JP2011193072A - 無線通信システム及び方法、基地局装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多アンテナ基地局からなるセルラ無線通信システムで、送信ダイバーシチで同時送信しているのは多数のアンテナのうち２本だけであり、アンテナの利用効率が低下していた。セル境界に送信する送信ダイバーシチの空きアンテナを使い、セル中心にある端末にセル境界の端末に干渉を与えないように信号を送信する。
【解決手段】セル境界とセル中心の２つの端末をペアーにして同時に信号を送信する。セル境界に向けた信号とセル中心に向けた信号の送信電力は大きく異なる。その結果セル中心に向けた信号による干渉は、セル境界の端末にとっては全く問題がないレベルにまで調整される。セル境界の端末には、セル中心への信号送信による干渉の影響は見えず、必ずしも４本のアンテナを稼働する必要はない。
【選択図】 図１０
【解決手段】セル境界とセル中心の２つの端末をペアーにして同時に信号を送信する。セル境界に向けた信号とセル中心に向けた信号の送信電力は大きく異なる。その結果セル中心に向けた信号による干渉は、セル境界の端末にとっては全く問題がないレベルにまで調整される。セル境界の端末には、セル中心への信号送信による干渉の影響は見えず、必ずしも４本のアンテナを稼働する必要はない。
【選択図】 図１０
Description
本発明は、無線通信システム及び方法、基地局装置に係り、セルラ無線通信システムにおいて、特に、アンテナリッチな基地局におけるダイバーシチ送信又はチャネルの割当て等を行うための無線通信システム及び方法、基地局装置に関する。
１．セルラ通信
移動体無線通信では、面として広がるサービスエリア内で通信するため、セルラ方式が一般的である。セルラ方式では、複数の基地局をサービスエリア内に点在させ、各基地局がカバーするエリア（端末が通信可能なエリア）をつなぎ合わせることで、面的なカバーエリアを実現する。各基地局は、自局を認識させるためのリファレンス信号を送信する。リファレンス信号は、送信する信号系列、あるいは送信する時間、あるいは周波数、あるいは信号系列と時間と周波数の組合せにおいて、その地域においてユニークとなるように設計されている。端末は、各基地局が送信するユニークなリファレンス信号を受信し、それぞれの強度を測定して比較することで、自局と隣接する複数の基地局との無線状態を把握する。こうした無線状態の測定結果は、より信号強度が強く、良好な受信状態となる（おそらく最も伝搬距離も短い）基地局を探すために利用されている。最も良好な受信状態となる基地局が、現在接続している基地局から隣接する他の基地局に変わったと判断したときには、より良好な受信状態が期待できる基地局に接続を切り替えるハンドオーバを実施することで、セルラ通信を実現する。
移動体無線通信では、面として広がるサービスエリア内で通信するため、セルラ方式が一般的である。セルラ方式では、複数の基地局をサービスエリア内に点在させ、各基地局がカバーするエリア（端末が通信可能なエリア）をつなぎ合わせることで、面的なカバーエリアを実現する。各基地局は、自局を認識させるためのリファレンス信号を送信する。リファレンス信号は、送信する信号系列、あるいは送信する時間、あるいは周波数、あるいは信号系列と時間と周波数の組合せにおいて、その地域においてユニークとなるように設計されている。端末は、各基地局が送信するユニークなリファレンス信号を受信し、それぞれの強度を測定して比較することで、自局と隣接する複数の基地局との無線状態を把握する。こうした無線状態の測定結果は、より信号強度が強く、良好な受信状態となる（おそらく最も伝搬距離も短い）基地局を探すために利用されている。最も良好な受信状態となる基地局が、現在接続している基地局から隣接する他の基地局に変わったと判断したときには、より良好な受信状態が期待できる基地局に接続を切り替えるハンドオーバを実施することで、セルラ通信を実現する。
２．無線通信システム
図１に、無線通信システムの構成図を示す。
セルラ通信の概念を、図１を使って再度説明する。図１に示すように、このシステムには、複数の基地局２０、２１、２２が存在する。端末１は、基地局２０と無線通信を行っている。各基地局２０、２１、２２はネットワーク装置５０と接続することによって、有線の通信路が確保されている。複数の基地局２０、２１、２２と接続するネットワーク装置５０は、パケットスイッチ装置４０を介してＩＰ接続されている。図では端末１は、最も距離が近く良好な信号を受信できる基地局２０と通信している。各基地局２０、２１、２２は、独自の識別信号であるリファレンス信号をそれぞれが送信している。端末１は各基地局が送信するリファレンス信号を受信して、その受信強度を測定する。端末１は、リファレンス信号の受信強度が最も強い基地局が最も距離が近い基地局であると判定する。図には、基地局２０に関して、下り回線の信号（基地局から端末への通信）３０と、上り回線の信号（端末から基地局への通信）３１が記載されている。基地局２０は下り信号３０を、基地局２１は下り信号３２を、基地局２２は下り信号３３を、それぞれ送信している。各信号は同じ周波数、同じ時間に信号を送信しているため、下り信号３０、３２、３３は互いに干渉する可能性がある。セル境界に位置する端末１は、基地局２０より希望信号３０を受信するが、同時に他局から干渉波３２、３３を受信してしまい、その影響も受けることとなる。希望信号電力に対する干渉電力と雑音電力の比は、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）と呼ばれる。セル境界では、他セルからの干渉が強くなり、分母の支配項となるため、ＳＩＮＲが劣化し、高いスループットでの情報伝達が困難となる。
図１に、無線通信システムの構成図を示す。
セルラ通信の概念を、図１を使って再度説明する。図１に示すように、このシステムには、複数の基地局２０、２１、２２が存在する。端末１は、基地局２０と無線通信を行っている。各基地局２０、２１、２２はネットワーク装置５０と接続することによって、有線の通信路が確保されている。複数の基地局２０、２１、２２と接続するネットワーク装置５０は、パケットスイッチ装置４０を介してＩＰ接続されている。図では端末１は、最も距離が近く良好な信号を受信できる基地局２０と通信している。各基地局２０、２１、２２は、独自の識別信号であるリファレンス信号をそれぞれが送信している。端末１は各基地局が送信するリファレンス信号を受信して、その受信強度を測定する。端末１は、リファレンス信号の受信強度が最も強い基地局が最も距離が近い基地局であると判定する。図には、基地局２０に関して、下り回線の信号（基地局から端末への通信）３０と、上り回線の信号（端末から基地局への通信）３１が記載されている。基地局２０は下り信号３０を、基地局２１は下り信号３２を、基地局２２は下り信号３３を、それぞれ送信している。各信号は同じ周波数、同じ時間に信号を送信しているため、下り信号３０、３２、３３は互いに干渉する可能性がある。セル境界に位置する端末１は、基地局２０より希望信号３０を受信するが、同時に他局から干渉波３２、３３を受信してしまい、その影響も受けることとなる。希望信号電力に対する干渉電力と雑音電力の比は、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）と呼ばれる。セル境界では、他セルからの干渉が強くなり、分母の支配項となるため、ＳＩＮＲが劣化し、高いスループットでの情報伝達が困難となる。
３ＧＰＰ ＴＳ３６．９１２， ７．１ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ
ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ ＳＤＤ， １１．８ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ ＭＩＭＯ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅ
