JP2016219995A - 無線通信システム、基地局、無線端末、及び基地局の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセルにおいて、無線端末の通信機会の公平性を向上させる。【解決手段】基地局１００は、複数の無線端末と無線通信可能である。基地局１００は、複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇとセル送信電力制御部とを有する。複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇは、複数のセルを形成する。セル送信電力制御部は、複数のセルの各々における無線端末の通信機会の公平性の程度を示す指標の値を、上記複数のセルについて合計した値が最大となる様に、各セルの送信電力を決定する。複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇは、各無線端末が在圏するセルにおいて、セル送信電力制御部により決定された、上記セルの送信電力により、複数の無線端末に対し信号を送信する。【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信システム、基地局、無線端末、及び基地局の処理方法に関する。

従来、第四世代移動通信システムの代表である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）ＬＴＥ（Long Term Evolution）のダウンリンクでは、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が用いられている。ＯＦＤＭＡは、直交多元アクセス（ＯＭＡ：Orthogonal Multiple Access）の一方式である。図１７Ａは、ＯＦＤＭＡにおけるサブバンド割当て方法を示す図である。ＯＦＤＭＡでは、図１７Ａに示す様に、基地局が、複数の無線端末（ＵＥ＃１、ＵＥ＃２）にデータをスケジューリングする際、各無線端末間で同一時間帯に相互干渉が生じない様に、直交するサブバンドが割り当てられる。

一方、第五世代移動通信システムでは、基地局が、複数の無線端末に対し、相互に干渉し合う非直交のリソースを割り当てる非直交多元アクセス（ＮＯＭＡ：Non-Orthogonal Multiple Access）方式が検討されている。図１７Ｂは、ＮＯＭＡにおけるサブバンド割当て方法を示す図である。図１７Ｂに示す様に、ＮＯＭＡでは、基地局が、同一のサブバンドを、所定の電力配分で２つの無線端末（ＵＥ＃１、ＵＥ＃２）に割り当てる。例えば、複数の無線端末が同一リソースに同時に多重されたことにより干渉となる他端末向けの信号をキャンセルした後に自端末向け信号の復調及び復号を行うＳＩＣ（Successive Interference Canceller）機能を有するＮＯＭＡシステムが提案されている。

ＮＯＭＡでは、基地局は、２つの無線端末（ユーザ）、すなわち、自局から近くＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）の高い無線端末Ｕ１と、自局から遠くＳＮＲの低い無線端末Ｕ２とを選択する。無線端末Ｕ２のＳＮＲは、無線端末Ｕ１のＳＮＲよりも低いため、無線端末Ｕ２向け信号の変調符号化率（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）が低く設定される。このため、無線端末Ｕ１は、無線端末Ｕ２向け信号の復調及び復号を、高い確率で成功させることができる。従って、無線端末Ｕ１は、復調及び復号に成功した無線端末Ｕ２向け信号を受信信号からキャンセルすることにより、無線端末Ｕ２向け信号からの干渉の影響を低減させることができる。

これに対し、無線端末Ｕ２では、無線端末Ｕ１向け信号からの干渉の影響が大きい。しかしながら、上述した様に無線端末Ｕ２のＳＮＲは低く、その他の干渉雑音による影響も大きいため、無線端末Ｕ１向け信号からの干渉の影響は相対的に小さくなる。図１８は、ＯＦＤＭＡとＮＯＭＡとの間における無線端末Ｕ１、Ｕ２のキャパシティの違いを示す図である。図１８では、ｘ軸に無線端末Ｕ１のキャパシティ（単位はbit/s/Hz）が規定され、ｙ軸に無線端末Ｕ２のキャパシティ（単位はbit/s/Hz）が規定されている。また、図１８では、無線端末Ｕ１のＳＮＲを２０ｄＢと仮定し、無線端末Ｕ２のＳＮＲを０ｄＢと仮定している。図１８に示す様に、実線に示すＮＯＭＡが、破線に示すＯＦＤＭＡよりも常に右上の領域に位置することから、無線端末Ｕ１、Ｕ２のキャパシティは、ＯＦＤＭＡよりもＮＯＭＡの方が常に高いこととなり、システム性能が改善していることが分かる。

A. Benjebbour, Y. Saito, Y. Kishiyama, A. Li, A. Harada, and T. Nakamura, "Concept and practical considerations of non-orthogonal multiple access (NOMA) for future radio access," ISPACS 2013, Nov. 2013.

