JP5222746B2 - 上りリンクの無線資源割り当て方法、装置及び基地局 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムにおいて上りリンクの無線資源割当技術分野に関し、特に、マルチユーザマルチキャリア多入力多出力システムの無線資源割当方法、装置及び基地局に関する。

将来の無線通信システムには、より高い情報伝送速度と通信品質が要求される。限られた周波数スペクトル資源に該目標を実現するには、多入力多出力（ＭＩＭＯ、Ｍｕｌｔｉ‐ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ‐Ｏｕｔｐｕｔ）技術が将来の無線通信に用いられる欠かせない手段の一つとなっている。

ＭＩＭＯシステムにおいて、送信側は、ビーム合成ベクトルに基づいて複数アンテナの信号送信を制御し、受信側は、複数のアンテナを利用して信号を受信する。研究結果によると、伝統的なシングルアンテナ伝送方法と比べ、ＭＩＭＯ技術のほうがチャネルキャパシティを大幅に向上し、情報伝送速度を向上することができる。

無線多元接続（ＭＡ、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃeｓｓ）分野（上りリンク）において、ユーザ端末（ＵＥ）の無線資源割当（ＲＲＡ、Ｒａｄｉｏ‐Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）は、システム全体性能に影響を与えるキーポイントである。無線システムの場合、高データレートの応用に有利となるために、システムの総的スループットを向上させると共に、ユーザ公平仕組みによって伝送遅延への需要を満足させる必要がある。ＭＩＭＯシステムにおいて、異なるサブキャリア上のサブチャネルは経時変化してあり、且つ異なる空間にある基地局が受信したセル間干渉の、各ユーザの信号品質に対する影響が異なる。また、上りリンクデータ（データキュー長さ）の特性に基づき、異なるタイムスロットにおけるユーザの要求も変化している。従って、如何にユーザデータ伝送遅延の低下（ユーザ公平性の保証）及びシステムの総的スループットの最大化を同時に実現するかは、システムの設計にとって厳しい挑戦となる。

本発明が解決しようとする技術課題は、上りリンクのマルチユーザマルチキャリアＭＩＭＯシステムの無線資源割当方法、装置及び基地局を提供し、現実的な制限条件下においてＭＩＭＯシステムのユーザに対して無線資源を割当て、ユーザの公平性を保証すると共にシステムの総的スループットの最大化を実現することである。

上記技術課題を解決するために、本発明は次の技術案を提供する。

上りリンクにマルチキャリアを用いるＭＩＭＯシステムにおいて、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を複数のユーザに割り当てる方法であって、
選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定するステップ１０と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得するステップ１１と、
ステップ１１で取得した前記各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てるステップ１２とを含む。

本発明による方法の前記ステップ１０において、前記優先度因子は、各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数

であり、ここでｋはユーザインデックスｋ＝１，２・・・，Ｋであり、Ｋが前記システムにおける選択されたユーザ数を示す。

本発明による方法の前記ステップ１０において、

がユーザｋのチャネル相互情報量関数を示し、前記目標関数は、

で示される。

本発明による方法の前記ステップ１１において、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を初期化するステップ１１０と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]に対する勾配

を算出し、反復公式

に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を更新し、ここで

は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、

は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、

は更新前の前記目標関数がＢ_[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数であるステップ１１１と、
所定の反復回数Ｎ_iterになるまでステップ１１１を繰り返し、各ユーザのビーム合成ベクトル行列

，ｋ＝１，２・・・，Ｋを取得するステップ１１２と、
各ユーザの

に基いて、該ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、ステップ１１５を実行し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、ステップ１１４を実行するステップ１１３と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対し、該ユーザの各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように

のビーム合成ベクトルを調整してステップ１１５を実行するステップ１１４と、
各ユーザの

に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、ステップ１１７を実行し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、ステップ１１６を実行するステップ１１５と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ

