JP3843272B2 - 多重送受信アンテナシステムを利用した無線通信装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は多重送受信アンテナを有する無線通信システムに関し、特に多重送受信アンテナを利用して多数の空間副チャネルを形成し、これを多数の使用者に効果的に割り当てる無線通信装置及び方法に関する。

従来の時分割(Time Division Multiplexing:ＴＤＭ)、またはコード分割(Code Division Multiplexing:ＣＤＭ)無線通信システムは、主に音声中心の低速データサービスのために開発されたので、高速のマルチメディア伝送を必要とする無線通信システムには適合しない。高速伝送を実現するためには限定された周波数資源の使用効率性を向上させることができる技術開発が必要である。最近、これに対する解決策として提示されている代表的な技術として多重送受信アンテナ技術がある。

多重送受信アンテナシステムは、複数の送受信アンテナを使用し、送受信器で適切な時空間信号処理技術を適用して周波数使用の効率性を向上させることにより、制限された帯域幅に大きな伝送率を達成することができる。達成可能な最大の伝送率は信号が伝送される無線チャネルの容量と一致し、十分な数の伝達経路が存在する無線チャネルの理論的な容量は、近似的に送受信アンテナ数に比例するということは知らせているようである(G.J.Foschini and M.J.Gans,“On limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas”、Wireless Personal Communications, pp.311-355, March 1998)。

多重送受信アンテナシステムで最大の伝送率を得るためには、送受信器すべてがチャネル状態に対する情報を利用して時空間信号処理を遂行すべきであるが(G.G.Raleigh and J.M.Cioffi,“Spatio-temporal coding for wireless communication”, IEEE Transactions on Communications, pp.357-366, March 1998)、このような方法は受信器から送信器に非常に多くのチャネル情報を帰還すべきであり、送受信器構造が複雑になる短所を有する。

一方、Ｖ-ＢＬＡＳＴとして知らせた他のシステムは、送信器ではチャネル情報を必要としなく、受信器のみでチャネル情報を利用して信号処理を遂行する(G.J.Foschini,“Simplified processing for high spectral efficiency wireless communication employing multi-element arrays”，IEEE Journal on Selected Areas in Communications, pp.18４1-1852, Nov.1999)。このような方法は送信器でチャネル情報を利用する方法に比べて若干の伝送率減少はあるが、帰還情報量の問題と送受信器の複雑度問題を解決することができるので、実用的に重要技術として注目を浴びている。

単一アンテナ時分割無線通信システムでは、一つの周波数チャネルを複数の時間スロットに分けて使用するので、時間軸上でのチャネルのみを使用する。一方、多重送受信アンテナシステムは送信器でチャネル情報を必要とするか否かにかかわらず、空間次元で多数の副チャネルを形成して同時に相異なるデータを伝送することができる。ここで、副チャネルとは、送信器に設けられた複数の送信アンテナそれぞれから受信器に向ける無線通信経路を意味する。このような特徴により、多重送受信アンテナシステムは、相異なるデータを空間次元で並列的に伝送することができ、単一アンテナシステムに比べて増加された伝送率を達成することができる。

現在まで多重送受信アンテナシステムに関する大部分の研究は、送信器と受信器がそれぞれ一つずつ存在する単一使用者システムでデータ伝送効率を増加させるか、伝送誤りを減少させることができる技術の開発に集中していた。しかし、実際に大部分の無線通信システムは、多数の使用者が基地局からの信号を受信できるように設計されるべきであるので、この点を考慮した研究が必要である。

多数の使用者ターミナルそれぞれの地理的な位置と周辺の電波環境は、互いに独立しているので、基地局と前記各使用者ターミナル間の無線チャネルも互いに独立している。従って、特定時間(即ち、時間スロット)でデータを伝送するのに適合したチャネル環境を有する使用者と、フェーディングなどの影響によりデータを伝送するのに不適合したチャネル環境を有する使用者が、同時に存在するようになることができる。

前述したように、多重送受信アンテナシステムは、多重送信アンテナを利用して多数の空間的な副チャネルを形成し、このように形成された副チャネルは相異なる特性を有する。従って、このような多重使用者次元の独立的なチャネル特性と多重アンテナシステムが提供する多数の副チャネルを利用して、多数の使用者ターミナルを支援する無線通信システムの性能を向上させるための技術を必要とするようになった。

