JP2011508576A - セル間干渉低減方法 - Google Patents

Abstract

多重セル環境の通信システムにおいて、セル間干渉低減及び協調多重入出力方式の信号送信方法を提供する。本発明による協調多重入出力通信システムにおいてプリコーディング情報を送信する方法は、端末でサービング基地局の信号強度に基づいて、サービング基地局を含む一つ以上の基地局のそれぞれのプリコーディング行列を含むプリコーディング行列集合を決定するステップと、プリコーディング行列集合情報をサービング基地局に送信するステップと、を含む。さらに、送信されたプリコーディング行列集合情報を用いて、セル端に位置している端末が隣接基地局と協調して、状況に応じて協調ＭＩＭＯモードまたはセル間干渉緩和モードを行うステップを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、多重セル環境の通信システムに係り、特に、多重セル環境でセル間干渉を低減する方法及び協調多重入出力方式で信号を送受信する方法に関するものである。

近年、情報通信サービスの普及及び様々なマルチメディアサービスの登場、そして高品質サービスの出現などに伴い、無線通信サービスに対する要求が急増してきている。これに能動的に対処するためには、通信システムの容量を増大させる一方でデータの伝送信頼度を高めなければならない。

無線通信環境で通信容量を増やすための方法として、利用可能な周波数帯域を新たに見出す方法と、与えられたリソースの効率性を高める方法が考えられる。中でも、後者の方法としては、最近、送受信機に多数のアンテナを装着してリソース活用のための空間的な領域をさらに確保することによってダイバーシティ利得を得たり、それぞれのアンテナを通じてデータを並列に伝送することによって伝送容量を増やす、いわゆる多重アンテナ送受信技術（Multiple Input Multiple Output Antenna；以下、「ＭＩＭＯ」と称する。）が注目され、活発に開発されている。

一般に、ＭＩＭＯ方式は、通信システムの信頼度を高めたり伝送効率を向上させたりするために考慮され、ビームフォーミング方式、空間ダイバーシティ方式、及び空間多重化方式の３種類に大別される。

信頼度を高めるために複数の送信アンテナを用いるビームフォーミング方式と空間ダイバーシティ方式は、通常、単一データストリームを複数本の送信アンテナを通じて伝送し、伝送効率を高めるために用いられる空間多重化方式は、複数のデートストリームを同時に複数の送信アンテナを通じて伝送する。

空間多重化方式で、同時に伝送されるデータストリームの個数を空間多重化率といい、この空間多重化率は、送受信アンテナの個数及びチャンネル状況に応じて適切に選択しなければならない。一般に、最大限に得られる空間多重化率は、送信アンテナ数と受信アンテナ数のうち小さい値によって制限され、チャンネルの相関度が高くなると小さい空間多重化率を用いる。

空間多重化方式を用いる場合、仮想アンテナシグナリング方式を適用すると様々な利得を得ることができる。例えば、仮想アンテナシグナリング方式を適用すると、複数のデータストリームのチャンネル環境が同一になるので、ロバストなチャンネル状態情報（Channel quality information；ＣＱＩ）を提供することができ、悪いチャンネル状況を有するデータストリームの信頼度を増大させることができる。

また、仮想アンテナシグナリング方式が適用される物理アンテナにおける送信電力を略一定に維持することが可能になる。すなわち、物理的送信アンテナは、セットとして複数本のビームを生成するが、これらそれぞれのビームは、それぞれの仮想アンテナに該当する。それぞれ異なるビームは、全ての物理的なアンテナから同一の電力を伝送するように生成される他、チャンネル特性を保存するように生成される。

基本的に、生成された仮想アンテナの総数は、利用可能な空間ダイバーシティまたは空間多重化率を決定する。さらに、この仮想アンテナの総数は、空間チャンネルを測定するために必要なオーバーヘッドの量を決定する。以下では、物理的送信アンテナの数をＭｔ、物理的な受信アンテナの数をＭｒ、利用可能な仮想送信アンテナの数をＭｅとし、同時に送信されるレイヤーをＭとする。ここで、レイヤーは、独立して符号化され、変調されて伝送される送信シンボルを意味する。

一方、通信システムの信頼度を高めたり伝送効率を向上させたりするための空間処理手法には、プリコーディング方式がある。プリコーディング方式は、多重アンテナシステムで空間多重化率に拘ることなく利用可能な方式であり、通常、チャンネルの信号対雑音比（signal to noise ration；ＳＮＲ）を増大させる。一般に、送信端で現チャンネル環境に最も適切な行列またはベクトルをデータに乗じて伝送するが、ここで、乗じられる行列またはベクトルは、受信端からフィードバックして用いたり、または、送信端でダウンリンクのチャンネル情報を知る場合には適切な行列またはベクトルを選択して用いたりすることができる。

本発明は、多重セル環境で効率的にセル間干渉を低減する方法及び協調多重入出力方式で信号を送受信する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は一つの側面において、端末が多重セル環境でセル間干渉を低減する方法を提供する。

一実施形態として、サービング基地局からの信号に干渉を与える一つ以上の隣接基地局のチャンネル信号を測定するステップと、測定されたチャンネル信号に基づいて、干渉が最大化する第１プリコーディング行列インデックス及び干渉が最小化する第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を算定するステップと、算定された第１プリコーディング行列インデックス及び第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を、対応する基地局識別子情報と共にサービング基地局に伝送するステップと、を含むセル間干渉を低減する方法を提案する。

