JP2014131201A - 無線基地局、ユーザ端末、無線通信方法、及び無線通信システム - Google Patents

無線基地局、ユーザ端末、無線通信方法、及び無線通信システム Download PDF

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Abstract

【課題】スループット及びシステム容量を高めることのできる新たな構成の無線基地局、ユーザ端末、無線通信方法、及び無線通信システムを提供すること。
【解決手段】無線基地局が、複数の送信ビームに固有の参照信号を送信し、複数のユーザ端末が、チャネル推定で得られる粗いチャネル状態情報を無線基地局にフィードバックし、無線基地局が、粗いチャネル状態情報に基づいて精度の高いチャネル状態情報をフィードバックさせる複数のユーザ端末を選択し、選択された複数のユーザ端末が、精度の高いチャネル状態情報をフィードバックし、無線基地局が、精度の高いチャネル状態情報に基づいて送信ビーム毎に非直交多重される複数のユーザ端末を決定し、下りリンク信号を非直交多重し、決定された複数のユーザ端末が、送信ビーム間の干渉を線形フィルタで除去した後、各送信ビームに非直交多重された下りリンク信号から他端末宛ての下りリンク信号を除去する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、無線基地局、ユーザ端末、無線通信方法、及び無線通信システムに関する。
ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）の高速化、低遅延化などを目的としたロングタームエボリューション（ＬＴＥ:Long Term Evolution）の仕様が策定された（非特許文献１）。ＬＴＥでは、下り回線（下りリンク）にＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）をベースとする通信方式を用い、上り回線（上りリンク）にＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）をベースとする通信方式を用いている。
また、ＬＴＥでは、同じ無線リソース（周波数帯域、時間スロット）を用いて複数の送信アンテナから異なる情報データ系列を並列送信するＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送が採用されている。このＭＩＭＯ伝送は、同じ無線リソースを用いて異なる経路で複数の情報データ系列を送信するので、空間分割多重による高いスループット及びシステム容量を実現できる。
ところで、上述のＭＩＭＯ伝送で実現されるスループット及びシステム容量は、並列送信される情報データ系列の数に依存する。そのため、送受信に係るアンテナ数を増やすなどして、並列送信される情報データ系列の数を増加させれば、スループット及びシステム容量を高めることができる。しかしながら、この方法では、アンテナ数の増大と共にシステム構成は複雑化されてしまうので、実現可能なスループット及びシステム容量には限界がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、スループット及びシステム容量を高めることのできる新たな構成の無線基地局、ユーザ端末、無線通信方法、及び無線通信システムを提供することを目的とする。
本発明の無線基地局は、複数の送信ビームを生成するビーム生成部と、各送信ビームに固有の下り参照信号を生成する下り参照信号生成部と、ユーザ端末に対して、はじめに粗いチャネル状態情報のフィードバックを要求する下り制御情報を生成し、次に精度の高いチャネル状態情報のフィードバックを要求する下り制御情報を生成する下り制御情報生成部と、フィードバックされた粗いチャネル状態情報に基づいて精度の高いチャネル状態情報をフィードバックさせる複数のユーザ端末を選択し、フィードバックされた精度の高いチャネル状態情報に基づいて送信ビーム毎に非直交多重される複数のユーザ端末を決定するスケジューリング部と、前記スケジューリング部の決定結果に従い、複数の送信ビームのそれぞれに前記決定された複数のユーザ端末宛ての下りリンク信号を非直交多重する下りチャネル多重部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、スループット及びシステム容量を高めることのできる新たな構成の無線基地局、ユーザ端末、無線通信方法、及び無線通信システムを提供できる。
ＭＩＭＯ伝送が適用された無線通信システムの基本的な構成例を示す模式図である。 ＮＯＭＡが適用された無線通信システムの基本的な構成例を示す模式図である。 オポチュニスティックビームフォーミングが適用された無線通信システムの構成例を示す模式図である。 ユーザ端末の数と、平均スループットとの関係を示すグラフである。 第１の態様に係る無線通信方式について説明するための模式図である。 無線基地局から送信される下り参照信号の無線リソース構成の例を示す模式図である。 非直交多重で送信された下りリンク信号が各ユーザ端末で受信される様子を説明するための模式図である。 本実施の形態の無線通信方式でサポートされる伝送方式の例を示す模式図である。 無線基地局から送信される復調用参照信号の無線リソース構成の例を示す模式図である。 第１の態様に係る無線通信方式において無線基地局側の制御フローを示すフロー図である。 第１の態様に係る無線通信方式においてユーザ端末側の制御フローを示すフロー図である。 第２の態様に係る無線通信方式において無線基地局側の制御フローを示すフロー図である。 第２の態様に係る無線通信方式においてユーザ端末側の制御フローを示すフロー図である。 無線通信システムの構成例を示す模式図である。 無線基地局の構成例を示すブロック図である。 ユーザ端末の構成例を示すブロック図である。 無線基地局及びユーザ端末が有するベースバンド信号処理部の構成例を示すブロック図である。
図１は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送が適用された無線通信システムの基本的な構成例を示す模式図である。図１に示す無線通信システムは、複数の送信アンテナを有する無線基地局ｅＮＢ＃１（ｅＮＢ：eNodeB）を備えている。無線基地局ｅＮＢ＃１のカバレッジエリア内には、複数のユーザ端末ＵＥ＃１（ＵＥ：User Equipment）（ここでは、ユーザ端末ＵＥ＃１Ａ，ＵＥ＃１Ｂ，ＵＥ＃１Ｃ）が在圏している。
この無線通信システムでは、無線基地局ｅＮＢ＃１の複数のアンテナから複数のユーザ端末ＵＥ＃１に対して異なるデータ系列が並列送信される。すなわち、同じ無線リソースを異なる経路で用いて複数の情報データ系列が送信される。ＭＩＭＯ伝送の態様としては、複数の情報データ系列を単一のユーザ端末ＵＥ＃１宛てに並列送信するシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ：Single User MIMO）伝送と、複数の情報データ系列を異なるユーザ端末ＵＥ＃１宛てに並列送信するマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ：Multiple User MIMO）伝送とがある。図１では、マルチユーザＭＩＭＯ伝送が適用される場合を示している。
ＭＩＭＯ伝送が適用される無線通信システムのスループット及びシステム容量は、並列送信される情報データ系列の数に依存する。つまり、無線基地局ｅＮＢ＃１及びユーザ端末ＵＥ＃１のアンテナ数を増やすなどして、並列送信される情報データ系列の数を増加させれば、無線通信システムのスループット及びシステム容量を高めることができる。しかしながら、並列送信される情報データ系列の数を増やすと、送受信に必要なシステム構成は複雑化するので、将来的には、上記ＭＩＭＯ伝送の空間分割多重（空間次元多重）とは異なるアプローチでスループット及びシステム容量を高める必要がある。
例えば、下りリンクの送信パワー（送信電力）をユーザ端末ＵＥ＃１毎に異ならせる非直交アクセス（非直交多重、電力分割多重、電力次元多重などとも呼ばれる）を適用することで、無線通信システムのスループット及びシステム容量をさらに高めることができる。そこで、受信側の干渉除去を前提とした非直交アクセスであるＮＯＭＡ（Non-Orthogonal Multiple Access）を検討した。
図２は、ＮＯＭＡが適用された無線通信システムの基本的な構成例を示す模式図である。図２では、無線基地局ｅＮＢ＃２の形成するセルを例示している。無線基地局ｅＮＢ＃２のカバレッジエリア内には、複数のユーザ端末ＵＥ＃２（ここでは、ユーザ端末ＵＥ＃２Ａ，ＵＥ＃２Ｂ，ＵＥ＃２Ｃ）が配置されている。この無線通信システムでは、無線基地局ｅＮＢ＃２の送信アンテナから複数のユーザ端末ＵＥ＃２に対して異なる送信パワーで下りリンクのデータ信号が送信される。