従来技術で紹介したように、ＯＦＤＭＡを用いたセルラ通信においては、論理的なサブキャリヤの並びを、物理的なリソースに割り当てる際に、パーミュテーション操作を行い、分散させて配置する方法が知られている。分散配置された構造をディストリビューテッドとも呼ぶ。他方、論理リソースと物理リソースを一致させ、連続するリソースを１つの端末が使うようにする配置も考えられており、ローカライズとも呼ばれている。ディストリビューテッドは周波数ダイバーシチ効果から安定した回線品質を提供しやすい。そのため、例えばＱｏＳで安定した接続を要求された場合など、例えばＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ）等のサービス提供に利用されると考えられる。他方、ローカライズは、その時点の、その周波数の利用効率が最大化されるようにリソース割当てを行いやすいことから、ベストエフォートサービス等への利用が期待される。
現在、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄとして、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍやＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ等の無線通信方式が標準化で議論されているが、ここでの議論では、より高い効率化を得るために、基地局において最大８本ものアンテナを利用することが検討されている。これまで、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）として４本のアンテナが定義されていたが、それ以上にアンテナ数が多くなってきている。また、端末も最大４本のアンテナを持つシステムが提案されている。
こうしたアンテナリッチなシステムでは、複数のアンテナを分解することで、より高い周波数利用効率を得られる可能性がある。例えば、セル境界の端末に対してレートが低い、例えばＶｏＩＰなどの通信を供給する際に、ダイバーシチ効果が必要なためにＴＤを用いて送信するケースが考えられるが、ＶｏＩＰには、大きなパケットサイズは必要ではない。但し安定した通信が必要である。こうした場合に、例えば基地局の４本のアンテナを使っても、先に説明した通りで、ＴＤで同時送信しているのは４本のアンテナのうち、２本だけであり、必ずしも効果的な送信方法とは言えなかった。また、アンテナの本数が増加するにしたがって、アンテナの利用効率が低下する場合があった。
現在、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄとして、ＩＥＥＥ８０２．１６ｍやＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ等の無線通信方式が標準化で議論されているが、ここでの議論では、より高い効率化を得るために、基地局において最大８本ものアンテナを利用することが検討されている。これまで、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）として４本のアンテナが定義されていたが、それ以上にアンテナ数が多くなってきている。また、端末も最大４本のアンテナを持つシステムが提案されている。
こうしたアンテナリッチなシステムでは、複数のアンテナを分解することで、より高い周波数利用効率を得られる可能性がある。例えば、セル境界の端末に対してレートが低い、例えばＶｏＩＰなどの通信を供給する際に、ダイバーシチ効果が必要なためにＴＤを用いて送信するケースが考えられるが、ＶｏＩＰには、大きなパケットサイズは必要ではない。但し安定した通信が必要である。こうした場合に、例えば基地局の４本のアンテナを使っても、先に説明した通りで、ＴＤで同時送信しているのは４本のアンテナのうち、２本だけであり、必ずしも効果的な送信方法とは言えなかった。また、アンテナの本数が増加するにしたがって、アンテナの利用効率が低下する場合があった。
本発明は、上記課題に鑑み、セル境界に送信する送信ダイバーシチの空きアンテナを使い、セル中心にある端末にセル境界の端末に干渉を与えないように信号を送信することを目的とする。また、本発明は、周波数利用効率を向上させることを目的とする。
本発明の第１の解決手段によると、
複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信システムであって、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する基地局装置
を備えた無線通信システムが提供される。
複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信システムであって、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する基地局装置
を備えた無線通信システムが提供される。
本発明の第２の解決手段によると、
複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信方法であって、
上記基地局装置が、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する
ようにした無線通信方法が提供される。
複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信方法であって、
上記基地局装置が、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する
ようにした無線通信方法が提供される。
本発明の第３の解決手段によると、
複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信システムにおける基地局装置であって、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力又は送信電力を定める電力制御値を求めるプロセッサと、
上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記プロセッサから与えられた送信電力又は電力制御値に基づいて上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する送信信号処理部と
を備えた基地局装置が提供される。
複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信システムにおける基地局装置であって、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力又は送信電力を定める電力制御値を求めるプロセッサと、
上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記プロセッサから与えられた送信電力又は電力制御値に基づいて上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する送信信号処理部と
を備えた基地局装置が提供される。
本発明によれば、アンテナリッチなシステムにおいて、高いダイバーシチ効果を維持して、セル境界の端末に信号送信をしながら、セル中心の端末に対しても同時に余剰なアンテナを使って信号送信を行うことができる。例えばＶｏＩＰ端末がセルの中心と境界にある時に、同一のリソースを使って、同時に信号を送信することができる。また、本発明によれば、その結果、周波数利用効率を向上させることができる。
１．関連技術
図２に、関連技術の送信信号処理部の構成図を示す。この図は、標準化団体である３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）で議論されているＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の送信信号処理部３０００を示している。図２では、２つのコードワードを入力とし、４つのアンテナから信号を送信する送信信号処理部を例として挙げている。まず、変調マッパ部３００１は、入力されるコードワードを変調信号に変換する。変調信号とは、例えばＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのようにＩＱ信号平面上にコンスタレーションを持つ信号を示す。変換され生成された変調信号はレイヤマッパ部３００２に入力される。レイヤマッパ部３００２は、順に並んだ変調信号を、その順にしたがって複数のレイヤに分配する。
