JP5361869B2 - ワイヤレス通信システムにおいてアップリンク送信をスケジュールするための方法および関連装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般にリレーベースのワイヤレス通信システムに関し、より詳細には、リレーベースのワイヤレス通信システムにおいてアップリンク送信をスケジュールするための方法および関連装置に関する。

１９９０年代以来、ワイヤレス・アクセス、特にブロードバンド・ワイヤレス・アクセス（ＢＷＡ）の需要の増加に伴い、ＢＷＡ技術は迅速に開発されてきた。米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）は、世界的に一様なＢＷＡ標準を確立する目的で、固定ブロードバンド・ワイヤレス・アクセス技術の規格の研究を専門とするＩＥＥＥ８０２．１６タスク・フォースを確立した。この目的の達成を可能にするために、いくつかの世界的に知られている企業は、この標準を世界規模で精力的に促進するようにワールド・インターオペラビリティ・フォー・マイクロウェーブ・アクセス（ＷｉＭＡＸ）フォーラムを開始し、確立した。

モバイル・マルチホップ・リレー（ＭＭＲ）は、２００６年３月にＩＥＥＥによって確立された新しいタスク・フォースである。タスク・フォースの主目的は、ＷｉＭＡＸシステムがＭＭＲをサポートできるように、ＩＥＥＥ８０２．１６のマルチホップ拡張を定義することである。ＭＭＲの目的は、ユーザ装置に影響を及ぼすことなしに、システム・スループットをさらに高め、またはシステム・カバレージを拡張することである。すべての変更がＩＥＥＥ８０２．１６ｅに基づくこと、ならびにすべての変更が基地局（ＢＳ）および中継局（ＲＳ）に限定されることが要求され、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅのユーザ装置は変更できない。ＩＥＥＥ８０２．１６ｅは物理レイヤ（ＰＨＹ）および媒体アクセス制御レイヤ（ＭＡＣ）のみに関するので、すべての変更はその２つのレイヤ中でのみ実行される。ＭＭＲタスク・フォースのプロジェクト許可要件（ＰＡＲ）は、（１）中継局（ＲＳ）が加入者側の端末に透過的でなければならず、（２）ＲＳが基地局（ＢＳ）よりもはるかに小さくなければならず、（３）マルチホップ・フレーム構造が直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭ）技術に基づかなければならないことを明白に規定している。

実際、加入者側の移動端末（ＭＴ）では、ＲＳの導入により、ＢＳとＭＳの間のチャネル距離が減少し、したがって、ＭＳは、より高度な変調および符号化方式を採用することができ、それによってシステム容量が大幅に向上する。

図１に、リレーベースのワイヤレス通信システムにおけるアップリンク送信を示す。図１に示すリレーベースのワイヤレス通信システムでは、移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２．．．１０３−ｎは、ＲＳ１０２を介してＢＳ１０１に周波数分割多重（ＦＤＭ）または時分割多重（ＴＤ）の方式でアップリンク・データ・ストリームを送信する。次元の制限のため、各移動端末ＭＴは単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナのみを有する。移動端末は、移動局に限定されず、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ページャ、ラップトップ、携帯装置など、ワイヤレス通信機能を有する任意の端末装置とすることもできる。たとえば、図１に示すように、同じ中継局ＲＳ１０２に接続されるｎ個のＭＴがあり、アップリンクでは、ＭＴは、それぞれの時間または周波数資源を有する。したがって、ＦＤＭまたはＴＤＭの方式では、異なるＭＴからのアップリンク・データ・ストリームを中継局ＲＳ１０２および／または基地局ＢＳ１０１の受信機において区別することができる。送信遅延を低減するために、一般に２ホップ・リレーが採用され、第１のホップが移動端末ＭＴから中継局ＲＳに向かい、第２のホップが中継局ＲＳから基地局ＢＳに向かう。しかしながら、３ホップ以上のリレーを使用することもでき、すなわち、２つ以上の中継局がある。

図１に示すように、いくつかの移動端末ＭＴにサービスしているワイヤレス通信システムに関する限り、異なる移動端末ＭＴは異なる時間または周波数資源を占有することを必要とし、これは多くの貴重な無線資源を消費する。しかしながら、アップリンク時間または周波数資源は非常に限られており、時間または周波数資源のそのような制限はシステムのアップリンク容量を制限することになる。

本発明の目的は、リレーベースのワイヤレス・ネットワークにおいて移動端末側で複数ユーザ・ダイバーシチをサポートすることが可能な効果的な解決策を提供すること、すなわち、ユーザ間スケジューリングによって複数ユーザ間で仮想多入力多出力システムを実現し、それによってリレーベースのワイヤレス通信システムのアップリンク容量を向上させることである。

本発明の一態様によれば、リレーベースのワイヤレス通信システムにおけるアップリンク送信のスケジューリング方法が提供される。本方法は、各ユーザが同じ中継局を介してアップリンク送信を実行する場合、等価アップリンク・チャネルを推定する推定ステップと、ユーザ間の等価チャネルの直交性を計算する計算ステップと、仮想多入力多出力ユーザの組合せ中のユーザの等価チャネルが直交性要件を満たす、仮想多入力多出力ユーザの組合せをユーザから選択する選択ステップと、同じ時間または周波数資源を用いてアップリンク送信を協働的に実行するために仮想多入力多出力ユーザの組合せ中の各ユーザをスケジュールするスケジューリング・ステップとを含む。