ここで、第１プリコーディング行列インデックスは、一つ以上の隣接基地局にプリコーディング行列インデックスの使用を制限することを要請するためのプリコーディング行列インデックスであり、第２プリコーディング行列インデックスは、一つ以上の隣接基地局にプリコーディング行列インデックスの使用を推奨するためのプリコーディング行列インデックスであってもよい。

また、サービング基地局に伝送するステップにおいて、第１プリコーディング行列インデックス及び第２プリコーディング行列インデックスに加えて、一つ以上の隣接基地局からの干渉量情報を伝送することもできる。

また、第１プリコーディング行列インデックス及び第２プリコーディング行列インデックスをそれぞれ、測定されたチャンネル信号に基づいて、干渉が最大化する順にまたは干渉が最小化する順に２個以上ずつ算定して、サービング基地局に伝送することができる。

なお、サービング基地局に基地局識別子と共に伝送された第１プリコーディング行列インデックス及び第２プリコーディング行列インデックスは、サービング基地局を通じて基地局識別子に対応する隣接基地局に伝送されてもよい。

他の実施の形態として、サービング基地局からの信号に干渉を与える一つ以上の隣接基地局からのチャンネル信号を測定するステップと、測定されたチャンネル信号に基づいて干渉値を算定して、サービング基地局に伝送するステップと、を含み、干渉値は、各基地局におけるプリコーディング行列インデックスの選択の優先順位を定めるのに用いられ、優先順位の情報は、サービング基地局から一つ以上の隣接基地局に伝達されることを特徴とするセル間干渉を低減する方法を提案する。

ここで、干渉値は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）、正規化した干渉電力及びＩｏＴ（Interference over Thermal）のうち一つ以上を含むことができる。

また、プリコーディング行列インデックスの選択の優先順位は、２つ以上の端末からの特定プリコーディングインデックス使用の制限要請または特定プリコーディングインデックス使用の推奨要請が衝突する場合に、各基地局で使用するプリコーディング行列インデックスを決定するのに用いることができる。

また、測定された干渉値を、対応する基地局識別子情報と共にサービング基地局に伝送することができる。

また、チャンネル信号を測定するステップの後に、干渉が最大化する第１プリコーディング行列インデックス及び干渉が最小化する第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を算定するステップと、算定された第１プリコーディング行列インデックス及び第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を、対応する基地局識別子情報と共にサービング基地局に伝送するステップと、をさらに含むこともできる。

一方、上記目的を達成するために、本発明は他の側面において、特定基地局が多重セル環境でセル間干渉を低減する方法を提供する。

一実施形態として、端末から、一つ以上の隣接基地局のチャンネル信号が、特定基地局が端末に伝送する信号に干渉を最大限に与えるようにする第１プリコーディング行列インデックス及び干渉を最小限に与えるようにする第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を、対応する基地局識別子情報と共に受信するステップと、受信した第１プリコーディング行列インデックス及び第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を、基地局識別子情報によって一つ以上の隣接基地局に伝達するステップと、を含むセル間干渉を低減する方法を提案する。

他の実施形態として、端末から、各基地局におけるプリコーディング行列の選択の優先順位の決定に用いられる干渉値を受信するステップと、干渉値に基づく優先順位の情報を一つ以上の隣接基地局に伝達するステップと、を含み、干渉値は、特定基地局が端末に伝送する信号に一つ以上の隣接基地局のチャンネル信号が与える干渉の量として端末で測定される、セル間干渉を低減する方法を提案する。

一方、本発明のさらに他の側面において、端末が多重セル環境で協調多重入出力（Co-MIMO）方式で信号を受信する方法を提供する。

一実施形態として、サービング基地局及び該サービング基地局と共に協調多重入出力方式を行い、一つ以上の隣接基地局を含む協調基地局からのチャンネル信号を測定するステップと、協調基地局のそれぞれに関するプリコーディング行列インデックスを決定してサービング基地局に報告するステップと、協調基地局から同一の信号または独立した信号を受信するステップと、を含む協調多重入出力方式の信号受信方法を提案する。

ここで、協調基地局のそれぞれに関するプリコーディング行列インデックスは、システムであらかじめ決定されたコードブックに基づいて選択されたプリコーディング行列インデックスであってもよい。

また、協調基地局のそれぞれに関するプリコーディング行列インデックスは、端末が協調基地局のそれぞれから同一の信号または独立した信号を協調して受信する場合、多重セルダイバーシティ利得または多重セルマルチプレキシング利得を最大限に獲得するプリコーディング行列インデックスを、端末が各協調基地局ごとに決定したものであってもよい。

また、協調基地局のそれぞれに関するプリコーディング行列インデックスは、端末が協調基地局のそれぞれから同一の信号または独立した信号を協調して受信する場合、端末が各協調基地局ごとに多重セルダイバーシティ利得または多重セルマルチプレキシング利得を最大限に獲得するプリコーディング行列インデックスから順次に所定個数を決定したものであってもよい。

また、協調基地局は、端末に関するリソース割当情報を互いに共有し、端末に同一の信号または独立した信号を共通のリソースを用いて伝送することが好ましい。

また、サービング基地局に報告された協調基地局のそれぞれに関するプリコーディング行列インデックスは、サービング基地局からネットワーク間インターフェース、例えば、基地局を連結するバックボーンネットワークを通じて協調基地局のそれぞれに伝達することができる。