に基いて特定し、前記ユーザ

のビーム合成量をゼロとするように設置し、ステップ１１１に戻るステップ１１６と、
各ユーザの

に基いて、各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得するステップ１１７とを含む。

本発明はさらに、上りリンクにマルチキャリアを用いるＭＩＭＯシステムにおいて、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を複数のユーザに割り当てる装置を提供している。

該装置は、
各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大値とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部とを含む。

本発明の無線資源割当装置の前記目標関数設定部は、更に、選択された各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数

で示される優先度因子と相互情報量関数との積を加算することで、前記目標関数の値を得る。

本発明の無線資源割当装置の前記処理部には、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を初期化する初期化部と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]に対する勾配

を算出し、反復公式

に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を更新し、ここで

は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、

は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、

は更新前の前記目標関数がＢ_[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である反復計算部と、
前記反復計算部によって所定の反復回数Ｎ_iterになるまで繰り返して得た各ユーザのビーム合成ベクトル行列

，ｋ＝１，２・・・，Ｋに基いて、各ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、第２の判断部を起動し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、電力調整部を起動する第１の判断部と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザが各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように

のビーム合成ベクトルを調整して第２の判断部を起動する電力調整部と、
各ユーザの

に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、無線資源取得部を起動し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、行列調整部を起動する第２の判断部と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ

に基いて特定し、前記ユーザ

のビーム合成量をゼロとするように設置し、前記反復計算部を起動する行列調整部と、
前記第２の判断部に起動された後に、各ユーザの

に基いて、各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する無線資源取得部とを含む。

本発明はさらに、複数のユーザに無線資源を割り当てる無線資源割り当て装置を含む、上りリンクマルチキャリアＭＩＭＯシステムの基地局を提供している。

前記無線資源割り当て装置には、
前記システムに収容されているすべてのユーザ中から、あらかじめ定められた選択アルゴリズムに従ってユーザグループを選択するユーザ選択部と、
選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを、目標関数としてを設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数を最大とするときに各ユーザに割り当てる無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応する無線資源に基いて、無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部とを含む。

前記記載から、本発明によるマルチユーザマルチキャリアＭＩＭＯシステムの無線資源割当方法、装置及び基地局は、以下の効果を有する。

各ユーザの送信電力が限られ且つ任意のサブキャリア上のユーザ数を基地局の受信アンテナ数以下とするという実際環境の制限条件を考慮して、上りリンクにおいてシステム中のユーザに無線資源を割り当てるときに、本発明による無線資源割当が実際環境により適合している。

優先度因子とチャネル相互情報量との積の和を目標関数とし、前記目標関数の値を最大とするユーザに対応するユーザの無線資源を勾配反復演算で特定して、無線資源をユーザに割り当てることで、ユーザの公平性を保証すると共にシステムの総的スループットの最大化を実現している。

本発明の実施例による無線資源割当方法のフローチャートである。 本発明の実施例による反復アルゴリズムのフローチャートである。 本発明の実施例による無線資源割当装置の構造図である。

以下、図面を参照して、具体的な実施例を通して本発明をさらに説明する。まず、本明細書における一部の符号の定義を説明する。

Ｋ：マルチユーザマルチキャリアＭＩＭＯシステムのユーザ総数。本明細書でいうユーザは、前記システム中のオンラインユーザ（アクティブユーザ）を指す。

Ｆ：前記システムにおけるサブキャリア総数
Ｎ_r：基地局の受信アンテナ数

：ユーザｋの送信アンテナ数
本実施例の無線資源割当方法には、次の二つの主要目標を有する。

１. できるだけ高いシステムスループットを達成すること。

２. ユーザの公平性を保証すること。即ち、許容できる遅延周期内に、システムは、各ユーザに対して公平的に扱い、各ユーザが公平的な機会を得るよう保証し、ユーザに割り当てた無線資源が管理しやすいものであり、ユーザのサービス品質に関する要求を満たすことを保証する。

図１に示すように、本実施例の無線資源割当方法は、次のステップを含む。

ステップＳ１において、前記システムにおける選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積の和によって、目標関数を設定する。

