JP2015037220A

JP2015037220A - 移動端末

Info

Publication number: JP2015037220A
Application number: JP2013167724A
Authority: JP
Inventors: 剛彦西出; Takehiko Nishide; 彰浩岡崎; Akihiro Okazaki; 章範大橋; Akinori Ohashi; 西本　浩; Hiroshi Nishimoto; 浩西本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-23

Abstract

【課題】スムーズなハンドオーバーを実現し、高速移動に対応可能な基地局間連携送受信（ＣｏＭＰ）を適用した移動体通信システムを実現する移動端末を提供する。【解決手段】移動端末は、同一周波数を使用し、かつ互いに干渉する各基地局は直交パイロット信号を送信する移動体通信システムにおいて、受信信号に含まれるパイロット信号の送信元基地局数に応じて異なる復調動作を実行してデータを復調する。ここで、復調処理は、受信信号からパイロット信号を抽出し、抽出されたパイロット信号のそれぞれについて、パイロット信号の検出指標値を算出し、算出された検出指標値に基づいて復調動作を決定し、決定された復調動作を実行して受信信号を復調する。【選択図】図４

Description

本発明は、セルラー方式による移動体通信システムに関し、特に、移動端末に関する。

携帯電話に代表される移動体通信システムでは、サービスエリアを複数の無線セルに分割するセルラー方式が広く採用されている。

多くのセルラー方式では、隣接セル間での干渉を回避するため、サービスに利用可能な周波数を分割し、各セルに周波数を繰り返し割り当てて使用している。この場合、周波数の分割数が多くなるほど周波数利用効率が低下し、システム全体でのスループットが低下する。

近年は、各セルで同じ周波数を使用する１セル繰り返しシステムも検討されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄでは、基地局間連携送受信（Coordinated Multi-Point(CoMP) transmission and reception）が議論されている。この基地局間連携送受信（以下、ＣｏＭＰと記載する）は、セル間で同一周波数を使用し、従来セル間干渉となっていた通信状態を、逆に基地局間連携により通信性能向上に転化する技術であり、周波数利用効率を改善できる。また、セル間でスムーズなハンドオーバーが可能である。

特許第４７４９４６４号公報

移動局との通信にＣｏＭＰを適用するためには、対象移動局が通信可能な基地局の情報を基地局側で認識・管理する必要があり、その際に上りリンクで移動局から基地局へ位置情報を通知する必要がある。

また、ＣｏＭＰを適用する各基地局と対象移動局との間の伝送路状態に関する情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を基地局側が把握する必要があり、基地局側では当該ＣＳＩに応じて複数の基地局が採用する送信方法やプリコーダを決定する必要がある。

また、ＣｏＭＰによる通信では、対象移動局と各基地局が通信する際の送受信方法やプリコーダは異なるものの、送受信するデータは同一である。つまり、複数基地局間で送受信データを共有するため、基地局間で協調動作の手続きを完了する必要がある。

このように、ＣｏＭＰを実施するためには上りリンクおよび協調動作の手続きの完了が必要な事から、ＣｏＭＰは瞬時の動作変更には向かず、高速移動体通信システムでセル間干渉範囲の狭いシステムには不向きという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高速移動にも対応可能な基地局間連携送受信（ＣｏＭＰ）を適用した移動体通信システムを実現する移動端末を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる移動端末は、同一周波数を使用し、かつ互いに干渉する各基地局は直交パイロット信号を送信する移動体通信システムにおいて、受信信号に含まれるパイロット信号の送信元基地局数に応じて異なる復調動作を実行してデータを復調する復調処理手段、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、スムーズなハンドオーバーを実現し、高速移動に対応可能な移動体通信システムを実現できる、という効果を奏する。

加えて、移動端末は、ＳＩＭＯ復調またはＭＩＭＯ復調を選択する事で、単一基地局からの信号のみが到達する場所に位置している場合はＳＩＭＯ復調、すなわちダイバーシチ受信を実施して高品質な通信を実施し、常時ＭＩＭＯ復調する必要は無い。そのため、基地局からの送信信号に従って、移動端末主体でＳＩＭＯ復調とＭＩＭＯ復調を変更可能な移動通信システムを実現できる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる移動端末を含んだ移動体通信システムの一例を示す図である。図２は、セルが重なっているエリアで移動局が受信する信号のフォーマット例を示す図である。図３は、実施の形態１の基地局の構成例を示す図である。図４は、実施の形態１の移動局の構成例を示す図である。図５は、実施の形態２の移動局の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる移動端末の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる移動端末を含んだ移動体通信システムの一例を示す図である。図１に示したものはセルラー方式による移動体通信システムであり、隣接セル間で同一周波数を用いる構成を採用している。図１の例では、基地局Ａと基地局Ｂが隣接しており、基地局ＡのセルＡと基地局ＢのセルＢは互いに干渉となる。