従って、前述の問題点を解決するための本発明の目的は、多重アンテナを備える基地局及び使用者ターミナルで構成された無線通信システムのための無線通信装置及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、多重アンテナを設けた基地局及び使用者ターミナルで構成される無線通信システムのシステム容量を増加させるための装置及び方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、多重送受信アンテナシステムで無線チャネル上の複数の副チャネルを複数の使用者ターミナルに分けて割り当てる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の本発明は、Ｋ個の使用者ターミナルと無線チャネルを通じて通信するために、Ｍ個のアンテナを設けた基地局で構成された無線通信装置において、前記基地局は、前記Ｋ個の使用者ターミナルから受信された帰還信号から、前記Ｍ個のアンテナからの副チャネル別に支援可能な伝送率を示す伝送率情報を復元する伝送率情報復元部と、前記伝送率情報に応じて、前記Ｍ個の副チャネルを前記Ｋ個の使用者ターミナルにそれぞれ割り当て、前記割り当てられた副チャネルの伝送率を決定する副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部と、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルのためのデータを前記割り当てられたＭ個のアンテナを通じて前記決定された伝送率で前記Ｍ個の使用者ターミナルにそれぞれ伝送する送信部とを含み、ＫがＭ以上である場合、前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部は、毎時間区間ごとに前記Ｍ個の副チャネルを前記Ｋ個の使用者ターミナルのうち、ラウンド・ロビン方式に選択されたＭ個の使用者ターミナルにそれぞれ割り当てることを特徴とする。

このような目的を達成するための本発明は、Ｋ個の使用者ターミナルと無線チャネルを通じて通信するためにＭ個のアンテナを設けた基地局で構成された無線通信装置で前記基地局により無線通信を遂行する方法において、前記Ｋ個の使用者ターミナルから受信された帰還信号から、前記Ｍ個のアンテナからの副チャネル別に支援可能な伝送率を示す伝送率情報を復元する復元過程と、前記伝送率情報に応じて、毎時間区間ごとに前記Ｍ個の副チャネルを前記Ｋ個の使用者ターミナルにそれぞれ割り当て、前記割り当てられた副チャネルの伝送率を決定する割り当て過程と、ここで、ＫがＭ以上である場合、毎時間区間ごとに前記Ｍ個の副チャネルを前記Ｋ個の使用者ターミナルのうち、ラウンド・ロビン方式に選択されたＭ個の使用者ターミナルにそれぞれ割り当て、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルのためのデータを前記割り当てられたＭ個のアンテナを通じて前記決定された伝送率で前記Ｍ個の使用者ターミナルにそれぞれ伝送する伝送過程とを含むことを特徴とする。

上述したように動作する本発明において、開示される発明のうち、代表的なものを用いて、得られる効果を簡単に説明すると、次のようである。
一番目に、多重送受信アンテナシステムが提供する空間次元の副チャネルを多重使用者に割り当てることにより、使用者次元のチャネルの可変性及び独立性と空間次元の副チャネルの可変性及び独立性を効果的に結合して無線通信システムの伝送率を向上させることができる。
二番目に、限定された無線資源により高い速度のデータ伝送を可能にする。
三番目に、副チャネルを使用者に割り当てることにおいて、伝送率だけではなく使用者間無線資源分配の公平性、使用者の優先順位などを考慮することにより、各使用者に提供される無線通信サービス品質を向上させることができる。

以下、本発明に従う好適な一実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
後述される本発明は、定められたサービス領域をカバーする基地局と、前記サービス領域内で前記基地局と通信する複数の使用者ターミナルで構成され、前記基地局と前記複数の使用者ターミナルが多重アンテナを備える無線通信システムで、前記基地局の送信アンテナを前記複数の使用者ターミナルにシステム容量側面で効率的に割り当てるものである。ここで、基地局の多重送信アンテナからの信号を受信するために、使用者ターミナルそれぞれは、少なくとも基地局の多重送信アンテナと同じであるか、より多くの受信アンテナを設けるべきである。これは多重送受信アンテナシステムでよく知らせたものであり、本発明の要旨とは関連がないものであるので、その詳細な説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に従って各送信アンテナごとに互いに独立したデータを伝送する多重送受信アンテナシステムの構成を示したブロック図として、図示したように送信器１１０は、Ｍ個の送信アンテナ１１６-１乃至１１６-Ｍを備え、受信器１２０は、Ｎ個の受信アンテナ１２６-１乃至１２６-Ｎを備える。
前記図１を参照すると、符号化及び変調されたデータ列(ｄ_１ｄ_２ｄ_３…)は、デマルチプレクサ(demultiplexer)１１２によりＭ個の副データ列に分離され、送信時空間信号処理部１１４で適切な信号処理を経た後、Ｍ個の多重送信アンテナ１１６を通じて伝送される。受信時空間信号処理部１２２は、無線チャネル１００を経た後、Ｎ個の多重受信アンテナ１２６により受信された信号を利用して送信データを復元し、マルチプレクサ(multiplexer)１２４で前記復元されたデータから元のデータ列を復元する。ここで、Ｍ個より多くの数の送信アンテナが存在する場合は、時空間符号(space-time coding)技術を適用してＭ個の相異なるデータを伝送することにより、誤り率性能を向上させることができる。

図２は、前記図１の多重送受信アンテナシステムで毎時間スロットごとに形成されるＭ個の副チャネルを等価的に示したものとして、図示したように送信器１１０と受信器１２０間に、送信時空間信号処理部１１４、多重送信アンテナ１１６、無線チャネル１００、多重受信アンテナ１２６、受信時空間信号処理部１２２が結合され、等価的にＭ個の空間次元の副チャネル１０-１乃至１０-Ｍが形成される。

