JP4971174B2

JP4971174B2 - 通信システム

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Publication number: JP4971174B2
Application number: JP2007540006A
Authority: JP
Inventors: イン・ペン; サイモン・アーマ; ジョー・マクギーハン; 知好横田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: KR20070099028A; WO2006090487A1; US20090207829A1; US8023523B2; EP1861942A1; CN101129008A; JP2008532339A; EP1861942A4; KR100931410B1; CN101129008B

Description

本発明は、通信システムに関し、詳細には符号化ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多重接続）無線周波数通信システムにおける動的マルチユーザサブキャリア割り当てに関する。

周波数選択性フェージングチャネルでは、様々なサブキャリアがそれぞれ異なるチャネル利得を受ける。これまで検討されているＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）ＴＤＭＡ（時分割多重接続）システムでは、各ユーザはすべてのサブキャリアで同時に送信し、ユーザはチャネルを時間で共用する。チャネルが送信機に完全に分かっている場合は、データ転送速度を最大にするにはいわゆる「（water-filling）」方式（すなわち、チャネル利得が高いときに出力が高く、チャネル利得が低いときに出力が低い）が最適であることが分かっている。単一ユーザＯＦＤＭシステムにおける送信出力割り当てを使用することによるデータ転送速度の向上は、スペクトルダイバーシティ効果によるものである。

ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多重接続）システムでは、ユーザは、利用可能なサブキャリアの（一般に、相互排他的な）サブセットで送信することにより、チャネルを時間ではなく周波数で共用する。１組のサブキャリアをサブチャネルにグループ化することができ、このサブチャネルがユーザに割り当てられる。やはり注水原理が適用されるが、サブキャリアを共用することにより、多元接続のためのシステム資源の割り当ての自由度が向上する。従って、ＯＦＤＭＡまたはマルチユーザＯＦＤＭシステムにおけるサブキャリアおよび出力割り当ての問題の様々な解決策を考慮する必要がある。複数のユーザが同じ場所にいる可能性はほとんどないので、様々なユーザからの信号は個別のフェージングを受ける可能性が高い。したがって、同じサブキャリアのすべてのユーザの信号に著しいフェージングが生じる可能性はきわめて低い。マルチユーザＯＦＤＭシステムでは、マルチユーザダイバーシティを利用することによりデータ転送速度を高めることができる。

ＯＦＤＭＡにおいて、ユーザが同じサブキャリアを共用するとき起こる干渉を回避することが望ましい。一般に、あるユーザにあるサブキャリアが割り当てられると、他のユーザはそのサブキャリアを使用することができない。従って、最適な解決策は、（単一ユーザシステムのように）選択された単一ユーザに最適なサブキャリアが割り当てられるとは限らない。これは、例えば、あるユーザの最適なサブキャリアが、偶然に他の適切なサブキャリアを持たない別のユーザに最適なサブキャリアである可能性があるからである。従って、他の手法を検討しなければならない。

以上のように、ＯＦＤＭＡシステムは、割り当てることができる複数のサブキャリアがあるので自由度を高めることができ、利用すべきはその特性である。ＯＦＤＭＡは、マルチユーザの状況とよく調和し、したがって、あるユーザにとって低品質のサブキャリアが別のユーザにとって高品質のサブキャリアになることができ、従ってそのサブキャリアを割り当てることができる。サブキャリアを適応的に割り当てることによって、様々な場所にいるユーザ間でチャネルダイバーシティを利用することができる。この「マルチユーザダイバーシティ」は、ユーザの個別の経路損失とフェージングを含むチャネルダイバーシティに由来する。これまで検討された解決策では、ＯＦＤＭＡシステムに可能なサブキャリアおよび出力割り当てアルゴリズムが提案された。例えば、W. Rhee, J.M. Cioffiによる「Increase in capacity of multi-user OFDM system using dynamic subchannel allocation」Vehicular Technology Conference Proceedings, 2000, IEEE 51^st, Volume: 2, 15-18 May 2000, Pag:1085-1089と、J.Jang, K. Bok Leeによる「Transmit Power Adaptation for Multi-user OFDM Systems」IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Volume: 21, Issue: 2, February 2003, Page: 171-178を参照されたい。

複数の送信機および／または受信機アンテナを使用すると、導入される複雑さのレベルが高くなる。そのような複数のアンテナシステムは、ＭＩＭＯ（multiple input multiple output）システムとして知られる。すべてのシステム、特に複数アンテナシステムにおいて、各送信機アンテナと各受信機アンテナ間の通信経路を考慮することが重要である。そのような通信経路は、マルチパスフェージング効果と混同するのを回避するために、以下の説明では「通信リンク」と呼ばれる。通信リンクとは、単に、送信機アンテナと受信機アンテナ間の直接接続のことである。例えば、単一アンテナシステムでは、送信機と受信機の間に１つの通信リンクがある。送信機１台に２つの送信機アンテナがあり受信機１台に２つの受信機アンテナがある複数アンテナの例では、通信リンクは４つになる。

空間ダイバーシティを提供しかつＭＩＭＯ機能を高めるために、２つの送信機アンテナ用に時間空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）アルゴリズムが提案された。例えば、B.Vuceticによる「Space-Time Codes for High Speed Wireless, Communications」 King’s College, London, November 2001と、A.F/Magiob, N.Seshadri, A.R.Calderbankによる「Increasing data rate over wireless channels」Signal Processing Magazine Vol.17 No.3, May 2000, pp.76-92と、Naofal Al-Dhahirによる「A New High-Rate Differential Space-Time Block Coding Scheme」IEEE Communications Letters, Vol.7, No.11, November 2003と、Siavash M. Alamoutiによる「A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications」IEEE Journal On Select Areas In Communications, Vol.16, No.8, October 1998とを参照されたい。

