JP5882825B2 - 低複雑度ユーザ・スケジューリングのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に通信システムに関し、更に具体的には通信システムにおける送信のために多数のユーザをスケジューリングするためのものに関する。

セルラー３ＧＰＰ−ＬＴＥ（3rd Generation Partnership Project, Long Term Evolution）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、およびＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）等の現在および将来の通信規格において、基地局（ＢＳ）およびユーザ機器（ＵＳ）は双方とも多数のアンテナを有する。これらの通信システムは一般に多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムと称される。従来のセルラー・システムでは、ＢＳから多数のユーザに対する送信は順次フレームに構成されており、その各々は一連のサブフレームに分割され、各サブフレームにおける送信に単一のユーザが割り当てられる。しかしながら、最新のシステムでは、ＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディング・アルゴリズムを用いて多数のユーザを同時に送信するためにスケジューリングすることができる。

図１にセルラー・システムのための従来の構成を示す。ここでは、ＢＳは多数のアンテナ（１、２、３）を有し、これらにはユーザ機器ＵＥ−１、ＵＥ−２に宛てられた各信号（ｙ１、ｙ２、ｙ３）が供給される。各ＵＥは１つ以上のアンテナを有する。ＵＥ−１は、信号ｖ１、ｖ２をそれぞれ配信する２つのアンテナ（１、２）を有するように図示され、ＵＥ−２は、信号ｖ３、ｖ４を配信する２つのアンテナ（３、４）を有する。ＢＳのアンテナ１からのダウンリンクは、各アンテナに対する送信（ｈ１１、ｈ１２、ｈ１３、ｈ１４）を供給する。同様の送信が、ＢＳのアンテナ２によって（番号なし）およびアンテナ３によって（ｈ３１、ｈ３２、ｈ３３、ｈ３４）供給される。受信された信号は信号ｖ１〜ｖ４の行列ｖによって表すことができ、Ｔはベクトルの転置操作であり、チャネル行列Ｈｙとして更に表現することができる。

ＭＩＭＯチャネル
基地局といくつかのＵＥとの間のダウンリンク・チャネルは行列Ｈとして表すことができる。ここで、行列の行数（ｉ）は、いくつかのＵＥのアンテナの合計に等しく、行列の列数（ｊ）は、基地局における送信アンテナの数に等しい。図１では、４つのアンテナ（１〜４）があるので４つの行があり、ＢＳに３つのアンテナがあるので３つの列がある。図１に示すように、行列Ｈに対する（ｉ、ｊ）番目のエントリは、第ｉの送信アンテナと第ｊの受信アンテナとの間の複素チャネル利得ｈ_ｉｊを表す。特に、複素チャネル利得ｈ_ｉｊは、無線ダウンリンク・チャネルにおいて送信された信号が受ける増幅（または減衰）を表す。

ダウンリンク・チャネルＨは、ＢＳからＵＥ−１およびＵＥ−２の各々に対する２つのダウンリンクＨ_１およびＨ_２によって表され、各ダウンリンクは、上述のような行および列の内容を有する各行列Ｈ_１、Ｈ_２によって表される。例えば、図１に示すように、Ｈ_１ダウンリンク行列は信号ｈ１１、ｈ２１、ｈ３１、ｈ１２、ｈ２２、およびｈ３２を有する。

弦距離
基地局によってＵＥへのダウンリンク上の送信をスケジューリングするために用いられるいくつかの従来のアルゴリズムは、２人のユーザのチャネル行列空間間の弦距離に基づいている。この測定基準は、２つの部分空間が「どのくらい遠くに」位置しているかを決定する。弦距離に関する考察は、K. Ko、 J. Leeの「Low complexity MU MIMO scheduling with chordal distance」（IEEE CISS、２００８年３月）に見られる。

図２は、基地局２００が２つの時間サブフレームで２つのモバイル機器に送信を行う簡単な例を示す。第１の時間サブフレームにおける送信はモバイル装置２０１に対するものであり、第２の時間サブフレームにおける送信はモバイル装置２０２に対するものである。

送信の特徴が異なるならば、２つの送信は相互に干渉しない。例示として、１が送信を示し、０が送信なしを示すものとする。従って、モバイル装置２０１のチャネルは〔１ ０〕と書くことができ、モバイル装置２０２のチャネルは〔０ １〕と書くことができる。このため、非干渉の状況を示す別の方法は、チャネル・ベクトルが直交するすなわち時間にも周波数にも干渉がなく重複がないことを確認することである。弦距離は、２つのチャネルの直交の程度を測定する。この例では、チャネルは最大の弦距離を有する。