図３は、基地局と多重使用者ターミナルを含むセルラー構造の無線通信システムを示したものとして、図示したように定められたサービス領域２００をカバーする基地局(base station)２１０と、前記サービス領域２００内で前記基地局２１０と通信する多数の使用者ターミナル(user terminals)２２-１乃至２２-Ｋで構成される。
図４は、多重アンテナを設けた基地局とＫ個の使用者ターミナルで構成される無線通信装置の概略的なブロック図として、図示したようにＮｔ個の送信アンテナを備える基地局２１０と、それぞれ同一の機能を遂行し、Ｎｒ(ｋ)個の受信アンテナをそれぞれ備えるＫ個の使用者ターミナル２２-１乃至２２-Ｋで構成される。前記基地局２１０と前記使用者ターミナル２２-１乃至２２-Ｋ間にはＭ個の副チャネルが形成され、ここで、ＭはＮｔ及びＮｒ(ｋ)より小さいか、あるいは同一である。(Ｎｔ≧Ｍ、Ｎｒ(ｋ)≧Ｍ)。

図５は、本発明の一実施形態に従って前記図４に示した無線通信装置で遂行される動作を説明するための流れ図として、ここに示した段階は毎時間スロットごとに反復的に遂行される。３００及び３１０段階は、各使用者ターミナル２２-１乃至２２-Ｋで遂行されるものであり、３２０及び３３０段階は基地局２１０で遂行される。
前記図５を参照すると、３００段階で、第ｋ使用者ターミナル２２-ｋは基地局２１０からの下向きリンクパイロット信号を利用して、前記基地局２１０との間の無線チャネル特性を推定し、前記チャネル推定結果をＮｒ(ｋ)*Ｎｔの行列Ｈ_Ｄ[ｋ]形態に求め、前記基地局２１０からの下向きリンク制御信号から副チャネル割り当て情報を復元する。前記副チャネル割り当て情報はＡ＝[ａ_１、ａ_２、…ａ_Ｍ]で表現され、ここで、ａ_ｍは第ｍ副チャネルに割り当てられた使用者ターミナルのインデックスである。その後、前記チャネル推定結果と前記副チャネル割り当て情報に応じてデータチャネルに伝送された第ｋ使用者のためのデータを復元する。ここで、前記第ｋ使用者に該当されるデータは、ａ_ｍ＝ｋである副チャネルを通じて伝送されたデータを意味する。この時、前記第ｋ使用者ターミナル２２-ｋは、第ｋ使用者に該当されるデータのみを選択的に復旧するか、全てのデータを復旧した後、第ｋ使用者に該当されるデータのみを選択的に取ることができる。

３１０段階で、前記第ｋ使用者ターミナル２２-ｋは、チャネル推定結果(Ｈ_Ｄ[ｋ])に基づいて副チャネルを通じて伝送可能な最大の伝送率に対する情報を決定し、第ｋ上向きリンク帰還チャネルを通じて基地局２１０に伝送する。ここで、前記最大伝送率情報は、Ｒ[ｋ]＝[ｒ_１[ｋ]、ｒ_２[ｋ]、…ｒ_Ｍ[ｋ]]で表現され、ここでｒ_ｍ[ｋ]は、第ｋ使用者の第ｍ副チャネルを通じて伝送可能な伝送率に対して帰還される情報である。前記の最大伝送率情報(Ｒ[ｋ])は、１時間スロット(Ｔ)だけディレイされ、次の時間スロットのデータ検出のため使用される。

３２０段階で、前記基地局２１０は、Ｋ個の使用者ターミナル２２−１乃至２２Ｋから受信した帰還信号から使用者別に、副チャネルを通じて伝送可能な最大の伝送率情報(Ｒ[ｋ])を復元し、前記復元された最大伝送率情報を利用して、どの副チャネルをどの使用者に割り当てるかを決定して、副チャネル割り当て情報(Ａ)及び伝送率割り当て情報(Ｒ_Ａ＝[ｒ_１[ａ_１]、ｒ_１[ａ_２]、…ｒ_Ｍ[ａ_Ｍ]])を生成する。３３０段階で前記基地局２１０は、前記副チャネル割り当て情報(Ａ)を有して下向きリンク制御信号を生成し、空間多重化(spatial multiplexing)を通じて形成されたＭ個の副チャネルを通じて、前記副チャネル割り当て情報(Ａ)に応じて決定された使用者のデータを送信するためのデータ信号を前記伝送率割り当て情報(Ｒ_Ａ)を利用して生成する。以後、前記基地局２１０は前記のように生成されたデータ信号と下向きリンク制御信号及び下向きリンクパイロット信号をマルチプレクシングして、第１乃至第ｋ使用者ターミナル２２−１乃至２２-Ｋに伝送する。

