JP2012109811A - 無線通信システム及びアンテナ選択方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 分散アンテナシステムにおいてＭＩＭＯによるスループット向上効果の最も大きくなるアンテナの組みを用いてＭＩＭＯによる通信を行い、スループット向上効果を得る。
【解決手段】 それぞれのアンテナからの信号を識別可能な信号を送信するアンテナを、ＭＩＭＯで使用可能なアンテナ数よりも多い、複数本数備えた基地局と、複数のアンテナを備えた端末の間でＭＩＭＯによる通信を行う。端末は、前記基地局のアンテナの一部をＭＩＭＯ候補アンテナとして選択し（８０２）、ＭＩＭＯ候補アンテナのそれぞれの固有値を算出し（８０３）、算出した固有値を基地局装置へ伝送する（２０２）。基地局は、固有値をもとにＭＩＭＯで使用するアンテナを選択する（８０４）。
【選択図】 図８

Description

本発明は、無線通信システム及びアンテナ選択方法に係り、特に、分散アンテナを用いた無線通信システム、及び、無線通信システムに適用される分散アンテナシステムにおいて、ＭＩＭＯ等を適用する場合のアンテナ選択方法に関する。

無線通信システムにおいて、エリアを効率的に構築する技術として、分散アンテナシステムが知られている。例えば、本技術分野の背景技術として、特開２０１０―６８４９６公報（特許文献１）がある。特許文献１では、分散アンテナシステムにおいてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｐｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）を適用した場合の例が示されている。
無線通信システムにＭＩＭＯを適用する場合、送受信に使用するアンテナの最大本数はシステムによってあらかじめ決められている。例えば、３ＧＰＰで標準化されているＬＴＥシステム（Ｒｅｌｅａｓｅ ８）の場合は、下りリンクの送信アンテナ本数は最大４本となっている。
分散アンテナシステムにおいてＭＩＭＯを適用する場合、ＭＩＭＯで使用可能なアンテナの最大数が決まっているため、分散アンテナシステムを構成する複数のアンテナのうち、一部のアンテナのみを用いてＭＩＭＯを行うことになる。その際に、分散アンテナシステムを構成する複数のアンテナの内、ＭＩＭＯにて使用するアンテナを選択する必要がある。分散アンテナシステムにおけるアンテナ選択方法としては、例えば特許文献１では受信電力が大きいアンテナを選択しており、特開２００７−５３７６８公報（特許文献２）では距離減衰の相対値によりアンテナを選択している。
一般に、ＭＩＭＯを適用することによって期待される効果の１つとして、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が高い場合におけるスループットの向上が挙げられる。非特許文献１に記載されているように、ＭＩＭＯでは送受信アンテナ間の無線チャネルの状態（ＭＩＭＯチャネル応答行列）に基づいて適切な信号処理を行うことにより、複数の異なる情報を並列に伝送し、スループットの向上を実現している。
このとき、並列に伝送可能な情報の数が増えるほど、高いスループットを実現できる。ここで、より高いスループットを実現するためには、複数のより多くの情報を並列に伝送する必要があるが、そのためには、送受信アンテナ間の無線チャネルが独立であることが必要となる。もし、送受信アンテナ間の変動が、各送受信アンテナ間の組合せにおいて変わらない場合には、例えＭＩＭＯを適用しても、複数の異なる情報を並列に伝送することができないため、スループット向上効果は低くなってしまう。

特開２０１０―６８４９６公報 特開２００７−５３７６８公報

唐沢好男,"ＭＩＭＯ伝搬チャネルモデリング,"信学論Ｂ,ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｂ，ｎｏ．９，ｐｐ．１７０６−１７２０，２００３．

