JP2013030896A - 無線通信方法、及び無線通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】端末局装置は、自装置と同じ通信セルに属している基地局装置との間の第1の伝搬チャネルを推定するとともに、近接する通信セルに属している基地局装置との間の第2の伝搬チャネルを推定する伝搬チャネル取得部と、第1の伝搬チャネルを示す行列を特異値分解して算出される左特異値行列に基づいて、自装置の受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、第2の伝搬チャネル及び受信ウエイトを含む通知信号を基地局装置に送信する第1の無線部とを備え、基地局装置は、第2の伝搬チャネルを示す行列と受信ウエイトを乗じて得られる行列を特異値分解して算出される右特異値行列に基づいて、自装置の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、自装置と同じ通信セルに属している端末局装置宛のデータに送信ウエイトを乗じて算出した送信信号を送信する第2の無線部とを備える。
【選択図】図2
Description
しかし、すべてのアンテナ自由度を用いて近接する通信セルの端末局装置のアンテナに対して干渉を抑圧した場合、自身の通信セルの端末局装置へ信号を送信することができなくなる。これは、送信するためのアンテナ自由度が残っていないからである。この場合、アンテナ自由度よりも少ないアンテナを有する端末局装置に対し干渉の抑圧を行うことしかできなくなってしまう。また、基地局装置間で連携を行う必要があるが、無線LANにおいて、基地局装置は自律分散制御に基づいて通信を行っているため、基地局装置間で連携を行うフローなどは規定されておらず、実現は困難であった。
また、基地局装置のアンテナ自由度数を超えた端末局装置のアンテナ数を有する場合にも干渉を抑圧することができる。
図1は、第1実施形態における無線通信システム1の構成例を示す概念図である。同図に示すように、無線通信システム1は、2つの基地局装置100−1、100−2と、基地局装置100−1と無線パケット通信をする端末局装置200−1と、基地局装置100−2と無線パケット通信をする端末局装置200−2とを具備している。
端末局装置200−1は、基地局装置100−1がなす通信セル101−1に属し、基地局装置100−1を介して不図示の外部のネットワークと通信を行う。また、端末局装置200−2は、基地局装置100−2がなす通信セル101−2に属し、基地局装置100−2を介して不図示の外部のネットワークと通信を行う。
基地局装置100−1と基地局装置100−2とは同じ構成を有しており、以下、基地局装置100−1又は基地局装置100−2のいずれか一方、あるいは両方を示すときに基地局装置100という。また、端末局装置200−1と端末局装置200−2とは同じ構成を有しており、以下、端末局装置200−1又は端末局装置200−2のいずれか一方、あるいは両方を示すときに端末局装置200という。
同図に示すように、基地局装置100は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナ111と、無線部112と、通知信号取得部113と、情報記憶部114と、送信ウエイト算出部115と、ネットワークインターフェース116とを備えている。
また、無線部112は、情報記憶部114に記憶されている送信ウエイトを読み出し、読み出した送信ウエイトと、ネットワークインターフェース116から入力される送信データとを乗算して生成した無線パケットを、アレーアンテナ111を介して端末局装置200に送信する。
なお、基地局装置100−1において、通知信号取得部113は、伝搬チャネルG2と、端末局装置200−2における受信ウエイトを取得するとともに、端末局装置200−1との間の伝搬チャネルH1を取得する。一方、基地局装置100−2において、通知信号取得部113は、伝搬チャネルG1と、端末局装置200−1における受信ウエイトを取得するとともに、端末局装置200−2との間の伝搬チャネルH2を取得する。
送信ウエイト算出部115は、情報記憶部114に記憶されている、自装置と同じ通信セルに属する端末局装置200との間の伝搬チャネルHと、近接する通信セルに属する端末局装置200との間の伝搬チャネルG及び受信ウエイトとを読み出す。送信ウエイト算出部115は、読み出した伝搬チャネルHと、伝搬チャネルGと、受信ウエイトとから送信ウエイトを算出し、算出した送信ウエイトを情報記憶部114に記憶させる。
無線部212は、アレーアンテナ211を介して受信した受信信号から無線パケットを検出し、検出した無線パケットを伝搬チャネル取得部213に出力する。また、無線部212は、通知部216から入力された無線パケットを、アレーアンテナ211を介して基地局装置100に送信する。
なお、端末局装置200−1において、伝搬チャネル取得部213は、伝搬チャネルH1及び伝搬チャネルG1を取得する。また、端末局装置200−2において、伝搬チャネル取得部213は、伝搬チャネルH2及び伝搬チャネルG2を取得する。