ダウンリンクにおいてＭＵ−ＭＩＭＯアルゴリズムが２人のユーザ（ユーザ１およびユーザ２）を選ぶと仮定することによって、弦距離の効果を認めることができる。また、各ユーザにプリコーダＴ_１およびＴ_２があり、用いるプリコーダはブロック対角化であると仮定する。こういった状況では、ノイズ・ベクトルｚ、データ・ストリームｓ、および基地局における送信された信号ベクトルｘが与えられると、基地局で送信されたものおよびモバイル機器で受信されたものを表す等式は、ｙ_１＝Ｈ_１ｘ＋ｚ_１およびｙ_２＝Ｈ_２ｘ＋ｚ_２と表すことができ、ここでｘ＝Ｔ_１ｓ_１＋Ｔ_２ｓ_２である。

プリコーダＴ_１は、他のユーザのチャネルＨ_２の零空間に存在して、ユーザ１のための信号がユーザ２に対して干渉を生じないように設計されている。従って、プリコーダはＴ_１＝Ｎ（Ｈ_２）に設定する。しかしながら、このようにすると、ユーザ１のチャネルはＨ_１からＨ_１Ｔ_１に変更され、これは性能の低下につながり得る。この低下は、２人のユーザのチャネルをできる限り直交させた場合に最小限に抑えることができる。弦距離は、２つのチャネル間のこの直交性または分離の程度を測定する。

ＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング
図３（ａ）および図３（ｂ）は、ＳＵ−ＭＩＭＯおよびＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリングの一例を示す。図３（ａ）のＳＵ−ＭＩＭＯにおいて、基地局は、各時間サブフレームにおける送信対象の１つのモバイル装置を選択し（スケジューリングし）、図３（ｂ）のＭＵ−ＭＩＭＯでは、多数のユーザを選択することができる。図３（ａ）および図３（ｂ）の例では、２つの時間サブフレームにわたる３つのモバイル装置のスケジューリングを示す。図３（ａ）のＳＵ−ＭＩＭＯでは、基地局２００は時間サブフレーム１においてモバイル装置３００をスケジューリングし（〔１ ０〕によって表される）、時間サブフレーム２においてモバイル装置３０１をスケジューリングする（〔０ １〕によって表される）。モバイル装置３０２はスケジューリングされない（〔０ ０〕によって表される）。図３（ｂ）のＭＵ−ＭＩＭＯでは、基地局２００は時間サブフレーム１においてモバイル装置３００および３０１をスケジューリングし、時間サブフレーム２においてモバイル装置３０１および３０２をスケジューリングする。

多数のモバイル装置を単一の基地局に接続することができ、この基地局がダウンリンクにおいてそれら全てに対応する。しかしながら、信号処理技術の限界のために、基地局は一度にそれら全てにデータを送信できない場合がある。ほとんどのセルラー・システムでは、基地局のサービス時間はサブフレームに分割されている。例えば３ＧＰＰ ＬＴＥでは、基地局は０．１ミリ秒の各サブフレームでどのモバイル機器に送信するかを決定する。

各サブフレームにどのユーザまたは複数のユーザに送信を行うかを決定するために基地局が用いるプロセスをスケジューリングと呼ぶ。ＬＴＥ Ｒｅｌ−８では、基地局は１つのサブフレームにおいて（所与の周波数帯で）単一のユーザのみをスケジューリングする。これを単一ユーザ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）スケジューリングと呼ぶ。ＬＴＥの更に後のバージョンでは、基地局は１つのサブフレームにおいて送信対象の多数のユーザを選択することができる。これを多数ユーザ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）スケジューリングと呼ぶ。

１つのフレームにおいてダウンリンクでデータを受信する資格のあるＫ人のユーザがセル内にいると仮定する。基地局は、１つのフレームにおける送信のためにこれらのユーザのサブセットを選択する。ユーザ全員をスケジューリングすると、ユーザ全員にとって性能劣化につながり得るからである。異なる測定基準を最大化するユーザ選択のために多くのアルゴリズムが提案されている。

例えば、いくつかの以前のアルゴリズムは合計容量の最大化を試みる。しかしながら、これらのアルゴリズムは計算の複雑度が高い。他のアルゴリズムは、合計容量を最大化しながら複雑度を低減させようとする。しかしながら、セルラー・システムにおいては、通常は合計容量よりもＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法の方が優れた測定基準であると考えられる。合計容量という測定基準は、ユーザの信号強度のみに基づいてユーザを選ぶ傾向があるからである。このため、基地局に近いユーザが常にスケジューリングされることになり、これはセル・エッジのユーザにとって不公平である。Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法（ＰＦ）測定基準を用いた以前のＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング・アルゴリズムは、今もなお徹底的な調査を必要としており、これには高い計算複雑度が要求される。

Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法
ラウンドロビン・スケジューラおよびＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法スケジューラは、周知のＵＥスケジューラの２つの例である。ラウンドロビン・スケジューラは最も単純なスケジューラの１つであり、等しい割り当て分で優先度なしの巡回式に、各ＵＥに対してリソース・ブロック（例えば時間サブフレーム、周波数帯）を割り当てる。Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法スケジューラ（ＰＦＳ）は、ＵＥ間の公平性の検討を用いる。ＰＦＳは、ＵＥの瞬時チャネル品質がその経時的平均チャネル条件に対して高い場合に、そのＵＥをスケジューリングする。すなわち、