図６は、本発明の一実施形態に従って前記図４に示したＫ個の使用者ターミナルのうち、第ｋ使用者ターミナル２２-ｋの詳細構成を示したブロック図として、他の使用者ターミナルの構成もこれと同一である。図示したように、第ｋ使用者ターミナル２２-ｋは、Ｎｒ(ｋ)個の多重アンテナ４００、チャネル特性推定部４１０、副チャネル割り当て情報復元部４２０、データ復元部４３０、伝送率情報生成部４４０、ディレイ発生部４５０及びチャネルマルチプレクシング部４６０で構成される。

前記多重アンテナ４００は、基地局２１０から下向きリンクパイロット信号、下向きリンク制御信号及びデータ信号を受信する。前記チャネル特性推定部４１０は、前記下向きリンクパイロット信号から前記基地局２１０と第ｋ使用者ターミナル２２-ｋ間の下向きリンクチャネル特性(Ｈ_Ｄ[ｋ])を推定して、前記副チャネル割り当て情報復元部４２０、前記データ復元部４３０及び前記伝送率情報生成部４４０に伝達する。

前記副チャネル割り当て情報復元部４２０は、前記チャネル特性(Ｈ_Ｄ[ｋ])を利用して前記下向きリンク制御信号から副チャネル割り当て情報(Ａ)を復元して、前記データ復元部４３０に伝達し、前記データ復元部４３０は、前記チャネル特性(Ｈ_Ｄ[ｋ])と前記副チャネル割り当て情報(Ａ)及び以前時間スロットで決定された副チャネルの伝送率割り当て情報を利用して、前記データ信号から第ｋ使用者に該当するデータを検出する。基地局２１０に設けられた送信アンテナの個数がＭである場合(Ｎｔ＝Ｍ)、第ｋ使用者の受信データ信号ｙ[ｋ]は、次の（式１）のように表現することができる。

前記（式１）で、Ｐ＝diag(ｐ_１、ｐ_２、…ｐ_Ｍ)であり、ｄ＝[ｄ_１、ｄ_２、…ｄ_Ｍ]であり、ｚ＝[ｚ_１、ｚ_２、…ｚ_Ｎｒ(ｋ)]である。ここで、ｐ_ｍは、第ｍアンテナの送信電力量の自乗根を示し、ｄ_ｍは、第ｍ副チャネル、即ち、第ｍ送信アンテナを通じて送信するデータを示し、ｚ_ｎは、第ｎ受信アンテナの雑音成分を示す。
一例として、前記データ復元部４３０が最小平均二乗誤差(minimum mean square error:ＭＭＳＥ)検出器で構成される場合、ａ_ｍ＝ｋである時、第ｋ使用者は第ｍ副チャネルを通じて伝送されたデータｄ_ｍを次の（式２）のように検出することができる。

ここで、Ｗ_ｍはＷの第ｍ行、Ｑ(・)はスライシング(slicing)演算、上付き文字Ｈはエルミート(hermitian)行列、σ^２は雑音の分散、Ｐ_Ｒは受信信号の電力、ＩはＮ_ｒ[ｋ]次元の単位行列を示す。前記（式２）のようにデータを検出する場合、Ｍ個の副チャネルを通じて伝送可能な最大の伝送率は、チャネル特性(Ｈ_Ｄ[ｋ])から次の（式３）のように計算することができる。

ここで、ＳＩＮＲ_ｍ[ｋ]は、第ｋ使用者の第ｍ副チャネルの信号対干渉及び雑音比(Signal to interference plus Noise Ratio；ＳＩＮＲ)を示す。

前記伝送率情報生成部４４０は、前記（式３）のように計算したＭ個の副チャネルの容量Ｃ_ｍ[ｋ](ｍ＝１、２、…Ｍ)を有して上向きリンク帰還信号を生成する。すると、前記チャネルマルチプレクシング部４６０は、前記のように生成された第ｋ帰還信号と第ｋ上向きリンクパイロット信号をマルチプレクシングして、上向きリンクを通じて前記基地局２１０に伝送する。

図７は、本発明の一実施形態に従って前記図４に示した基地局２１０の詳細構成を示したブロック図として、図示したように、前記基地局２１０は、Ｎｔ個の多重アンテナ５００、チャネル特性推定部５１０、伝送率情報復元部５２０、副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０、副チャネル及び伝送率割り当て部５４０、使用者データ貯蔵部５５０、空間多重化データ生成部５６０及びチャネルマルチプレクシング部５７０で構成される。ここで、前記多重アンテナ５００は送受信兼用アンテナとして言及される。

前記多重アンテナ５００は、前記基地局２１０のサービス領域内で通信中であるＫ個の使用者ターミナル２２-１乃至２２-Ｋから、上向きリンクパイロット信号と帰還信号を受信する。前記チャネル特性推定部５１０は、各使用者ターミナルから前記多重アンテナ５００を通じて受信された第１乃至第Ｋ上向きリンクパイロット信号から、各使用者ターミナルと基地局間の上向きリンクチャネル特性(Ｈ_Ｕ[ｋ])を推定して、前記伝送率情報復元部５２０に伝達し、前記伝送率情報復元部５２０は、前記チャネル推定結果を有して前記第１乃至第Ｋ帰還信号から各使用者の副チャネルに対する伝送率情報(Ｒ[ｋ])を復元して、前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０に伝達する。前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０は、各使用者の伝送率情報(Ｒ[ｋ])及び無線資源分配の公平性、使用者の優先順位などを考慮して、副チャネル割り当て情報(Ａ)と割り当てられた副チャネルの最大伝送率情報(Ｒ_Ａ)を生成して、前記副チャネル及び伝送率割り当て部５４０に伝達し、前記副チャネル割り当て情報(Ａ)を下向きリンク制御信号に変換して、前記チャネルマルチプレクシング部５７０に伝達する。