本発明の別の態様によれば、リレーベースのワイヤレス通信システムのための基地局装置が提供される。基地局装置は、各ユーザが同じ中継局を介してアップリンク送信を実行する場合、等価アップリンク・チャネルを推定するための推定手段と、ユーザ間の等価チャネルの直交性を計算するための計算手段と、仮想多入力多出力ユーザの組合せ中のユーザの等価チャネルが直交性要件を満たす、仮想多入力多出力ユーザの組合せをユーザから選択するための選択手段と、同じ時間または周波数資源を用いてアップリンク送信を協働的に実行するために仮想多入力多出力ユーザの組合せ中の各ユーザをスケジュールするためのスケジューリング手段とを備える。

本発明のさらなる態様によれば、中継局装置が提供される。中継局装置は、複数ユーザからアップリンク送信を受信するためのアップリンク受信手段と、各ユーザの等価アップリンク・チャネルを変更するように、プリコーディング機構のセット中の１つのプリコーディング機構を用いて複数ユーザのアップリンク送信に対してプリコーディング処理を実行するためのプリコーディング手段と、プリコードされたアップリンク送信を送信するためのアップリンク送信手段とを備える。

本発明のさらなる実施形態によれば、少なくとも本発明による基地局装置を備え、好ましくは、本発明による中継局装置をさらに備える、リレーベースのワイヤレス通信システムが提供される。

本発明の解決策は、リレーベースのワイヤレス通信システムのアップリンクにおける複数ユーザ・スケジューリングとＭＩＭＯ前処理の利点と組み合わせられる。チャネル推定によって、等価チャネル応答が直交性に近接するユーザの組合せは仮想ＭＩＭＯ組合せと見なされ、ユーザはユーザ自身のアップリンク・データを同じ時間または周波数資源上で送信するようになり、したがってシステムの無線資源が乏しい場合、システム容量を見掛け上減少させることなしに時間または周波数資源を効果的に節約することができる。好ましい一実施形態では、リレーベースのワイヤレス通信システムにプリエンコーディング機構を導入して、遭遇する等価チャネルが直交性の要件により適合するユーザの組合せを選択する。このようにして、本発明の技術的解決策は、システムの無線資源を節約し、同時に基地局側で信号受信の適切な品質を得ることが可能である。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態の詳細な説明を読めばより明白になろう。

リレーベースのワイヤレス通信システムにおけるアップリンク送信を示す図である。 本発明の一実施形態によるリレーベースのワイヤレス通信システムにおけるアップリンク送信を示す図である。 本発明の一実施形態による基地局装置の構造ブロック図である。 本発明の一実施形態による基地局のワーク・フロー・チャートである。 本発明の別の実施形態によるリレーベースのワイヤレス通信システムにおけるアップリンク送信を示す図である。 本発明のさらなる実施形態による中継局装置の概略的な構造ブロック図である。 本発明のさらなる実施形態による基地局装置の概略的な構造ブロック図である。 本発明のさらなる実施形態による基地局のワーク・フロー・チャートである。

次に、全文にわたって同じ参照符号が同じまたは同様の装置を示す、添付の図面を参照しながら、本発明について説明する。

図１は、背景技術で説明したリレーベースのワイヤレス通信システムにおけるアップリンク送信を示す。

図２は、本発明の一実施形態によるリレーベースのワイヤレス通信システムにおけるアップリンク送信を示す。

図２に示すように、移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２．．．１０３ｎは、中継局１０２を介して基地局１０１にアップリンク・データ・ストリームを送信する。ＭＴにおける次元の制限のため、各移動端末ＭＴは単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナのみを有する。基地局２０１は、同じサブチャネルを介してアップリンク送信を実行するように複数（２つ以上）の移動端末ＭＴをスケジュールすることができる。言い換えれば、選択された移動端末ＭＴは、ワイヤレス通信リンクの頑強さを獲得し、同時に複数ユーザ・ダイバーシチによってシステムのスループットを向上させるように、仮想多入力多出力（Ｖ−ＭＩＭＯ）システムを形成することが可能である。

本発明の技術的解決策によれば、基地局２０１は、チャネル変動に基づいてＶ−ＭＩＭＯを形成するための移動端末の組合せを選択することができ、これらの移動端末は、同じ時間または周波数資源上でアップリンク送信を実行するようにスケジュールされる。中継局１０２は、複数の受信アンテナ（図２は、２つの受信アンテナを概略的に示す）を有する受信手段（図示せず）を介してそれぞれの移動端末からアップリンク・データを受信し、統合後に、いかなる解析をも実行することなしに、複数の受信アンテナ（図２は、２つの受信アンテナを概略的に示す）を有する送信手段を介してそれらのデータを基地局２０１に直接転送する。基地局２０１は、複数の受信アンテナ（図２は、２つの受信アンテナを概略的に示す）を有する受信手段を介してアップリンク信号を受信し、空間逆多重化によってＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せの受信アップリンク信号を解析する。