受信ウエイト算出部215は、情報記憶部214から伝搬チャネルHを読み出し、読み出した伝搬チャネルHに対して特異値分解を用いて受信ウエイトを算出する。受信ウエイト算出部215は、算出した受信ウエイトを情報記憶部214に記憶させる。
通知部216は、情報記憶部214に記憶されている伝搬チャネルG及び受信ウエイトを読み出し、読み出した伝搬チャネルG及び受信ウエイトを含む無線パケットを生成し、生成した無線パケットを無線部212に出力する。
送信ウエイト算出部115は、各端末局装置200において算出された受信ウエイト及び伝搬チャネルGを用いて、近接する通信セルの端末局装置200ごとに送信ウエイトの算出を行う。送信ウエイト算出部115は、近接する通信セルの端末局装置200に対して、受信ウエイトが適用された際の伝搬チャネル ̄Gを次式(6)を用いて算出する。ここで、式(6)において、「 ̄(オーバーライン)」が上に付されたGを「 ̄G」と表記する。以下、数式等において、「^(ハット)」や、「´(ダッシュ)」「`(グレイヴ・アクセント)」などの記号が文字の上に付されている文字を表記する場合、当該記号を文字の前に表記する。
図3は、本実施形態における無線パケットを送信する処理を示すタイムチャートである。同図において、基地局装置100−1では端末局装置200−1宛の送信データが生起し、基地局装置100−2では端末局装置200−2宛の送信データが生起している。また、「基地局装置100−1のランダム時間」<「基地局装置100−2のランダム時間」の関係により、基地局装置100−1が最初の呼出信号を送信する場合について説明する。ここで、ランダム時間について説明すると、基地局装置100−1は乱数に基づいて設定される期間(ランダム時間)に渡ってキャリアセンス(Carrier Sense:CS)を行う。
このとき、端末局装置200−1は、基地局装置100−1から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルH1を推定し、推定した伝搬チャネルH1を用いて受信ウエイトを算出する。また、端末局装置200−2は、基地局装置100−1から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルG2を推定する。伝搬チャネルの推定は、例えば、受信した呼出信号に含まれるトレーニング信号と、自装置に記憶されているトレーニング信号との相関をとることにより行う。
このとき、端末局装置200−1は、基地局装置100−2から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルG1を推定する。また、端末局装置200−2は、基地局装置100−2から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルH2を推定し、推定した伝搬チャネルH2を用いて受信ウエイトを算出する。
そして、各基地局装置100は、算出した送信ウエイトWvを用いてそれぞれの基地局装置100と同じ通信セルに属する端末局装置200に送信するデータに対して、次式(12)の信号処理を行って送信する。この送信方法を用いることで、端末局装置200において近接する通信セルの基地局装置100からの干渉を抑制することができる。
時刻t34において、基地局装置100−1は、端末局装置200−1に送信するデータ1に対して、算出した送信ウエイトWvを乗算して得られた送信信号を無線パケットとして送信する。また、基地局装置100−2は、端末局装置200−2に送信するデータ2に対して、算出した送信ウエイトWvを乗算して得られた送信信号を無線パケットとして送信する。
これにより、各通信セルの基地局装置100が同一周波数チャネル及び同一時刻で無線パケットの送信を行って伝送するデータ量を増加させ、無線通信システム1におけるスループットを向上させることができる。
次に、本発明に係る第2実施形態について説明する。第2実施形態では、第1実施形態において端末局装置200が受信ウエイトを算出していたが、基地局装置100が端末局装置200の受信ウエイトを算出する。
このとき、端末局装置400−1は、基地局装置300−1から受信した呼出信号に基づいて、自装置と基地局装置300−1との間の伝搬チャネルH1を推定する。また、端末局装置400−2は、基地局装置300−1から受信した呼出信号に基づいて、自装置と基地局装置300-1との間の伝搬チャネルG2を推定する。
このとき、端末局装置400−1は、基地局装置300−2から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルG1を推定する。また、端末局装置400−2は、基地局装置300−2から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルH2を推定する。
以後、時刻t54及び時刻t55における処理は、第1実施形態における図3の時刻t34及び時刻t35における処理と同じであるので、その説明を省略する。