ここで、予め設定した選択アルゴリズムに基づき前記システムのすべてのユーザからユーザグループを選択してもよい。例えば、システムにおける現在の全てのオンライン（アクティブ）ユーザを選択し、選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算して本実施例の目標関数Ψを得る。

本実施例の方法は、システムスループットとユーザ公平性の保証について折衷処理を行う。第１の目標と第２の目標を同時に満足するには、本実施例の目標関数Ψは、各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積の和である。前記目標関数Ψは、次のように定義される。

ここでユーザインデックスｋ＝１，２・・・，Ｋ、Ｋは前記システムにおける選択されたユーザ数を示す。

，ｋ＝１，２・・・，Ｋは、ユーザｋの優先度因子を示し、その値の範囲が［０,１］であり、具体的に、各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数であってもよい。例えば、

は、ユーザｋのチャネル相互情報量関数を示す。

そして、前記目標関数Ψの値を最大とするときにシステムに対応する無線資源状況に基づいて、各ユーザに割り当てる、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を特定する。

目標関数Ψの値を最大とするときにシステムに対応する無線資源状況は、次の式によって示される。

ステップＳ２において、各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大とする各ユーザに対応する無線資源を取得する。

本実施例による方法は、上りリンクの無線資源割り当てという問題を、Ψが最大値取得する条件の解を取ることに変更させている。実際の応用環境において、実現する可能性を保証するために、本実施例による無線資源割当方法は、以下二つの必要な所定制限条件を満たす必要がある。

制限条件Ａについて、実際の応用環境において各ユーザの送信電力が限られているため、システムにおける全てのユーザの最大送信電力をＰとし、該システムの任意のユーザの送信電力がＰより大きいことはない。

制限条件Ｂについて、実際のマルチアンテナ受信機の場合、データ検出の際にデータソース側を判別できるために、任意のサブキャリアにおいて支持可能な最大空間ビームは、受信アンテナ数からの制限を受ける。即ち、空間に混ぜている互いに独立した信号を判別できるために、任意のサブキャリア上のユーザ数は基地局の受信アンテナ数より大きくしてはならない。

従って、前記二つの制限条件下において前記目標関数の値を最大とするときに各ユーザに対応する無線資源の解を取ることにより、各ユーザの無線資源をどのように割り当てれば、前記目標関数の値が最大になるかを特定でき、ユーザの公平性及びシステム総的スループット最大化の要求を同時に満足することができる。

ステップＳ３において、ステップＳ２で取得した前記各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てる。

以下、前記目標関数の値を最大とするときにどのように各ユーザに対応する無線資源の解を取るかについて説明する。

ここでは、前記目標関数Ψは、次のように示すことができる。

前記式のうち、

は、サブキャリアｉ上の干渉自己相関行列を示す。

は、ユーザｊがサブキャリアｉ上のチャネル状態情報を示す。

は、ユーザｊがサブキャリアｉ上の送信信号自己相関行列を示す。

式（３）は、次のように変形できる。

ここで、Ｂ_[k]は、ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、ｂ_[k,i]は、ユーザｋがサブキャリアｉ上のビーム合成ベクトルを示す。

Ｂ_[k]には、ユーザｋの送信パラメータの全ての情報が含まれているため、Ｂ_[k]が特定できれば、ユーザに割り当てられる無線資源も特定できる。具体的に、行列Ｂ_[k]中のエレメントのノルム（ｎoｒｍｓ）は、空間―周波数領域の電力割り当てを形成し、ゼロでないベクトルｂ_[k,i]のモジュール

は、ユーザｋのサブキャリアｉ上の送信電力を示す。従って、本実施例の無線資源割当方法は、前記目標関数Ψの値を最大とするときにビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]の値を取得することに変更している。

このとき、制限条件ＡとＢは、それぞれ次のように示す。

と
集合

のゼロでないエレメントの個数は、受信アンテナの数

より以下である。

前記制限条件の下において、目標関数は凹でないカーブとなっている。前記目標関数Ψの値を最大とするときにビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]の値を取得することによって、各ユーザに対応する無線資源を特定することができる。