基地局２０１が、Ｖ−ＭＩＭＯユーザの組合せとして空間多重化を実行する移動端末ＭＴからのアップリンク信号を正しく解析することができるように、Ｖ−ＭＩＭＯユーザの組合せに対するアップリンク・チャネル応答を極力直交させることを可能にする必要がある。しかしながら、リレーベースのワイヤレス通信システムでは、チャネル環境は、非常に複雑であり、移動端末の移動性などのファクタとともに変動する。図２に示すシステムでは、移動端末ＭＴ１０３から中継局ＲＳ１０２への第１のホップのチャネル応答Ｈ_１は式（１）によって表され、中継局ＲＳ１０２から基地局ＢＳ２０１への第２のホップのチャネル応答Ｈ_２は式（２）によって表される。

移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２、．．．、１０３ｎのアップリンク・データ・ストリームが、それぞれＸ＝｛χ_１，χ_２，．．．，χ_ｎ｝であると仮定すると、中継局ＲＳ１０２で受信されたデータ・ストリームＲは、

のように表すことができ、式中、Ｎ_１は、第１のホップ中の信号が受けるランダム・ノイズ・シーケンスを示す。

本実施形態では、中継局ＲＳ１０２は、いかなる処理をも実行することなしに、データ・ストリームＲを基地局ＢＳ２０１に直接中継し、したがって、基地局ＢＳ２０１で受信されたデータ・ストリームＹは、

Ｙ＝Ｈ_２Ｒ＋Ｎ_２＝Ｈ_２Ｈ_１Ｘ＋Ｎ’ （４）

のように表すことができ、式中、Ｎ_２は、第２のホップ中の信号が受けるランダム・ノイズ・シーケンスを示し、Ｎ’は、全アップリンク中の信号が受ける（Ｈ_２Ｎ_１＋Ｎ_２を含む）ランダム・ノイズ・シーケンスを示す。

式（４）から、すべての現在アクティブな移動端末ＭＴが、互いに直交する所定のパイロット・シーケンスを送信する場合、リレーベースのワイヤレス通信システムの等価アップリンク・チャネル応答Ｈは、チャネル推定によって基地局ＢＳ２０１で知られるということがわかり、すなわち、

Ｈ＝Ｈ_２Ｈ_１ （５）

であり、式中、Ｈのｉ番目の行は、ｉ番目の移動端末ＭＴの等価アップリンク応答ベクトルを示す。

ＢＳ２０１は、Ｈの行ベクトル間の直交性を計算し、Ｈの対応する行ベクトルが互いに直交性に最も近いユーザをＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せとして選択し、これらのユーザ移動端末ＭＴが同じ時間または周波数資源上でアップリンク・データを協働的に送信することができるように、これらのユーザ移動端末ＭＴをスケジュールする必要がある。次いで、ＢＳ２０１は、アップリンク・データの受信時にＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せによって実行される空間多重化のアップリンク信号を解析し、それによって組合せ中の各ユーザのアップリンク・データを得ることができる。

ここで、「直交性に最も近い」という言葉は、２つの行ベクトルのドット積が他のベクトル間のドット積に対してゼロに最も近いこと、と定義できることに留意されたい。別の例では、２つの行ベクトルのドット積がしきい値よりも小さくなるような所定のしきい値とも定義でき、それらのベクトルを「直交性に最も近い」と考えることができる。当業者は実際の必要性に基づいて用語を他の方法で定義することができるが、すべてのそのような定義は本発明の範囲内の変形形態に属する。

図３は、本発明の一実施形態による基地局装置の構造ブロック図を概略的に示し、参照符号３００は、図２に示す基地局装置を示し、参照符号３０２は、複数のアンテナ（図示せず）を介してアップリンクからの信号を受信するための受信手段を示し、参照符号３０４は、パイロット・シーケンスを使用したチャネル推定のためのチャネル推定手段を示し、参照符号３０６は、Ｖ−ＭＩＭＯユーザの組合せの各移動端末が同じ時間または周波数資源上でアップリンク送信を協働的に実行することができるように、複数ユーザ・スケジューリングを実行するための複数ユーザ・スケジューリング手段を示し、参照符号３０８は、ダウンリンク・スケジューリング信号を送信するための送信手段を示す。

図３に示すように、基地局３００は、それぞれの移動端末ＭＴから受信手段３０２によってパイロット信号を受信する。チャネル推定手段３０４は、既知のパイロット・シーケンスと受信パイロット信号とに基づいて各移動端末ＭＴに対してチャネル推定を実行し、すなわち、等価チャネル応答Ｈを得る。チャネル推定手段３０４の性能は当業者に知られており、したがって、ここではその詳細な説明を省略する。複数ユーザ・スケジューリング手段３０６は、たとえば、等価チャネル応答Ｈの行ベクトルのドット積を計算することによって、ユーザ等価チャネルの直交性を判断するユーザ・チャネル直交性計算手段３０６１を備える。複数ユーザ・スケジューリング手段３０６は、Ｈの対応する行ベクトルが互いに直交性に最も近いユーザをＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せとして選択し、Ｖ−ＭＩＭＯユーザの組合せ中の対応する移動端末ＭＴのためのスケジューリング・コマンドを生成する。基地局３００は、同じ時間または周波数資源上でアップリンク・データを協働的に送信するようにＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せに関して移動端末ＭＴをスケジュールするダウンリンク・スケジューリング・コマンドを、送信手段３０８のみを介して送信する。

