JP2014154916A - 基地局装置、端末装置、通信システム、送信方法及び通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セル間干渉を抑えつつ、周波数利用効率を向上させることを可能とする通信システムを提供する。
【解決手段】基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムにおける1つの通信エリアにおける基地局である第1の基地局装置であって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出する。
【選択図】図3
【解決手段】基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムにおける1つの通信エリアにおける基地局である第1の基地局装置であって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出する。
【選択図】図3
Description
本発明は、基地局装置、端末装置、通信システム、送信方法及び通信方法に関する。
携帯電話などの無線通信システムにおいて、都市及びその周辺地域には、複数の端末に無線通信サービスを提供するためのセル(通信サービスエリア)を構成する基地局装置が配置されている。特に、無線通信システムでは、複数の基地局装置が配置されたセルラー構成を成し、通信エリアの拡張が図られている。
近年における通信システムの高速化やトラフィックの増大に伴い、システム全体としてのスループットを一層向上することが要求されている。スループットを向上する方法として、マクロセル基地局が構成するマクロセルの範囲の一部又は全部と、マクロセル基地局より送信電力が小さい小電力基地局(ピコセル基地局、フェムトセル基地局等)のセルの範囲とを重複するように、複数の基地局装置を配置させ、各端末を各基地局装置に分散(負荷分散)させる異種ネットワーク(ヘテロジーニアス・ネットワーク)を構築する技術が提案されている(非特許文献1)。
R1−094224、3GPP TSG−RAN WG1 #58bis Miyazaki、Japan、12−16 October 2009
移動通信システムの多元接続方式の一つとしてOFDMA(Orthognal Frequency Division Multiple Access)があり、3GPP(3rd Generation Partner Project)のLTE(Long Term Evolution)、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)などに採用されている。OFDMAでは、所定の周波数帯域や時間区間から構成される領域(リソース)を割り当て単位として、端末のデータが割り当てられる。このとき、周波数毎に各端末の受信品質が異なる。基地局はスケジューリングと呼ばれる処理を用いて、各端末に受信品質の良いリソースを割当てる。このようにすることで、スループットを向上させることができる。
しかしながら、複数のセルが存在するマルチセル環境では、異なるセル間でリソース割り当てが重複するため、セル間干渉が生じる場合がある。特にヘテロジーニアス・ネットワークにおける小電力基地局に接続している端末の場合、マクロセル基地局から受けるセル間干渉が大きくなるという問題がある。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、セル間干渉を抑えつつ、周波数利用効率を向上させることを可能とする通信システムを提供することにある。
上述した課題を解決するために本発明に係る基地局装置、端末装置、通信システム、送信方法及び通信方法の構成は、次の通りである。
本発明の第1の基地局装置は、基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムにおける1つの通信エリアにおける基地局である第1の基地局装置であって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする。
また、本発明の第1の基地局装置は、前記複数の基地局装置へ前記サブキャリア番号を通知することを特徴とする。
また、本発明の第1の基地局装置において、前記サブキャリア番号は、前記複数の基地局装置における与干渉電力の和が最大となるサブキャリア番号であることを特徴とする。
また、本発明の第1の基地局装置において、前記サブキャリア番号は、前記端末装置毎の被干渉電力の和が最大となるサブキャリア番号であることを特徴とする。
また、本発明の第1の基地局装置は、接続する端末装置に前記サブキャリア番号を通知することを特徴とする。
本発明の端末装置は、前記基地局装置から前記サブキャリア番号と参照信号とを受信し、前記参照信号からチャネル推定値を算出し、前記サブキャリア番号におけるチャネル推定値から受信重みを算出することを特徴とする。
本発明の通信システムは、基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムであって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、
前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする。
前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする。
本発明の送信方法は、基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムにおける1つの通信エリアにおける基地局である第1の基地局装置における送信方法であって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする。
本発明の通信方法は、基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムにおける通信方法であって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする。