図２に示す無線通信システムでは、例えば、ユーザ端末ＵＥ＃２の受信ＳＩＮＲや、無線基地局ｅＮＢ＃２とユーザ端末ＵＥ＃２との間のパスロス（伝搬損失、経路損失）などに応じて送信パワーが制御される。具体的には、受信ＳＩＮＲが大きい（パスロスが小さい）ユーザ端末ＵＥ＃２Ａの送信パワーを小さく割り当て、受信ＳＩＮＲが小さい（パスロスが大きい）ユーザ端末ＵＥ＃２Ｃの送信パワーを大きく割り当てるような制御が行われる。
このような送信パワーの割り当てを行った場合、ユーザ端末ＵＥ＃２Ｃの在圏位置では、ユーザ端末ＵＥ＃２Ａ，ＵＥ＃２Ｂ宛ての信号は十分に弱くなる。よって、ユーザ端末ＵＥ＃２Ｃは、ユーザ端末ＵＥ＃２Ａ，ＵＥ＃２Ｂ宛ての信号による干渉を小さくみなすことで自端末宛ての信号を復号できる。一方、ユーザ端末ＵＥ＃２Ａの在圏位置において、ユーザ端末ＵＥ＃２Ｂ，ＵＥ＃２Ｃ宛ての信号は強い。そのため、ユーザ端末ＵＥ＃２Ａは、自端末宛ての信号に加え、ユーザ端末ＵＥ＃２Ｂ，ＵＥ＃２Ｃ宛ての信号を受信する。
ＮＯＭＡにおいて、各ユーザ端末ＵＥ＃２宛ての信号は、識別できる態様で多重されている。ユーザ端末ＵＥ＃２Ａは、ＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）でユーザ端末ＵＥ＃２Ｂ，ＵＥ＃２Ｃ宛ての信号を復号してから、自端末宛ての信号を分離する。このＮＯＭＡを応用し、複数のユーザ端末ＵＥ＃２宛ての信号を同じ無線リソース（周波数帯域、時間スロット）に異なる送信パワーで多重（非直交多重）すれば、スループット及びシステム容量をさらに高めることができると考えられる。
ここで、ＮＯＭＡに用いられるＳＩＣとＭＩＭＯ伝送との親和性を考える。例えば、図１に示すシステム構成において、無線基地局ｅＮＢ＃１とユーザ端末ＵＥ＃１Ａとの間のチャネル状態を表すチャネル行列をｈ１＝［１００ ９９］、無線基地局ｅＮＢ＃１とユーザ端末ＵＥ＃１Ｂとの間のチャネル状態を表すチャネル行列をｈ２＝［１ −１］とする。プリコーダｍ２＝［１ −１］Ｔを用いてプリコーディングする場合、ｈ１・ｍ２＝１＜ｈ２・ｍ２＝２となるので、ユーザ端末ＵＥ＃１Ａの受信信号強度は、ユーザ端末ＵＥ＃１Ｂの受信信号強度より小さくなる。一方、プリコーダｍ２＝［１ １］Ｔを用いてプリコーディングする場合、ｈ１・ｍ２＝１９９＞ｈ２・ｍ２＝０となるので、ユーザ端末ＵＥ＃１Ａの受信信号強度は、ユーザ端末ＵＥ＃１Ｂの受信信号強度より大きくなる。
このように、ＭＩＭＯ伝送では、適用されるプリコーダに応じてユーザ端末ＵＥ＃１の受信する信号強度は変動するので、チャネル状態の優劣を一意に決定することができない。よって、送信パワーの制御だけでは、干渉となる他のユーザ端末ＵＥ＃１宛ての信号を復号、除去できない恐れがある。すなわち、ＭＩＭＯ伝送では、下りリンク通信チャネルをＤｅｇｒａｄｅｄ ＢＣ（Degraded Broadcast Channel）として扱うことができないので、チャネル状態の優劣を一意に決定できず、上述したＳＩＣの適用は困難である。
上述の問題は、ＤＰＣ（Dirty Paper Coding）によるプリコーディング（例えば、ＴＨＰ（Tomlinson Harashima Precoding））を適用すれば解消できる。しかしながら、その場合、システム構成は複雑化してしまう。また、ＤＰＣによるプリコーディングは、フィードバックされるチャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）の品質に敏感なので、チャネル推定精度の低下やフィードバック誤りなどの影響を受けて通信品質が低下し易くなるという問題もある。
これらの課題に対し、本発明者らは、複数の送受信アンテナを用いるＭＩＭＯ伝送において下りリンクの通信チャネルをＤｅｇｒａｄｅｄ ＢＣとして扱うことのできるシステム構成に非直交多重（ＮＯＭＡ）を適用すれば、構成を複雑化することなくスループット及びシステム容量を高めることができるのではないかと考えた。下りリンクの通信チャネルをＤｅｇｒａｄｅｄ ＢＣとして扱うことのできるシステム構成としては、例えば、オポチュニスティックビームフォーミング（opportunistic beamforming）の適用されたシステム構成などが考えられる。なお、オポチュニスティックビームフォーミングは、ランダムビームフォーミング（random beamforming）と呼ばれても良い。
図３は、オポチュニスティックビームフォーミングが適用された無線通信システムの構成例を示す模式図である。図３Ａに示す無線通信システムは、あらかじめ決められたパターン、又はランダムなパターンの送信ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３を生成する無線基地局ｅＮＢ＃３を備えている。無線基地局ｅＮＢ＃３で生成される複数の送信ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３は、例えば、互いに直交されている。ただし、受信側において、線形フィルタのＩＲＣ（Interference Rejection Combining）受信機などにより送信ビーム間の干渉を除去できるので、完全に直交させなくとも良い。このオポチュニスティックビームフォーミングでは、図３Ｂに示すように、あらかじめ決められたパターン、又はランダムなパターンの無線リソース（周波数帯域、時間スロット）を用いて各送信ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３が生成される。なお、オポチュニスティックビームフォーミングでは、所定パターンの無線リソースを用いて複数の送信ビームが生成されれば良いので、任意のタイミング（時間スロット）において生成される送信ビーム数は１つでも良い。
送信ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のカバレッジエリアには、それぞれ複数のユーザ端末ＵＥ＃３が配置されている。各ユーザ端末ＵＥ＃３は、各送信ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３で送信されるビーム固有の下り参照信号に基づいてチャネル推定を行い、無線基地局ｅＮＢ＃３にチャネル品質情報（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）をフィードバックする。無線基地局ｅＮＢ＃３は、各送信ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３で最もＣＱＩの高いユーザ端末ＵＥ＃３を選択して下りリンクのデータ送信を行う。
図４は、ユーザ端末の数と、平均スループットとの関係を示すグラフである。オポチュニスティックビームフォーミング（Ｏｐｐ．ＢＦ：Opportunistic BeamForming）では、上述のように、任意のパターンで生成される各送信ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のカバレッジエリア内において、ＣＱＩの最も高いユーザ端末ＵＥ＃３を選択して下りリンクのデータ送信を行う。各カバレッジエリア内のユーザ端末ＵＥ＃３の数が増えるとチャネル品質の良いユーザ端末ＵＥ＃３の存在確率も高くなるので、図４に示すように、上述したＭＩＭＯ伝送（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＢＦ：Coherent BeamForming）と遜色のない高スループットを実現できる。
このオポチュニスティックビームフォーミングでは、例えば、線形フィルタで各送信ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３間の干渉を除去することにより、通信チャネルをＤｅｇｒａｄｅｄ ＢＣとして扱うことができるようになる。そのため、ＳＩＣに対する親和性は高く、非直交多重を適用しても干渉を適切に除去可能である。そこで、本発明では、このオポチュニスティックビームフォーミングに非直交多重を適用する。以下、本発明の各態様について説明する。
（第１の態様）
オポチュニスティックビームフォーミングに非直交多重（ＮＯＭＡ）を適用した無線通信方式の第１の態様について説明する。図５は、第１の態様に係る無線通信方式について説明するための模式図である。
