JP5586043B2 - Ｍｉｍｏ−ｏｆｄｍシステムにおける電力割り当て方法，及び電力割り当て装置 - Google Patents

Description

本発明は，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける電力割り当て方法，及び電力割り当て装置などに関し，特に，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて，複数のチャネルに対して電力を割り当てるための電力割り当て方法及び電力割り当て装置などに関する。

ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）では，無線を介してデータの送受信を行うために，複数のアンテナが用いられる。ＭＩＭＯでは，単位時間あたりの通信量を多くすることができる。

また，無線通信方式としては，ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ａｃｃｅｓｓ：直交周波数分割多元接続方式）やＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：時分割多重接続方式）が知られている。ＯＦＤＭＡやＴＤＭＡは，スペクトラム（周波数帯域）の利用効率を高めるための通信方式である。ＯＦＤＭＡでは，サブチャネルを複数のユーザー端末に共有させることで，スペクトラムの利用効率の向上を図っている。

上述したＭＩＭＯとＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムが知られている（例えば，特許文献１参照。）。このＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムでは，基地局（ＢＳ：ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）が，アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルの双方のチャネルのために，ユーザー端末に対して無線リソースを割り当てる必要がある。ここで，無線リソースとしては，電力やサブキャリアーがある。サブキャリアーとは，サブチャネルを構成する構成要素の１つである。言い換えると，複数のサブキャリアーの集まりがサブチャネルである。

そして，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡシステムにおいて，無線リソースの割り当てが確実に行われない場合，チャネルのスペクトラム効率が低下することとなる。そこで，電力割り当てのために，注水アルゴリズム（ｗａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いることが行われている。注水アルゴリズムは，総電力一定のもとで，複数のチャネルに対して電力割り当てを行うものである。この注水アルゴリズムを用いることにより，無線通信システムのキャパシティ（通信路容量）を最大化することができる。

しかしながら，注水アルゴリズムで用いられる用語「キャパシティ」は，理論的なパラメーターに過ぎず，実用中の無線通信システムにおいてはキャパシティを計測したり，評価したりすることができない。そのため，従来の無線通信システムでは，キャパシティの評価結果に応じて，他のパラメーターを変更したり，ユーザー端末の移動に伴ってパラメーターを変更したりすることができず，実用的ではなかった。具体的には，従来の注水アルゴリズムを用いた場合，必要とする以上の電力が割り当てられる場合があり，その過剰に割り当てられた電力は，無線通信システムのスループットを低下させる原因となる。

特表２００８−５０１２８４号公報

そこで，本発明は，上述した問題に対して実用的な解決方法を提供することを主な目的とする。

具体的には，本発明は，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて評価可能なパラメーターであるスループットに着目してなされたものであり，そのスループットを最大化することができる電力割り当て方法及び電力割り当て装置などを提供することを目的とする。また，本発明は，改良又は拡張された注水アルゴリズム（電力割り当てプログラム）を提供することも目的とする。

本発明の第１の側面は，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて，複数のチャネルの各々に電力を割り当てるための方法に関する。この方法では，複数のチャネルをＳＩＮＲ値の順にソートし，ソート後の複数のチャネルに対して，注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てを行う。続いて，複数のチャネルの各々について，割り当てられる電力の第１電力値と，データレートを可能な限り最大化するのに必要な必要電力量とを比較し，第１電力値が必要電力量よりも大きい場合には，当該チャネルに対して，必要電力量を割り当てる。これにより，チャネルに対して過剰に電力が割り当てられることを回避することができる。一方，第１電力値が必要電力量よりも小さいチャネルに対しては，注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てが行われる。このとき割り当てられる電力の第２電力値は，割り当て可能な電力の総電力量が多いため，第１電力値よりも高い。これにより，チャネルに対して割り当てられる電力が不足することや無駄になることを回避することができる。

これらの結果，この側面によれば，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのパフォーマンスの最大化を図ることができる。また，この側面によれば，データレートを考慮するので，キャパシティを考慮することがない。その結果，この側面によれば，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける従来の課題を解決して，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを実用的なものとすることができる。

また，本発明の好ましい側面では，第２電力値が必要電力量よりも大きい場合には，当該チャネルに対して，第２電力値に代えて必要電力量を割り当てる。一方で，第２電力値が必要電力量よりも小さいチャネルに対しては，注水アルゴリズムと同様の注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てが行われる。これにより，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのパフォーマンスの最大化をより確実に図ることができる。

