JP2011041001A - 無線基地局、及び無線通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】分散アンテナシステムにおいてセル間干渉を低減させることが可能な無線基地局を提供すること。
【解決手段】自セル内に分散して配置された複数の分散アンテナと、前記複数の分散アンテナと、前記自セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する自セル内チャネル情報取得部と、前記複数の分散アンテナと、前記自セルに隣接する隣接セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する隣接セル内チャネル情報取得部と、前記自セル内チャネル情報取得部及び前記隣接セル内チャネル情報取得部により取得されたチャネル情報に基づき、前記自セルと前記隣接セルとの間のセル間干渉が抑制されるように、前記複数の分散アンテナを用いて送信する送信信号にビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、を備える、無線基地局が提供される。
【選択図】図４

Description

本発明は、無線基地局、及び無線通信方法に関する。特に、分散アンテナ無線アクセスシステムの下り回線において適用される送信ビームフォーミング方法に関する。
無線装置間の通信速度を高速化する技術の一つとして、多入力・多出力伝送（ＭＩＭＯ；Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式が知られている。この方式は、文字通り、複数のアンテナを用いた信号の入出力を基本としている。この方式の特徴は、異なる複数のアンテナを利用して、同じタイミング、かつ、同じ周波数で複数の送信データを一度に送信することが可能な点にある。そのため、同時に送信可能なチャネルの数が増加するにつれ、増加したチャネルの分だけ単位時間当たりに送信可能な情報量を増加させることが可能になる。また、この方式は、通信速度を向上させるに当たって、占有される周波数帯域が増加しないという利点も有する。
しかし、同一周波数の搬送波成分を有する複数の変調信号が同時に送信されるため、受信側において混信した変調信号を分離する手段が必要になる。そこで、受信側において、無線伝送路の伝送特性を表すチャネル行列が推定され、そのチャネル行列に基づき、受信信号から各サブストリームに対応する送信信号が分離される。尚、チャネル行列は、参照信号を用いて推定される。また、推定されたチャネル行列を用いて信号を検出する方法としては、例えば、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）検波方式やＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）検波方式を用いる方法が知られている。
最近では、複数の無線端末に向けて無線基地局に設置された複数のアンテナにより信号を送信して空間多重させ、受信して各信号を分離することにより、システム全体のスループットを向上させるマルチユーザＭＩＭＯシステムが利用されつつある。また、１つのセル内に複数のアンテナを分散して配置し（図１を参照）、これら複数のアンテナを用いて無線基地局と無線端末との間で無線通信を実現する分散アンテナ無線アクセスシステム（以下、分散アンテナシステム）の利用が企図されている。例えば、下記の非特許文献１には、ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ（以下、ＺＦＢＦ） ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ伝送方式を適用した分散アンテナシステムのシステム構成が記載されている（図２を参照）。
Ｃ．Ｂ． Ｐｅｅｌ， Ｂ．Ｍ． Ｈｏｃｈｗａｌｄ， ａｎｄ Ａ．Ｌ． Ｓｗｉｎｄｌｅｈｕｒｓｔ， "Ａ ｖｅｃｔｏｒ−ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｎｅａｒ−ｃａｐａｃｉｔｙ ｍｕｌｔｉａｎｔｅｎｎａ ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ？Ｐａｒｔ Ｉ： ｃｈａｎｎｅｌ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，" ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ．５３， ｎｏ．１， ｐｐ．１９５−２０２， Ｊａｎｕａｒｙ ２００５
上記の非特許文献１に記載の技術は、ある無線基地局が管理する自セル内に複数のユーザが存在する環境において、自セル内の各ユーザに向けて送信される信号が互いに直交するようにＺＦＢＦを施すというものである。このような構成にすることにより、下り回線における各ユーザ向け信号の干渉を抑制することができる。しかしながら、同文献に記載の技術は、自セルに隣接する他セル（以下、隣接セル）との間の干渉を考慮したものではない。しかし、実際には、自セル内のユーザが隣接セルの近傍に位置する場合、自セルの分散アンテナシステムは、隣接セルの伝送信号による干渉の影響を被る（図３を参照）。特に、セル境界を隔てて複数のユーザが近接している場合には、相互に干渉の影響を及ぼし合い、いずれのユーザにおいても伝送特性が大幅に劣化してしまうという問題がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、分散アンテナシステムにおいて自セルと隣接セルとの間のセル間干渉を低減させ、伝送特性を向上させることが可能な、新規かつ改良された無線基地局、及び無線通信方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、自セル内に分散して配置された複数の分散アンテナと、前記複数の分散アンテナと、前記自セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する自セル内チャネル情報取得部と、前記複数の分散アンテナと、前記自セルに隣接する隣接セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する隣接セル内チャネル情報取得部と、前記自セル内チャネル情報取得部及び前記隣接セル内チャネル情報取得部により取得されたチャネル情報に基づき、前記自セルと前記隣接セルとの間のセル間干渉が抑制されるように、前記複数の分散アンテナを用いて送信する送信信号にビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、を備える、無線基地局が提供される。
このように、分散アンテナシステムにおいて、隣接セル内に位置する無線端末を送信ビームフォーミングの対象ユーザに含めることにより、隣接セルとの間のセル間干渉を低減することが可能になる。その結果、隣接セルにおけるスループットが向上する。隣接セルにおいても同様の送信ビームフォーミングを行うことにより、相互にスループットを向上させることが可能になる。
また、上記の無線基地局は、前記隣接セル内に位置する無線端末から周波数分割多元接続方式で上り参照信号を取得する参照信号取得部をさらに備えていてもよい。この場合、前記参照信号取得部は、前記隣接セル内チャネル情報取得部におけるチャネル情報の取得に用いられる前記上り参照信号を取得する際、前記隣接セル内の無線端末に対して前記自セル内の無線端末とは異なる周波数分割多元接続信号の位相を割り当てる。上記の送信ビームフォーミングを行うためには、隣接セル内に位置するユーザのチャネル情報が必要になる。そのため、隣接セルユーザから上り参照信号を取得することが必要になる。このとき、上り参照信号を周波数分割多元接続方式で送信するように構成し、セル毎に異なる位相を割り当てることにより、上り参照信号の干渉を回避することが可能になる。
また、同じ周波数分割多元接続信号の位相が割り当てられた複数の前記隣接セルが存在する場合、前記隣接セル内チャネル情報取得部は、前記参照信号取得部により前記各隣接セルの近くに配置された一部の分散アンテナから取得された上り参照信号を用いてチャネル情報を取得し、当該チャネル情報を前記各隣接セル内の無線端末に関するチャネル情報とするように構成されていてもよい。
このように、ある隣接セルの近くに位置する自セル内の分散アンテナで受信された上り参照信号から推定されたチャネル情報を当該隣接セルのユーザに対応するチャネル情報と見なすことで、同じ周波数分割多元接続信号の位相が割り当てられた複数の隣接セルが存在しても、各隣接セルからのチャネル情報をそれぞれ区別して取得することが可能になる。
また、上記の無線基地局は、前記隣接セル内チャネル情報取得部により取得された隣接セル内に位置する無線端末に関するチャネル情報に基づいて受信電力の大きな前記隣接セル内の無線端末を選択する端末選択部をさらに備えていてもよい。この場合、前記送信ビームフォーミング部は、前記端末選択部により選択された前記隣接セル内の無線端末に対する前記セル間干渉が抑制されるように、前記送信信号にビームフォーミングを施すように構成される。
このように、受信電力の大きな無線端末をセル間干渉の影響が大きなユーザとして選択することにより、送信ビームフォーミングの対象ユーザ数を低減させることができる。その結果、送信ビームフォーミング行列の生成及び利用の際に要する演算負荷を低減させることが可能になる。
