JP4406446B2 - サブチャネル割当装置及びサブチャネル割当方法 - Google Patents
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Description
P.Tejera,W.Utschick,G.Bauch,J.A. Nossek,「 Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO」,In Workshop on Smart Antennas,Duisburg ,Apr.2005 P.Tejera,W.Utschick,J.A.Nossek ,「MIMO OFDM Transmission Strategies for 4G Communication System.4th Technical Report of the Research Cooperation:Adaptive Antenna Concepts for 4G Wireless Communication」,TUM and DoCoMo Euro-Labs,September 2004 S.Vishwanath,N.Jindal,A.J.Goldsmith ,「Duality, Achievable Rates,and Sum-Rate Capacity of Gaussian MIMO Broadcast Channel」,IEEE Trans.on Information Theory,Vol.49:2658-2668,Oct.2003
各サブキャリア・ブロックごとに前記第1のユーザのための特異値(singular value)と前記第2のユーザのための特異値とを選択するように構成されているセレクタと、
前記第1のユーザが前記通信チャネルにおいて前記第1のユーザのための前記選択された特異値を使用して達成することが可能な第1の容量(capacity)と、前記第2のユーザが前記通信チャネルにおいて前記第2のユーザのための前記選択された特異値を使用して達成することが可能な第2の容量とを決定するように構成されており、更に、前記第1の容量と前記第2の容量とに対応するレート・タプル(rate tuple)によって定義される平面と、前記第1の比率と前記第2の比率とによって定義される直線との交点を評価して、前記第1のユーザへの送信に使用する前記通信チャネルのスペクトルの第1のスペクトルの割当分(spectral portion)と前記第2のユーザへの送信に使用する前記通信チャネルのスペクトルの第2のスペクトルの割当分(spectral portion)とを決定するように構成されているスペクトル割当器と、
各サブキャリア・ブロックごとに単一のサブチャネルを選択し、該選択されたサブチャネルのそれぞれを選択されたサブチャネルに対応するそれぞれのユーザへ割り当て、該割当が前記第1のスペクトルの割当分と前記第2のスペクトルの割当分とに一致しないときには、前記割当を修正するように構成されている決定器と
を備えている。
前記第1および第2の最小伝送レートに基づいて前記通信チャネルの伝送容量を最大化することを目的とする最適化問題から前記第2のユーザに対する指標変数を導き出すように構成され、ここで、前記指標変数は第1のレンジの値あるいは第2のレンジの値をとり得るものである、前記指標変数は、前記指標変数の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を減らす働きをし、前記指標変数の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を増やすまたは一定に保つ働きをすることを表しており、前記指標変数の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザを第1の分類グループに分類するまたは前記指標変数の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザを第2の分類グループに分類するように構成されている分類器と、
前記第2のユーザが前記第1の分類グループに分類される場合に、第2のグループのサブキャリア・ブロックのサブキャリア・ブロック数を削減して第1のグループのサブキャリア・ブロックのサブキャリア・ブロック数を増大するように構成された割当器とから構成されている。
各サブキャリア・ブロックごとに前記第1のユーザのための特異値と前記第2のユーザのための特異値を選択するステップと、
前記第1のユーザが通信チャネルにおいて前記第1のユーザのための前記選択された特異値を使用して達成することが可能な第1の容量と、前記第2のユーザが通信チャネルにおいて前記第2のユーザのための前記選択された特異値を使用して達成することが可能な第2の容量とを決定するとともに、前記第1および第2の容量に対応するレート・タプルによって定義される平面と、前記第1の比率と前記第2の比率とによって定義される直線との交点を評価して、前記第1のユーザへの送信に使用する通信チャネルのスペクトルの第1のスペクトルの割当分と前記第2のユーザへの送信に使用する通信チャネルのスペクトルの第2のスペクトルの割当分とを決定するステップと、
各サブキャリア・ブロックごとに単一のサブチャネルを選択し、各選択されたサブチャネルを選択されたサブチャネルに対応するそれぞれのユーザへ割り当て、該割当が前記第1のスペクトルの割当分と前記第2のスペクトルの割当分と一致しないときには、前記割当を修正するステップとを含んでいる。