また、協調基地局が多重セルダイバーシティモードで動作する場合、端末は、協調基地局から同一の信号を受信し、協調基地局が多重セルマルチプレキシングモードで動作する場合、端末は、協調基地局から独立した信号を受信することができる。

一方、本発明のさらに他の側面において、特定基地局が一つ以上の隣接基地局と協調多重入出力（Co-MIMO）方式で信号を伝送する方法を提供する。

一実施形態として、協調多重入出力方式で信号を受信する端末から、特定基地局及び特定基地局と共に協調多重入出力方式を行うための一つ以上の隣接基地局を含む協調基地局のそれぞれに関するプリコーディング行列インデックスを受信するステップと、受信された協調基地局のそれぞれに関するプリコーディング行列インデックスを、一つ以上の隣接基地局にネットワーク間インターフェースを通じて伝達するステップと、一つ以上の隣接基地局と共に端末に同一の信号または独立した信号を伝送するステップと、を含む協調多重入出力方式の信号伝送方法を提案する。

本発明によれば、多重セル環境で効率的にセル間干渉を除去でき、かつ、協調多重入出力方式で効率的に信号を送受信することができる。

多重セル環境において多数の基地局から一つの端末のデータ信号を伝送するとき、閉ループ方式で端末から伝送されるプリコーディング行列情報を共有してプリコーディングを行うことができる。

そして、スケジューラで端末から受信されるプリコーディング行列情報を組み合わせて多数の隣接基地局のプリコーディング行列を決定して知らせることができる。これにより、隣接基地局のチャンネルを考慮し、隣接基地局から該当の端末に与えられる干渉を緩和させることができる。

そして、プリコーディング行列情報を、隣接基地局を対象とするコードブックベースのＭＩＭＯに適用する場合、端末に伝送される信号間ユニタリー特性を維持させ、端末における受信性能を向上させることができる。

なお、プリコーディング行列情報を、隣接基地局を対象とするコードブックベースのビームフォーミングに適用する場合、端末に伝送される信号の強度を増幅させることができ、かつ、端末に伝送される多数の基地局信号間に発生しうる干渉を軽減させることもできる。

多重セル環境の通信システムにおける信号送受信において可能な干渉を考慮して説明するための図である。 本発明の一実施例によって多重セル環境の通信システムにおける信号送受信方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施例によってスケジューラで各基地局のプリコーディング行列インデックスを決定する方法の一例を説明するための図である。 多重セル環境で協調多重入出力方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。 本発明の一実施例によって協調多重入出力方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。添付の図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を説明するためのもので、本発明が実施されうる唯一の実施の形態を表すためのものではない。以下の詳細な説明は、本発明の完全な理解を助けるために具体的な細部事項を含む。ただし、当業者には、このような具体的な細部事項がなくても本発明を実施できることが理解される。例えば、以下の説明では、特定の用語を中心に説明するが、それらの用語に限定する必要はなく、任意の用語で表される場合にも同一の意味を有する場合がある。

場合によっては、本発明の概念が曖昧になることを避けるために、公知の構造及び／または装置を省略することもでき、各構造及び／または装置の核心機能を中心に示すブロック図及び／または流れ図の形式で表すこともできる。また、本明細書全体において同一の構成要素については同一の図面符号を使用して説明する。

以下の実施例は、本発明の構成要素と特徴が所定の形態で結合したものである。各構成要素または特徴は、別途の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮しなければならない。各構成要素または特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態とすることもできる。また、一部の構成要素及び／または特徴を結合して本発明の実施例を構成することも可能である。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更可能である。ある実施例の一部構成や特徴は、他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成または特徴に置き換えることもできる。

本発明の実施例において、基地局と端末機とのデータ送受信関係を中心に説明する。ここで、「基地局」は、端末機と直接的に通信を行うネットワークの終端ノードとしての意味を有する。基地局によって行われると説明された特定の動作は、場合によっては、基地局の上位ノードによって行われてもよい。すなわち、基地局を含む多数のネットワークノードからなるネットワークにおいて端末機との通信のために行われる様々な動作は、基地局または基地局以外のネットワークノードによって行われてもよいことは自明である。用語「基地局」は、固定局、Node B、eNode B（eNB）、アクセスポイントなどに置き換えることもできる。また、用語「端末機」は、ユーザ装置（User Equipment；ＵＥ）、移動局（Mobile Station；ＭＳ）、移動加入者局（Mobile Subscriber Station；ＭＳＳ）などに置き換えることもできる。

多重セル環境で通信している端末、特に、各セルの縁部に位置する端末の場合、サービスが提供されるサービング基地局から送信される信号は、その強度が弱いとともに、他の隣接した基地局から送信される信号により干渉の発生する確率が高い。したがって、このようなセルの縁部に位置している端末は、その通信環境を考慮して、以下に説明する協調多重入出力方式（Collaborative MIMO）を通じてユーザの受信性能を高めることができる。

図１は、多重セル環境の通信システムにおける信号送受信において可能性がある干渉概念を説明するための図である。

２つ以上のセル領域に位置する多数の基地局で一つの端末に信号を送信する場合、図１に示すように、他のセルに位置する端末に送信する信号によって自分のセルに位置する端末に干渉を招くことがある。