図５Ａに示す無線通信システムは、あらかじめ決められたパターン、又はランダムなパターンのＮ個の送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎを生成する無線基地局ｅＮＢ＃５を備えている。無線基地局ｅＮＢ＃５で生成されるＮ個の送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎは、互いに直交されている。この無線通信システムでは、あらかじめ決められたパターン、又はランダムなパターンの無線リソース（周波数帯域、時間スロット）を用いて各送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎが生成される。
送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎのカバレッジエリアには、それぞれ複数のユーザ端末ＵＥ＃５が配置されている。無線基地局ｅＮＢ＃５は、複数のユーザ端末ＵＥ＃５に対し、各送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎに固有の下り参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ（Channel State Information Reference Signal）、ＤＭ−ＲＳ（DeModulation Reference Signal）など）を送信する。図６は、無線基地局から送信される下り参照信号の無線リソース構成の例を示す模式図であり、４個の送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃４が同時に生成される場合を示している。図６に示すように、各送信ビームに固有の下り参照信号は、例えば、各リソースブロック（ＲＢ）のＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）領域に多重される。各送信ビーム内の複数のユーザ端末ＵＥ＃５宛ての参照信号の多重方法としては、従来の非直交アクセス多重に適した参照信号の多重方法を適用すれば良い。
各ユーザ端末ＵＥ＃５は、各送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎで送信されるビーム固有の下り参照信号に基づいてチャネル推定を行い、無線基地局ｅＮＢ＃５にチャネル品質情報（ＣＱＩ）をフィードバックする。無線基地局ｅＮＢ＃５は、フィードバックされたＣＱＩに基づいて、各送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎに非直交多重される複数のユーザ端末ＵＥ＃５のセットを決定する。なお、各ユーザ端末ＵＥ＃５からフィードバックされる情報は、チャネル品質情報（ＣＱＩ）に限定されない。少なくとも、チャネル状態を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ）がフィードバックされれば良い。
非直交多重される複数のユーザ端末ＵＥ＃５のセットは、総和レートなどのユーザ端末選択用の指標値が最大化されるように、任意のスケジューリングメトリックに基づいて決定される。例えば、任意の周波数ブロックｂでは、ユーザｋのＳＩＣによってｈｉ，ｂ／Ｎｉ，ｂ＜ｈｋ，ｂ／Ｎｋ，ｂを満たす全てのユーザｉの干渉を除去できるので、ユーザｋのスループットＲ（ｓｉｃ）（ｋ）は下記式（１）で表される。
Figure 2014131201
ワーストユーザスループット（最小スループット）を最大化するスケジューリングを行う場合、下記式（２），（３）で表される最適電力の割り当て問題を解決することで、非直交多重される複数のユーザ端末ＵＥ＃５のセットを決定できる。Ｋは、ユーザ端末数の総数を示し、Ｂは、送信ビームの総数を示し、Ｐは、送信電力の合計値を示す。
Figure 2014131201
Figure 2014131201
各送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎに非直交多重される複数のユーザ端末ＵＥ＃５のセットが決定されると、無線基地局ｅＮＢ＃５は、送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎのそれぞれに、対応するユーザ端末ＵＥ＃５宛ての下りリンク信号を重畳符号化により非直交多重する。すなわち、複数のユーザ端末ＵＥ＃５宛ての信号を、送信パワーを変えて同じ無線リソース（周波数帯域、時間スロット）に多重する。また、各ユーザ端末＃５に対し、ＳＩＣによる干渉除去の際に必要となる他のユーザ端末＃５の情報を通知する。
図５Ｂに示すように、一部の周波数帯域ｆ１には、各送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎの複数のユーザ端末ＵＥ＃５のセットに対応する下りリンク信号が非直交多重される。例えば、図５Ｂでは、送信ビームＢｅａｍ＃１の周波数帯域ｆ１にユーザ端末ＵＥ＃５Ａ，ＵＥ＃５Ｂ，ＵＥ＃５Ｃ宛ての下りリンク信号が非直交多重されている。また、送信ビームＢｅａｍ＃Ｎの周波数帯域ｆ１にユーザ端末ＵＥ＃５Ｈ，ＵＥ＃５Ｉ，ＵＥ＃５Ｊ宛ての下りリンク信号が非直交多重されている。
なお、各送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎの周波数帯域ｆ２には、他の信号（下りリンク信号又は上りリンク信号）が多重されている。このように、図５Ｂでは、周波数帯域ｆ１，ｆ２による直交多重と、非直交多重とを組み合わせた無線リソース構成（直交／非直交ハイブリッドマルチアクセス）を示しているが、全周波数帯域において非直交多重のみが適用されても良い。
各送信ビームＢｅａｍ＃１〜Ｂｅａｍ＃Ｎにおいて、非直交多重される信号の送信パワーは、フィードバックされたＣＱＩ（又はＣＳＩ）に基づいて決定される。例えば、無線基地局ｅＮＢ＃５は、図５Ｂに示すように、送信ビームＢｅａｍ＃１において受信ＳＩＮＲが最も大きい（パスロスが最も小さい）ユーザ端末ＵＥ＃５Ａの送信パワーを最小とし、受信ＳＩＮＲが最も小さい（パスロスが最も大きい）ユーザ端末ＵＥ＃５Ｃの送信パワーを最大とする。また、無線基地局ｅＮＢ＃５は、送信ビームＢｅａｍ＃Ｎにおいて受信ＳＩＮＲが最も大きい（パスロスが最も小さい）ユーザ端末ＵＥ＃５Ｈ，の送信パワーを最小とし、受信ＳＩＮＲが最も小さい（パスロスが最も大きい）ユーザ端末ＵＥ＃５Ｊの送信パワーを最大とする。
図７は、非直交多重で送信された下りリンク信号が各ユーザ端末で受信される様子を説明するための模式図である。図７において、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｂの受信ＳＩＮＲは、ユーザ端末ＵＥ＃７Ａの受信ＳＩＮＲより小さくなっている。または、無線基地局ｅＮＢ＃７とユーザ端末ＵＥ＃７Ｂとの間のパスロスは、無線基地局ｅＮＢ＃７とユーザ端末ＵＥ＃７Ａとの間のパスロスより大きくなっている。このため、無線基地局ｅＮＢ＃７は、受信ＳＩＮＲが大きい（パスロスが小さい）ユーザ端末ＵＥ＃７Ａの送信パワーを、受信ＳＩＮＲが小さい（パスロスが大きい）ユーザ端末ＵＥ＃７Ｂの送信パワーより小さく設定している。
ユーザ端末ＵＥ＃７Ｂの在圏位置では、ユーザ端末ＵＥ＃７Ａ宛ての信号は十分に弱くなる。よって、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｂは、ユーザ端末ＵＥ＃７Ａ宛ての信号による干渉を受けずに自端末宛ての信号を復号できる。一方、ユーザ端末ＵＥ＃７Ａの在圏位置において、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｂ宛ての信号は強い。そのため、ユーザ端末ＵＥ＃７Ａは、自端末宛ての信号に加え、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｂ宛ての信号を受信する。
ユーザ端末ＵＥ＃７Ａ，ＵＥ＃７Ｂ宛ての信号は、それぞれ識別できる態様で多重されている。このため、ユーザ端末ＵＥ＃７Ａは、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｂ宛ての信号をＳＩＣにより除去して自端末宛ての信号を分離する。その結果、ユーザ端末ＵＥ＃７Ａは、自端末宛ての信号を復号できる。ユーザ端末ＵＥ＃７Ｃ，ＵＥ＃７Ｄについても同様である。すなわち、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｄは、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｃ宛ての信号による干渉が小さいとみなして自端末宛ての信号を復号する。一方、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｃは、ユーザ端末ＵＥ＃７Ｄ宛ての信号をＳＩＣにより除去して自端末宛ての信号を分離し、復号する。