図１は、無線周波数電気通信システムのチャネルダイバーシティを示す。基地局１は、移動受信機２１と２２に信号を送信する働きをする。建物３などの障害物によって、基地局１と移動ユーザ２１、２２との間の伝送が複数の経路４１と４２をとることがある。この現象は周知であり、マルチパスダイバーシティとして知られる。移動受信機に到達する信号は、経路の異なる長さとその経路で生じる反射によって、利得が周波数の関数として変化する。すなわち、様々なユーザがそれぞれサブキャリアごとに異なる利得値を受け取る。図１では、分かりやすくするために、基地局と移動受信機にはそれぞれ１つのアンテナが示されている。しかしながら、送信機と受信機に任意の数のアンテナを使用できることは容易に理解されよう。

図２は、複数アンテナＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡシステムに使用するに適した基地局を示す。基地局１０は、複数のユーザからエンコーダ１０２にデータ入力Ｕ₁，Ｕ₂．．．Ｕ_Kを受け取る。エンコーダ１０２は、これらのユーザデータ信号Ｕ₁〜Ｕ_Kを、それぞれの組のサブキャリアＣ_1,1，Ｃ_1,2 ... Ｃ_1,N，Ｃ_2,1，Ｃ_2,2 ...Ｃ_2,Nに符号化する。図２に示した例では、２つの送信機アンテナであるので、符号化によって２組のサブキャリアが定義されることになる。

コントローラ１０８は、サブキャリアＣ₁〜Ｃ_Nの組をユーザＵ₁〜Ｕ_Kに割り当てるようにエンコーダ１０２を制御する。送信機の各アンテナは送信機変換装置１０４を備え、送信機変換装置１０４は、関連付けられたアンテナ用のサブキャリア信号の組を取得し、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）と並列直列変換を適用して、直列出力データストリームを生成する働きをする。このデータストリームは、出力装置１０６に送られ、１台の出力装置１０６の各アンテナに提供され、循環プレフィクスを追加し、関連付けられたアンテナ２０から送信するためにデジタル信号をアナログ信号に変換する。

コントローラ１０８は、各ユーザのチャネルサブキャリア性能を示すフィードバック信号ｆ₁〜ｆ_Kを受け取る。コントローラ１０８は、制御信号１１０を制御チャネル上で移動受信機に送る。

図３は、ＯＦＤＭシステムに使用するのに適した受信機を示す。各ユーザは、ユーザ受信機４０に接続された少なくとも１つの受信アンテナ３０を有する。ユーザ受信機４０は、各受信機アンテナごとに入力装置４０２を備え、この入力装置４０２は、関連付けられた受信機アンテナから来る信号のアナログデジタル変換を実行し、基地局送信機によって追加された循環プレフィクスを除去する。次に、デジタル信号は、受信機変換装置４０４（この場合も受信機アンテナ１つにつき１台）によって処理され、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）と直列並列変換を適用して、関係するアンテナ用に１組のサブキャリア信号Ｃ₁〜Ｃ_Nを生成する。各アンテナの入力装置と変換装置の組み合わせによって、１組のサブキャリア信号が生成される。そのような組のサブキャリア信号は、サブキャリアセレクタ４０６によって受け取られ、サブキャリアセレクタ４０６は、受け取った制御信号４１０に応じて、所与のユーザＫに適切なサブキャリアを選択する。選択されたサブキャリアは、このユーザＫに関するデータ信号を復号するデコーダ４０８に送られ、デコーダ４０８は、ユーザＫ用の出力信号Ｄ_Kを作成する。

次に、図２の基地局と図３の受信機の動作を詳細に説明する。

基地局１０にあるコントローラ１０８は、すべてのユーザからの所定のチャネルフィードバック情報を有し、サブキャリア割り当てアルゴリズムに従って各ユーザにサブキャリアを割り当てる。送信機においてＣＳＩ（Channel State Information：チャネル状態情報）が利用可能なとき、送信機は、チャネルのフェージング特性がシンボル（またはパケット）の持続時間中一定であると想定すると、ユーザにサブキャリアを割り当て、また送信出力をシンボルごと（またはパケットごと）に適応させてデータ転送速度を高めることができる。

説明した以前の１つの解決策において、RheeとCioffiは、各サブキャリアが、そのサブキャリアに適したチャネル利得を有するユーザに割り当てられるので、サブキャリア間で異なる出力割り当てが不要であることを示した。従って、このアルゴリズムは、すべてのユーザ用に最適なサブキャリアを見つけ等しい出力を割り当てるだけでよく、これにより実施態様の複雑さが減少する。

説明した以前の他の解決策において、JangとBok Leeは、ユーザがサブキャリアを共用することができる一般的な場合の送信出力割り当て方式とサブキャリア割り当てアルゴリズムを提案している。この場合、特定ユーザの信号の送信出力が高くなると、同じサブキャリア上の他のユーザの信号に対する干渉も大きくなる。しかしながら、数理解析の後、サブキャリアが１人のユーザだけに割り当てられそれにより干渉が生じない場合に性能が最高になることが分かった（このことは、過去と未来のすべての研究の基本前提になった）。RheeとCioffiと同様に、割り当てられたサブキャリア全体にわたってwater-filling原理を適用しても大きな利得が得られず、計算の複雑さを高めるので、同一出力割り当てが最良の手法であることが分かった。最終的に提案された方式では、あるサブキャリアに最適なチャネル利得を有する１人のユーザだけがそのサブキャリアでデータを送信する（各サブキャリアごとにどのユーザが最適な利得を有するか確認する）。また、マルチユーザダイバーシティがを提供するので、ユーザの数が多いほどデータ転送速度が高くなることが分かった。

