てる。基地局１０は，本態様によって，所定の電力制限のもと，通信時間間隔（ＴＴＩ）の各々で，Ｋ個のユーザー端末（インデックスｋ）に対して，Ｎ個のサブキャリアー（インデックスｎ）と，電力とを，同時に不公平なく割り当てることが可能となっている。このような割り当て処理は，プログラム（アルゴリズム）に従って行われる。

まず，ステップＳ１０では，基地局１０は，ＭＩＭＯ型チャネルから，複数の等価なＳＩＳＯ型チャネルを求める。

ステップＳ１０を行うために，まず，キャパシティＣ_b,kを考える。このキャパシティＣ_b,kは，下記式（１）のように表される。なお，キャパシティＣのインデックスｂは，リソースブロックＲＢのインデックスであり，１〜Ｂまでの整数値をとる（つまり，ｂ＝｛１，２，…，Ｂ｝）。リソースブロックＲＢとは，周波数及び空間次元にわたる１群のサブキャリアーをいい，各リソースブロックＲＢは，アクティブなユーザー端末２０に割り当てられる。各リソースブロックＲＢは，Ｂ／Ｎ個のサブキャリアーを含んでいる。

ここで，上記式（１）において，電力ｐ_s,k,nは，下記式（２）を満たす。なお，下記式（２）において，（Δ_b,k−δ_k ²／λ_s,k,n）⁺＝ｍａｘ（０，Δ_b,k−δ_k ²／λ_s,k,n）である。
ｐ_s,k,n＝（Δ_b,k−δ_k ²／λ_s,k,n）⁺
…（２）

上記式（１）における記号について説明する。

ｐ_s,k,nは，ユーザー端末２０ｋ（インデックスｋ）のサブキャリアーｎに対応する，空間次元ｓでの電力である。なお，空間次元のインデックスｓは，１からＳまでの整数値をとる。ｐ_k,nは，ユーザー端末２０ｋのリソースブロックＲＢｂに対する電力である。ｐ_kは，ユーザー端末２０ｋの総電力である。

λは，チャネル用マトリックスＨの固有値であり，λ_1,k,n＞λ_s,k,n＞…＞λ_S,k,nの関係を満たす。上記マトリックスＨは，周波数領域チャネル用のものであり，ユーザー端末２０のインデックスｋとサブキャリアーのインデックスｎで表され，Ｈ_k,nと表記する。このマトリックスＨの行をＲとし，列をＴとする（Ｒ×Ｔ）。また，固有値λのインデックスに用いたＳは，マトリックスＨの階数（ｒａｎｋ）を示すものであり，ユーザー端末２０のインデックスｋとサブキャリアーのインデックスｎで表され，Ｓ_k,nと表記する。

Δ_b,kは，後述する水充填率（ｗａｔｅｒ ｆｉｌｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）を示すものである。δ_k ²は，ユーザー端末２０ｋの雑音電力を示すものである。

そして，本態様では，上記式（１）が上記式（２）を満たす場合，等価なＭＩＭＯ型チャネルは，下記式（３）のように定義することができる。

図３は，リソースブロックＲＢと水充填率Δ_b,kとの関係を模式的に示す図である。図３を用いて，１つのリソースブロックＲＢに対して水を満たすこと（つまり電力の割り当て）について考えることとする。

ＭＩＭＯ型チャネルの見積もりは，リソースブロックＲＢの割り当ての前に行われる。これは，１つのリソースブロックＲＢ用の電力がまだ定まっていないからである。この段階では，総電力が各リソースブロックＲＢに対して与えられると仮定する。この仮定は，水充填率Δ_b,kを用いて下記式（４）によって表される。

そして，上記式（４）から，等価なＳＩＳＯ型チャネルを求めることができる。ここで，アップリンクの場合には，符号Ｐを，符号Ｐ_kで置き換えればよい。

続くステップＳ２０では，複数のユーザー端末の各々に用いられるチャネルについて，ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）の値に基づいてソーティングを行う。具体的には，このソーティングは，各リソースブロックＲＢに対して行われる。このソーティングを行うためのアルゴリズムの一例を図４に示す。なお，図４に示すアルゴリズムには，ステップＳ１０の処理を行うためのアルゴリズムも含まれている。