前記第1および第2の最小伝送レートに基づいて通信チャネルの伝送容量を最大化することを目的とする最適化問題から前記第2のユーザに対する指標変数を導き出すステップであって、ここで、前記指標変数は第1のレンジの値あるいは第2のレンジの値をとり得るものであり、前記指標変数は、該指標変数の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を減らす働きをし、前記指標変数の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を増やすまたは一定に保つ働きをすることを表している、ステップと、
前記指標変数の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザを第1の分類グループに分類する、または前記指標変数の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザを第2の分類グループに分類するステップと、
前記第2のユーザが前記第1の分類グループに分類される場合に、前記第2のグループのサブキャリア・ブロックのサブキャリア・ブロック数を削減して前記第1のグループのサブキャリア・ブロックのサブキャリア・ブロック数を増大し、そして前記第2のグループの前記サブキャリア・ブロックのサブキャリア・ブロック数を削減するときには少なくとも前記第2の最小伝送レートが前記第2のユーザに割り当てられるようにするステップとを含んでいる。
所与の選択則Oに対して、次のような空間・周波数要素の割当が得られると仮定する。
ユーザ1→{λ1,1,・・・,λ1,n1}
ユーザ2→{λ2,1,・・・,λ2,n2}
・
・
・
ユーザK→{λK,1,・・・,λK,nK}
ここでλk,lは、ユーザkに割り当てられたl番目のサブチャネルの利得を表す。次にpk、lは、利得λk,lを有するサブチャネルに割り当てられた電力を表すものとする。次のような送信電力の制約条件を満たす電力割当(power allocation)のみが実現可能である。
D.Perez Palomar and J.Rodriguez Fonollosa,「Practical Algorithms for a Family of Waterfilling Solutions」,IEEE Transactions on Signal Processing,53:686-695,2005
CZF−SESAMの達成可能領域は、和集合の演算子をセットの達成可能領域ROに適用することで次式のように得られる。これは、全ての可能な選択則を考慮し、結果として生じる集合の凸包(convex hull)を構築した結果である。
J.Brehmer,A.Molin,P.Tejera and W.Utschick,「Low Complexity Approximation of the MIMO Broadcast Channel Capacity Region」submitted to ICC'06, Istanbul,2006
適切な加重ベクトルμを探索することの詳細について研究するよりも、ここでは、QoS制約条件をCZF−SESAMの実行に組み込む手続きを提案している。その結果は、所与のQoS制約条件と整合するサブチャネルの割当である。この制約条件との完全なコンプライアンスは、その後に生じる電力負荷(power loading)の最適化問題においてその制約条件を考慮に入れることによって実現される。
・CZF−SESAMの実行は、所与のQoS制約条件と整合するリソース割当を取得するのに十分である。
・解は、時分割戦略の手段を用いることなく常に見つかる。
・複雑さは、基本的にユーザ数に依存しない。
第2に、所与のQoS制約条件を考慮して各ユーザに割り当てられる周波数成分の数が決定される。
R1=[C1 j 0 ・・・0]T、
R2=[0 C2 j ・・・0]T、
・
・
・
RK=[0 0 ・・・CK j]T
そしてこの平面と所与のQoS制約条件によって定義される直線ρ=[ρ1,・・・,ρK]Tとの交点を計算する。平面の方程式は次式で与えられる。
前節で述べたように進むと、ある特定のレイヤにおいて各ユーザにいくつのサブキャリアが割り当てられるべきかを見いだすことが可能である。本節では、ある特定のレイヤにおいて各ユーザにどの特定のサブキャリアが割り当てられるべきかを見いだすための手続きについて述べる。
・追加のチャネルが割り当てられるべきユーザの集合
CZF−SESAMアルゴリズムの全ての反復(iterations)またはレイヤ(layers)で割当プロセスの実行が完了すると、電力負荷が適用可能な1セットのスカラー・サブチャネルが得られる。本節では、所与のQoS制約条件を考慮して合計容量を最大化する電力負荷が引き出される。
ユーザ1→{λ1,1、・・・、λ1,n1}、
ユーザ2→{λ2,1、・・・、λ2,n2}、
・
・
・
ユーザK→{λK,1、・・・、λK,nK}
上式においてλk,lは、ユーザkに割り当てられたl番目のサブチャネルの利得を表している。QoS制約条件ρ=[ρ1,...,ρk]Tに従う合計レートを最大化する電力負荷(power loading)を見つけるために解かれるべき最適化問題は、次のように言い表すことができる。
本文書に沿って使用された例に関して、図6にLFA(layered frequency allocation)付きCZF−SESAMアルゴリズムによってもたらされた動作ポイントを示す。ここでは、16個のサブキャリア、送信機に4個のアンテナ、2つの受信機の各々に2つのアンテナを用いたシステムが議論されていることとする。送信電力と各受信アンテナにおけるノイズ分散との間の比で定義される信号対ノイズ比(SNR)は10dBに等しい。また全てのケースにおいて、LFA付きCZF−SESAMアルゴリズムによってもたらされた動作ポイントは、次善最適なCZF−SESAM達成可能領域の境界にほとんど到達することが観察される。容量領域に関する損失も非常に小さい。本アルゴリムの実際の妥当性は、もたらされた動作ポイントが任意の所与のQoS制約条件を正確に満足し、これはCZF−SESAMアルゴリズムを唯一回実行することによって達成される、という事実にあることに留意すべきである。