まず、目標関数の各ユーザのビーム合成ベクトル行列に対する勾配を計算する。

前記式のうち、

式（１１）は、次のように変形できる。

前記式のうち、

式（１２）は次のようにも変形できる。

前記式のうち、Iは単位行列を示す。

が必要となる。しかし、

は、取得必要な未知の値である。本実施例の方法は、勾配に基づく反復アルゴリズムにより、前記目標関数Ψの値を最大とするときのＢ_[k]の値を取得する。図２に示すように、前記反復アルゴリズムの詳しい流れは、以下のステップを含む。

ステップＳ２１において、各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しいように、前記システムにおける各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を初期化する。

ここでは、

とを初期化する。

ステップＳ２２において、現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]に対する勾配

を算出し、反復公式に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を更新する。

ここでは、式（１４）は次のように更新することができる。

前記反復公式は、次のようになっている。

ここで

は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、

は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、

は更新前の前記目標関数がＢ_[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である。

ステップＳ２３において、所定の反復回数Ｎ_iterになるまでステップＳ２２を繰り返し、各ユーザのビーム合成ベクトル行列

を取得する。ｋ＝１，２・・・，Ｋ。ここで、Ｎ_iterは、

をゼロに収束させる反復回数と設定できる。

ステップＳ２４において、各ユーザの

に基いて、該ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、ステップＳ２６を実行し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、ステップＳ２５を実行する。

ここで、送信電力の大きさは、

に基づいて判断することができる。

ステップＳ２５において、送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザの各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように

のビーム合成ベクトルを調整してステップＳ２６を実行する。

ステップＳ２６において、各ユーザの

に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、ステップＳ２８を実行し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、ステップＳ２７を実行する。

ステップＳ２７において、すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ

を、

に基いて特定し、前記反復公式に基づいて各ユーザのビーム合成ベクトル行列を更新し、更新して得たビーム合成ベクトル行列において、前記ユーザ

のビーム合成量をゼロとするように設定し、ステップＳ２２に戻る。

ここで、ユーザｋのサブキャリアｉ上の電力は、

に基づいて計算できる。

詳しくは、

と設定し、そして、式（１５）に基づいて勾配を算出し、次の方式でユーザビーム合成ベクトル行列の値を更新する。

そうではない場合、

ステップＳ２８において、各ユーザの

に基いて、各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得し、一連の流れを終了させる。

前記無線資源割当方法に基づき、本実施例には、無線資源割当装置を対応的に提供している。図３に示すように、前記無線資源割当装置には、
各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大値とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部とを含む。

前記目標関数設定部は、更に、選択された各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数

で示される優先度因子と相互情報量関数との積を加算することで、前記目標関数の値を得る。

前記処理部には、
各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を初期化する初期化部と、
現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]に対する勾配

を算出し、反復公式

に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を更新し、ここで

は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、

は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、

は更新前の前記目標関数がＢ_[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である反復計算部と、
前記反復計算部によって所定の反復回数Ｎ_iterになるまで繰り返して得た各ユーザのビーム合成ベクトル行列

，ｋ＝１，２・・・，Ｋに基いて、各ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、第２の判断部を起動し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、電力調整部を起動する第１の判断部と、
送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザが各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように

のビーム合成ベクトルを調整して第２の判断部を起動する電力調整部と、
各ユーザの

に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、無線資源取得部を起動し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、行列調整部を起動する第２の判断部と、
すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ

に基いて特定し、前記ユーザ

のビーム合成量をゼロとするように設定し、前記反復計算部を起動する行列調整部と、
前記第２の判断部に起動された後に、各ユーザの

に基いて、各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する無線資源取得部とを含む。

前記無線資源割当方法に基づき、本実施例には、対応的に基地局を提供している。本実施例の基地局には複数のユーザに無線資源を割り当てる無線資源割り当て装置を含む。

前記無線資源割り当て装置には、
前記システムに収容されているすべてのユーザ中から、あらかじめ定められた選択アルゴリズムに従ってユーザグループを選択するユーザ選択部と、
選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを、目標関数としてを設定する目標関数設定部と、
各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数を最大とするときに各ユーザに割り当てる無線資源を取得する処理部と、
前記処理部で取得した前記各ユーザに対応する無線資源に基いて、無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部とを含む。

