JP5301445B2 - システムスケジューラの方法及び装置 - Google Patents

Description

次世代のセルラネットワーク（例えば、LTE（Long Term Evolution）セルラシステム）は、現在及び以前の無線技術に比べて高いデータレートを提供し得る。高データレートを実現するために、異なる複数のMIMO（multiple input multiple output）技術が使用されることがある。一般的に、MIMO方式は、異なる機能により特徴付けられ得る。例えば、ダイバーシチ方式を使用するMIMO（例えば、Alamouti時空間ブロック符号、時空間トレリス／Turbo符号等）や、多重方式を使用するMIMOである。

ダイバーシチ方式は、SISO（single input single output）チャネルに比べて全体のチャネル変動を制限し、リンク毎の信号対雑音比（SNR）に影響を及ぼす。従って、個々のリンクのサービス品質（QoS）を改善する。多重方式では、ネットワークスケジューラは、実質的に同じ時間／周波数（T/F）リソースを共有するようにユーザを割り当て、干渉は、受信機及び／又は送信機（Rx/Tx）のビームフォーミング技術又は受信機での干渉除去／抑制により除去される。これらのダイバーシチ方式に従って動作し得る無線システムでは、干渉の急速な変動により、ユーザリンクは、信号対雑音比（SNR）での大きい変動を受ける可能性がある。従って、リンク毎のQoSが低下する可能性がある。

本発明の例示的な実施例による無線通信システムの概略図 本発明の例示的な実施例によるOFDMでの多重方式の時間シンボル／周波数スロットの概略図 本発明の他の例示的な実施例によるSC-FDMAでの多重方式の時間シンボル／周波数スロットの概略図 本発明の実施例による無線通信システム性能を示すのに有用な図 本発明の実施例による無線通信システム性能を示すのに有用な図

本発明として考えられる対象は、特許請求の範囲に特に記載される。しかし、本発明は、目的、特徴及びその利点と共に、構成及び動作方法に関して、添付図面と共に読まれたときに以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解され得る。

説明を簡単且つ明瞭にするため、図面に示す要素は必ずしも縮尺通りに記載されているとは限らないことがわかる。例えば、いくつかの要素の大きさは、明瞭にするために他の要素に比べて強調されることがある。更に、適切と考えられる場合には、対応する要素又は類似の要素を示すために、参照符号が図面で繰り返されることがある。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、複数の特定の詳細が示される。しかし、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施され得ることが当業者によりわかる。他の場合にも、本発明を曖昧にしないように、周知の方法、手順、構成要素及び回路は、詳細に記載されていない。

以下の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビット又はバイナリデジタル信号での動作のアルゴリズム及びシンボル表現に関して示される。これらのアルゴリズムの説明及び表現は、研究の内容を他の当業者に伝えるためにデータ処理及び信号処理技術の当業者により使用される技術でもよい。

特に記載されない限り、以下の説明から明らかなように、明細書を通じて、“処理”、“計算”、“算出”、“決定”等のような用語を利用した説明は、物理量（コンピュータシステムのレジスタ及び／又はメモリ内の電子量等）として表されたデータを、コンピュータシステムのメモリ、レジスタ若しくは他のこのような情報記憶装置、伝送装置又は表示装置内の物理量として同様に表された他のデータに操作及び／又は変換するコンピュータ若しくはコンピュータシステム又は同様の電子計算装置の動作及び／又は処理を示すことがわかる。更に、２つ以上の構成要素、装置、要素、パラメータ等を記載するために、“複数”という用語が明細書を通じて使用されることがある。例えば、“複数の移動局”は、２つ以上の移動局を示す。

本発明は、様々な用途で使用され得ることがわかる。本発明はこの点に限定されないが、ここに開示する回路及び技術は、無線システムの送信機及び／又は受信機のような多くの装置で使用され得る。本発明の範囲に含まれると意図される送信機及び／又は受信機は、単なる例として、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）、双方向無線通信システム、デジタル通信システム、アナログ通信システム送信機、セルラ無線電話通信システム、LTEセルラ通信システム、メトロポリタン無線ローカルエリア通信システム（MWLAN）等の中に含まれてもよい。