λ=2・[3.65 0.34 0.01 0]
ネットワーク運営者の観点からすれば、合計容量の最大化は、通信システムを設計する上で最重要の基準の1つである。しかしながら、前節のようにユーザに厳格な公平性の制約条件が課されるときには、容量領域の性質からCZF−SESAMと比べて合計容量の部分的な急激な減少が観察できる。このことは、与えられた要件を満足するポイントが、例えば2人のユーザが存在するシナリオに対する図9に例示されるように、最大合計容量のポイントから遠く離れているときに特に当てはまる。直線は式R2=Csum−R1を表しているので、合計容量Csumは図9に示したR2軸から読み取れる。このためCZF−SESAMは、一切の制約条件なしに合計容量を最大化するのに対して、以前導入されたアリゴリズムにおける等式の制約条件(equality constraints)は、最適化問題を決定づけ、合計レートの最大化の余地を殆ど与えない。そして図9の例のように、合計レートにおける有意な利得は、最初の等式制約条件を緩和することによって可能である。R2の少しの減少が受け入れられる場合には、R1は急激に増大することがあり得る。この理由から、我々は、等式制約条件から不等式制約条件(inequality constraints)へ切り替え、以前に導入されたアルゴリズムへの拡張として、対応する合計レートの最大化アルゴリズムを提示する。従って、ユーザのレートは、所定の最小値を下回ってはならない。このことはクロスレイヤの観点からも理解できる。というのも、このアルゴリズムでは、QoS要件は、最初に、より高位の層(レイヤ)によって決定される必要があるからである。物理層の能力に関する知識がなくても、それらが絶対的な最小レートを主張することは確かにより容易である。
・文献(例えば、非特許文献8参照)に提案されているCZF−SESAMアルゴリズムは、必要とされる最小レートを満たしていない。その他の点では、最適解はすでにCZF−SESAMによって見いだされており、更なる最適化は一切必要ない。
・全ての必要とされる最小レートは、利用可能な送信電力で満足することが可能である。その他のケースにおける戦略は本願発明の範囲を超えている。
P.Tejera,W.Utschick,G.Bauch, J.A. Nossek,「A Novel Decomposition Technique for Multiuser MIMO.In Workshop on Smart Antennas」,Duisburg,Apr.2005
Harish Viswanathan,Sivarama Venkatesa Howard Huang,「Downlink Capacity Evaluationof Cellular Networks with known-Interference Cancellation」,IEEE Journal on Selected areas in Communications,21:802-811,2003 Pedro Tejera,Wolfgang Utschick,Gerhard Bauch,Josef Nossek,「Practical Aspects of Successive Encoding Schemes for the MIMO OFDM Braudcast Channel」,Proceedings of ICC,2006
上述した問題を解くため、上記第1の実施形態で導入された厳格なQoS制約条件付きのCZF−SESAMアルゴリズムに密接に関係する発見的アルゴリズムを提示する。本アルゴリズムを最初に手短に概観する。まずステップ1においてユーザは2つのグループに分類される。1つのグループ内のユーザは、レートの更なる増加が全体の合計レートに害を及ぼすことから、それらの対応する最小レートでサービスされる。他方のグループのユーザは、最適なシステム性能のため残りのシステムリソースを共有する。第2のステップでは、各サブキャリアごとに空間次元がユーザに割り当てられる。最後に第3のステップにおいて利用可能な送信電力が結果として得られるサブチャネルに割り当てられる。
2ユーザのケースで見られるように、厳格なQoS制約条件付きのCZF−SESAMアルゴリズムによって達成可能な容量領域の境界は、ほとんど凹形である。更に、最大合計容量のポイントが最小レートで定義される実現可能領域内に存在するケースを除外するため、最適解は実現可能領域の境界上に位置すると仮定することは合理的である。これは、特定のユーザがそれらの対応する最小レートでサービスされるだけであることを意味する。このステップにおいてそれらのユーザが決定される。この目的のため、文献(例えば、非特許文献11参照)に説明されている摂動凸最適化問題(perturbed convex optimization problem)の感度解析を用いる。感度解析を使うことにより、所与の凸目的関数が最適化問題の制約条件に関していかに敏感か、つまり特定の制約条件の変更が目的関数にどのように影響するか、を見いだすことが可能である。感度解析の適用例は、文献(例えば、非特許文献12参照)に見つけ出すことができる。そこでは全体の送信電力が最小化され、そのためユーザのMSE(Minimum Square Errors)は、特定の所定値を下回ってはならない。これらの要件が利用可能な送信電力で満足できない場合、送信電力を最大に低減するために、制約が緩和されるべきユーザを決定するために感度解析が使用される。ここで、容量領域の境界上のある特定のポイントを実現することを目的とする最適化問題に感度解析を適用する。このポイントは実現可能なドメイン内に存在しなければならず、感度解析によってより高い合計容量を得るためこのポイントが実現可能ドメイン内で動かされるべき方向を決定することが可能である。それゆえ第1の実施形態から最適化問題を取り上げる。容量領域の境界上のポイントは次のようなレート比で特徴付けられる。