本発明によれば、複数の基地局間で協調してセル間干渉を抑圧する場合において、複数のサブキャリアで同じ重みを用いることで、セル間干渉を抑圧しつつ、周波数利用効率を向上させることができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態における通信システムは、複数の基地局(送信装置、セル、送信点、送信アンテナ群、送信アンテナポート群、コンポーネントキャリア、eNodeB)および複数の端末(端末装置、移動端末、受信点、受信端末、受信装置、受信アンテナ群、受信アンテナポート群、UE)を備える。
以下、本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態における通信システムは、複数の基地局(送信装置、セル、送信点、送信アンテナ群、送信アンテナポート群、コンポーネントキャリア、eNodeB)および複数の端末(端末装置、移動端末、受信点、受信端末、受信装置、受信アンテナ群、受信アンテナポート群、UE)を備える。
図1は、本実施形態における通信システムの構成を示す概略図である。図1に示すように、基地局装置100−1(マクロセル基地局、第1の基地局装置ともいう)のカバレッジ10−1(マクロセル)と、基地局装置10−1よりも送信電力が小さい小電力基地局(ピコセル基地局、フェムトセル基地局、スモールセル基地局、第2の基地局装置ともいう)である基地局装置100−2のカバレッジ10−2(ピコセル、フェムトセル、スモールセル等)とが重複するように各基地局が配置されている。カバレッジとは、基地局装置が端末装置と接続可能な範囲を表し、通信エリアともいう。また、各基地局装置にはそれぞれ1台の端末装置が接続されており、基地局装置100−1には端末装置200−1が接続されており、基地局装置100−2には端末装置200−2が接続されている。このとき、基地局装置100−1が端末装置200−1に信号を送信することにより、基地局装置100−1は端末装置200−2にセル間干渉を与える。同様に、基地局装置100−2は、端末装置200−2に信号を送信することにより、端末装置200−1にセル間干渉を与える。また、基地局装置100−1と基地局装置100−2はバックホール回線で接続されており、光ファイバやX2インターフェースのような有線を用いて接続してもよいし、リレー基地局のような無線を用いてもよい。
なお、以下では、マクロセル基地局と小電力基地局でマルチセルを構成している例を説明するが、本発明はこれに限らず、マクロセル基地局のみでマルチセルを構成してもよいし、小電力基地局のみでマルチセルを構成してもよい。
また、図1には1つの小電力基地局(基地局装置100−2)のみ記載しているが、本発明はこれに限らず、基地局装置100−1のカバレッジ内に複数の小電力基地局が配置される場合も本発明に含まれる。また、図1では、基地局装置に接続する端末装置は1台であるが、本発明はこれに限らず、複数の端末装置が基地局装置に接続する場合も本発明に含まれる。
また、小電力基地局が複数ある場合、小電力基地局毎に送信電力が異なっていてもよい。また、マクロセル基地局と小電力基地局は送信電力での区別のみならず、既にサービスインしている方式をサポートする後方互換性のあるセルと、新しく定義される後方互換性のないセルとで区別してもよい。
また、小電力基地局間でサービスする方式(通信システムのバージョン、オプション等)が異なっていてもよい。
また、本発明は、マルチセル環境であれば適用することができ、セル数、基地局の数、端末の数、セルの種類(例えば、マクロセル、ピコセル、フェムトセル、スモールセル等)、基地局の種類等は本実施形態に限定されない。また、図1には、スモールセルがマクロセル内に完全にオーバーラップしているが、部分的にオーバーラップしてもよいし、オーバーラップしていなくてもよい。
本実施形態では、複数の基地局装置が協調して、セル間干渉を抑圧する例を示す。
図2は、本実施形態に係る通信システムにおける基地局装置及び端末装置間の処理を示すシーケンス図である。
基地局装置100−1は、自身の現在の通信量(自身のカバレッジ内で接続する他の端末装置との総通信量)や、端末装置200−1の周辺の基地局装置からの受信電力などを考慮して、協調基地局を決定する(ステップS101)。ここで、協調基地局とは、協調して通信を行う複数の基地局装置を表す。本実施形態では、基地局装置100−1は、協調基地局を基地局装置100−1、基地局装置100−2に決定する。なお、協調基地局を決定する基地局装置は、自らの基地局装置を協調基地局に含めることもできる。
基地局装置100−1は、バックホール回線を用いて、基地局装置100−2に協調通信要求を行う(ステップS102)。また、各基地局装置(基地局装置100−1及び基地局装置100−2)は、協調基地局が確定すると、接続する端末装置に協調基地局を通知する(ステップS103−1、ステップS103−2)。
各端末装置(端末装置200−1及び端末装置200−2)は、チャネル状態を表すCQI(チャネル品質情報:Channel Quality Indicator)を測定する(ステップS104−1、ステップS104−2)。チャネル状態には、変調符号化方式(MCS:Modulation and Coding Scheme)、MIMO(Multiple Input Multiple Output)のランク数を決定するための情報、協調基地局と端末装置との間のチャネル推定値を含めることができる。また、各端末装置は、接続する基地局装置にチャネル状態を通知する(ステップS105−1、ステップS105−2)。
各基地局装置は、端末装置から通知されたチャネル状態に基づいて、スケジューリング、MCSやMIMOのランク数などを決定する(ステップS106−1、ステップS106−2)。また、基地局装置100−2は、バックホール回線を用いて、チャネル情報を基地局装置100−1に通知し(ステップS107)、協調基地局間でチャネル情報を共有する。
チャネル情報は、端末装置と少なくとも一つの協調基地局装置間のチャネル推定値である。本実施形態では、基地局装置100−2と端末装置200−2間のチャネル推定値および/または基地局装置100−2と端末装置200−1間のチャネル推定値である。
なお、本実施形態では、基地局装置100−1が協調基地局で用いる重みを算出することを想定しているため、基地局装置100−2は基地局装置100−1にチャネル情報を通知する。一方、各協調基地局がそれぞれ重みを算出する場合は、協調基地局間でチャネル情報を交換し、協調基地局のチャネル情報を共有すればよい。