また、上記の無線基地局は、前記隣接セルにおいて送信ビームフォーミングの対象として選択された無線端末を示す選択情報を当該隣接セルの無線基地局から取得する選択情報取得部をさらに備えていてもよい。この場合、前記送信ビームフォーミング部は、前記選択情報取得部により取得された選択情報が示す無線端末に関し、前記隣接セル内チャネル情報取得部により取得されたチャネル情報に基づいて当該無線端末に対するセル間干渉が抑制されるように、前記送信信号にビームフォーミングを施すように構成される。
このように、隣接セルにおいても送信ビームフォーミングの対象とされるユーザが選択される場合には、セル間で選択ユーザの情報を共有し、その選択ユーザの中からセル間干渉を大きく与えてしまうユーザを考慮して送信ビームフォーミングを行うことで、実際に信号の送受信を行うユーザの伝送特性を向上させることが可能になる。
また、上記の無線基地局は、前記自セル内チャネル情報取得部により取得されたチャネル情報に基づいて前記自セル内の無線端末に対するビームフォーミング行列を算出する自セル内ビームフォーミング行列算出部と、前記自セル内ビームフォーミング行列算出部により算出されたビームフォーミング行列及び前記選択情報取得部により取得された選択情報に基づき、当該ビームフォーミング行列を用いてビームフォーミングを施した場合におけるセル間干渉量を算出するセル間干渉量算出部と、をさらに備えていてもよい。そして、前記端末選択部は、前記自セル内ビームフォーミング行列算出部により算出されたビームフォーミング行列を用いてビームフォーミングを施した場合に前記セル間干渉量算出部により算出されるセル間干渉量が大きくなる前記隣接セル内の無線端末を選択するように構成することが好ましい。
このように、自セル内のユーザに施す送信ビームフォーミングにより隣接セル内のユーザに与えるセル間干渉の影響を考慮して、送信ビームフォーミング行列を再計算することにより、さらにセル間干渉を低減させることが可能になる。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、自セル内に分散して配置された複数の分散アンテナを有する無線基地局が、前記複数の分散アンテナと、前記自セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する自セル内チャネル情報取得ステップと、前記複数の分散アンテナと、前記自セルに隣接する隣接セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する隣接セル内チャネル情報取得ステップと、前記自セル内チャネル情報取得ステップ及び前記隣接セル内チャネル情報取得ステップで取得されたチャネル情報に基づき、前記自セルと前記隣接セルとの間のセル間干渉が抑制されるように、前記複数の分散アンテナを用いて送信する送信信号にビームフォーミングを施す送信ビームフォーミングステップと、を含む、無線通信方法が提供される。
このように、分散アンテナシステムにおいて、隣接セル内に位置する無線端末を送信ビームフォーミングの対象ユーザに含めることにより、隣接セルとの間のセル間干渉を低減することが可能になる。その結果、隣接セルにおけるスループットが向上する。隣接セルにおいても同様の送信ビームフォーミングを行うことにより、相互にスループットを向上させることが可能になる。
以上説明したように本発明によれば、分散アンテナシステムにおいて自セルと隣接セルとの間のセル間干渉を低減させ、伝送特性を向上させることが可能になる。
分散アンテナシステムにおけるアンテナ配置の一例を示す説明図である。 従来の分散アンテナシステムに含まれる無線基地局の機能構成例、及び当該無線基地局において実施される送信ビームフォーミングにおいて考慮されるユーザの構成例を示す説明図である。 従来の分散アンテナシステムにおいて生じるセル間干渉の問題を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る分散アンテナシステムに含まれる無線基地局の機能構成例、及び当該無線基地局において実施される送信ビームフォーミングにおいて考慮されるユーザの構成例を示す説明図である。 本実施形態に係る分散アンテナシステムにおけるユーザ端末の機能構成例を示す説明図である。 本実施形態に係る分散アンテナシステムにおける周波数分割多元接続の位相割り当て方法の一例を示す説明図である。 本実施形態の第１変形例に係る分散アンテナシステムに含まれる無線基地局の機能構成例を示す説明図である。 本実施形態の第１変形例に係る分散アンテナシステムのチャネル情報取得方法を示す説明図である。 本実施形態の第２変形例に係る分散アンテナシステムに含まれる無線基地局の機能構成例を示す説明図である。 本実施形態の第３変形例に係る分散アンテナシステムに含まれる無線基地局の機能構成例を示す説明図である。 本実施形態に係る分散アンテナシステムに含まれる無線基地局の機能構成例を示す説明図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
［説明の流れについて］
ここで、以下に記載する本発明の実施形態に関する説明の流れについて簡単に述べる。まず、図１〜図３を参照しながら、従来の分散アンテナシステムの構成について説明すると共に、従来の分散アンテナシステムが抱える問題点について述べる。次いで、図４〜図１１を参照しながら、本実施形態に係る分散アンテナシステムの構成について説明する。
まず、図４を参照しながら、本実施形態に係る無線基地局１００の機能構成について説明する。この中で、本実施形態に係る分散アンテナシステムの下り回線で用いられる送信ビームフォーミングの構成について説明する。次いで、図５、図６を参照しながら、本実施形態に係るユーザ端末２００の機能構成、及び各セルへの周波数分割多元接続の位相割り当て方法について説明する。
次いで、図７、図８を参照しながら、本実施形態の第１変形例に係る無線基地局１００の機能構成について説明する。この中で、送信ビームフォーミング行列の算出に用いるチャネル情報を取得する際のアンテナ選択方法について説明する。次いで、図９を参照しながら、本実施形態の第２変形例に係る無線基地局１００の機能構成について説明する。この中で、隣接セルとのセル間干渉が大きいユーザを選択するためのユーザ選択方法について説明する。
次いで、図１０を参照しながら、本実施形態の第３変形例に係る無線基地局１００の機能構成について説明する。この中で、自セル内ユーザ向けの送信ビームフォーミングを施すことで隣接セルに与える影響を考慮した送信ビームフォーミング方法について説明する。次いで、図１１を参照しながら、本実施形態に係る無線基地局３００の機能構成について説明する。この中で、セル間干渉の影響を大きく受けるユーザのランキングを行い、そのランキングに基づいて送信ビームフォーミングを施すべきユーザを選択する方法が提案される。また、より具体的な構成が示される。
＜はじめに＞
まず、従来の分散アンテナシステムの構成例、及び当該分散アンテナシステムが抱える問題点について簡単に説明する。なお、以下で説明する分散アンテナシステムにおいては、図１に示すように、複数の基地局アンテナがセル内に満遍なく分散して配置されているものとする。図１の例では、１９本の基地局アンテナがセル内に配置されている。以下の説明においては、この基地局アンテナのことを分散アンテナと表記する。
（無線基地局１０の構成）
ここで、図２を参照しながら、従来の分散アンテナシステムに含まれる無線基地局１０の機能構成について説明する。図２には、（Ａ）無線基地局１０の機能構成例、及び（Ｂ）自セル内のユーザ分布の一例が示されている。ここで説明する無線基地局１０は、自セル内のユーザ向けに送信される信号に対し、ユーザ間干渉が除去されるように送信ビームフォーミングを施す機能を有するものである。また、自セル内には、ＮＴ本の分散アンテナが配置され、ＮＵ台のユーザ端末が存在するものとする。
図２に示すように、無線基地局１０は、主に、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１２と、送信ビームフォーミング行列計算部１４と、送信ビームフォーミング部１６とを有する。なお、無線基地局１０が管理するセルのことを自セル、自セルとは異なるセルのことを他セル、自セルに隣接する他セルのことを隣接セルと表記する。また、ユーザ端末のことを単にユーザと表記する場合がある。
まず、無線基地局１０は、ＮＴ本の分散アンテナを介して自セル内の各ユーザからＳｏｕｎｄｉｎｇ参照信号（以下、上り参照信号）を受信する。分散アンテナを介して自セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１２に入力される。対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１２は、入力された上り参照信号に基づき、ＮＴ本の分散アンテナとＮＵ台のユーザ端末との間のチャネル状態を示すチャネル情報（ＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤ）を推定する。
対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１２により推定されたＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤは、送信ビームフォーミング行列計算部１４に入力される。ＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤが入力されると、送信ビームフォーミング行列計算部１４は、ＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤの逆行列ＨＤ −１を算出し、この逆行列ＨＤ −１を用いて下記の式（１）からＮＴ行ＮＵ列の送信ビームフォーミング行列Ｗを算出する。但し、受信側におけるＳＩＮＲが最大化されるようにユーザ端末での雑音電力を対角項（γＩＮＵ；ＩＮＵは対角行列）に付加してある。また、上付きのＨは、エルミート共役を意味する。