S.Boyd,L.Vandenberghe,「Convex Optimization」,Cambridge University Press,2004 Daniel Perez Palomar,Miguel Angel Lagunas,John M.Cioffi,「Optimum Linear Joint Transmit-Receive Processing for MIMO Channels with QoS Constraints」,IEEE Transactions on Signal Processing,52:1179-1197,2004
・νk<0のユーザはいわゆる“負け(looser)”組(以下、グループL)に分類される。それらは対応する必要な最小レートでサービスされるだけである。
・残りのユーザは“勝ち(winner)”組(以下、グループW)に分類される。つまり次のステップの間、それらはアルゴリズムの現在のステップよりも多くのリソースを獲得する。この結果、それらの個々のレートは増大する。以下において、われわれは後ほどより明らかとなる理由からこのグループ内において式(1.12)の相対レート制約条件(relative rate constraint)を維持する。
1)式(1.14)には、われわれの解析に関係したK−1個の制約条件のみと、それに応じてK−1個のラグランジェ乗数のみが存在するが、全てのユーザの分類が可能である。νkの符号(sign)は、基準ユーザの選択と無関係であることが示される。それゆえ、現下の最適化問題においてラグランジェ乗数を一切割り当てることができない基準ユーザも別の基準ユーザで全体の最適化を繰り返すことなく明確に分類することが可能である。
第1の実施形態と同様にサブチャネルの割当は、逐次的に実行される。つまり、われわれは第1の空間次元においてサブキャリアの割当から開始して、ユーザのチャネルをすでに使用された部分空間のヌル空間へ射影して、空間次元が残らなくなるまで継続する。サブチャネルとは、CZF−SESAMアルゴリズムによるMIMOブロードキャスト・チャネルの分割に由来する有効なSISOチャネルを指す。各次元ごとに最初に各ユーザが占有することができるサブキャリアの数が決定される。グループL内のユーザに対してk番目のユーザがi番目の次元において利得するサブキャリアの数Ni,kは、次のように計算される。
まず最初にグループLのユーザによって占有されるサブチャネルに電力が割り当てられる。目的はそれにより可能な限り送信電力を小さくするのに必要とされる最小レートを満足することにある。数学的にはこの最適化問題は次のようになる。
前節で提案された発見的アルゴリズムを実行する間、われわれは容量領域の境界上の第1のポイントにおける局所的な感度解析を基礎に1つのポイントから別のポイントへ移動した。明らかに、第2のポイントではステップ1で実行されたユーザ分類はもはや正しいと評価できないということ、すなわち、合計容量を増大するためにその必要とされるレートが減らされるべきグループWのユーザが存在するということが起こり得る。他方、必要とされる最小レートに強制されることなくより高い合計容量に寄与できるグループLのユーザが存在する場合がある。計算リソースが利用可能で、上記アルゴリズムの結果が満足ゆくものでない場合、そのアルゴリムの反復の適用が提案される。各更なる反復のステップ1において前節で述べられたのと同じ方法で、しかし次式のような新しい制約条件でラグランジェ乗数が決定される。
本発明の第2の実施形態に対する本節に示される全てのシミュレーションに、被測定チャネル(measured channels)を使用する。アクセスポイントは4つのアンテナを持つULA(Uniform Linear Array)であり、各受信機には2つのアンテナが実装される。OFDMシステムはN=1024個のサブキャリアから成り、帯域幅は130MHzである。受信SNRは、最も強いチャネルにおいて20dBである。図11に必要とされる最小レートが全て等しい(つまりR1,min=・・・=RK,min=0.25ビット/サブキャリア)本シナリオにおける個々のユーザのレートを示している。図11から、ユーザ2、ユーザ3、ユーザ4、およびユーザ11は、その他のユーザがそれらの要求される最小レートに制約されるときに、厳格な要件で開始されるCZF−SESAMアルゴリズムと比べて、大きな利得を実現することがわかる。その結果、合計容量は2.91ビット/サブキャリアから4.24ビット/サブキャリアまで45.5%増大する。比較のため、TDMAシステムにおいて実現されるレートも図11に含まれる。それによれば、タイムスロットは、全てのユーザに対して等しいレートでQoS制約条件を満足することができるようにユーザに割り当てられる。TDMAシステムは、同じQoS制約条件のCZF−SESAMアルゴリズムよりも性能が劣る。この特定の例では、必要とされる最小レートは、TDMAでは満足することができない。我々が提案したアプローチは、合計容量をTDMAによって実現される値よりも78.2%改善する。図12は空間的なシナリオは同じだが表1に示すように必要とされる最小レートが異なる場合のユーザのレートを示している。
402 セレクタ
404 通信チャネルのサブキャリア・ブロックの特異値
406、408 各ユーザのための特異値
410 スペクトル割当器