また，本発明の好ましい側面では，必要電力量が，変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳ（ＭＣＳ：ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）に基づいて算出される。ここで，ＭＣＳを考慮することにより，データレートが最大化されるように必要電力量を算出することが確実にできる。

また，本発明のより好ましい側面では，第１電力値を割り当てる前に，必要電力量が算出される。これにより，第１電力値と必要電力量の比較を速やかに行うことができる。

また，本発明の好ましい側面では，第１電力値を割り当てる前に，必要電力量が，変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳに基づいて算出され，第１電力値を割り当てた後であって，第２電力値を割り当てる前までの間に，必要電力量が小さい値に更新される。すなわち，利用可能な（サポート可能な）ＭＣＳに応じて必要電力量が定まることとなる。これにより，可能な限り高いデータレートを確保することができる。

また，本発明のより好ましい側面では，最適なＭＣＳから最も適していないＭＣＳまでの複数のＭＣＳの群から，最適なＭＣＳから当該最適なＭＣＳに次善のＭＣＳという順序でＭＣＳを用いることで，必要電力量が注水アルゴリズムでの水充填定数よりも低い値となるように算出され，その値に更新される。これにより，必要電力量を，水充填定数に近い値であって，当該水充填定数よりも小さい値に更新することができる。すなわち，利用可能な（サポート可能な）ＭＣＳに応じて必要電力量が定まることとなる。これにより，可能な限り高いデータレートを確保することができる。

また，本発明の第２の側面は，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて，複数のチャネルの各々に電力を割り当てるための電力割り当て装置に関する。この電力割り当て装置は，ソートする手段と，第１電力割り当て手段と，比較手段と，第２電力割り当て手段とを含む。

ソートする手段は，複数のチャネルをＳＩＮＲ値の順にソートする手段である。第１電力割り当て手段は，ソートされた複数のチャネルに対して，注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てを行う手段である。比較手段は，複数のチャネルの各々について，第１電力割り当て手段が割り当てる電力の第１電力値と，データレートを可能な限り最大化するのに必要な必要電力量とを比較する手段である。第２電力割り当て手段は，比較手段による比較の結果，第１電力値が必要電力量よりも大きい場合には，当該チャネルに対して，第１電力値に代えて必要電力量を割り当てるとともに，第１電力値が必要電力量よりも小さいチャネルに対して，注水アルゴリズムと同様の注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てを行う手段である。

この第２の側面によっても，第１の側面と同等の効果を奏することができる。

また，本発明の他の側面は，上述した第１の側面をコンピュータや上記第２の側面に係る電力割り当て装置が実行するためのプログラムや，当該プログラムを格納した記録媒体に関する。これらの側面によっても，第１の側面や第２の側面と同等の効果を奏することができる。

本発明によれば，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいてデータレートを考慮して，複数のチャネルに対する電力割り当てが行われる。これにより，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのスループットを最大化させることができる。つまり，電力利用効率を高めることができる。

図１は，本発明の無線通信システムの構成を概略的に示す図である。 図２は，無線通信システムの基地局によって実行される電力割り当て処理の処理手順を示すフローチャートである。 図３は，図２のステップＳ１０〜Ｓ１２に対応するチャネルと電力値との関係の一例を示す図である。 図４は，図２のステップＳ２０〜Ｓ２２に対応するチャネルと電力値（必要電力量）との関係の一例を示す図である。 図５（ａ）は，図２のステップＳ３０〜Ｓ３８に対応するチャネルと電力値との関係の一例を示す図であり，図５（ｂ）は，図５（ａ）において割り当てられていない電力値を示す図である。 図６は，第２回目の電力割り当て（注水アルゴリズム）を行った場合におけるチャネルと電力値（必要電力量）との関係の一例を示す図である。 図７は，第３回目の電力割り当て（注水アルゴリズム）を行った場合におけるチャネルと電力値（必要電力量）との関係の一例を示す図である。 図８は，第４回目の電力割り当て（注水アルゴリズム）を行った場合におけるチャネルと電力値（必要電力量）との関係の一例を示す図である。 図９は，第５回目の電力割り当て（注水アルゴリズム）を行った場合におけるチャネルと電力値（必要電力量）との関係の一例を示す図である。 図１０（ａ）は，電力割り当てが完了した後のチャネルと電力値（必要電力量）との関係の一例を示す図であり，図１０（ｂ）は，図１０（ａ）において割り当てられていない電力値を示す図である。