Figure 2011041001
このようにして送信ビームフォーミング行列計算部１４により算出された送信ビームフォーミング行列Ｗは、送信ビームフォーミング部１６に入力される。送信ビームフォーミグ行列Ｗが入力されると、送信ビームフォーミング部１６は、下記の式（２）に示すように、ＮＵ台のユーザ端末に向けて送信すべき送信シンボルベクトルｓに送信ビームフォーミング行列Ｗを作用させ、送信ベクトルｕを生成する。そして、送信ビームフォーミング部１６は、生成した送信ベクトルｕをＮＴ本の分散アンテナから送信する。但し、上付きのＴは転置を意味する。
Figure 2011041001
このように、送信シンボルベクトルに送信ビームフォーミング（ＺＦＢＦ）を施すことにより、下り回線で各ユーザ向けの信号が直交し、ユーザ間の干渉を抑制することができる。なお、自セル内のユーザ数がＮＵより多い場合（例えば、ユーザ数Ｋ＞ＮＵの場合）には、ＮＵ台のユーザ端末が予め選択される。
（課題の整理）
このように、無線基地局１０の構成を適用することにより、自セル内のユーザ間干渉が抑制され、伝送特性を向上させることができる。しかしながら、従来の無線基地局１０においては、上記のように自セル内のユーザ端末のみを対象にして送信ビームフォーミングが行われている。そのため、隣接セルのユーザ端末が自セルの境界近傍に位置する場合には、自セルの分散アンテナシステムによる伝送信号が、その隣接セルのユーザ端末に顕著な干渉を与えてしまう。逆に、自セル内のユーザ端末が隣接セルの境界近傍に位置する場合には、隣接セルの分散アンテナシステムの伝送信号から干渉を受けてしまう。その結果、セル境界を隔てて複数のユーザ端末が近接している場合には、図３に示すように、各ユーザ端末において大幅な伝送特性の劣化が生じてしまう。後述する実施形態においては、このような問題を解決する方法が提案される。
＜実施形態＞
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、隣接セル内に位置するユーザ端末を考慮して下り回線の送信ビームフォーミングを行うことで、セル間干渉による伝送特性の劣化を抑制する方法に関する。
（無線基地局１００の構成）
まず、図４を参照しながら、本実施形態に係る無線基地局１００の機能構成について説明する。図４は、本実施形態に係る無線基地局１００の機能構成例を示す説明図である。但し、図４（Ａ）は無線基地局１００の機能構成（Ａ）を示す説明図であり、図４（Ｂ）は無線基地局１００にて実施される送信ビームフォーミングの対象とされるユーザの一例を示す説明図である。なお、無線基地局１００は、セル１を管理する無線基地局である。また、説明の都合上、自セル（セル１）内には、ＮＴ本の分散アンテナが配置され、ＮＵ台のユーザ端末が存在するものと仮定する。
図４（Ａ）に示すように、無線基地局１００は、主に、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１０２と、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１０４と、送信ビームフォーミング行列計算部１０６と、送信ビームフォーミング部１０８とを有する。なお、無線基地局１００が管理するセル１のことを自セル、自セルとは異なるセルのことを他セル、自セルに隣接する他セル（セル２〜セル７）のことを隣接セルと表記する。また、ユーザ端末のことを単にユーザと表記する場合がある。
まず、無線基地局１００は、ＮＴ本の分散アンテナを介して自セル内の各ユーザ及び各隣接セル内の各ユーザからＳｏｕｎｄｉｎｇ参照信号（以下、上り参照信号）を受信する。分散アンテナを介して自セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１０２に入力される。一方、分散アンテナを介して隣接セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１０４に入力される。このとき、隣接セル内に位置する全てのユーザ端末から上り参照信号を受信する必要はなく、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１０４は、セル間干渉を与えそうなユーザ端末からのみ上り参照信号を受信すればよい。ここでは、説明の都合上、隣接セル内に位置するＮＩ台のユーザ端末から上り参照信号を受信するものと仮定する。
自セル内のユーザ端末から受信した上り参照信号が入力されると、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１０２は、入力された上り参照信号に基づき、ＮＴ本の分散アンテナとＮＵ台のユーザ端末との間のチャネル状態を示すチャネル情報（ＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤ）を推定する。一方、隣接セル内のユーザ端末から受信した上り参照信号が入力されると、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１０４は、入力された上り参照信号に基づき、ＮＴ本の分散アンテナとＮＩ台のユーザ端末との間のチャネル状態を示すチャネル情報（ＮＩ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＩ）を推定する。
対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１０２により推定されたＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤは、送信ビームフォーミング行列計算部１０６に入力される。同様に、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１０４により推定されたＮＩ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＩは、送信ビームフォーミング行列計算部１０６に入力される。自セル内ユーザに対応するＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤ、及び隣接セル内ユーザに対応するＮＩ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＩが入力されると、送信ビームフォーミング行列計算部１０６は、（ＮＵ＋ＮＩ）行ＮＴ列の拡張チャネル行列Ｈ’（下記の式（３））を生成する。
そして、送信ビームフォーミング行列計算部１０６は、拡張チャネル行列Ｈ’の逆行列Ｈ’−１を算出し、この逆行列Ｈ’−１を用いて下記の式（４）からＮＴ行（ＮＵ＋ＮＩ）列の送信ビームフォーミング行列Ｗ’を算出する。
Figure 2011041001
このようにして送信ビームフォーミング行列計算部１０６により算出された送信ビームフォーミング行列Ｗ’は、送信ビームフォーミング部１０８に入力される。送信ビームフォーミグ行列Ｗ’が入力されると、送信ビームフォーミング部１０８は、ＮＵ個の自セル内ユーザ向け送信シンボルで構成されるＮＵ個の要素に、値０を持つＮＩ個の要素を付加して送信シンボルベクトルｓ’を生成する。さらに、送信ビームフォーミング部１０８は、下記の式（５）に示すように、送信シンボルベクトルｓ’に送信ビームフォーミング行列Ｗ’を作用させて送信ベクトルｕ’を生成する。そして、送信ビームフォーミング部１０８は、生成した送信ベクトルｕ’をＮＴ本の分散アンテナから送信する。
Figure 2011041001
このように、隣接セル内に位置するユーザ端末との間の干渉を考慮して生成された送信ビームフォーミング行列Ｗ’を用いて送信シンボルベクトルに送信ビームフォーミング（ＺＦＢＦ）を施すことにより、隣接セルとの間のセル間干渉を低減させることができる。その結果、セル境界の近傍に位置するユーザ端末の伝送特性が向上する。
以上、本実施形態に係る分散アンテナシステムに含まれる無線基地局１００の構成、及び本実施形態に係る送信ビームフォーミング方法について説明した。本実施形態においては、セル間干渉を与えそうな隣接セルユーザも送信ビームフォーミングの対象に含めている。そのため、自セル内の各ユーザに対して形成されるビームは、自セル内の他ユーザだけでなく、隣接セルユーザに対しても指向性が抑えられたものとなり、セル間干渉が低減される。その結果、送信ビームフォーミングの対象とされた隣接セルユーザの伝送特性がセル間干渉により劣化することを抑制できる。
なお、分散アンテナシステムの場合、分散アンテナ数ＮＴは、空間多重ユーザ数ＮＵに比較して大きいため、ａｒｒａｙの自由度に余裕があり、送信ビームフォーミング行列を計算する際に抑圧すべき干渉数がＮＵ−１からＮＵ−１＋ＮＩに増加することによるａｒｒａｙ自由度の不足は生じない。次に、本実施形態に係るユーザ端末２００の構成、及び上り参照信号の送信方法について説明する。
（ユーザ端末２００の構成）
まず、図５を参照しながら、本実施形態に係るユーザ端末２００の機能構成について説明する。図５は、本実施形態に係るユーザ端末２００の機能構成例を示す説明図である。なお、本実施形態に係る分散アンテナシステムにおいては、一例として、時分割複信（ＴＤＤ；Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）にて上り回線と下り回線とを区別すると共に、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ；Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式により信号を送信することが想定されている。