412、416 各ユーザの比率
414、418、460、466 ユーザ
420、422 各ユーザのスペクトルの割当分
424 決定器
425 各ユーザの事前に計算された特異値
426、428 ユーザに個別に割り当てられたサブチャネル
450 サブチャネル再割当装置
452 分類器
454 割当器
456、462 サブキャリア・ブロックのグループ
458、464 最小伝送レート
Claims (25)
- マルチキャリアMIMO送信機において送信のためにある通信チャネルのサブチャネルを第1のユーザ(414)と第2のユーザ(418)とへ割り当てるように構成されているサブチャネル割当装置(400)であって、あるサブキャリア・ブロックは、前記第1のユーザ(414)のための少なくとも1つのサブチャネルと前記第2のユーザ(418)のための少なくとも1つのサブチャネルとをそれぞれ有しており、前記サブチャネルのそれぞれには特異値が割り当てられており、前記第1のユーザ(414)には最初に前記通信チャネルの伝送容量の第1の比率(412)が割り当てられ、前記第2のユーザ(418)には最初に前記通信チャネルの伝送容量の第2の比率(416)が割り当てられており、
各サブキャリア・ブロックごとに前記第1のユーザ(414)のための特異値と前記第2のユーザ(418)のための特異値とを選択するように構成されているセレクタ(402)と、
前記第1のユーザ(414)が前記通信チャネルにおいて前記第1のユーザ(414)のための前記選択された特異値を使用して達成することが可能な第1の容量と、前記第2のユーザ(418)が前記通信チャネルにおいて前記第2のユーザ(418)のための前記選択された特異値を使用して達成することが可能な第2の容量とを決定するように構成されており、更に、前記第1の容量と前記第2の容量とに対応するレート・タプルによって定義される平面と、前記第1の比率(412)と前記第2の比率(416)とによって定義される直線との交点を評価して、前記第1のユーザ(414)への送信に使用する前記通信チャネルのスペクトルの第1のスペクトルの割当分(420)と前記第2のユーザ(418)への送信に使用する前記通信チャネルのスペクトルの第2のスペクトルの割当分(422)とを決定するように構成されているスペクトル割当器(410)と、
各サブキャリア・ブロックごとに単一のサブチャネルを選択し、該選択されたサブチャネルのそれぞれを前記選択されたサブチャネルに対応するそれぞれのユーザへ割り当て、該割当が前記第1のスペクトルの割当分(420)と前記第2のスペクトルの割当分(422)とに一致しないときには、前記割当を修正するように構成されている決定器(424)と
を備えているサブチャネル割当装置。 - 前記サブキャリア・ブロックのそれぞれは、単一のサブキャリアで構成されている、請求項1に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記セレクタ(402)は、各サブキャリア・ブロックごとに前記第1のユーザ(414)の最大の特異値を選択し、各サブキャリア・ブロックごとに前記第2のユーザ(418)の最大の特異値を選択するように構成されている、請求項1または2に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記スペクトル割当器(410)は、前記第1の容量から第1のレート・ベクトル(R1)を形成し、前記第2の容量から第2のレート・ベクトル(R2)を形成し、前記第1の比率と前記第2の比率とからレート・ベクトル(ρ)を形成するように構成されており、前記スペクトル割当器(410)は更に、前記第1のレート・ベクトル(R1)と前記第2のレート・ベクトル(R2)と前記レート・ベクトル(ρ)から成る方程式を解くことによって前記第1のスペクトルの割当分(420)と前記第2のスペクトルの割当分(422)を決定するように構成されている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記スペクトル割当器(410)は、前記方程式を構成するために、前記第1のレート・ベクトル(R1)を前記第1のスペクトルの割当分(420)で重み付けを行い、前記第2のレート・ベクトル(R2)を前記第2のスペクトルの割当分(422)で重み付けを行うように構成されるとともに、前記スペクトル割当器(410)は更に、前記方程式を解く際に、前記第1のスペクトルの割当分(420)と前記第2のスペクトルの割当分(422)との総和に関して追加の制約条件を考慮するように構成されている、請求項4に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記決定器(424)は、前記第1のスペクトルの割当分(420;α1)に前記通信チャネルのサブキャリア数(C)を乗算することによって、前記第1のユーザ(414)への送信のために使用する第1のサブキャリア数を決定し、前記第2のスペクトルの割当分(422;α2)に前記通信チャネルのサブキャリア数(C)を乗算することによって、第2のユーザ(418)への送信のために使用する第2のサブキャリア数を決定するように構成されている、請求項4または5に記載のサブチャネル割当装置(400)。