図２に、関連技術の送信信号処理部の構成図を示す。この図は、標準化団体である３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）で議論されているＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の送信信号処理部３０００を示している。図２では、２つのコードワードを入力とし、４つのアンテナから信号を送信する送信信号処理部を例として挙げている。まず、変調マッパ部３００１は、入力されるコードワードを変調信号に変換する。変調信号とは、例えばＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのようにＩＱ信号平面上にコンスタレーションを持つ信号を示す。変換され生成された変調信号はレイヤマッパ部３００２に入力される。レイヤマッパ部３００２は、順に並んだ変調信号を、その順にしたがって複数のレイヤに分配する。
図３に、関連技術のレイヤマッパの仕様についての説明図を示す。この図には、レイヤマッピングの種類として、上記のＬＴＥで、アンテナを４本使用する場合のマッピングの種類を示す。マッピングには図３にあるように大きく分けて、空間多重伝送（ＳＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）と送信ダイバーシチ伝送（ＴＤ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）がある。ＳＭでは、１台の端末（ＭＳ１）に４つのレイヤ全てを割り当てる方法と、２台の端末（ＭＳ１，ＭＳ２）にそれぞれ２つのレイヤを割当て、合計として４つのレイヤ全てを割り当てる２つの方法を挙げている。また、ＴＤでは、１台の端末（ＭＳ１）に４つのレイヤ全てを割り当てる方法を記載した。ＳＭとＴＤの対比として、ＴＤでも４つのレイヤを２分して、２台の端末（ＭＳ１，ＭＳ２）にそれぞれ２レイヤずつ割り当てる方法を類推することができるが、送信ダイバーシチＴＤでは、４つのアンテナを１台の端末が使いきることが決められている。これは、他の端末への送信が等レベルの干渉として見えるために通信品質が劣化し、通信ができなくなるためである。このように従来技術においては、ＴＤにおいて、２台の端末に同一の周波数リソースを割り当てることはできなかった。
図４に、マッピングの具体的な例として、ＬＴＥの空間多重伝送（ＳＭ）時のレイヤマッピングの例を示す。ハッチの掛った第１行の「２コードワード、４レイヤ」（２コードワードから４レイヤを生成する場合）を例に説明する。第１行は、２コードワードを４つのレイヤに分配する場合のマッピングルールが示されている。ここで、例えば、ｄ（０）（ｉ）はコードワード０のｉ番目のデータ、ｘ（０）（ｉ）はレイヤ０のｉ番目のデータを表す。入力信号ｄは２つのコードワード（０）と（１）をもつ。それぞれのコードワードから（２ｉ）番目と（２ｉ＋１）番目の情報を取り出し、ｘの４つのレイヤ（０）（１）（２）（３）の（ｉ）番目に配置する。他行に示す他の例（１コードワードから２レイヤを生成する場合等）も、同様に表に示されるルールに従って各レイヤへの信号配置が行われる。
また、図５では、同様に送信ダイバーシチ伝送（ＴＤ）時のレイヤマッピングの例を示している。ここで、例えば、ｄ（０）（ｉ）はコードワード０のｉ番目のデータ、ｘ（０）（ｉ）はレイヤ０のｉ番目のデータを表す。本例では、１つのコードワードを順に４つのレイヤに分割する。
図２にもどり、送信信号処理部３０００の説明を続ける。レイヤマッパ部３００２の出力はプリコーダ部３００３に入力される。プリコーダ部３００３は、入力信号に対して、規定の重みを掛ける操作を行う。規定の重みは、例えば、次のように、送信方式がＳＭであるか、あるいはＴＤであるかによって生成方法が異なる。
・ＳＭでは、例えば、コードブックと呼ばれる、予め定められた重みの選択肢を用意しておき、端末がパイロット信号の受信状態を観測して、適切な重みの識別子を基地局にフィードバックする。基地局はフィードバックされた識別子の重みを選択することで適切なアレイ重みを選択する。
・ＴＤでは、例えば、２つのアンテナからＡｌａｍｏｕｔｉ符号化等で符合化された信号を送信する。そのため、予め定められたアレイ重みを掛けて出力する。
図２にもどり、送信信号処理部３０００の説明を続ける。レイヤマッパ部３００２の出力はプリコーダ部３００３に入力される。プリコーダ部３００３は、入力信号に対して、規定の重みを掛ける操作を行う。規定の重みは、例えば、次のように、送信方式がＳＭであるか、あるいはＴＤであるかによって生成方法が異なる。
・ＳＭでは、例えば、コードブックと呼ばれる、予め定められた重みの選択肢を用意しておき、端末がパイロット信号の受信状態を観測して、適切な重みの識別子を基地局にフィードバックする。基地局はフィードバックされた識別子の重みを選択することで適切なアレイ重みを選択する。
・ＴＤでは、例えば、２つのアンテナからＡｌａｍｏｕｔｉ符号化等で符合化された信号を送信する。そのため、予め定められたアレイ重みを掛けて出力する。
図６に、関連技術のＴＤ向けプリコーダの演算についての説明図を示す。この図は、ＬＴＥにおけるＴＤの重みを示す。ここでｘは入力信号を、ｙはアンテナポートにつながる出力信号を示している。Ｒｅ｛｝は複素数の実数部を、Ｉｍ｛｝は複素数の虚数部を取り出す関数を示す。ｉは特定タイミングおよび特定周波数のリソースを示す。ＴＤ動作では、４つのアンテナから選択された２アンテナから信号が送信される。例えばリソース４ｉでは、プリコーダ部の出力であるｙ（１）（４ｉ）およびｙ（３）（４ｉ）は０となり、ｙ（０）（４ｉ）とｙ（２）（４ｉ）だけが値を持つ。すなわちアンテナポート０とアンテナポート２からのみ信号が送信されることとなる。また、タイミング４ｉ＋２においては、プリコーダ部の出力であるｙ（０）（４ｉ＋２）およびｙ（２）（４ｉ＋２）は０となり、ｙ（１）（４ｉ＋２）とｙ（３）（４ｉ＋２）だけが値を持つ。すなわちアンテナポート１とアンテナポート３からのみ信号が送信されることとなる。
図２に戻り説明を続ける。プリコーダ部３００３でアレイ重みが掛けられた信号は、次にリソースエレメントマッパ部３００４に入力される。ここでは、先に定義した論理的なリソースｉと具体的な周波数、あるいはＯＦＤＭシンボル等のシンボル（タイミング）からなるリソース（あるいはリソースエレメント）へのマッピングを行う。例えば、ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，ｉ＋３とシリアルに入力された信号は、ＯＦＤＭシンボルａの、周波数（サブキャリヤ）ａ，ａ＋１，ａ＋２，ａ＋３といったようにスケジューラが定めるリソースへの割り付けが行われる。割り付けはアンテナ毎に行われ、図２の場合には４つのアンテナポートへの出力信号が生成される。
図７はＴＤの場合のリソースエレメント毎の出力の有、無を示す表である。ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２はリソースエレメントの番号を示している。例えばリソースエレメントｉではアンテナポート０と２からは出力があるが、アンテナポート１と３からは出力がない。次のリソースエレメントｉ＋１では、逆にアンテナポート１と３からは出力があるが、アンテナポート０と２からは出力がない。この動作は図２の３００３で示すプリコーダ部が決めている。
図８は広帯域システムの周波数軸における周波数変動の影響を説明する図である。図で示す曲線２０００あるいは曲線２００１のように、端末で受信されるリソースには周波数特性が存在する。これは無線伝搬路がマルチパスによるフェージングを受けるためである。そのため、周波数ダイバーシチ効果を得るには、ハッチを掛けたリソース（２００２−５と２００２−１３）のように周波数的に離散したリソースを束ねて１つコードワードを送るようにした方がよい。そのためには、比較的小さいサイズのコードワードであっても、分散したリソースに割り当てることが望ましい。
２．送信動作
第４世代通信では、基地局および端末のアンテナ数が４本以上のものが提案されている。例えば、標準化団体の３ＧＰＰで議論されているＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄやＩＥＥＥで議論されているＩＥＥＥ８０２．１６ｍでは、基地局のアンテナとして最大８本の、端末のアンテナとして４本のアンテナを具備することが議論されている。