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態を説明する。しかしながら，以下説明する形態はある例であって，当業者にとって自明な範囲で適宜修正することができる。

図１は，本発明の無線通信システムの構成を概略的に示す図である。

図１に示す無線通信システム１は，１つの基地局（Ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）１０と，複数のユーザー端末２０とを含んでいる。無線通信システム１は，本態様では，ＭＩＭＯとＯＦＤＭＡとを組み合わせたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムである。

基地局１０は，複数個のアンテナを含み，複数のユーザー端末２０（単に「ユーザー」ともいう）の各々に対してチャネルを割り当てるチャネル割り当て装置又は無線リソース割り当て装置として機能する。具体的には，基地局１０は，ユーザー端末２０に対して無線リソースの割り当て（ＲＲＡ）を行うことで，ユーザー端末２０同士の無線通信を可能にする。無線リソースとしては，電力や，サブチャネル用のサブキャリアーがある。無線リソースの割り当ては，アップリンクチャネル及びダウンリンクチャネルの双方について行われる。本態様では，ＭＩＭＯのデータ送信に固有モデル通信（ＥＭＴ：Ｅｉｇｅｎ Ｍｏｄｅｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を適用し，それにより，対応する固有チャネルの全てに対してユーザー端末が割り当てられる。なお，無線リソース割り当て装置の一例として基地局１０を挙げたが，ユーザー端末２０に対して電力を割り当てることが可能なデバイス又はコントローラーであればいかなるものであってもよい。

ユーザー端末２０は，複数のアンテナを含んでいる。ユーザー端末２０は，無線通信可能なデバイスであればいかなるものであってもよく，例えば，携帯型のデバイス（移動端末）であってもよいし，据え置き型のデバイスであってもよい。ユーザー端末２０は，基地局２０によって割り当てられたチャネルを用いて，他のユーザー端末２０との間で無線通信（データの送受信）を行う。

続いて，基地局１０による電力割り当てについて説明する。なお，基地局１０によるサブキャリアーの割り当てについては，その説明を省略する。

図２は，無線通信システム１の基地局１０によって実行される電力割り当て処理の処理手順を示すフローチャートである。本態様では，図２の処理によって，無線通信システム１において，１つの基地局１０が，複数のチャネルに対して電力を割り当てる。このような電力割り当て処理は，電力割り当てプログラム（アルゴリズム）に従って行われる。本発明では，電力割り当て処理が複数回にわたって実行される。

まず，ステップＳ５では，利用可能な複数のチャネルのＳＩＮＲに関する情報を入手する。

続くステップＳ１０では，複数のチャネルをＳＩＮＲが降順となるように並び替える。

そして，ステップＳ１２では，注水アルゴリズムにしたがって電力割り当て（第１回目の電力割り当て）を行う。注水アルゴリズムは，利用可能な電力の総量（総電力Ｐ１）を，電力の少ないチャネルから優先的に割り当てるプログラムである。これにより，チャネルの電力値（水充填定数，第１電力値）は等しくなる。このときの水充填定数をα１とする。なお，水充填定数α１よりも高い電力値のチャネルには，電力割り当てが行われない。

続いて，ステップＳ２０では，電力割り当てが行われたチャネルについて，最適なＭＣＳに関する情報を取得する。ここで，最適ＭＣＳとは，データレートを可能な限り最大化するＭＣＳである。そして，ステップＳ２２では，取得した最適なＭＣＳに関する情報から，対応するチャネルに必要な電力値（以下，必要電力値ともいう）を決定する。すなわち，ＭＣＳに応じて，データレートを可能な限り最大化するのに必要な必要電力量を定めることができる。

続くステップＳ３０では，電力割り当てが行われたチャネルについて，水充填定数α（例えばα１）と必要電力値との差分（水充填定数−必要電力値）を算出し，ステップＳ３２において，その差分値が負の値をとるか（０よりも小さいか）どうかを判断する。すなわち，この差分値が負の値をとる場合には，割り当てられる電力の第１電力値（水充填定数α）が，必要電力量未満であるといえる。反対に，この差分値が０以上である場合には，割り当てられる電力の第１電力値（水充填定数α）が，必要電力量以上であるといえる。このため，本態様では，この差分値が負の値をとる場合（すなわち，割り当てられる電力の第１電力値が必要電力量未満場合）には，対応するチャネルは，電力不足となることが予測されることから，そのチャネルの電力割り当てを完了せずに，後述するステップＳ３６に進む。一方，差分値が０以上である場合（すなわち，割り当てられる電力の第１電力値が必要電力量以上である場合）には，対応するチャネルの電力を調整する制御を行うために，Ｓ３４に進む。