なお，図４に示すアルゴリズムや後述するアルゴリズムを実行するにあたり，入力値の設定が必要となる。入力値としては，各ユーザー端末２０ｋのチャネルマトリックスＨ_k,n，固有値λ_s,k,n，各ユーザー端末２０ｋの通信用総電力Ｐ_k，サブキャリアーの総数Ｎ，リソースブロックの総数Ｂ，各ユーザー端末２０ｋの雑音電力δ_k ²，目標とする総ビットレート，及び，全ユーザー端末に対する目標とするビットレートの少なくとも１つの設定が必要となる。また，アルゴリズムを実行した結果としての出力値としては，リソースブロックＲＢの割り当てのセットＡ_k，各ユーザー端末２０ｋの各リソースブロックＲＢの各空間次元ｓに対する電力割り当てp_s,k,n，サブキャリアーと空間次元との関係を示すマッピングに対するデータストリームが挙げられる。

図４から分かるように，ソーティングは，マトリックスＨの行において，ステップＳ１０で求めた等価なチャネルのＳＩＮＲに関して，降順で，ユーザー端末２０ｋのリソースブロックＲＢに対して行われる。

ソーティング結果の一例を図５に示す。図５に示す例は，２つのユーザー端末（Ｕｓｅｒ１，Ｕｓｅｒ２）に対して，４つのリソースブロックＲＢを割り当てたときの結果に対応している。図５から分かるように，ソーティング結果は，ユーザー端末のインデックスｋと，リソースブロックＲＢのインデックスｂと，ＳＩＮＲの値の大きさとの関係を示すものとなる。

続いて，ステップＳ３０では，複数のユーザー端末の各々に対して，リソースブロックＲＢの割り当てを行う。具体的には，アップリンク用チャネルに関するリソースブロックＲＢの割り当ては，無線通信システム１の通信レート（アップリンク）が最大となるように，図６に示すアルゴリズムに従って行われる。

図６から分かるように，ステップＳ３０では，まず，リソースブロックＲＢの割り当てを行い，続いて，ＳＩＮＲ（又はＳＮＲ）が最大のユーザー端末２０を選択し，その後，リソースブロックＲＢの全てに対して割り当てた電力を更新し，最終的に，各リソースブロックＲＢに総電力を割り当てる。これにより，各固有チャネルに割り当てる電力ｐ_s,k,nが定まることとなる。

続いて，無線通信システム１の通信レート（ダウンリンク）が最大となるように，ダウンリンク用チャネルに関するリソースブロックＲＢを，図７に示すアルゴリズムに従って割り当てる。

図７に示すアルゴリズムは，まず，各ユーザー端末２０に対して電力の割り当てを行い，続いて，リソースブロックＲＢに対して割り当てた電力を更新し，最終的に，水充填率Δ_k,bを計算し，最終的に，各固有チャネルに割り当てる電力ｐ_s,k,nを定める，というものである。

ステップＳ３０の処理を，図８及び図９を用いて詳細に説明する。図８は，図２のステップＳ３０の割り当て処理を詳細に説明するためのフローチャートである。図９（ａ）〜（ｉ）は，図８の各処理（ステップＳ３０１〜Ｓ３０９）を説明するための図である。なお，図８及び図９を用いた説明では，２つのユーザー端末２０（Ｕｓｅｒ１，Ｕｓｅｒ２）に対して４つのリソースブロックＲＢを割り当てる場合を例に挙げている。

図８において，まず，ステップＳ３０１では，各ユーザー端末２０のポイント（図９（ａ）に示す矢印のポインター：（ｂ）_k）を，ＳＩＮＲが最大値をとる１番目のリソースブロックＲＢに合わせる。図９（ａ）に示す例では，まだ，全部で４つのリソースブロックＲＢが割り当てられていない。なお，図７に示したアルゴリズム中の＊（ｂ）_kは，セットＡにおいて，図９に示すようなポインター（ｂ）_kが示すリソースブロックＲＢのインデックスに対応している。

続くステップＳ３０２では，図９（ｂ）に示すように，ユーザー端末１のリソースブロックＲＢ３に対して電力の割り当てを行うとともに，ユーザー端末２のリソースブロックＲＢ２に対して電力の割り当てを行う。