図１を参照すると、ＭＳ₁（２３）、ＭＳ₂（２４）及びＭＳ₃（２５）はそれぞれ、ＢＳ₁（２０）、ＢＳ₂（２１）及びＢＳ₃（２２）から信号を受信することが確認できる。然るに、ＢＳ₁（２０）からＭＳ₂（２４）及びＭＳ₃（２５）に伝送する信号（１）は、ＭＳ₁（２３）に干渉を与えることがある。そして、ＢＳ₂（２１）からＭＳ₃（２５）に伝送する信号（２）は、ＭＳ₂（２４）に干渉を与えることがある。同様に、ＢＳ₃（２２）からＭＳ₁（２３）に伝送する信号（３）は、ＭＳ₃（２５）に干渉を与えることがある。

したがって、以下に説明する本発明の実施例では、多重セル環境の通信システムにおけるプリコーディング情報を使用するにあたり、コードブックを用いて閉ループ動作を通じて、多数の基地局から伝送する信号が互いに干渉するのを軽減できる信号送信方法を提供する。

図２は、本発明の一実施例による多重セル環境の通信システムにおける信号送受信方法を示すフローチャートである。

以下、本実施例によって端末、特に、セル端に位置する端末に閉ループ方式のコードブックベースのプリコーディングを適用しようとするとき、隣接セルにおける干渉を最小化できる方法の一例についてより具体的に説明する。

ステップＳ４０で、端末、特に、セル端に位置する端末は、サービング基地局を含む隣接セルの基地局ＢＳ₁〜ＢＳ_Nのそれぞれからの同一使用周波数帯域に関するチャンネル推定を行うことができる。そして、端末は、各基地局に関するチャンネル推定結果に基づいて各基地局の信号強度を決定する。

そして、端末では、本実施例によって、干渉を最小化させてサービング基地局の信号強度を最大化させるコードブックインデックスを探し、それを隣接セルに使用させることによって、隣接セルにおける干渉を最小化することができる。または、端末では、干渉を最大化させて信号強度を最小化させるコードブックインデックスを使用することを防ぎ、隣接セルにおける干渉を最小化することもできる。もちろん、これら両方法を同時に使用することも可能である。

隣接基地局ＢＳ₁〜ＢＳ_Nが端末ＭＳに対して共通のコードブックを使用するとして説明すると、例えば、セル端に位置する端末は、ステップＳ４０で、各基地局から受信されるパイロット信号などを通じてチャンネルを推定し、ステップＳ４１で、共通のコードブックからプリコーディング行列インデックス（Precoding Matrix index；ＰＭＩ）の順にプリコーディング行列を順次に適用して共分散値Ｒ_W1，Ｒ_W2，…，Ｒ_WNを計算することができる。ここで、下付き文字は、各基地局で適用されたプリコーディング行列を表すもので、各基地局を区分するための識別子である。

現在、端末が基地局ＢＳ₁に位置しているとすれば、サービング基地局ＢＳ₁の信号成分を表すＲ_W1を除くＲ_W2，Ｒ_W3，…，Ｒ_WNは干渉成分になりうる。

このとき、基地局ＢＳ₁における信号強度を最大化させるコードブックインデックスを探す方法と、基地局ＢＳ₁における信号強度を最小化させるコードブックインデックスを探す方法はそれぞれ、下記の式１及び式２で示すことができる。

式１及び式２で、Ｗ_i,maxは、ｉ番目の基地局ＢＳ_iの信号強度を最大化させるプリコーディング行列を表す。そして、Ｗ_i,minは、ｉ番目の基地局ＢＳ_iの信号強度を最小化させるプリコーディング行列を表す。

これらは、ｉ番目の基地局ＢＳ_iから受信されたチャンネルに対してコードブック探索を通じて計算することができ、これらを計算することによって、該当の受信ＤＵ比（Desired to Undesired signal power Ratio；ＤＵＲ）が最大（ＤＵＲ_max）または最小（ＤＵＲ_min）であるプリコーディング行列を探すことができる。すなわち、ＤＵＲ_maxを獲得するためには、サービング基地局の信号強度は最大にさせ、隣接基地局の信号強度は最小にさせるプリコーディング行列を適用し、ＤＵＲ_minを獲得するためには、サービング基地局の信号強度は最大にさせ、隣接基地局の信号強度も最大にさせるプリコーディング行列を適用すればよい。

そして、Ｒ_W1，Ｒ_W2，…，Ｒ_WNは、各基地局の信号強度を表すもので、例えば、端末がステップＳ４０で各基地局から受信される信号を通じて推定したチャンネルと、各基地局及び端末間に共通に適用されるコードブックとを用いて、下記の式３のように共分散形態で表現することができる。

式３で、Ｈ₁，Ｈ₂，…，Ｈ_Nは、端末が各基地局から受信される信号を通じて推定したチャンネルを表し、Ｗ₁，Ｗ₂，…，Ｗ_Nは、各基地局及び端末で共通に使用されるコードブックに含まれるプリコーディング行列のうち、各基地局からのチャンネル推定受信信号に基づいて特定プリコーディング行列と決定することができる。すなわち、共通に使用されるコードブックに含まれたプリコーディング行列をそれぞれ上記の式３に適用して、各プリコーディング行列の信号強度を決定し、これを用いて式１及び式２でＤＵＲ_max及びＤＵＲ_minをそれぞれ求めることができる。