ステップＳ３２の判断の結果，差分値が０以上の値である場合（ステップＳ３０でＮＯ），ステップＳ３４において，対応するチャネルの電力値を必要電力値となるように電力の再割り当て（調整）を行って（つまり，電力値を低く設定し），そのチャネルについての電力割り当てを完了する。したがって，以降の処理では，電力割り当てが完了したチャネルについては，考慮対象から除外される。その後，ステップＳ３６では，差分値が負の値であるチャネル（ステップＳ３０でＹＥＳ）について，割り当て可能な残りの総電力Ｐ’を算出する。割り当て可能な残りの総電力Ｐ’は，割り当て可能な全ての総電力Ｐ１から，既に電力割り当てが完了しているチャネルに割り当てた電力量を減算することで得られる。

そして，ステップＳ３８では，電力割り当て対象のチャネルが残りの１つであるかどうかを判断する。例えば，電力割り当て対象のチャネルの数（全チャネル数）から，考慮対象から除外されたチャネルの数（除外チャネル数）を減算した結果が１であるかどうかを判断すればよい。

続いて，ステップＳ４０では，注水アルゴリズムにしたがって，再度，電力割り当てを行う。このとき電力割り当ての対象となるチャネルは，ステップＳ３４で電力割り当てが完了していないチャネルである。また，このとき割り当て可能な電力の総量は，ステップＳ３６で算出された総電力Ｐ’である。

続いて，ステップＳ４２では，電力割り当てが行われたチャネルについて，次善のＭＣＳに関する情報を取得する。その後，ステップＳ２２に戻り，以降の処理を実行する。すなわち，取得したＭＣＳに関する情報に合わせて，注水アルゴリズムで割り当てた電力値の調整を行う。

一方，ステップＳ３８の判断の結果，電力割り当て対象のチャネルが１つである場合には，ステップＳ８０において，そのチャネルに対して，次善のＭＣＳ（場合によっては最も適していないＭＣＳ）に関する情報から定まる必要電力量に対応する電力を割り当てる。すなわち，ＭＣＳを変更することによって，必要電力量が小さい値に更新される。具体的には，必要電力量の更新は，最適なＭＣＳから最も適していないＭＣＳまでの複数のＭＣＳの群から，最適なＭＣＳから当該最適なＭＣＳに次善のＭＣＳという順序でＭＣＳを用いることで，行われる。その結果，必要電力量が注水アルゴリズムでの水充填定数よりも低い値となるように算出され，その値に更新される。これにより，必要電力量を，水充填定数に近い値であって，当該水充填定数よりも小さい値に更新することができる。すなわち，利用可能な（サポート可能な）ＭＣＳに応じて必要電力量が定まることとなる。結果として，総電力Ｐの大部分を，全てのチャネルに対して割り当てることが可能となる。

なお，ステップＳ８０の処理の結果，割り当てられずに残った電力については，最後に電力割り当てを行ったチャネルに対して割り当ててもよいし，他のチャネルに割り当ててもよいし，どのチャネルにも割り当てないようにしてもよい。また，処理手順の複雑化を回避するために，最後のチャネルに対しても，他のチャネルと同様に，注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てを行った後，割り当てた電力を，ＭＣＳから定まる必要電力量に調整してもよい。

上述した図２の処理によれば，無線通信システム１（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム）において，複数のチャネルの各々に電力が割り当てられる。そして，複数のチャネルがＳＩＮＲ値の順にソートされ（ステップＳ１０），ソート後の複数のチャネルに対して，注水アルゴリズムにしたがって第１回目の電力割り当てが行われる（ステップＳ１２）。続いて，複数のチャネルの各々について，割り当てられる電力の第１電力値（水充填定数α１）と，データレートを可能な限り最大化するのに必要な必要電力量とを比較し（ステップＳ３２），第１電力値が必要電力量よりも大きい場合には，当該チャネルに対して，必要電力量を割り当てる（ステップＳ３４）。これにより，チャネルに対して過剰に電力が割り当てられることを回避することができる。一方，第１電力値が必要電力量よりも小さいチャネルに対しては，第２回目（又はそれ以降の）の注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てが行われる（ステップＳ４０）。このとき割り当てられる電力の第２電力値は，割り当て可能な電力の総電力量が多いため，第１電力値（水充填定数α１）よりも高い。これにより，チャネルに対して割り当てられる電力が不足することや無駄になることを回避することができる。