図５に示すように、ユーザ端末２００は、主に、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列生成部２０２と、サブキャリアマッピング部２０４と、ＩＦＦＴ＋ＧＩ付加部２０６とを有する。なお、本実施形態においては、参照信号としてＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列が用いられる。また、図６（Ａ）に示すように、隣接セル間でセル間干渉が生じないように周波数分割され、各セルにｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦＤＭＡ信号の位相が割り当てられている。さらに、各セル内に位置する各ユーザには、各セルに割り当てられたｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦＤＭＡ信号の位相がさらに分割されて割り当てられている。
まず、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列生成部２０２により、上り参照信号としてＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列が生成される。このとき、各ユーザに割り当てられた位相を示す系列ｉｎｄｅｘがＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列生成部２０２に入力されており、その系列ｉｎｄｅｘに基づいてＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列が生成される。Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列生成部２０２により生成されたＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列は、サブキャリアマッピング部２０４に入力される。
また、サブキャリアマッピング部２０４には、セル毎に割り当てられたｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦＤＭＡ信号の位相を示すＦＤＭＡ信号位相ｉｎｄｅｘが入力される。そこで、サブキャリアマッピング部２０４は、入力されたＦＤＭＡ信号位相ｉｎｄｅｘが示すサブキャリアに、入力されたＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列をマッピングして変調信号を生成する。そして、サブキャリアマッピング部２０４により生成された変調信号は、ＩＦＦＴ＋ＧＩ付加部２０６に入力される。
ＩＦＦＴ＋ＧＩ付加部２０６では、変調信号に対し、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ；Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が施され、ガードインターバル（ＧＩ；Ｇｕａｒｄ ｉｎｔｅｒｖａｌ）が付加される。そして、ＧＩが付加された信号は、無線基地局１００に向けて送信される。なお、無線基地局１００では、ユーザ端末２００から受信した信号にフーリエ変換（ＦＦＴ）を施して周波数領域の信号に変換し、デマッピング処理を行って各ユーザから送信されたＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列を復元する。そして、無線基地局１００は、復元されたＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列に基づいてチャネル情報を推定する。
上記のように、本実施形態においては、隣接するセル間で異なるように、ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦＤＭＡ信号の位相が割り当てられる。例えば、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、セル１、セル２、セル３、セル４には異なる位相が割り当てられている。同様に、セル１、セル５、セル６、セル７には異なる位相が割り当てられている。このように、隣接セル間で異なる位相が割り当てられていることにより、各隣接セルが周波数分割され、セル間の干渉を回避することができる。
但し、セル２とセル５、セル３とセル６、セル４とセル７には、それぞれ同じ位相が割り当てられている。このように、隣接していないセル間では距離による電波の減衰が期待できるため、同じ位相を割り当ててもセル間干渉が問題になることは少ない。また、各セルにおいては、図６（Ａ）に示すように、各ユーザに対してＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列の一部要素が割り当てられている。但し、各ユーザに割り当てられる一部要素は、同一セル内の他のユーザと周波数帯が異なるように割り当てられており、同一セル内のユーザ間における干渉が回避されている。
上記の通り、隣接セルユーザのチャネル情報は、上り参照信号が隣接セル間で干渉し合わないように周波数分割して送信される。そして、このような構成にすることにより、隣接セルユーザに割り当てられているＦＤＭＡ信号の位相で受信した上り参照信号から無線基地局１００においてチャネル情報を得ることができるようになる。
［第１変形例：アンテナ選択方法］
次に、図７、図８を参照しながら、同じＦＤＭＡ信号の位相を利用する複数の隣接セルに関し、当該各隣接セル内に位置するユーザ端末からチャネル情報を取得する方法について説明する。図６に例示したように、自セルを挟んで対向する隣接セル間においては、距離による電波の減衰が期待できるため、同じＦＤＭＡ信号の位相を割り当てても、干渉による影響が少なくて済む。しかしながら、自セル内に配置された分散アンテナにおいては、両隣接セル内のユーザ端末から送信された上り参照信号が受信されるため、いずれの隣接セル内のユーザ端末から送信された上り参照信号かを区別する必要がある。
ここでは、同じＦＤＭＡ信号位相を利用する隣接セルを区別するため、自セル内に配置された分散アンテナを図８に示すように複数のサブセットに分け、分散アンテナの各サブセットと各隣接セルとを対応付ける方法を提案する。図８には、同じＦＤＭＡ信号位相を利用するセル４とセル７に対応する分散アンテナのサブセットが例示されている。図８の例では、セル４に対応する分散アンテナのサブセットには、分散アンテナ＃３、＃１０、＃１１、＃１２、＃１７、＃１８、＃１９が含まれている。また、セル７に対応する分散アンテナのサブセットには、分散アンテナ＃４、＃５、＃６、＃７、＃８、＃１３、＃１４、＃１５が含まれている。但し、サブセットの設定方法は図８の例に限定されない。
このように、対象とする隣接セルから近い位置に配置された分散アンテナのサブセットをその隣接セルに対応付ける。つまり、距離による電波の減衰を考慮し、ある隣接セルに近い分散アンテナには、その隣接セル内のユーザ端末から送信された信号が主に受信されるものと仮定しているのである。もちろん、ある隣接セルに対応付けられた分散アンテナのサブセットにおいても、他の隣接セル内のユーザ端末から送信された信号が受信されるが、距離による減衰により信号強度が弱まっているものとして無視し、ある分散アンテナのサブセットにおいて受信された上り参照信号は、そのサブセットに対応する隣接セル内のユーザ端末から送信されたものとしてしまう。
なお、いずれのサブセットにも含まれない分散アンテナで受信した上り参照信号は、両隣接セル内のユーザ端末との間のチャネル情報の推定に重複して利用してもよい。また、図８の例では、セル４とセル７に対応する分散アンテナのサブセットのみが示されたが、セル２とセル５、セル３とセル６についても、それぞれ同様に分散アンテナのサブセットが設定される。そして、いずれのサブセットで受信するかにより、上り参照信号を送信したユーザ端末が属する隣接セルを区別する。
（無線基地局１００の構成）
上記のようにして同じＦＤＭＡ信号位相を利用する隣接セルを区別するため、図４に示した無線基地局１００の構成は、図７のように変形される。ここで、図７を参照しながら、本実施形態の第１変形例に係る無線基地局１００の機能構成について説明する。図７は、本変形例に係る無線基地局１００の機能構成例を示す説明図である。なお、図４に示した無線基地局１００と実質的に同じ機能を有する構成要素については同一の符号を付することで詳細な説明を省略する。
図７に示すように、無線基地局１００は、主に、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１０２と、送信ビームフォーミング行列計算部１０６と、送信ビームフォーミング部１０８と、アンテナ選択部１２２、１３２と、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４、１３４と、セル間干渉量推定部１２６、１３６と、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８、１３８と、を有する。
なお、図７において同一のハッチングが施された構成要素は、同じＦＤＭＡ信号位相を利用する隣接セル内のユーザ端末から受信した上り参照信号を処理するためのものである。例えば、アンテナ選択部１２２、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４、セル間干渉量推定部１２６、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８は、セル２とセル５に割り当てられたＦＤＭＡ信号位相に対応する。
