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

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 Ratio (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 Fairness (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，ユーザ平均容量を計算し各ユーザの平均容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，システム容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．