上述のＳＩＣは、自端末より伝送路の状態が悪い（受信ＳＩＮＲが小さい、又はパスロスが大きい）ユーザ端末ＵＥ宛ての信号除去に適用される。自端末より伝送路の状態が悪いユーザ端末ＵＥ宛ての信号は、自端末宛ての信号より高パワーで送信されるので、自端末において正しく復号できる。よって、このようなユーザ端末ＵＥ宛ての信号による干渉は、ＳＩＣにより適切に除去される。一方、自端末より伝送路の状態が良いユーザ端末ＵＥ宛ての信号は、自端末宛ての信号より低パワーで送信されるので、干渉は無視できる。
このように構成された本態様の無線通信方式において、送信信号ベクトルｘは下記式（４）で表される。Ｂは送信ビームの総数を示し、ｍｂはｂ番目の送信ビームのビームベクトル（プリコーダ）を示し、Ｐｂ，ｕはｂ番目の送信ビームに重畳符号化されたｕ番目のユーザ端末への送信電力（送信パワー）を示し、ｓｂ，ｕはｂ番目の送信ビームに重畳符号化されたｕ番目のユーザ端末への信号を示す。
Figure 2014131201
また、下記式（５）が成り立つ。Ｐｂ´はｂ番目の送信ビームの送信電力を示し、Ｐは全ての送信ビームの送信電力の合計値を示す。
Figure 2014131201
また、ｂ番目の送信ビームに重畳符号化されたｕ番目のユーザ端末の受信信号ベクトルｙｂ，ｕは、下記式（６）で表される。Ｈｂ，ｕはｂ番目の送信ビームに重畳符号化されたｕ番目のユーザ端末のチャネル行列を示し、ｗｂ，ｕはｂ番目の送信ビームに重畳符号化されたｕ番目のユーザ端末への雑音干渉ベクトルを示す。
Figure 2014131201
送信ビーム間の干渉は、ＳＩＣではなく受信線形フィルタリングで抑圧できる。これを考慮すると、ｂ番目の送信ビームに重畳符号化されたｕ番目のユーザ端末のフィルタリング後の受信信号ベクトルｙ~ｂ，ｕは、下記式（７）で表される。ｖＨ ｂ，ｕはｂ番目の送信ビームに重畳符号化されたｕ番目のユーザ端末の受信フィルタベクトルを示す。
Figure 2014131201
下記式（８）は上記式（７）の等価チャネル表現である。ｗ~ｂ，ｕはｂ番目の送信ビームに重畳符号化されたｕ番目のユーザ端末への電力雑音を示す。ｇｂ，ｕは、下記式（９）で表される。
Figure 2014131201
Figure 2014131201
上記式（８）により、下りリンクの通信チャネルをＤｅｇｒａｄｅｄ ＢＣとみなせることが分かる。よって、本態様の無線通信方式では、各送信ビーム内での干渉を、受信ＳＩＣで適切に抑制できる。
本実施の形態の無線通信方式では、上述のように、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に対してＮＯＭＡが適用されるが、他の伝送方式もサポートされている。図８は、本実施の形態の無線通信方式でサポートされる伝送方式の例を示す模式図である。図８Ａは、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送の例を示し、図８Ｂは、送信ダイバーシティの例を示している。無線通信システムに図８ＡのＳＵ−ＭＩＭＯ伝送をサポートさせることで、ピークレートを高めることができる。また、プリコーディングゲインの小さい適用環境などにおいては、図８Ｂの送信ダイバーシティが有効である。
図９は、無線基地局から送信される復調用参照信号（ＤＭ−ＲＳ）の無線リソース構成の例を示す模式図である。図９Ａ〜図９Ｄにおいて、横軸は無線リソース（時間、周波数）を表し、縦軸は送信電力を表す。図９Ａに示すように、１本の送信アンテナによる送信ビームにＮＯＭＡが適用される場合には、各ユーザ端末ＵＥ＃９宛ての信号は、同じ無線リソースにおいて異なる電力で送信される。この場合、復調用の参照信号として、例えば、各ユーザ端末ＵＥ＃９に共通のＤＭ−ＲＳを用いることができる。また、図９Ｂに示すように、複数の送信アンテナ（ここでは、２本の送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２）による送信ビームを用いるＳＵ−ＭＩＭＯ伝送においては、ユーザ端末ＵＥ＃９Ａ宛ての複数（２つ）の情報データ系列（レイヤ）が同じ無線リソースに多重される。この場合、復調用の参照信号として、例えば、レイヤ間で直交するＤＭ−ＲＳを用いることができる。
一方、図９Ｃに示すように、複数の送信アンテナ（ここでは、２本の送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２）による送信ビームを用いるＳＵ−ＭＩＭＯ伝送にＮＯＭＡが適用される場合には、各ユーザ端末ＵＥ＃９宛ての複数（２つ）の情報データ系列（レイヤ）が同じ無線リソースに多重される。ここで、ユーザ端末ＵＥ＃９宛ての信号は、異なる電力で送信される。この場合、復調用の参照信号として、例えば、同一レイヤ内のユーザ端末に共通し、レイヤ間では直交するＤＭ−ＲＳを用いることができる。
さらに、図９Ｄに示すように、複数の送信アンテナ（ここでは、２本の送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２）による送信ビームを用いるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送にＮＯＭＡが適用される場合には、各ユーザ端末ＵＥ＃９宛ての信号が同じ無線リソースに多重される。同一の送信ビーム内においては、各ユーザ端末＃９宛ての信号が異なる電力で送信される。この場合、復調用の参照信号として、例えば、同一送信ビーム内のユーザ端末ＵＥ＃９に共通し、送信ビーム間では直交するＤＭ−ＲＳを用いることができる。このようにユーザ端末間で共通のＤＭ−ＲＳ構成が適用される場合には、各ユーザ端末宛ての送信電力の比が通知される。なお、ここでは、ユーザ端末間で共通のＤＭ−ＲＳ構成が適用される場合を示したが、ユーザ端末毎に個別のＤＭ−ＲＳを送信する構成としても良い。
本態様の無線通信方式の制御フローを説明する。図１０は、無線基地局側の制御フローを示すフロー図である。無線基地局ｅＮＢは、まず、データ送信に用いる送信ビームのビームベクトル（プリコーダ）を決定する（ステップＳＴ１１）。例えば、２本の送信アンテナを用いる場合には、直交する２個のビームベクトルをランダムに生成する。そして、各ビームベクトルでプリコーディングされた送信ビームを用いて、各送信ビームに固有の下り参照信号をユーザ端末ＵＥに送信する（ステップＳＴ１２）。
次に、無線基地局ｅＮＢは、各送信ビームで送信された下り参照信号に基づいてＣＱＩをフィードバックするように全てのユーザ端末ＵＥに要求する（ステップＳＴ１３）。例えば、無線基地局ｅＮＢは、ＣＱＩ（ＳＩＮＲに相当）のみをフィードバックするようユーザ端末ＵＥに指示する。この場合、フィードバックに係るオーバヘッドを低減できる。ただし、フィードバックされる情報は、ＣＱＩに限定されない。少なくとも、チャネル状態を示すＣＳＩがフィードバックされれば良い。なお、このフィードバックでは、他セル（他の無線基地局ｅＮＢ）からの干渉が考慮される。
ユーザ端末ＵＥからＣＱＩをフィードバックされると、無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされたＣＱＩに基づいて各送信ビームのスケジューリングを行い、非直交多重するユーザ端末ＵＥを決定する（ステップＳＴ１４）。すなわち、無線基地局ｅＮＢは、周波数スケジューリングの対象となるユーザ端末ＵＥを選択し、非直交多重の対象となるユーザ端末ＵＥを決定する。非直交多重の対象となるユーザ端末ＵＥの決定は、例えば、上述したスケジューリングメトリックに基づいて行われる。
その後、無線基地局ｅＮＢは、スケジューリング情報及び非直交多重するユーザ端末の情報に基づき送信信号を生成し、各送信ビームに非直交多重して送信する（ステップＳＴ１５）。また、無線基地局ｅＮＢは、各ユーザ端末ＵＥに対して、同じ送信ビームに非直交多重される他のユーザ端末ＵＥの情報を通知する（ステップＳＴ１６）。この通知は、例えば、ハイヤレイヤシグナリング（ＲＲＣシグナリングなど)、ＰＤＣＣＨの制御情報によるシグナリングなどを用いて行われる。
図１１は、ユーザ端末側の制御フローを示すフロー図である。ユーザ端末ＵＥは、各送信ビームで送信された下り参照信号を受信し（ステップＳＴ２１）、ＣＱＩを算出して無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳＴ２２）。なお、フィードバックされる情報は、チャネル状態を示すＣＳＩであれば良い。
その後、ユーザ端末ＵＥは、無線基地局ｅＮＢから送信される送信信号を制御情報と共に受信し（ステップＳＴ２３）、自端末宛ての情報と、自端末と同じ送信ビームに非直交多重される他のユーザ端末ＵＥ宛ての情報とを取得する（ステップＳＴ２４）。また、ユーザ端末ＵＥは、チャネル推定により自端末のＣＳＩ情報を推定する（ステップＳＴ２５）。ユーザ端末ＵＥは、通知された他のユーザ端末ＵＥの参照信号に基づいて他のユーザ端末ＵＥのＣＳＩ情報を推定する（ステップＳＴ２５）。