の場合にＵＥｋにリソース・ブロックｍを割り当てる。ここで、以下が成り立つ。

ここで、ＫはＵＥの合計数であり、Ｒ_ｉ（ｍ）はリソース・ブロックｍにおけるｉ番目のＵＥの瞬時達成可能レートであり、Ｔ_ｉはｉ番目のＵＥの長期平均レートである。ＰＦＳはＬＴＥセルラー・システムにおいて適用されている。

図４は、従来のＭＵ−ＭＩＭＯ信号処理の例示的なステップを示す。ダウンリンクにおけるＭＵ−ＭＩＭＯ信号処理は、最も一般的な言葉では次のように説明することができる。

ステップＳ４０１： 基地局およびこの基地局に関連付けられたＫ人のユーザ・セットを識別する。

ステップＳ４０２： 各スケジューリング・インスタントにおいて、基地局はユーザ選択アルゴリズム（ＭＵ−ＭＩＭＯスケジューリング等）を用いて、ダウンリンクにおいてデータを受信するユーザ・サブセットを決定する。

ステップＳ４０３： 基地局は各ユーザごとに設定したレートでＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディング・アルゴリズムを用いてユーザ・セットに対して送信を行う。

ユーザ選択方法は用いるプリコーディングに依存し、プリコーディングの性能は選択したユーザによって影響を受ける。多数のユーザがいる場合、全ての可能なユーザ対を評価しなければならず、結果として評価数が多くなる。１つのプロトコルは、１人のユーザを固定し、他の全てのユーザからそれと対になるものを検索し、このようにして全てのユーザについてＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法（ＰＦ）測定基準を計算する。

多数のユーザを送信のために同時にスケジューリングする場合、ＰＦ測定基準は、スケジューリングしたユーザ・セットの各ユーザのＰＦ測定基準の合計に変更されており、この場合、最適なセットは徹底的な調査によって見出される。しかしながら、この方法は高い計算複雑度を必要とする。

K. Ko、J. Lee、「Low complexity MU MIMO scheduling with chordal distance」（IEEE CISS、２００８年３月） Z. Shen、R. Chen、J. Andrews、R. Heath Jr.、B. Evans、「Low complexity user selection algorithms for Multiuser MIMO systems with Block Diagonalization」（IEEE Trans. Signal Processing、vol. 54、no. 9、２００６年９月） K. Ko、J. Lee、「Low complexity MU MIMO scheduling with chordal distance」（IEEE CISS、２００８年３月） G. Caire、R. Muller、およびR. Knopp、「Hard Fairness Versus Proportional Fairness in Wireless Communications: The Single-cell Case」（IEEE Trans. on Information Theory、Vol.53、１３６６〜１３８５ページ、２００７年４月） L. Liu、Y-H Nam、J. Zhang、「Proportional fair scheduling for multi-cell multi-user MIMO systems」（IEEE CISS、２０１０年３月） ITU M. 2135、「Guidelines for evaluation of radio interface technologies for IMT-Advanced」

前述の背景から、通信システムのための既知の従来技法に関連した前述の問題を実質的に防ぐ新しい方法およびシステムに対する要望がある。具体的には、高い計算複雑度を必要とすることなく有効なスケジューラを提供することが必要とされている。

本発明の方法論は、通信システムのための既知の従来技法に関連した上述および他の問題の１つ以上を実質的に防ぐ方法およびシステムを対象とする。

本発明の態様は、通信システムの複数のユーザをスケジューリングするための方法を含むことができる。この方法は、スケジューリングされたユーザ・セットを初期化するために複数のユーザからベース・ケース・ユーザを選択するステップと、複数のユーザの各々についてのＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法測定基準および複数のユーザの各々とスケジューリングされたユーザ・セットとの間の弦距離を含む測定基準に基づいて、複数のユーザの各々をスケジューリングされたユーザ・セットと比較するステップと、測定基準に基づいて、スケジューリングされたユーザ・セット内に含めるために複数のユーザの前記各々を選択するステップと、を含むことができる。

更に別の態様は、スケジュールに従って送信を行う複数のアンテナと、プロセスを実行することによって複数のユーザのためにスケジュールを決定するスケジューラ・ユニットと、を含むシステムを含むことができる。このプロセスは、スケジューリングされたユーザ・セットを初期化するために複数のユーザからベース・ケース・ユーザを選択するステップと、複数のユーザの各々についてのＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法測定基準および複数のユーザの各々とスケジューリングされたユーザ・セットとの間の弦距離を含む測定基準に基づいて、複数のユーザの各々をスケジューリングされたユーザ・セットと比較するステップと、測定基準に基づいて、スケジューリングされたユーザ・セット内に含めるために複数のユーザの各々を選択するステップと、を含むことができる。