JangとBok Leeによって提案された方式では、各サブキャリアの受信平均ＳＮＲが高くなりかつ平均データ転送速度が高くなるが、このアルゴリズムはユーザに公正（公平）ではない。各ユーザに割り当てられるサブキャリア数は一定でなく、従って、各ユーザが異なるデータ転送速度を有する可能性がある。さらに、（例えば、ユーザの位置によって）全てのサブキャリアに関して、考慮（検討）される複数ユーザの最適なチャネル利得を或るユーザが偶然有しない場合そのユーザにはサブキャリアが全く割り当てられないことになる。

課題解決するための手段

本発明の１つの態様によれば、サブキャリアを使用し複数の送信機アンテナと受信機アンテナを使用して複数のサブチャネルを送受信する電気通信システムにおいてサブキャリアをサブチャネルに割り当てる方法が提供される。サブキャリアの割り当ては、相関効果（correlation effect）を緩和する働きをする。

本発明の１つの態様によれば、複数のサブキャリアを使用して複数のサブチャネルを送信する電気通信システムにおいてサブチャネルに複数のサブキャリアを割り当てる方法であって、
ａ）関連付けられた複数のサブチャネルをそれぞれ有する複数の空間チャネルを定義するステップと、
各空間チャネルごとに、
ｂ）各サブチャネルに初期サブキャリアを割り当てるステップと、
ｃ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値を検出するステップと、
ｄ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値によって決定された順序で、空間チャネルと関連付けられたサブチャネルのそれぞれにさらに他のサブキャリアを割り当てるステップであって、
サブチャネルにサブキャリアを割り当てるステップが、割り当てられたサブキャリアの所定の範囲内のサブキャリアが別の空間チャネルのサブチャネルに既に割り当てられているかどうかを判定し、そのようなサブキャリアが別の空間チャネルの同じサブチャネルに既に割り当てられている場合に、当該空間チャネルのサブチャネルに別のサブキャリアを割り当てるステップを含み、
ｅ）ステップｃ）とステップｄ）を、すべてのサブキャリアが割り当てられるまで繰り返すステップとを含む方法。

本発明の別の態様によれば、電気通信システムであって、
複数のサブキャリアが割り当てられたサブチャネルで、少なくとも１台の受信機端末に信号を送信するように動作可能な送信機端末と、
送信機端末からのサブチャネル通信を受信するように動作可能な少なくとも１台の受信機端末と、
サブチャネルにサブキャリアを割り当て、受信機端末にサブチャネルを割り当てるように動作可能な割り当てユニットであって、割り当てユニットが、
ａ）関連付けられた複数のサブチャネルをそれぞれ有する複数の空間チャネルを定義し、
各空間チャネルごとに、
ｂ）各サブチャネルに初期サブキャリアを割り当て、
ｃ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値を検出し、
ｄ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値によって決定された順序で、サブチャネルと関連付けられた各サブチャネルにさらに他のサブキャリアを割り当て、サブチャネルにサブキャリアを割り当てる段階が、割り当てられたサブキャリアの所定の範囲内のサブキャリアが別の空間チャネルのそのサブチャネルに既に割り当てられているかどうかを判定し、そのようなサブキャリアが別の空間チャネルの同じサブチャネルに既に割り当てられている場合に、当該空間チャネルのサブチャネルに別のサブキャリアを割り当てるステップを含み、
ｅ）サブキャリアの品質測定値とその後の割り当ての検出を、すべてのサブキャリアが割り当てられるまで繰り返すように動作可能な割り当てユニットを含む電気通信システム、
が提供される。

本発明の別の態様によれば、電気通信システム用の送信機端末であって、
サブキャリアが割り当てられたサブチャネルで少なくとも１台の受信機端末に信号を送信するように動作可能な送信ユニットと、
サブチャネルにサブキャリアを割り当て、受信機端末にサブチャネルを割り当てるように動作可能な割り当てユニットであって、割り当てユニットが、
ａ）関連付けられた複数のサブチャネルをそれぞれ有する複数の空間チャネルを定義し、
各空間チャネルごとに、
ｂ）各サブチャネルに初期サブキャリアを割り当て、
ｃ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値を検出し、
ｄ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値によって決定された順序で、空間チャネルと関連付けられた各サブチャネルにさらに他のサブキャリアを割り当て、サブチャネルにサブキャリアを割り当てる段階が、割り当てられたサブキャリアの所定の範囲内のサブキャリアが別の空間チャネルのそのサブチャネルに既に割り当てられているかどうかを判定し、そのようなサブキャリアが空間チャネルの別の空間チャネルの同じサブチャネルに既に割り当てられている場合に、当該空間チャネルのサブチャネルに別のサブキャリアを割り当てる段階を含み、
ｅ）サブキャリアの品質測定値とその後の割り当ての検出を、すべてのサブキャリアが割り当てられるまで繰り返すように動作可能な割り当てユニットとを含む送信端末、
が提供される。

本発明を実施する方法が、無線周波数電気通信システムに特に適用可能であることは容易に理解されよう。また、本発明の原理が、他の通信技術を使用する他の通信システムに適用できることも容易に明らかになるであろう。