端末は、ステップＳ４１で、式１乃至式３により、各基地局のコードブックに含まれるプリコーディング行列を適用してＤＵＲ_max及びＤＵＲ_minを計算し、ステップＳ４２で、ＤＵＲ_maxを決定する各基地局のプリコーディング行列を含むプリコーディング行列集合ＤＵＲ_max［Ｗ₁，Ｗ₂，…，Ｗ_N］と、ＤＵＲ_minを決定する各基地局のプリコーディング行列を含むプリコーディング行列集合ＤＵＲ_min［Ｗ₁，Ｗ₂，…，Ｗ_N］を構成することができる。

その後、端末は、ＤＵＲ_max及び／またはＤＵＲ_minに該当する値と、それによるプリコーディング行列集合情報をサービング基地局に伝送することができる。場合によって、端末は、サービング基地局に干渉制御モード開始情報、該当のセルＩＤなどをさらに伝送することもできる。また、Ｎの個数は、端末の演算能力、アップリンクフィードバック情報に対するオーバーヘッド、干渉強度などを考慮して１〜２個程度に制限することもできる。

サービング基地局では、ステップＳ４３で、端末から受信したＤＵＲ_max及び／またはＤＵＲ_minに該当する値と、それによるプリコーディング行列集合情報をネットワークインターフェース、例えば、バックボーンネットワークを通じてスケジューラに伝達する。場合によっては、アップリンクオーバーヘッドを考慮してプリコーディング行列集合情報のみを送ることもできる。

また、ＰＭＩ更新及びバックボーンネットワーク伝送遅延による性能低下及びサービング基地局のオーバーヘッド増加を防ぐために、端末は、隣接基地局に関するＰＭＩを含むプリコーディング行列集合情報を、サービング基地局を介さずに直接、該当の基地局のアップリンクチャンネルを通じて送ることもできる。

そして、スケジューラでは、バックボーンネットワークを通じて受信された情報に基づいて、与えられた無線リソースを効率的に使用するために、特定スケジューリングアルゴリズムによって各基地局に適合するプリコーディング行列を選択したり組み合わせたりして、ステップＳ４５で、各基地局に関するプリコーディング行列インデックスを決定することができる。

例えば、スケジューラは、ＤＵＲ_max［Ｗ₁，Ｗ₂，…，Ｗ_N］のプリコーディング行列集合に含まれるプリコーディング行列を優先して選択し、ＤＵＲ_min［Ｗ₁，Ｗ₂，…，Ｗ_N］のプリコーディング行列集合に含まれるプリコーディング行列は選択されないように動作することで、各該当基地局ＩＤに該当する基地局に適切なプリコーディングベクトルまたは行列を割り当てたり、使用上制限を加えたりすることができる。

そして、ステップＳ４４で、スケジューラは、チャンネル状況またはシステム状況を考慮して所定の変動可能な基準値をあらかじめ設定し、サービング基地局から受信したＤＵＲ_maxまたはＤＵＲ_minを、設定された基準値と比較する過程をさらに行うこともできる。

スケジューラは、ステップＳ４６で、バックボーンネットワークを通じて、ステップＳ４５で決定された各基地局に関するＰＭＩを該当の基地局に伝達する。

図３は、本発明の一実施例によってスケジューラで各基地局のプリコーディング行列インデックスを決定する方法の一例を説明するための図である。

所定の境界に含まれる基地局間の調整機能を行うスケジューラは、図３に示すように、各基地局に関するプリコーディング行列Ｗ₁，Ｗ₂，…，Ｗ_Nを求めるために基準値を設定し、端末、特に、セル端に位置する端末から各基地局に伝送されるＰＭＩ情報を用いて、各端末の受信ＳＩＮＲが最大となるようにスケジューリングを行うことができる。

スケジューラでは、最も好ましくは、各基地局で最高の性能を示しうるプリコーディング行列集合情報を受信してこれを適用するようにする。しかし、場合によっては、他の隣接基地局との関係を考慮して、最高の性能を示しうるプリコーディング行列集合情報によってプリコーディングできない場合が発生しうる。

例えば、基地局ＢＳ₁では、プリコーディング行列インデックスＰＭＩ₁の含まれたプリコーディング行列集合情報を、最高の性能を示すプリコーディング行列集合情報として伝達したが、隣接基地局の基地局ＢＳ₂では、プリコーディング行列インデックスＰＭＩ₁の含まれたプリコーディング行列集合情報を、最低の性能を示すプリコーディング行列集合情報として伝達することがある。

この場合、スケジューラでは、本実施例によって基地局ＢＳ₁ではＰＭＩ₁を使用することはできないが、最高の性能に最も近接する性能を示す他のプリコーディング行列に組み替え、それを使用するように知らせることができる。

例えば、スケジューラでは、ＤＵＲ_max（５０）とＤＵＲ_min（５１）の値によって各基地局別に適切なＰＭＩを決定することができる。すなわち、スケジューラは、必要な場合、特定基地局に対して自身のセル内に位置する端末にＤＵＲ_min（５１）値またはこれに近接する値を招くＰＭＩは使用しないようにスケジューリングしたり、場合によっては、ＤＵＲ_max（５０）値またはこれに近接する値を招くＰＭＩを使用するように推奨することができる。この時、各基地局に伝送されるＰＭＩは、少なくともスケジューラで設定した閾値５２による性能以上は保障できることが好ましい。

図３にしたがって各基地局に関するＰＭＩ値をスケジューリングする場合、基地局間に互いに強い干渉を与えるＰＭＩを制限する方にスケジューリングをすると、セル端に位置する隣接端末間に互いにＰＭＩを制限しようとする衝突問題が生じうる。この場合、端末側では、制御しようとする干渉信号の大きさを一定量の干渉量の範囲に量子化した参照テーブルを用いることで上記の衝突問題を解決することができる。すなわち、参照テーブルの値を比較して該当の量子化レベルを基地局に通報し、スケジューラでは、端末間に量子化レベルに従う優先順位を付与することで、端末間ＰＭＩの衝突を防止することができる。