前記副チャネル及び伝送率割り当て部５４０は、前記副チャネル割り当て情報(Ａ)及び前記割り当てられた副チャネルの最大伝送率情報(Ｒ_Ａ)に応じて、前記使用者データ貯蔵部５５０からのデータを各副チャネルの伝送率に合うように符号化及び変調して、前記空間多重化データ生成部５６０に伝達する。前記空間多重化データ生成部５６０は、前記副チャネル及び伝送率割り当て部５４０から入力されるデータを空間多重化してデータ信号(ｄ)を生成し、これを前記チャネルマルチプレクシング部５７０に伝達する。前記チャネルマルチプレクシング部５７０は、副チャネル割り当てに対する前記下向きリンク制御信号と前記データ信号及び下向きリンクパイロット信号をマルチプレクシングして、前記多重アンテナ５００を通じて該当サービス領域内の第１乃至第Ｋ使用者ターミナル２２-１乃至２２-Ｋに伝送する。

このように構成される無線通信装置において、前記基地局２１０の前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０は、通信中である全体Ｋ個の使用者ターミナル２２-１乃至２２-Ｋ中で毎時間スロットごとに前記基地局２１０に設けられた送信アンテナの個数Ｍに応じて、Ｍ個の使用者ターミナルをラウンド・ロビン方式に選択し、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルに、前記選択された使用者ターミナルの副チャネル別に支援可能な最大伝送率を示す伝送率情報に応じてシステム処理率が最適化されるように、Ｍ個の副チャネルを割り当てる。

図８は、本発明の一実施形態に従って前記図７の前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０の動作を示した流れ図として、ここではラウンド・ロビン方式に応じて選択されたＭ名の使用者に伝送率の和が最大になるようにＭ個の副チャネルを割り当てる方法を示している。副チャネルが割り当てられると、各副チャネルの伝送率は、該当使用者の副チャネル割り当て情報から自動に決定される。同様に、ここに示した段階は毎時間スロットごとに反復的に遂行される。

７００段階で、前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０は、前記使用者データ貯蔵部５５０に伝送するデータがある使用者の数を確認し、前記使用者数が以前時間スロットに比べて増加、または減少したかを点検して変化があるかを判断する。もし変化があれば、７１０段階で前記使用者を識別するためにインデックスを付与する。例えば、前記伝送するデータがある使用者の数をＫとすると、前記使用者には１、２、…Ｋのインデックスが付与される。例えば、どの時間スロットで使用者の数がＫからＬだけ増加したら、元のＫ個の使用者インデックスはそのままに置く、前記追加されたＬ名の使用者に対してＫ＋１、Ｋ＋２、…Ｋ＋Ｌを付与する。もし使用者の数がＫからＬだけ減少したら、残りの使用者に対して順序通りに１、２、…Ｋ−Ｌを付与する。これは既存の使用者を重複選択することを防止するためである。

７２０段階で、前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０は、前記Ｋ名の使用者のうち、割り当て可能な副チャネル数Ｍに該当するＭ名の使用者をラウンド・ロビン方式に選択する。例えば、Ｋ＝１０、Ｍ＝４である場合、毎時間スロットごとに選択される使用者は｛１、２、３、４｝、｛５、６、７、８｝、｛９、１０、１、２｝、｛３、４、５、６｝などのようになる。ここで｛｝中の数字は、選択された使用者のインデックスを示す。使用者数Ｋが副チャネル数Ｍより小さい場合は、一つの時間スロットで同じ使用者を反復して選択することができる。例えば、Ｋ＝３、Ｍ＝４である場合、毎時間スロットごとに選択される使用者は、｛１、２、３、１｝、｛２、３、４、１｝などのようになる。またより一般的に、加重値が付与された特定使用者をより頻繁に選択することもできる。例えば、Ｋ＝１０、Ｍ＝４であり、第１乃至第３使用者が残りの使用者より２倍の加重値を有すると、毎時間スロットごとに選択される使用者は｛１、１、２、２｝、｛３、３、４、５｝、｛６、７、８、９｝、｛１０、１、１、２｝などのようになる。