分散アンテナシステムにおいてＭＩＭＯを適用する場合、前述のようにＭＩＭＯで使用するアンテナを選択する必要がある。その際に、分散アンテナシステムの場合は、多くのアンテナがあるため、アンテナの選択方法によって、実現できるスループットが大きく異なることが考えられる。スループットは、ＳＮＲが高いほど、また、ＭＩＭＯ適用時により多くの異なる情報を並列に伝送できるほど高くすることができるため、そのようなアンテナを選択することが望ましい。
特許文献１に記載の方法では、分散アンテナシステムのアンテナのうち、受信電力の大きなアンテナを選択している。そのため、平均的にＳＮＲがよい、すなわち高いスループットを実現できるアンテナを選択することが期待できるが、一方で選択したアンテナを用いてＭＩＭＯを適用した場合に、複数の情報を並列に伝送できるかは不明であり、ＭＩＭＯを適用した分散アンテナシステムにおけるアンテナ選択方法において、スループットを最大化するという観点では不十分である。
特許文献２に記載の方法では、距離減衰の相対値から通信に使用するアンテナを選択しており、これも平均的にＳＮＲがよい、すなわち高いスループットを実現できるアンテナを選択することが期待できるが、一方で選択したアンテナを用いてＭＩＭＯを適用した場合に、複数の情報を並列に伝送できるかは不明であり、ＭＩＭＯを適用した分散アンテナシステムにおけるアンテナ選択方法として、スループットを最大化するという観点では不十分である。
本発明は、以上の点に鑑み、分散アンテナシステムにおいてＭＩＭＯを適用した場合に、スループット向上効果を得ることを目的のひとつとする。また、本発明は、分散アンテナシステムにおいてＭＩＭＯによるスループット向上効果の最も大きくなるアンテナの組みを用いてＭＩＭＯによる通信を行うことを他の目的とする。

本発明は、これらの課題を鑑みて発明されたものであり、分散アンテナシステムのアンテナ選択の際に、受信電力や距離減衰などＳＮＲに影響する要素のみを用いるのではなく、ＭＩＭＯを適用するアンテナの組合せを複数選択し、それぞれについて、チャネル応答行列および固有値を算出し、算出した固有値の平方根の合計値から、選択したアンテナの組合せにおけるチャネルの直交性を判断する。チャネルの直交性が高いことは、すなわち、ＭＩＭＯ適用時により多くの情報を並列伝送できることを意味するので、本発明により、スループットの最も高くなると期待できるアンテナの組合せを選択することができる。

本発明の第１の解決手段によると、
分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システム、及び、無線通信システムにおけるアンテナ選択方法であって、
基地局装置は、分散アンテナを個別に識別可能な下りパイロット信号を生成し、送信し、
無線端末は、基地局装置から下りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
無線端末は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
無線端末は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、各固有値情報と該固有値情報の計算に用いた分散アンテナの組合せ候補の情報とを、基地局装置へ送信し、
基地局装置は、無線端末から通知されたひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択し、
基地局装置は、選択した分散アンテナの組合せの情報を含む選択アンテナ情報を、無線端末に通知する
ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行う無線通信システム、及び、アンテナ選択方法が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、
分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システム、及び、無線通信システムにおけるアンテナ選択方法であって、
基地局装置は、分散アンテナを個別に識別可能な下りパイロット信号を生成し、送信し、
無線端末は、基地局装置から下りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
無線端末は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
無線端末は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、
無線端末は、ひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択し、
無線端末は、選択した分散アンテナの組合せの情報を含む選択アンテナ情報を、基地局装置に通知する
ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行う無線通信システム、及び、アンテナ選択方法が提供される。

本発明の第３の解決手段によると、
分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システム、及び、無線通信システムにおけるアンテナ選択方法であって、
無線端末は、分散アンテナを個別に識別可能な上りパイロット信号を生成し、送信し、
基地局装置は、無線端末から上りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
基地局装置は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
基地局装置は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、
基地局装置は、ひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択する
ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行う無線通信システム、及び、アンテナ選択方法が提供される。

分散アンテナシステムにおいてＭＩＭＯを適用した場合に、スループット向上効果が得られる。分散アンテナシステムの場合は、通信で使用可能なアンテナがＭＩＭＯで使用可能なアンテナ数よりも多いため、その中からＭＩＭＯによるスループット向上効果が最良となる組合せを選ぶことで、ＭＩＭＯによるスループット向上効果がより大きくなることが期待できる。

分散アンテナシステムの構成図の例である。 無線端末の構成図の例である。 基地局装置の構成図の例である。 ＭＩＭＯチャネルの伝送路表現についての説明図の例である。 各ＲＡＵアンテナからの受信電力についての説明図の例である。 同程度の大きさを持つ固有値についての説明図の例である。 大きさが異なる固有値についての説明図の例である。 実施の形態1における動作シーケンスである。 実施の形態２における無線端末の構成図の例である。 実施の形態２における基地局装置の構成図の例である。 実施の形態３の構成図の例である。 実施の形態３における無線端末の構成図の例である。 実施の形態３における基地局装置の構成図の例である。 ＭＩＭＯ固有伝送モードの説明図の例である。 本実施の形態２のシーケンス図である。 本実施の形態３のシーケンス図である。