図１に示した構成はあくまで一例であり、本発明が対象とする構成はこれらに限らない。前述した周波数繰り返しと併用しても良く、例えば隣接セルとは異なる周波数で分割し、次隣接セルや次々隣接セルとの周波数が同一であっても良い。この場合、次隣接セルや次々隣接セルが互いに干渉となる。

移動局（移動端末）は、複数のアンテナを備え、例えば、基地局Ａと通信が可能なセルＡから基地局Ｂと通信が可能なセルＢに向かって移動する。なお、移動体通信システムを構成している各基地局（基地局Ａ、基地局Ｂ、図示を省略した他の基地局）の構成は同一であり、また、各基地局は時間同期しているものとする。

図１では基地局から移動局への下りリンク通信を想定しており、干渉しあう基地局（隣接している基地局）は、直交パイロット信号とデータが多重された信号をそれぞれ送信する。直交パイロット信号とは、互いに直交関係にあるパイロット信号であり、直交関係にあるパイロット信号同士は干渉しない。例えば、干渉しあう２つの基地局である基地局Ａと基地局Ｂは直交パイロット信号を送信する。ここでは、周波数を有効利用するため、隣接している各基地局から送信されるデータ信号は直交しておらず、データ信号同士は干渉するものとする。ただし、互いに直交関係にあるデータ信号を送信するようにしても構わない。

図２は、図１に示したセルＡとセルＢが重なっているエリアで移動局が受信する信号のフォーマット例を示す図であり、直交したパイロット信号と非直交データ信号が多重された信号フォーマット例を示している。

図２に示した例では、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を想定しており、時間および周波数（サブキャリア）で分散されたパイロット信号が多重されている。基地局Ａでパイロット信号が配置される時間及びサブキャリアは、もう一方の基地局Ｂでは何も送信しないヌル信号となっている（逆も同様）。これにより、移動局は、基地局Ａから送信された信号と基地局Ｂから送信された信号を同時に受信した場合でも、各基地局からの受信信号に含まれているパイロット信号を干渉せずに検出できる。なお、パイロット信号の直交関係に関してはこの限りではなく、時間次元のみで直交していても良いし、周波数次元のみで直交していても良い。また、パイロット信号とデータの多重方法についてもこの限りではなく、時間次元のみで多重されていても良く、周波数次元のみで多重されていても良い。また、変調方式は、ＯＦＤＭに限らず、他の変調方式であっても良い。

図３は、実施の形態１の基地局の構成例を示す図である。基地局１は、パイロット信号直交部１１および送信部１２を備えている。

パイロット信号直交部１１は、入力されるパイロット信号を隣接基地局から送信されるパイロット信号と直交させる処理を行う。例えば、図２に示した信号フォーマットとなるようにパイロット信号をマッピングする。送信部１２は、パイロット信号直交部１１経由で受け取ったパイロット信号とデータ信号を多重して送信信号を生成する。生成された送信信号は、アンテナから送信される。

図４は、実施の形態１の移動局の構成例を示す図である。移動局２は、受信部２１、パイロット信号抽出部２２、検出指標値算出部２３、復調動作決定部２４および復調部２５を備えている。受信部２１は、図３に示した基地局１から送信された信号をアンテナ経由で受信する。パイロット信号抽出部２２は、受信信号からパイロット信号を抽出する。検出指標値算出部２３は、パイロット信号から検出指標値（詳細は後述する）を算出する。復調動作決定部２４は、受信信号に含まれているデータ信号に対して復調部２５が実施する復調動作を検出指標値に基づいて決定する。復調部２５は、データ信号を復調する。