ここで、基地局が、自局セル内に属する無線端末の内、何れの無線端末に対してどの程度のリソースを割り当てるかを決定する無線リソーススケジューリングの１つとして、無線端末間の公平性を考慮したＰＦ（Proportional Fair）スケジューリングがある。ＮＯＭＡを適用したシステムにおいても、ＰＦスケジューリングにより、上記公平性の指標であるＰＦユーティリティ（各無線端末の平均スループットの対数和）を最大化することは可能である。しかしながら、セル内に閉じたＰＦスケジューリングでは、自セル内におけるＰＦユーティリティは最大化されるものの、他セルも含めた全てのセルのＰＦユーティリティが最大となるとは限らない。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のセルにおいて、無線端末の通信機会の公平性を向上させることができる無線通信システム、基地局、無線端末、及び基地局の処理方法を提供することを目的とする。

１つの側面では、無線通信システムは、基地局と、該基地局との間で無線通信可能な複数の無線端末とを有する。基地局は、複数の無線装置と、電力決定部とを有する。複数の無線装置は、複数のセルを形成する。電力決定部は、複数のセルの各々における無線端末の通信機会の公平性の程度を示す指標の値を、複数のセルについて合計した値が最大となる様に、各セルの送信電力を決定する。複数の無線端末は、通信部を有する。通信部は、各無線端末が在圏するセルにおいて、電力決定部により決定された、セルの送信電力により、複数の無線装置の各々から信号を受信する。

本願の開示する無線通信システム、基地局、無線端末、及び基地局の処理方法の一つの態様によれば、複数のセルにおいて、無線端末の通信機会の公平性を向上させることができる。

図１は、実施例１に係る無線通信システムの構成を示す図である。 図２は、実施例１に係る基地局の機能構成を示すブロック図である。 図３は、実施例１に係る無線端末の機能構成を示すブロック図である。 図４は、実施例１に係る基地局のスケジューラ部の機能構成を示すブロック図である。 図５は、実施例１に係る基地局の集中制御部の機能構成を示すブロック図である。 図６は、基地局のハードウェア構成を示すブロック図である。 図７は、無線端末のハードウェア構成を示すブロック図である。 図８は、実施例１に係る基地局の集中制御部の実行するユーザ間電力配分再最適化処理を説明するためのフローチャートである。 図９は、変形例１に係る基地局の集中制御部の実行するユーザ間電力配分再最適化処理を説明するためのフローチャートである。 図１０は、実施例２に係る基地局の機能構成を示すブロック図である。 図１１は、実施例２に係る無線端末の機能構成を示すブロック図である。 図１２は、実施例３に係る基地局の集中制御部の機能構成を示すブロック図である。 図１３は、実施例３に係る基地局のスケジューラ部の機能構成を示すブロック図である。 図１４は、実施例３に係る基地局の集中制御部の実行する平均セル送信電力最適化処理を説明するためのフローチャートである。 図１５は、実施例３の別態様に係る基地局の集中制御部の機能構成を示すブロック図である。 図１６は、実施例３の別態様に係る基地局のスケジューラ部の機能構成を示すブロック図である。 図１７Ａは、ＯＦＤＭＡにおけるサブバンド割当て方法を示す図である。 図１７Ｂは、ＮＯＭＡにおけるサブバンド割当て方法を示す図である。 図１８は、ＯＦＤＭＡとＮＯＭＡとの間における無線端末のキャパシティの違いを示す図である。

以下に、本願の開示する無線通信システム、基地局、無線端末、及び基地局の処理方法の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施例により、本願の開示する無線通信システム、基地局、無線端末、及び基地局の処理方法が限定されるものではない。

以下、本願の開示する一実施例に係る無線通信システムの構成を説明する。図１は、実施例１に係る無線通信システム１の構成を示す図である。図１に示す様に、無線通信システム１は、１つの集中制御局１０と複数のＲＲＨ（Remote Radio Head）２０ａ〜２０ｇと複数の無線端末３０ａ〜３０ｑとを有する。集中制御局１０は、光ファイバＦを介して複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇと接続される。各ＲＲＨ２０ａ〜２０ｇは、それぞれセルＣ１〜Ｃ７を形成し、セルＣ１〜Ｃ７の各々に在圏する無線端末３０ａ〜３０ｑとの間で無線通信を行う。