本発明の更に別の態様は、スケジュールに従って複数のユーザに送信を行う少なくとも１つのアンテナを含むことができる送信器を含むことができる。このスケジュールはプロセスによって構成することができ、このプロセスは、スケジューリングされたユーザ・セットを初期化するために複数のユーザからベース・ケース・ユーザを選択するステップと、複数のユーザの各々についてのＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法測定基準および複数のユーザの各々とスケジューリングされたユーザ・セットとの間の弦距離を含む測定基準に基づいて、複数のユーザの各々をスケジューリングされたユーザ・セットと比較するステップと、測定基準に基づいて、スケジューリングされたユーザ・セット内に含めるために複数のユーザの各々を選択するステップと、を含む。

本発明に関連した更に別の態様は、部分的には以下の記載において述べ、部分的には記載から明らかになり、または、本発明の実施によって学ぶことができる。本発明の態様は、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲において特に指摘した様々な要素および態様の要素および組み合わせによって実現し達成することができる。

前述の記載および以下の記載は双方とも単に例示的および説明的なものであり、特許請求する本発明またはその適用をいかなる意味でも限定することは意図していないことは理解されよう。

本発明は、通常ユーザ・スケジューラが必要とする高い計算複雑度を伴うことなく最適なソリューションに比較的近いユーザ・スケジューラを提供することができる。

従来技術に従った通信システムの一例を示す。 従来技術に従った弦距離の一例を示す。 （ａ）及び（ｂ）は、従来技術に従ったＳＵ−ＭＩＭＯシステムおよびＭＵ−ＭＩＭＯシステムの一例を示す。 従来技術に従ったＭＵ−ＭＩＭＯ信号処理の例示的なステップを示す。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の例示的な実施形態の基本的なフローチャートを示す。 本発明の一実施形態の達成可能ＣＤＦレートと従来の送信スキームのものとの比較を示す。

例示的な実施形態の以下の詳細な説明において添付図面を参照する。添付図面では、同一の機能的要素は同様の番号で示されている。前述の添付図面は、限定としてではなく例示として、本発明の原理に一致する特定の実施形態および実施を示す。これらの実施について、当業者が本発明を実現することを可能とするために充分に詳細に記載する。また、他の実施を利用可能であること、本発明の範囲および精神から逸脱することなく様々な要素の構造的な変更または置換あるいはその両方を行い得ることは理解されよう。従って、以下の詳細な説明は限定の意味で解釈するべきではない。更に、記載する本発明の様々な実施形態は、汎用コンピュータ上で動作するソフトウェアの形態で、特殊化ハードウェアの形態で、またはソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせで実施することができる。

本発明の実施形態は、反復方法で最適なユーザ・セットを計算しようとするものであり、１人のみのユーザを選択するとすれば最適なユーザから開始する。反復ステップｎにおいて、スケジューリングされたユーザ・セットＳ（ｎ）＝｛ｓ_１、ｓ_２、．．．、ｓ_ｎ｝をサイズｎとし、ユーザｓ_ｉの単一ユーザＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法測定基準をＰＦ（ｓ_ｉ）とする。次のステップでは、別のユーザを（残りのユーザ・セットから）一時的に追加する。このユーザは、そのチャネルとすでにスケジューリングされたユーザのチャネルとの間の弦距離およびそのＰＦ測定基準を組み合わせた連合測定基準を最大化する者である。この一時的ユーザがスケジューリング・セットに追加されるのは、このユーザを追加すると全ユーザの合計ＰＦ測定基準または合計レートが増大する場合のみであり、そうでなければアルゴリズムは終了する。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、本発明の例示的な実施形態の基本的なフローチャートを示す。図５（ａ）および図５（ｂ）と関連付けて使用可能である測定基準について以下で詳細に説明する。

ユーザｋのための測定基準Ｍ１は、そのユーザについての単一ユーザＰＦ測定基準である。これをＣ_ｋによって示す。

測定基準Ｍ２は、

と定義される。ここで、Ｃ_ｋは単一ユーザＰＦ測定基準（測定基準Ｍ１と同じ）であり、他の数量は以下で定義する。

Ｈ_ｋ，０は、ユーザｋに対するチャネルＨ_ｋについての基である。

ここで、Ｐ_０は空ベクトルに初期化され、Ａ＝Ｐ_０Ｐ_０ ^Ｈであり、ｓ_ｉは最後の反復ステップにおいて測定基準Ｍ２を最大化したモバイル機器である。定数αは、測定基準Ｍ２においてどのくらいの重みをＰＦ値に与えるかを示す。例えばα＝１である場合、測定基準Ｍ２は全体としてＰＦ測定基準である。αの値は性能を最大化するように実験的に選択することができる。