前述の実施形態が、本発明を限定するのではなく、当業者が、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲を逸脱せずに多くの代替実施形態を設計できることに注意されたい。特許請求の範囲において、かっこ内に記入された参照符号は、特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。語句「含む（comprising）」や「含む（comprises）」などは、全体として任意の請求項または明細書に列挙されたもの以外の要素またはステップの存在を除外しない。要素の単数形の表す内容は、そのような要素の複数形の表す内容を含み、またこの逆に要素の複数形の表す内容が要素の単数形の表す内容を含む。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアと、適切にプログラムされたコンピュータによって実施することができる。いくつかの手段を列挙する特許請求の範囲において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの同一の要素によって実施することができる。互いに異なる従属請求項に特定の手段が列挙されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。

ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡのシステムでは、マルチパスダイバーシティがある状態で、すべてのサブキャリアは様々な振幅で所与の受信機に到達する。実際には、一部のサブキャリアは、著しいフェージング効果のために完全になくなることがある。従って、全体のビット転送速度と容量は、最小振幅を有するほんのわずかなサブキャリアによって決定される（ほとんどのサブキャリアを誤りなく検出できる場合でも）。

この欠点を解消するために、ほとんどのＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡシステムは、チャンネルコーディングを使用する。サブキャリア全体にわたる符号化を使用して、弱いサブキャリアの誤りを訂正することができる。符号化ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡシステムの性能は、最も弱いサブキャリアの出力ではなく平均受信出力によって決まる。平均受信電力によって決定することができる。

図４は、本発明を実施する第１の方法を示す。この方法は、サブチャネル品質測定値に関連するデータを初期設定することにより始まる（ステップＡで）。例えば、品質測定の初期レベルを０に設定することができる。ステップＢで、第１の空間チャネルの各サブチャネルのそれぞれの初期サブキャリアを見つける。各初期サブキャリアは、第１の空間チャネルのそのサブチャネルに最適なサブキャリア利得を見つけために見つけられる。

本発明の実施形態において、複数の「空間チャネル」が定義され、空間チャネルの数の計算は後で説明する。各空間チャネルは、すべてのサブチャネルを含み、そのようなすべてのサブチャネルのサブキャリアの割り当てを生成するために使用される。この割り当て方法は、全てのそれらのサブチャネルに対するサブキャリアを割り当てる順序で、定義された空間チャネルのそれぞれに繰り返される。

空間チャネル数は、任意に選択されてもよく、電気通信システムで使用されるアンテナの数と関連付けられてもよい。例えば、空間チャネルの数は、送信機アンテナの数と等しくてもよく、受信機アンテナの数と等しくてもよく、あるいは送信機アンテナの数と受信機アンテナの数の少ない方と等しくてもよい。代替として、空間チャネルの数は、送信機アンテナと受信機アンテナの数の積と等しくてもよい。空間チャネルの数は、以下で述べる割り当て方法により事前に決定される。

初期化ステップに続いて、ステップＣ１によって、プロセスが次の定義された空間チャネルに進む。サブチャネルの品質測定値は、割り当てられたサブキャリアを反映するように更新され（ステップＣ２）、ひとたび（一度）サブキャリアが割り当てられた後、そのサブキャリアは別のサブチャネルへの割り当てに利用できなくなる。

この場合、プロセスのステップＤ１〜Ｄ３は、現行空間チャネルのサブチャネルにさらに他のサブキャリアを割り当てる役割をする。

本発明を実施する第１の方法において、割り当てられたサブキャリアは、そのサブキャリアが別の空間チャネルの当該サブチャネルに既に割り当てられたサブキャリアの所定の範囲内にある場合には拒絶され置き換えられる。例えば、サブキャリアは、そのサブキャリアが既に割り当てられているサブキャリアと隣接している場合に拒絶され得る。図４のステップＤ２とステップＤ３で、サブキャリアの相対位置に関してこの確認が行われる。サブキャリアが所定の範囲内にある場合は、新しいサブキャリアが選択され（ステップＤ３）、そのサブキャリアが確認される。サブチャネルの既存の割り当て済みサブキャリアの所定の範囲内にないサブキャリアが見つかったときは、そのサブキャリアが、現行空間チャネルのサブチャネルに割り当てられる。

次に、プロセスは進み、すべてのサブキャリアが現行空間チャネルに割り当てられたかどうかを確認する（ステップＥ１）。割り当てが完了していない場合、プロセスはステップＤ１に戻り、現行空間チャネルのサブチャネルに別のサブキャリアを割り当てる。このプロセスは、すべてのサブキャリアが現行空間チャネルのすべてのサブチャネルに割り当てられるまで繰り返される。

すべてのサブキャリアが現行空間チャネルに割り当てられたとき、プロセスは、すべての空間チャネルにサブキャリアが割り当てられたかどうかを確認し（ステップＥ２）、割り当てが完了した場合は、プロセスは終了する。そうでない場合は、プロセスはステップＣ１に戻り、次の空間チャネルのサブチャネルにサブキャリアを割り当てる。このプロセスは、すべての空間チャネルにすべてのサブキャリアが割り当てられるまで繰り返される。

第１の方法は、アルゴリズム的に以下のように説明される。アルゴリズムにおいて、Ｐ_kは、サブチャネルｋの品質測定値を表わし、Ｋはサブチャネルの数であり、Ｎはサブキャリアの数であり、Ｃはサブキャリア割り当て行列であり、Ｍは空間チャネルの数であり、ｓは１つのサブチャネル当たりのサブキャリアの数である。以下に説明するアルゴリズムは、空間チャネルの数が送信機アンテナと受信機アンテナの数の積と等しいと仮定する。以下に示す例において所定の範囲は１０に設定されるが、この値は、任意に選択することができることを理解されよう。