すなわち、端末は、サービング基地局及びサービング基地局からの信号に干渉を与える隣接基地局からのチャンネル信号を測定し、測定されたチャンネル信号に基づいて干渉値を算定してサービング基地局に伝送することができる。このような干渉値には、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）、正規化した干渉電力、ＩｏＴ（Interference over Thermal）などを含むことができる。

この干渉値は、各基地局でＰＭＩを選択する上での優先順位を定めるのに用いることができる。サービング基地局が受信した干渉値情報は、上述したように、各基地局におけるＰＭＩ選択の優先順位を決定するのに用いられ、この優先順位の情報は、隣接基地局にバックボーンネットワークを通じて伝達することができる。また、上述したような干渉値情報は、干渉を誘発する該当基地局の識別子情報と共に端末からサービング基地局に伝達することができる。

一方、アップリンクの制御信号に対するオーバーヘッドを減らすために基地局スケジューラがＰＭＩ情報を各基地局に割り当てようとするとき、このスケジューラは、互いに制限または抑制しようとするＰＭＩが相手側の基地局に該当してＰＭＩ衝突が起こるときに限って、該当の端末に干渉量量子化レベル情報をフィードバックするように要求することもできる。

上述したように、多重セル環境で干渉を最大限に与えるＰＭＩ及び／または干渉を最小限に与えるＰＭＩを伝送する方法と、各基地局でＰＭＩ選択の優先順位の決定に用いられる干渉値情報を伝送する方法とを、互いに結合して用いることができる。

一方、本発明の他の側面において、セル端に位置する端末が、要求されるサービス品質（Quality of Service；ＱｏＳ）によって受信性能を高める必要があると判断する場合は、多重セルの環境下において干渉除去モードではなく協調多重セルＭＩＭＯ方式を適用することができる。このために、端末は、協調ＭＩＭＯモードまたはセル間干渉緩和モード、これら両モードからいずれか一方を選択できる情報であるモード切替情報を、サービング基地局に伝送することができる。また、このようなモード切替は、端末ではなく、基地局またはネットワーク端で決定されて端末にシグナリングしても良い。

図４は、多重セル環境で協調多重入出力方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。

本実施の形態によれば、単一のセル単位でＭＩＭＯを適用してダイバーシティ、単一ユーザＭＩＭＯ、多重ユーザＭＩＭＯを具現した既存のものとは違い、多重セル環境で複数個の基地局を用いてＭＩＭＯを適用することができる。

図４を参照すると、ＭＳ₁（１３）は、ＢＳ₁（１０）及びＢＳ₃（１２）から信号を受信し、ＭＳ₂（１４）は、ＢＳ₁（１０）及びＢＳ₂（１１）から信号を受信し、ＭＳ₃（１５）は、ＢＳ₂（１１）及びＢＳ₃（１２）から信号を受信することが確認できる。そして、多数の基地局から端末に伝送されるデータは、スケジューラ１６で多数の基地局を考慮して構成した後、ネットワーク間インターフェース、例えば、バックボーンネットワーク１７を通じて各基地局に伝達される。

この場合、各基地局から受信される信号は、互いに同一であっても良く、異なっても良い。各基地局から同一データを受信する場合にはダイバーシティ利得を獲得でき、各基地局から異なるデータを受信する場合にはデータ伝送速度、すなわち、データ処理量を高めてマルチプレキシング利得を獲得することができる。

端末が、同一セル基地局の多重アンテナを通じて単一ユーザＭＩＭＯまたは多重ユーザＭＩＭＯにより受信性能を高めたのと類似の方法で、隣接した多数のセルに位置する基地局から同一チャンネルの信号を受信して、ダイバーシティ、単一ユーザＭＩＭＯまたは多重ユーザＭＩＭＯを具現することができる。特に、隣接セルから干渉を受けやすいセル端に位置する端末は、このような状況を逆に利用して、隣接基地局から同一チャンネルの信号を受信し、ダイバーシティ、単一ユーザＭＩＭＯまたは多重ユーザＭＩＭＯを具現することができる。

多数の端末または特定端末に多数の独立したストリームを送るので、単一ユーザＭＩＭＯまたは多重ユーザＭＩＭＯを具現するために協調多重入出力方式を適用するとき、多数の基地局が端末からチャンネル推定関連情報（Channel Status Information；ＣＳＩ）を受信し、これを用いてチャンネルを推定することができる。そして、このようなチャンネル推定結果に基づいて各基地局で別々にアンテナ重み値を生成し、プリコーディングを行い、プリコーディングされた信号を伝送することができる。

図５は、本発明の一実施例によって協調多重入出力方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。

図５で、端末３０のサービング基地局ＢＳ₁（３１−１）とＭ−１個の隣接基地局を含むＭ個の基地局は、協調ＭＩＭＯ方式によって端末３０にデータストリームｄを伝送する。このとき、各基地局、すなわち、サービング基地局ＢＳ₁（３１−１）乃至基地局ＢＳ_M（３１−Ｍ）は、スケジューラ３５で受信した情報に基づいて構成されてバックボーンネットワーク３４を通じて伝達されたデータストリームｄをそれぞれ伝送する。

