アンテナ毎送信電力制限下におけるシステムスループットの最大化を目的としたホタルアルゴリズムを用いたMassive MIMOビームフォーミング制御の検討

摘要

本稿では，アンテナ毎の送信電力に制限がある下りリンクMassive MIMO（multiple-input multiple-output）において，様々に定義されたシステムスループットの最大化を目的としたホタルアルゴリズム（FA：firefly algorithm）を用いたビームフォーミング（BF：beamforming）制御について検討する．Massive MIMOでは，チャネル状態情報に基づく BF 制御が多数のアンテナの使用による電力利得や空間多重されたストリーム間の干渉抑圧のために必須であるが，多数の送信アンテナ毎に用意される電力増幅器の能力は限定的なため，送信アンテナ毎の送信電力の最大値には厳しい制限が設けられると考えられる．アンテナ毎送信電力制限下における送信 BF の最適化の問題は一般に複雑であり，本稿では，先に検討した群知能の一種である EA を用いた送信 BF 制御法を拡張することにより，周波数利用効率とユーザ間の公平性の観点から様々に定義されたシステムスループットの最大化を目指す．ホタルの位置を BF 行列に，BF 行列から計算されるシステムスループット最大化のためのメトリックをホタルの明るさと見立てることにより，FA を BF 制御に適用する. 計算機シミュレーションにより，システム子ループットして，算術平均，幾何平均，調和平均，最小ユーザスループットが定義されたときに，提案する FA を用いた BF 制御が従来のゼロウォーシング（ZF：zero forcing）に基づくBF 制御に比較してシステムスループットを大幅に増大できることを示す．