同様に、アンテナ選択部１３２、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１３４、セル間干渉量推定部１３６、セル間干渉ユーザ存在判定部１３８は、セル３とセル６に割り当てられたＦＤＭＡ信号位相に対応する。もちろん、セル４とセル７に割り当てられたＦＤＭＡ信号位相に対応する構成要素も設けられるが、図７においては記載を省略した。
まず、無線基地局１００は、ＮＴ本の分散アンテナを介して自セル内の各ユーザ及び各隣接セル内の各ユーザから上り参照信号を受信する。分散アンテナを介して自セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１０２に入力される。
自セル内のユーザ端末から受信した上り参照信号が入力されると、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１０２は、入力された上り参照信号に基づいて自セル内のユーザ端末に対応するチャネル情報を推定する。そして、対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部１０２により推定された自セル内のユーザ端末に対応するチャネル情報（ＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤ）は、送信ビームフォーミング行列計算部１０６に入力される。
一方、分散アンテナを介して隣接セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、アンテナ選択部１２２、１３２等に入力される。アンテナ選択部１２２は、各ＦＤＭＡ信号位相について設けられている。例えば、セル２とセル５に割り当てられたＦＤＭＡ信号位相を持つ上り参照信号は、アンテナ選択部１２２に入力される。
図７に示すように、アンテナ選択部１２２には、ＮＴ本の分散アンテナにより受信された上り参照信号が入力される。そこで、アンテナ選択部１２２は、セル２に対応する分散アンテナのサブセットで受信した上り参照信号をセル２に対応する対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４に入力する。さらに、アンテナ選択部１２２は、セル５に対応する分散アンテナのサブセットで受信した上り参照信号をセル５に対応する対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４に入力する。
同様に、アンテナ選択部１３２には、ＮＴ本の分散アンテナにより受信された上り参照信号が入力される。そこで、アンテナ選択部１３２は、セル３に対応する分散アンテナのサブセットで受信した上り参照信号をセル３に対応する対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１３４に入力する。さらに、アンテナ選択部１３２は、セル６に対応する分散アンテナのサブセットで受信した上り参照信号をセル６に対応する対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１３４に入力する。
それぞれ上り参照信号が入力されると、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４、１３４は、入力された上り参照信号に基づいて隣接セル内のユーザ端末に対応するチャネル情報を推定する。対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４、１３４により推定された隣接セル内のユーザ端末に対応するチャネル情報は、それぞれセル間干渉量推定部１２６、１３６に入力される。チャネル情報が入力されると、セル間干渉量推定部１２６、１３６は、入力されたチャネル情報に基づいて各ユーザ端末から受けた受信電力を算出し、その受信電力に基づいてセル間干渉量を推定する。
セル間干渉量推定部１２６、１３６により推定されたセル間干渉量は、それぞれセル間干渉ユーザ存在判定部１２８、１３８に入力される。セル間干渉量が入力されると、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８、１３８は、入力されたセル間干渉量が所定の閾値を越えるユーザ端末を特定する。そして、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８、１３８により特定されたユーザ端末は、自セルの分散アンテナシステムによるセル間干渉の影響を受けやすいユーザ端末であると判定される。このようにしてセル間干渉ユーザ存在判定部１２８、１３８により特定されたユーザ端末の情報は、送信ビームフォーミング行列計算部１０６に入力される。
例えば、セル間干渉量が所定の閾値を越えるユーザ端末がＮＩ台存在した場合、それらのユーザ端末から受信した上り参照信号に基づいて推定されたチャネル情報（ＮＩ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＩ）が送信ビームフォーミング行列計算部１０６に入力される。自セル内ユーザに対応するＮＵ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＤ、及び隣接セル内ユーザに対応するＮＩ行ＮＴ列のチャネル行列ＨＩが入力されると、送信ビームフォーミング行列計算部１０６は、（ＮＵ＋ＮＩ）行ＮＴ列の拡張チャネル行列Ｈ’を生成する。
そして、送信ビームフォーミング行列計算部１０６は、拡張チャネル行列Ｈ’の逆行列Ｈ’−１を算出し、この逆行列Ｈ’−１を用いてＮＴ行（ＮＵ＋ＮＩ）列の送信ビームフォーミング行列Ｗ’を算出する。このようにして送信ビームフォーミング行列計算部１０６により算出された送信ビームフォーミング行列Ｗ’は、送信ビームフォーミング部１０８に入力される。
送信ビームフォーミグ行列Ｗ’が入力されると、送信ビームフォーミング部１０８は、ＮＵ個の自セル内ユーザ向け送信シンボルで構成されるＮＵ個の要素に、値０を持つＮＩ個の要素を付加して送信シンボルベクトルｓ’を生成する。さらに、送信ビームフォーミング部１０８は、送信シンボルベクトルｓ’に送信ビームフォーミング行列Ｗ’を作用させて送信ベクトルｕ’を生成する。そして、送信ビームフォーミング部１０８は、生成した送信ベクトルｕ’をＮＴ本の分散アンテナから送信する。
上記のように、同じＦＤＭＡ信号位相を利用する隣接セルが複数存在する場合、自セル内に配置された分散アンテナを各隣接セルに対応するサブセットに分けて区別することにより、上り参照信号の送信元が属する隣接セルを判別することができる。つまり、異なる隣接セルに同一の周波数分割信号の同位相が割り当てられている場合には異なる隣接セルからの上り参照信号が干渉するが、各隣接セルから近い距離にあるセル内の分散アンテナで得られるチャネル情報を各隣接セルユーザからのチャネル情報として近似することにより対処することができるのである。
また、上記のように、隣接セルユーザから取得したチャネル情報に基づいて隣接セルユーザからの受信信号電力を計算し、受信信号電力が大きいユーザほどセル境界近傍に位置していると判断することにより、セル間干渉を与えやすい隣接セルユーザを容易に推定することができる。また、受信電力が大きい隣接セルユーザを送信ビームフォーミングの対象に含めることで、送信ビームフォーミングの対象とすべき隣接ユーザの数を抑えることができる。その結果、対象ユーザ数の増加に伴って送信ビームフォーミング行列の計算負荷が増大するのを抑制することが可能になる。
［第２変形例：ユーザ選択］
次に、図９を参照しながら、本実施形態の第２変形例に係る無線基地局１００の機能構成について説明する。図９は、本変形例に係る無線基地局１００の機能構成例を示す説明図である。本変形例は、各セル内に位置するユーザ数が多い場合に、送信ビームフォーミングの対象ユーザを効率的に絞り込む方法に関する。以下、自セル内のユーザ数がＫ（Ｋ＞ＮＵ）、送信ビームフォーミングの対象とするユーザ数がＮＵであるものとする。
図９に示すように、無線基地局１００は、主に、送信ビームフォーミング行列計算部１０６と、送信ビームフォーミング部１０８と、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４と、セル間干渉量推定部１２６と、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８と、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部１４２と、ユーザ選択部１４４と、を有する。また、無線基地局１００は、隣接セルの無線基地局（以下、隣接セル基地局）と有線で接続されており、任意の情報を送受信できるものとする。
まず、無線基地局１００は、ＮＴ本の分散アンテナを介して自セル内の各ユーザ及び各隣接セル内の各ユーザから上り参照信号を受信する。分散アンテナを介して自セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部１４２に入力される。一方、分散アンテナを介して隣接セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４に入力される。
自セル内のユーザ端末から受信した上り参照信号が入力されると、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部１４２は、入力された上り参照信号に基づき、ＮＴ本の分散アンテナとＫ台のユーザ端末との間のチャネル状態を示すチャネル情報を推定する。そして、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部１４２により推定されたチャネル情報は、ユーザ選択部１４４に入力される。