測定基準Ｍ３は、ＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディング・アルゴリズム（この場合はブロック対角化）の後のセット内の全モバイル機器の合計レートである。

ステップＳ５０１：初期化。Ｔを、スケジューリングされる潜在的な候補であるユーザ・セットとする。Ｓを、すでにスケジューリングに選択されているユーザ・セットとする。従って、セットＴは最初、基地局に関連付けられたＫ人のユーザ全てを含む。セットＳは、最初は空である。いずれの所与の時点でも、セットＳおよびセットＴは相互に排他的なユーザを有し、それらはシステムにおいて合計するとＫ人のユーザとなることに留意すべきである。ユーザ・セットＴおよびそれらのチャネルを入力する。

ステップＳ５０２： ベース・ケースの確立。基地局は、ｋ番目のユーザについて測定基準Ｃｋを計算する。Ｃｋ＝ユーザｋの単一ユーザＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法測定基準である。最初のユーザを、このＰＦ測定基準を最大化する者として選択し、このユーザをｓ１と呼ぶ。このユーザをセットＳに追加し、このユーザをセットＴから取り去る。例えば、上述の測定基準を用いて、スケジューリングしたセットＳ内で第１のユーザを計算する。ここでＳ（１）＝ａｒｇ ｍａｘ_ｉ セットＴの全ユーザに対する測定基準Ｍ１（Ｈ_ｉ）である。

ステップＳ５０３： 初期化してループを開始する。スケジューリングすることができる最大可能ユーザ数を決定する。一例として、基地局が４つのアンテナを有し、各モバイル装置が１つのアンテナを有するとする。このため、基地局は４本のアンテナを用いて１／２／３／４人のユーザをスケジューリングすることができるが、それ以上はできない。基地局は最大で４つの独立データ・ストリームを送信することができる。スケジューリングすることができる可能な数のユーザ各々について、基地局はループを実行し、全体の性能（測定基準によって決定する）が向上する場合には一度に１人のユーザを追加する。

ステップＳ５０４： セットＴにおける各ユーザおよびセットＳにおけるユーザ間で弦距離を計算し、連合測定基準に基づいて各ユーザを記録する。ループの各段階において、ループの最後の段階でスケジューリング・セットＳにすでに追加されているセットＳ内のユーザを明らかにする。Ｓにおける全てのユーザの連接チャネルを形成する。セットＴ内の各ユーザを個別に考慮し、セットＴ内のユーザのチャネルの弦距離および連接チャネルを計算して、各ユーザがスケジューリングされたセット内の他のユーザからどのくらい離れているかの指示を与える。セットＴ内のユーザの弦距離をユーザのＰＦ測定基準と組み合わせた連合測定基準を考慮する。この測定基準を最大化するセットＴ内のユーザを決定する。例えば、上述の測定基準を用いて、残りのユーザＴから、測定基準Ｍ２（Ｈ（Ｓ）、Ｈ（Ｔ））を最大化するユーザを計算する。これは、ユーザのチャネルＨ（Ｔ）の強度、および、すでにスケジューリングされたユーザのチャネルＨ（Ｓ）に対する相関性に依存する。

ステップＳ５０５： ユーザを追加するか否かを確認する。スケジューリングしたユーザ・セットＳにこのユーザを一時的に追加し、測定基準に従って、結果として（最初のＳ内のユーザと比べて）合計レート（または平均レートの合計の対数）が増加するか否かをチェックする。イエスの場合（ＹＥＳ）、このユーザをセットＳに追加し、ユーザをセットＴから取り去り、このプロセスを繰り返す。そうでない場合（ＮＯ）、セットＳを最終セットとして用いてループを終了する。例えば、上述の測定基準を用いて、一時的にこのユーザを一時ユーザ・セットＳ＿Ｔｅｍｐに追加し、セットＳおよびセットＳ＿Ｔｅｍｐに対して動作する測定基準Ｍを定義する。Ｍ３（Ｓ）＞Ｍ３（Ｓ＿Ｔｅｍｐ）である場合、Ｓ＝Ｓ＿Ｔｅｍｐを設定し、ループを繰り返す。そうでない場合、ユーザ・セットはＳであり、ループを終了する。

例示的な例
以下は、本発明の実施形態の実施の例である。各々が２つのアンテナを有する５人のユーザ（モバイル装置）があり、基地局が４つのアンテナを有するシステムを想定する。基地局がその４つのアンテナを用いて最大で４つの独立したデータ・ストリームを送信可能であるので、ＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディングは１人または２人のユーザを選ぶことができる。各モバイル装置がそのアンテナにおいて独立したデータ・ストリームを受信すると仮定する。

ａ）ユーザ・セットはＴ＝〔１、２、３、４、５〕である。最初に、ユーザが誰もスケジューリングされていない場合、それらのスループット（Ｔｒによって示される）は全てゼロである。それらを小さい数εに初期化する。このため、Ｔｒ＝〔ε、ε、ε、ε、ε〕である。