図４は、本発明の一実施形態による基地局のワーク・フロー・チャートを示す。

図４に示すように、ステップＳ４００で、ワーク・フローは開始する。

ステップＳ４０２で、それぞれのユーザの移動端末ＭＴからのパイロット信号を受信する。

ステップＳ４０４で、受信パイロット信号と事前に知られているパイロット・シーケンスとに基づいて、リレーベースのワイヤレス通信システムにおいて各ユーザの移動端末ＭＴが遭遇する等価チャネルを推定する。前述のように、チャネル推定の様々な手段は当業者に知られており、したがって、ここではその説明を省略する。

ステップＳ４０６で、リレーベースのワイヤレス通信システムにおいてユーザの移動端末ＭＴが遭遇する等価チャネル間の直交性を判断する。たとえば、推定された等価チャネル応答行列Ｈの行ベクトル間でドット積演算を実行して、上記の等価チャネル間の直交性を判断することができる。

ステップＳ４０８で、等価チャネル応答が直交性に最も近いユーザを選択して、Ｖ−ＭＩＭＯユーザの組合せとする。「直交性に最も近い」は、たとえば、Ｈ行列の２つの行ベクトルのドット積が他のベクトル間のドット積に対してゼロに最も近いと定義できる。別の例では、所定のしきい値をさらに設けることができ、２つの行ベクトルのドット積がしきい値よりも小さい場合、それらのベクトルを「直交性に最も近い」と考えることができる。

ステップＳ４１０で、Ｖ−ＭＩＭＯユーザの選択された組合せ中の各移動端末ＭＴを同じ時間または周波数資源に割り当て、すなわち、同じサブチャネル上でアップリンク送信を実行する。

ステップＳ４１２で、ワーク・フローは終了する。

実際の無線送信では、チャネル状態が変化することを諒解されたい。したがって、本発明の実施形態に基づいて選択されたＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せも固定ではない。チャネル状態が変化するとき、すなわち、Ｈ_１およびＨ_２が変化するとき、チャネル変動に動的に適合するように、Ｖ−ＭＩＭＯユーザの選択された組合せをチャネル推定の結果に基づいて更新することができる。

上記実施形態では、Ｖ−ＭＩＭＯユーザの選択された組合せ中のそれぞれの移動端末ＭＴの等価チャネル応答の直交性が比較的低い場合、基地局側でのＶ−ＭＩＭＯ検出性能はＭＩＭＯチャネル間の強い相関によって影響を受け、それによってアップリンク・データ受信の品質が低下する。

本発明の別の実施形態では、上記の問題が改善される。

図５は、本発明の別の実施形態によるリレーベースのワイヤレス通信システムにおけるアップリンク送信を示す。図５に示す実施形態は、図２に示す実施形態に基づく改良形態である。

図５に示すように、移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２．．．１０３−ｎは、中継局ＲＳ５０２を介して基地局５０１にアップリンク・データ・ストリームを送信する。同様に、ＭＴにおける次元の制限のため、各移動端末ＭＴは単一の送信アンテナおよび単一の受信アンテナのみを有する。基地局４０１は、同じサブチャネルを介してアップリンク送信を実行するために、図２で説明した基地局２０１と同様の方法で複数（２つ以上）の移動端末ＭＴをスケジュールする。等価チャネル応答間の低い直交性の問題を解決するために、中継局５０２は好ましくはプリエンコーディング手段５０２１を備える。図５では、明快のために、プリエンコーディング手段５０２１は、中継局から独立したブロックで示される。ただし、保守および統合の便宜のために、プリエンコーディング手段５０２１は好ましくはモジュールとして中継局装置に統合されることを、当業者は諒解されたい。プリエンコーディング手段５０２１は、基地局ＢＳ５０１によってスケジュールされ、等価チャネル応答を変更するように、等価チャネルに導入されるプリエンコーディング行列を所定のプリエンコーディング行列から選択する。

図５に示すシステムでは、移動端末ＭＴ１０３から中継局ＲＳ５０２への第１のホップのチャネル応答Ｈ_１は式（１）によって表され、中継局ＲＳ５０２から基地局ＢＳ５０１への第２のホップのチャネル応答Ｈ_２は式（２）によって表される。

移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２、．．．、１０３−ｎのアップリンク・データ・ストリームが、それぞれＸ＝｛χ_１，χ_２，．．．，χ_ｎ｝であると仮定すると、中継局ＲＳ１０２で受信されるデータ・ストリームＲは、