- 前記決定器(424)は、第1の丸め処理されたサブキャリア数(γ∧k)を得るために前記第1のサブキャリア数(γk)を丸め処理し、第2の丸め処理されたサブキャリア数(γ∧k)を得るために前記第2のサブキャリア数(γk)を丸め処理するように構成されるとともに、前記決定器(424)は更に、前記第1および第2の丸め処理されたサブキャリア数(γ∧k)を総和し、シグナル変数(m)を得るために前記通信チャネルのサブキャリア数(C)から結果として得られた総和を減算するように構成されている、請求項6に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記決定器(424)は、前記シグナル変数(m)が正の場合には、それぞれの丸め処理されたサブキャリア数とそれぞれのサブキャリア数との差が最小となるユーザの丸め処理されたサブキャリア数(γ∧k)を増大するように構成されている、または、前記シグナル変数(m)が負の場合には、それぞれの丸め処理されたサブキャリア数とそれぞれのサブキャリア数との差が最大となるユーザの丸め処理されたサブキャリア数(γ∧k)を削減するように構成されている、請求項7に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記決定器(424)は、各サブキャリア・ブロックごとに最高の特異値(λ)を有するサブチャネルを選択するように構成されている、請求項1乃至8のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記決定器(424)は、前記第1のユーザ(414)に割り当てられるサブキャリアの数と前記第2のユーザ(418)に割り当てられるサブキャリアの数とを決定するように構成されるとともに、前記決定器(424)は、ユーザへのサブチャネルの再割当が実行されるべきかどうかを判定するためにそれぞれのユーザに割り当てられるサブキャリアの数とそれぞれのユーザの丸め処理されたサブキャリア数(γ∧k)とを使用するように構成されている、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記決定器(424)は、
サブチャネルが割り当てられるべき第1のセットのユーザと、
サブチャネルが取り除かれるべき第2のセットのユーザと、
セットのサブキャリア・ブロックであって、前記第2のセットのユーザに属するユーザにそのセットのサブキャリア・ブロック上のサブチャネルが割り当てられるようなセットのサブキャリア・ブロックと、
前記第1のセットのユーザに属するユーザに割り当てられたサブチャネルの特異値と、前記セレクタ(402)によって選択されていない、前記セットのサブキャリア・ブロックに属するサブキャリア・ブロックのサブチャネルの特異値との間のセットの差分値とを決定するよう構成されており、
前記決定器(424)は、前記第2のセットのユーザに属するユーザに割り当てられた別個のサブキャリア・ブロック上の別個のサブチャネルに関して、前記セットの差分値から前記別個のサブチャネルに対する最小の差分値を決定し、前記別個のサブチャネルに対する決定された前記最小の差分値に対応するサブキャリア・ブロックおよびユーザを特定し、該特定されたサブチャネル・ブロックを前記特定されたユーザに割り当てて、前記特定されたサブキャリア・ブロックのサブチャネルが前記特定されたユーザに送信するために割り当てられるようにし、前記セットのサブキャリア・ブロックを更新するように構成されている、請求項10に記載のサブチャネル割当装置。 - 前記決定器(424)は、前記セットのサブキャリア・ブロックに属するサブキャリア・ブロックを前記第1のセットのユーザに属するユーザに反復して割り当て、次の反復ステップにおいて、前回の反復ステップの更新された前記セットのサブキャリア・ブロックが使用されるように構成されている、請求項11に記載のサブチャネル割当装置。
- 当該装置(400)は、送信のために前記第1のユーザまたは前記第2のユーザに割り当てられていないサブチャネルを記憶するためのメモリを備え、該メモリに記憶されたサブチャネルをユーザに反復して割り当てるように構成されるとともに、当該装置(400)は更に、送信のためにユーザに割り当てられたサブチャネルを前記メモリから削除するように構成されている、請求項1乃至12のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。
- 当該サブチャネル割当装置は、ある通信チャネルの第1のグループのサブキャリア・ブロック(456)を第1の最小伝送レート(458)を有する第1のユーザ(460;414)へ割り当て、前記通信チャネルの第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)を第2の最小伝送レート(464)を有する第2のユーザ(466;418)へ割り当てるためのサブキャリア割当スキームを有するサブチャネル再割当ユニット(450)を更に備え、
該サブチャネル再割当ユニット(450)は、
前記第1および第2の最小伝送レートに基づいて前記通信チャネルの伝送容量を最大化することを目的とする最適化問題から前記第2のユーザに対する指標変数(νk)を導き出すように構成され、ここで、前記指標変数(νk)は第1のレンジの値あるいは第2のレンジの値をとり得るものであり、前記指標変数は、前記指標変数(νk)の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を減らす働きをし、また前記指標変数(νk)の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を増やすまたは一定に保つ働きをすることを表しており、前記指標変数(νk)の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザ(466)を第1の分類グループ(グループL)に分類するまたは前記指標変数(νk)の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザ(466)を第2の分類グループ(グループW)に分類するように構成されている分類器(452)と、