ステップＳ３０３では，ユーザー端末１，２について，電力ｐとチャネルのＳＩＮＲとの積ｐλ／δ²（下記式（５），（６）参照）を比較する。なお，比較対象は，ＳＩＮＲであってもよい。その比較の結果，最大値をとる方を選択する。図９（ｃ）に示す例では，ユーザー端末１のリソースブロックＲＢ３が選択される。そして，リソースブロックＲＢ３は，ユーザー端末１に対して割り当てられる。

ユーザー端末１： ｐ_1,1λ_1,1／δ₁ ² …（５）
ユーザー端末２： ｐ_2,1λ_2,1／δ₂ ² …（６）

ステップＳ３０４では，割り当てられていないリソースブロックＲＢのポイントを移動させる。図９（ｄ）に示す例では，ユーザー端末１のリソースブロックＲＢ１と，ユーザー端末２のリソースブロックＲＢ２がまだ割り当てられていないので，それらにポイントが合わせられる。

ステップＳ３０５では，図９（ｅ）に示すように，ユーザー端末１のリソースブロックＲＢ１に電力を割り当てるとともに，ユーザー端末２のリソースブロック２に電力を割り当てる。

ステップＳ３０６では，ユーザー端末１のリソースブロックＲＢ１のＳＩＮＲと，ユーザー端末２のリソースブロック２のＳＩＮＲとを比較する。なお，比較対象は，ステップＳ３０３と同様に電力とＳＩＮＲの積であってもよい。その比較の結果，ＳＩＮＲが最大値をとるリソースブロックＲＢを選択する。図９（ｆ）に示す例では，ユーザー端末１のリソースブロックＲＢ１が選択される。結果として，リソースブロックＲＢ１は，ユーザー端末１に属することとなる。

ステップＳ３０７では，ステップＳ３０４と同様に，割り当てられていないリソースブロックＲＢのポイントを移動させる。図９（ｇ）に示す例では，ユーザー端末１のリソースブロックＲＢ２と，ユーザー端末２のリソースブロックＲＢ２がまだ割り当てられていないので，それらにポイントが合わせられる。

ステップＳ３０８では，ステップＳ３０７でポイントを合わせた２つのリソースブロックＲＢのＳＩＮＲを，ステップＳ３０６と同様に，比較する。その比較の結果，ＳＩＮＲが最大値をとるリソースブロックＲＢを選択する。図９（ｈ）に示す例では，ユーザー端末２のリソースブロックＲＢ２が選択される。結果として，リソースブロックＲＢ２は，ユーザー端末２に属することとなる。

ステップＳ３０９では，ステップＳ３０７〜Ｓ３０８の処理と同等の処理を繰り返すことで，残り全てのリソースブロックＲＢを割り当てる（図９（ｉ）参照。）。

ステップＳ３１０では，最終的な水充填率Δを用いて，各リソースブロックＲＢの電力を更新するとともに，各リソースブロックＲＢのサブキャリアーに対する電力も更新する。

図２の処理に戻り，ステップＳ４０では，ビットローディング処理が行われる。ビットローディング処理は，図１０に示すアルゴリズムに従って行われ，このアルゴリズムによって，複数（総数Ｍ）のＭＣＳの中から，１つのＭＣＳが決定される。ここで，ＭＣＳ（ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ／ｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）とは，ユーザー端末２０の変調方式と符号化率との組み合わせをいう。本態様では，ＭＣＳは，ＭＩＭＯの多様化（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）やＭＩＭＯの多重化（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｔｙ）と同等である。

図１０から分かるように，ビットローディングの際には，データストリームの数を考慮したマッピングテーブルを用いて，ＭＣＳの選択を行うことが好ましい。マッピングテーブルは，電力とサブキャリアーとをユーザー端末に対して割り当てる度に生成される。その情報は，ＴＴＩ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ：通信時間間隔）のヘッダーに書き込まれる。その後，無線通信システム１は，次のＴＴＩに関するデータを，今回のＴＴＩで規定されている構造にしたがって用意する。必要に応じてマッピングテーブルを参照することにより，システムリソースが効率的に利用されることとなる。