１．初期設定（ステップＡ）
すべてのユーザＫ＝１〜ＫについてＰ_k＝０に設定する。Ｎ_m=[1,2,3…768]，
ｍ＝｛1,2..Ｍ＝Ｔｘ×Ｒｘ｝
すべてのユーザＫ＝１〜ＫについてＣ_t,k,s,l＝０に設定する。Ｎ_m=[1,2,3…768]，
ｍ＝｛1,2..Ｍ｝
Ｔ=2000に設定する。
ｓ＝１に設定する

ＩＩ．メインプロセス
１．１回目（ステップＢ）。最初の空間チャネル。
ｋ＝１〜Ｋについて
（ａ）ｊ∈Ｎのすべてについて｜ｈ_k,n,m|≧|h_k,j,m｜
を満たすサブキャリアｎを見つける。
（ｂ）（ａ）からのｎでＰ_k，Ｎ_m，Ｃ_t,k,s,lを更新する。

２．Ｎm≠０の間
（ａ）サブキャリアの品質測定値に従ってソートリストを作成する。
次の式を満たすサブキャリアｋを見つける。
Ｐk≦Ｐi （すべてのｉについて。１≦ｉ≦k）
（ｂ）サブチャネルｋについて，次の関係を満たすサブキャリアｎを見つける。
｜ｈ_k,n,m|≧|h_k,j,m｜（すべてのｊについて。Ｊ∈Ｎ
（ｃ）次の関係の従って（ｂ）からのｎでＰ_k，Ｎ_mおよびＣ_t,k,s,lを更新する。

（ｄ）すべてのサブチャネルに別のサブキャリアが割り当てられるまで（ａ）で得たソートリスト内の次のサブチャネルに進む。

ｍ＝２〜Ｍ（Ｍ=Ｔ_x×Ｒ_x）について（各空間チャネルに）
１．初期設定（ステップＡ）
すべてのユーザＫ＝１〜ＫについてＰ_k＝０に設定する。Ｎ_m=[1,2,3…768]，
ｍ＝｛1,2..Ｍ＝Ｔx×Ｒx｝
すべてのユーザＫ＝１〜ＫについてＣ_t,k,s,m＝０に設定する。Ｎ_m=[1,2,3…768]，
ｍ＝｛1,2..Ｍ｝
Ｔ=2000
ｓ＝１に設定する。

２．Ｎm≠０の間
（ａ）サブチャネルの品質測定値に従ってソートリストを作成する。
次の関係を満たすサブチャネルｋを見つける。
Ｐk≦Ｐi （すべてのｉについて。１≦i≦k）
（ｂ）Ｌ＝ｎ
ｄ＝１〜ｍ−１について
|Ｌ-Ｃ_t,k,s,d｜＜１０かどうか調べる。（１０は所定の値（段階Ｄ２））
|Ｌ-Ｃ_t,k,s,d｜＜１０の場合
ｊ∈Ｎ−｛Ｌ｝のすべてのついて｜ｈ_k,l,m|＞｜ｈ_k,n',m|＞|ｈ_k,j,m｜を満たすサブキャリアn’を見つける。
Ｌ＝n’；
終わり
（ｃ）（ｂ）からのＬでＰ_k，Ｎ_m，Ｃ_t,k,s,mを更新する。

（ｄ）現行空間チャネルのすべてのサブチャネルに別のサブキャリアが割り当てられるまで、ソートリスト内の次のサブチャネルに進む（ステップＥ１）。
次の空間チャネルに進む（ステップＥ２）。

周知のとおり、ＭＩＭＯシステムの性能はほとんど無線チャネルの空間相関特性に依存する。１対のアンテナ素子間の非相関性を実現する容易な方法は、それらのアンテナ素子を互いに遠くに離すことである。しかしながら、ほとんどの場合、アンテナの間隔は機器の特性によって制限される。また、環境の特性がこの方法の有効性を制限する場合がある。

本発明を実施する方法を適用して、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡシステムの相関性の影響と戦うことができる。実際に、本発明の原理によるサブキャリアの割り当ての選択は、相関性の影響を減少することが分かった。

そのような方法の有効性は、ハードウェアの空間要件または無線チャネルキーホールによって課される制限にほとんど左右されない（複数のユーザが同じ場所にいないと仮定した場合）。各ユーザごとに、サブキャリアの割り当ては、相関を減少させると同時にチャネルエネルギーの最大割り当てを得ようとするように実行される。

図５は、図４に示した第１の方法の特定の例である第２の方法を示す。この第２の方法は、第１の方法の所定の範囲が１に設定される状況に関する。すなわち、第２の方法は、サブキャリア割り当ての重複を調べる。

第２の実施形態のプロセスの段階は、段階Ｄ２が、選択されたサブキャリアが当該サブチャネルに以前に割り当てられたサブキャリアと同一かどうかを確認するという１つの例外を除いて、第１の実施形態のプロセスの段階と同一である。

第２の実施形態の以下のアルゴリズム的な説明では、空間チャネルの数が、送信機アンテナと受信機アンテナの数の積と等しいと仮定する。

１．初期設定(ステップＡ)
すべてのユーザＫ＝１〜ＫについてＰ_k＝０に設定する。Ｎ_m=[1,2,3…768]，
ｍ＝｛1,2..Ｍ＝Ｔｘ×Ｒｘ｝
すべてのユーザＫ＝１〜Ｋについて
Ｃ_t,k,s,l＝０に設定する。Ｎ_m=[1,2,3…768]，
ｍ＝｛1,2..Ｍ｝
Ｔ=2000に設定する。
ｓ＝１に設定する