図２は、実施例１に係る基地局１００の機能構成を示すブロック図である。図２に示す様に、基地局１００は、集中制御局１０とＲＲＨ２０ａ〜２０ｇとを有する。更に、集中制御局１０は、基地局１００の各部を統括的に制御する集中制御部１１と、各セルＣ１〜Ｃ７のベースバンド処理を担うベースバンド部１２１〜１２７とを有する。

ベースバンド部１２１は、セルＣ１の無線処理を担うＲＲＨ２０ａと光ファイバＦにより接続される。ＲＲＨ２０ａは、ダウンリンク信号の送信アンテナＡ１ａ及びダウンリンク無線処理部２０ａ−１と、アップリンク信号の受信アンテナＡ１ｂ及びアップリンク無線処理部２０ａ−２とを有する。なお、図２では、送受信アンテナは１本ずつであるが、複数であってもよい。ＲＲＨ２０ａは、無線端末（例えば、無線端末３０ａ）から送信されたアップリンク信号を受信アンテナＡ１ｂにより受信し、アップリンク無線処理部２０ａ−２によりベースバンド信号に変換する。アップリンクのベースバンド信号は、光ファイバＦにより集中制御局１０に伝達され、アップリンク受信部１２１ｈにより復調、誤り訂正復号等の処理が実行される。また、アップリンク受信部１２１ｈは、アップリンク信号に含まれるＡｃｋ／Ｎａｃｋ及びチャネル品質情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を抽出する。

詳細については後述するが、スケジューラ部１２１ａは、所定時刻においてリソース割当ての対象となる無線端末（ＮＯＭＡの場合は複数の無線端末）、各無線端末の電力、及び各無線端末の変調符号化率（ＭＣＳ）を決定する。また、スケジューラ部１２１ａは、割当て対象の無線端末及び各無線端末の電力を集中制御部１１に通知する。集中制御部１１は、該通知結果に基づき、セルＣ１の送信電力を決定する。

ユーザデータ生成部１２１ｂは、スケジューラ部１２１ａから指示された無線端末ユーザについてのユーザデータを、データ生成部１２１ｂ−１により生成する。誤り訂正符号化部１２１ｂ−２は、スケジューラ部１２１ａから指示された無線端末ユーザ向け符号化率により、ユーザデータの誤り訂正符号化を行う。変調部１２１ｂ−３は、スケジューラ部１２１ａから指示された変調方式により、ユーザデータの変調を行う。ユーザ電力調整部１２１ｂ−４は、ユーザへ送信されるユーザデータに割り当てる電力を、スケジューラ部１２１ａから指示された電力に調整する。

非直交多重部１２１ｃは、スケジューラ部１２１ａから指示された複数の無線端末の電力調整後のデータの多重を行う。図示しないダウンリンク制御信号生成部は、各ユーザ無線端末のＭＣＳ及び電力等の制御信号を生成する。チャネル多重部１２１ｄは、非直交多重が行われたユーザデータ及び制御信号の多重を行う。ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１２１ｅは、多重後のユーザデータ及び制御信号に対し、逆高速フーリエ変換を行い、有効シンボルに変換する。ＣＰ（Cyclic Prefix）付加部１２１ｆは、ＣＰを有効シンボルに付加し、ＯＦＤＭシンボルを生成する。セル送信電力調整部１２１ｇは、ベースバンド部１２１から出力される送信信号の電力を、集中制御部１１から通知された電力となるように制御することにより、各セル（例えば、セルＣ１）の送信電力を制御する。なお、この送信電力の調整処理は、集中制御局１０側に代わり、ＲＲＨ２０ａ側で行われてもよい。

ＲＲＨ２０ａは、ダウンリンク無線処理部２０ａ−１により、ベースバンド部１２１から出力されたディジタルの送信信号をアナログ信号に変換する。そして、ＲＲＨ２０ａは、ダウンリンク無線処理部２０ａ−１により、アナログ信号に変換後の送信信号を、上記ＯＦＤＭシンボルの無線周波数にアップコンバートし、送信アンテナＡ１ａから無線端末（例えば、無線端末３０ａ）に向け送信する。

以上、ベースバンド部１２１及びＲＲＨ２０ａの構成を代表的に説明したが、他のベースバンド部１２２〜１２７及びＲＲＨ２０ｂ〜２０ｇの構成は、ベースバンド部１２１及びＲＲＨ２０ａの構成と同様である。従って、共通する構成要素には、末尾が同一の参照符号を用いると共に、その図示及び詳細な説明は省略する。