この場合、各基地局に伝達されるデータは、互いに同一であっても良く、異なっても良い。ただし、各基地局に伝達されるデータは、各基地局から伝達されるチャンネル情報に基づいて適切にコーディング及び変調して構成されるデータであることが好ましい。

多数の基地局のうち基地局ＢＳ₁（３１−１）を挙げて、データを伝送する各基地局の構成についてより具体的に説明する。基地局ＢＳ₁（３１−１）は、データストリームｄをバックボーンネットワーク３４を通じて受け取った後、端末３０に送信する前に、該データストリームｄにプリコーディングを行う。すなわち、プリコーディング行列生成部３２−１は、プリコーディングを行う時に用いられる重み値またはプリコーディング行列を生成する。

この場合、プリコーディング行列生成部３２−１は、コードブックを用いて重み値またはプリコーディング行列を生成することができる。例えば、端末では本実施例によってフィードバック情報としてＰＭＩを伝送し、プリコーディング行列生成部３２−１では、端末３０からフィードバック情報として受信したＰＭＩを用いてプリコーディング行列を生成することができる。

そして、プリコーダ３３−１は、この生成された重み値またはプリコーディング行列をデータストリームｄに乗じてプリコーディングを行う。そして、プリコーディングされた信号を端末３０に伝送する。

本実施例によって、各基地局でＰＭＩを用いてプリコーディング行列を生成できるように、基地局、特に、サービング基地局３１−１では、端末３０からフィードバック情報としてＰＭＩを受信するが、このとき、サービング基地局３１−１に関するＰＭＩだけでなく、ＢＳ_M（３１−Ｍ）を含む隣接基地局に関するＰＭＩも共に受信する。

そして、各基地局に関するＰＭＩを、バックボーンネットワーク３４を通じて該当の基地局に伝達する。すなわち、ここで、バックボーンネットワークは、多数の隣接した基地局間に情報の送受信及び共有のために定義された通信ネットワークと見なすことができる。このとき、スケジューラ３５が関与してＰＭＩをより好ましい場合に調整して伝達することもできる。

さらに、スケジューラ３５は、各基地局で端末から受信した信号から獲得したチャンネル情報を、バックボーンネットワーク３４を通じて受信し、これを用いて該当の端末に伝送するデータを構成することもできる。すなわち、チャンネル情報には、上記のＰＭＩの他に、チャンネル品質情報（Channel Quality Information；ＣＱＩ）及びランク情報なども含むことができる。そして、このようなチャンネル情報に基づいてスケジューラ３５では該当の端末のチャンネル状態に最適のコーディング及び変調手法を選択し、これを適用して構成されたデータを各基地局にバックボーンネットワーク３４を通じて伝達し、端末に伝送されるようにすることができる。

上記の本実施の形態によって、もし、協調ＭＩＭＯを行う方が、干渉を除去することに比べて、目標とするＱｏＳを得るための受信ＳＩＮＲを得るのに有利であると判断すると、該当の情報、例えば、１ビットを追加してサービング基地局に伝送することができる。この場合、端末は、サービング基地局及びサービング基地局と共に協調多重入出力方式を行うための隣接基地局からのチャンネル信号を測定し、測定されたチャンネル信号に基づいて協調ＭＩＭＯを行うために各基地局でそれぞれ使用するＰＭＩをサービング基地局に報告することができる。このように、協調ＭＩＭＯ方式を行うために協調基地局のそれぞれに伝送するＰＭＩは、協調基地局から同一信号を受信する場合にダイバーシティ利得を最大限に獲得できるＰＭＩ及び／または協調基地局から独立した信号を受信する場合にマルチプレキシング利得を最大限に獲得できるＰＭＩとすることができる。例えば、端末から該当の情報が基地局に受信されると、基地局は、干渉除去モードで使用を制限するように推奨していたＤＵＲ_min［Ｗ₁，Ｗ₂，…，Ｗ_N］に含まれる該当の基地局のＰＭＩ情報を、かえって協調ＭＩＭＯに使用して受信性能を高めるように推奨することができる。

協調ＭＩＭＯのために、該当の基地局は、スケジューラから送ったＤＵＲ_minになるプリコーディングベクトルまたは行列を使用し、現在サービスを希望する端末が位置している基地局と送信周波数帯域などを互いに一致させた後、サービスを希望する端末に受信される同一データまたは独立した受信を希望するデータストリームを、該当の端末に伝送することによって、該当の端末では、同一信号に対する受信性能を高めたり、多数の独立したデータストリームを受信して受信データの伝送率を高めたりして、協調ＭＩＭＯモードを行うことができる。

セル間干渉緩和モードで動作する場合は、上述したように、同一のＰＭＩ情報ＤＵＲ_min［Ｗ₁，Ｗ₂，…，Ｗ_N］を用いて、該当の基地局に伝送されたＰＭＩに該当するプリコーディング行列の使用を最小限に抑えることで、サービスを希望する端末が受けるセル間受信干渉を最小化することができる。

多重セル環境でセル端に位置する端末は、セル間干渉に弱い受信性能を示す問題点があるが、上記の実施例によれば、閉ループ方式のコードブックベースのプリコーディング手法を適用することができる。

特に、端末で隣接基地局に対するチャンネル特性を考慮して各基地局に関するプリコーディング行列インデックスを決定し、これらを含むプリコーディング行列集合情報をサービング基地局に伝送し、スケジューラではこれを用いてスケジューリングするようにすることができる。