本発明及び本実施の形態では、こうした観点のもと、従来から行われてきた送信ダイバーシチ（ＴＤ）の方法を見直し、余剰なアンテナを使って、セル境界とセル中心のユーザに、低速のパケットを同時に送信する新しい手段を与える。
第４世代通信では、基地局および端末のアンテナ数が４本以上のものが提案されている。例えば、標準化団体の３ＧＰＰで議論されているＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄやＩＥＥＥで議論されているＩＥＥＥ８０２．１６ｍでは、基地局のアンテナとして最大８本の、端末のアンテナとして４本のアンテナを具備することが議論されている。
本発明及び本実施の形態では、こうした観点のもと、従来から行われてきた送信ダイバーシチ（ＴＤ）の方法を見直し、余剰なアンテナを使って、セル境界とセル中心のユーザに、低速のパケットを同時に送信する新しい手段を与える。
図９に、本実施の形態のレイヤマッパの仕様についての説明図を示す。この図は、本実施の形態が開示するＴＤの例を示すものである。基地局のアンテナ数は４アンテナである。例えば、セル中心に位置する端末ＭＳ１は２レイヤのＴＤを行う。また、セル境界に位置する端末ＭＳ２は２レイヤのＴＤを行う。基地局は同じリソースを使い、２つの端末に対して同時に異なる情報を伝達する。従来でも、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）として知られているが、下記の２つのポイントにおいて従来とは異なる。
・第１に、セル境界とセル中心の２つの端末をペアーにして同時に信号を送信する。
・第２に、セル境界に向けた信号とセル中心に向けた信号の送信電力は大きく異なる。その結果セル中心に向けた信号による干渉は、セル境界の端末にとっては全く問題がないレベルにまで調整される。セル境界の端末には、セル中心への信号送信による干渉の影響は見えず、必ずしも４本のアンテナを稼働する必要はない。
・第１に、セル境界とセル中心の２つの端末をペアーにして同時に信号を送信する。
・第２に、セル境界に向けた信号とセル中心に向けた信号の送信電力は大きく異なる。その結果セル中心に向けた信号による干渉は、セル境界の端末にとっては全く問題がないレベルにまで調整される。セル境界の端末には、セル中心への信号送信による干渉の影響は見えず、必ずしも４本のアンテナを稼働する必要はない。
図１０は、本実施の形態の端末１、端末２の基地局に対する位置等を示す図である。また、図２１に、基地局内のＣＰＵあるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が実行するペアリング及び送信電力制御についてのフローチャートを示す。以下に、図１０及び図２１を用いて、本実施の形態の２つの端末に関する処理について説明する。
まず、２つの端末はいずれも基地局Ａ（２０）に接続しているとする。基地局Ｂ（２１）は干渉源となる隣接の基地局である。２つの端末のうち、端末１は基地局Ａ（２０）の付近、すなわちセル中心に位置する。また端末２は基地局Ａ及び基地局Ｂ間の境界、すなわちセル境界に位置する。基地局ＡおよびＢはそれぞれが固有のパイロット信号を送信している。端末１および２は基地局ＡおよびＢが送信するパイロット信号を受信して、その受信レベルを測定している。すなわち、現在接続中である基地局Ａ（２０）からの信号レベル、および基地局Ｂからの干渉レベルを測定している。端末１及び２は、２つの測定結果からＳＩＮＲを計算する（６１、６２）。なお、ここでは、ＳＩＮＲを例として説明するが、これに限らず適宜のフィードバック情報又はチャネル状態を示す情報を用いることができる。
各端末は計算したＳＩＮＲを基地局Ａ（２０）に報告し、基地局Ａ（２０）はそれを受信する（Ｓ１０１）。基地局Ａ（２０）は、端末から報告されたＳＩＮＲから、端末の位置を推定し、セル中心か、セル境界かを判別する（Ｓ１０３）。望ましい実施の形態としては、ＳＩＮＲの報告値を、基地局において予め定められた第１の閾値と比較し、閾値よりも報告されるＳＩＮＲが高い端末はセル中心にあると判定する。また、予め定められた第２の閾値と比較し、閾値よりも報告されるＳＩＮＲが低い端末はセル境界にあると判断する。また、ＳＩＮＲが、第１の閾値と第２の閾値の間の場合は、それら以外と分類することができる。これらの閾値は、基地局がメモリ等に予め設定しておくことができる。一例として、ＳＩＮＲが２０ｄＢ以上の端末はセル中心とみなし、ＳＩＮＲが０ｄＢ以下の端末はセル境界とみなす。これらの判定は、基地局装置内にあるＣＰＵあるいはＤＳＰにて実施される。
まず、２つの端末はいずれも基地局Ａ（２０）に接続しているとする。基地局Ｂ（２１）は干渉源となる隣接の基地局である。２つの端末のうち、端末１は基地局Ａ（２０）の付近、すなわちセル中心に位置する。また端末２は基地局Ａ及び基地局Ｂ間の境界、すなわちセル境界に位置する。基地局ＡおよびＢはそれぞれが固有のパイロット信号を送信している。端末１および２は基地局ＡおよびＢが送信するパイロット信号を受信して、その受信レベルを測定している。すなわち、現在接続中である基地局Ａ（２０）からの信号レベル、および基地局Ｂからの干渉レベルを測定している。端末１及び２は、２つの測定結果からＳＩＮＲを計算する（６１、６２）。なお、ここでは、ＳＩＮＲを例として説明するが、これに限らず適宜のフィードバック情報又はチャネル状態を示す情報を用いることができる。
各端末は計算したＳＩＮＲを基地局Ａ（２０）に報告し、基地局Ａ（２０）はそれを受信する（Ｓ１０１）。基地局Ａ（２０）は、端末から報告されたＳＩＮＲから、端末の位置を推定し、セル中心か、セル境界かを判別する（Ｓ１０３）。望ましい実施の形態としては、ＳＩＮＲの報告値を、基地局において予め定められた第１の閾値と比較し、閾値よりも報告されるＳＩＮＲが高い端末はセル中心にあると判定する。また、予め定められた第２の閾値と比較し、閾値よりも報告されるＳＩＮＲが低い端末はセル境界にあると判断する。また、ＳＩＮＲが、第１の閾値と第２の閾値の間の場合は、それら以外と分類することができる。これらの閾値は、基地局がメモリ等に予め設定しておくことができる。一例として、ＳＩＮＲが２０ｄＢ以上の端末はセル中心とみなし、ＳＩＮＲが０ｄＢ以下の端末はセル境界とみなす。これらの判定は、基地局装置内にあるＣＰＵあるいはＤＳＰにて実施される。
こうしてセル中心、セル境界、あるいはそれ以外と分類された端末に対してペアーを作る作業を行う（Ｓ１０５）。ペアーはまず、セル境界へのＴＤによる端末が存在するかの判断から開始する。ＴＤによりセル境界の端末への送信がある場合、該当するセル境界の端末が報告するＳＩＮＲをチェックする。ＳＩＮＲをチェックした結果、さらに、予め定められた第３の閾値よりも高い場合に、ペアリングが可能であると判断することができる。そのため、セル中心の端末グループを検索し、例えば送信するバッファ量が小さい端末を検索する。検索された端末が、先のセル境界への端末とのペアーによる伝送が可能かを確認する。例えば検索された端末が、「ＱｏＳの要求から該当するリソースでは十分でない」と判定された場合は、検索された端末とのペアリングをあきらめ、別の端末を検索することができる。このようにして、適切なペアーを探していく。このペアリングの決定も、基地局装置内のＣＰＵあるいはＤＳＰにて実施される。
なお、例えば、第１の閾値の方が第２の閾値より高く、第２の閾値の方が第３の閾値より高いように、各閾値を予め設定することができる。また、第１の閾値と第２の閾値との２つの閾値を設けないで、ひとつの閾値のみを設けるようにしてもよい。その場合、その閾値よりＳＩＮＲが高い端末はセル中心にあると判定し、一方、その閾値よりＳＩＮＲが低い端末は、セル境界にあると判定することができる。
なお、例えば、第１の閾値の方が第２の閾値より高く、第２の閾値の方が第３の閾値より高いように、各閾値を予め設定することができる。また、第１の閾値と第２の閾値との２つの閾値を設けないで、ひとつの閾値のみを設けるようにしてもよい。その場合、その閾値よりＳＩＮＲが高い端末はセル中心にあると判定し、一方、その閾値よりＳＩＮＲが低い端末は、セル境界にあると判定することができる。
本発明の第１の実施の形態からなる基地局は、セル境界とみなされた端末２からのＳＩＮＲの報告を使って、端末１に送信する際の送信電力（又は送信電力を定めるための電力制御値Ｐ）を決定する（Ｓ１０７）。端末１への送信電力は、端末２への送信電力を基準電力とすると、端末２から報告されたＳＩＮＲから予測できる隣接基地局からの干渉レベルよりも低い電力とする。この送信電力又は電力制御値Ｐの決定も、基地局装置内のＣＰＵあるいはＤＳＰにて実施される。