また，ビットローディング処理によって，ＭＣＳを選択した後は，スループット改善値を算出し，スループットの改善値に応じて，固有チャネルをＭＩＭＯの多様性にグルーピングするか，ＭＩＭＯの多重化にグルーピングするかを決定している。ここで，２つの固有チャネルをグルーピングした後においては，ＳＩＮＲは，確定したマッピングテーブルに基づいて定める。例えば，２つのデータストリームのマッピングテーブルに対するＳＩＮＲを，それら２つのストリームのＳＩＮＲの平均値として定義した場合，本態様では，グルーピング後のＳＩＮＲは同じ定義に従うようになっている。

ここで，図２のステップＳ４０におけるビットローディング処理の具体例を説明する。まず，４×４のＭＩＭＯ型チャネルを考えることとする。このチャネルには，４つの固有チャネルが含まれており，それらに対応する固有値λ₁〜λ₄は，λ₁＞λ₂＞λ₃＞λ₄の関係を満たしている。なお，この具体例では，単純説明のため，符号化については考慮していない。

最初に，固有値λ₄を考慮し，対応する固有チャネル４がＢＰＳＫ（ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：二相位相変調方式）をサポート可能である場合，スループット改善値ΔＲ₄を１ビット／ｓとする。

続いて，λ₄＋λ₃を考慮する。ここで，λ₄＋λ₃といった「＋」を含む表現は，２つの固有値の和を意味するものではなく，これら２つに対応する固有チャネルを１つのグループにグルーピングすることを意味する。そして，固有値λ₃に対応する固有チャネル３が，ＱＰＳＫ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：四相位相変調方式）をスループットが最大となるようにサポート可能であり，かつ，λ₄＋λ₃に対応するチャネルもＱＰＳＫをサポート可能である場合，ΔＲ_{4,3}−ΔＲ_{3}を「０」とする。

λ₄＋λ₂を考慮する。固有値λ₂に対応する固有チャネル２がＱＰＳＫをスループットが最大となるようにサポート可能である場合であって，一方で，λ₄＋λ₂に対応するチャネルが１６ＱＡＭ（１６ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）をサポート可能である場合，ΔＲ_{4,2}−ΔＲ_{2}を，２（＝４−２）ビット／ｓとする。

λ₄＋λ₁を考慮する。固有値λ₁に対応する固有チャネル１が１６ＱＡＭをスループットが最大となるようにサポート可能である場合であって，一方で，λ₄＋λ₁に対応するチャネルが１６ＱＡＭをサポート可能である場合，ΔＲ_{4,1}−ΔＲ_{1}を，「０」とする。

上述したスループット改善率を比較すると，ΔＲ_{4,2}−ΔＲ_{2}が最大値をとる。そこで，固有値λ₄に対応する固有チャネル４を，固有チャネル２に，つまり，ＭＩＭＯの多様性に属するようにグルーピングする。

続いて，固有値λ₃と，λ₄＋λ₂と，固有値λ₁とだけを考慮する。

固有値λ₃に対応する固有チャネル３がＱＰＳＫをサポート可能であり，かつ，λ₄＋λ₂及びλ₁に対応するチャネルにグルーピングされてもＭＣＳを変更しない場合，固有値λ₃に対応する固有チャネル３は，ＭＩＭＯの多重化に用いられて，ＱＰＳＫでの独立的なデータストリーム通信が可能となる。

続いて，λ₄＋λ₂と，固有値λ₁を考慮する。

λ₄＋λ₂に対応するチャネルが１６ＱＡＭをサポート可能，すなわち，スループット改善値ΔＲ₂が４ビット／ｓである場合であって，かつ，固有値λ₁が８ＱＡＭをサポート可能，すなわち，スループット改善値ΔＲ₁が３ビット／ｓである場合において，λ₄＋λ₂＋λ₁に対応するチャネルが６４ＱＡＭをサポート可能であるときは，ΔＲ_{4,2,1}−ΔＲ_{1}を，５（＝８−３）ビット／ｓとする。

そして，上述したスループット改善率（ΔＲ₂と，ΔＲ₁と，ΔＲ_{4,2,1}−ΔＲ_{1}）を比較すると，ΔＲ_{4,2,1}−ΔＲ_{1}が最大値をとる。そこで，固有チャネル４，２を，固有チャネル１にグルーピングする。

最終的なマッピングとしては，固有チャネル４，２，１が同じグループにグルーピングされて，６４ＱＡＭでのデータストリーム通信が可能となる。一方で，固有チャネル３は，ＱＰＳＫ信号での通信が可能となる。