したがって，上述した図２の処理によれば，無線通信システム１のパフォーマンスの最大化を図ることができる。また，図２の処理によれば，データレート（つまり，ＭＣＳ）を考慮するので，キャパシティを考慮することがない。その結果，この側面によれば，ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおける従来の課題を解決して，無線通信システム１を実用的なものとすることができる。なお，データレートとキャパシティ（通信路容量）の大きな相違点は，前者が計測可能なパラメーターであるのに対して，後者が計測できない理論的なパラメーターである点である。

また，図２の処理によれば，第２電力値が必要電力量よりも大きい場合には，当該チャネルに対して，第２電力値に代えて，更新後の必要電力量を割り当てる（ステップＳ４２，Ｓ２２）。一方で，第２電力値が必要電力量よりも小さいチャネルに対しては，注水アルゴリズムと同様の注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てが行われる。これにより，無線通信システム１のパフォーマンスの最大化をより確実に図ることができる。

また，図２の処理によれば，ステップＳ２２において，必要電力量が，変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳに基づいて算出される。ここで，ＭＣＳを考慮することにより，データレートが最大化されるように必要電力量を算出することが確実にできる。

また，図２の処理によれば，第１電力値を割り当てた後に，必要電力量が算出される（ステップＳ２２）。これにより，第１電力値（水充填定数α１）と必要電力量の比較を速やかに行うことができる。

また，図２の処理によれば，第１電力値を割り当てた後に，必要電力量が，変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳに基づいて算出され，第１電力値を割り当てた後であって，第２電力値を割り当てる前までの間に，必要電力量が小さい値に更新される。すなわち，利用可能な（サポート可能な）ＭＣＳに応じて必要電力量が定まることとなる。これにより，可能な限り高いデータレートを確保することができる。

また，図２の処理によれば，必要電力量の更新を，最適なＭＣＳから最も適していないＭＣＳまでの複数のＭＣＳの群から，最適なＭＣＳから当該最適なＭＣＳに次善のＭＣＳという順序でＭＣＳを用いることで行う。このようにすることで，利用可能な（サポート可能な）ＭＣＳに応じて必要電力量が定まることとなる。そして，その結果，可能な限り高いデータレートを確保することができる。

また，図２の処理は，先に説明したとおり，基地局１０によって実行される。すなわち，基地局１０は，複数のチャネルの各々に電力を割り当てるための電力割り当て装置として機能することとなる。なお，無線通信システム１において，電力割り当て装置として機能する装置やデバイスは，基地局１０に限られることはなく，ユーザー端末２０であってもよい。また，図２の処理に対応するプログラムを実行可能な装置や当該プログラムを格納した記憶媒体を含む装置も同等の効果を奏することができる。

また，図２の処理は，既存の注水アルゴリズム又はリソース割り当てプログラムを利用したものであるが，この注水アルゴリズムは，複数回にわたって（多段階にわたる水充填定数で）実行される。すなわち，図２の処理は，既存の注水アルゴリズムを拡張又は改良したものであるともいえる。

なお，上述した態様では，複数のチャネルが水充填定数を下回る場合に，それらチャネルの電力割り当てを完了させることができる。これに代えて，ＳＩＮＲ値が小さいチャネルから順に，水充填定数を下回るかどうかを判断して，１つずつ電力割り当てを完了させてもよい。これにより，図２の処理に対応するアルゴリズム（プログラム）を簡略化させることができる。

次に，本発明の実施例を説明する。

本実施例では，シナリオとして，以下のような場合を考慮した。

まず，複数の無線送信機及び無線受信機で構成されたＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて，利用可能なデータサブチャネルが６個ある。すなわち，本発明による多段階注水アルゴリズムの対象となるチャネルの数が６である。