基地局装置100−1は、協調基地局のチャネル情報を用いて、各基地局装置で用いる重みをそれぞれ算出する(ステップS108)。なお、算出する重みはセル間干渉を抑圧するための重みであり、送信重みのみを算出してもよいし、送信重みと受信重みの両方を算出してもよい。
基地局装置100−1は、バックホール回線を用いて、基地局装置100−2に基地局装置100−2で用いる重みを通知する(ステップS109)。なお、各協調基地局がそれぞれ重みを算出する場合は、ステップS109を省略できる。
各基地局装置は、送信重みを用いて送信処理を行い(ステップS110−1、ステップS110−2)、接続する端末装置へデータ信号を送信する(ステップS111−1、ステップS111−2)。
各端末装置は、各基地局装置から送信された信号を受信し、受信重みを用いて受信処理を行う(ステップS112−1、ステップS112−2)。なお、受信重みは、基地局装置が算出した受信重みを用いてもよいし、端末装置で算出してもよい。基地局装置が算出した受信重みを用いる場合、基地局装置は端末装置に受信重みを通知する。
図3は、本実施形態における基地局装置100−1の構成を示す概略ブロック図である。基地局装置100−1は、上位レイヤ101、符号化部102−1〜102−S、スクランブル部103−1〜103−S、変調部104−1〜104−S、レイヤマッピング部105、サブキャリア選択部106、重み生成部107、参照信号生成部108、制御信号生成部109、プレコーディング部110、リソースマッピング部111−1〜111−T、OFDM信号生成部112−1〜112−T、送信部113−1〜113−T、送信アンテナ114−1〜114−T、受信アンテナ115−1〜115−R、受信部116−1〜116−R、報告情報検出部117を備える。ここで、S、T、Rはそれぞれ、ストリーム数、送信アンテナ数、受信アンテナ数を表す。なお、上記基地局装置100−1の一部あるいは全部をチップ化して集積回路となる場合、各機能ブロックに対して制御を行うチップ制御回路を有する。
上位レイヤ101は、OSI参照モデルで定義された通信機能の階層のうち、物理層(Physical Layer)よりも上位の機能の階層、例えば、MAC(媒体アクセス制御:Media Access Control)、データリンク層、ネットワーク層等である。また、上位レイヤ101は、基地局装置100−1を構成する各部位が、機能を発揮するために必要なその他のパラメータも通知する。
また、上位レイヤ101は、バックホール回線で他の基地局装置と接続されており、基地局装置間で相互に情報を通知することができる。本実施形態では、基地局装置100−1の上位レイヤ101は、基地局装置100−2からチャネル情報が通知され、協調基地局のチャネル情報を保持することができる。
符号化部102−1〜102−Sは、上位レイヤ101から入力された情報データに対して、誤り訂正符号化を行い、符号化ビット(コードワードともいう)を生成する。また、情報データは、例えば、通話に伴う音声信号、撮影した画像を表す静止画像又は動画像信号、文字メッセージ等である。符号化部102−1〜102−Sが誤り訂正符号化を行う際に用いる符号化方式は、例えば、ターボ符号化(Turbo Coding)、畳み込み符号化(Convolutional Coding)、低密度パリティ検査符号化(Low Density Parity Check coding;LDPC)等である。
なお、符号化部102−1〜102−Sは、誤り訂正符号化したデータ系列の符号化率(coding rate)をデータ伝送率に対応する符号化率に合わせるために、符号化ビット系列に対してレートマッチング処理を行ってもよい。また、符号化部102−1〜102−Sは、誤り訂正符号化したデータ系列を並び替えてインターリーブする機能を有してもよい。
スクランブル部103−1〜103−Sは、符号化部102−1〜102−Sから入力されたコードワードに対して、それぞれセルIDに基づいたスクランブルを行う。
変調部104−1〜104−Sは、入力されたスクランブル後のコードワードを変調シンボルにマッピングする。変調処理は、例えば、BPSK(Binary Phase Shift Keying;2相位相変調)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying;4相位相変調)、M−QAM(M−Quadrature Amplitude Modulation;M値直交振幅変調、例えば、M=16、64、256、1024、4096)などである。なお、変調部104−1〜104−Sは、生成した変調シンボルを並び替えてインターリーブする機能を有してもよい。
レイヤマッピング部105は、入力された変調シンボルを空間多重のためにレイヤマッピングする。例えば、LTE−A(LTE−Advanced)では最大で8レイヤまでサポートされており、1つのコードワードは最大で4レイヤにマッピングされる。
次に、サブキャリア選択部106及び重み生成部107における重みの算出方法を説明する。本実施形態では、OFDMAでの通信を想定している。OFDMAではサブキャリア毎に重みを求めることが好適であるが、使用するサブキャリア数の多い通信システムでは、サブキャリア毎に重みを算出すると演算量が増加する。また、端末装置に受信重みを通知する場合、受信重みを通知するための情報量が増加する。そこで、本実施形態では、全サブキャリアの中から複数のサブキャリアを選択し、選択されたサブキャリアの重みのみを算出する。例えば、使用するサブキャリア数が120サブキャリア(使用するサブキャリア数Nall=120)のシステムにおいて、12サブキャリア毎に1つの重みを算出する(重みの算出単位Nsub=12)場合、算出する重みの数はNall/Nsub=10個となり、演算量及び重みを通知するための情報量を1/12に削減することができる。
以下では、使用するサブキャリア(Nall個のサブキャリア)をNsub個毎にグループ化し、グループ毎に1つの重みを算出する。このとき、グループ番号をg(1≦g≦Nall/Nsub)とし、上位レイヤ101において、使用するサブキャリアをグループ番号gとグループ内のサブキャリア番号kに変換するものとし、(g,k)を第g番目のグループにおける第k番目のサブキャリアとする。なお、本実施形態では、Nsub個毎に1つの重みを算出することを前提に説明するが、Nsub個毎に均等にグループ化を行わなくてもよく、重みの数が使用するサブキャリア数より少なければ本発明に含まれる。このことは、以降の実施形態でも同様である。