図３は、実施例１に係る無線端末３０の機能構成を示すブロック図である。図３に示す様に、ダウンリンク無線処理部３１は、受信アンテナＡ８ａから受信された無線周波数の信号を、ベースバンドの信号にダウンコンバートする。そして、ダウンリンク無線処理部３１は、ダウンコンバートしたアナログの受信信号を、ディジタルの信号に変換する。ＣＰ除去部３２は、受信したＯＦＤＭシンボルからＣＰを除去し、有効シンボルを取得する。ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部３３は、有効シンボルを高速フーリエ変換し、周波数領域の信号に変換する。チャネルデマップ部３４は、周波数領域の信号に変換された後の信号から、制御信号を抽出してＣＳＩ推定部３５及びダウンリンク制御信号復調復号部３６へ出力する。詳細については後述するが、ＣＳＩ推定部３５は、チャネル品質情報（ＣＳＩ）の推定を行う。ダウンリンク制御信号復調復号部３６は、受信された制御信号の復調を行い、該制御信号に含まれる各ユーザのＭＣＳ及び電力の情報を取得する。

ユーザデータ復調部３７は、キャンセル部３７ａと復調部３７ｂと誤り訂正復号部３７ｃとを有する。キャンセル部３７ａは、非直交多重ユーザのキャンセルを行う。自無線端末３０のみが割当て対象である場合、すなわち自端末以外の非直交多重ユーザが存在しない場合、ユーザデータ復調部３７は、キャンセル部３７ａの処理をスキップする。そして、ユーザデータ復調部３７は、復調部３７ｂによる復調処理及び誤り訂正復号部３７ｃによる誤り訂正復号処理を経て、自端末向けのユーザデータを得る。一方、自端末以外の非直交多重ユーザが存在する場合、ユーザデータ復調部３７は、自端末のＭＣＳよりもＭＣＳが低く、かつ、ＭＣＳが最も低い他の非直交多重ユーザの復調処理及び誤り訂正復号処理を実行する。誤り訂正復号処理に成功した場合、ユーザデータ復調部３７は、キャンセル部３７ａにより、該当するユーザデータを受信信号からキャンセルする。

以下、ユーザデータ復調部３７は、ＭＣＳが自端末のＭＣＳより低い非直交多重ユーザに対し、ＭＣＳの低い順に、上述した復調、誤り訂正復号、及びキャンセルの各処理を繰り返し実行する。その結果、自端末のＭＣＳよりもＭＣＳが低い全ての非直交多重ユーザのユーザデータ処理が完了した場合、ユーザデータ復調部３７は、自端末のユーザデータの復調処理及び誤り訂正復号処理を実行する。

Ａｃｋ／Ｎａｃｋ生成部３８は、自端末のユーザデータの誤り訂正復号に成功した場合、Ａｃｋ信号を生成し、失敗した場合、Ｎａｃｋ信号を生成する。アップリンク送信部３９は、アップリンクユーザデータ、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ信号、及びチャネル品質情報（ＣＳＩ）を、誤り訂正符号化及び変調する。アップリンク無線処理部３１０は、符号化及び変調後のディジタルの送信信号等をアナログの信号に変換し、変換後の信号を無線周波数へアップコンバートし、送信アンテナＡ８ｂから基地局１００へ向けて送信する。

ここで、ＣＳＩ推定部３５の処理について詳述する。各セルＣ１〜Ｃ７の送信アンテナ数を１、無線端末３０ａ〜３０ｑの受信アンテナ数をＮ_ｒｘと仮定すると、ｉ番目のセルに接続しているｋ番目のユーザ（無線端末）の受信信号は、下記の数式（１）により表される。なお、ｉ及びｋは自然数である。

但し、ｙ_i,kはＮ_ｒｘ×１の受信信号ベクトルであり、ｈ_i,k,jはｉ番目のセルに接続しているｋ番目のユーザとｊ番目のセルとの間のＮ_ｒｘ×１のチャネルベクトルであり、ｘ_jはｊ番目のセルの送信信号である。また、ｎは、Ｎ_ｒｘ×１の雑音ベクトルを表し、下記の数式（２）を満たす。