移動局２による信号受信動作を説明する。本実施の形態では、システム内の各基地局１は時間同期しているため、複数の基地局１からの信号は同一タイミングで移動局２に到達し、受信される。移動局２では、空間的に多重された信号（複数の基地局１からそれぞれ送信され、多重された信号）が複数のアンテナで受信され、受信部２１に入力される。

受信部２１は、受信信号がアンテナから入力されると、タイミング同期及び周波数同期を実施する。変調方式がＯＦＤＭ等のマルチキャリア方式である場合、受信部２１はフーリエ変換も実施する。次に、パイロット信号抽出部２２が、各基地局１から送信されたパイロット信号を受信信号から抽出する。ここで、各基地局１は、パイロット信号を互いに直交させて送信していることから、パイロット信号抽出部２２は直交関係を利用してパイロット信号を抽出する。抽出されたパイロット信号は検出指標値算出部２３に渡され、検出指標値算出部２３は、受け取ったパイロット信号を用いて、復調部２５が実行する復調動作を復調動作決定部２４が決定する際に参照する情報としての検出指標値を算出する。算出された検出指標値は復調動作決定部２４に渡される。検出指標値は、例えば、移動局２が予め保持している参照パイロット信号と受信したパイロット信号の相関値、受信したパイロット信号の電力値（フレーム内のパイロット信号位置における受信電力）、受信したパイロット信号の通信品質、などである。なお、これらは一例であり、これらに限らず、その他の検出指標値を用いてもよい。

復調動作決定部２４は、受け取った検出指標値に基づき、複数のアンテナで受信された信号をシングルストリーム復調、すなわち、ＳＩＭＯ（Single-Input Multiple-Output）復調するか、マルチストリーム復調、すなわち、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）復調するか、のいずれかの復調動作を決定する。決定結果は復調部２５に通知される。

ここで、ＳＩＭＯ復調、もしくはＭＩＭＯ復調の決定は、検出指標値に対する閾値判定により行う。例えば、検出指標値をパイロット信号の電力値とすれば、指定の閾値を超える電力値に対しては検出（パイロット信号を受信）と判定し、それ以外は不検出と判定する。検出判定の数が１の場合は、検出判定されたパイロット信号に対応したＳＩＭＯ復調動作を行うことに決定する。例えば、図２に示したように、基地局Ａが「基地局Ａ送信信号」を送信し、かつ基地局Ｂが「基地局Ｂ送信信号」を送信する構成においては、基地局Ａ送信信号に含まれるパイロット信号の電力値が閾値以上、かつ基地局Ｂ送信信号に含まれるパイロット信号の電力値が閾値未満の場合、基地局Ａからの受信信号を対象としたＳＩＭＯ復調動作を行うことに決定する。また、検出判定の数が２以上の場合、検出された複数パイロット信号に対応したＭＩＭＯ復調動作を行うことに決定する。例えば、図２に示した信号フォーマットを使用し、基地局Ａ送信信号に含まれるパイロット信号の電力値が閾値以上、かつ基地局Ｂ送信信号に含まれるパイロット信号の電力値が閾値以上の場合、基地局Ａからの受信信号および基地局Ｂからの受信信号を対象としたＭＩＭＯ復調動作を行うことに決定する。

