マルチユーザーMIMO - 百科事典

### 多ユーザーMIMO（MU-MIMO）
多ユーザーMIMO（MU-MIMO）は、複数のユーザーや端末がそれぞれ1本以上のアンテナを通じて通信を行う、多経路無線通信のための複数の入力と出力（MIMO）技術のセットです。これに対して、単ユーザーMIMO（SU-MIMO）は、1本のアンテナを備えたユーザーや端末が他の同様に備えたノードと正確に1つだけ通信を行うことを意味します。OFDMAがセルラー通信領域でOFDMに多重アクセス能力を追加するのと同様に、MU-MIMOは無線領域でMIMOに多重ユーザー能力を追加します。

SDMA、マスIVE MIMO、協調多地点（CoMP）、アドホックMIMOはすべてMU-MIMOに関連しています；これらの技術の各々は、ユーザーを分離するための空間自由度を利用しています。

テクノロジー
MU-MIMOは、多少高価な信号処理のコストをかける代わりに、空間的に分散された送信リソースとして複数のユーザーを利用します。比較して、従来の単ユーザーMIMO（SU-MIMO）は、ローカルデバイスの複数のアンテナの次元を単に利用します。MU-MIMOアルゴリズムは、ユーザーの接続が1以上であるMIMOシステムを強化します。MU-MIMOは、下りと上り状況に対応するMIMOブロードキャストチャネル（MIMO BC）とMIMOマルチアクセスチャネル（MIMO MAC）の2つのカテゴリに一般化できます。比較して、SU-MIMOは点対点、ペアワイズMIMOとして表現されます。

受信機や送信機の単語の曖昧さを取り除くために、アクセスポイント（AP）や基地局、ユーザーという用語を用いることができます。APは送信機であり、ユーザーは下り接続の受信機であり、逆に上り接続ではその逆です。均質なネットワークはこの区別から解放されますが、通常は双方向です。

MIMOブロードキャスト（MIMO BC）
MIMO BCは、無線ネットワーク内で1つの送信者が複数の受信者に向けて送信するMIMO下りケースを表します。MIMO BCのための高度な送信処理の例には、干渉意識の前処理とSDMAに基づく下りユーザーのスケジューリングがあります。高度な送信処理には、qfzが送信機（CSIT）で知らなければなりません。つまり、CSITの知識は通量の向上を可能にし、CSITを取得する方法は重要な意味を持ちます。MIMO BCシステムは、送信機（AP）のアンテナの数が各受信機（ユーザー）のアンテナの数よりも大きい場合、特に点対点SU-MIMOシステムに対して優れた利点があります。MIMO BCで使用できる前処理技術のカテゴリには、1つ目にディレクトリペーパーコーディング（DPC）と線形技術を使用するもの、2つ目にハイブリッド（アナログとデジタル）技術があります。前処理は、ステアリングマトリックスを通じても実現できます。

MIMO MAC
逆に、MIMOマルチアクセスチャネルまたはMIMO MACは、複数の送信者が1つの受信者と通信する無線ネットワークにおけるMIMO上りケースを表します。MIMO MACのための高度な受信処理の例には、干渉キャンセリングとSDMAに基づく上りユーザーのスケジューリングがあります。高度な受信処理には、受信機が受信機（CSIR）のチャネル状態情報を知らなければなりません。CSIRの知識は、CSITの知識よりも一般的に簡単ですが、CSIRの知識は各ユーザーからAPに専用のパイロットを送信するために多くの上りリソースを必要とします。MIMO MACシステムは、APの受信機アンテナの数が各ユーザーの送信アンテナの数よりも大きい場合、特に点対点MIMOシステムに対して優れています。

複数層MIMO
複数層MIMOは、MIMO設定がシステムに使用される際に発生する可能性のある特定の複数層問題を解決することで、MIMOリンクのパフォーマンスを向上させます。複数層技術は、SISOリンクのパフォーマンスを向上させるためにも使用できます。複数層技術の例には、統合ソース・チャネル符号化、適応モダリング・符号化（AMCまたは「リンク適応」）、ハイブリッドARQ（HARQ）、ユーザースケジューリングがあります。