また、Ａ^ＨはＡの複素転置行列であり、Ｅ｛Ａ｝はＡの平均であり、Ｉ_NrxはＮ_ｒｘ×Ｎ_ｒｘの単位行列であるとすると、最大比合成による復調後の信号は、下記の数式（３）により表すことができる。

このため、各セルＣ１〜Ｃ７の送信電力を下記数式（４）とおくと、復調後のＳＮＲは、下記の数式（５）により表される。

ここで、ｉ番目のセルに接続されるｋ番目のユーザのＣＳＩは、下記の数式（６）及び数式（７）により表され、基地局１００にフィードバックされる。

なお、ＴＤＤ（Time Division Duplex）システムの様に、ダウンリンクのチャネルがアップリンクのチャネルから推定可能な場合、上記ＣＳＩは、ユーザの無線端末３０等からフィードバックされるのではなく、基地局１００が自ら計算することも可能である。

続いて、図４及び図５を参照しながら、基地局１００のスケジューラ部１２１ａ及び集中制御部１１の構成について、より詳細に説明する。

図４は、実施例１に係る基地局１００のスケジューラ部１２１ａの機能構成を示すブロック図である。図４に示す様に、スケジューラ部１２１ａは、平均スループット計算部１２１ａ−１と、瞬時ＳＮＲ計算部１２１ａ−２と、ＰＦメトリック計算部１２１ａ−３と、割当て決定部１２１ａ−４と、ＭＣＳ決定部１２１ａ−５とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能な様に接続されている。

平均スループット計算部１２１ａ−１は、ユーザ（無線端末３０）毎の平均スループットを計算する。ｉ番目のベースバンド部１２１のスケジューラ部１２１ａの瞬時ＳＮＲ計算部１２１ａ−２は、ｉ番目のセルに接続される各無線端末につき、各セルの初期送信電力を用いて、下記数式（８）により、瞬時ＳＮＲを計算する。

但し、下記数式（９）が成立するものとする。

また、各セルの初期送信電力は、例えば、下記の数式（１０）により表されるものとする。

ＰＦメトリック計算部１２１ａ−３は、下記数式（１１）を用いて、自セルに接続されたユーザの組合せ毎に、ＰＦメトリック及びユーザ間の電力配分を計算する。

ここで、Ｓ_ｉは、ユーザ組合せに含まれるユーザのインデックスｋ’の集合であり、Ｔ_ｉ，ｋ’は、ｉ番目のセルに接続されたｋ’番目のユーザの平均スループットである。また、Ｒ_ｉ，ｋ’（Ｓ_ｉ，ｐ_ｉ，Ｓi）は、ｉ番目のセルに接続されたｋ’番目のユーザのユーザ組合せＳ_ｉ及びユーザ間の電力配分ｐ_ｉ，Ｓｉにおける、瞬時スループットを表す。これにより、Ｒ_ｉ，ｋ’（Ｓ_ｉ，ｐ_ｉ）は、下記数式（１２）により表される。

割当て決定部１２１ａ−４は、ＰＦメトリックが最大となるユーザ組合せ

を、下記数式（１３）により、スケジュール対象として決定する。

ここで、Ａ_ｉは、ｉ番目のセルに接続されたユーザから１〜ｍ_ｍａｘ個のユーザを選択した組合せの全集合を表す。また、上記数式（１３）において、

は、ユーザ組合せ

のＰＦメトリックを最大化するユーザ間の電力配分を表す。

割当て決定部１２１ａ−４は、上記数式（１３）により算出されたスケジュール対象ユーザの組合せ、スケジュール対象ユーザのＣＳＩ情報、瞬時ＳＮＲ、及びユーザ間の電力配分を、集中制御部１１に通知する。

図５は、実施例１に係る基地局１００の集中制御部１１の機能構成を示すブロック図である。図５に示す様に、集中制御部１１は、セル送信電力制御部１１ａと、セル内ユーザ間における電力配分再最適化部１１ｂとを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能な様に接続されている。

セル送信電力制御部１１ａは、まず、下記の数式（１４）により、各セルの送信電力を初期化する。また、セル送信電力制御部１１ａは、繰返しの回数の変数ｔを１に初期化する。