前記第2のユーザ(466)が前記第1の分類グループ(グループL)に分類される場合に、前記第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)のサブキャリア・ブロック数を削減して前記第1のグループのサブキャリア・ブロック(456)のサブキャリア・ブロック数を増大するように構成された割当器(454)と
から構成されている、請求項1乃至13のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。 - 前記第2の最小伝送レート(464)と前記第1の最小伝送レート(458)との伝送レート比を提供するように構成されたレート比提供器を更に含み、
前記分類器(452)は、前記伝送レート比に基づく前記最適化問題から前記指標変数を導き出すように構成されており、ここで、前記指標変数は、前記指標変数の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記伝送レート比の増大が通信チャネルの伝送容量を減らす働きをし、また前記指標変数の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記伝送レート比の増大が通信チャネルの伝送容量を増やすまたは一定に保つ働きをすることを表している、請求項14に記載のサブチャネル割当装置。 - 前記分類器(452)は、前記第1のユーザを前記第1の分類グループまたは第2の分類グループへ分類するために、第1のユーザの伝送レートと第1のユーザおよび第2のユーザの伝送レート比の値とを使用するように構成されており、
前記割当器(454)は、前記第1のユーザが前記第1の分類グループに分類される場合には前記第1のグループのサブキャリア・ブロック(456)のサブキャリア・ブロック数を減らし、前記第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)のサブキャリア数を増やすように構成されている、請求項14または15に記載のサブチャネル割当装置。 - 前記割当器(454)は、前記第2のユーザ(466)が前記第2の最小伝送レートが得られるような数のサブキャリア・ブロックを前記第2のユーザに最小限割り当てるように構成されている、請求項14乃至16のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。
- 第1に、前記第2のユーザ(466)に前記第2の最小伝送レートを提供するために前記第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)のサブキャリア・ブロックに電力を割り当て、第2に、前記第1のグループのサブキャリア・ブロック(456)のサブキャリア・ブロック上の合計伝送容量を最大化するために前記第1のグループのサブキャリア・ブロックの前記サブキャリアに電力を割り当てるように構成されている電力割当器を備えている、請求項14乃至17のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記分類器(452)は、ラグランジェ最適化問題を計算するように構成されている、請求項14乃至18のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記割当器(454)は、該割当器(454)によって前記第1のユーザ(460)と前記第2のユーザ(466)にそれぞれ割り当てられているサブキャリア・ブロックの数に基づいて前記第2のユーザ(466)のレートと前記第1のユーザ(460)のレートを決定するように構成されるとともに、前記割当器(454)は、前記第1のユーザ(460)および前記第2のユーザ(466)の前記決定されたレートを前記レート比提供器に繰り返し提供するように構成されており、前記レート比提供器は、前記割当器(454)によって提供された前記第1のユーザ(460)の前記レートと前記第2のユーザ(466)の前記レートに基づいて伝送レート比を提供するように構成されている、請求項15乃至19のいずれか一項に記載のサブチャネル割当装置。
- 前記第1のユーザ(460)は、最大伝送レートを有しており、前記分類器(452)は、前記第1のユーザ(460)に前記最大伝送レートより高い第1のユーザ(460)の伝送レートを結果的にもたらす数のサブキャリア・ブロックが割り当てられる場合には、前記第1のユーザ(460)を前記第1の分類グループ(グループL)に分類するように構成されている、請求項20に記載のサブチャネル割当装置。
- 第1の最小伝送レート(458)を有する第1のユーザ(460;414)へのある通信チャネルの第1のグループのサブキャリア・ブロック(456)と、第2の最小伝送レート(464)を有する第2のユーザ(466;418)への前記通信チャネルの第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)とが提供される、サブチャネルを再割当するための装置(450)であって、
前記第1および第2の最小伝送レートに基づいて前記通信チャネルの伝送容量を最大化することを目的とする最適化問題から前記第2のユーザ(466)に対する指標変数(νk)を導き出すように構成され、ここで、前記指標変数(νk)は第1のレンジの値あるいは第2のレンジの値をとり得るものであり、前記指標変数は、前記指標変数(νk)の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を減らす働きをし、前記指標変数(νk)の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を増やすまたは一定に保つ働きをすることを表しており、前記指標変数(νk)の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザ(466)を第1の分類グループ(グループL)に分類するまたは前記指標変数(νk)の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザ(466)を第2の分類グループ(グループW)に分類するように構成されている分類器(452)と、