チャネル情報が入力されると、ユーザ選択部１４４は、入力されたチャネル情報に基づいて送信ビームフォーミングの対象とする自セル内のＮＵユーザを選択する。そして、ユーザ選択部１４４は、選択したＮＵユーザのチャネル情報を送信ビームフォーミング行列計算部１０６に入力すると共に、選択したＮＵユーザの情報（以下、自セルユーザ選択情報）を有線回線により隣接セル基地局に通知する。
一方、隣接セル内のユーザ端末から受信した上り参照信号が入力されると、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４は、入力された上り参照信号に基づいて隣接セル内のユーザ端末に対応するチャネル情報を推定する。対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４により推定された隣接セル内のユーザ端末に対応するチャネル情報は、セル間干渉量推定部１２６に入力される。また、セル間干渉量推定部１２６には、隣接セル基地局から、当該隣接セル基地局が送信ビームフォーミングの対象として選択したユーザの情報（以下、隣接セルユーザ選択情報）が有線回線を通じて入力される。
チャネル情報及び隣接セルユーザ選択情報が入力されると、セル間干渉量推定部１２６は、入力されたチャネル情報に基づき、入力された隣接セルユーザ選択情報が示すユーザ端末から受けた受信電力を算出し、その受信電力に基づいてセル間干渉量を推定する。そして、セル間干渉量推定部１２６により推定されたセル間干渉量は、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８に入力される。
セル間干渉量が入力されると、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８は、入力されたセル間干渉量が所定の閾値を越えるユーザ端末を特定する。そして、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８により特定されたユーザ端末は、自セルの分散アンテナシステムによるセル間干渉の影響を受けやすいユーザ端末であると判定される。このようにしてセル間干渉ユーザ存在判定部１２８により特定されたユーザ端末のチャネル情報は、送信ビームフォーミング行列計算部１０６に入力される。
ユーザ選択部１４４により選択されたＮＵユーザのチャネル情報、及びセル間干渉ユーザ存在判定部１２８により特定された隣接セルユーザのチャネル情報が入力されると、送信ビームフォーミング行列計算部１０６は、これらのチャネル情報に基づいて拡張チャネル行列を生成し、その拡張チャネル行列を用いて送信ビームフォーミング行列を算出する。そして、送信ビームフォーミング行列計算部１０６により算出された送信ビームフォーミング行列は、送信ビームフォーミング部１０８に入力される。送信ビームフォーミグ行列が入力されると、送信ビームフォーミング部１０８は、入力された送信ビームフォーミング行列を用いて送信シンボルベクトルに送信ビームフォーミングを施し、ＮＴ本の分散アンテナから送信する。
このように、本変形例においては、自セル内に位置するＫユーザのチャネル情報に基づいてユーザ選択を行い、その結果を隣接セルの基地局に有線回線で通知する。また、隣接セルの基地局で行われたユーザ選択の結果を取得し、その結果に基づいて隣接セル内に位置するユーザの中からセル間干渉量を算出するユーザを選択する。そして、選択した隣接セル内のユーザに対してセル間干渉を与えないような送信ビームフォーミング行列を計算する。このような構成にすることで、各セルにおいて送信ビームフォーミングの対象とされるユーザの選択が行われる場合に、そのユーザ選択の結果を自セルの基地局で行う送信ビームフォーミングの中で容易に考慮することができるようになる。
本変形例において想定する環境のように、多重するユーザ数よりも多くのユーザが存在する場合には、ユーザ選択又はユーザスケジューリングにより空間多重されるユーザを各セルで決定する必要がある。このようなユーザ選択結果の情報を隣接セル間で共有することにより、各セルの基地局が隣接セルユーザを正確に把握することが出来るようになるため、本変形例のような構成にすることにより、考慮すべき隣接セルユーザの絞込みが容易になるのである。
上記の通り、周波数分多元接続された隣接セルユーザから受信した上り参照信号に基づいてチャネル情報を取得しておき、隣接セルで選択されたユーザを示すユーザｉｎｄｅｘから、そのユーザのチャネル情報に基づいて受信電力が大きい隣接セルユーザを選択し、送信ビームフォーミングの対象に含める。このような操作を行うことにより、隣接セルにおいて送信対象とされ、かつ、自セルの送信信号によりセル間干渉を与えてしまう可能性が高いユーザを推定することができるようになるのである。
［第３変形例：送信ビームフォーミング行列の再計算］
次に、図１０を参照しながら、本実施形態の第３変形例に係る無線基地局１００の機能構成について説明する。図１０は、本変形例に係る無線基地局１００の機能構成例を示す説明図である。本変形例は、自セル内に位置するユーザ端末のみを対象にして送信ビームフォーミングを施した場合に隣接セルに与える干渉を抑制する方法に関する。
図１０に示すように、無線基地局１００は、主に、送信ビームフォーミング部１０８と、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４と、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８と、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部１４２と、ユーザ選択部１４４と、セル間ビーム干渉量推定部１５２と、送信ビームフォーミング行列再計算部１５４と、送信ビームフォーミング行列計算部１５６と、を有する。また、無線基地局１００は、隣接セルの無線基地局（隣接セル基地局）と有線で接続されており、任意の情報を送受信できるものとする。
まず、無線基地局１００は、ＮＴ本の分散アンテナを介して自セル内の各ユーザ及び各隣接セル内の各ユーザから上り参照信号を受信する。分散アンテナを介して自セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部１４２に入力される。一方、分散アンテナを介して隣接セル内の各ユーザから受信された上り参照信号は、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４に入力される。
自セル内のユーザ端末から受信した上り参照信号が入力されると、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部１４２は、入力された上り参照信号に基づき、ＮＴ本の分散アンテナとＫ台のユーザ端末との間のチャネル状態を示すチャネル情報を推定する。そして、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部１４２により推定されたチャネル情報は、ユーザ選択部１４４に入力される。
チャネル情報が入力されると、ユーザ選択部１４４は、入力されたチャネル情報に基づいて送信ビームフォーミングの対象とする自セル内のＮＵユーザを選択する。そして、ユーザ選択部１４４は、選択したＮＵユーザのチャネル情報を送信ビームフォーミング行列再計算部１５４及び送信ビームフォーミング行列計算部１５６に入力する。さらに、ユーザ選択部１４４は、選択したＮＵユーザの情報（自セルユーザ選択情報）を有線回線により隣接セル基地局に通知する。
ユーザ選択部１４４により選択されたＮＵユーザのチャネル情報が入力されると、送信ビームフォーミング行列計算部１５６は、入力されたチャネル情報に基づいてＮＵユーザの信号を互いに直交させるための送信ビームフォーミング行列（以下、自セルユーザ向け送信ビームフォーミング行列）を算出する。そして、送信ビームフォーミング行列計算部１５６により算出された自セルユーザ向け送信ビームフォーミング行列は、セル間ビーム干渉量推定部１５２に入力される。
一方、隣接セル内のユーザ端末から受信した上り参照信号が入力されると、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４は、入力された上り参照信号に基づいて隣接セル内のユーザ端末に対応するチャネル情報を推定する。対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部１２４により推定された隣接セル内のユーザ端末に対応するチャネル情報は、セル間ビーム干渉量推定部１５２に入力される。
また、セル間ビーム干渉量推定部１５２には、隣接セル基地局から、当該隣接セル基地局が送信ビームフォーミングの対象として選択したユーザの情報（隣接セルユーザ選択情報）が有線回線を通じて入力される。このように、自セルユーザ向け送信ビームフォーミング行列、隣接セルユーザのチャネル情報、及び隣接セルユーザ選択情報が入力されると、セル間ビーム干渉量推定部１５２は、これらの情報に基づき、自セルユーザ向け送信ビームフォーミング行列に基づく送信ビームフォーミングにより、隣接セルユーザ選択情報が示すユーザに対して与えるセル間ビーム干渉量を推定する。
このセル間ビーム干渉量により、自セル向けの送信ビームフォーミングを施した送信信号が隣接セルユーザ選択情報に示されたユーザに与える干渉の大きさを推定することができる。セル間ビーム干渉量推定部１５２により推定されたセル間ビーム干渉量は、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８に入力される。