その後、ユーザ端末ＵＥは、ＭＭＳＥ、ＩＲＣなどの線形フィルタを用いて送信ビーム間の干渉を除去する（ステップＳＴ２６）。例えば、２本の受信アンテナを用いる構成では、線形フィルタのＩＲＣ受信機又はＭＭＳＥ受信機を用いて送信ビーム間の干渉を除去する。次に、同じ送信ビームに非直交多重された他のユーザ端末宛ての信号による干渉をＳＩＣにより除去する（ステップＳＴ２７）。ここで、ＳＩＣは、自端末より伝送路の状態が悪い（受信ＳＩＮＲが小さい、又はパスロスが大きい）ユーザ端末ＵＥ宛ての信号除去に適用される。自端末より伝送路の状態が悪いユーザ端末ＵＥ宛ての信号は、自端末宛ての信号より高パワーで送信されるので、自端末において正しく復号できる。よって、このようなユーザ端末ＵＥ宛ての信号による干渉は、ＳＩＣにより適切に除去される。一方、自端末より伝送路の状態が良い（受信ＳＩＮＲが大きい、又はパスロスが小さい）ユーザ端末ＵＥ宛ての信号は、自端末宛ての信号より低パワーで送信されるので、干渉は無視できる。他のユーザ端末ＵＥ宛ての信号による干渉を除去した後には、自端末宛てのユーザデータを復調する（ステップＳＴ２８）。
このように、本態様に係る無線通信方式では、ＭＩＭＯ伝送と同等のシステム特性を実現できるオポチュニスティックビームフォーミングに対して非直交多重を適用するので、スループット及びシステム容量をさらに高めることができる。
（第２の態様）
本態様では、オポチュニスティックビームフォーミングに非直交多重（ＮＯＭＡ）を適用した無線通信方式の第２の態様について説明する。なお、本態様の多くの部分は第１の態様と共通している。よって、本態様では、主に相違点について説明する。
本態様に係る無線通信方式では、粗いチャネル状態情報をフィードバックする第１ステージと、精度の高いチャネル状態情報をフィードバックする第２ステージとを用いる。図１２は、無線基地局側の制御フローを示すフロー図である。無線基地局ｅＮＢは、まず、データ送信に用いる送信ビームのビームベクトル（プリコーダ）を決定する（ステップＳＴ３１）。そして、各ビームベクトルでプリコーディングされた送信ビームを用いて、各送信ビームに固有の下り参照信号をユーザ端末ＵＥに送信する（ステップＳＴ３２）。
次に、無線基地局ｅＮＢは、各送信ビームで送信された下り参照信号に基づいて粗いＣＳＩ（Ｃｏａｒｓｅ ＣＳＩ）をフィードバックするように全てのユーザ端末ＵＥに要求する（ステップＳＴ３３）。すなわち、無線基地局ｅＮＢは、チャネル推定結果を少ないビット数で量子化したＣＳＩをユーザ端末ＵＥにフィードバックさせる。粗いＣＳＩとしては、例えば、ＣＱＩ（ＳＩＮＲに相当）を用いることができる。フィードバックされる粗いＣＳＩは、少ないビット数で量子化されているので、オーバヘッドを低減できる。なお、このフィードバックでは、他セル（他の無線基地局ｅＮＢ）からの干渉が考慮される。
その後、無線基地局ｅＮＢは、精度の高いＣＳＩをフィードバックさせる複数のユーザ端末ＵＥを選択する（ステップＳＴ３４）。この選択は、ユーザ端末ＵＥからフィードバックされた粗いＣＳＩに基づいて行われる。具体的には、各送信ビームにおいて非直交多重の対象となり得る複数のユーザ端末ＵＥを選択する。粗いＣＳＩのフィードバックを要求するステップ（ステップＳＴ３３）と、精度の高いＣＳＩをフィードバックさせる複数のユーザ端末ＵＥを選択するステップ（ステップＳＴ３４）とで、本態様に係る無線通信方式の第１ステージ（無線基地局側）が構成されている。
第１ステージが終了すると、無線基地局ｅＮＢは、各送信ビームで送信された下り参照信号に基づいて精度の高いＣＳＩ（Ｆｉｎｅ ＣＳＩ）をフィードバックするように、上述のステップで選択されたユーザ端末ＵＥに要求する（ステップＳＴ３５）。すなわち、無線基地局ｅＮＢは、粗いＣＳＩより多いビット数で量子化したＣＳＩをユーザ端末ＵＥにフィードバックさせる。精度の高いＣＳＩとしては、例えば、多くのビット数で量子化されたＳＩＮＲなどを用いることができる。
次に、無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされた精度の高いＣＳＩに基づいて各送信ビームのスケジューリングを行い、非直交多重するユーザ端末ＵＥを決定する（ステップＳＴ３６）。すなわち、無線基地局ｅＮＢは、精度の高いＣＳＩに基づいて、周波数スケジューリングの対象となるユーザ端末ＵＥを選択し、非直交多重の対象となるユーザ端末ＵＥを決定する。非直交多重の対象となるユーザ端末ＵＥの決定は、例えば、上述したスケジューリングメトリックに基づいて行われる。ここでは、精度の高いＣＳＩに基づいてスケジューリングを行い、非直交多重するユーザ端末ＵＥを決定するので、通信品質を十分に高めることができる。精度の高いＣＳＩのフィードバックを要求するステップ（ステップＳＴ３５）と、スケジューリングを行い、非直交多重するユーザ端末ＵＥを決定するステップ（ステップＳＴ３６）とで、本態様に係る無線通信方式の第２ステージ（無線基地局側）が構成される。
その後、無線基地局ｅＮＢは、スケジューリング情報及び非直交多重するユーザ端末の情報に基づき送信信号を生成し、各送信ビームに非直交多重して送信する（ステップＳＴ３７）。また、無線基地局ｅＮＢは、各ユーザ端末ＵＥに対して、同じ送信ビームに非直交多重される他のユーザ端末ＵＥの情報を通知する（ステップＳＴ３８）。この通知は、例えば、ハイヤレイヤシグナリング（ＲＲＣシグナリングなど)、ＰＤＣＣＨの制御情報によるシグナリングなどを用いて行われる。例えば、ハイアレイアシグナリング(ＲＲＣ)またはＰＤＣＣＨの制御情報によるシグナリングなどを用いて行われる。
図１３は、ユーザ端末側の制御フローを示すフロー図である。ユーザ端末ＵＥは、各送信ビームで送信された下り参照信号を受信し（ステップＳＴ４１）、粗いＣＳＩを算出して無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳＴ４２）。すなわち、ユーザ端末ＵＥは、チャネル推定結果を少ないビット数で量子化したＣＳＩを無線基地局ｅＮＢにフィードバックする。このステップ（ステップＳＴ４２）により、本態様に係る無線通信方式の第１ステージ（ユーザ端末側）が構成されている。
その後、無線基地局ｅＮＢから精度の高いＣＳＩのフィードバック要求があると、ユーザ端末ＵＥは、精度の高いＣＳＩを無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳＴ４３）。すなわち、ユーザ端末ＵＥは、粗いＣＳＩより多いビット数で量子化したＣＳＩを無線基地局ｅＮＢにフィードバックする。このステップ（ステップＳＴ４３）により本態様に係る無線通信方式の第２ステージ（ユーザ端末側）が構成されている。
その後、ユーザ端末ＵＥは、無線基地局ｅＮＢから送信される送信信号を制御情報と共に受信し（ステップＳＴ４４）、自端末宛ての情報と、自端末と同じ送信ビームに非直交多重される他のユーザ端末ＵＥ宛ての情報とを取得する（ステップＳＴ４５）。また、ユーザ端末ＵＥは、チャネル推定により自端末のＣＳＩ情報を推定する（ステップＳＴ４６）。なお、ユーザ端末ＵＥは、通知された他のユーザ端末ＵＥの参照信号に基づいて他のユーザ端末ＵＥのＣＳＩ情報を推定する（ステップＳＴ４６）。
その後、ユーザ端末ＵＥは、ＭＭＳＥ、ＩＲＣなどの線形フィルタを用いて送信ビーム間の干渉を除去する（ステップＳＴ４７）。例えば、２本の受信アンテナを用いる構成では、ＩＲＣ受信機を用いて送信ビーム間の干渉を除去する。次に、同じ送信ビームに非直交多重された他のユーザ端末宛ての信号による干渉をＳＩＣにより除去する（ステップＳＴ４８）。ここで、ＳＩＣは、自端末より伝送路の状態が悪い（受信ＳＩＮＲが小さい、又はパスロスが大きい）ユーザ端末ＵＥ宛ての信号除去に適用される。自端末より伝送路の状態が悪いユーザ端末ＵＥ宛ての信号は、自端末宛ての信号より高パワーで送信されるので、自端末において正しく復号できる。よって、このようなユーザ端末ＵＥ宛ての信号による干渉は、ＳＩＣにより適切に除去される。一方、自端末より伝送路の状態が良い（受信ＳＩＮＲが大きい、又はパスロスが小さい）ユーザ端末ＵＥ宛ての信号は、自端末宛ての信号より低パワーで送信されるので、干渉は無視できる。他のユーザ端末ＵＥ宛ての信号による干渉を除去した後には、自端末宛てのユーザデータを復調する（ステップＳＴ４９）。
このように、本態様に係る無線通信方式では、第１ステージにおいて粗いＣＳＩをフィードバックさせ、非直交多重の対象となり得る複数のユーザ端末ＵＥを選択した上で、第２ステージにおいて精度の高いＣＳＩをフィードバックさせ、スケジューリングを行い非直交多重の対象となるユーザ端末を決定するので、高い通信品質を維持しながらフィードバックに係るオーバヘッドを抑制できる。
（無線通信システムの構成例）