サブキャリア選択部106は、協調基地局のチャネル情報Hpq(g,k)が上位レイヤ101から入力される。ここで、Hpq(g,k)は、第g番目のグループ、第k番目のサブキャリアにおける第q基地局と第p端末装置との間のチャネル行列であり、R行T列の行列である。また、本実施形態において、qは基地局装置100−q、pは端末装置200−pのインデックスに対応している。サブキャリア選択部106は、次式(1)のように、第gグループにおける第kサブキャリアの与干渉電力和P(g,k)を算出する。
式(1)において、NTXは基地局装置の数、NRXは端末装置の数、tr[X]は行列Xの対角要素の和を表す。また、上付きのHは複素共役転置行列を表す。
サブキャリア選択部106は、各グループについて、与干渉電力和P(g,k)が最大となるサブキャリア番号ksel(g)を1つ選択する。例えば、第1グループにおいて、与干渉電力和P(1,k)が最大となるサブキャリア番号がk=2である場合、ksel(1)=2となる。また、サブキャリア選択部106は、サブキャリア番号ksel(g)を上位レイヤ101へ出力する。上位レイヤ101は、バックホール回線を用いて、サブキャリア番号ksel(g)を基地局装置100−2へ通知する。なお、本実施形態におけるサブキャリア番号ksel(g)は、協調基地局(基地局装置100−1及び基地局装置100−2)において共通のサブキャリア番号となる。
また、サブキャリア選択部106は、上位レイヤ101から入力されたチャネル情報Hpq(g,k)のうち、サブキャリア番号ksel(g)におけるチャネル情報Hpq(g,ksel(g))を重み生成部107へ出力する。例えば、第1グループにおけるサブキャリア番号ksel(1)が2である場合、サブキャリア選択部106は、Hpq(1,2)を出力する。なお、本実施形態では、協調基地局において、共通のサブキャリア番号ksel(g)を用いるため、重みを算出する際に用いられるチャネル情報は、各基地局装置で同じサブキャリア番号となる。
なお、サブキャリア番号の選択方法はこれに限定されず、各グループにおいて、Nsub個のサブキャリアのうち中心のサブキャリア番号を選択してもよいし、ランダムに選択してもよい。また、サブキャリア毎の受信品質に基づいて選択してもよく、グループ毎に受信品質の和を算出し、最も受信品質の和が最も悪いサブキャリアを選択してもよい。ここで、受信品質とは、SINR(信号対干渉及び雑音電力比:Signal to Interference plus Noise power Ratio)、等、セル間干渉に関する要素が含まれた数値を表す。
重み生成部107は、サブキャリア選択部106から入力されたチャネル情報Hpq(g,ksel(g))を用いて、次式(2)のように送信重みVq(g)を算出する。式(2)は、SLNR(Signal to Intereference plus Noise Ratio)法による送信重みの算出法であり、重みの算出方法はこれに限定されない。
式(2)において、σn 2は雑音電力、IはT行T列の単位行列である。
参照信号生成部108は、参照信号を生成し、プレコーディングが必要な参照信号をプレコーディング部110へ出力する。プレコーディングが必要な参照信号とは、例えば、復調用参照信号(DM−RS:DeModulation Reference Signal)である。また、参照信号生成部108は、プレコーディングしない参照信号をリソースマッピング部111−1〜111−Tへ出力する。プレコーディングしない参照信号とは、例えば、セル固有参照信号(CRS:Cell Specific Reference Signal)、あるいは測定用参照信号(CSI−RS:CSI−Reference Signal)である。
制御信号生成部109は、上位レイヤ101から入力されたサブキャリア選択部106が選択したサブキャリア番号、その他の制御データなどから制御信号を生成し、リソースマッピング部111−1〜111−Tに出力する。なお、基地局装置で算出した受信重みを端末装置で用いる場合には、受信重みを制御信号に含めればよい。また、前記制御信号として、例えば、PDCCH(Physical Downlink Control CHannel)、EPDCCH(Enhance Physical Downlink Control CHannel)、RRC(Radio Resource Control:無線リソース制御)シグナリングなどを用いることができる。RRCシグナリングは、PBCH、PDSCHに含まれているL3層の制御信号であり、PDCCHと比較して、送信できる情報量が多く、誤りに強いものの、頻繁には送信しないシグナリングである。
プレコーディング部110は、レイヤマッピング部105の出力に対して、重み生成部107で生成された送信重みを乗算し、各送信アンテナポートの信号を生成する。このとき、同じグループ内の複数のサブキャリアの信号には同じ送信重みを乗算する。また、プレコーディング部110は、参照信号生成部108から入力された参照信号に送信重みを乗算する。
リソースマッピング部111−1〜111−Tは、プレコーディング部110の出力や参照信号などを割り当てられたリソースにマッピングする。リソースとは、時間と周波数で定義される割り当て単位であり、例えば、3GPPでは、1OFDMシンボルと1サブキャリアで定義されるリソースエレメントと、14OFDMシンボルと12サブキャリアで定義されるリソースブロックなどがある。また、リソースブロックはユーザ配置の最小単位である。
リソースマッピング部111−1〜111−Tの出力は、OFDM(直交周波数分割多重:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号生成部112−1〜112−Tで、IFFT(逆高速フーリエ変換:Inverse Fast Fourier Transform)、サイクリックプレフィックス(CP:Cyclic Prefix)の挿入が行われ、送信部113−1〜113−Tでデジタル・アナログ変換、フィルタリング、周波数変換等が行われ、送信アンテナ114−1〜114−Tから送信される。