セル間ビーム干渉量が入力されると、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８は、入力されたセル間ビーム干渉量が所定の閾値を越えるユーザ端末を特定する。そして、セル間干渉ユーザ存在判定部１２８により特定されたユーザ端末は、自セルの分散アンテナシステムによるセル間干渉の影響を受けやすいユーザ端末であると判定される。このようにしてセル間干渉ユーザ存在判定部１２８により特定されたユーザ端末のチャネル情報は、送信ビームフォーミング行列再計算部１５４に入力される。
ユーザ選択部１４４により選択されたＮＵユーザのチャネル情報、及びセル間干渉ユーザ存在判定部１２８により特定された隣接セルユーザのチャネル情報が入力されると、送信ビームフォーミング行列再計算部１５４は、これらのチャネル情報に基づいて拡張チャネル行列を生成し、その拡張チャネル行列を用いて送信ビームフォーミング行列を算出する。
そして、送信ビームフォーミング行列再計算部１５４により算出された送信ビームフォーミング行列は、送信ビームフォーミング部１０８に入力される。送信ビームフォーミグ行列が入力されると、送信ビームフォーミング部１０８は、入力された送信ビームフォーミング行列を用いて送信シンボルベクトルに送信ビームフォーミングを施し、ＮＴ本の分散アンテナから送信する。
上記のように、本変形例においては、自セル内で選択したＮＵユーザに対する送信ビームフォーミング行列を計算し、さらに隣接セルで選択されたユーザのチャネル情報からセル間ビーム干渉を計算し、そのセル間ビーム干渉量が大きい隣接セルユーザを送信ビームフォーミングの対象に含めて送信ビームフォーミング行列の再計算を行なう。このような操作を行うことにより、実際の送信ビームフォーミングによりセル間ビーム干渉を与えてしまうユーザをより正確に推定することが可能になり、セル間干渉の低減効果が向上する。
［具体例：無線基地局３００の構成］
次に、図１１を参照しながら、本実施形態に係る無線基地局３００の構成について説明する。図１１は、本実施形態に係る技術を実際に分散アンテナシステムに対して適用する場合に想定される具体的な基地局（無線基地局３００）の構成例を示したものである。
図１１に示すように、無線基地局３００は、主に、ユーザ選択部３０２と、ＡＭＣ部３０４と、ユーザ別参照信号多重部３０６と、送信ビームフォーミング部３０８と、アンテナ共通セル固有参照信号多重部３１０と、ＯＦＤＭ部３１２と、ＦＦＴ部３１４と、対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部３１６と、ユーザ選択部３１８と、送信ビームフォーミング行列計算部３２０と、アンテナ選択部３２２、３３２と、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部３２４、３３４と、ユーザ選択部３２６、３３６と、セル間ビーム干渉量推定部３２８、３３８と、被セル間干渉ユーザランキング部３３０と、被干渉ユーザ選択部３４０と、送信ビームフォーミング行列再計算部３４２と、を有する。
まず、アンテナ共通セル固有参照信号多重部３１０において、ＮＴ本の分散アンテナ間で共通の下り参照信号が生成される。そして、アンテナ共通セル固有参照信号多重部３１０は、送信データに下り参照信号を多重して送信フレームを生成する。アンテナ共通セル固有参照信号多重部３１０で生成された送信フレームは、各分散アンテナに対応するＯＦＤＭ部３１２に入力される。ＯＦＤＭ部３１２は、送信フレームを直並列変換し、並列化されたビット列を互いに直交する複数のサブキャリア信号に変換した後、そのサブキャリア信号に逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を施してＯＦＤＭ信号を生成する。ＯＦＤＭ部３１２で生成されたＯＦＤＭ信号は、それぞれ対応する分散アンテナから送信される。
このようにして時分割複信の下り回線で送信された下り参照信号は、各ユーザにおけるチャネル情報の推定に利用され、そのチャネル情報を用いて上り参照信号が送信される。例えば、各ユーザにおいて推定されたチャネル情報に基づいて上り参照信号用に送信ビームフォーミング行列が算出され、上り参照信号に対する送信ビームフォーミングに利用される。なお、上り参照信号もＯＦＤＭ信号の形で送信されるものとする。時分割複信の上り回線で自セルのユーザ及び隣接セルのユーザから送信された上り参照信号は、自セル内に配置された分散アンテナにより受信される。
そして、受信された上り参照信号は、ＦＦＴ部３１４により周波数領域に変換され、それぞれ対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部３１６、及びアンテナ選択部３２２、３３２に入力される。対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部３１６は、自セル内のユーザから受信した上り参照信号に基づいてチャネル情報を推定する。対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部３１６により推定されたチャネル情報は、ユーザ選択部３１８に入力される。
自セル内に存在するＫユーザ（Ｋ＞ＮＵ；ＮＵは下り回線で可能な空間多重数）のチャネル情報が入力されると、ユーザ選択部３１８は、送信ビームフォーミング後のデータ伝送スループットが最大となるようにＮＵユーザを選択し、ユーザ選択の結果（自セルユーザ選択情報）を隣接セルの基地局に通知する。さらに、ユーザ選択部３１８は、自セルユーザ選択情報をユーザ選択部３０２に入力すると共に、選択したユーザのチャネル情報を送信ビームフォーミング行列計算部３２０、及び送信ビームフォーミング行列再計算部３４２に入力する。
選択ユーザのチャネル情報が入力されると、送信ビームフォーミング行列計算部３２０は、自セル内のＮＵユーザに対する送信ビームフォーミング行列を計算する。そして、送信ビームフォーミング行列計算部３２０により算出された送信ビームフォーミング行列は、セル間ビーム干渉量推定部３２８、３３８に入力される。
一方で、アンテナ選択部３２２、３３２は、隣接セル毎に設定された分散アンテナのサブセットを選択し、各隣接セルに対応する上り参照信号を受信する。アンテナ選択部３２２、３３２により受信された上り参照信号は、それぞれ対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部３２４、３３４に入力される。上り参照信号が入力されると、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部３２４、３３４は、隣接セルユーザのチャネル情報を推定する。そして、対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部３２４、３３４により推定されたチャネル情報は、ユーザ選択部３２６、３３６に入力される。
ユーザ選択部３２６、３３６には、各隣接セル基地局から、各隣接セルにおけるユーザ選択結果を示す隣接セルユーザ選択情報が入力される。そこで、ユーザ選択部３２６、３３６は、隣接セルユーザ選択情報が示す隣接セルユーザを選択し、その選択ユーザのチャネル情報をセル間ビーム干渉量推定部３２８、３３８にそれぞれ入力する。隣接セルユーザのチャネル情報が入力されると、セル間ビーム干渉量推定部３２８、３３８は、入力されたチャネル情報、及び自セルユーザ向けの送信ビームフォーミング行列に基づき、その送信ビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミングにより隣接セルユーザに与えるセル間ビーム干渉量を計算する。
セル間ビーム干渉量推定部３２８、３３８により算出されたセル間ビーム干渉量は、被セル間干渉ユーザランキング部３３０に入力される。各隣接セルユーザのセル間ビーム干渉量が入力されると、被セル間干渉ユーザランキング部３３０は、セル間ビーム干渉量が大きい順に隣接セルユーザをランキングする。そして、被セル間干渉ユーザランキング部３３０によるランキング結果は、被干渉ユーザ選択部３４０に入力される。ランキング結果が入力されると、被干渉ユーザ選択部３４０は、セル間ビーム干渉量が大きい順に所定数（例えば、ＮＩユーザ）の隣接セルユーザを選択する。そして、被干渉ユーザ選択部３４０により選択された隣接セルユーザのチャネル情報が送信ビームフォーミング行列再計算部３４２に入力される。
送信ビームフォーミング行列再計算部３４２は、セル間ビーム干渉量が大きいＮＩユーザのチャネル情報を用いて自セルユーザ向けのチャネル行列を拡張し、拡張チャネル行列を生成する。さらに、送信ビームフォーミング行列再計算部３４２は、生成した拡張チャネル行列を用いて送信ビームフォーミング行列を算出する。このようにセル間ビーム干渉量が大きいと推定された隣接ユーザを送信ビームフォーミングの対象ユーザに含めることにより、セル間ビーム干渉が抑制される。送信ビームフォーミング行列再計算部３４２により算出された送信ビームフォーミング行列は、送信ビームフォーミング部３０８に入力され、送信ビームフォーミングに利用される。
まず、ユーザ選択部３０２により、ユーザ選択部３１８から入力された選択ユーザの情報に基づいてユーザが選択され、その選択ユーザのユーザｉｎｄｅｘが送信ビームフォーミング部３０８に入力される。また、送信ビームフォーミング部３０８には、送信ビームフォーミング行列再計算部３４２により算出された送信ビームフォーミング行列が入力されている。さらに、送信ビームフォーミング部３０８には、ユーザ別参照信号多重部３０６により生成されたユーザ毎に固有の下り参照信号が入力される。