本発明の上りリンクのマルチユーザマルチキャリアＭＩＭＯシステムの無線資源割当方法、装置及び基地局は、明細書や実施形態に示される応用だけに限らず、ほかの優れた点の実現や修正を行うことが当業者が容易に想到できる。従って、特許請求の範囲及び同等の範囲によって限定されている一般的概念の趣旨と範囲を背離しなければ、本発明は、特定した細部、代表的な設備、及び明細書に図示され記載される実施例に限ることがない。

Claims (3)

1. 上りリンクにマルチキャリアを用いるＭＩＭＯシステムにおいて、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を複数のユーザに割り当てる方法であって、
   選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定するステップ１０と、
   各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得するステップ１１と、
   ステップ１１で取得した前記各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てるステップ１２と
   を含み、
   ステップ１０において、前記優先度因子は、各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
   

   

   
   であり、ここでｋはユーザインデックスｋ＝１，２・・・，Ｋであり、Ｋが前記システムにおける選択されたユーザ数を示し、
   ステップ１０において、
   

   

   
   がユーザｋのチャネル相互情報量関数を示し、前記目標関数は、
   

   

   
   で示され、
   前記ステップ１１において、
   各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を初期化するステップ１１０と、
   現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]に対する勾配
   

   

   
   を算出し、反復公式
   

   

   
   に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を更新し、ここで
   

   

   
   は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
   

   

   
   は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
   

   

   
   は更新前の前記目標関数がＢ_[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数であるステップ１１１と、
   所定の反復回数Ｎ_iterになるまでステップ１１１を繰り返し、各ユーザのビーム合成ベクトル行列
   

   

   
   ，ｋ＝１，２・・・，Ｋを取得するステップ１１２と、
   各ユーザの
   

   

   
   に基いて、該ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、ステップ１１５を実行し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、ステップ１１４を実行するステップ１１３と、
   送信電力が前記所定値を超えたユーザに対し、該ユーザの各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
   

   

   
   のビーム合成ベクトルを調整してステップ１１５を実行するステップ１１４と、
   各ユーザの
   

   

   
   に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、ステップ１１７を実行し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、ステップ１１６を実行するステップ１１５と、
   すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
   

   

   
   に基いて特定し、前記ユーザ
   

   

   
   のビーム合成量をゼロとするように設置し、ステップ１１１に戻るステップ１１６と、
   各ユーザの
   

   

   
   に基いて、各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得するステップ１１７と
   を含むことを特徴とする方法。
2. 上りリンクにマルチキャリアを用いるＭＩＭＯシステムにおいて、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を複数のユーザに割り当てる装置であって、
   各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを目標関数として設定する目標関数設定部と、
   各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数の値を最大値とする各ユーザに対応し、サブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する処理部と、
   前記処理部で取得した前記各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部と
   を含み、
   前記目標関数設定部は、更に、
   選択された各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
   

   

   
   で示される優先度因子と相互情報量関数との積を加算することで、前記目標関数の値を得て、
   前記処理部には、
   各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を初期化する初期化部と、
   現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]に対する勾配
   

   

   
   を算出し、反復公式
   

   

   
   に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ_[k]を更新し、ここで
   

   

   
   は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
   

   

   
   は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
   

   

   
   は更新前の前記目標関数がＢ_[k]に対する勾配を示し、μは反復更新係数である反復計算部と、
   前記反復計算部によって所定の反復回数Ｎ_iterになるまで繰り返して得た各ユーザのビーム合成ベクトル行列
   

   

   
   ，ｋ＝１，２・・・，Ｋに基いて、各ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、第２の判断部を起動し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、電力調整部を起動する第１の判断部と、
   送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザが各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
   

   