本発明の範囲内に含まれると意図されるセルラ無線電話通信システムの種類は、限定しないが、WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）、GSM（Global System for Mobile communication）、GPRS（General Packet Radio Service）、EDGE（extended GPRS extended data rate for global evolution）等を含む。
まず図１を参照すると、本発明の例示的な実施例による無線通信システム100が示されている。本発明の範囲はこの点に限定されないが、無線通信システムは、必要に応じて、少なくとも１つの基地局（BS）110と、移動局120及び140とを含んでもよい。本発明のこの例示的な実施例では、MS120及びMS140は同様の構成を有してもよい。従って、１つのMS（例えばMS120）の構成及び動作のみを詳細に説明する。

本発明のこの例示的な実施例によれば、送信機130は、情報（INFO）源132と、変調器（MOD）134と、エンコーダ136と、アンテナ137及び139とを含んでもよい。MS140は、送信機141と、アンテナ148及び149とを含んでもよい。送信機141は、情報（INFO）源142と、変調器（MOD）144と、エンコーダ146とを含んでもよい。基地局110は、スケジューラ112と、アンテナ115及び117とを含んでもよい。

本発明の範囲はこの点に限定されないが、本発明の実施例で使用され得るアンテナの形式（例えば、アンテナ115、117、137、139、148及び149）は、内部アンテナ、ダイポールアンテナ、無指向性アンテナ、モノポールアンテナ、エンドフェッドアンテナ、円偏波アンテナ、マイクロストリップアンテナ、ダイバーシチアンテナ等を含んでもよい。

本発明の実施例によれば、必要に応じて複数のユーザ（例えばMS120及び140）が実質的に同じ時間−周波数リソースを共有することを可能にするために、SDMA（Space Division Multiple Access）方式が提供され得る。SDMA方式によれば、BS110のスケジューラ112は、多重に適した少なくとも１つのユーザ（例えばMS120）を選択することができる。更に、スケジューラ112は、１つ以上の選択されたユーザについて時間−周波数リソース及び電力制御を割り当ててもよい。

本発明の他の実施例によれば、移動局120及び140は、実質的に同じ時間−周波数リソースで所定のダイバーシチ方式に従って時空間ブロック符号（例えば、Alamouti時空間ブロック符号）を送信してもよく、スケジューラ112は、必要に応じてMS120及び140の双方による実質的に同じ時間−周波数リソースの送信をスケジュールしてもよい。

本発明の或る例示的な実施例によれば、送信機は、データシンボルの少なくとも２つのチェーン（連鎖）を送信し、送信ダイバーシチを提供することができる。例えば、選択されたユーザのデータは、必要に応じてAlamouti時空間ブロック符号により符号化されてもよい。Alamouti時空間ブロック符号は、少なくとも１つの選択されたユーザ（例えば移動局）の少なくとも２つの送信アンテナで実行されてもよい。少なくとも２つのAlamouti時空間ブロック符号のインスタンスは、時間での結合データシンボル及び／又は周波数でのサブキャリアで実行されてもよい。

例えば、MS120のアンテナ137及び139によるAlamouti時空間符号の送信は、ほぼ同じ時間に行われてもよい。アンテナ137は、第１の周波数でAlamouti時空間符号を送信してもよく、アンテナ139は、第２の周波数でAlamouti時空間符号を送信してもよい。

請求項１の無線通信システムでは、第１及び第２の移動局のうち少なくとも１つがアンテナを含み、時空間符号の送信はアンテナを使用して行われる。

本発明の範囲はこの点に限定されないが、本発明の或る実施例では、情報源は、必要に応じてプロセッサにより動作されるアプリケーションを含んでもよい。例えば、アプリケーションは、送信用のデータビットを生成してもよい。変調器134は、例えばOFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式及び／又はSC-FDMA（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access）方式等に従ってデータビットを変調してもよい。エンコーダ136は、変調シンボル（例えばZ1及びZ₂）を符号化してもよい。変調シンボルは、必要に応じて時空間符号化方式及び／又は周波数空間符号化方式によりAlamouti符号化について指定された２つのシンボルでよい。MS140のエンコーダ146は、X₁及びX₂を符号化してもよい。X₁及びX₂は、必要に応じてAlamouti符号化について指定された２つのシンボルでもよい。