ＩＩ．メインプロセス
１．１回目(ステップＢ)
ｋ＝１〜Ｋについて
（ａ）ｊ∈Ｎのすべてについて｜ｈ_k,n,m|≧|h_k,j,m｜を満たすサブキャリアｎを見つける。
（ｂ）（ａ）からのｎでＰ_k，Ｎ_m，Ｃ_t,k,s,lを更新する。

２．Ｎm≠０の間
（ａ）サブチャネルの品質測定値に従ってソートリストを作成する。
次の関係を満たすサブチャネルkを見つける。
Ｐ_k≦Ｐ_i （すべてのｉについて。１≦i≦k）
（ｂ）（ａ）で得たサブチャネルｋについて、次の関係を満たすサブキャリアｎを見つける。
｜ｈ_k,n,m|≧|h_k,j,m｜（ｊ∈Ｎのすべてについて）
(c)次の関係により（ｂ）からのｎでＰ_k，Ｎ_mandＣ_t,k,s,lを更新する。

ｍ＝２〜Ｍのすべてについて(Ｍ＝Ｔx×Ｒx)
１．初期設定(ステップＡ)
すべてのユーザ〜ＫについてＰ_k＝０に設定する。Ｎ_m=[1,2,3…768]，
ｍ＝｛1,2..Ｍ＝Ｔｘ×Ｒｘ｝
すべてのユーザＫ＝１〜ＫについてＣ_t,k,s,m＝０に設定する。Ｎ_m=[1,2,3…768]，
ｍ＝｛1,2..Ｍ｝
Ｔ=2000に設定する。
ｓ＝１に設定する

ＩＩ．メインプロセス
１．１回目(ステップＢ)
ｋ＝１〜Ｋについて
（ａ）ｊ∈Ｎのすべてについて｜ｈ_k,n,m|≧|ｈ_k,j,m｜を満たすサブキャリアｎを見つける。
（ｂ）Ｌ＝ｎ（Lはｎの代わりの変数）
ｄ＝１〜ｍ−１について
Ｌ＝Ｃ_t,k,i,d かどうか調べる、
Ｌ＝Ｃ_t,k,i,d の場合、
ｊ∈Ｎ−｛Ｌ｝のすべてのついて｜ｈ_k,l,m|＞｜ｈ_k,n',m|＞|ｈ_k,j,m｜を満たすサブキャリアn’を見つける。
Ｌ＝n’；
終わり
（ｃ）（ｂ）からのＬでＰ_k，Ｎ_m，Ｃ_t,k,s,dを更新する。

２．Ｎm≠０の間
（ａ）サブチャネルの品質測定値に従ってソートリストを作成する。
次の関係を満たすサブチャネルｋを見つける。
Ｐ_k≦Ｐ_i （１≦i≦kのすべてのiについて）
（ｂ）Ｌ＝ｎ
ｄ＝１〜ｍ−１について
Ｌ＝Ｃ_t,k,s,d かどうか調べる。
Ｌ＝Ｃ_t,k,s,dの場合
ｊ∈Ｎ−｛Ｌ｝のすべてのついて｜ｈ_k,l,m|＞｜ｈ_k,n',m|＞|ｈ_k,j,m｜を満たすサブキャリアn’を見つける。
Ｌ＝n’；
終わり
（ｃ）（ｂ）からのＬでＰ_k，Ｎ_m，Ｃ_t,k,s,mを更新する。

（ｄ）すべてのサブチャネルに別にサブキャリアが割り当てられるまでソースリスト内の次のサブチャネルに進む。
ｍ＝Ｍになるまで次の空間チャネルに進む。

本発明は、無線電気通信システムに関して説明するが、本発明の技術と原理が他のシステムにも適用可能であることは容易に理解されよう。

前述の方法のいずれかの方法によるサブチャネルへのサブキャリアの割り当ては、電気通信システムの送信機端末によって実行可能であることは容易に理解されよう。代替として、割り当ては、システムの受信機端末の１台または複数台によって実行することもできる。さらに他の代替として、割り当ては、個別の割り当てユニットによって実行することもでき、あるいは割り当てプロセスをシステムの複数の端末全体にわたって分散させることもできる。

前述のアルゴリズムが決定論的なので、すべての端末がチャネル上の同じ情報にアクセスする場合、それらの端末はすべて同じ結果のアルゴリズムを実施することがある。そのようなシステムでは、すべての端末がチャネルに関する関連情報を有することが必要であり、これは、特に、基地局のない分散制御を使用するネットワークに当てはまる。システム内で利用可能な制御チャネルを使用して各ユーザ端末に情報を提供することができる。

説明した実施形態では出力レベルを品質計量値として使用したが、本発明が任意の品質測定値に適用可能であることは容易に理解されよう。例えば、サブキャリアの割り当ての基準の品質測定値として、出力レベルまたはＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）を使用することができる。他の品質測定値も使用することができる。

無線電気通信システムにおけるマルチパスダイバーシティを示す図である。ＯＦＤＭ無線電気通信システムで使用される基地局送信機を示すブロック図である。ＯＦＤＭ無線通信システムで使用される受信機を示すブロック図である。本発明を実施する第１の方法の段階を示すフローチャートである。本発明を実施する第２の方法の段階を示すフローチャートである。