さらに，上記システムの前提条件として，以下の点（１）〜（３）を考慮した。
（１）各サブチャネルの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の信号は，無線送信機及び無線受信機の双方において既知である。
（２）本発明による多段階注水アルゴリズムは，無線送信機で利用される。
（３）無線送信機において下記表１に示すマッピングテーブルが利用可能である。このマッピングテーブルにおいて，ＭＣＳ１は，最適なＭＣＳであり，データレートを最大化するものであり，ＭＣＳ２は，最適ＭＣＳの次善のＭＣＳ（つまり，２番目に適したＭＣＳ）である。そして，ＭＣＳのインデックスの値が大きくなるほどデータレートが低くなり，インデックスが最大のＭＣＳ（つまり，ＭＣＳｎ）は，最も適していないＭＣＳであり，データレートが最も低く，かつ，ロバスト性が最も強い。

そして，上述したようなシステムにおいて図１に示したような処理（シミュレーション）を行った。

ステップＳ１０では，図３に示すように，６つのチャネルをＳＩＮＲが降順となるようにソートした。この結果，チャネルＣＨ３，ＣＨ４，ＣＨ１，ＣＨ６，ＣＨ５，ＣＨ２の順番でチャネルがソートされた。続くステップＳ１２では，図３に示すように，ソート後のチャネルに対して，注水アルゴリズムにしたがって電力を注いだ（つまり，電力割り当てを行った）。図３に示す例では，水充填定数よりも電力値が高いチャネルＣＨ５，ＣＨ２には，電力が割り当てられなかった。

ステップＳ２０〜Ｓ２２では，チャネルＣＨ３，ＣＨ４，ＣＨ１について，最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量を求めた。各チャネルＣＨ３，ＣＨ４，ＣＨ１の必要電力量は，図４に示す通りであった。なお，図４に示すように，チャネルＣＨ１で，必要電力量が水充填定数α１を超えている場合，後続のチャネルＣＨ６，ＣＨ５，Ｃｈ２については，必要電力量を求める必要はない（ただし，求めてもよい）。

ステップＳ３０〜Ｓ３８では，チャネルＣＨ３，ＣＨ４について，必要電力量よりも過剰に割り当てられた電力を取り除いた（言い換えると，過剰な電力の割り当てをやめた）。そして，電力の割り当てが完了したチャネル（図５（ａ）では，チャネルＣＨ３，ＣＨ４）を，電力割り当ての対象から除外した。また，図５（ｂ）には，残りの電力（割り当て可能な総電力Ｐ’）が示されている。

ステップＳ４０〜Ｓ４２では，電力の割り当てが完了していないチャネルに対して電力を割り当てた（第２回目の電力割り当て処理）。具体的には，残りの電力（総電力Ｐ’）から，水充填定数を再計算することで，電力の割り当て量を定めた。

図６には，チャネルＣＨ１，ＣＨ６，ＣＨ５，ＣＨ２に対して，第２回目の電力割り当て（注水アルゴリズム）を行ったときの結果が示されている。第２回目の電力割り当てでは，水充填定数（α２）が第１回目のものよりも高かった。そのため，チャネルＣＨ１については，最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量を満足することができ，チャネルＣＨ６，ＣＨ５，ＣＨ２については，必要電力量を満足することができなかった。

そこで，図７に示すように，チャネルＣＨ１の電力を，最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量に設定し，過剰な電力を除去するとともに（過剰な電力の割り当てをやめるとともに），チャネルＣＨ１の電力割り当てを完了した（つまり，チャネルＣＨ１を電力割り当て対象から除外した）。一方，チャネルＣＨ６については，最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量が水充填定数α２を超えていたため，次善のＭＣＳ（この場合，２番目に最適なＭＣＳ）に応じて定まる必要電力量を求めた（必要電力量の更新）。

続いて，図７に示されているように，チャネルＣＨ６，ＣＨ５，ＣＨ２に対して，第３回目の電力割り当て（注水アルゴリズム）を行った。このときの水充填定数はα３とした。チャネルＣＨ６の更新後の必要電力値（２番目に最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量）は，図７に示すように，水充填定数α３よりも少なく，具体的には，水充填定数α１〜α３の間にあった。

そこで，図８に示すように，チャネルＣＨ６の電力を，２番目に最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量に設定し，過剰な電力を除去するとともに（割り当てをやめるとともに），チャネルＣＨ６の電力割り当てを完了した。

続いて，図８に示されているように，チャネルＣＨ５，ＣＨ２に対して，第４回目の電力割り当て（注水アルゴリズム）を行った。このときの水充填定数はα４とした。チャネルＣＨ５に必要な電力値（２番目に最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量）は，図８に示すように，水充填定数α４よりも少なく，具体的には，水充填定数α１〜α４の間にあった。