前記のように、Ｍ名の使用者が選択されると、７３０段階で前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０は、前記選択された各使用者ごとに一つずつの副チャネルを重複しないように割り当てる。この時、前記選択された各使用者の副チャネル別に可能な最大の伝送率に応じて、全体伝送率を最大化するように副チャネルを割り当てる。
前記７３０段階の具体的な一実施形態として、前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０は、選択された使用者と割り当て可能な副チャネルの可能な全ての組み合わせのうち、最大伝送率の和を最大化する組み合わせに応じて、副チャネルと伝送率を割り当てる。即ち、Ｍ名の使用者にＭ名の副チャネルを割り当てる場合、割り当て可能な全ての組み合わせの個数はＭ！(＝Ｍ*(Ｍ-１*…*２*１)種類である。すると、前記可能な全ての組み合わせに対して、各使用者の副チャネル別伝送率の和を計算して最大和を有する組み合わせに応じて使用者に副チャネルを割り当てることができる。

図９は、Ｍ＝３であり、伝送率情報から導き出された正規化された伝送率(伝送率ｒ_ｍ[ｋ]をｒ_ｍ[ｋ]が有することができる最小値に分けた値)が有することができる値の範囲が１乃至４の整数である場合、選択された使用者の副チャネル別最大伝送率の正規化された値を例に挙げて示した表である。
図示したように、第１使用者(ｋ＝１)の第１乃至第３副チャネル(ｍ＝１、２、３)の正規化された最大伝送率は、それぞれ３、１、３であり、第２使用者(ｋ＝２)の第１乃至第３副チャネル(ｍ＝１、２、３)の正規化された最大伝送率は、それぞれ２、２、１であり、第３使用者(ｋ＝３)の第１乃至第３副チャネル(ｍ＝１、２、３)の正規化された最大伝送率は、それぞれ１、４、２である。一例として、前記第１使用者の第１副チャネルは、第２使用者の第３副チャネルに比べて３倍の最大伝送率を支援可能である。

図１０は、前記図９の副チャネル別最大伝送率情報を利用して、３!(＝６)種類の使用者と副チャネル間の可能な全ての組み合わせに対して伝送率合計の計算結果を示した表である。図示したように、図１０の組み合わせ(ｅ)は、第１使用者に第３副チャネルを、第２使用者に第１副チャネルを、第３使用者に第２副チャネルを割り当てる場合、正規化された伝送率の合計が９として最大になる。従って、前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０は、このように前記使用者に副チャネル及び伝送率を割り当て、それに従う割り当て情報を生成する。

前述した前記７３０段階の実施形態は、使用者と副チャネルの可能な全ての組み合わせに対して最大伝送率の和を最大化する組み合わせを選択すべきであるので、割り当て可能な副チャネルの個数が増加するほど、計算量が大幅に増加するようになる。このような問題点を解消するために提案された前記７３０段階の他の実施形態として、前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０は、選択された使用者の副チャネル別伝送率中で最大の伝送率を有する一つずつの使用者に該当する一つずつの副チャネルを割り当てる動作を、全ての使用者に全ての副チャネルが割り当てられるまで反復する。

より具体的に説明すると、(１)選択された使用者の全体Ｍ^２個の正規化された伝送率のうち、最大値を有する使用者に該当副チャネルを割り当てる。ここで、最大伝送率が２個以上である場合は、任意にそのうち一つの使用者に対して該当副チャネルを割り当てる。(２)既に割り当てられた使用者と副チャネルに該当する伝送率を除外した残りの(Ｍ-１)^２個の正規化された伝送率のうち、最大値を有する使用者に該当副チャネルに割り当てる。(３)前記(２)の過程をＭ名の使用者にＭ個の副チャネルを一つずつ割り当てるまで反復する。

図１１は、前記図９の副チャネル別最大伝送率情報を利用して、前記７３０段階の他の実施形態を遂行する過程を示した図である。
図示した(Ａ)で、９個の伝送率のうち最大値である４が選択され、それによって第３使用者に第２副チャネルが割り当てられる。(Ｂ)で、前記第３使用者と第２副チャネルに該当する伝送率を除外した残りの４個の伝送率のうち、最大値である３が選択されるが、ここでは、第１及び第２副チャネルがすべて可能であるので、任意に選択された第１副チャネルが第１使用者に割り当てられる。(Ｃ)で、前記第１使用者と第１副チャネルに該当する伝送率を除外した残りの一つの伝送率１に応じて、第２使用者に第３副チャネルが割り当てられる。最終的に(Ｄ)に示したように、第１使用者には、第１副チャネルが割り当てられ、第２使用者には、第３副チャネルが割り当てられ、第３使用者には、第２副チャネルが割り当てられる。

前記図１１の方法を通じて結果的に得られた正規化された伝送率合計は８であるが、図１０の結果である９よりは小さく、図１０の方法に比べて計算量を大幅に低減することができる。
上述したように、本発明に従う副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部５３０でデータ伝送率、使用者間無線資源分配の公平性(ラウンド・ロビン方式の使用)、使用者の優先順位(加重値の適用)などを考慮して、使用者に効果的に副チャネルを割り当てる。