符号の説明

２０₁、２０₂ アンテナ
１０２エンコーダ
１０４₁、１０４₂ 送信機変換装置
１０６₁、１０６₂ 出力装置
１０８コントローラ

Claims

複数のサブキャリアを使用して複数のサブチャネルを送信する電気通信システムにおい
てサブチャネルに複数のサブキャリアを割り当てる方法であって、
ａ）関連付けられた複数のサブチャネルをそれぞれ有する複数の空間チャネルを定義するステップと、
各空間チャネルごとに、
ｂ）各サブチャネルに対し各サブチャネルにおける最も利得の高いサブキャリアを初期サブキャリアとして割り当てるステップと、
ｃ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値を検出するステップと、
ｄ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値が高い順に、空間チャネルと関連付けられたサブチャネルのそれぞれにさらに他のサブキャリアを割り当てるステップであって、
サブチャネルにサブキャリアを割り当てるステップは、複数の空間チャネル内で特定のサブチャネルに同じサブキャリアが割り当てられないような範囲である所定の範囲内のサブキャリアが別の空間チャネルのサブチャネルに既に割り当てられているかどうかを判定し、そのようなサブキャリアが別の空間チャネルの同じサブチャネルに既に割り当てられている場合に、当該空間チャネルのサブチャネルに別のサブキャリアを割り当てるステップを含み、
ｅ）ステップｃ）とステップｄ）を、すべてのサブキャリアが割り当てられるまで繰り返すステップとを含む方法。
所定の範囲が、複数の空間チャネル内で特定のサブチャネルに同じサブキャリアが割り
当てられないような範囲である、請求項１に記載の方法。
それぞれの品質測定値を検出するステップが、複数の空間チャネルのサブセット全体に
わたる各サブチャネルの品質測定値を検出するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
それぞれの品質測定値を検出するステップが、すべての空間チャネル全体にわたる各サ
ブチャネルの品質測定値を検出するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
それぞれの品質測定値を検出するステップが、予め選択された１つの空間チャネルの各
サブチャネルごとの品質測定値を検出するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
サブチャネルのそれぞれの品質測定値を検出するステップが、サブチャネル品質測定値
を示すフィードバックデータを受け取るステップを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
電気通信システムが、ワイヤレス通信システムである、請求項１から６のいずれか１項
に記載の方法。
電気通信システムが、無線周波数電気通信システムである、請求項１から７のいずれか
１項に記載の方法。
無線周波数電気通信システムが、直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）システムであ
る、請求項８に記載の方法。
割り当てが、電気通信システムの送信機端末によって実行される、請求項１から９のい
ずれか１項に記載の方法。
品質測定値が、電力レベル測定値である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方
法。
品質測定値が、ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）である、請求項１から１１のいずれか１
項に記載の方法。
複数のサブキャリアをそれぞれのサブキャリア周波数で使用する電気通信システムにお
いて送信機端末から少なくとも１台の受信機端末にデータを送る方法であって、
複数のサブチャネルのそれぞれにサブキャリアを割り当てるステップと、
１台またはそれぞれの受信機端末に少なくとも１つのサブチャネルを割り当てるステップと、
１台またはそれぞれ受信機端末に割り当てられたそれぞれのサブチャネルで送信機端末から１台またはそれぞれの受信機端末にデータを送信するステップとを含み、
複数のサブチャネルのそれぞれにサブキャリアを割り当てるステップが、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法を使用する方法。
電気通信システムであって、
複数のサブキャリアが割り当てられたサブチャネルで、少なくとも１台の受信機端末に信号を送信するように動作可能な送信機端末と、
送信機端末からのサブチャネル通信を受信するように動作可能な少なくとも１台の受信機端末と、
サブチャネルにサブキャリアを割り当て、受信機端末にサブチャネルを割り当てるように動作可能な割り当てユニットとを含み、該割り当てユニットが、送信機端末によって提供され、当該割り当てユニットが、
ａ）関連付けられた複数のサブチャネルをそれぞれ有する複数の空間チャネルを定義し、
各空間チャネルごとに、
ｂ）各サブチャネルに対し各サブチャネルにおける最も利得の高いサブキャリアを初期サブキャリアとして割り当て、
ｃ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値を検出し、
ｄ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値が高い順に、空間チャネルと関連付けられた各サブチャネルにさらに他のサブキャリアを割り当て、サブチャネルにサブキャリアを割り当てる段階は、複数の空間チャネル内で特定のサブチャネルに同じサブキャリアが割り当てられないような範囲である所定の範囲内のサブキャリアが別の空間チャネルのそのサブチャネルに既に割り当てられているかどうかを判定し、そのようなサブキャリアが別の空間チャネルの同じサブチャネルに既に割り当てられている場合に、当該空間チャネルのサブチャネルに別のサブキャリアを割り当てるステップを含み、
ｅ）サブキャリアの品質測定値とその後の割り当ての検出を、すべてのサブキャリアが割り当てられるまで繰り返すように動作可能な電気通信システム。