のように表すことができ、式中、Ｎ_１は、第１のホップ中の信号が受けるランダム・ノイズ・シーケンスを示す。

プリエンコーディング手段５０２１は、中継局５０２から基地局ＢＳ５０１への第２のホップのチャネルにプリエンコーディング機構を導入するので、基地局ＢＳ５０１で受信されるデータ・ストリームＹは、

Ｙ＝Ｈ_２（ＰＲ）＋Ｎ_２＝Ｈ_２Ｐ（Ｈ_１Ｘ＋Ｎ_１）＋Ｎ_２＝Ｈ_２ＰＨ_１Ｘ＋Ｎ'' （５）

のように示すことができ、式中、Ｐは、プリエンコーディング行列を示し、Ｎ_２は、第２のホップ中の信号が受けるランダム・ノイズ・シーケンスを示し、Ｎ''は、プリエンコーディング機構を導入した後に全アップリンク中の信号が受ける（Ｈ_２ＰＮ_１＋Ｎ_２を含む）ランダム・ノイズ・シーケンスを示す。

式（５）から、プリエンコーディング機構を導入した後にリレーベースのワイヤレス・システムのアップリンク等価チャネル応答ＨがＨ_２ＰＨ_１のように変更されることがわかる。Ｐ行列は選択可能であり、その導入は等価チャネル応答を変更することができ、したがって、基地局ＢＳ５０１は、新しい等価チャネル応答に基づいて、チャネル応答が直交性に最も近いユーザを選択し、それによってＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せを形成することができる。

前述のように、等価チャネル応答を変更するためのプリエンコーディング行列Ｐは、所定のプリエンコーディング・セットから選択される。このプリエンコーディング・セットは、複数の異なるプリエンコーディング行列を含むことができる。基地局ＢＳ５０１は、プリエンコーディング行列中の各プリエンコーディング行列をシステムのアップリンクに導入することを試みるようにプリエンコーディング手段５０２１をスケジュールすることができる。基地局５０１は、各プリエンコーディング行列に対して対応する等価アップリンク・チャネル応答を計算し、どのプリエンコーディング行列が現在のユーザ間のアップリンク・チャネル応答の最適な直交性を得ることを可能にするか（たとえば、Ｈ行列のそれぞれの２つの行ベクトルのドット積が所定のしきい値よりも小さいなど）を判断する。次いで、基地局ＢＳ５０１は、一方では、判断されたプリエンコーディング行列を選択するように中継局ＲＳ５０２でプリエンコーディング手段５０２１をスケジュールし、他方では、同じ時間または周波数資源上でアップリンク送信を実行するようにＶ−ＭＩＭＯユーザの選択された組合せをスケジュールする。したがって、移動端末ＭＴの低い等価チャネル直交性の問題は大いに解決され、アップリンク・データ受信の品質は、システムの複雑さを改善することによって効果的に保証される。

特に、図５に示す中継局ベースのワイヤレス通信システムは、プリエンコーディング行列を判断するプロセスにおいて２種類の実装形態を採用することができる。

第１の実装形態では、１０３−１、１０３−２、．．．１０３−ｎの各移動端末ＭＴは、異なるプリエンコーディング行列に応じて異なる直交性パイロット・グループに割り当てられる。その後、中継局ＲＳ５０２中のプリエンコーディング手段５０２１は、それぞれのアップリンク送信期間中に各プリエンコーディング行列をそれぞれアップリンク・チャネルに導入し、基地局ＢＳ５０１は、移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２．．．１０３−ｎのパイロット信号のそれぞれのグループのすべてを受信する。このようにして、基地局ＢＳ５０１は、現在のパイロット・グループに従って現在導入されたプリエンコーディング行列を区別することができる。

他の実装形態では、移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２．．．１０３−ｎは常に同じ直交パイロットに割り当てられるが、基地局５０１でのそれぞれのユーザ等価チャネル応答の推定プロセスの間、中継局５０２は、それぞれのアップリンク送信期間内に、基地局ＢＳ５０１に知られている順序でそれぞれのプリエンコーディング行列をアップリンク・チャネルに導入する。基地局ＢＳ５０１は、移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２、．．．１０３−ｎから（Ｇを予め生成されたプリエンコーディング行列の数として、Ｇ^＊ｎの数をもつ）すべてのパイロット信号を受信する。このようにして、基地局ＢＳ５０１は、ｎ個の移動端末ＭＴ１０３−１、１０３−２．．．１０３−ｎに対応するｎ個のパイロットの連続に基づいて現在導入されたプリエンコーディング行列を区別する。

さらに、プリエンコーディング行列Ｐが単位行列として選択される場合、システム全体は図２に示す状況を提示することを、当業者なら実際に理解することができる。

図６は、本発明のさらなる実施形態による中継局装置のブロック図を概略的に示し、参照符号６００は本発明の一実施形態による中継局装置を示し、参照符号６０２はアップリンク受信手段を示し、参照符号６０４は、図５に示すプリエンコーディング手段５０２１などプリエンコーディング手段を示し、参照符号６０６はアップリンク送信手段を示し、参照符号６０８はダウンリンク受信手段を示す。