本発明の或る例示的な実施例によれば、MS120は、それぞれアンテナ137及び139を介して、Z¹=[Z₁-Z₂ ^*]及びZ2=[Z₂ Z₁]として示されてもよい変調シンボルをBS110のアンテナ115及び117に送信してもよい。アンテナ137は、g_1,1として示されてもよいチャネル160を介して、基地局110のアンテナ117に送信してもよく、g_2,1として示されてもよいチャネル162を介して、基地局110のアンテナ117に送信してもよい。アンテナ139は、g_1,2として示されてもよいチャネル164を介して、Z²=[Z₂ Z₁]として示されてもよい変調シンボルを基地局110のアンテナ115に送信してもよく、g_2.2として示されてもよいチャネル166を介して、基地局110のアンテナ117に送信してもよい。MS140は、それぞれアンテナ148及び149を介して、X¹=[X₁-X₂ ^*]及びX²=[X₂ X₁]として示されてもよい変調シンボルをBS110のアンテナ115及び117に送信してもよい。アンテナ148は、h_1,1として示されてもよいチャネル168を介して、変調シンボルを基地局110のアンテナ115に送信してもよく、h_2,1として示されてもよいアンテナ170を介して、基地局110のアンテナ117に送信してもよい。アンテナ149は、h_1,2として示されてもよいチャネル172を介して、変調シンボルを基地局110のアンテナ115に送信してもよく、h_2,2として示されてもよいチャネル174を介して基地局110のアンテナ117に送信してもよい。

本発明の範囲はこの点に限定されないが、BS110は、数１（Equation 1）に示すように、（チャネル媒体を通過した）多重されたMS120及びMS130の信号の合計を受信してもよい。

BS110は、数２（Equation 2）に示すように、アンテナ115及び117により受信した信号で最大非合成を実行し、続いて、２つの多重されたユーザ（例えばMS120、140）についてAlamoutiデコード方式を実行してもよい。

ただし、X₁、X₂は、Alamouti符号化について指定されたユーザ1（例えばMS120）の２つのシンボルでもよい。Z₁、Z₂は、Alamouti符号化について指定されたユーザ2（例えばMS120）の２つのシンボルでもよい。r₁ ^j,r₂ ^jは、Alamouti符号化の第１及び第２のインスタンスについて、基地局の第jのアンテナでの受信信号である。

更に、BS110は、数３（Equation 3）に従って受信信号をデコードする。数３（Equation 3）は、各Alamoutiブロック符号間隔で２つの多重されたユーザ（例えばMS120及びMS140）の２つのシンボルのサブセットをデコードするBS110の受信機のメトリックを示す。

数４（Equation 4）は、数３（Equation 3）のベクトル表現を示す。

数５（Equation 5）は、線形システムとしての数３（Equation 3）のメトリックを示す。数３（Equation 3）のメトリックについて、解は当該技術分野で既知の様々な方法で得られ得る。

本発明の或る例示的な実施例によれば、１つの可能な解は、数５（Equation 5）：W=(R_nn+AA’)^-1Aに示す線形最小平均２乗誤差（LMMSE：linear Minimum Mean Squared Error）に従って得られ得る。ただし、Wは線形MMSEであり、R_nnは以下の数６（Equation 6）に示す雑音共分散行列である。本発明の他の実施例は、必要に応じて連続干渉除去技術又はゼロフォーシング（Zero-Forcing）基準を含んでもよい。

図２を参照すると、本発明の例示的な実施例によるOFDMの多重方式の時間シンボル／周波数スロットの概略図200が示されている。本発明の範囲はこの点に限定されないが、マルチパスチャネルの存在で、基地局（例えばBS110）は、別個のサブキャリア210及び220でAlamouti時空間ブロック符号に従ってデータシンボルを送信するように、単一アンテナを有する移動局に指示してもよい。例えば、移動局は、第１のシンボルを周波数210で送信してもよく、第２のシンボルを周波数220で送信してもよい。本発明の或る例示的な実施例によれば、周波数210及び220は、直交周波数でもよく、移動局は、必要に応じて直交周波数分割多重送信方式を使用することによりAlamouti時空間符号を送信してもよい。

図３を参照すると、本発明の例示的な実施例によるSC-FDMA（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access）の多重方式の時間シンボル／周波数スロットの概略図300が示されている。本発明の範囲はこの点に限定されないが、マルチパスチャネルの存在で、基地局（例えばBS110）は、別個の時間で分割されたサブキャリア310及び320でAlamouti時空間ブロック符号に従ってデータシンボルを送信するように、単一アンテナを有する移動局に指示してもよい。例えば、アンテナを使用したAlamouti時空間符号の送信は、第１のシンボルをサブキャリア周波数310で送信し、第２のシンボルをサブキャリア周波数320で送信することにより行われる。