そこで，図９に示すように，チャネルＣＨ５の電力を，２番目に最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量に設定し，過剰な電力を除去するとともに（割り当てをやめるとともに），チャネルＣＨ５の電力割り当てを完了した。一方，チャネルＣＨ２については，次善のＭＣＳ（この場合，３番目に最適なＭＣＳ）に応じて定まる必要電力量を求めた。

続いて，図９に示されているように，チャネルＣＨ２に対して，第５回目の電力割り当て（注水アルゴリズム）を行った。このときの水充填定数はα５とした。チャネルＣＨ２に必要な電力値（２番目に最適なＭＣＳに応じて定まる必要電力量）は，水充填定数はα５を超えており，サポートすることができなかった。最終的に，チャネルＣＨ２について，水充填定数α５をサポート可能な電力値（α５よりも小さい電力値）は，最も適していないＭＣＳに応じて定まる必要電力量であった。

そこで，図１０（ａ）に示すように，チャネルＣＨ２の電力を，最も適していないＭＣＳに応じて定まる必要電力量に設定し，過剰な電力を除去するとともに（割り当てをやめるとともに），チャネルＣＨ５の電力割り当てを完了した。全ての電力割り当てが完了した後に，割り当てられなかった電力は，図１０（ｂ）に示す通り，わずかであった。

本発明は，無線通信（例えば，ＩＥＥＥ ８０２．１５に規定されるＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）），特に，ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭＡなどの分野で好適に利用されうる。また，本発明は，次世代型のモバイル通信システム（例えば，ＩＥＥＥ ８０２．１６に規定されるＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ））に好適に利用されうる。

１ 無線通信システム
１０ 基地局（Ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ）
２０ ユーザー端末

Claims (3)

1. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて，複数のチャネルの各々に電力を割り当てるための電力割り当て方法であって，
   前記複数のチャネルをＳＩＮＲ値の順にソートするステップと，
   前記ソートされた複数のチャネルに対して，注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てを行う第１電力割り当てステップと，
   変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳに基づいて，システム上設定できるデータレートを可能な限り最大化するのに必要な必要電力量を算出する必要電力量算出ステップと，
   前記複数のチャネルの各々について，前記第１電力割り当てステップで割り当てられる電力の第１電力値と，前記必要電力量とを比較する比較ステップと，
   前記比較ステップの結果，前記第１電力値が前記必要電力量よりも大きい場合には，当該チャネルに対して，前記第１電力値に代えて前記必要電力量を割り当てるとともに，前記第１電力値が前記必要電力量よりも小さいチャネルに対して，前記注水アルゴリズムと同じアルゴリズムにしたがって電力割り当てを行う第２電力割り当てステップと，
   を含み，
   これにより，前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのパフォーマンスを最大化する，
   電力割り当て方法。
2. 前記第２電力割り当てステップで割り当てられる電力の第２電力値が前記必要電力量よりも大きい場合には，当該チャネルに対して，前記第２電力値に代えて前記必要電力量を割り当てるとともに，前記第２電力値が前記必要電力量よりも小さいチャネルに対して，前記注水アルゴリズムと同じ注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てを行うステップ，
   をさらに含む，
   請求項１に記載の電力割り当て方法。
3. ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて，複数のチャネルの各々に電力を割り当てるための電力割り当て装置であって，
   前記複数のチャネルをＳＩＮＲ値の順にソートする手段と，
   前記ソートされた複数のチャネルに対して，注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てを行う第１電力割り当て手段と，
   変調方式と符号化率との組み合わせであるＭＣＳに基づいて，システム上設定できるデータレートを可能な限り最大化するのに必要な必要電力量を算出する必要電力量算出ステップと，
   前記複数のチャネルの各々について，前記第１電力割り当て手段が割り当てる電力の第１電力値と，前記必要電力量とを比較する比較手段と，
   前記比較手段による比較の結果，前記第１電力値が前記必要電力量よりも大きい場合には，当該チャネルに対して，前記第１電力値に代えて前記必要電力量を割り当てるとともに，前記第１電力値が前記必要電力量よりも小さいチャネルに対して，前記注水アルゴリズムと同じ注水アルゴリズムにしたがって電力割り当てを行う第２電力割り当て手段と，
   を含み，
   これにより，前記ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムのパフォーマンスを最大化する，
   電力割り当て装置。

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