図６に示すように、ユーザ自身の移動端末ＭＴを介して各ユーザによって送信されたアップリンク・データは、中継局装置６００のアップリンク受信手段６０２によって受信され、アップリンク受信手段６０２は複数の受信アンテナを有する。次いで、プリエンコーディング手段６０４は、受信データに対してプリエンコーディング処理を実行し、すなわち、選択されたプリエンコーディング行列Ｐを使用して受信アップリンク・データを処理する（式（５）参照）。プリエンコードされたアップリンク・データは、アップリンク送信手段６０６を介して基地局に送信される。アップリンク送信手段６０６は複数の送信アンテナを有することができる。ダウンリンク受信手段６０８は、基地局からスケジューリング・コマンドを受信し、スケジューリング・コマンドを中継局装置の対応する処理手段に転送する。たとえば、プリエンコーディング手段６０４が受信アップリンク・データに対してプリエンコーディング処理を実行するように、基地局は、判断されたプリエンコーディング行列Ｐをプリエンコーディング手段６０４に示すことができる。基地局でのそれぞれのユーザ等価チャネル応答の推定プロセスの間、プリエンコーディング手段６０４は、アップリンク送信期間中に、プリエンコーディング行列セットからのプリエンコーディング行列をアップリンクにそれぞれ導入する。言い換えれば、プリエンコーディング手段６０４は、各アップリンク送信期間中に、プリエンコーディング行列セットからのそれぞれのプリエンコーディング行列を使用することによって、移動端末によって送信されたパイロット信号に対してプリエンコーディング処理を実行する。したがって、基地局は、受信パイロット信号を使用して、どのプリエンコーディング行列が、ユーザが直交性要件を満たすことを可能にするかを判断することができ、判断されたプリエンコーディング行列に対するＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せを選択する。

プリエンコーディング手段６０４の機能は行列乗算器と同様であり、当業者に知られているソフトウェア、ハードウェア、またはソフトウェアとハードウェアの任意の組合せによって実現できる。プリエンコーディング手段６０４は所定のプリエンコーディング行列セットを維持する。以下に、複数のプリエンコーディング行列を含むプリエンコーディング行列セットを生成するためのアルゴリズムを一例として与えるが、もちろん、プリエンコーディング行列セットは他のアルゴリズムに基づいて生成することもできる。

プリエンコーディング行列セットＦはＧ個の要素を含み、Ｆ＝｛Ｆ_０，．．．，Ｆ_Ｇ−１｝であると仮定する。
プリエンコーディング行列セットでは、ｇ番目の要素Ｆ_ｇの次元数はＭ×Ｍであり、Ｍ個の行ベクトルとして示すこともでき、たとえば、

である。ｍ番目の行ベクトル

は、以下アルゴリズムを用いて生成することもできる。

上記のプリエンコードされた行列は、以下の特性を有する。

Ｆ_ｇ｛Ｆ_ｇ｝^Ｈ＝｛Ｆ_ｇ｝^ＨＦ_ｇ＝Ｉ

たとえば、Ｍ＝２、Ｇ＝２で、

図７は、本発明の別の実施形態による基地局装置のブロック図を概略的に示し、受信手段３０２、チャネル推定手段３０４および送信手段３０８は、図３に示す機能と同じまたは同様の機能を有する。本実施形態によれば、基地局手段７００中の複数ユーザ・スケジューリング手段７０６に改善がなされる、すなわち、複数ユーザ・スケジューリング手段７０６は、ユーザ・チャネル直交性計算手段７０６１を備え、好ましくはプリエンコーディング行列判断手段７０６２を備える。

図７に示すように、基地局７００は、受信手段３０２を介してそれぞれの移動端末ＭＴからパイロット信号を受信する。チャネル推定手段３０４は、既知のパイロット・シーケンスと受信パイロット信号とに基づいてそれぞれの移動端末ＭＴに対してチャネル推定を実行し、すなわち、等価チャネル応答Ｈを得る。複数ユーザ・スケジューリング手段７０６中の直交性計算手段７０６１は、中継局側で導入された各プリエンコーディング行列に対してユーザ等価チャネルの直交性を判断する。プリエンコーディング行列判断手段７０６２は、各プリエンコーディング行列がそれぞれ選択されている場合、どのプリエンコーディング行列がユーザ等価チャネル応答の最適な直交性を得ることを可能にするかを判断する。最適な直交性を得るための条件は、たとえば、最大数の現在アクティブなユーザを基本的に直交して組み合わせることを可能にすること、または可能なユーザの組合せの直交性が所定のしきい値に達することを可能にすることなどを含むことができる。当業者は、使用すべきプリエンコーディング行列を判断するために他の基準を定義することもできる。複数ユーザ・スケジューリング手段７０６は、スケジューリング・コマンドを生成し、一方では、判断されたプリエンコーディング行列を選択するように中継局のプリエンコーディング手段をスケジュールし、他方では、同じ時間または周波数資源上でアップリンク送信を実行するようにＶ−ＭＩＭＯユーザの選択された組合せをスケジュールする。送信手段３０８を介して、基地局７００のダウンリンクは、同じ時間または周波数資源上でＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せに関してアップリンク・データを協働的に送信するように移動端末ＭＴをスケジュールするスケジューリング・コマンドを送信する。