以下、図面を用いて本発明について詳しく説明する。

１．実施の形態１
図１は、本実施の形態の分散アンテナシステムの構成図の例である。
図１のシステムは、無線端末１０２と無線通信を行う分散配置された複数のＲＡＵ（Ｒｅｍｏｔｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｕｎｉｔ）１０１が、光ファイバーや同軸ケーブルなどの有線ケーブル１０３によって、アンテナスイッチ（アンテナＳＷ）１０４を経由して、ＣＵ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である基地局装置１０５と接続されており、基地局装置１０５は、高速バックホール回線終端装置１０６を経由して、高速バックホール回線１０７と接続されている構成を有する。アンテナＳＷ１０４は、各ＲＡＵのアンテナからの信号と、基地局装置１０５のアンテナポートとを接続および切替するための装置である。例えばある瞬間に６個のＲＡＵのアンテナのうち、２本のみ（例えば＃１と＃５）を使用する場合には、基地局装置１０５の２本の信号を、＃１と＃５のみに接続する。また、ここでは６個のＲＡＵを図示しているが、ＲＡＵの数は６個に限定されない。
図２は、本実施の形態における無線端末１０２の構成図の例を示す。無線端末１０２は、固有値計算対象アンテナ選択部２０６、固有値計算部２０７、チャネル推定部２０８、下りデータの復調を行うデータ復調部２０９、受信電力・ＳＮＲ測定部２１０を有する。
図３は、本実施の形態における基地局装置１０５の構成図の例を示す。
基地局装置１０５は、パイロット信号を生成するパイロット信号送信部３０１、固有値情報２０２に基づいてＭＩＭＯで使用するアンテナを選択するアンテナ選択部３０２、下りデータを送信するデータ送信部３０３を有する。
図８に、本実施の形態の動作シーケンスを示す。
ステップ８０１では、基地局装置のパイロット信号送信部３０１からＲＡＵのアンテナを個別に識別可能な下りパイロット信号を生成し送信する。アンテナを個別に識別する方法としては、例えば、特定の時間および特定の周波数において、下りパイロット信号を送信するアンテナを１つに限定し、かつ、その時間および周波数を基地局装置と無線端末であらかじめ共有しておく方法がある。これにより、特定の時間および特定の周波数で受信した下りパイロット信号が、どのアンテナから送信されたかを受信側である無線端末にて一意に特定することができる。あるいは、下りパイロット信号にアンテナを識別する識別情報を含めて送信し、無線端末にて識別するようにしてもよい。

ステップ８０２では、無線端末の固有値計算対象アンテナ選択部２０６にて、固有値計算に使用するアンテナの組みを選択する。固有値計算対象アンテナ選択部２０６は、ＲＡＵのアンテナのうち、ＭＩＭＯで使用可能な最大本数以下のＲＡＵのアンテナの組みを複数生成する。ＲＡＵのアンテナの組みを生成する方法としては、すべてのＲＡＵのアンテナの組合せをすべて生成する方法や、受信電力やＳＮＲが大きい一部のＲＡＵのアンテナのみを対象とする方法を用いることができる。
例えば、図1のように６つのＲＡＵのアンテナがあり、ＭＩＭＯで使用可能なアンテナの最大数が２本の場合を考える。ＭＩＭＯの候補となるＲＡＵのアンテナの組合せを生成する方法として、例えば次のような２つの方法が考えられる。
１つ目の方法は、６本すべてのＲＡＵのアンテナの組みをすべて生成する方法である。この場合、_６Ｃ_２＝１５個のアンテナの組みが生成され、１５個あるアンテナの組みそれぞれに対して、固有値計算部２０７で固有値を計算する。この方法は、すべてのＲＡＵのアンテナの組合せを生成するため、固有値の計算回数が増えるデメリットがあるが、一方で、よりスループットの高いアンテナの組合せを候補とすることができるメリットがある。
２つ目の方法は、６本のＲＡＵのアンテナのうち一部を選択し、選択したアンテナの組みを生成する方法である。このとき、ＲＡＵのアンテナのうち一部を選択する方法として受信電力・ＳＮＲ測定部２１０の情報を用いて、受信電力やＳＮＲの大きい一部のＲＡＵのアンテナのみを対象とすることが考えられる。
図５に、各ＲＡＵアンテナからの受信電力についての説明図の例を示す。各アンテナからの信号の受信電力の例として図５のような分布となった場合には、＃３および＃６の受信電力は別に定めたしきい値よりも小さく、ＭＩＭＯに使用しても高いスループットを得ることが期待できないため、アンテナ＃１、＃２、＃４、＃５の組合せで、アンテナの組みを生成することがのぞましい。この場合、_４Ｃ_２＝６個のアンテナの組みが生成され、６個あるアンテナの組みそれぞれに対して、固有値計算部２０７で固有値を計算する。この方法は、ＲＡＵのアンテナの組合せが１つ目の方法に比べて限定されるため、よりスループットの高いアンテナの組合せが除外されてしまう可能性があるというデメリットがあるが、一方で、固有値計算回数が減少するメリットがある。