基地局装置100−1は、信号を受信する機能も有する。受信アンテナ115−1〜115−Rは、端末200−1からの信号を受信し、受信部116−1〜116−Rで、周波数変換、フィルタリング、アナログ・デジタル変換等を行う。報告情報検出部117は、接続する端末装置からフィードバックされたチャネル状態(CQIなどスケジューリングやランク数、MCSの決定に必要な情報、チャネル情報(協調基地局と基地局装置100−1との間のチャネル推定値))、受信品質などを検出し、上位レイヤ101へ出力する。
なお、重み生成部107は、IA(Interference Alignment)法などを用いて、送信重みと受信重みを算出してもよい。重み生成部107で算出した受信重みを用いる場合、重み生成部107は、算出した受信重みを上位レイヤ101へ出力し、上位レイヤ101は、バックホール回線を用いて、受信重みを基地局装置100−2へ通知する。
重み生成部107におけるIA法による送受信重みの算出方法を説明する。本実施形態では、一例として、繰り返しアルゴリズムによる送受信重みの算出方法を用いる。なお、繰り返し回数は、任意の値を設定することが可能であり、十分な繰り返し回数を与えることで、より多くのセル間干渉の影響を抑圧可能な送受信重みを算出することができる。
図4は、IA法による送受信重みの算出方法の一例を示すシーケンス図である。
処理回数iを0に設定し、送信重みVq(g)を任意の値に設定する(ステップS201)。
次式(3)のように、第p端末装置における第gグループの干渉の共分散行列Cp(g)を算出する(ステップS202)。
干渉の共分散行列Cp(g)を特異値分解し、受信重みUp(g)を算出する(ステップS203)。ここで、干渉の共分散行列Cp(g)を特異値分解して得られる左特異ベクトルのうち、小さい方からS個の特異値に対応する左特異ベクトルを受信重みUp(g)とする。
次式(4)のように、第q基地局装置における第gグループの干渉の共分散行列Cq’(g)を算出する(ステップS204)。
干渉の共分散行列Cq’(g)を特異値分解し、送信重みVq(g)を算出する(ステップS205)。ここで、干渉の共分散行列Cq’(g)を特異値分解して得られる左特異ベクトルのうち、小さい方からS個の特異値に対応する左特異ベクトルを送信重みVq(g)とする。
処理回数iに1を加算し(ステップS206)、処理回数iと任意の繰り返し回数とを比較する(ステップS207)。ここで、処理回数iが任意の繰り返し回数以下であれば、ステップS202へ遷移し(ステップS207の「NO」)、ステップS202では、ステップS205で算出した送信重みVq(g)を用いて処理を行う。一方、処理回数iが任意の繰り返し回数より大きければ、処理を終了し(ステップS207の「YES」)、重み生成部107は、送信重みVq(g)をプレコーディング部110へ出力し、受信重みUp(g)を上位レイヤ101へ出力する。
なお、基地局装置100−2は、プレコーディングに基地局装置100−1から通知された送信重みを用いることが基地局装置100−1と異なる。従って、基地局装置100−2の説明は省略する。なお、基地局装置100−2で送受信重みを生成することも可能である。例えば、協調する全ての基地局装置でチャネル情報を共有し、各々の基地局で重みを求めればよい。
図5は、本実施形態における端末装置200−1の構成を示す概略ブロック図である。端末装置200−1は、受信アンテナ201−1〜201−R、受信部202−1〜202−R、CP除去部203−1〜203−R、FFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)部204−1〜204−R、チャネル推定部205、信号検出部206、復調部207−1〜207−S、デスクランブル部208−1〜208−S、復号部209−1〜209−S、上位レイヤ210、参照信号生成部211、上りリンク信号生成部212、送信部213−1〜213−T、送信アンテナ214−1〜214−Tを備える。また、端末装置200−1の一部あるいは全部をチップ化して集積回路となる場合、各機能ブロックに対して制御を行うチップ制御回路(図示せず)を有する。なお、Rは受信アンテナ数を表す。また、送信アンテナ数はTとしており、基地局装置100−1と同じ本数としているが、本発明はこれに限らず、端末装置と基地局装置のアンテナ本数は異なってよい。なお、端末装置200−2は、端末装置200−1と同様な構成であり、説明を省略する。
端末装置200−1は、基地局装置100−1から送信された信号を受信する場合と、基地局装置100−2から送信された信号を受信する場合がある。端末装置200−1は、受信アンテナ201−1〜201−Rで信号を受信し、受信部202−1〜202−Rで周波数変換、フィルタリング、アナログ・デジタル変換等を行う。受信部202−1〜202−Rの出力は、CP除去部203−1〜203−Rでサイクリックプレフィックスの除去が行われ、FFT部204−1〜204−Rで時間周波数変換が行われる。また、FFT部204−1〜204−Rは、時間周波数変換後の信号を情報データの変調シンボル、制御信号及び参照信号に分離し、参照信号をチャネル推定部205へ出力し、情報データの変調シンボル及び制御信号(サブキャリア番号ksel(g)など)を信号検出部206へ出力する。
チャネル推定部205は、CRS、CSI−RSなどの参照信号を用いて、チャネル推定値Hpq(g,k)を算出し、チャネル推定値Hpq(g,k)を上位レイヤ210へ出力する。また、チャネル推定部205は、復調用参照信号を用いて、プレコーディングを含んだチャネル推定値Apq(g,k)を算出し、チャネル推定値Apq(g,k)を信号検出部206へ出力する。例えば、端末装置200−1の場合、チャネル推定値H1q(g,k)及びチャネル推定値A1q(g,k)を推定する。
信号検出部206は、チャネル推定部205から入力されたチャネル推定値Apq(g,k)及びFFT部204−1〜204−Rから入力されたサブキャリア番号ksel(g)を用いて、グループ毎の受信重みを算出する。具体的には、グループ毎の受信重みは、サブキャリア番号ksel(g)におけるチャネル推定値Apq(g,ksel(g))を用いて算出される。第p端末装置における第gグループの受信重みUp(g)は、次式(5)のように算出される。