次に、本発明に係る第3実施形態について説明する。第3実施形態における無線通信システムでは、基地局装置において送信ウエイトの算出を行う際に、複数回の送信ウエイト更新を行う例である。
送信ウエイト更新部519は、情報記憶部114に記憶されている伝搬チャネルGと、受信ウエイト更新部518が更新した受信ウエイトWuとを用いて、新たな送信ウエイトWvを算出して送信ウエイトWvの更新を行う。送信ウエイト更新部519は、算出した新たな送信ウエイトWvを情報記憶部114に記憶させる。
以上の方法で、新たな受信ウエイトWu,2が算出され、この受信ウエイトWu,2を新たな受信ウエイトとして更新を行う。
以上の方法で送信ウエイトがWv,2算出され、この送信ウエイトWv,2を新たな送信ウエイトとして更新を行う。
上記と同様に、受信ウエイトWu,2を受信ウエイトWu,1に、送信ウエイトWv,2を送信ウエイトWv,1とし、受信ウエイトの更新及び送信ウエイトの更新を繰り返して用いることで、複数回に亘って受信ウエイト及び送信ウエイトの更新を行うことが可能である。
無線通信システム3における無線パケットを送信する処理は、第1実施形態と同様であるので、処理の説明を省略する。
なお、受信ウエイト及び送信ウエイトの更新は、更新により変化する値が予め定めた値より小さくなるまで繰り返すようにしてもよい、すなわち収束するまで繰り返して行うようにしてもよい。
次に、本発明に係る第4実施形態について説明する。第4実施形態では、それぞれの基地局装置がマルチユーザMIMO通信方式を用いて複数の端末局装置に対して、同時に無線パケットを送信する。
本実施形態の無線通信システム4は、端末局装置200−3、200−4を具備している点が第1実施形態と異なる。
なお、基地局装置100及び端末局装置200の構成は、図2に示した第1実施形態の基地局装置100及び端末局装置200の構成と同じであるので、その説明を省略する。
図8は、本実施形態における無線パケットを送信する処理を示すタイムチャートである。ここでは、基地局装置100−1において端末局装置200−1、200−3宛ての送信データが生起し、基地局装置100−2において端末局装置200−2、200−4宛ての送信データが生起し、「基地局装置100−1のランダム時間」<「基地局装置100−2のランダム時間」の関係により基地局装置100−1が最初の呼出信号を送信する場合について説明する。
このとき、端末局装置200−1、200−3は、基地局装置100−1から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルH1、H3を推定し、推定した伝搬チャネルH1、H3を用いて受信ウエイトを算出する。また、端末局装置200−2、200−4は、基地局装置100−1から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルG2、G4を推定する。
このとき、端末局装置200−1、200−3は、基地局装置100−2から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルG1、G3を推定する。また、端末局装置200−2、200−4は、基地局装置100−2から受信した呼出信号に基づいて、伝搬チャネルH2、H4を推定し、推定した伝搬チャネルH2、H4を用いて受信ウエイトを算出する。
伝搬チャネルH1は、特異値分解を行うと式(23)〜(26)のように表すことができる。なお、伝搬チャネルH2〜H4についても、伝搬チャネルH1と同様に計算を行うことができるので、以下、伝搬チャネルH1について説明する。すなわち、端末局装置200−1に対する送信の処理を説明し、端末局装置200−2〜200−4に対する送信の処理の説明を省略する。
ここで、それぞれの基地局装置100における送信ウエイトの算出方法を具体的に説明する。基地局装置100−1、100−2における送信ウエイトの算出方法は、同じであるので、以下、基地局装置100−1における算出方法を示す。
近接する通信セルの端末局装置200への干渉を抑圧する送信ウエイトW1´vを用いたときの基地局装置100−1から端末局装置200−3への伝搬チャネルH´は、次式(34)のように表される。
以上より、基地局装置100−1から端末局装置200−1に対してマルチユーザMIMO通信を行い、かつ近接する通信セルの端末局装置200に対する干渉を抑圧するウエイトは次式(39)で算出される送信ウエイトW1´´´vとなる。
時刻t84において、基地局装置100−1は、端末局装置200−1宛ての送信データ1−1と送信ウエイトW1´´´vとから算出した送信信号を含む無線パケットと、端末局装置200−3宛ての送信データ1−2と送信ウエイトW3´´´vとから算出した送信信号を含む無線パケットとを、同時に送信する。このとき、基地局装置100−2は、端末局装置200−2宛ての送信データ2−1と送信ウエイトW2´´´vとから算出した送信信号を含む無線パケットと、端末局装置200−4宛ての送信データ2−2と送信ウエイトW4´´´vとから算出した送信信号を含む無線パケットと、を同時に送信する。
