高いシステム容量および公平性を達成するランダムビームフォーミングマルチユーザMIMO-OFDM 方式

摘要

We propose a random beamforming technique in multiuser multi-antenna orthogonal frequency division mulplex-ing (OFDM) systems for a large system capacity and fairness among users. In the proposed technique, we allocate several beams on each subcarrier to users based on signal-to-interference pluse noise ratio (SINR). We also allocate all the remaining beams on each subcarrier by the proportional fairness (PF) algorithm. After allocating all the beams, we select the beams and the corresponding subcarriers where each user with low capacity has his highest SINR. We use the random unitary matrices corresponding to the selected beams and subcarriers on next time. Allocating the beams as the above, the proposed technique can achieve high system capacity and fairness among users. We show that the proposed technique can achieve good trade-off between system capacity and fairness among users by changing the number of beams on each subcarrier that we allocate to users based on SINR. We also show that compared to the conventional technique, the proposed techique achieves high system capacity with the same variance of user capacity.%本稿では，マルチユーザマルチアンテナOFDMシステムにおいて高いシステム容量及びユーザ間の公平性を達成するランダムビームフォーミング方式を提案する．提案方式では，基地局（BS）は各ユーザからフィードバックされたランダムユニタリ行列で形成された各サブキャリアの全ビームに対するSignal-to-Interference-plus-Noise Rado （SINR）をもとに，各サブキャリアのq 本のビームに対して高いシステム容量を実現するため最大のSINR を持つユーザに割り当てる．各サブキャリアの残りのビームに対しては，ユーザ間の公平性を実現する，すなわちユーザ間の容量差を小さくするため，ユーザ毎の瞬時容量と平均容量の比を使用するProportional Faimess（PF）アルゴリズムを適用する．全ビームを割り当てたあと，BS は，ユーザ平均客量を計算し各ユーザの平均客量との比を算出する．そして，その値が閾値より小さい全ユーザに対して，ユーザ毎に最もSINR が高いビームが存在するサブキャリアを見つけ，そのサブキャリアに対するランダムユニタリ行列を次の時刻でも使用する．計算機シミュレーションの結果，提案方式は，最大のSINR を持つユーザに割り当てるビーム数を変化させることで，システム客量とユーザ間の公平性を調節できることを示す．また，大きなSINR を達成するランダムユニタリ行列を次の時刻でも使用することで，より高い公平性を実現しつつ，システム容量特性を改善できることを示す．