上述した態様（第１の態様）によれば，等価なＳＩＳＯ型チャネルが，ＳＩＳＯ型チャネルのＲＲＡ用のアルゴリズムの全てをＭＩＭＯシステムに容易に適用できるように取得される。また，等価なＳＩＳＯ型チャネルでは，電力割り当て後において，ＭＩＭＯ型チャネルのキャパシティが同等に最適化されている。そして，サブキャリアーの割り当て及び電力の割り当てが同時に行われるので，最適化されたグルーピングを実現することができる。したがって，無線通信システム１のスループットを最大化させてスペクトラムの利用効率を高めることができるとともに，公平な割り当てを行うことで，ユーザー端末２０間に公平さをもたらすことができる。

また，上述した態様では，ＭＩＭＯの多重化技術及び多様化技術を利用することができる。多様性に関する適切なマッピング方法を用いて，多重化に関して強い固有チャネルを選択することで実現される。アルゴリズムの最適化によって，符号化及び変調にも順応することができる。

また，上記態様では，時刻ｔにおけるサブキャリアーｎの各々に割り当てられる電力割り当て分ｐ_nに基づいて，Ｍ個のＭＣＳのうちの１つが選択される。ここで，ＭＣＳは，ＭＩＭＯの通信スキーム（多重化又は多様化）と同様である。このＭＣＳの選択は，シンボル当たりのビット数が最大となるように行われるとともに，例えば，ＢＥＲ（ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ：ビット誤り率）といったＱｏＳ（クオリティオブサービス）が要求されたレベルを満足するように行われる。また,ＱｏＳを高めても十分な通信距離を確保することができる。

次に，第２の態様について説明する。本態様でも，第１の態様の無線通信システム１と同様のシステムにおいて，ＭＩＭＯ型チャネルから，複数の等価なＳＩＳＯ型チャネルが求められる。

第２の態様では，ユーザー端末２０のデータレートの最小値を最大化するように，リソースブロックＲＢの割り当てが行われる。本態様においてリソースブロックＲＢを割り当てるためのアルゴリズムの一例を図１１に示す。

図１１に示すアルゴリズムが実行されると，各ユーザー端末２０に対して，たった１つのリソースブロックＲＢが割り当てられることとなる。

続いて，残りのリソースブロックＲＢについては，ビットローディング処理とともに行われる。このアルゴリズムの一例を図１２に示す。図１２から分かるように，このアルゴリズムでは，まず，リソースブロックＲＢの割り当てを行い，続いて，ＳＩＮＲ（又はＳＮＲ）が最大のユーザー端末２０を選択し，その後，リソースブロックＲＢに対して電力を割り当てる。電力の割り当ての際には，リソースブロックＲＢに対して割り当てた電力の更新と，水充填率Δの計算と，各固有チャネルに対する電力の計算と，ビットローディング処理とが行われる。これにより，上述したデータレートが実現されることとなる。

図１３（ａ）〜図１３（ｈ）は，図１１に示すアルゴリズムを実行したときの具体例を説明するための図である。図１３（ａ）〜図１３（ｈ）に示すステップ番号（Ｓ１〜Ｓ８）は，図１１に示すアルゴリズムの処理手順に対応する。図１３（ａ）〜図１３（ｈ）に示す例では，３つのユーザー端末２０（Ｕｓｅｒ１，Ｕｓｅｒ２，Ｕｓｅｒ３）に対して，６つのリソースブロックＲＢを割り当てた場合が示されている。

図１３（ａ）〜図１３（ｈ）から分かるように，本態様では，各ユーザー端末２０に対して，リソースブロックＲＢが割り当てられる。なお，本態様では，ユーザー端末２０に対して，１つのリソースブロックＲＢを既に割り当てた後には，他のリソースブロックＲＢを割り当てないようになっている。したがって，本態様では，既にリソースブロックＲＢを割り当てたユーザー端末２０に対しては，結果として性質が良いリソースブロックＲＢであっても割り当てられることはないようになっている。これにより，リソースブロックの割り当てを早く行うことができる。