以下、本実施の形態に係る無線通信システムの詳細を説明する。図１４は、本実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示す模式図である。なお、図１４に示す無線通信システムは、例えば、ＬＴＥシステム、又はＬＴＥ−Ａ（ＬＴＥアドバンスト（LTE-Advanced））システムが包含されるシステムである。この無線通信システムは、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄと呼ばれても良いし、４Ｇと呼ばれても良い。
図１４に示すように、無線通信システム１は、無線基地局１０（１０Ａ，１０Ｂ）と、この無線基地局１０と通信する複数のユーザ端末２０（２０Ａ，２０Ｂ）とを含んでいる。無線基地局１０は、上位局装置３０と接続され、この上位局装置３０は、コアネットワーク４０と接続される。各ユーザ端末２０は、セルＣ１、Ｃ２において無線基地局１０と通信を行うことができる。この、ユーザ端末２０は、移動端末でも良いし固定端末でもよい。なお、上位局装置３０には、例えば、アクセスゲートウェイ装置、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）等が含まれるが、これに限定されない。
無線通信システム１においては、無線アクセス方式として、下りリンクにＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）が適用され、上りリンクにＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリア−周波数分割多元接続）が適用される。ＯＦＤＭＡは、周波数帯域を複数の狭い周波数帯域（サブキャリア）に分割し、各サブキャリアにデータをマッピングして通信を行うマルチキャリア伝送方式である。ＳＣ−ＦＤＭＡは、システム帯域を端末毎に１つ又は連続したリソースブロックからなる帯域に分割し、複数の端末が互いに異なる帯域を用いることで、端末間の干渉を低減するシングルキャリア伝送方式である。
ここで、図１４に示す無線通信システム１で用いられる通信チャネルについて説明する。下りリンクの通信チャネルは、各ユーザ端末２０で共有されるＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）と、下りＬ１／Ｌ２制御チャネル（ＰＤＣＣＨ、ＰＣＦＩＣＨ、ＰＨＩＣＨ、拡張ＰＤＣＣＨ）とを有する。ＰＤＳＣＨにより、ユーザデータ及び上位制御情報が伝送される。ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）により、ＰＤＳＣＨ及びＰＵＳＣＨのスケジューリング情報などが伝送される。ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator Channel）により、ＰＤＣＣＨに用いるＯＦＤＭシンボル数が伝送される。ＰＨＩＣＨ（Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel）により、ＰＵＳＣＨに対するＨＡＲＱのＡＣＫ/ＮＡＣＫが伝送される。
上りリンクの通信チャネルは、各ユーザ端末２０で共有される上りデータチャネルとしてのＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel）と、上りリンクの制御チャネルであるＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel）とを有する。このＰＵＳＣＨにより、ユーザデータや上位制御情報が伝送される。また、ＰＵＣＣＨにより、下りリンクのチャネル品質情報（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）、ＡＣＫ/ＮＡＣＫなどが伝送される。
図１５は、本実施の形態に係る無線基地局の構成例を示すブロック図である。無線基地局１０は、オポチュニスティックビームフォーミングのための複数の送受信アンテナ１０１と、アンプ部１０２と、送受信部１０３と、ベースバンド信号処理部１０４と、呼処理部１０５と、伝送路インターフェース１０６とを備えている。
下りリンクにおいて無線基地局１０からユーザ端末２０に送信されるユーザデータは、上位局装置３０から伝送路インターフェース１０６を介してベースバンド信号処理部１０４に入力される。
ベースバンド信号処理部１０４では、入力されたユーザデータに対して、ＰＤＣＰレイヤの処理、ユーザデータの分割・結合、ＲＬＣ（Radio Link Control）再送制御の送信処理などのＲＬＣレイヤの送信処理、ＭＡＣ（Medium Access Control）再送制御、例えば、ＨＡＲＱの送信処理、スケジューリング、伝送フォーマット選択、チャネル符号化、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）処理、プリコーディング処理を行い、各送受信部１０３に転送する。また、下りリンクの制御情報に対してチャネル符号化やＩＦＦＴ処理などの送信処理を行い、各送受信部１０３に転送する。
また、ベースバンド信号処理部１０４は、報知チャネルにより、ユーザ端末２０に対して、在圏セルにおける通信のための制御情報を通知する。在圏セルにおける通信のための情報には、例えば、上りリンク又は下りリンクにおけるシステム帯域幅などが含まれる。
各送受信部１０３は、ベースバンド信号処理部１０４からアンテナ毎にプリコーディングして出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。アンプ部１０２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ１０１より送信する。
一方、上りリンクによりユーザ端末２０から無線基地局１０に送信されるデータは、各送受信アンテナ１０１で受信されてアンプ部１０２に入力される。アンプ部１０２は、各送受信アンテナ１０１から入力される無線周波数信号を増幅して各送受信部１０３に送る。増幅された無線周波数信号は、各送受信部１０３でベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部１０４に入力される。
ベースバンド信号処理部１０４では、入力されたベースバンド信号に含まれるユーザデータに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ： Fast Fourier Transform）処理、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ：Inverse Discrete Fourier Transform）処理、誤り訂正復号、ＭＡＣ再送制御の受信処理、ＲＬＣレイヤ、ＰＤＣＰレイヤの受信処理を行い、伝送路インターフェース１０６を介して上位局装置３０に転送する。呼処理部１０５は、通信チャネルの設定や解放等の呼処理、無線基地局１０の状態管理、無線リソースの管理などを行う。
図１６は、本実施の形態に係るユーザ端末の構成例を示すブロック図である。ユーザ端末２０は、複数の送受信アンテナ２０１と、アンプ部２０２と、送受信部２０３と、ベースバンド信号処理部２０４と、アプリケーション部２０５とを備えている。
下りリンクのデータは、複数の送受信アンテナ２０１で受信されてアンプ部２０２に入力される。アンプ部２０２は、各送受信アンテナ２０１から入力される無線周波数信号を増幅して各送受信部２０３に送る。増幅された無線周波数信号は、各送受信部２０３でベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部２０４に入力される。ベースバンド信号処理部２０４では、入力されたベースバンド信号に対してＦＦＴ処理、誤り訂正復号、再送制御の受信処理などが行われる。下りリンクのデータに含まれるユーザデータは、アプリケーション部２０５に転送される。アプリケーション部２０５は、物理レイヤやＭＡＣレイヤより上位のレイヤに関する処理などを行う。また、下りリンクのデータに含まれる報知情報もアプリケーション部２０５に転送される。
一方、上りリンクのユーザデータは、アプリケーション部２０５からベースバンド信号処理部２０４に入力される。ベースバンド信号処理部２０４では、入力されたユーザデータに対して、再送制御（Ｈ−ＡＲＱ （Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ））の送信処理、チャネル符号化、プリコーディング、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）処理、ＩＦＦＴ処理などを行い、各送受信部２０３に転送する。各送受信部２０３は、ベースバンド信号処理部２０４から出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。その後、アンプ部２０２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ２０１より送信する。