セル送信電力制御部１１ａは、ｔ回目の繰返しにおいて、ｉ番目のセルにおいて決定したスケジュール対象のユーザのＰＦメトリックを、下記数式（１５）により算出する。

そして、セル送信電力制御部１１ａは、算出したＰＦメトリックについて、下記数式（１６）により、全てのセルに対する総和を算出する。

そして、セル送信電力制御部１１ａは、全てのセルに対するＰＦメトリックの総和Ｆを用いて、下記数式（１７）により、各セルの送信電力Ｐ_１，Ｐ_２，…，Ｐ_ＮについてのＦの勾配ベクトルを求める。但し、ａ^Ｔは、ベクトルａの転置ベクトルを表す。

以上より、セル送信電力制御部１１ａは、下記数式（１８）を用いて、上記Ｆの勾配を計算することができる。

ここで、ｌ＝ｉの場合、下記数式（１９）が成立し、ｌ≠ｉの場合、下記数式（２０）が成立する。

次に、セル送信電力制御部１１ａは、下記数式（２１）により、実行可能領域の頂点の内、上記勾配ベクトルとの内積が最大となる頂点を、更新方向として決定する。ここで、Ｐ_{ｉ，ｍｉｎ}とＰ_{ｉ，ｍａｘ}とはそれぞれ、ｉ番目のセル送信電力の最小セル送信電力と最大セル送信電力とを表す。

次に、セル送信電力制御部１１ａは、下記の数式（２２）を用いて、更新方向に進む量を示す更新ステップを決定する。

但し、λは、次式（２３）を満たす最小の整数とする。また、α及びβは、予め決められた設定値である。

次に、セル送信電力制御部１１ａは、下記の数式（２４）により収束判定を行う。εは、予め決められた設定値である。

すなわち、セル送信電力制御部１１ａは、上記数式（２４）を満たした場合、上記繰返し処理を終了し、前述の数式（２２）に示したＰ^（ｔ）を、決定した送信電力の値として、スケジューラ部１２１ａ及びセル送信電力調整部１２１ｇに通知する。上記式（２４）を満たさない場合には、セル送信電力制御部１１ａは、上記変数ｔを１だけインクリメントし、変数ｔが所与の定数τより小さい場合、前述の数式（１７）により勾配ベクトルの計算処理を再度実行する。

電力配分再最適化部１１ｂは、セル送信電力制御部１１ａにより決定されたセル送信電力と上記数式（９）及び数式（１１）とにより、ＰＦメトリックの総和が最大となる様に、セル内のスケジュール対象ユーザ間の電力配分を、再度最適化する。そして、電力配分再最適化部１１ｂは、再度最適化した電力配分及び瞬時スループットを、スケジューラ部１２１ａのＭＣＳ決定部１２１ａ−５に通知する。ＭＣＳ決定部１２１ａ−５は、電力配分再最適化部１１ｂから通知された瞬時スループットに基づいて、各ユーザの無線端末３０のＭＣＳを決定する。

続いて、ハードウェア構成を説明する。

図６は、基地局１００のハードウェア構成を示すブロック図である。図６に示す様に、基地局１００は、プロセッサ１００ａと、記憶装置１００ｂと、無線処理回路１００ｃと、ＬＳＩ（Large Scale Integration）１００ｄと、ＮＩＦ（Network InterFace）回路１００ｅとを有する。無線処理回路１００ｃは、アンテナＡ１、Ａ２を有する。集中制御局１０の集中制御部１１、及びベースバンド部１２１〜１２７の各部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ１００ａにより実現される。また、ＲＲＨ２０ａ〜２０ｇは、例えば、無線処理回路１００ｃにより実現される。なお、記憶装置１００ｂは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory)、フラッシュメモリ等であり、ユーザデータや制御信号の他、各無線端末の電力、変調符号化率（ＭＣＳ）等の各種値を保持する。

図７は、無線端末３０ａのハードウェア構成を示すブロック図である。図７に示す様に、無線端末３０ａは、プロセッサ３０ａ−１と、記憶装置３０ａ−２と、無線処理回路３０ａ−３と、ＬＳＩ３０ａ−４とを有する。無線処理回路３０ａ−３は、アンテナＡ３、Ａ４を有する。ＣＰ除去部３２、ＦＦＴ部３３、チャネルデマップ部３４、ＣＳＩ推定部３５、ダウンリンク制御信号復調復号部３６、ユーザデータ復調部３７、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ生成部３８の各部は、例えば、ＣＰＵやＤＳＰ等のプロセッサ３０ａ−１により実現される。また、ダウンリンク無線処理部３１、アップリンク送信部３９、アップリンク無線処理部３１０の各部は、例えば、無線処理回路３０ａ−３により実現される。なお、記憶装置３０ａ−２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等であり、ユーザデータや制御信号の他、各無線端末の電力、ＭＣＳ、ＣＳＩ等の各種値を保持する。