例えば、端末２からのＳＩＮＲの報告値が０ｄＢだったとする。すると、基地局Ａ（２０）は端末１への送信電力を、端末２に信号を送信する際の基準電力に比べて十分に低い、例えば−５ｄＢに決定する。具体的には、基地局Ａ（２０）は、端末２への信号送信がアンテナ当り５Ｗであったとすると、端末１への信号送信は、５ｄＢ低い、１．７Ｗで送信する。すると、端末２では、基地局Ａ（２０）が端末１に向けて１．７Ｗで送信した信号の受信レベルは、周囲の基地局から受信される干渉レベルよりも十分に低い値となる（６２）。したがって、基地局Ａの端末１への信号送信は、端末２への無線伝送に殆ど影響を与えない。他方、端末１では、アンテナ４本で信号を受信する。端末１は基地局Ａ（２０）に近く、また基地局Ｂ（２１）から離れているため、各基地局の各アンテナが送信しているパイロット信号を高い品質で受信することができる。その結果高い推定精度において伝搬路の推定が可能である。結果、基地局Ａ（２０）が端末２に向けて送信している干渉波を高いレベルで除去することができる。したがって端末１は、干渉が除去することによって低スループットでの信号受信が可能である。端末１は基地局に近いため、上りの信号送信においても低い送信電力で十分に通信を確保することができる。したがって、４本のアンテナを稼働して受信しても消費電力としてはセル境界の端末に比べて余裕がある。他方、セル境界の端末は、高い電力で信号を送信しないと上りの通信路を確保することができない。そのため、下り信号を受信する際には、できるだけアンテナ数を減らした受信方法が適当であろう。本実施の形態では、セル境界の端末は２アンテナ受信でも十分なダイバーシチ効果を得ることができる。従って消費電力の面でも本発明及び本実施の形態は格別の効果がある。
例えば、端末２からのＳＩＮＲの報告値が０ｄＢだったとする。すると、基地局Ａ（２０）は端末１への送信電力を、端末２に信号を送信する際の基準電力に比べて十分に低い、例えば−５ｄＢに決定する。具体的には、基地局Ａ（２０）は、端末２への信号送信がアンテナ当り５Ｗであったとすると、端末１への信号送信は、５ｄＢ低い、１．７Ｗで送信する。すると、端末２では、基地局Ａ（２０）が端末１に向けて１．７Ｗで送信した信号の受信レベルは、周囲の基地局から受信される干渉レベルよりも十分に低い値となる（６２）。したがって、基地局Ａの端末１への信号送信は、端末２への無線伝送に殆ど影響を与えない。他方、端末１では、アンテナ４本で信号を受信する。端末１は基地局Ａ（２０）に近く、また基地局Ｂ（２１）から離れているため、各基地局の各アンテナが送信しているパイロット信号を高い品質で受信することができる。その結果高い推定精度において伝搬路の推定が可能である。結果、基地局Ａ（２０）が端末２に向けて送信している干渉波を高いレベルで除去することができる。したがって端末１は、干渉が除去することによって低スループットでの信号受信が可能である。端末１は基地局に近いため、上りの信号送信においても低い送信電力で十分に通信を確保することができる。したがって、４本のアンテナを稼働して受信しても消費電力としてはセル境界の端末に比べて余裕がある。他方、セル境界の端末は、高い電力で信号を送信しないと上りの通信路を確保することができない。そのため、下り信号を受信する際には、できるだけアンテナ数を減らした受信方法が適当であろう。本実施の形態では、セル境界の端末は２アンテナ受信でも十分なダイバーシチ効果を得ることができる。従って消費電力の面でも本発明及び本実施の形態は格別の効果がある。
図１１は、本実施の形態の端末毎のプリコーダのアンテナポート出力の説明図である。この図は、リソースエレメント毎の出力の有、無を示す表である。ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，・・・はリソースエレメントの番号を示している。複数のアンテナから送信される複数の端末向けのデータ信号は、各リソースエレメント毎にアンテナポートが端末毎に排他的になるように予め定められた手順に基づいて情報の割り付けを行う。例えば、端末２（ＭＳ２）については、リソースエレメントｉではアンテナポート０と２からは出力があるが、アンテナポート１と３からは出力がない。端末１（ＭＳ１）については、同じリソースエレメントｉではアンテナポート１と３からは出力があるが、アンテナポート０と２からは出力がない。この動作は図２０の４００３で示すプリコーダ部が決めている。
図１２に、本実施の形態のプリコーダの演算（端末１用）についての説明図を示す。ＬＴＥなどの関連技術では、ＴＤを行う際には、図５に示すように１つコードワードを４つのレイヤに分配し、図６、７に示すような４つのアンテナからリソース毎に２本のアンテナを選択して信号を送信する方法しかなかった。しかしながら本発明及び本実施の形態の基地局では、端末２に対しては図６に示す重みによって信号にプリコーデングを掛け、また、端末１に対しては図１２に示す重みによって信号にプリコーデングを掛けて信号を送信することで、２つの端末に同時に同一のリソースを使ったＴＤ送信が可能となる。
３．装置
図２０に、本実施の形態の送信信号処理部４０００を示す。図２０で、２つのコードワードは、それぞれ端末１および端末２に向けたものである。各コードワードは変調マッパ４００１−１あるいは４００１−２に入力される。変調マッパ部４００１は、入力されるコードワードを変調信号に変換する。変調信号とは、例えばＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのようにＩＱ信号平面上にコンスタレーションを持つ信号を示す。変換され生成された変調信号はレイヤマッパ部４００２に入力される。レイヤマッパ部では図５に示す１コードワードから４レイヤの分配をそれぞれのコードワードについて行う。次にプリコーダ部４００３では端末１に向けたデータに対しては図１２の重み積算演算を、端末２に向けたデータに対しては図６の重み積算演算を行う。この時、図２０にもあるように、プリコーダ部には入力Ｐがあり、端末１に向けたデータに対して、図１２に示す通り、入力Ｐによる信号電力の制御が行われる。なお、図１２では、１／√Ｐを乗算しているが、これに限らず１／Ｐ等の適宜の演算としてもよい。続く加算部４００４では、それぞれのコードワード毎に作成された変調信号がアンテナ毎、リソース毎に加算される。加算された信号は次のリソースエレメントマッパ部４００５に入力される。リソースエレメントマッパ部４００５は、関連技術と同様に、論理的なリソースを、物理的なリソースへとマッピングする。リソースマッパ部では、後に説明する図１３のＲＳＧ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）部（５１６）が生成したリファレンス信号や、ＣＣＨＭＯＤ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）部（５１５）を経由して生成された制御チャネルの情報も物理的なリソースにマッピングする。
図２０に、本実施の形態の送信信号処理部４０００を示す。図２０で、２つのコードワードは、それぞれ端末１および端末２に向けたものである。各コードワードは変調マッパ４００１−１あるいは４００１−２に入力される。変調マッパ部４００１は、入力されるコードワードを変調信号に変換する。変調信号とは、例えばＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのようにＩＱ信号平面上にコンスタレーションを持つ信号を示す。変換され生成された変調信号はレイヤマッパ部４００２に入力される。レイヤマッパ部では図５に示す１コードワードから４レイヤの分配をそれぞれのコードワードについて行う。次にプリコーダ部４００３では端末１に向けたデータに対しては図１２の重み積算演算を、端末２に向けたデータに対しては図６の重み積算演算を行う。この時、図２０にもあるように、プリコーダ部には入力Ｐがあり、端末１に向けたデータに対して、図１２に示す通り、入力Ｐによる信号電力の制御が行われる。なお、図１２では、１／√Ｐを乗算しているが、これに限らず１／Ｐ等の適宜の演算としてもよい。続く加算部４００４では、それぞれのコードワード毎に作成された変調信号がアンテナ毎、リソース毎に加算される。加算された信号は次のリソースエレメントマッパ部４００５に入力される。リソースエレメントマッパ部４００５は、関連技術と同様に、論理的なリソースを、物理的なリソースへとマッピングする。リソースマッパ部では、後に説明する図１３のＲＳＧ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）部（５１６）が生成したリファレンス信号や、ＣＣＨＭＯＤ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）部（５１５）を経由して生成された制御チャネルの情報も物理的なリソースにマッピングする。