図８は、本発明のさらなる実施形態による基地局のワーク・フロー・チャートを示す。

図８に示すように、ステップＳ８００で、ワーク・フローは開始する。

ステップＳ８０２で、それぞれのユーザの移動端末ＭＴからのパイロット信号を受信する。

ステップＳ８０４で、プリエンコーディング手段によって導入された各プリエンコーディング行列Ｐに対して、それぞれのユーザの移動端末ＭＴのチャネル推定を実行する。前述のように、チャネル推定の様々な手段は当業者に知られており、したがって、その説明を省略する。

ステップＳ８０６で、ユーザの移動端末ＭＴによって使用されるチャネルの直交性を各プリエンコーディング行列Ｐに対して計算する。たとえば、上記の等価チャネルの直交性は、特定のプリエンコーディング行列Ｐに対して推定された等価チャネル応答行列Ｈのそれぞれの行ベクトル間で行われるドット積演算によって判断される。

ステップＳ８０８で、ユーザ間のアップリンク・チャネルの最適な直交性を得ることを可能にするプリエンコーディング行列を判断し、対応するユーザをＶ−ＭＩＭＯユーザの組合せとして選択する。最適な直交性を得るための条件は、たとえば、最大数の現在アクティブなユーザを実質的に直交して組み合わせることを可能にすること、または所定のしきい値に達するように可能なユーザの組合せの直交性を可能にすることなどを含むことができる。当業者は、使用すべきプリエンコーディング行列を判断するために他の基準を定義することもできる。

ステップＳ８１０で、中継局のプリエンコーディング手段を制御して、判断されたプリエンコーディング行列を選択する。

ステップＳ８１２で、アップリンク送信のためにＶ−ＭＩＭＯユーザの選択された組合せ中のメンバに同じ時間または周波数資源を割り当て、すなわち、同じサブチャネルを介してアップリンク送信を実行する。

ステップＳ８１４で、ワーク・フローは終了する。

さらに、基地局装置および中継局装置についての上記の説明では、簡単および便宜のために、本発明の範囲内に入らず、当業者によく知られている基地局装置および中継局装置の機能および特徴（たとえば、送信／受信アンテナ、電力制御モジュールなど）が省略されており、そのような省略は本発明を不明確にするものではないことを、当業者なら諒解するであろうことに留意されたい。

図３、図６、および図７に示すそれぞれの手段は、別々の機能モジュールとして実現でき、または１つまたは少数の機能モジュールに組み合わせるか、または単一の機能をもつより多くの機能モジュールに分割することができ、機能モジュールは、完全にハードウェアの実装形態、完全にソフトウェアの実装形態、またはハードウェア・ユニットとソフトウェア・ユニットとを同時に備える実装形態を採用することができる。

図４および図８に示すそれぞれのステップは、直列実装形態および並列実装形態を含めて、それらの組み合わせられた機能を実現することが可能な任意の順序で実施できる。

本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照しながら説明したが、当業者は添付の特許請求の範囲内で様々な改変または変更を行うこともできる。

Claims (19)