ステップ８０３では、ステップ８０２で選択したアンテナの組みについて、固有値を計算する。無線端末の固有値計算部２０７は、固有値計算対象アンテナ選択部２０６で選択されたアンテナを用いた場合の、ＭＩＭＯチャネル応答行列および固有値を計算する。固有値の計算方法は、例えば、非特許文献１に記載があるように、チャネル応答行列を特異値分解することで得られる。
図４に、ＭＩＭＯチャネルの伝送路表現についての説明図の例を示す。例えば、図４のようなＭ本の送信アンテナ４００、Ｎ本の受信アンテナ４０１のアレーアンテナ対向の伝送路を考える。伝送する信号ベクトルＸを

とすると、受信アンテナにおける受信信号ベクトルＹは、

で示される。ここで、Ａは、送受信アンテナの各素子間のチャネル応答であり、次のＮ行Ｍ列の行列で示される。

ここで、上添字Ｔは転置を表す。また、ａ_ｎｍは、送信アンテナ＃ｍから送信され、受信アンテナ＃ｎにて受信されるパスに対応するチャネル応答である。チャネル応答は、各アンテナから送信された既知のパイロット信号を受信することで生成する。
このチャネル応答行列Ａは特異値分解により以下のように表記できる。

である。また、上添字Ｈは複素共役転置、λ_ｉは相関行列ＡＡ^ＨあるいはＡ^ＨＡのｉ番目（値の大きい順にｉ＝１，２，・・・，Ｍ_０）の固有値であり、ｖ_ｉはＡ^ＨＡの固有値λ_ｉに属する固有ベクトル、ｕ_ｉはＡＡ^Ｈの固有値λ_ｉに属する固有ベクトルである。
例えば、Ｎ＝Ｍ＝２でチャネル応答行列Ａが、

となる場合を考える。この時、

であり、この固有値は、λ_１＝８,λ_２＝２であり、それぞれの固有値に対応する固有ベクトルは、

となる。

また、同様に

から固有値は、λ_１＝８,λ_２＝２であり、また、それぞれの固有値に対応する固有ベクトルは、

となる。したがって、Ａの特異値分解結果は、

であり、固有値はλ_１＝８,λ_２＝２となる。
ステップ８０３における計算の結果、固有値情報２０２は、例えば２×２ＭＩＭＯの場合には、２つの複素数λ_１とλ_２となる。例えば前述のチャネル応答行列Ａの場合は、固有値はλ_１＝８,λ_２＝２となる。この固有値情報２０２を固有値計算対象アンテナ選択部２０６で選択したアンテナの組合せに応じて保持し、例えば制御チャネルを介して、固有値計算に用いたアンテナの情報（例えば、各アンテナの識別情報を含む、アンテナの組合せ候補の情報）とともに基地局装置１０５へ送信する。