上述した本発明の詳細な説明では、具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲を外れない限り多様な変形が可能なことはもちろんである。具体的に本発明では、ラウンド・ロビン方式に使用者を選択し、選択された使用者ごとに一つの副チャネルを割り当てる動作に対して説明したが、他の使用者選択方法を適用して副チャネルを割り当てるか、使用者選択と副チャネル割り当てを同時に遂行する方法など、他の方法を適用して多重送受信アンテナを備える無線通信システムの性能を向上させることができる。

送信アンテナごとに互いに独立的なデータを伝送する多重送受信アンテナシステムの構成を示すブロック図である。 前記図１の送信器と受信器間に形成されるＭ個の空間副チャネルを等価的に示した図である。 基地局と多重使用者ターミナルを含む一般的な無線通信システムを示した図である。 多重アンテナを設けた基地局とＫ個の使用者ターミナルで構成される無線通信装置の概略的なブロック図である。 本発明の一実施形態に従って前記図４に示した無線通信装置で遂行される動作を示した流れ図である。 本発明の一実施形態に従って前記図４に示したＫ個の使用者ターミナルの詳細構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に従って前記図４に示した基地局の詳細構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に従って前記図７の副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部の動作を示した流れ図である。 Ｍ(=３名)の使用者の副チャネルの定規化された伝送率の一例を示した図である。 前記図９の副チャネル情報を利用してデータ伝送率の和を最大化する使用者と副チャネルの組み合わせを探すために可能な全ての組み合わせとそれに該当する伝送率の和を示した図である。 前記図９の副チャネル情報を利用してデータ伝送率の和を大略的に最大化する使用者と副チャネルの組み合わせを探す過程を示した図である。

符号の説明

４００，５００…多重アンテナ
４１０，５１０…チャネル特性推定部
４２０…副チャネル割り当て情報復元部
４３０…データ復元部
４４０…伝送率情報生成部
４５０…ディレイ発生部
４６０，５７０…チャネルマルチプレクシング部
５２０…伝送率情報復元部
５３０…副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部
５４０…副チャネル及び伝送率割り当て部
５５０…使用者データ貯蔵部
５６０…空間多重化データ生成部

Claims (14)