   
   のビーム合成ベクトルを調整して第２の判断部を起動する電力調整部と、
   各ユーザの
   

   

   
   に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、無線資源取得部を起動し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、行列調整部を起動する第２の判断部と、
   すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
   

   

   
   に基いて特定し、前記ユーザ
   

   

   
   のビーム合成量をゼロとするように設置し、前記反復計算部を起動する行列調整部と、
   前記第２の判断部に起動された後に、各ユーザの
   

   

   
   に基いて、各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する無線資源取得部と
   を含むことを特徴とする装置。
3. 複数のユーザに無線資源を割り当てる無線資源割り当て装置を含む、上りリンクマルチキャリアＭＩＭＯシステムの基地局であって、
   前記無線資源割り当て装置には、
   前記システムに収容されているすべてのユーザ中から、あらかじめ定められた選択アルゴリズムに従ってユーザグループを選択するユーザ選択部と、
   選択された各ユーザの優先度因子とチャネル相互情報量との積を加算するプロセスを、目標関数としてを設定する目標関数設定部と、
   各ユーザの送信電力が所定値以下であって、且つ任意のサブキャリア上で空間多重されるユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下である所定の制限条件下において、前記目標関数を最大とするときに各ユーザに割り当てる無線資源を取得する処理部と、
   前記処理部で取得した前記各ユーザに対応する無線資源に基いて、無線資源を各ユーザに割り当てる資源割り当て部と
   を含み、
   前記目標関数設定部は、更に、
   選択された各ユーザの送信バッファに蓄積されているデータ量の関数
   

   

   
   で示される優先度因子と相互情報量関数との積を加算することで、前記目標関数の値を得て、
   前記処理部には、
   各ユーザがすべてのサブキャリア上に割り当てる送信電力を等しくするように、前記システムに各ユーザがすべてのサブキャリア上のビーム合成ベクトル行列Ｂ _[k] を初期化する初期化部と、
   現在各ユーザのビーム合成ベクトル行列に基いて、前記目標関数が各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ _[k] に対する勾配
   

   

   
   を算出し、反復公式
   

   

   
   に基いて、各ユーザのビーム合成ベクトル行列Ｂ _[k] を更新し、ここで
   

   

   
   は更新後のユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
   

   

   
   は更新前の現在ユーザｋのビーム合成ベクトル行列を示し、
   

   

   
   は更新前の前記目標関数がＢ _[k] に対する勾配を示し、μは反復更新係数である反復計算部と、
   前記反復計算部によって所定の反復回数Ｎ _iter になるまで繰り返して得た各ユーザのビーム合成ベクトル行列
   

   

   
   ，ｋ＝１，２・・・，Ｋに基いて、各ユーザの送信電力が前記所定値以下であるか否かを判定し、該ユーザの送信電力が前記所定値以下と判定した場合、第２の判断部を起動し、該ユーザの送信電力が前記所定値より大きいと判定した場合、電力調整部を起動する第１の判断部と、
   送信電力が前記所定値を超えたユーザに対して、該ユーザが各サブキャリア上の送信電力比率を一定に保持しつつ、該ユーザの送信電力を前記所定値に等しくなるように
   

   

   
   のビーム合成ベクトルを調整して第２の判断部を起動する電力調整部と、
   各ユーザの
   

   

   
   に基いて、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下であるか否かを判定し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数以下と判定した場合、無線資源取得部を起動し、各サブキャリア上のユーザ数が基地局の受信アンテナ数より多いと判定した場合、行列調整部を起動する第２の判断部と、
   すべてのユーザにおいて送信電力がゼロでないサブキャリアのうち、電力値が最小となっているユーザ
   

   

   
   に基いて特定し、前記ユーザ
   

   

   
   のビーム合成量をゼロとするように設置し、前記反復計算部を起動する行列調整部と、
   前記第２の判断部に起動された後に、各ユーザの
   

   

   
   に基いて、各ユーザに対応するサブキャリア電力及びビーム合成ベクトルを含む無線資源を取得する無線資源取得部と
   を含むことを特徴とする基地局。

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