図１４（ａ）〜図１４（ｅ）は，図１３に示した具体例に引き続いて，図１２に示すアルゴリズム（残りのリソースブロックＲＢを割り当てる処理）を実行したときの具体例を説明するための図である。図１４（ａ）〜図１４（ｅ）に示すステップ番号（Ｓ９〜Ｓ１３）は，図１２に示すアルゴリズムの処理手順に対応するものであり，図１３に示したステップ番号と連番になっている。

図１４（ａ）〜図１４（ｅ）から分かるように，ビットローディング処理が行われて，データレートの最小値を最大化するように，残りのリソースブロックＲＢの割り当てが行われる。

上述したように，第２の態様によれば，電力の割り当てと，リソースブロックＲＢの割り当ての双方を考慮するので，第１の態様と同等の効果を奏することができる。また，上記態様では，ＭＣＳの選択は，データレートが最大となるように行うことができる。

本発明は，無線通信（例えば，ＩＥＥＥ ８０２．１５に規定されるＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）），特に，ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭＡなどの分野で好適に利用されうる。また，本発明は，次世代型のモバイル通信システム（例えば，ＩＥＥＥ ８０２．１６に規定されるＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ））に好適に利用されうる。

１ 無線ネットワーク
１０ 基地局（Ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｋ，２０Ｋ ユーザー端末

Claims (4)

1. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムにおいて，複数のユーザー端末の各々に対してチャネルを割り当てるためのチャネル割り当て方法であって，
   前記チャネルを割り当てる際に，前記複数のユーザー端末の各々に対して，無線リソースを割り当てるリソース割り当てステップを含み，
   前記リソース割り当てステップは，
   ＭＩＭＯ型チャネルから，複数の等価なＳＩＳＯ型チャネルを求めるステップと，
   前記複数のユーザー端末の各々に用いられるチャネルについて，ＳＩＮＲ又はＳＮＲの値に基づいてソーティングを行うステップと，
   前記複数のユーザー端末の各々に対して，前記無線リソースとしての電力の割り当てと，前記無線リソースとしてのサブキャリアーの割り当てとを行うステップと，
   ビットローディングを行うことで，変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳを決定するステップと，
   を含み，
   これにより，前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムでは，決定されたＭＣＳに従うことで，前記複数のユーザー端末のシンボル当たりのビット数又はデータレートが最大化される，
   チャネル割り当て方法。
2. 前記電力の割り当てと前記サブキャリアーの割り当てを行うステップは，複数回実行され，
   前記割り当て方法は，さらに，
   前記電力の割り当てと前記サブキャリアーの割り当てを行うステップが実行される度に，
   前記複数のユーザー端末と，前記サブキャリアーとを関連付けたマッピングテーブルを作成するステップ
   を含み，
   前記電力の割り当てと前記サブキャリアーの割り当てを行うステップでは，
   前記マッピングテーブルを参照して，前記電力の割り当てと，前記サブキャリアーの割り当てとが同時に行われる，
   請求項１に記載のチャネル割り当て方法。
3. 前記ビットローディングを行うステップでは，
   前記サブキャリアーを構成する複数のリソースブロックの１つをユーザー端末に割り当てた後，
   残りのリソースブロックを，ユーザー端末のデータレートの最小値を最大化するように，割り当てる，
   請求項１に記載のチャネル割り当て方法。
4. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムにおいて，複数のユーザー端末の各々に対してチャネルを割り当てるためのチャネル割り当て装置であって，
   前記チャネルを割り当てる際に，前記複数のユーザー端末の各々に対して，無線リソースを割り当てるリソース割り当て手段を含み，
   前記リソース割り当て手段は，
   ＭＩＭＯ型チャネルから，複数の等価なＳＩＳＯ型チャネルを求める手段と，
   前記複数のユーザー端末の各々に用いられるチャネルについて，ＳＩＮＲ又はＳＮＲの値に基づいてソーティングを行う手段と，
   前記複数のユーザー端末の各々に対して，前記無線リソースとしての電力の割り当てと，前記無線リソースとしてのサブキャリアーの割り当てとを行う手段と，
   ビットローディングを行うことで，変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳを決定する手段と，
   を含み，
   これにより，前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムでは，決定されたＭＣＳに従うことで，前記複数のユーザー端末のシンボル当たりのビット数又はデータレートが最大化される，
   チャネル割り当て装置。
   

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