ステップ８０４では、基地局装置のアンテナ選択部３０２にて行われるものであり、端末から通知された固有値情報２０２に基づいて、ＭＩＭＯで用いるアンテナを選択する。選択方法としては、複数考えられる。以下に、例示する。
１つ目の選択方法は、例えば２×２ＭＩＭＯの場合、固有値情報２０２は、最大で２つの複素数λ_１とλ_２であるが、√λ_１と√λ_２の大きさの和が最も大きくなるＲＡＵのアンテナを選択するものである。なおこのとき、λ_１とλ_２が一定以上となるＲＡＵのアンテナに限定することもできる。非特許文献１の記載があるように、各固有値の平方根√λはＭＩＭＯ伝送時の振幅利得に比例する値であることから、√λの和はすべての固有モードを用いて伝送した場合の振幅利得の和に比例する。そのため、√λの和が大きい場合に、より高い伝送速度を実現できることになる。また、例えば４×４ＭＩＭＯの場合も同様に、固有値の平方根の和が最大になるアンテナの組合せを選択すればよい。
図６に、同程度の大きさを持つ固有値についての説明図の例を示す。また、図７に、大きさが異なる固有値についての説明図の例を示す。

２つ目の選択方法は、例えば２×２ＭＩＭＯの場合、固有値情報２０２は、最大で２つの複素数λ_１とλ_２であるが、図６のように固有値√λ_１と√λ_２の大きさの差が最も小さくなるＲＡＵのアンテナを選択するものである。なおこのとき、λ_１とλ_２がしきい値以上となるＲＡＵのアンテナに限定するとなおよい。図７のようにλ_１とλ_２の大きさの差が大きい場合や、片方の固有値がしきい値以下となる場合は、そのアンテナの組みは選択しない。非特許文献１によれば、固有値λはＭＩＭＯ伝送時の電力利得に比例する値であることから、λが同程度かつ大きい場合に、高い伝送速度を実現できることになる。また、例えば４×４ＭＩＭＯの場合、固有値情報２０２は、最大で４つの複素数λ_１、λ_２、λ_３、λ_４となる。この時は、しきい値以上の大きさを持つ固有値について、固有値の分散が最も小さくなるアンテナの組合せを選択すればよい。
３つ目の選択方法は、固有値λの２を底とする対数の和が最大となるＲＡＵのアンテナを選択するものである。非特許文献１によれば、固有モードを用いたＭＩＭＯ伝送時のチャネル容量Ｃは、γ_iを固有モードiにおけるＳＮＲとすると、

となる。一般にＭＩＭＯによる高い伝送速度を実現する場合にはＳＮＲは高いため、ＳＮＲが十分高い場合を想定すると、

となる。この式から、ＭＩＭＯによって高い伝送速度を実現するには、各固有モードのＳＮＲによらず、固有値λ_iの２を底とする対数の和が最も大きくなるＲＡＵのアンテナの組合せを選択するのがよいことが分かる。

ここでは３つの選択方法を例示したが、これ以外の方法であっても、固有値をもとにしたＭＩＭＯによる高い伝送速度が実現できるアンテナの選択方法であれば、本発明及び本実施の形態が適用可能である。

基地局装置のアンテナ選択部２０３は、選択したＲＡＵのアンテナの情報の組合せ（例えば、アンテナの組合せ候補の中から選択された、各アンテナの識別情報を含むアンテナの組み合わせ情報）を無線端末１０２に通知する。例えば、アンテナ選択の結果、#１〜#６の６本のアンテナのうち＃１と＃５を使用することになった場合には、その番号（＃１、＃５）を通知する。