多ユーザーから多ユーザー
高度に相互接続された無線アドホックネットワークは、多ユーザー干渉が増加する代わりに、無線ネットワークの柔軟性を高めます。干渉耐性を向上させるために、PHY/MACレベルプロトコルは競争に基づくから協力に基づく送信と受信に進化しました。協力無線通信は実際に干渉を利用し、これには自己干渉や他のユーザー干渉が含まれます。協力無線通信では、各ノードがデータ符号化とデコードのパフォーマンスを向上させるために自己干渉や他のユーザー干渉を使用することができます。従来のノードは一般的に干渉を避けるように指示されます。例えば、強い干渉が解読可能である場合、ノードは自己信号を解読する前に強い干渉を解読してキャンセルします。低いキャリアオーバー干渉（CoI）率の軽減は、協力システムのPHY/MAC/アプリケーションネットワーク層全体で実行できます。

協力多アンテナ研究 – 隣接する無線端末に分散されたアンテナで複数のアンテナ技術を適用します。
協力多様性 – 各独立ノードに属する分散アンテナの協力により、アンテナ多様性利益を達成します。
協力MIMO – 分散アンテナが属する多くの異なるノードの送信または受信の協力を通じて、MIMO利点（例えば、空間多重利得）を達成します。
協力リレー – 協力符号化に類似するリレー技術に協力概念を適用しますが、協力リレーの主な基準は遅延と性能のトレードオフ領域を改善することであり、協力多様性とMIMOはリンクとシステムの性能を向上させるために最小限の協力損失を引き起こすことです。
協力のためのリレー技術
ストレージ・アンド・フォワード（S&F）、アンプ・アンド・フォワード（A&F）、デコード・アンド・フォワード（D&F）、符号化協力、空間符号化協力、コンプレス・アンド・フォワード（C&F）、非正規方法

= 協力MIMO（CO-MIMO） =
CO-MIMO、ネットワークMIMO（net-MIMO）またはアドホックMIMOとも呼ばれるものは、他のユーザーに属する分散アンテナを使用します。従来のMIMO、すなわち単ユーザーMIMOは、ローカル端末に属するアンテナのみを使用します。CO-MIMOは、多アンテナの利点（例えば、多様性、多重、ビーム形成）を導入することで、無線ネットワークのパフォーマンスを向上させます。主な興味が多様性利益に集中している場合、これが協力多様性と呼ばれます。これは、ソフトハンドオーバーなどの用途に使用されるマクロ多様性の一種と説明できます。協力MIMOは、送信者マクロ多様性またはシムキャストに対応します。高度な信号処理を必要としないシンプルな形式は、特に無線放送に使用される単一周波数ネットワーク（SFN）です。チャネル適応またはトラフィック適応スケジューリングと組み合わせたSFNは、動的単一周波数ネットワーク（DSFN）と呼ばれます。

CO-MIMOは、無線メッシュネットワークや無線アドホックネットワークを考慮する将来のセルラーネットワークに役立つ技術です。無線アドホックネットワークでは、複数の送信ノードが複数の受信ノードと通信します。アドホックチャネルの容量を最適化するために、MIMOの概念や技術が送信ノードと受信ノードクラスタ間の複数のリンクに適用されます。単ユーザーMIMOトランスミッタのアンテナと比較して、参加ノードとそのアンテナは分散的に配置されています。したがって、このネットワークの容量を達成するために、分散ラジオリソースを管理する技術が必要です。自主的な干渉認識、ノードの協力、汚い紙符号化を用いたネットワーク符号化などの戦略が提案されており、無線ネットワークの容量を最適化するために使用されます。

参考情報
分散アンテナシステム
メッシュネットワーク
モバイルアドホックネットワーク
周波数アレイ
空間分割多重アクセス
空間・時間符号化/処理

参考文献
[省略]

外部リンク
MU-MIMOビーム形成による構造的干渉、Wolfram Demonstrations Project
Peel, C. B., Spencer, Q. H., Swindlehurst, A. L., & Haardt, M. (2004). An introduction to the multi-user MIMO downlink. IEEE communications Magazine, 61.