1. リレーベースのワイヤレス通信システムにおいて複数のアップリンク送信をスケジュールする方法であって、
   アップリンク送信が同じ中継局を介して実行されるそれぞれのユーザの等価アップリンク・チャネルを推定する推定ステップと、
   前記ユーザの前記等価アップリンク・チャネル間の直交性を計算する計算ステップと、
   仮想多入力多出力ユーザの組合せを前記ユーザから選択する選択ステップと、を含み、
   前記仮想多入力多出力ユーザの前記組合せ中の前記ユーザの前記等価アップリンク・チャネルが直交性の要件に適合するものであり、前記選択ステップは対応する行ベクトルがお互いに直交性に最も近いユーザを仮想多入力多出力ユーザの組合せとして選択し、さらに、
   同じ時間または周波数資源を用いてアップリンク送信を協働的に実行するように仮想多入力多出力ユーザの前記組合せ中の前記それぞれのユーザをスケジュールし、仮想多入力多出力ユーザの組合せ中の対応する移動端末のためのスケジューリング・コマンドを生成するためのスケジューリング・ステップと、を含む方法。
2. 前記推定ステップが、前記中継局で導入された各プリエンコーディング機構に対して前記それぞれのユーザの前記等価アップリンク・チャネルを推定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記計算ステップが、各プリエンコーディング機構に対して前記ユーザの前記等価アップリンク・チャネル間の直交性を計算するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 仮想多入力多出力ユーザの前記組合せ中の前記ユーザの最適な直交性を得るプリエンコーディング機構を判断する判断ステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記スケジューリング・ステップが、複数のアップリンク送信を実行するとき、前記判断されたプリエンコーディング機構を前記アップリンクに導入するように前記中継局をスケジュールするステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記推定ステップが、前記ユーザの受信パイロット信号と既知のパイロット・シーケンスとを使用することによって等価アップリンク・チャネル応答行列を推定するステップを含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記計算ステップが、前記等価アップリンク・チャネル応答行列のそれぞれの行ベクトル間でドット積演算を実行することによって、前記ユーザの前記等価アップリンク・チャネル間の直交性を計算するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記選択ステップにおいて、直交性の前記要件が、前記等価アップリンク・チャネル応答行列中の前記ユーザに対応する行ベクトル間の前記ドット積が別のユーザに対応する別の行ベクトルの前記ドット積に対してゼロに最も近いこと、または前記等価アップリンク・チャネル応答行列中の前記ユーザに対応する行ベクトル間の前記ドット積が所定のしきい値よりも小さいことを含む、請求項７に記載の方法。
9. リレーベースのワイヤレス通信システム用の基地局装置であって、
   アップリンク送信が同じ中継局を介して実行されるそれぞれのユーザの複数の等価アップリンク・チャネルを推定する推定手段と、
   前記ユーザの前記等価アップリンク・チャネル間の直交性を計算する計算手段と、
   仮想多入力多出力ユーザの組合せを前記ユーザから選択する選択手段とを含み、前記仮想多入力多出力ユーザの前記組合せ中の前記ユーザの前記等価アップリンク・チャネルが直交性の要件に適合するものであり、前記選択手段は対応する行ベクトルがお互いに直交性に最も近いユーザを仮想多入力多出力ユーザの組合せとして選択し、前記装置はさらに、
   同じ時間または周波数資源を用いてアップリンク送信を協働的に実行するように仮想多入力多出力ユーザの前記組合せ中の前記それぞれのユーザをスケジュールし、仮想多入力多出力ユーザの組合せ中の対応する移動端末のためのスケジューリング・コマンドを生成するスケジューリング手段と、を備える基地局装置。
10. 前記推定手段が、前記中継局で導入された各プリエンコーディング機構に対して前記それぞれのユーザの前記等価アップリンク・チャネルを推定するためにさらに使用される、請求項９に記載の基地局装置。
11. 前記計算手段が、各プリエンコーディング機構に対して前記ユーザの前記等価アップリンク・チャネル間の直交性を計算するためにさらに使用される、請求項１０に記載の基地局装置。
12. 仮想多入力多出力ユーザの前記組合せ中の前記ユーザの最適な直交性を得ることを可能にするプリエンコーディング機構を判断する判断手段をさらに備える、請求項１１に記載の基地局装置。
13. 前記スケジューリング手段が、複数のアップリンク送信を実行するとき、前記判断されたプリエンコーディング機構を前記アップリンクに導入するように前記中継局をスケジュールするためにさらに使用される、請求項１２に記載の基地局装置。
14. 前記推定手段が、前記ユーザの受信パイロット信号と既知のパイロット・シーケンスとを使用することによって等価アップリンク・チャネル応答行列を推定するために使用される、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の基地局装置。
15. 前記計算手段が、前記等価アップリンク・チャネル応答行列のそれぞれの行ベクトル間でドット積演算を実行することによって、前記ユーザの前記等価アップリンク・チャネル間の直交性を計算するために使用される、請求項１４に記載の基地局装置。
16. 前記直交性要件が、前記等価アップリンク・チャネル応答行列中の前記ユーザに対応する行ベクトル間の前記ドット積が別のユーザに対応する別の行ベクトルのドット積に対してゼロに最も近いこと、または前記等価アップリンク・チャネル応答行列中の前記ユーザに対応する行ベクトル間の前記ドット積が所定のしきい値よりも小さいことを含む、請求項１５に記載の基地局装置。
17. 請求項９に記載の基地局装置によって選択された仮想多入力多出力ユーザの組合せが有する複数の移動端末から、複数のアップリンク送信を受信するアップリンク受信手段と、
    前記移動端末の等価アップリンク・チャネルを変更するように、プリエンコーディング機構セット中のそれぞれのプリエンコーディング機構を用いて前記複数の移動端末の前記複数のアップリンク送信に対してプリエンコーディング処理を実行するプリエンコーディング手段と、
    前記プリエンコードされた複数のアップリンク送信を基地局に送信するアップリンク送信手段とを備え、
    前記基地局からスケジューリング・コマンドを受信するダウンリンク受信手段を備え、
    前記スケジューリング・コマンドが前記基地局によって判断されたプリエンコーディング機構を示す場合、前記プリエンコーディング手段が、前記判断されたプリエンコーディング機構を用いて前記複数の移動端末のアップリンク送信に対してプリエンコーディング処理を実行し、
    前記スケジューリング・コマンドが前記プリエンコーディング機構の判断を実行していることを示す場合、前記プリエンコーディング手段が、それぞれのアップリンク送信期間中に前記プリエンコーディング機構セット中の各プリエンコーディング機構を用いて前記アップリンク受信手段によって受信されたそれぞれの移動端末の全てのパイロット信号に対して前記基地局に知られている順序でプリエンコーディング処理を実行する中継局装置。
18. 請求項９に記載の前記基地局装置を備える、リレーベースのワイヤレス通信システム。
19. 請求項１７に記載の中継局装置をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。

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