つぎに、入力（電力制御値）Ｐの求め方について説明する。電力制御値Ｐは、基地局装置内のＣＰＵあるいはＤＳＰにて決定される。基地局は、端末２からのチャネル状態（ＳＩＮＲ等）のフィードバックを受信する。フィードバック情報は制御情報として端末から基地局に通知される。基地局はＳＩＮＲが予め設定されている第３の閾値と比較し、報告値が閾値よりも高い場合には、報告されたＳＩＮＲを元にＰを決定する。例えばＳＩＮＲが−１ｄＢだったとする。基地局のスケジューラは基準電力に対し、−１ｄＢ−ＴＨの出力となるように、プリコーダ部４００３の電力制御値Ｐを定める。ここでＴＨは、基地局内に格納された予め定められた値である。
なお、ＤＳＰは電力制御値Ｐの代わりに送信電力を直接求めて、それを送信信号処理部４０００に指示するようにしてもよい。
このように、本実施の形態の開示する新しい手順では、従来では端末２にしか信号送信できなかったところに、同じリソースを使って端末１に低速度の通信を実施することができようになる。よって、特にＶｏＩＰや機械と機械間の通信など、小さいパケットを継続的に送信する場合などに、利用することができる。よって課題は解決される。
なお、ＤＳＰは電力制御値Ｐの代わりに送信電力を直接求めて、それを送信信号処理部４０００に指示するようにしてもよい。
このように、本実施の形態の開示する新しい手順では、従来では端末２にしか信号送信できなかったところに、同じリソースを使って端末１に低速度の通信を実施することができようになる。よって、特にＶｏＩＰや機械と機械間の通信など、小さいパケットを継続的に送信する場合などに、利用することができる。よって課題は解決される。
図１３は、本実施の形態の基地局ベースバンド部の構成例を示した図である。本図の中には、先に説明した送信信号処理部４０００が含まれている。また、図１４にＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部（ＲＲＨ：Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｈｅａｄ）の構成図を示してある。ベースバンド部とＲＦ部はＣＰＲＩインターフェース（Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｕｂｌｉｃ Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）にて接続される。本実施の形態はＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）を想定して説明する。
図１４において、複数のアンテナ（６０１）が受信した信号はデプレクサ部（６０２）で上り信号（端末から基地局に送信された受信信号）と下り信号（基地局から端末に向けて送信する信号）に分離される。上り信号はＲＸ部（６０３）に送られる。ＲＸ部（６０３）では信号増幅、周波数変換、デジタル化などの信号処理を行い、ＣＰＲＩインターフェース部（６０７）に送られる。ＣＰＲＩインターフェース部（６０７）では、ＣＰＲＩのフォーマットに変換され、図でＰｏｒｔ０と示されたベースバンド部に信号が送られる。
図１４において、複数のアンテナ（６０１）が受信した信号はデプレクサ部（６０２）で上り信号（端末から基地局に送信された受信信号）と下り信号（基地局から端末に向けて送信する信号）に分離される。上り信号はＲＸ部（６０３）に送られる。ＲＸ部（６０３）では信号増幅、周波数変換、デジタル化などの信号処理を行い、ＣＰＲＩインターフェース部（６０７）に送られる。ＣＰＲＩインターフェース部（６０７）では、ＣＰＲＩのフォーマットに変換され、図でＰｏｒｔ０と示されたベースバンド部に信号が送られる。
図１３において、ＲＦ部が受信した信号は、図面左から入力され、ＣＰＲＩインターフェース部（５０１）にてＩＱ１６ビット、複数アンテナの信号に置き換えられる。変換された信号はＣＰＥ（ＣＰ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）部（５０２）にてアンテナ毎にＣＰ（サイクリックプリフィックス：Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）が取り除かれる。ＣＰはＯＦＤＭ信号の遅延波耐性を向上させるために挿入された冗長信号である。ＣＰが取り除かれた信号はＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部（５０３）にて周波数領域の情報に変換される。周波数領域に変換された情報は、ＳＳＰ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）部（５０４）にて、デジタルビームフォームされ、アンテナエレメントの情報からビームエレメントの情報に加工される。ここでいつアンテナエレメントの情報とは、各アンテナが受信したアンテナ毎の分解能をもつ情報を指す。またビームエレメントとは、アレイ重みが掛けられ、複数のアンテナで受信した信号を加工した結果えられたビームスペースに乗った情報を指す。ビームエレメントに加工された情報は、ＤＭＸ（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）部（５０５）にて、ＯＦＤＭシンボル、サブキャリヤの分解能にてリソースエレメントに分解される。これをデマッピングと呼ぶ。デマッピングされた情報には、リファレンス信号が含まれる。リファレンス信号はＣＥ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）部（５０６）に送られ、伝搬路推定に利用される。またＣＥ部では、リファレンス信号を用い、隣接する基地局に接続する端末からの干渉波の推定等も行うことができる。推定された伝搬路は、送信データの検波に利用される。さらには、伝搬路推定結果の時間軸での変化を検知し、移動体のモビリティすなわち移動速度を推定する。あるいは端末から報告される送信電力に関連する報告値から伝搬損を推定する。推定された移動速度や伝搬損はＤＳＰに取り込まれ、下り回線のモード遷移に利用される。送信データには、ユーザデータと制御用のデータが含まれる。制御用のデータはＤＥＭ（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）部（５１０）にて検波とデコード処理が行われてＤＳＰ部（５０９）に渡される。ユーザデータは推定された伝搬路を用いてＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｙｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）部（５０７）でＭＬＤ処理が行われる。その結果得られたＬＬＲ（Ｌｏｇ Ｌｉｋｅｌｙｈｏｏｄ Ｒａｔｉｏ）を用いてＤＥＣ（Ｄｅｃｏｄｉｎｇ）部（５０８）にてデコード処理が行われ、得られた復号結果はＤＳＰ部（５０９）に渡される。ＤＳＰ部ではＣＥ部（５０６）で行われたチャネル推定結果、制御データのデコード結果、ユーザデータのデコード結果などを収集し、ユーザデータはネットワークインターフェースを通じてネットワークに送信する。チャネル推定結果、制御情報などはメモリ（５１１）に蓄積され、ＤＳＰ内に構築されたパケットスケジューラの制御に利用する。端末が推定した下り回線の信号品質（ＳＩＮＲ等）は制御チャネルとして基地局では受信処理される。制御情報はＤＳＰ（５０９）にてメモリ（５１１）に蓄積される。