所定の範囲が、複数の空間チャネル内の特定のサブチャネルに同じサブキャリアが割り
当てられないような範囲である、請求項１４に記載のシステム。
少なくとも１つの送信機アンテナを有し、空間チャネルの数が送信機アンテナの数と関
連する、請求項１４または１５に記載のシステム。
空間チャネルの数が、送信機アンテナの数と等しい、請求項１６に記載のシステム。
少なくとも１台の受信機アンテナを有し、空間チャネルの数が受信機アンテナの数と関
連する、請求項１４または１５に記載のシステム。
空間チャネルの数が、受信機アンテナの数と等しい、請求項１８に記載のシステム。
それぞれ複数の送信機アンテナと受信機アンテナを含む、請求項１４または１５に記載
のシステム。
空間チャネルの数が、送信機アンテナの数と受信機アンテナの数の少ない方と等しい、
請求項２０に記載のシステム。
空間チャネルの数が、送信機アンテナの数と受信機アンテナの数の積と等しい、請求項
２０に記載のシステム。
割り当てユニットが、複数の空間チャネルのサブセット全体にわたる各サブチャネルの
品質測定値を検出するように動作可能な請求項１４から２２のいずれか１項に記載のシステム。
割り当てユニットが、すべての割り当てセット全体にわたる各サブチャネルの品質測定
値を検出するように動作可能な請求項１４から２２のいずれか１項に記載のシステム。
割り当てユニットが、予め選択された１つの空間チャネルの各サブチャネルの品質測定
値を検出するように動作可能な請求項１４から２２に記載のシステム。
割り当てユニットが、サブチャネル品質測定値を示すフィードバックデータを受け取る
ように動作可能な請求項１４から２５のいずれか１項に記載のシステム。
電気通信システムが、ワイヤレス通信システムである、請求項１４から２６のいずれか
１項に記載のシステム。
電気通信システムが、無線周波数電気通信システムである、請求項１４から２７のいず
れか１項に記載のシステム。
無線周波数電気通信システムが、直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）システムであ
る、請求項２８に記載のシステム。
品質測定値が、電力レベル測定値である、請求項１４から２９のいずれか１項に記載の
システム。
品質測定値が、ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）である、請求項１４から３０のいずれか
１項に記載のシステム。
送信機端末が、
少なくとも１つのサブチャネルを１台またはそれぞれの受信機端末に割り当て、
受信機端末に割り当てられたサブチャネルで１台またはそれぞれの受信機端末にデータを送信するように動作可能な請求項１４から３１のいずれか１項に記載のシステム。
電気通信システム用の送信機端末であって、
サブキャリアが割り当てられたサブチャネルで少なくとも１台の受信機端末に信号を送信するように動作可能な送信ユニットと、
サブチャネルにサブキャリアを割り当て、受信機端末にサブチャネルを割り当てるように動作可能な割り当てユニットであって、割り当てユニットが、
ａ）関連付けられた複数のサブチャネルをそれぞれ有する複数の空間チャネルを定義し、各空間チャネルごとに、
ｂ）各サブチャネルに対し各サブチャネルにおける最も利得の高いサブキャリアを初期サブキャリアとして割り当て、
ｃ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値を検出し、
ｄ）サブチャネルのそれぞれの品質測定値が高い順に空間チャネルと関連付けられた各サブチャネルにさらに他のサブキャリアを割り当て、サブチャネルにサブキャリアを割り当てる段階は、複数の空間チャネル内で特定のサブチャネルに同じサブキャリアが割り当てられないような範囲である所定の範囲内のサブキャリアが別の空間チャネルのそのサブチャネルに既に割り当てられているかどうかを判定し、そのようなサブキャリアが空間チャネルの別の空間チャネルの同じサブチャネルに既に割り当てられている場合に、当該空間チャネルのサブチャネルに別のサブキャリアを割り当てる段階を含み、
ｅ）サブキャリアの品質測定値とその後の割り当ての検出を、すべてのサブキャリアが割り当てられるまで繰り返すように動作可能な割り当てユニットとを含む送信機端末。
所定の範囲が、複数の空間チャネル内の特定のサブチャネルに同じサブキャリアが割り
当てられないような範囲である、請求項３３に記載の端末。
少なくとも１つの送信機アンテナを有し、空間チャネルの数が、送信機アンテナの数と
関連する、請求項３３または３４に記載の端末。
空間チャネルの数が、送信機アンテナの数と等しい、請求項３５に記載の端末。
割り当てユニットが、複数の空間チャネルのサブセット全体にわたる各サブチャネルの
品質測定値を検出するように動作可能な請求項３３から３６のいずれか１項に記載の端末。
割り当てユニットが、すべての空間チャネル全体にわたる各サブチャネルの品質測定値
を検出するように動作可能な請求項３３から３６のいずれか１項に記載の端末。
割り当てユニットが、予め選択された１つの空間チャネルの各サブチャネルの品質測定
値を検出するように動作可能な請求項３３から３６のいずれか１項に記載の端末。
割り当てユニットが、サブチャネル品質測定値を示すフィードバックデータを受け取る
ように動作可能な請求項３３から３９のいずれか１項に記載の端末。
電気通信システムが、ワイヤレス通信システムである、請求項３３から４０のいずれか
１項に記載の端末。
電気通信システムが、無線周波数電気通信システムである、請求項３３から４１のいず
れか１項に記載の端末。
無線周波数電気通信システムが、直交周波数分割多重接続（ＯＦＤＭＡ）システムであ
る、請求項４２に記載の端末。
品質測定値が、電力レベル測定値である、請求項３３から４３のいずれか１項に記載の
端末。
品質測定値が、ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比）である、請求項３３から４４のいずれか
１項に記載の端末。
少なくとも１つのサブチャネルを１台またはそれぞれの受信機端末に割り当て、
当該受信機端末に割り当てられたサブチャネル上で、１台またはそれぞれの受信機端末にデータを送信するように動作可能な、請求項３３から４５のいずれか１項に記載の端末。