ｂ）基地局がｋにおけるＵＥのみをスケジューリングするとしたら、「ｋ」におけるＵＥの単一ユーザ・レートを計算する。これはチャネルＨ_ｋの強度に依存する。レートをＲ＝〔０．１、０．２、０．５、０．４、０．３〕とする。

ｃ）ＰＦ測定基準は、Ｃ_ｋ＝Ｒ_ｋ／Ｔｒ_ｋの最大値を有するユーザを選ぶ。このため、この例ではユーザ３が選択される。Ｓ＝｛３｝と設定し、残りのユーザ・セットはＴ＝｛１、２、４、５｝である。

ｄ）セットＴ内の残りのユーザの各々について、測定基準

を計算する。これらの値を〔１、３．５、４．５、２．７〕とする。第３のエントリが最も大きいので、第３のエントリを選択し、このエントリがどのユーザに対応するかをセットＴによりチェックする。この場合これはユーザ４である。

ｅ）スケジューリングされたユーザ・セットにユーザ４を一時的に追加する。このため、Ｓ＿ｔｅｍｐ＝｛３、４｝である。ここで、ＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディングを用いてこのセットの合計レートを計算し、これをＭ３（Ｓ＿ｔｅｍｐ）と呼ぶ。スケジューリングしたユーザ・セットＳの合計レートを（最後の繰り返しステップまで）計算し、これをＭ３（Ｓ）と呼ぶ。ＭＳ（Ｓ）＞ＭＳ（Ｓ＿ｔｅｍｐ）の場合は、反復プロセスを停止し、スケジューリングしたユーザ・セットがＳであると宣言する。（このためユーザ４は追加されない）。ＭＳ（Ｓ）＜Ｍ３（Ｓ＿ｔｅｍｐ）である場合は、スケジューリングしたユーザ・セットにユーザ４を追加する。このため、この反復過程後のセットＳはＳ＝｛３、４｝である。残りのユーザ・セットはＴ＝｛１、２、５｝である。ステップｄ）に戻り、アルゴリズムを再開する。

図６は、本発明の一実施形態と従来のスキームとの間のスループット・レートの比較を示す。スループット・レートは、３０人のユーザの３ＧＰＰ市街地マクロセル状況内、および、均一にセクタ当たり１０人のユーザをドロップした半径５００メートルの単一セル・システム内で求められる。チャネル利得およびアンテナ・パターンの実際の値は、ＩＴＵ仕様に従って考慮される。本発明の実施形態６０１は、ＳＵ−ＭＩＭＯスケジューリング６００よりも著しく大きい利得を与える傾向があり、従来の徹底的探索スキーム６０２に対してはわずかに劣る。

しかしながら、複雑度の観点からは、徹底的探索方法は最も複雑である。Ｍを、基地局における送信器アンテナの数として示されるものとし、Ｎを、各ＵＥにおける受信器アンテナの数として示すものとし、Ｋを、基地局に関連付けたＵＥの数として示すものとする。徹底的探索方法は、以下の複雑度オーダーを有する。

ここで、Ψは必要なフロップの数を示す（すなわち実際の追加、乗算、および除算の操作は１フロップとしてカウントされる）。これに比べて、本発明の実施形態は著しく複雑度が低い傾向がある。

詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータ内のアルゴリズムおよび動作の象徴的な表現という観点で提示している。これらのアルゴリズム記述および象徴的表現は、データ処理の当業者によって、他の当業者にその革新性の本質を最も効果的に伝えるために用いられる手段である。アルゴリズムとは、所望の最終的な状態または結果に至る一連の定義されたステップである。本発明において、実行されるステップは、タンジブルな結果を達成するためにタンジブルな量の物理的な操作を必要とする。

必須ではないが通常は、これらの量は、記憶、転送、結合、比較、および他の方法で操作することができる電気的または磁気的な信号または命令の形態を取る。主に一般的な使用法という理由で、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、言葉、数字、命令等と称することが時として便利であることがわかっている。しかしながら、これらおよび同様の言葉は全て適切な物理的な量に関連付けられるものであり、単にこれらの量に適用される便利な標示であることに留意すべきである。

特に指定しない限り、本考察から明らかであるように、この記載全体を通して、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」、「表示」等の言葉を用いた考察は、コンピュータ・システムまたは他の情報処理デバイスのアクションおよびプロセスを含むことができることは認められよう。かかるシステムまたはデバイスは、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理（電子）量として表現されたデータを、コンピュータ・システムのメモリまたはレジスタまたは他の情報記憶、送信、もしくは表示デバイス内の物理量として同様に表現された他のデータへと、操作および変換する。