これにより、各通信セルの基地局装置100が同一周波数チャネル及び同一時刻で無線パケットの送信を行って伝送するデータ量を増加させ、無線通信システム4におけるスループットを向上させることができる。
100,100−1,100−2,300,300−1,300−2,500,500−1,500−2…基地局装置
111,211…アレーアンテナ
112,212…無線部
113…通知信号取得部
114,214…情報記憶部
115…送信ウエイト算出部
116…ネットワークインターフェース
200,200−1,200−2,200−3,200−4,400,400−1,400−2…端末局装置
213…伝搬チャネル取得部
215,317…受信ウエイト算出部
216…通知部
518…受信ウエイト更新部
519…送信ウエイト更新部
Claims (4)
- 基地局装置及び端末局装置を有する通信セルが近接して複数存在する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記基地局装置と、該基地局装置が属している通信セルの前記端末局装置との間の第1の伝搬チャネルを推定する第1の伝搬チャネル推定ステップと、
前記基地局装置と、該基地局装置が属している通信セルに近接する通信セルに属している前記端末局装置との間の第2の伝搬チャネルを推定する第2の伝搬チャネル推定ステップと、
前記第1の伝搬チャネルを示す行列を特異値分解して算出される左特異値行列に基づいて、前記端末局装置が用いる受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出ステップと、
前記第2の伝搬チャネルを示す行列と、前記受信ウエイトを乗じて得られる行列を特異値分解して算出される右特異値行列に基づいて、前記基地局装置が用いる送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと
前記基地局装置から該基地局装置と同じ通信セルに属している前記端末局装置に送信するデータに前記送信ウエイトを乗じた送信信号を送信する送信ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。 - 請求項1に記載の無線通信方法であって、
前記基地局装置が前記送信ウエイトを用い、前記端末局装置が前記受信ウエイトを用いて通信をする際における前記基地局装置と該基地局装置と同じ通信セルに属している前記端末局装置との間の第3の伝搬チャネルを推定する第3の伝搬チャネル推定ステップと、
前記第3の伝搬チャネルを示す行列を特異値分解して算出される左特異値行列に基づいて、前記端末局装置の受信ウエイトを更新する受信ウエイト更新ステップと、
前記第2の伝搬チャネルを示す行列と、前記更新された受信ウエイトを乗じて得られる行列を特異値分解して算出される右特異値行列に基づいて、前記基地局装置が用いる送信ウエイトを更新する送信ウエイト更新ステップと、
を更に有し、
前記送信ステップにおいて、前記データに前記更新した送信ウエイトを乗じて前記送信信号を算出する
ことを特徴とする無線通信方法。 - 請求項1又は請求項2のいずれかに記載の無線通信方法であって、
前記基地局装置がマルチユーザMIMO通信方式を用いる場合、
前記送信ウエイト算出ステップにおいて、前記基地局装置と該基地局装置が属している通信セルに近接する通信セルに属している前記端末局装置が用いる前記受信ウエイトと、前記第2の伝搬チャネルとを乗じて得られる行列を特異値分解して算出される右特異値行列に基づいて算出される第1の送信ウエイトと、前記第1の伝搬チャネルとを乗じて得られる行列を特異値分解して算出される右特異値行列に基づいて算出される第2の送信ウエイトと乗じて、前記送信ウエイトを算出する
ことを特徴とする無線通信方法。 - 基地局装置及び端末局装置を有する通信セルが近接して複数存在する無線通信システムであって、
前記端末局装置は、
自装置と自装置と同じ通信セルに属している前記基地局装置との間の第1の伝搬チャネルを推定するとともに、自装置が属する通信セルに近接する通信セルに属している前記基地局装置との間の第2の伝搬チャネルを推定する伝搬チャネル取得部と、
前記第1の伝搬チャネルを示す行列を特異値分解して算出される左特異値行列に基づいて、自装置の受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、
前記第2の伝搬チャネル及び前記受信ウエイトを含む通知信号を前記基地局装置に送信する第1の無線部と、を備え、
前記基地局装置は、
前記第2の伝搬チャネルを示す行列と前記受信ウエイトを乗じて得られる行列を特異値分解して算出される右特異値行列に基づいて、自装置の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、
自装置と同じ通信セルに属している前記端末局装置宛のデータに前記送信ウエイトを乗じて算出した送信信号を送信する第2の無線部と、を備える
ことを特徴とする無線通信システム。
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