そして、スケジューラでは、プリコーディング行列集合情報を用いて各基地局間に使用されるプリコーディング行列インデックスを決定してスケジューリングすることで、隣接セルからの干渉を最小限に抑えることができる。その結果、端末の受信ＳＩＮＲ性能を高めることが可能になる。

一方、プリコーディング行列集合情報を、隣接基地局を対象とするコードブックベースのＭＩＭＯに適用でき、この場合、端末に伝送される信号間ユニタリー特性を維持させることで、端末における受信性能を向上させることができる。

または、プリコーディング行列集合情報を、隣接基地局を対象とするコードブックベースのビームフォーミングに適用でき、この場合、端末に伝送される信号の強度を増幅させることができ、かつ、端末に伝送される多数の基地局信号間に発生しうる干渉を軽減する効果も得られる。

本発明による実施例は、様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの結合などによって具現することができる。ハードウェアによる具現の場合、本発明の一実施例による協調多重入出力通信システムで、プリコーディングされた信号を送信する方法は、一つまたはそれ以上のＡＳＩＣ（application specific integrated circuits）、ディジタルシグナルプロセッサ（digital signal processors；ＤＳＰ）、ＤＳＰＤ（digital signal processing devices）、プログラマブルロジックデバイス（programmable logic devices；ＰＬＤ）、ＦＰＧＡ（field programmable gate arrays）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。

ファームウェアやソフトウェアによる具現の場合、本発明の一実施例による協調多重入出力通信システムで、プリコーディングされた信号を送信する方法は、以上で説明した機能または動作を行うモジュール、手続き、関数などの形態で具現することができる。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶されて、プロセッサによって駆動することができる。メモリユニットは、プロセッサの内部または外部に設けられて、公知の様々な手段によってプロセッサとデータを交換することができる。

本発明は、本発明の精神及び必須特徴を逸脱しない範囲で、他の特定の形態に具体化できることは、当業者にとっては明らかである。よって、上記の詳細な説明は、いずれの面においても限定的に解釈してはならず、例示的なものとして考慮されなければならない。本発明の範囲は、添付した請求の範囲の合理的解釈によって定められるべきであり、本発明の等価的範囲内におけるあらゆる変更は、本発明の範囲に含まれる。

Claims (10)

1. 端末が多重セル環境でセル間干渉を低減する方法であって、
   サービング基地局からの信号に干渉を与える一つ以上の隣接基地局からのチャンネル信号を測定するステップと、
   前記測定されたチャンネル信号に基づいて干渉値を算定して、前記干渉値を前記サービング基地局に伝送するステップと、
   を含み、
   前記干渉値は、各基地局におけるプリコーディング行列インデックスの選択の優先順位を定めるのに用いられ、
   前記優先順位の情報は、前記サービング基地局から前記一つ以上の隣接基地局に伝達されることを特徴とするセル間干渉低減方法。
2. 前記干渉値は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）、正規化した干渉電力及びＩｏＴ（Interference over Thermal）のうち一つ以上を含む、請求項１に記載のセル間干渉低減方法。
3. 前記プリコーディング行列インデックスの選択の優先順位は、２つ以上の端末からの特定プリコーディングインデックスの制限要請または特定プリコーディングインデックスの推奨が衝突する場合に、各基地局で使用するプリコーディング行列インデックスを選択するのに用いられる、請求項１に記載のセル間干渉低減方法。
4. 前記測定された干渉値を、対応する基地局識別子情報と共に前記サービング基地局に伝送する、請求項１に記載のセル間干渉低減方法。
5. 前記チャンネル信号を測定するステップの後に、
   前記干渉が最大化する第１プリコーディング行列インデックス及び前記干渉が最小化する第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を算定するステップと、
   前記算定された第１プリコーディング行列インデックス及び第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を、対応する基地局識別子情報と共に前記サービング基地局に伝送するステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載のセル間干渉低減方法。
6. 特定基地局が多重セル環境でセル間干渉を低減する方法であって、
   端末から、各基地局におけるプリコーディング行列の選択の優先順位の決定に用いられる干渉値を受信するステップと、
   前記干渉値に基づく優先順位の情報を一つ以上の隣接基地局に伝達するステップと、
   を含み、
   前記干渉値は、前記特定基地局が前記端末に伝送する信号に一つ以上の隣接基地局のチャンネル信号が与える干渉の量として前記端末で測定されることを特徴とするセル間干渉低減方法。
7. 前記干渉値は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）、正規化した干渉電力及びＩｏＴのうち一つ以上を含む、請求項６に記載のセル間干渉低減方法。
8. 前記プリコーディング行列インデックスの選択の優先順位は、２つ以上の端末からの特定プリコーディングインデックスの制限要請または特定プリコーディングインデックスの推奨が衝突する場合に、各基地局で使用するプリコーディング行列インデックスを選択するのに用いられる、請求項６に記載のセル間干渉低減方法。
9. 前記測定された干渉値は、対応する基地局識別子情報と共に前記特定基地局に受信される、請求項６に記載のセル間干渉低減方法。
10. 前記干渉値を受信するステップにおいて、
    前記干渉が最大化する第１プリコーディング行列インデックス及び前記干渉が最小化する第２プリコーディング行列インデックスのうち一つ以上を、対応する基地局識別子情報と共にさらに受信する、請求項６に記載のセル間干渉低減方法。

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