図１３で、ネットワークから送信されてきた下りの信号は、ＤＳＰ部（５０９）のメモリ（５１１）に一旦蓄積され、ＤＳＰ部（５０９）に内蔵されるスケジューラが、送信タイミング、送信ビーム、送信リソースブロック、変調方式、更には端末のセル中心／セル境界の決定、本実施の形態が開示するところのセル中心とセル境界の端末のペアリングを決定する。その決定にしたがって送信信号に加工される。まず、メモリ（５１１）にあったユーザデータは送信信号処理部４０００に入力され、図２０で説明した送信信号が生成される。ＲＳＧ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）部（５１６）は、リファレンス信号（あるいはパイロット信号）を生成する。ＣＣＨＣＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ）部（５１４）はＤＳＰ（５０９）が生成した制御情報をコーディングするブロックであり、ＣＣＨＭＯＤ部（５１５）は上記コーディングされた制御情報を変調するブロックである。送信信号処理部４０００は、ＲＳＧ部（５１６）やＣＣＨＭＯＤ部（５１５）が生成した情報を内蔵するリソースマッパ部にて物理的なリソースにマッピングする。マッピングされたアンテナエレメント毎の周波数領域の情報は、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ）部（５１９）にて、時間領域の信号に変換される。得られた時間領域の信号は、ＣＰＩ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ Ｉｎｓｅｒｔｏｒ）部（５２０）にて、ＣＰが付けられ、ＣＰＲＩインターフェース部（５０１）にてＣＰＲＩインターフェースに変換されてＲＦ部（ＲＲＨ）に送信される。
図１４でベースバンド部から送信された情報は、ＣＰＲＩインターフェース部６０７を介してＴＸ部６０８に入力され、変調や電力増幅処理などを行う。さらにデプレクサ６０２を介してアンテナ６０１に送られる。
図８で６０２はデプレクサで説明しているが、説明をＦＤＤシステムとしたためで、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムにも、本発明及び本実施の形態は実施可能である。その場合、６０２はスイッチとなる。
図１３に記載するメモリ部（５１１）には、アルゴリズムで説明した、第１〜第３の閾値、予め定められたＴＨなどの値が格納されている。ＤＳＰ部（５０９）は適時、メモリからこれらの値を読み出し、アルゴリズム実施に関わる比較を行う。メモリに書かれた値は基地局制御装置などの外部装置から変更することが可能である。
図１４でベースバンド部から送信された情報は、ＣＰＲＩインターフェース部６０７を介してＴＸ部６０８に入力され、変調や電力増幅処理などを行う。さらにデプレクサ６０２を介してアンテナ６０１に送られる。
図８で６０２はデプレクサで説明しているが、説明をＦＤＤシステムとしたためで、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムにも、本発明及び本実施の形態は実施可能である。その場合、６０２はスイッチとなる。
図１３に記載するメモリ部（５１１）には、アルゴリズムで説明した、第１〜第３の閾値、予め定められたＴＨなどの値が格納されている。ＤＳＰ部（５０９）は適時、メモリからこれらの値を読み出し、アルゴリズム実施に関わる比較を行う。メモリに書かれた値は基地局制御装置などの外部装置から変更することが可能である。
図１９に、端末１に具備される干渉除去の構成図を示す。この図は、端末１に内蔵される干渉除去に関する第１の仕組みである。Ａ／Ｄコンバータから入力した受信信号は、ＣＰＥ部（７０１）にてＣＰが取り除かれる。ＣＰが取り除かれた信号はＦＦＴ部（７０２）にて周波数領域の情報に変換される。周波数領域に変換された情報は、ＳＳＰ部（７０３）にて、デジタルビームフォームされ、アンテナエレメントの情報からビームエレメントの情報に加工される。ビームエレメントに加工された情報は、ＤＭＸ部（７０４）にて、ＯＦＤＭシンボル、サブキャリヤの分解能にてリソースエレメントにデマッピングされる。デマッピングされた情報には、リファレンス信号が含まれる。リファレンス信号はＣＥ部（７０５）に送られ、伝搬路推定に利用される。ユーザデータは推定された伝搬路を用いてＭＬＤ部（７０６）でＭＬＤ処理が行われる。その結果得られたＬＬＲを用いてＤＥＣ部（７０７）にてデコード処理が行われる。
デコード処理は、まず信号電力の高い干渉波、すなわち端末２への信号から行う。端末２への信号は受信電力が高く、またＴＤ送信されていて、劣悪な受信環境でも受信できる信号であるから、ほぼ間違いなく復号化を成功させることができる。得られた復号結果は、再度ＭＬＤ部（７０６）に戻し、干渉の影響を除去した後、端末１向けの信号としてＬＬＲが出力される。出力されたＬＬＲには、端末２向けの信号からの干渉の影響は大幅に低減されているので、高い確率において端末１向けの信号の復号を成功させることができる。
４．パイロット配置
図１５から図１８は、ＬＴＥにおけるパイロット配置の例を示す図である。横軸が時間、縦軸が周波数を示している。図１５はアンテナポート０のパイロット配置を示している。黒く塗られ数字０が記載されているのがアンテナポート０のパイロットである。図１６はアンテナポート１のパイロット配置を示している。アンテナポート０と１では、パイロットが送信されるリソースエレメントが異なる。また、他のアンテナがパイロットを送信するリソースエレメントには、パイロットを配置しないようにできている。したがってパイロットでの干渉は起きにくい。
図１７はアンテナポート２の、図１８はアンテナポート３のパイロット配置をそれぞれ示している。パイロットの配置はアンテナ毎に排他的になっている。そのため、パイロットを使った伝搬路推定を高い精度で実施することができる。また、複数のアンテナから信号を同時送信するＭＩＭＯ送信の場合にも、各アンテナが送信したパイロットを使って伝搬路推定を正確に実施することができる。
図１５から図１８は、ＬＴＥにおけるパイロット配置の例を示す図である。横軸が時間、縦軸が周波数を示している。図１５はアンテナポート０のパイロット配置を示している。黒く塗られ数字０が記載されているのがアンテナポート０のパイロットである。図１６はアンテナポート１のパイロット配置を示している。アンテナポート０と１では、パイロットが送信されるリソースエレメントが異なる。また、他のアンテナがパイロットを送信するリソースエレメントには、パイロットを配置しないようにできている。したがってパイロットでの干渉は起きにくい。
図１７はアンテナポート２の、図１８はアンテナポート３のパイロット配置をそれぞれ示している。パイロットの配置はアンテナ毎に排他的になっている。そのため、パイロットを使った伝搬路推定を高い精度で実施することができる。また、複数のアンテナから信号を同時送信するＭＩＭＯ送信の場合にも、各アンテナが送信したパイロットを使って伝搬路推定を正確に実施することができる。
５．信号送信
最後に式をつかって、関連技術と本実施の形態の違いを説明する。
関連技術の信号送信は、
で示す例えば２×２のアンテナポートを使った信号送信であった。受信信号は送信信号に伝搬路による複素演算が掛り、更に雑音が加えられたモデルとして考えられる。受信信号ｒの係数００は０番目のアンテナで、０番目の時間に受信したことを示す。同様に係数１０は１番目のアンテナで、０番目の時間に受信したことを示す。受信信号ｒをそれぞれ記載すると、
となる。ここから
なる演算を行うと、右辺にｓ０あるいはｓ１が括りだされているように送信信号を取り出すことができる。これがアラモティ符号である。
本実施の形態からなる信号送信では、図６および図１２に示した送信信号とアンテナ配置の組合せにより、
なる受信信号を端末１は得る。ここでｓ０、ｓ１は端末１への送信信号を、ｉ０、ｉ１は端末２への送信信号、すなわち干渉波を表す。受信信号から干渉信号のレプリカを削除すると
の演算が得られ、右辺にあるように、干渉波の影響をなくすことができる。干渉を除去した信号ｙの係数００は０番目のアンテナで、０番目の時間に受信したことを示す。同様に係数１０は１番目のアンテナで、０番目の時間に受信したことを示す。干渉除去後の受信信号ｙをそれぞれ記載すると、
となる。ここから
なる演算を行うことで、右辺にｓ０あるいはｓ１が括りだされているように送信信号を取り出すことができる。すなわち端末１だけの信号をそれぞれ取り出すことができた。