ステップ８０５では、基地局装置と無線端末との間で、ＭＩＭＯ伝送を行う。無線端末のチャネル推定部２０８は、基地局装置１０５から通知された選択アンテナ情報２０３とパイロット信号２０１から、ＭＩＭＯによるデータ送信に必要なＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）やＵ^Ｈ行列を生成し、基地局装置１０５へ通知する。
基地局装置のデータ送信部３０３は選択アンテナ情報２０３、ＣＱＩ・Ｕ^Ｈ行列２０４を用いて、データ２０５を送信する。
図１４に、特異値分解を用いた固有モード伝送の例を示す。ここではＭ_０個の異なるデータストリームを伝送する場合を図示している。固有モード伝送では、送信データストリームは、特異値分解の結果得られた行列Ｕ^Ｈ≡[ｕ_１ ｕ_２・・・ｕ_Ｍ０]で変換して送信される。無線端末の復調部では、受信した信号に特異値分解の結果得られた行列Ｖ≡[ｖ_１ ｖ_２・・・ｖ_Ｍ０]を掛け合わせることで、元のデータストリームを復元することができる。
基地局装置のデータ送信部３０３は、下りデータ送信の際に選択アンテナ情報２０３で指定されたアンテナを使用し、無線端末から通知されたＣＱＩから変復調方式を決定し、またＵ^Ｈ行列を用いて、図１４に示すＭＩＭＯ固有伝送モードでデータを送信する。なお、ここでは、Ｕ^Ｈ行列を用いたＭＩＭＯ固有伝送モードを例に説明したが、Ｕ^Ｈ行列の代わりにＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を用いても、本発明及び本実施の形態は同様に実施可能である。
なお、端末の移動などに伴う電波環境の変動に追随するため、ステップ８０２からステップ８０４までの動作は、１回だけ行って終わりにするのではなく、時間の経過とともに繰り返し行うことが望ましい。これにより、ＭＩＭＯで使用するアンテナを、端末移動や電波環境の変化に追随して変えることができるようになる。

以上説明した実施の形態１により、分散アンテナシステムにおいて、ＭＩＭＯ適用時に高いスループットを実現するＲＡＵのアンテナの組合せを選択することができる。

２．実施の形態２

本実施の形態は、実施の形態１において基地局装置で実施していたアンテナ選択を、無線端末で行う場合の実施の形態である。分散アンテナシステムの構成図は実施の形態１と同じであるが、無線端末１０２および基地局装置１０５の構成が異なる。
図９に、本実施の形態における無線端末の構成図の例を、図１０に、基地局装置の構成図の例を示す。図９および図１０の構成部分のうち、すでに説明した図２および図３に示された符号と同一の符号を付された構成と同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
図１５に、本実施の形態２のシーケンス図を示す。なお、図１５の各ステップのうち図８と同一の符合の各ステップは、同様の処理を示す。
図９の無線端末９０１では、実施の形態1の図２の無線端末１０２に比較して、アンテナ選択部９０２が新たに追加されている。アンテナ選択部９０２は、実施の形態１におけるアンテナ選択部３０２と同じ機能を有するものであり、本実施の形態では無線端末にアンテナ選択部を有する構成となっている。そのため、基地局装置１００１に通知する情報も、固有値情報ではなく、選択アンテナ情報となっており、実施の形態１に比べて、基地局装置に通知する情報量を少なくすることが可能である。チャネル推定部９０３は、アンテナ選択部９０２の選択アンテナ情報を用いて、チャネル推定を行う。
図１０の基地局装置１００１では、端末から通知された選択アンテナ情報９０４およびＣＱＩ・Ｕ^Ｈ行列２０４に基づいて、データ送信部３０３にて下りデータの送信を行う。
以上説明した実施の形態２により、分散アンテナシステムにおいて、ＭＩＭＯ適用時の高いスループットを実現するＲＡＵのアンテナの組合せを選択することができる。また、実施の形態1に比べて、固有値情報２０２を無線端末９０１から基地局装置１００１に伝送する必要がなくなるため、アンテナ選択の際に必要とする無線端末９０１から基地局装置１００１に伝送する情報量を減らすことができる。

３．実施の形態３

本実施の形態は、分散アンテナシステムにおいて、上り方向にＭＩＭＯを適用した場合の実施の形態である。図１１は、本実施の形態の構成図の例であるが、図１に比べて、端末が上りのＭＩＭＯを行っていることおよび、無線端末１１０１と基地局装置１１０２の構成が異なる。なお、以下に示す図１２及び図１３の構成部分のうち、実施の形態１又は２の構成部分と同一名称の部分は、同様の機能を有する。
図１６に、本実施の形態３のシーケンス図を示す。なお、図１６の各ステップのうち図８と同一の符合の各ステップは、同様の処理を示す。