復調部２５は、復調動作決定部２４での決定結果に対応する復調動作（ＳＩＭＯ復調またはＭＩＭＯ復調）を、受信部２１から入力される受信データ信号に対して実行する。

このように、本実施の形態の移動体通信システムにおいて、同一周波数を使用し、かつ互いに干渉する基地局（セルの少なくとも一部が重なり合っている基地局）は、直交関係にあるパイロット信号を送信し、移動局は、パイロット信号の受信結果、例えば、図２に示す信号フォーマットを用いた場合、受信信号に含まれるパイロット信号が直交しているため、パイロット信号を抽出した際に、受信した信号の送信元が複数基地局であれば所定のタイミングでパイロット信号が特定の間隔にならび、受信した信号の送信元が単一基地局であれば送信していない基地局のパイロット信号配置部にはヌルが確認されることによって信号送信元の基地局の数を把握し、実行する復調動作を決定する。具体的には、単一基地局からパイロット信号を受信している状態ではＳＩＭＯ復調を行い、複数基地局からパイロット信号を受信している状態ではＭＩＭＯ復調を行うことに決定する。これにより、単一基地局からの信号のみが到達する場所に位置している場合はＳＩＭＯ復調、すなわちダイバーシチ受信を実施し、高品質な通信が可能となる。一方、セル端など、複数基地局からの信号が到達する場所に位置している場合には、ＭＩＭＯ復調により各セルのデータ信号を検出できるため、スムーズなハンドオーバーを実現できる。ただし、信号フォーマットについては図２に示す限りではなく、パイロット信号が複数基地局または単一基地局からの信号であるかの判定においても配置から確認するだけでなく、単位時間当たりに検出したパイロット信号の数などから判断する事も可能であり、これら方法を限定するものではなく、複数または単一の基地局からの信号を受信した場合にパイロット信号にて差が生じるものであればよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、移動局があるセルに属した状態で、受信したパイロット信号それぞれに対して、検出指標値を算出し、それぞれの基地局から送信されたパイロット信号を検出判定し、その検出判定の数に応じてＳＩＭＯ復調、ＭＩＭＯ復調を選択するようにしていた。しかしながら、実施の形態１では、検出指標値の精度が悪い場合、ＳＩＭＯ復調、ＭＩＭＯ復調の選択性能が劣化する課題がある。そこで、実施の形態２では、検出指標値を使用せず、指定のＳＩＭＯ復調、ＭＩＭＯ復調の組み合わせすべてに対して復調処理を行い、それらの復調結果から最終的に出力する復調データを選定する。なお、移動体通信システムおよび基地局の構成は実施の形態１と同様とする。

図５は、実施の形態２の移動局の構成例を示す図である。なお、実施の形態１で説明した移動局２（図２参照）と共通の構成要素には同じ符号を付している。実施の形態１の移動局と共通の部分については説明を省略する。

本実施の形態の移動局２ａは、実施の形態１の移動局２が備えていた検出指標値算出部２３、復調動作決定部２４および復調部２５を、ＳＩＭＯ復調部２６、ＭＩＭＯ復調部２７、判定情報算出部２８および復調結果選択部２９に置き換えたものである。

ＳＩＭＯ復調部２６は、パイロット信号抽出部２２で抽出されたパイロット信号と受信信号を用いて、検知した基地局１（パイロット信号）それぞれに対してＳＩＭＯ復調を実施する。このとき、ＳＩＭＯ復調する対象基地局は検知したすべての基地局ではなく、その一部としても良い。例えば、受信電力の高いパイロット信号を所定数選択し、選択したパイロット信号に対応する基地局からの受信信号をＳＩＭＯ復調する。受信電力が所定の閾値を超えているパイロット信号を選択してもよい。また、ＳＩＭＯ復調する対象の基地局からの信号が複数ある場合、ＳＩＭＯ復調を基地局単位でシリアル処理してもよいし、パラレル処理してもよい。

ＭＩＭＯ復調部２７は、パイロット信号抽出部２２で抽出されたパイロット信号と受信信号を用いて、検出した基地局１に対して指定の組み合わせでＭＩＭＯ復調を実施する。例えば、検出した基地局が３局（基地局Ｆ，基地局Ｇ，基地局Ｈとする）の場合、ＭＩＭＯ復調となる全組み合わせは以下の（１）〜（４）の４通りとなる。
（１）基地局Ｆと基地局Ｇ
（２）基地局Ｇと基地局Ｈ
（３）基地局Ｆと基地局Ｈ
（４）基地局Ｆと基地局Ｇと基地局Ｈ

ＭＩＭＯ復調部２７は、上記４通りのうち、指定の数だけＭＩＭＯ復調する。この指定の数は、全４通りであっても、その一部であってもよい。また、ＭＩＭＯ復調する組み合わせの数が複数ある場合、組み合わせそれぞれに対するＭＩＭＯ復調をシリアル処理してもよいし、パラレル処理してもよい。

判定情報算出部２８は、ＳＩＭＯ復調部２６による復調結果とＭＩＭＯ復調部２７による復調結果の中から、正しい復調結果を選択するために必要な判定情報を算出する。ここで、判定情報は、例えば、データ信号に対する巡回冗長符号（ＣＲＣ）の結果（データ信号の復調誤り数）や、パイロット信号の復調結果に対する誤り数（パイロット信号の復調誤り数）などを使用する。これら以外の情報を判定情報として使用しても構わない。