端末１は、関連技術では式１〜式３により表されるのに対して、本実施の形態では式４〜式７なる演算により信号を取り出す。また、端末２では、式１〜式３の演算のみを実施すればよい。したがって受信アンテナは必ずしも２本以上は必要としない。
最後に式をつかって、関連技術と本実施の形態の違いを説明する。
関連技術の信号送信は、
本実施の形態からなる信号送信では、図６および図１２に示した送信信号とアンテナ配置の組合せにより、
端末１は、関連技術では式１〜式３により表されるのに対して、本実施の形態では式４〜式７なる演算により信号を取り出す。また、端末２では、式１〜式３の演算のみを実施すればよい。したがって受信アンテナは必ずしも２本以上は必要としない。
１、２．．．移動端末、２０、２１、２２．．．無線基地局、３０、３２、３３．．．下り送信信号、３１．．．上り送信信号、４０．．．スイッチ、５０．．．コア装置、６１、６２．．．移動端末でみた受信レベル、５００．．．ベースバンド部、５０１．．．ＣＰＲＩインターフェース部、５０２．．．ＣＰ除去部、５０３．．．ＦＦＴ部、５０４．．．空間処理部、５０５．．．デマルチプレクサ部、５０６．．．チャネル推定部、５０７．．．ＭＬＤ部、５０８．．．デコード部、５０９．．．ＤＳＰ、５１０．．．制御チャネル用復調部、５１１．．．メモリ、５１２．．．符号化部、５１３．．．モジュレーション部、５１４．．．制御情報符号化部、５１５．．．制御情報モジュレーション部、５１６．．．リファレンス信号生成部、５１７．．．マルチプレクサ部、５１８．．．空間処理部、５１９．．．ＩＦＦＴ部、５２０．．．ＣＰ付加部６００．．．リモートＲＦ部（ＲＲＨ部）、６０１．．．アンテナ、６０２．．．デプレクサ、６０３．．．受信ＲＦ部、６０７．．．ＣＰＲＩインターフェース部、６０８．．．送信ＲＦ部
Claims (15)
- 複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信システムであって、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する基地局装置
を備えた無線通信システム。
- 上記請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
上記基地局装置は、各端末が報告する伝搬路の品質に関するフィードバック情報から、複数の端末をセル中心とセル境界に分類し、上記端末Ａをセル境界の端末とするように特定し、上記端末Ｂをセル中心の端末とするように特定してペアーを作ることを特徴とする無線通信システム。
- 上記請求項１又は２に記載の無線通信システムにおいて、
上記基地局装置は、複数アンテナから送信される上記端末Ａ及び上記端末Ｂ向けのデータ信号が、各リソースエレメント毎にアンテナポートが端末毎に排他的になるように予め定められた手順に基づいて情報の割り付けを行うことを特徴とする無線通信システム。
- 上記請求項１乃至３のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
上記端末Ｂは、上記端末Ａの信号を復号して干渉除去し、干渉除去した信号を復号することを特徴とする無線通信システム。
- 上記請求項１乃至４のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
上記基地局装置は、報告された上記フィードバック情報が予め定められた第１の閾値よりも高い端末はセル中心にある上記端末Ｂと判定し、報告された上記フィードバック情報が予め定められた第２の閾値よりも低い端末はセル境界にある上記端末Ａと判断することを特徴とする無線通信システム。
- 上記請求項１乃至５のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
上記基地局装置は、セル境界の端末が存在すると判断するとひとつのセル境界の端末を上記端末Ａと特定し、該セル境界の上記端末Ａが報告するチャネル状態が第３の閾値よりも高い場合に、セル中心と判断された端末のグループからペアーによる伝送が可能なひとつの端末を検索してセル中心の上記端末Ｂと特定することで、ペアリングを決定することを特徴とする無線通信システム。
- 上記請求項１乃至６のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
上記基地局装置は、セル境界の上記端末Ａから報告された上記フィードバック情報が予め設定されている第３の閾値よりも高い場合には、セル境界の上記端末Ａへ送信する上記基準電力から予め定められた値低下させた送信電力となるように、セル中心の上記端末Ｂへの送信電力を決定することを特徴とする無線通信システム。
- 上記請求項１乃至７のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
上記基地局装置は、セル中心の上記端末Ｂには、該基地局装置が具備する前記複数アンテナを用いて、セル境界の上記端末Ａへ送信する上記基準電力より予め定めた値低い送信電力で信号送信し、一方、セル境界の上記端末Ａには、セル中心の上記端末Ｂへの信号送信に用いるアンテナ数より少ない数又は半分の数のアンテナを用いて、上記基準電力で信号送信することを特徴とする無線通信システム。
- 複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信方法であって、
上記基地局装置が、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する
ようにした無線通信方法。
- 複数アンテナを有する複数の基地局装置をサービスエリア内に点在させてカバーエリアを実現する無線通信システムにおける基地局装置であって、
複数の端末からの伝搬路の品質又はチャネル状態に関するフィードバック情報を使い、上記フィードバック情報により分類された各グループに属する少なくとも２つの端末Ａと端末Ｂを特定し、上記端末Ａからのフィードバック情報を元に、上記端末Ｂへの送信電力又は送信電力を定める電力制御値を求めるプロセッサと、
上記端末Ａには、予め定められた基準電力で信号を送信し、上記プロセッサから与えられた送信電力又は電力制御値に基づいて上記端末Ｂへの送信電力を決定し、上記端末Ａ及び上記端末Ｂに対して同時に又は同タイミングで又は同リソースエレメントで信号を送信する送信信号処理部と
を備えた基地局装置。
- 上記請求項１０に記載の基地局装置において、
上記プロセッサは、各端末が報告する伝搬路の品質に関するフィードバック情報から、複数の端末をセル中心とセル境界に分類し、上記端末Ａをセル境界の端末とするように特定し、上記端末Ｂをセル中心の端末とするように特定してペアーを作ることを特徴とする基地局装置。
- 上記請求項１０又は１１に記載の基地局装置において、
上記送信信号処理部は、複数アンテナから送信される上記端末Ａ及び上記端末Ｂ向けのデータ信号が、各リソースエレメント毎にアンテナポートが端末毎に排他的になるように予め定められた手順に基づいて情報の割り付けを行うことを特徴とする基地局装置。
- 上記請求項１０乃至１２のいずれかに記載の基地局装置において、
上記プロセッサは、報告された上記フィードバック情報が予め定められた第１の閾値よりも高い端末はセル中心にある上記端末Ｂと判定し、報告された上記フィードバック情報が予め定められた第２の閾値よりも低い端末はセル境界にある上記端末Ａと判断することを特徴とする基地局装置。
- 上記請求項１０乃至１３のいずれかに記載の基地局装置において、
上記プロセッサは、セル境界の端末が存在すると判断するとひとつのセル境界の端末を上記端末Ａと特定し、該セル境界の上記端末Ａが報告するチャネル状態が第３の閾値よりも高い場合に、セル中心と判断された端末のグループからペアーによる伝送が可能なひとつの端末を検索してセル中心の上記端末Ｂと特定することで、ペアリングを決定することを特徴とする基地局装置。
- 上記請求項１０乃至１４のいずれかに記載の基地局装置において、
上記送信信号処理部は、セル中心の上記端末Ｂには、該基地局装置が具備する前記複数アンテナを用いて、セル境界の上記端末Ａへ送信する上記基準電力より予め定めた値低い送信電力で信号送信し、一方、セル境界の上記端末Ａには、セル中心の上記端末Ｂへの信号送信に用いるアンテナ数より少ない数又は半分の数のアンテナを用いて、上記基準電力で信号送信することを特徴とする基地局装置。
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