図１７は、本実施の形態に係る無線基地局及びユーザ端末が有するベースバンド信号処理部の構成例を示すブロック図である。なお、図１７では、構成の一部のみを示しているが、無線基地局１０及びユーザ端末２０は、必要な構成を不足なく備えている。
図１７に示すように、無線基地局１０は、ビーム生成部３０１、下り制御情報生成部３０２、下り制御情報符号化・変調部３０３、下り送信データ生成部３０４、下り送信データ符号化・変調部３０５、下り参照信号生成部３０６、下りチャネル多重部３０７、スケジューリング部３０８を備えている。
ビーム生成部３０１は、あらかじめ決められたパターン、又はランダムなパターンの無線リソース（周波数帯域、時間スロット）を用いて、互いに直交する複数の送信ビームを生成する。
下り制御情報生成部３０２は、ＰＤＣＣＨで伝送されるユーザ端末固有（UE-specific）の下り制御情報（ＤＣＩ）を生成する。ユーザ端末固有の下り制御情報には、ＰＤＳＣＨの割り当て情報であるＤＬアサイメント（DL assignment）や、ＰＵＳＣＨの割り当て情報であるＵＬグラント（UL grant）などが含まれる。第１の態様が適用される場合、この下り制御情報には、各ユーザ端末２０に対してＣＱＩ（又はＣＳＩ）のフィードバックを要求する制御情報が含まれる。また、第２の態様が適用される場合、この下り制御情報には、各ユーザ端末２０に対して粗いＣＳＩのフィードバックを要求する制御情報、及び精度の高いＣＳＩのフィードバックを要求する制御情報が含まれる。
下り制御情報生成部３０２で生成された下り制御情報は、ユーザ端末に共通の共通制御情報と共に、ＰＤＣＣＨで伝送される下り制御情報として下り制御情報符号化・変調部３０３に入力される。下り制御情報符号化・変調部３０３は、入力された下り制御情報をチャネル符号化して変調する。変調された下り制御情報は、下りチャネル多重部３０７へと出力される。
下り送信データ生成部３０４は、ユーザ端末２０毎に下りユーザデータを生成する。下り送信データ生成部３０４で生成された下りユーザデータは、上位制御情報と共に、ＰＤＳＣＨで伝送される下り送信データとして下り送信データ符号化・変調部３０５に入力される。下り送信データ符号化・変調部３０５は、各ユーザ端末２０に対する下り送信データをチャネル符号化して変調する。変調された下り送信データは、下りチャネル多重部３０７へと出力される。
下り参照信号生成部３０６は、下り参照信号（ＣＲＳ（Cell-specific Reference Signal）、ＣＳＩ−ＲＳ、ＤＭ−ＲＳなど）を生成する。生成された下り参照信号は、下りチャネル多重部３０７へと出力される。なお、ＣＱＩ（又はＣＳＩ）の測定には、例えば、各送信ビームに固有のＣＳＩ−ＲＳなどが用いられる。
下りチャネル多重部３０７は、下り制御情報、下り参照信号、下り送信データ（上位制御情報を含む）を合成して下りリンク信号（送信信号）を生成する。具体的には、下りチャネル多重部３０７は、スケジューリング部３０８から通知されるスケジューリング情報に従い、スケジューリング部３０８において決定された複数のユーザ端末２０に対して、下りリンク信号を送信ビーム毎に非直交多重する。下りチャネル多重部３０７で生成された下りリンク信号は、逆高速フーリエ変換処理、プリコーディング処理などを経て、送受信部１０３へと転送される。
スケジューリング部３０８は、上位局装置３０からの指示情報や各ユーザ端末２０からのＣＳＩ（ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＲＩ（Rank Indicator）など）に基づいて、下り送信データや下り制御情報に対する無線リソースの割り当てを指示するスケジューリング情報を生成する。また、スケジューリング部３０８は、フィードバックされたＣＱＩ（又はＣＳＩ）に基づいて送信ビーム毎に非直交多重される複数のユーザ端末ＵＥを決定する。例えば、第１の態様が適用される場合、スケジューリング部３０８は、ユーザ端末２０からフィードバックされたＣＱＩ（又はＣＳＩ）に基づいて、各送信ビームのスケジューリングを行い、非直交多重するユーザ端末２０を決定する。一方、第２の態様が適用される場合、スケジューリング部３０８は、フィードバックされた粗いＣＳＩに基づいて精度の高いＣＳＩをフィードバックさせる複数のユーザ端末２０を選択する。また、スケジューリング部３０８は、フィードバックされた精度の高いＣＳＩに基づいて各送信ビームのスケジューリングを行い、非直交多重するユーザ端末２０を決定する。
この無線基地局１０では、データ送信に用いられる送信ビームのビームベクトル（プリコーダ）がビーム生成部３０１で決定される。下り参照信号生成部３０６で生成された送信ビーム固有の下り参照信号（例えば、ＣＳＩ−ＲＳ）は、各ビームベクトルに対応する送信ビームでユーザ端末２０に送信される。第１の態様が適用される場合には、ＣＱＩ（又はＣＳＩ）のフィードバックを要求する制御情報が下り制御情報生成部３０２で生成され、全てのユーザ端末２０に送信される。第２の態様が適用される場合には、粗いＣＳＩのフィードバックを要求する制御情報が下り制御情報生成部３０２で生成され、全てのユーザ端末２０に送信される。
第１の態様が適用される場合において、各ユーザ端末２０からＣＱＩ（又はＣＳＩ）をフィードバックされると、スケジューリング部３０８は、フィードバックされたＣＱＩに基づいて各送信ビームのスケジューリングを行い、非直交多重するユーザ端末２０を決定する。また、下りチャネル多重部３０７は、スケジューリング部３０８から通知されるスケジューリング情報に従い、スケジューリング部３０８で決定された複数のユーザ端末２０に対して、下りリンク信号を送信ビーム毎に非直交多重する。また、無線基地局１０は、各ユーザ端末２０に対して、同じ送信ビームに非直交多重される他のユーザ端末２０に関する情報を通知する。
一方、第２の態様が適用される場合には、スケジューリング部３０８は、フィードバックされた粗いＣＳＩに基づいて精度の高いＣＳＩをフィードバックさせる複数のユーザ端末２０を選択する。また、精度の高いＣＳＩのフィードバックを要求する制御情報が下り制御情報生成部３０２で生成され、選択されたユーザ端末２０に送信される。その後、スケジューリング部３０８は、フィードバックされた精度の高いＣＳＩに基づいて各送信ビームのスケジューリングを行い、非直交多重するユーザ端末２０を決定する。また、下りチャネル多重部３０７は、スケジューリング部３０８から通知されるスケジューリング情報に従い、スケジューリング部３０８で決定された複数のユーザ端末２０に対して、下りリンク信号を送信ビーム毎に非直交多重する。また、無線基地局１０は、各ユーザ端末２０に対して、同じ送信ビームに非直交多重される他のユーザ端末２０に関する情報を通知する。
図１７に示すように、ユーザ端末２０は、下り制御情報受信部４０１、チャネル推定部４０２、フィードバック部４０３、干渉除去部４０４、下り送信データ受信部４０５を備えている。
無線基地局１０から送出された下りリンク信号は、送受信アンテナ２０１により受信され、サイクリックプリフィクスの除去、高速フーリエ変換処理などを経て、ベースバンド信号処理部２０４へと転送される。下りリンク信号は、ベースバンド信号処理部２０４で下り制御情報、下り送信データ（上位制御情報を含む）、下り参照信号に分離される。下り制御情報は下り制御情報受信部４０１に入力され、下り送信データは下り送信データ受信部４０５に入力され、下り参照信号はチャネル推定部４０２に入力される。
下り制御情報受信部４０１は、下り制御情報を復調し、チャネル推定部４０２、フィードバック部４０３、干渉除去部４０４などに出力する。第１の態様が適用される場合、チャネル推定部４０２は、下り制御情報によりＣＱＩ（又はＣＳＩ）のフィードバック要求を受けると、送信ビーム固有の下り参照信号（ＣＳＩ−ＲＳなど）に基づいてチャネル推定を行い、ＣＱＩ（又はＣＳＩ）を測定する。チャネル推定で得られたＣＱＩ（又はＣＳＩ）はフィードバック部４０３を通じて無線基地局１０にフィードバックされる。
一方、第２の態様が適用される場合、チャネル推定部４０２は、下り制御情報により粗いＣＳＩのフィードバック要求を受けると、送信ビーム固有の下り参照信号に基づいてチャネル推定を行い、粗いＣＳＩを測定する。また、チャネル推定部４０２は、下り制御情報により精度の高いＣＳＩのフィードバック要求を受けると、送信ビーム固有の下り参照信号に基づいてチャネル推定を行い、精度の高いＣＳＩを測定する。チャネル推定で得られ粗いＣＳＩ及び精度の高いＣＳＩはフィードバック部４０３を通じて無線基地局１０にフィードバックされる。