また、信号検出部206は、チャネル推定値Apq(g,k)と受信重みUp(g)を用いてMIMO分離を行い、分離後の信号を復調部207−1〜207−Sへ出力する。このとき、受信重みは、グループ毎に同じ重みを乗算する。なお、基地局装置から受信重みが通知された場合は、通知された受信重みを用いてもよい。なお、端末装置で受信重みを求める場合、サブキャリア毎に重みを求めても良い。
復調部207−1〜207−Sは、信号検出部から入力された信号に対して復調処理を行い、ビット対数尤度比(LLR:Log Likelihood Ratio)を算出する。
デスクランブル部208−1〜208−Sは、基地局装置で行われたスクランブルを解き、コードワードのビット対数尤度比を算出する。
復号部209−1〜209−Sは、コードワードのビット対数尤度比に対して誤り訂正復号を行い、自己宛に送信された情報データを算出し、上位レイヤ210へ出力する。
上位レイヤ210は、上りリンク信号を生成するためのパラメータ等を上りリンク信号生成部212へ出力する。上りリンク信号を生成するためのパラメータとは、例えば、情報データや、チャネル状態(CQIなどスケジューリングやランク数、MCSの決定に必要な情報、チャネル推定値)、受信品質などである。
端末装置200−1は、信号を送信する機能も有する。参照信号生成部211は、上りリンク用の参照信号を生成する。上りリンク信号生成部212は、上位レイヤから入力された上りリンク信号を生成するためのパラメータ等や、参照信号生成部211から得られる参照信号から上りリンク信号を生成する。上りリンク信号はSC−FDMAシンボルやOFDMAシンボルで構成された信号である。上りリンク信号生成部212の出力は、送信部213−1〜213−Tでデジタル・アナログ変換、フィルタリング、周波数変換等が行われ、送信アンテナ214−1〜214−Tから送信される。
このように、本実施形態では、使用するサブキャリア(Nall個のサブキャリア)を重みの算出単位(Nsub個)毎にグループ化し、グループ毎に1つのサブキャリアにおけるチャネル情報を選択し、選択した1つのサブキャリアにおけるチャネル情報を用いてグループ毎に1つの重みを算出する。これにより、基地局装置は、複数のサブキャリアで共通の重みを算出するため、重みの算出に必要な演算量を低減できる。また、基地局装置は、端末装置に重みを通知する場合、通知に必要な情報量を削減することができる。したがって、セル間干渉を抑圧しつつ、周波数利用効率を向上させることができる。
(第2の実施形態)
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、各セルで共通のサブキャリア番号におけるチャネル情報を用いて算出したが、本実施形態では、端末装置毎に異なるサブキャリア番号を選択する場合を説明する。
本実施形態における通信システムの構成は、第1の実施形態と同様である。また、以下では、第1の実施形態との相違点を主に説明し、各図面において、特に説明がないブロックについては、第1の実施形態と同じ処理を行う。
図6は、本実施形態に係る通信システムにおける基地局装置及び端末装置間の処理を示すシーケンス図である。以下では、第1の実施形態との相違点を主に説明する。
各基地局装置(基地局装置100−1及び基地局装置100−2)は、グループ毎にサブキャリア番号を選択する(ステップS307−1、ステップS307−2)。また、各基地局装置は、サブキャリア毎のチャネル情報のうち、サブキャリア番号のチャネル情報を選択する(ステップS308−1、ステップS308−2)。
基地局装置100−2は、バックホール回線を用いて、選択したチャネル情報を基地局装置100−1に通知し(ステップS309)、協調基地局間でチャネル情報を共有する。
図7は、本実施形態における基地局装置100−1の構成を示す概略ブロック図である。基地局装置300−1は、上位レイヤ301、符号化部302−1〜302−S、スクランブル部303−1〜303−S、変調部304−1〜304−S、レイヤマッピング部305、サブキャリア選択部306、重み生成部307、参照信号生成部308、制御信号生成部309、プレコーディング部310、リソースマッピング部311−1〜311−T、OFDM信号生成部312−1〜312−T、送信部313−1〜313−T、送信アンテナ314−1〜314−T、受信アンテナ315−1〜315−R、受信部316−1〜316−R、報告情報検出部317を備える。なお、上記基地局装置100−1の一部あるいは全部をチップ化して集積回路となる場合、各機能ブロックに対して制御を行うチップ制御回路を有する。以下では、第1の実施形態との相違点を主に説明する。
報告情報検出部317は、接続する端末装置からフィードバックされたチャネル状態(CQIなどスケジューリングやランク数、MCSの決定に必要な情報、チャネル情報)、受信品質などを検出し、チャネル情報をサブキャリア選択部306へ出力し、チャネル情報以外を上位レイヤ301へ出力する。
サブキャリア選択部306は、報告情報検出部317から入力されたチャネル情報をNsub個毎にグループ化し、チャネル情報Hpq(g,k)とする。具体的には、基地局装置100−1には、端末装置200−1から通知されたチャネル情報H1q(g,k)が入力される。次に、サブキャリア選択部303は、次式(6)のように、第p端末装置、第gグループの第kサブキャリアにおける被干渉電力和Q(p,g,k)を算出する。
サブキャリア選択部306は、被干渉電力和Q(p,g,k)が最大となるサブキャリア番号ksel(p,g)をグループ毎に1つ選択する。ここで、サブキャリア番号ksel(p,g)とは、第p端末装置の第gグループにおけるサブキャリア番号である。例えば、端末装置200−1の第2グループにおいて、被干渉電力和Q(1,2,k)が最大となるサブキャリア番号がk=3である場合、ksel(1,2)=3となる。サブキャリア選択部306は、サブキャリア番号ksel(p,g)を上位レイヤ301へ出力する。
また、サブキャリア選択部306は、チャネル情報Hpq(g,k)のうち、サブキャリア番号ksel(p,g)におけるチャネル情報Hpq’(g,ksel(p,g))を上位レイヤ301へ出力する。
上位レイヤ301は、バックホール回線を用いて、チャネル情報Hpq’(g,ksel(p,g))を通知し、基地局装置間で情報を共有する。基地局装置100−1の上位レイヤ301は、基地局装置100−2からチャネル情報H2q’(g,ksel(2,g))が通知される。このように、本実施形態では、各基地局装置においてサブキャリア番号を選択し、その後にチャネル情報を共有するため、バックホール回線におけるチャネル情報を通知するための情報量を削減することができる。