以上、無線端末３０ａの構成を代表的に説明したが、図１に示した他の無線端末３０ｂ〜３０ｑの構成は、無線端末３０ａの構成と同様である。従って、共通する構成要素には、末尾が同一の参照符号を用いると共に、その図示及び詳細な説明は省略する。

次に、実施例１に係る無線通信システム１の動作を説明する。

図８は、実施例１に係る基地局１００の集中制御部１１の実行するユーザ間電力配分再最適化処理を説明するためのフローチャートである。まず、集中制御部１１のセル送信電力制御部１１ａは、上記数式（１４）により、各セルの送信電力を初期化する（Ｓ１）。次に、セル送信電力制御部１１ａは、繰返しの回数をカウントするための変数ｔに、初期値である“１”を設定し、１回目のループＬ１を実行する（Ｓ２）。

次に、セル送信電力制御部１１ａは、上記数式（１７）〜（２０）により、Ｆの勾配ベクトルを計算する（Ｓ３）。次に、セル送信電力制御部１１ａは、上記数式（２１）により、実行可能領域の頂点の内、勾配ベクトルとの内積が最大となる頂点を、更新方向として決定する（Ｓ４）。次に、セル送信電力制御部１１ａは、上記数式（２２）により、ステップＳ４において決定された更新方向に進む量を示す更新ステップを決定する（Ｓ５）。

次に、セル送信電力制御部１１ａは、上記数式（２４）により、無線通信システム１を構成する各セルＣ１〜Ｃ７に対する送信電力制御が収束したか否かを判定する（Ｓ６）。該判定の結果、送信電力制御が収束した場合（Ｓ６；Ｙｅｓ）、集中制御部１１は、ループＬ１を抜ける。そして、電力配分再最適化部１１ｂは、セル送信電力制御部１１ａが決定したセル送信電力Ｐと上記数式（９）及び数式（１１）とにより、ＰＦメトリックの総和が最大となる様に、複数の無線端末３０ａ〜３０ｑ間での電力配分を各セルＣ１〜Ｃ７毎に決定する。これにより、セルＣ１〜Ｃ７の各々におけるユーザ間電力配分が再最適化される（Ｓ７）。

上記ステップＳ６において、送信電力制御が収束していない場合（Ｓ６；Ｎｏ）、集中制御部１１のセル送信電力制御部１１ａは、再びステップＳ２に示した処理を実行し、現在の変数ｔの値を１だけインクリメントする。そして、変数ｔの値が予め定められた定数τ以下であれば、セル送信電力制御部１１ａは、上述したステップＳ３〜Ｓ６の一連の処理（ループＬ１）を再び実行する。一方、変数ｔの値がτよりも大きくなった場合、セル送信電力制御部１１ａは、ステップＳ３〜Ｓ６の一連の処理（ループＬ１）を抜け、ステップＳ７に示した処理を実行する。

以上説明した様に、本実施例の無線通信システム１は、基地局１００と、基地局１００との間で無線通信可能な複数の無線端末３０とを有する。基地局１００は、複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇとセル送信電力制御部１１ａとを有する。複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇは、複数のセルＣ１〜Ｃ７を形成する。セル送信電力制御部１１ａは、複数のセルＣ１〜Ｃ７の各々における無線端末３０の通信機会（例えば、受信機会）の公平性の程度を示す指標（例えば、数式（１５）に示したＰＦメトリック）を合計した値が最大となる様に、各セルＣ１〜Ｃ７毎の送信電力を決定する。複数の無線端末３０の各々は、ダウンリンク無線処理部３１を有する。ダウンリンク無線処理部３１は、各無線端末３０が在圏するセル（例えば、セルＣ１）において、セル送信電力制御部１１ａにより決定された、セル（例えば、セルＣ１）の送信電力により、複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇの各々から信号を受信する。