図４及び５を参照すると、本発明の或る例示的な実施例による無線通信システムの性能の概略図が示されている。本発明の範囲はこの点に限定されないが、図４及び５は、MMSE方式及び連続干渉除去（SIC：Successive Interference Cancellation）技術の双方において、ダイバーシチ方式及びSDMA方式での本発明の或る実施例による多重方式の潜在的なシミュレーション利得を示している。

例えば、図４は、MMSE及びSICでの２つの多重ユーザの２つのレートを示しており、図５は、２つの多重ユーザのレートの合計としての全体システムレートを示している。双方の図（例えば、図４及び５）は、本発明が個々のリンクについてダイバーシチ利得を得る可能性があり、ユーザ多重により大きいシステム容量を受ける可能性があることを示している。図４及び５に示す結果は、無相関の単一パスのチャネルについてである。

本発明の特定の特徴についてここで説明及び記載したが、多数の変更、置換、変形及び均等物が当業者に思い浮かぶ。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の要旨内にある全てのこのような変更及び変形をカバーすることを意図する。

Claims (23)

1. LTE（Long Term Evolution）セルラシステムで動作するように構成された移動局であって、
   アンテナと、
   前記アンテナに動作可能に結合され、シングルキャリア・周波数分割多元アクセス（SC-FDMA）変調方式に従って変調された時空間ブロック符号を前記LTEセルラシステムの基地局に送信する送信機と、
   前記基地局から直交周波数分割多重（OFDM）変調方式に従って変調された時空間ブロック符号を下りリンクで受信する受信機と
   を有し、
   前記送信機は、各データシンボルを異なるサブキャリア周波数に割り当てることにより、他の移動局により使用されるものと実質的に同じ時間−周波数リソースで、Alamouti時空間ブロック符号に従ってデータシンボルを送信し、
   前記時空間符号の送信は、前記アンテナを使用して行われ、
   前記アンテナを使用した前記時空間符号の送信は、第１のシンボルを第１の周波数で送信し、第２のシンボルを第２の周波数で送信することにより行われ、
   前記第１の周波数は、第１のサブキャリア周波数を含み、前記第２の周波数は、第２のサブキャリア周波数を含む移動局。
2. 前記送信機により送信される前記時空間ブロック符号は、Alamouti時空間ブロック符号を有する、請求項１に記載の移動局。
3. 少なくとも２つのアンテナを有する、請求項１に記載の移動局。
4. 前記少なくとも２つのアンテナを使用した前記時空間符号の送信は、第１のアンテナで第１の周波数で行われ、第２のアンテナで第２の周波数で行われる、請求項３に記載の移動局。
5. シングルキャリア・周波数分割多元アクセス（SC-FDMA）変調方式に従って変調された時空間ブロック符号を上りリンクで送信する送信機と、
   直交周波数分割多重（OFDM）変調方式に従って変調された時空間ブロック符号を下りリンクで受信する受信機と
   を有し、
   前記送信機は、各データシンボルを異なるサブキャリア周波数に割り当てることにより、他の移動局により使用されるものと実質的に同じ時間−周波数リソースで、Alamouti時空間ブロック符号に従ってデータシンボルを送信する移動局。
6. 前記時空間ブロック符号は、Alamouti時空間ブロック符号を有する、請求項５に記載の移動局。
7. 少なくとも２つのアンテナを有する、請求項５に記載の移動局。
8. 前記少なくとも２つのアンテナを使用した前記時空間符号の送信は、第１のアンテナで第１の周波数で行われ、第２のアンテナで第２の周波数で行われる、請求項７に記載の移動局。
9. アンテナを有し、
   前記時空間符号の送信は、前記アンテナを使用して行われる、請求項５に記載の移動局。
10. 前記アンテナを使用した前記時空間符号の送信は、第１のシンボルを第１の周波数で送信し、第２のシンボルを第２の周波数で送信することにより行われる、請求項９に記載の移動局。
11. 基地局と第１及び第２の無線通信装置とを有するLTE（Long Term Evolution）セルラシステムであって、
    前記基地局は、
    第１及び第２の無線通信装置の時間−周波数リソースの送信をスケジュールするスケジューラと、
    少なくとも２つの送信アンテナ及び２つの受信アンテナと
    を有し、
    前記第１及び第２の無線通信装置のそれぞれは、各データシンボルを異なるサブキャリア周波数に割り当てることにより、他の無線通信装置により使用されるものと実質的に同じ時間−周波数リソースで、Alamouti時空間ブロック符号に従ってデータシンボルを前記基地局に送信可能であり、