また、上位レイヤ301は、チャネル情報Hpq’(g,ksel(p,g))を重み生成部307へ出力し、サブキャリア番号ksel(p,g)を制御信号生成部309へ出力する。例えば、基地局装置100−1の上位レイヤ301は、チャネル情報Hpq’(g,ksel(p,g))を重み生成部307へ出力し、サブキャリア番号ksel(1,g)を制御信号生成部309へ出力する。このように、本実施形態では、各基地局装置は接続する端末装置に対応するサブキャリア番号のみを保持すればよく、接続する端末装置に対応するサブキャリア番号のみを端末装置へ通知すればよい。
重み生成部307は、上位レイヤ301から入力されたチャネル情報Hpq’(g,ksel(p,g))を用いて、グループ毎の重みを算出する。
制御信号生成部309は、上位レイヤ301から入力されたサブキャリア番号、その他の制御データなどから制御信号を生成し、リソースマッピング部311−1〜311−Tへ出力する。
図8は、本実施形態における端末装置200−1の構成を示す概略ブロック図である。端末装置400−1は、受信アンテナ401−1〜401−R、受信部402−1〜402−R、CP除去部403−1〜403−R、FFT部404−1〜404−R、チャネル推定部405、信号検出部406、復調部407−1〜407−S、デスクランブル部408−1〜408−S、復号部409−1〜409−S、上位レイヤ410、参照信号生成部411、上りリンク信号生成部412、送信部413−1〜413−T、送信アンテナ414−1〜414−Tを備える。また、端末装置200−1の一部あるいは全部をチップ化して集積回路となる場合、各機能ブロックに対して制御を行うチップ制御回路(図示せず)を有する。なお、Rは受信アンテナ数を表す。また、送信アンテナ数はTとしており、基地局装置100−1と同じ本数としているが、本発明はこれに限らず、端末装置と基地局装置のアンテナ本数は異なってよい。なお、端末装置200−2は、端末装置200−1と同様な構成であり、説明を省略する。以下では、第1の実施形態との相違点を主に説明する。
FFT部404−1〜404−Rは、時間周波数変換後の信号を情報データの変調シンボル、制御信号及び参照信号に分離し、参照信号をチャネル推定部405へ出力し、情報データの変調シンボル及び制御信号(サブキャリア番号ksel(p,g)など)を信号検出部206へ出力する。このとき、端末装置200−1の場合、制御信号にはサブキャリア番号ksel(1,g)が含まれ、端末装置200−2の場合、制御信号にはサブキャリア番号ksel(2,g)が含まれる。
信号検出部406は、FFT部404−1〜404−Rから入力されたサブキャリア番号ksel(p,g)を用いて、サブキャリア番号ksel(p,g)の受信重みを算出する。第p端末装置における第gグループの受信重みUp(g)は、次式(7)のように算出される。
例えば、端末装置200−1の場合、サブキャリア番号ksel(1,g)のチャネル推定値A1q(g,ksel(1,g))を用いて受信重みを算出し、端末装置200−2の場合、サブキャリア番号ksel(2,g)のチャネル推定値A2q(g,ksel(2,g))を用いて受信重みを算出する。
このように、本実施形態では、第1の実施形態の方法に加え、端末装置毎にサブキャリア番号のチャネル情報を選択し、重みを算出する。これにより、端末装置毎にチャネル状態を考慮して重みを算出することができ、受信性能を向上させることができる。また、バックホール回線におけるチャネル情報を通知するための情報量を低減することができる。したがって、セル間干渉を抑圧しつつ、周波数利用効率を向上させることができる。
なお、本発明に係る基地局装置及び移動局装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、CPU等を制御するプログラム(コンピュータを機能させるプログラム)である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にRAMに蓄積され、その後、各種ROMやHDDに格納され、必要に応じてCPUによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体(例えば、ROM、不揮発性メモリカード等)、光記録媒体(例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等)、磁気記録媒体(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等)等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における移動局装置および基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるLSIとして実現してもよい。受信装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。
また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
なお、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本願発明の端末装置は、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、または非可動型の電子機器、たとえば、AV機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
本発明は、基地局装置、端末装置、通信システム、送信方法及び通信方法に用いて好適である。
100−1、100−2 基地局装置
200−1、200−2 端末装置
101、301 上位レイヤ
102−1〜102−S、302−1〜302−S 符号化部
103−1〜103−S、303−1〜303−S スクランブル部
104−1〜104−S、304−1〜304−S 変調部
105、305 レイヤマッピング部
106、306 サブキャリア選択部
107、307 重み生成部
108、308 参照信号生成部