図１２に、無線端末１１０１の構成図の例を示す。無線端末はパイロット信号送信部１２０４とデータ送信部１２０５を有する。パイロット送信部１２０４は、端末のアンテナを個別に識別可能な上りパイロット信号１２０１を生成し送信する。データ送信部１２０５は、基地局から通知されたＣＱＩ・Ｕ^Ｈ行列１２０２を用いて、上りデータ１２０３を送信する。
図１３に、基地局装置１１０２の構成図の例を示す。基地局装置１１０２は、受信電力・ＳＮＲ測定部１３０１、固有値計算対象アンテナ選択部１３０２、固有値計算部１３０３、アンテナ選択部１３０４、チャネル推定部１３０５およびデータ復調部１３０６を有する。
固有値計算対象アンテナ選択部１３０２は、ＲＡＵのアンテナのうち、ＭＩＭＯで使用可能な最大本数以下のＲＡＵのアンテナの組みを複数生成する。ＲＡＵのアンテナの組みを生成する方法としては、実施の形態１と同様な考え方を適用できる。固有値計算部１３０３は、固有値計算対象アンテナ選択部１３０２で選択されたアンテナを用いた場合の、チャネル応答行列および固有値を計算する。固有値の計算方法は、上りと下りが異なるだけで、実施の形態１と同様である。アンテナ選択部１３０４、チャネル推定部１３０５も、上りと下りが異なるだけで、実施の形態１のアンテナ選択部３０２、チャネル推定部２０８と同様であり、ＣＱＩ・Ｕ^Ｈ行列１２０２を端末に通知する。データ復調部１３０６はチャネル推定部からの情報をもとに、無線端末１１０１からの上りデータ１２０３の復調を行う。
以上説明した実施の形態３により、分散アンテナシステムで上りＭＩＭＯ適用時においても、高いスループットを実現するＲＡＵのアンテナの組合せを選択することができる。

本発明は、ＭＩＭＯ以外にも、ＳＩＭＯやＳＩＳＯ等に適用でき、さらに、複数のアンテナを分散した様々な無線通信システムに適用することができる。

１０１ ＲＡＵ（Ｒｅｍｏｔｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｕｎｉｔ）
１０２ 無線端末
１０３ 有線回線
１０４ アンテナＳＷ（ＳＷｉｔｃｈ）
１０５ ＣＵ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）：基地局装置
１０６ 高速バックホール回線終端装置
１０７ 高速バックホール回線
２０１ パイロット信号
２０２ 固有値情報
２０３ 選択アンテナ情報
２０４ ＣＱＩ・Ｕ^Ｈ行列
２０５ データ
２０６ 固有値計算対象アンテナ選択部
２０７ 固有値計算部
２０８ チャネル推定部
２０９ データ復調部
２１０ 受信電力・ＳＮＲ測定部
３０１ パイロット信号送信部
３０２ アンテナ選択部
３０３ データ送信部
４００ 送信アンテナ
４０１ 受信アンテナ
９０１ 実施の形態２における無線端末
９０２ 実施の形態２におけるアンテナ選択部
９０３ 実施の形態２におけるチャネル推定部
９０４ 実施の形態２における選択アンテナ情報
１００１ 実施の形態２における基地局装置
１１０１ 実施の形態３における無線端末
１１０２ 実施の形態３における基地局装置
１２０１ 実施の形態３における上りパイロット信号
１２０２ 実施の形態３におけるＣＱＩ・Ｕ^Ｈ行列
１２０３ 実施の形態３における上りデータ
１２０４ 実施の形態３における上りパイロット信号送信部
１２０５ 実施の形態３における上りデータ送信部
１３０１ 実施の形態３における受信電力・ＳＮＲ測定部
１３０２ 実施の形態３における固有値計算対象アンテナ選択部
１３０３ 実施の形態３における固有値計算部
１３０４ 実施の形態３におけるアンテナ選択部
１３０５ 実施の形態３におけるチャネル推定部
１３０６ 実施の形態３におけるデータ復調部

Claims (13)