復調結果選択部２９は、判定情報算出部２８が算出した判定情報を用いて、１つもしくは複数の復調結果を選択する。なお、使用する判定情報によっては、選択される復調データはＳＩＭＯ復調とＭＩＭＯ復調のいずれか一方によるものとは限らない。ＳＩＭＯ復調を実行して得られた復調データとＭＩＭＯ復調を実行して得られた復調データの双方を選択する場合もあり得る。

本実施の形態においても実施の形態１と同様に、移動局と各基地局との位置関係に対応する復調処理による復調結果（復調データ）を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる移動端末は、各セルで同じ周波数を使用する移動体通信システムに有用である。

１基地局、２，２ａ移動局、１１パイロット信号直交部、１２送信部、２１受信部、２２パイロット信号抽出部、２３検出指標値算出部、２４復調動作決定部、２５復調部、２６ＳＩＭＯ復調部、２７ＭＩＭＯ復調部、２８判定情報算出部、２９復調結果選択部。

Claims

同一周波数を使用し、かつ互いに干渉する各基地局は直交パイロット信号を送信する移動体通信システムにおいて、
受信信号に含まれるパイロット信号の送信元基地局数に応じて異なる復調動作を実行してデータを復調する復調処理手段、を備えることを特徴とする移動端末。
前記復調処理手段は、
受信信号からパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出手段と、
前記抽出されたパイロット信号のそれぞれについて、パイロット信号の検出指標値を算出する算出手段と、
前記算出された検出指標値に基づいて復調動作を決定する復調動作決定手段と、
前記決定された復調動作を実行して受信信号を復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の移動端末。
前記算出手段は、保持している参照パイロット信号と受信したパイロット信号の相関値を前記検出指標値として算出することを特徴とする請求項２に記載の移動端末。
前記算出手段は、パイロット信号の電力値を前記検出指標値として算出することを特徴とする請求項２に記載の移動端末。
前記算出手段は、パイロット信号の通信品質を前記検出指標値として算出することを特徴とする請求項２に記載の移動端末。
前記復調動作決定手段は、各検出指標値を閾値と比較することにより受信信号に含まれるパイロット信号の送信元基地局数を判定し、送信元基地局数が１の場合はシングルストリーム復調を実行することに決定し、送信元基地局数が２以上の場合はマルチストリーム復調を実行することに決定することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の移動端末。
同一周波数を使用し、かつ互いに干渉する各基地局は直交パイロット信号を送信する移動体通信システムにおいて、
受信信号からパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出手段と、
受信信号をシングルストリーム復調する第１の復調手段と、
受信信号をマルチストリーム復調する第２の復調手段と、
前記第１の復調手段における復調結果および前記第２の復調手段における復調結果それぞれについての評価値を算出する算出手段と、
前記第１の復調手段および前記第２の復調手段で得られた復調結果の中から最終的な復調結果を前記評価値に基づいて選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする移動端末。
前記パイロット信号抽出手段が、送信元基地局が異なる複数のパイロット信号を抽出した場合、
前記第１の復調手段は、前記抽出されたパイロット信号の送信元基地局の２局上を対象とし、対象とした送信元基地局それぞれに対応するシングルストリーム復調を並列に実行することを特徴とする請求項７に記載の移動端末。
前記パイロット信号抽出手段が、送信元基地局が異なる複数のパイロット信号を抽出した場合、
前記第１の復調手段は、前記抽出されたパイロット信号の送信元基地局の２局上を対象とし、対象とした送信元基地局それぞれに対応するシングルストリーム復調を順番に実行することを特徴とする請求項７に記載の移動端末。
前記パイロット信号抽出手段が、送信元基地局が異なる複数のパイロット信号を抽出した場合、
前記第２の復調手段は、前記抽出されたパイロット信号の送信元基地局の２局以上を対象とするマルチストリーム復調を並列に実行することを特徴とする請求項７、８または９に記載の移動端末。
前記パイロット信号抽出手段が、送信元基地局が異なる複数のパイロット信号を抽出した場合、
前記第２の復調手段は、前記抽出されたパイロット信号の送信元基地局の２局以上を対象とするマルチストリーム復調を順番に実行することを特徴とする請求項７、８または９に記載の移動端末。
前記算出手段は、データ信号の復調誤り率を前記評価値として算出することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の移動端末。
前記算出手段は、パイロット信号の復調誤り率を前記評価値として算出することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の移動端末。