109、309 制御信号生成部
110、310 プレコーディング部
111−1〜111−T、311−1〜311−T リソースマッピング部
112−1〜112−T、312−1〜312−T OFDM信号生成部
113−1〜113−T、313−1〜313−T 送信部
114−1〜114−T、314−1〜314−T 送信アンテナ
115−1〜115−R、315−1〜315−R 受信アンテナ
116−1〜116−R、316−1〜316−R 受信部
117、317 報告情報検出部
201−1〜201−R、401−1〜401−R 受信アンテナ
202−1〜202−R、402−1〜402−R 受信部
203−1〜203−R、403−1〜403−R CP除去部
204−1〜204−R、404−1〜404−R FFT部
205、405 チャネル推定部
206、406 信号検出部
207−1〜207−S、407−1〜407−S 復調部
208−1〜208−S、408−1〜408−S デスクランブル部
209−1〜209−S、409−1〜409−S 復号部
210、410 上位レイヤ
211、411 参照信号生成部
212、412 上りリンク信号生成部
213−1〜213−T、413−1〜413−T 送信部
214−1〜214−T、414−1〜414−T 送信アンテナ
200−1、200−2 端末装置
101、301 上位レイヤ
102−1〜102−S、302−1〜302−S 符号化部
103−1〜103−S、303−1〜303−S スクランブル部
104−1〜104−S、304−1〜304−S 変調部
105、305 レイヤマッピング部
106、306 サブキャリア選択部
107、307 重み生成部
108、308 参照信号生成部
109、309 制御信号生成部
110、310 プレコーディング部
111−1〜111−T、311−1〜311−T リソースマッピング部
112−1〜112−T、312−1〜312−T OFDM信号生成部
113−1〜113−T、313−1〜313−T 送信部
114−1〜114−T、314−1〜314−T 送信アンテナ
115−1〜115−R、315−1〜315−R 受信アンテナ
116−1〜116−R、316−1〜316−R 受信部
117、317 報告情報検出部
201−1〜201−R、401−1〜401−R 受信アンテナ
202−1〜202−R、402−1〜402−R 受信部
203−1〜203−R、403−1〜403−R CP除去部
204−1〜204−R、404−1〜404−R FFT部
205、405 チャネル推定部
206、406 信号検出部
207−1〜207−S、407−1〜407−S 復調部
208−1〜208−S、408−1〜408−S デスクランブル部
209−1〜209−S、409−1〜409−S 復号部
210、410 上位レイヤ
211、411 参照信号生成部
212、412 上りリンク信号生成部
213−1〜213−T、413−1〜413−T 送信部
214−1〜214−T、414−1〜414−T 送信アンテナ
Claims (9)
- 基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムにおける1つの通信エリアにおける基地局である第1の基地局装置であって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする第1の基地局装置。
- 前記複数の基地局装置へ前記サブキャリア番号を通知することを特徴とする請求項1に記載の第1の基地局装置。
- 前記サブキャリア番号は、前記複数の基地局装置における与干渉電力の和が最大となるサブキャリア番号であることを特徴とする請求項2に記載の第1の基地局装置。
- 前記サブキャリア番号は、前記端末装置毎の被干渉電力の和が最大となるサブキャリア番号であることを特徴とする請求項1に記載の第1の基地局装置。
- 接続する端末装置に前記サブキャリア番号を通知することを特徴とする請求項3または4に記載の第1の基地局装置。
- 請求項1に記載の端末装置であって、前記基地局装置から前記サブキャリア番号と参照信号とを受信し、前記参照信号からチャネル推定値を算出し、前記サブキャリア番号におけるチャネル推定値から受信重みを算出することを特徴とする端末装置。
- 基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムであって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする通信システム。
- 基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムにおける1つの通信エリアにおける基地局である第1の基地局装置における送信方法であって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする送信方法。
- 基地局装置と少なくとも1つの端末装置とが複数のリソースを用いて通信を行う通信エリアが複数存在し、前記複数の通信エリアが隣接または重複し合う通信システムにおける通信方法であって、前記複数のリソースのうち同じリソースに割り当てられている前記端末装置が接続する前記複数の基地局装置からチャネル情報を受信し、前記リソースに割り当てられているサブキャリアのうち複数のサブキャリア番号を選択し、前記サブキャリア番号におけるチャネル情報から複数のサブキャリアで同じ送信重みを算出することを特徴とする通信方法。
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2018133700A (ja) * | 2017-02-15 | 2018-08-23 | 株式会社Nttドコモ | 無線基地局及び無線通信方法 |
-
2013
- 2013-02-05 JP JP2013020471A patent/JP2014154916A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018133700A (ja) * | 2017-02-15 | 2018-08-23 | 株式会社Nttドコモ | 無線基地局及び無線通信方法 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150423 |