    前記２つの送信アンテナは、直交周波数分割多重（OFDM）信号を第１及び第２の移動局に送信可能であり、
    前記少なくとも２つの受信アンテナは、前記第１及び第２の移動局からシングルキャリア・周波数分割多元アクセス（SC-FDMA）信号を受信可能であり、
    前記基地局は、前記受信アンテナにより受信した信号で最大比合成を実行し、続いて、２つの多重されたユーザについてAlamoutiデコード方式を実行するLTEセルラシステム。
12. 前記時空間ブロック符号は、Alamouti時空間ブロック符号を有する、請求項１１に記載のLTEセルラシステム。
13. 前記第１及び第２の移動局のうち少なくとも１つは、少なくとも２つのアンテナを含み、
    前記時空間符号の送信は、前記少なくとも２つのアンテナを使用して行われる、請求項１１に記載のLTEセルラシステム。
14. 前記少なくとも２つのアンテナを使用した前記時空間符号の送信は、ほぼ同じ時間に行われる、請求項１３に記載のLTEセルラシステム。
15. 前記少なくとも２つのアンテナを使用した前記時空間符号の送信は、第１のアンテナで第１の周波数で行われ、第２のアンテナで第２の周波数で行われる、請求項１３に記載のLTEセルラシステム。
16. 前記第１及び第２の移動局のうち少なくとも１つは、アンテナを含み、
    前記基地局への前記時空間符号の送信は、前記アンテナを使用して行われる、請求項１１に記載のLTEセルラシステム。
17. 前記アンテナを使用した前記時空間符号の送信は、第１のシンボルを第１の周波数で送信し、第２のシンボルを第２の周波数で送信することにより行われる、請求項１６に記載のLTEセルラシステム。
18. 前記アンテナを使用した前記時空間符号の送信は、第１のシンボルを第１のサブキャリア周波数で送信し、第２のシンボルを第２のサブキャリア周波数で送信することにより行われる、請求項１６に記載のLTEセルラシステム。
19. LTE（Long Term Evolution）セルラシステムでの通信方法であって、
    基地局が、第１及び第２の移動局の双方により使用される無線通信システムの時間−周波数リソースをスケジュールし、
    前記基地局が、少なくとも２つのアンテナにより、前記第１及び第２の移動局からシングルキャリア・周波数分割多元アクセス（SC-FDMA）信号を受信し、
    前記基地局が、前記少なくとも２つのアンテナにより受信した信号で最大比合成を実行し、続いて、２つの多重されたユーザについてAlamoutiデコード方式を実行することを有し、
    前記第１及び第２の移動局は、各データシンボルを異なるサブキャリア周波数に割り当てることにより、他の移動局により使用されるものと実質的に同じ時間−周波数リソースで、Alamouti時空間ブロック符号に従ってデータシンボルを送信可能であり、
    前記時間−周波数リソースは、直交周波数分割多重（OFDM）変調方式に従って変調される方法。
20. 前記SC-FDMA信号を受信することは、
    第１のシンボルを第１のキャリア周波数で受信し、
    第２のシンボルを第２のキャリア周波数で受信することを有する、請求項１９に記載の方法。
21. LTE（Long Term Evolution）セルラシステムで動作するように構成された基地局であって、
    第１及び第２の無線通信装置の時間−周波数リソースの送信をスケジュールするスケジューラと、
    少なくとも２つの送信アンテナ及び２つの受信アンテナと
    を有し、
    前記第１及び第２の無線通信装置は、各データシンボルを異なるサブキャリア周波数に割り当てることにより、他の無線通信装置により使用されるものと実質的に同じ時間−周波数リソースで、Alamouti時空間ブロック符号に従ってデータシンボルを前記基地局に送信可能であり、
    前記２つの送信アンテナは、直交周波数分割多重（OFDM）信号を第１及び第２の移動局に送信可能であり、
    前記少なくとも２つの受信アンテナは、前記スケジュールに基づいて前記第１及び第２の移動局からシングルキャリア・周波数分割多元アクセス（SC-FDMA）信号を受信可能であり、
    前記基地局は、前記２つの受信アンテナにより受信した信号で最大比合成を実行し、続いて、２つの多重されたユーザについてAlamoutiデコード方式を実行する基地局。
22. 前記時空間ブロック符号は、Alamouti時空間ブロック符号を有する、請求項２１に記載の基地局。
23. 前記スケジューラは、前記第１又は第２の移動局のうち少なくとも１つの時間−周波数リソース及び電力制御を割り当てることが可能である、請求項２１に記載の基地局。

Images