1. Ｋ個の使用者ターミナルと無線チャネルを通じて通信するために、Ｍ個のアンテナを設けた基地局で構成された無線通信装置において、前記基地局は、
   前記Ｋ個の使用者ターミナルから受信された帰還信号から、前記Ｍ個のアンテナからの副チャネル別に支援可能な伝送率を示す伝送率情報を復元する伝送率情報復元部と、
   前記伝送率情報に応じて、前記Ｍ個の副チャネルを前記Ｋ個の使用者ターミナルにそれぞれ割り当て、前記割り当てられた副チャネルの伝送率を決定する副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部と、
   前記選択されたＭ個の使用者ターミナルのためのデータを、前記割り当てられたＭ個のアンテナを通じて前記決定された伝送率で前記Ｍ個の使用者ターミナルにそれぞれ伝送する送信部と
   を含み、
   ＫがＭ以上である場合、前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部は、毎時間区間ごとに前記Ｍ個の副チャネルを前記Ｋ個の使用者ターミナルのうち、ラウンド・ロビン方式に選択されたＭ個の使用者ターミナルにそれぞれ割り当てることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部は、
   前記Ｋ個の使用者ターミナルの伝送率情報に応じて、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルのうち、最大の伝送率を支援する使用者ターミナルに該当する副チャネルを割り当てる手段と、
   前記Ｍ個の副チャネルが、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルに一つずつ割り当てられるまで、既に割り当てられた使用者ターミナルと副チャネルに該当する伝送率を除外して、残りの伝送率のうち、最大の伝送率を支援する使用者ターミナルに該当する副チャネルを割り当てる手段と
   を含むことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記副チャネル及び伝送率割り当て情報生成部は、
   前記Ｋ個の使用者ターミナルの伝送率情報に応じて、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルと前記Ｍ個の副チャネルの割り当て可能な全ての組み合わせに対して伝送率の和を計算する手段と、
   前記計算された伝送率の和が最大になる組み合わせに該当する使用者ターミナルに、該当する副チャネルを割り当てる手段と
   を含むことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記送信部は、
   前記決定された伝送率に応じて、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルのためのデータを符号化及び変調する副チャネル及び伝送率割り当て部と、
   前記割り当てられた副チャネルに応じて、前記符号化及び変調されたデータを空間多重化して送信するデータ信号を生成する空間多重化データ生成部と、
   前記データ信号を他のチャネルの信号とマルチプレクシングして、それぞれ前記Ｍ個のアンテナを通じて前記Ｋ個の使用者ターミナルに伝送するチャネルマルチプレクシング部と
   からなることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
5. 前記基地局は、前記Ｋ個の使用者ターミナルから受信した上向きリンクパイロット信号から、前記Ｋ個の使用者ターミナルに該当する上向きリンクチャネル特性を推定して、前記伝送率情報を復元するのに利用できるように前記伝送率情報復元部に提供するチャネル特性推定部をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
6. 前記Ｋ個の使用者ターミナルそれぞれは、前記Ｍ個のアンテナを通じて前記基地局と通信するためにＭ個以上のアンテナを備えることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. 前記Ｋ個の使用者ターミナルそれぞれは、
   前記基地局から割り当てられた副チャネルを通じて、下向きリンクパイロット信号と制御信号とデータ信号を受信するＭ個以上のアンテナと、
   前記下向きリンクパイロット信号から前記基地局に該当する下向きリンクチャネル特性を推定するチャネル特性推定部と、
   前記推定された下向きリンクチャネル特性を利用して、前記制御信号から副チャネル割り当て情報を復元する副チャネル割り当て情報復元部と、
   前記推定された下向きリンクチャネル特性と、前記副チャネル割り当て情報復元部で決定された副チャネル割り当て情報と、以前の副チャネル割り当て情報とを利用して、前記データ信号からデータを復元するデータ復元部と、
   前記推定された下向きリンクチャネル特性から、前記基地局から割り当て可能なＭ個の副チャネルそれぞれを通じて支援可能な最大伝送率を計算し、前記計算された伝送率を示す伝送率情報を生成する伝送率情報生成部と、
   前記伝送率情報を含む帰還信号を、他のチャネルの信号とマルチプレクシングして前記Ｍ個以上のアンテナを通じて前記基地局に伝送するチャネルマルチプレクシング部と
   からなることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
8. 無線チャネルを通じてＫ個の使用者ターミナルと通信するために、Ｍ個のアンテナを設けた基地局で構成された無線通信装置で前記基地局により無線通信を遂行する方法において、
   前記Ｋ個の使用者ターミナルから受信された帰還信号から、前記Ｍ個のアンテナからの副チャネル別に支援可能な伝送率を示す伝送率情報を復元する復元過程と、
   前記伝送率情報に応じて毎時間区間ごとに前記Ｍ個の副チャネルを前記Ｋ個の使用者ターミナルにそれぞれ割り当て、前記割り当てられた副チャネルの伝送率を決定する割り当て過程と、ここで、ＫがＭ以上である場合、毎時間区間ごとに前記Ｍ個の副チャネルを前記Ｋ個の使用者ターミナルのうち、ラウンド・ロビン方式に選択されたＭ個の使用者ターミナルにそれぞれ割り当て、
   前記選択されたＭ個の使用者ターミナルのためのデータを前記割り当てられたＭ個のアンテナを通じて前記決定された伝送率で前記Ｍ個の使用者ターミナルにそれぞれ伝送する伝送過程と
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
9. 前記割り当て過程は、
   毎時間区間ごとに通信可能な前記Ｋ個の使用者ターミナルにインデックスを付与する段階と、
   前記付与されたインデックスの順序通りにＭ名ずつの使用者ターミナルを選択する段階と
   を含むことを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。
10. 前記順次的なインデックスを付与する段階は、
    毎時間区間ごとに、通信可能な使用者ターミナルの数が変化したか否かを確認し、前記確認の結果、使用者ターミナルが追加されたら、前記追加された使用者ターミナルに、既に付与されたインデックスに連続する追加的なインデックスを付与し、前記確認の結果、使用者ターミナルが減少したら、前記減少した使用者ターミナルに付与されていたインデックスを除去することを特徴とする請求項９記載の無線通信方法。
11. 前記割り当て過程は、
    前記Ｋ個の使用者ターミナルの伝送率情報に応じて、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルのうち、最大の伝送率を支援する使用者ターミナルに該当する副チャネルを割り当てる段階と、
    前記Ｍ個の副チャネルが、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルに一つずつ割り当てられるまで、既に割り当てられた使用者ターミナルと副チャネルに該当する伝送率を除外して、残りの伝送率のうち、最大の伝送率を支援する使用者ターミナルに該当する副チャネルを割り当てる段階と
    を含むことを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。
12. 前記割り当て過程は、
    前記Ｋ個の使用者ターミナルの伝送率情報に応じて前記選択されたＭ個の使用者ターミナルと前記Ｍ個の副チャネルの割り当て可能な全ての組み合わせに対して伝送率の和を計算する段階と、
    前記計算された伝送率の和が最大になる組み合わせに該当する使用者ターミナルに該当する副チャネルを割り当てる段階と
    を含むことを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。
13. 前記伝送過程は、
    前記決定された伝送率に応じて、前記選択されたＭ個の使用者ターミナルのためのデータを符号化及び変調する段階と、
    前記割り当てられた副チャネルに応じて、前記符号化及び変調されたデータを空間多重化して送信するデータ信号を生成する段階と、
    前記データ信号を他のチャネルの信号とマルチプレクシングしてそれぞれ前記Ｍ個のアンテナを通じて前記Ｋ個の使用者ターミナルに伝送する段階と
    からなることを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。
14. 前記伝送率情報を復元するのに利用するために、前記Ｋ個の使用者ターミナルで受信した上向きリンクパイロット信号から、前記Ｋ個の使用者ターミナルに該当する上向きリンクチャネル特性を推定する過程をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の無線通信装置。
    
    

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