1. 分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システムにおいて、
   基地局装置は、分散アンテナを個別に識別可能な下りパイロット信号を生成し、送信し、
   無線端末は、基地局装置から下りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
   無線端末は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
   無線端末は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、各固有値情報と該固有値情報の計算に用いた分散アンテナの組合せ候補の情報とを、基地局装置へ送信し、
   基地局装置は、無線端末から通知されたひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択し、
   基地局装置は、選択した分散アンテナの組合せの情報を含む選択アンテナ情報を、無線端末に通知する
   ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行う無線通信システム。
2. 無線端末は、基地局装置から通知された選択アンテナ情報とパイロット信号から、ＭＩＭＯによるデータ送信に必要なＭＩＭＯ伝送用情報を生成し、該ＭＩＭＯ伝送用情報を基地局装置へ通知し、
   基地局装置は選択アンテナ情報及びＭＩＭＯ伝送用情報を用いて、データを送信する
   請求項１の無線通信システム。
3. 分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システムにおいて、
   基地局装置は、分散アンテナを個別に識別可能な下りパイロット信号を生成し、送信し、
   無線端末は、基地局装置から下りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
   無線端末は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
   無線端末は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、
   無線端末は、ひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択し、
   無線端末は、選択した分散アンテナの組合せの情報を含む選択アンテナ情報を、基地局装置に通知する
   ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行う無線通信システム。
4. 分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システムにおいて、
   無線端末は、分散アンテナを個別に識別可能な上りパイロット信号を生成し、送信し、
   基地局装置は、無線端末から上りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
   基地局装置は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
   基地局装置は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、
   基地局装置は、ひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択する
   ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行う無線通信システム。
5. 基地局装置は、無線端末から通知された選択アンテナ情報と上りパイロット信号から、ＭＩＭＯによるデータ送信に必要なＭＩＭＯ伝送用情報を生成し、該ＭＩＭＯ伝送用情報を無線端末へ通知し、
   無線端末は選択アンテナ情報及びＭＩＭＯ伝送用情報を用いて、データを送信する
   請求項４の無線通信システム。
6. 分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システムにおけるアンテナ選択方法であって、
   基地局装置は、分散アンテナを個別に識別可能な下りパイロット信号を生成し、送信し、
   無線端末は、基地局装置から下りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
   無線端末は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
   無線端末は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、各固有値情報と該固有値情報の計算に用いた分散アンテナの組合せ候補の情報とを、基地局装置へ送信し、
   基地局装置は、無線端末から通知されたひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択し、
   基地局装置は、選択した分散アンテナの組合せの情報を含む選択アンテナ情報を、無線端末に通知する
   ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行うアンテナ選択方法。
7. 分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システムにおけるアンテナ選択方法であって、
   基地局装置は、分散アンテナを個別に識別可能な下りパイロット信号を生成し、送信し、
   無線端末は、基地局装置から下りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
   無線端末は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
   無線端末は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、
   無線端末は、ひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択し、
   無線端末は、選択した分散アンテナの組合せの情報を含む選択アンテナ情報を、基地局装置に通知する
   ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行うアンテナ選択方法。
8. 分散配置された複数の分散アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末アンテナを備えた無線端末との間でＭＩＭＯによる通信を行う無線通信システムにおけるアンテナ選択方法であって、
   無線端末は、分散アンテナを個別に識別可能な上りパイロット信号を生成し、送信し、
   基地局装置は、無線端末から上りパイロット信号を受信し、複数の分散アンテナのうち固有値計算に使用するひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補を選択し、
   基地局装置は、前記選択された各分散アンテナの組合せ候補を用いた場合の固有値情報を計算し、
   基地局装置は、各固有値情報を前記選択した分散アンテナの組合せ候補に対応して保持し、
   基地局装置は、ひとつ又は複数の固有値情報の大きさに応じて、ひとつ又は複数の分散アンテナの組合せ候補の中から分散アンテナの組合せを選択する
   ことにより、基地局装置と無線端末との間で通信を行うアンテナ選択方法。
9. ＭＩＭＯ伝送用情報は、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、及び、Ｕ^Ｈ行列若しくはＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のアンテナ選択方法。
10. 前記組合せ候補を選択する際、
    すべての分散アンテナの組合せすべてを対象とすること、又は、受信電力及び／又はＳＮＲが大きい一部の複数の分散アンテナのみを対象とすることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のアンテナ選択方法。
11. 前記分散アンテナの組み合わせを選択する際、
    複数の固有値又は固有値の平方根の大きさの差又は分散の最も小さいものを選択することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のアンテナ選択方法。
12. 前記分散アンテナの組み合わせを選択する際、
    複数の固有値又は固有値の平方根の大きさの和の最も大きいものを選択することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のアンテナ選択方法。
13. 前記分散アンテナの組み合わせを選択する際、
    複数の固有値の大きさの２を底とする対数の和が最も大きいものを選択することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のアンテナ選択方法。

Images