なお、ユーザ別参照信号多重部３０６で生成される下り参照信号は、アンテナ共通セル固有参照信号多重部３１０で生成される下り参照信号とは異なり、ユーザ選択部３０２で選択された各ユーザに対して生成された固有の下り参照信号である。この下り参照信号が入力されると、送信ビームフォーミング部３０８は、入力された送信ビームフォーミング行列を用いて下り参照信号に送信ビームフォーミングを施す。送信ビームフォーミング部３０８により送信ビームフォーミングが施されたユーザ毎に固有の下り参照信号は、ＯＦＤＭ部３１２に入力されてＯＦＤＭ信号の形に変換された後、自セル内に配置された複数の分散アンテナから送信される。
各ユーザにおいては、無線基地局３００から受信したユーザ毎に固有の下り参照信号に基づいてＳＩＮＲが推定される。さらに、推定されたＳＩＮＲに基づいて、誤り無く復号可能であり、かつ、最大の伝送速度を達成することが可能なＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｅｔ（ＭＣＳ）が選択される。そして、各ユーザにおいて選択されたＭＣＳを示すＭＣＳインデックスが無線基地局３００に帰還される。そして、無線基地局３００に帰還されたＭＣＳインデックスは、ＡＭＣ部３０４に入力される。
ＭＣＳインデックスが帰還されると、ＡＭＣ部３０４は、入力されたＭＣＳインデックスに基づいて送信データに誤り訂正符号化及び変調マッピングを施す。なお、誤り訂正符号としては、例えば、Ｔｕｒｂｏ符号が用いられる。また、ＡＭＣは、Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇの略である。
ＡＭＣ部３０４により誤り訂正符号化及び変調マッピングが施された送信データは、送信ビームフォーミング部３０８に入力される。そして、送信ビームフォーミング部３０８は、ＡＭＣ部３０４で誤り訂正符号化及び変調マッピングが施された送信データに送信ビームフォーミングを施す。送信ビームフォーミング部３０８により送信ビームフォーミングが施された送信データは、ＯＦＤＭ部３１２に入力されてＯＦＤＭ信号に変換され、自セル内に設置された複数の分散アンテナから送信される。
以上、本実施形態に係る無線基地局３００の構成例について説明した。このように、分散アンテナシステムの下り回線において、セル間干渉を与えそうな隣接セルユーザを推定し、自セルユーザと共に送信ビームフォーミングの対象ユーザとして考慮することにより、セル間干渉による伝送特性の劣化を低減させることが可能になる。その結果、隣接セルのスループットを向上させることが可能になる。また、隣接セルにおいても同様の処理を行なうことにより、自セルのスループットが向上する。このような効果は、既に説明した本実施形態に係る各構成を適用することにより得られる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１０ 無線基地局
１２ 対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部
１４ 送信ビームフォーミング行列計算部
１６ 送信ビームフォーミング部
１００ 無線基地局
１０２ 対自セル内ＮＵユーザ用チャネルベクトル推定部
１０４ 対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部
１０６、１５６ 送信ビームフォーミング行列計算部
１０８ 送信ビームフォーミング部
１２２、１３２ アンテナ選択部
１２４、１３４ 対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部
１２６、１３６ セル間干渉量推定部
１２８、１３８ セル間干渉ユーザ存在判定部
１４２ 対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部
１４４ ユーザ選択部
１５２ セル間ビーム干渉量推定部
１５４ 送信ビームフォーミング行列再計算部
２００ ユーザ端末
２０２ Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列生成部
２０４ サブキャリアマッピング部
２０６ ＩＦＦＴ＋ＧＩ付加部
３００ 無線基地局
３０２ ユーザ選択部
３０４ ＡＭＣ部
３０６ ユーザ別参照信号多重部
３０８ 送信ビームフォーミング部
３１０ アンテナ共通セル固有参照信号多重部
３１２ ＯＦＤＭ部
３１４ ＦＦＴ部
３１６ 対自セル内Ｋユーザ用チャネルベクトル推定部
３１８ ユーザ選択部
３２０ 送信ビームフォーミング行列計算部
３２２、３３２ アンテナ選択部
３２４、３３４ 対隣接セル内ユーザ用チャネルベクトル推定部
３２６、３３６ ユーザ選択部
３２８、３３８ セル間ビーム干渉量推定部
３３０ 被セル間干渉ユーザランキング部
３４０ 被干渉ユーザ選択部
３４２ 送信ビームフォーミング行列再計算部

Claims (7)

  1. 自セル内に分散して配置された複数の分散アンテナと、
    前記複数の分散アンテナと、前記自セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する自セル内チャネル情報取得部と、
    前記複数の分散アンテナと、前記自セルに隣接する隣接セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する隣接セル内チャネル情報取得部と、
    前記自セル内チャネル情報取得部及び前記隣接セル内チャネル情報取得部により取得されたチャネル情報に基づき、前記自セルと前記隣接セルとの間のセル間干渉が抑制されるように、前記複数の分散アンテナを用いて送信する送信信号にビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、
    を備えることを特徴とする、無線基地局。
  2. 前記隣接セル内に位置する無線端末から周波数分割多元接続方式で上り参照信号を取得する参照信号取得部をさらに備え、
    前記参照信号取得部は、前記隣接セル内チャネル情報取得部におけるチャネル情報の取得に用いられる前記上り参照信号を取得する際、前記隣接セル内の無線端末に対して前記自セル内の無線端末とは異なる周波数分割多元接続信号の位相を割り当てることを特徴とする、請求項１に記載の無線基地局。
  3. 同じ周波数分割多元接続信号の位相が割り当てられた複数の前記隣接セルが存在する場合、前記隣接セル内チャネル情報取得部は、前記参照信号取得部により前記各隣接セルの近くに配置された一部の分散アンテナから取得された上り参照信号を用いてチャネル情報を取得し、当該チャネル情報を前記各隣接セル内の無線端末に関するチャネル情報とすることを特徴とする、請求項２に記載の無線基地局。
  4. 前記隣接セル内チャネル情報取得部により取得された隣接セル内に位置する無線端末に関するチャネル情報に基づいて受信電力の大きな前記隣接セル内の無線端末を選択する端末選択部をさらに備え、
    前記送信ビームフォーミング部は、前記端末選択部により選択された前記隣接セル内の無線端末に対する前記セル間干渉が抑制されるように、前記送信信号にビームフォーミングを施すことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線基地局。
  5. 前記隣接セルにおいて送信ビームフォーミングの対象として選択された無線端末を示す選択情報を当該隣接セルの無線基地局から取得する選択情報取得部をさらに備え、
    前記送信ビームフォーミング部は、前記選択情報取得部により取得された選択情報が示す無線端末に関し、前記隣接セル内チャネル情報取得部により取得されたチャネル情報に基づいて当該無線端末に対するセル間干渉が抑制されるように、前記送信信号にビームフォーミングを施すことを特徴とする、請求項４に記載の無線基地局。
  6. 前記自セル内チャネル情報取得部により取得されたチャネル情報に基づいて前記自セル内の無線端末に対するビームフォーミング行列を算出する自セル内ビームフォーミング行列算出部と、
    前記自セル内ビームフォーミング行列算出部により算出されたビームフォーミング行列及び前記選択情報取得部により取得された選択情報に基づき、当該ビームフォーミング行列を用いてビームフォーミングを施した場合におけるセル間干渉量を算出するセル間干渉量算出部と、
    をさらに備え、
    前記端末選択部は、前記自セル内ビームフォーミング行列算出部により算出されたビームフォーミング行列を用いてビームフォーミングを施した場合に前記セル間干渉量算出部により算出されるセル間干渉量が大きくなる前記隣接セル内の無線端末を選択することを特徴とする、請求項５に記載の無線基地局。
  7. 自セル内に分散して配置された複数の分散アンテナを有する無線基地局が、
    前記複数の分散アンテナと、前記自セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する自セル内チャネル情報取得ステップと、
    前記複数の分散アンテナと、前記自セルに隣接する隣接セル内に位置する無線端末のアンテナとの間のチャネル情報を取得する隣接セル内チャネル情報取得ステップと、
    前記自セル内チャネル情報取得ステップ及び前記隣接セル内チャネル情報取得ステップで取得されたチャネル情報に基づき、前記自セルと前記隣接セルとの間のセル間干渉が抑制されるように、前記複数の分散アンテナを用いて送信する送信信号にビームフォーミングを施す送信ビームフォーミングステップと、
    を含むことを特徴とする、無線通信方法。
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