また、本発明は、本明細書に記載した動作を実行するための装置に関する。この装置は、必要な目的のために特別に構成することができ、または、１つ以上のコンピュータ・プログラムによって選択的に活性化または再構成される１つ以上の汎用コンピュータを含むことができる。かかるコンピュータ・プログラムは、限定ではないが、光ディスク、磁気ディスク、読み取り専用メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、固体デバイスおよびドライブ、または電子情報を記憶するのに適した他のいずれかのタイプの媒体等のコンピュータ読み取り可能記憶媒体に記憶することができる。本明細書に提示したアルゴリズムおよびディスプレイは、いずれの特定のコンピュータにも他の装置にも本質的に関連したものではない。

本明細書の教示に従ったプログラムおよびモジュールと共に様々な汎用システムを用いることができ、または、所望の方法ステップを実行するために、より特殊化した装置を構成することが便利である場合がある。更に、本発明は、いずれかの特定のプログラミング言語に関連付けて記載していない。本明細書に記載した本発明の教示を実施するために様々なプログラミング言語を使用可能であることは認められよう。プログラミング言語（複数のプログラミング言語）の命令は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）、プロセッサ、またはコントローラのような１つ以上の処理デバイスによって実行することができる。

当技術分野において既知であるように、上述の動作は、ハードウェア、ソフトウェア、またはソフトウェアおよびハードウェアの何らかの組み合わせによって実行することができる。本発明の実施形態の様々な態様は、回路および論理デバイス（ハードウェア）を用いて実施可能であり、他の態様は、機械読み取り可能媒体上に記憶された命令（ソフトウェア）を用いて実施可能である。この命令は、プロセッサによって実行されると、本発明の実施形態を実行するための方法をプロセッサに実行させる。更に、本発明のいくつかの実施形態はもっぱらハードウェアによって実行可能であるが、他の実施形態はもっぱらソフトウェアによって実行可能である。更に、記載した様々な機能は、単一のユニットで実行することができ、または多数の方法のいずれかで多数のコンポーネント間に分散させることができる。ソフトウェアによって実行される場合、本方法は、コンピュータ読み取り可能媒体上に記憶された命令に基づいて、汎用コンピュータ等のプロセッサによって実行することができる。所望の場合には、これらの命令は、圧縮フォーマットまたは暗号化フォーマットあるいはその両方で媒体上に記憶することができる。

更に、本明細書に開示した本発明の明細および実施から、当業者には本発明の他の実施が明らかであろう。記載した実施形態の様々な態様またはコンポーネントあるいはその両方は、通信システムにおいて単独でまたはいずれかの組み合わせで用いることができる。本明細および例は単に例示として見なされ、本発明の真の範囲および精神は以下の特許請求の範囲によって示すことが意図されている。

１、２、３、４ アンテナ
ｙ１、ｙ２、ｙ３ 信号
ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４ 信号
２００ 基地局
２０１、２０２、３００、３０１、３０２ モバイル装置

Claims (14)

1. 通信システムの複数のユーザをスケジューリングするための方法であって、
   ａ）スケジューリングされたユーザ・セットを初期化するために前記複数のユーザからベース・ケース・ユーザを選択するステップと、
   ｂ）測定基準に基づいて、前記複数のユーザの各々を前記スケジューリングされたユーザ・セットと比較するステップと、
   ｃ）前記測定基準に基づいて、前記スケジューリングされたユーザ・セット内に含めるユーザを前記複数のユーザの前記各々から選択するステップと、
   を含み、前記測定基準が、
   前記複数のユーザの前記各々についてのＰｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ法（ＰＦ）測定基準と、
   前記複数のユーザの前記各々と前記スケジューリングされたユーザ・セットとの間の弦距離と、を含み、
   前記測定基準が、式
   
   によって求められ、ここで、
   Ｈはチャネル行列であり、
   Ｃ_ｋはユーザｋについての単一ユーザＰＦ測定基準であり、
   Ｈ_ｋ，０はユーザｋに対するチャネルＨ_ｋについての基であり、
   Ａ＝Ｐ_０Ｐ_０ ^Ｈであり、ここで
   