前記第2のユーザ(466)が前記第1の分類グループ(グループL)に分類される場合に、第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)のサブキャリア・ブロック数を削減して第1のグループのサブキャリア・ブロック(456)のサブキャリア・ブロック数を増大し、そして前記第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)のサブキャリア・ブロック数を削減するときには少なくとも前記第2の最小伝送レートが前記第2のユーザ(466)に割り当てられるように構成されている割当器(454)と
を備えているサブチャネル再割当装置。 - マルチキャリアMIMO送信機において送信のためにある通信チャネルのサブチャネルを第1のユーザ(414)と第2のユーザ(418)とへ割り当てるためのサブチャネル割当方法であって、サブキャリア・ブロックは、前記第1のユーザ(414)のための少なくとも1つのサブチャネルと前記第2のユーザ(418)のための少なくとも1つのサブチャネルをそれぞれ有しており、各サブチャネルには特異値が割り当てられており、前記第1のユーザ(414)には最初に前記通信チャネルの伝送容量の第1の比率(412)が割り当てられ、前記第2のユーザ(418)には最初に前記通信チャネルの伝送容量の第2の比率(416)が割り当てられており、
各サブキャリア・ブロックごとに前記第1のユーザ(414)のための特異値と前記第2のユーザ(418)のための特異値を選択するステップと、
前記第1のユーザ(414)が通信チャネルにおいて前記第1のユーザ(414)のための前記選択された特異値を使用して達成することが可能な第1の容量と、前記第2のユーザ(418)が通信チャネルにおいて前記第2のユーザ(418)のための前記選択された特異値を使用して達成することが可能な第2の容量とを決定するとともに、前記第1および第2の容量に対応するレート・タプルによって定義される平面と、前記第1の比率(412)と前記第2の比率(416)とによって定義される直線との交点を評価して、前記第1のユーザ(414)への送信に使用する通信チャネルのスペクトルの第1のスペクトルの割当分(420)と前記第2のユーザ(418)への送信に使用する通信チャネルのスペクトルの第2のスペクトルの割当分(422)とを決定するステップと、
各サブキャリア・ブロックごとに単一のサブチャネルを選択し、各選択されたサブチャネルを選択されたサブチャネルに対応するそれぞれのユーザへ割り当て、該割当が前記第1のスペクトルの割当分(420)と前記第2のスペクトルの割当分(422)と一致しないときには、前記割当を修正するステップと
を含んでいるサブチャネル割当方法。 - 第1の最小伝送レート(458)を有する第1のユーザ(460;414)への通信チャネルの第1のグループのサブキャリア・ブロック(456)と、第2の最小伝送レート(464)を有する第2のユーザ(466;418)への通信チャネルの第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)とが提供されるサブチャネル再割当方法であって、
前記第1および第2の最小伝送レートに基づいて通信チャネルの伝送容量を最大化することを目的とする最適化問題から前記第2のユーザ(466)に対する指標変数(νk)を導き出すステップであって、前記指標変数は第1のレンジの値あるいは第2のレンジの値をとり得るものであり、前記指標変数は、前記指標変数(νk)の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を減らす働きをし、前記指標変数(νk)の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザの伝送レートの増大が通信チャネルの伝送容量を増やすまたは一定に保つ働きをすることを表している、ステップと、
前記指標変数(νk)の値が前記第1のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザ(466)を第1の分類グループ(グループL)に分類する、または前記指標変数(νk)の値が前記第2のレンジの値の中に入っている場合には前記第2のユーザ(466)を第2の分類グループ(グループW)に分類するステップと、
前記第2のユーザ(466)が前記第1の分類グループ(グループL)に分類される場合に、前記第2のグループのサブキャリア・ブロック(462)のサブキャリア・ブロック数を削減して前記第1のグループのサブキャリア・ブロック(456)のサブキャリア・ブロック数を増大し、そして前記第2のグループの前記サブキャリア・ブロック(462)のサブキャリア・ブロック数を削減するときには少なくとも前記第2の最小伝送レートが前記第2のユーザ(466)に割り当てられるようにするステップと
を含むサブチャネル再割当方法。 - コンピュータ上で実行させる際に請求項23または24に記載された方法を実行するためのプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラム。
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