干渉除去部４０４は、線形フィルタを用いて送信ビーム間の干渉を除去する。また、干渉除去部４０４は、送信ビーム毎に非直交多重された複数のユーザ端末２０宛ての下りリンク信号から、他のユーザ端末２０宛ての信号による干渉を除去する。具体的には、上位制御情報などで通知された自端末及び他のユーザ端末２０の情報に基づき、非直交多重された他のユーザ端末２０宛ての下りリンク信号を除去することで自端末宛ての下りリンク信号を分離する。下り送信データ受信部４０５は、分離された自端末宛ての下りリンク信号に基づいて、下り送信データを復調する。
このユーザ端末２０では、第１の態様が適用される場合に下り制御情報受信部４０１がＣＱＩ（又はＣＳＩ）のフィードバック要求を受けると、チャネル推定部４０２は、各送信ビームで送信された下り参照信号に基づいてＣＱＩ（又はＣＳＩ）を算出する。算出されたＣＱＩ（又はＣＳＩ）は、フィードバック部４０３を通じて無線基地局１０にフィードバックされる。
一方、第２の態様が適用される場合に下り制御情報受信部４０１が粗いＣＳＩのフィードバック要求を受けると、チャネル推定部４０２は、各送信ビームで送信された下り参照信号に基づいて粗いＣＳＩを算出する。算出された粗いＣＳＩは、フィードバック部４０３を通じて無線基地局１０にフィードバックされる。また、下り制御情報受信部４０１が精度の高いＣＳＩのフィードバック要求を受けると、チャネル推定部４０２は、各送信ビームで送信された下り参照信号に基づいて精度の高いＣＳＩを算出する。算出された精度の高いＣＳＩは、フィードバック部４０３を通じて無線基地局１０にフィードバックされる。
ユーザ端末２０は、例えば、上位制御情報により、自端末宛ての情報と、他のユーザ端末２０宛ての情報とを取得する。具体的には、ユーザ端末２０は、送信ビーム間の干渉を示す情報、及び非直交多重される他のユーザ端末２０に関する情報を取得する。この情報に基づき、干渉除去部４０４は、ＭＭＳＥ、ＩＲＣなどの線形フィルタを用いて送信ビーム間の干渉を除去すると共に、同じ送信ビームに非直交多重された他のユーザ端末宛ての信号による干渉をＳＩＣで除去する。ＳＩＣは、自端末より伝送路の状態が悪い（受信ＳＩＮＲが小さい、又はパスロスが大きい）ユーザ端末ＵＥ宛ての信号除去に適用される。他のユーザ端末ＵＥ宛ての信号による干渉を除去した後には、下り送信データ受信部４０５は、自端末宛ての下り送信データを復調する。
以上のように、本実施の形態に係る無線通信システム１によれば、ＭＩＭＯ伝送と同等のシステム特性を実現できるオポチュニスティックビームフォーミングに対して非直交多重を適用するので、スループット及びシステム容量をさらに高めることができる。
本発明は、その趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施できる。つまり、本明細書の記載は、例示を目的とするものに過ぎず、本発明に対して制限を加えるものではない。
１ 無線通信システム
１０ 無線基地局
２０ ユーザ端末
３０ 上位局装置
４０ コアネットワーク
１０１ 送受信アンテナ
１０２ アンプ部
１０３ 送受信部
１０４ ベースバンド信号処理部
１０５ 呼処理部
１０６ 伝送路インターフェース
２０１ 送受信アンテナ
２０２ アンプ部
２０３ 送受信部
２０４ ベースバンド信号処理部
２０５ アプリケーション部
３０１ ビーム生成部
３０２ 下り制御情報生成部
３０３ 下り制御情報符号化・変調部
３０４ 下り送信データ生成部
３０５ 下り送信データ符号化・変調部
３０６ 下り参照信号生成部
３０７ 下りチャネル多重部
３０８ スケジューリング部
４０１ 下り制御情報受信部
４０２ チャネル推定部
４０３ フィードバック部
４０４ 干渉除去部
４０５ 下り送信データ受信部

Claims (8)

  1. 複数の送信ビームを生成するビーム生成部と、
    各送信ビームに固有の下り参照信号を生成する下り参照信号生成部と、
    ユーザ端末に対して、はじめに粗いチャネル状態情報のフィードバックを要求する下り制御情報を生成し、次に精度の高いチャネル状態情報のフィードバックを要求する下り制御情報を生成する下り制御情報生成部と、
    フィードバックされた粗いチャネル状態情報に基づいて精度の高いチャネル状態情報をフィードバックさせる複数のユーザ端末を選択し、フィードバックされた精度の高いチャネル状態情報に基づいて送信ビーム毎に非直交多重される複数のユーザ端末を決定するスケジューリング部と、
    前記スケジューリング部の決定結果に従い、複数の送信ビームのそれぞれに前記決定された複数のユーザ端末宛ての下りリンク信号を非直交多重する下りチャネル多重部と、を備えたことを特徴とする無線基地局。
  2. 前記下りチャネル多重部は、前記決定された複数のユーザ端末宛ての下りリンク信号を、同一送信ビームにおいて異なる送信パワーで送信されるように多重することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
  3. 前記スケジューリング部は、下りリンクの最小スループットが最大となるように、送信ビーム毎に非直交多重される複数のユーザ端末を決定することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
  4. 前記粗いチャネル状態情報は、チャネル品質情報であることを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
  5. 前記ビーム生成部は、所定のプリコーディング行列に基づいて複数の送信ビームを生成することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
  6. 複数の送信ビームに固有の下り参照信号を用いてチャネル推定を行うチャネル推定部と、
    チャネル推定で得られる粗いチャネル状態情報を無線基地局に対してフィードバックすると共に、チャネル推定で得られる精度の高いチャネル状態情報をフィードバックするユーザ端末として前記無線基地局で選択された場合に精度の高いチャネル状態情報を前記無線基地局に対してフィードバックするフィードバック部と、
    フィードバックした精度の高いチャネル状態情報に基づいて送信ビーム毎に非直交多重された複数のユーザ端末宛ての下りリンク信号から、送信ビーム間の干渉を線形フィルタより除去した後、同一の送信ビームに非直交多重されている他端末宛ての下りリンク信号を除去する干渉除去部と、を備えたことを特徴とするユーザ端末。
  7. 無線基地局が、複数の送信ビームに固有の下り参照信号を送信し、
    複数のユーザ端末が、送信ビーム毎に下り参照信号を用いたチャネル推定により得られる粗いチャネル状態情報を前記無線基地局にフィードバックし、
    前記無線基地局が、フィードバックされた粗いチャネル状態情報に基づいて精度の高いチャネル状態情報をフィードバックさせる複数のユーザ端末を選択し、
    前記選択された複数のユーザ端末が、精度の高いチャネル状態情報を前記無線基地局に対してフィードバックし、
    前記無線基地局が、フィードバックされた精度の高いチャネル状態情報に基づいて送信ビーム毎に非直交多重される複数のユーザ端末を決定し、複数の送信ビームのそれぞれに前記決定された複数のユーザ端末宛ての下りリンク信号を非直交多重し、
    前記決定された複数のユーザ端末が、送信ビーム間の干渉を線形フィルタにより除去した後、各送信ビームに非直交多重された下りリンク信号から、他端末宛ての下りリンク信号を除去することを特徴とする無線通信方法。
  8. 無線基地局が、複数の送信ビームに固有の下り参照信号を送信し、
    複数のユーザ端末が、送信ビーム毎に下り参照信号を用いたチャネル推定で得られるチャネル状態情報を前記無線基地局にフィードバックし、
    前記無線基地局が、フィードバックされたチャネル状態情報に基づいて送信ビーム毎に非直交多重される複数のユーザ端末を選択し、
    前記選択された複数のユーザ端末が、精度の高いチャネル状態情報を前記無線基地局に対してフィードバックし、
    前記無線基地局が、フィードバックされた精度の高いチャネル状態情報に基づいて送信ビーム毎に非直交多重される複数のユーザ端末を決定し、複数の送信ビームのそれぞれに前記決定された複数のユーザ端末宛ての下りリンク信号を非直交多重し、
    前記決定された複数のユーザ端末が、送信ビーム間の干渉を線形フィルタにより除去した後、各送信ビームに非直交多重された下りリンク信号から、他端末宛ての下りリンク信号を除去することを特徴とする無線通信システム。
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