   であり、ここで、Ｐ_０は空ベクトルに初期化され、ｓ_ｉは前記スケジューリングされたユーザ・セット内に以前に追加されたユーザを表し、αは前記ＰＦ測定基準に割り当てられる重みである、
   方法。
2. 前記スケジューリングされたユーザ・セットにおけるユーザ数が前記通信システムにおけるアンテナ数と等しくなるまで、ステップｂ）およびｃ）を繰り返すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記含めたユーザが前記スケジューリングされたユーザ・セットの合計スループット・レートを増大させなくなるまで、ステップｂ）およびｃ）を繰り返すステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ベース・ケース・ユーザを選択するステップが、前記複数のユーザから、最も高いＰＦ測定基準を有するユーザを選択することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記比較が、
   前記スケジューリングされたユーザ・セットについての第１の合計スループット・レートを計算するステップと、
   前記スケジューリングされたユーザ・セット内に前記複数のユーザの前記各々を一時的に追加して新しいセットを生成するステップと、
   前記一時的に追加された前記複数のユーザの前記各々を含む前記スケジューリングされたユーザ・セットについての第２の合計スループット・レートを計算するステップと、
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記複数のユーザの前記各々からユーザを選択するステップが、
   前記第２の合計スループット・レートが前記第１の合計スループット・レートよりも大きい場合に、前記スケジューリングされたユーザ・セットとして前記新しいセットを用いるステップを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. スケジュールに従って送信を行う複数のアンテナと、
   プロセスを実行することによって複数のユーザのために前記スケジュールを決定するスケジューラ・ユニットと、
   を含み、前記プロセスが、
   ａ）スケジューリングされたユーザ・セットを初期化するために前記複数のユーザからベース・ケース・ユーザを選択するステップと、
   ｂ）測定基準に基づいて、前記複数のユーザの各々を前記スケジューリングされたユーザ・セットと比較するステップと、
   ｃ）前記測定基準に基づいて、前記スケジューリングされたユーザ・セット内に含めるユーザを前記複数のユーザの前記各々から選択するステップと、
   を含み、前記測定基準が、
   前記複数のユーザの前記各々についてのＰＦ測定基準と、
   前記複数のユーザの前記各々と前記スケジューリングされたユーザ・セットとの間の弦距離と、を含み、
   前記測定基準が、式
   
   によって求められ、ここで、
   Ｈはチャネル行列であり、
   Ｃ_ｋはユーザｋについての単一ユーザＰＦ測定基準であり、
   Ｈ_ｋ，０はユーザｋに対するチャネルＨ_ｋについての基であり、
   Ａ＝Ｐ_０Ｐ_０ ^Ｈであり、ここで
   
   であり、ここで、Ｐ_０は空ベクトルに初期化され、ｓ_ｉは前記スケジューリングされたユーザ・セット内に以前に追加されたユーザを表し、αは前記ＰＦ測定基準に割り当てられる重みである、
   システム。
8. 前記スケジューラ・ユニットが、前記スケジューリングされたユーザ・セットにおけるユーザ数が前記複数のアンテナの数と等しくなるまで、ステップｂ）およびｃ）を繰り返す、請求項７に記載のシステム。
9. 前記スケジューラ・ユニットが、前記含めたユーザが前記スケジューリングされたユーザ・セットの合計スループット・レートを増大させなくなるまで、ステップｂ）およびｃ）を繰り返す、請求項７に記載のシステム。
10. 前記ベース・ケース・ユーザを選択するステップが、前記複数のユーザから、最も高いＰＦ測定基準を有するユーザを選択することを含む、請求項７に記載のシステム。
11. 前記比較が、
    前記スケジューリングされたユーザ・セットについての第１の合計スループット・レートを計算するステップと、
    前記スケジューリングされたユーザ・セット内に前記複数のユーザの前記各々を一時的に追加して新しいセットを生成するステップと、
    前記一時的に追加された前記複数のユーザの前記各々を含む前記スケジューリングされたユーザ・セットについての第２の合計スループット・レートを計算するステップと、
    を更に含む、請求項７に記載のシステム。
12. 前記複数のユーザの前記各々からユーザを選択するステップが、
    前記第２の合計スループット・レートが前記第１の合計スループット・レートよりも大きい場合に、前記スケジューリングされたユーザ・セットとして前記新しいセットを用いるステップを更に含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記システムが基地局である、請求項７に記載のシステム。
14. スケジューリングに従って複数のユーザに送信を行う少なくとも１つのアンテナを含み、前記複数のユーザをスケジューリングするための方法が、
    ａ）スケジューリングされたユーザ・セットを初期化するために前記複数のユーザからベース・ケース・ユーザを選択するステップと、
    ｂ）測定基準に基づいて、前記複数のユーザの各々を前記スケジューリングされたユーザ・セットと比較するステップと、
    ｃ）前記測定基準に基づいて、前記スケジューリングされたユーザ・セット内に含めるユーザを前記複数のユーザの前記各々から選択するステップと、
    を含み、前記測定基準が、
    前記複数のユーザの前記各々についてのＰＦ測定基準と、
    前記複数のユーザの前記各々と前記スケジューリングされたユーザ・セットとの間の弦距離と、を含み、
    前記測定基準が、式
    
    によって求められ、ここで、
    Ｈはチャネル行列であり、
    Ｃ_ｋはユーザｋについての単一ユーザＰＦ測定基準であり、
    Ｈ_ｋ，０はユーザｋに対するチャネルＨ_ｋについての基であり、
    Ａ＝Ｐ_０Ｐ_０ ^Ｈであり、ここで
    
    であり、ここで、Ｐ_０は空ベクトルに初期化され、ｓ_ｉは前記スケジューリングされたユーザ・セット内に以前に追加されたユーザを表し、αは前記ＰＦ測定基準に割り当てられる重みである、
    送信器。