換言すれば、無線通信システム１の基地局１００は、セル毎のスケジュール対象ユーザのＰＦメトリックを複数セルについて合計したＰＦメトリックの総和（各セルＣ１〜Ｃ７のＰＦメトリックの合計値）を最大化する様に、セル毎の送信電力を制御する。これにより、ＮＯＭＡに適したセル間電力制御が可能となり、複数のセルにおいて、無線端末の通信機会の公平性が向上する。その結果、複数のセルで構成されたサービスエリア内における通信サービスの均一性が向上する。

また、無線通信システム１において、基地局１００は、セル送信電力制御部１１ａが決定した各セルＣ１〜Ｃ７毎の送信電力の、各セルＣ１〜Ｃ７内に在圏する複数のＮＯＭＡ多重無線端末３０間での配分を決定する電力配分再最適化部１１ｂを更に有してもよい。これにより、複数のセル間での電力配分のみならず、同一セル内における複数のユーザ（無線端末３０）間での電力配分をも考慮に入れた、より高精度な送信電力制御が可能となる。

（変形例１）
次に、変形例１を説明する。上記実施例１では、セル送信電力制御部１１ａがセル毎の送信電力制御を完了した後に、電力配分再最適化部１１ｂが各セル内でのユーザに対する送信電力配分を最適化するものとした。しかし、開示の技術はこれに限られない。例えば、基地局１００の集中制御部１１は、セル毎の送信電力の算出と、各セル内でのユーザに対する送信電力配分とを、交互に実行してもよい。基地局１００の集中制御部１１は、例えば、上記変数ｔの値を二段階（ｔ_１、ｔ_２）に設定することで、セル毎の送信電力の算出と、各セル内でのユーザに対する送信電力配分とを、ｔ_２の値毎に交互に実行してもよい。

次に、このような変形例１における集中制御部１１の動作を、上記実施例１との相違点を中心として説明する。図９は、変形例１に係る基地局１００の集中制御部１１の実行するユーザ間電力配分再最適化処理を説明するためのフローチャートである。図９は、実施例１に係る動作の説明において参照した図８と、同様の処理を複数含むことから、共通するステップには、末尾が同一の参照符号を付すと共に、その詳細な説明は省略する。具体的には、図９に示すステップＳ１１〜Ｓ１７の各処理は、図８に示したステップＳ１〜Ｓ７の各処理にそれぞれ対応する。

図９に示す様に、集中制御部１１は、２つのループＬ２、Ｌ３に対し、二段階のｔ（ｔ_１、ｔ_２）を用いる。これにより、集中制御部１１は、セル送信電力制御部１１ａによるセル送信電力制御処理と、電力配分再最適化部１１ｂによるセル内ユーザ間電力配分再最適化処理とを交互に実行する。すなわち、集中制御部１１は、Ｓ１２ｂで開始したループＬ３（Ｓ１３〜Ｓ１６）が完了すると、セルＣ１〜Ｃ７の各々におけるユーザ間電力配分を再最適化する処理を実行する（Ｓ１７）。ステップＳ１６において、送信電力制御が収束している場合（Ｓ１６；Ｙｅｓ）、集中制御部１１は、変数conv_flgに１を設定する（Ｓ１８）。そして、集中制御部１１は、変数conv_flgが１であるか否かを判定する（Ｓ１９）。変数conv_flgが１である場合（Ｓ１９；Ｙｅｓ）、集中制御部１１は処理を終了する。一方、変数conv_flgが１ではない場合（Ｓ１９；Ｎｏ）、集中制御部１１はステップＳ１２ａの処理に戻る。

上述した様に、変形例１に係る無線通信システム１の基地局１００は、各セルＣ１〜Ｃ７毎の送信電力決定処理（図８のＳ３〜Ｓ６）と、複数のセル内ＮＯＭＡ多重無線端末３０間での配分決定処理（図８のＳ７）とを交互に実行する。変形例１に係る無線通信システム１によれば、無線端末の数や位置の経時的な変動に応じた、柔軟かつ正確な送信電力制御及び電力配分再最適化が可能となる。その結果、無線通信システム１の通信環境に対する適応性が向上する。

（変形例２）
次に、変形例２を説明する。上記実施例１では、無線端末３０のＣＳＩ推定部３５は、上記数式（７）に示した様に、干渉セルからの干渉量として瞬時チャネルを考慮したＣＳＩの値を基地局１００にフィードバックする。これに対し、変形例２における無線端末３０のＣＳＩ推定部３５は、上記ＣＳＩの値そのものではなく、平均的な干渉量により近似された値を基地局１００にフィードバックする。

ＣＳＩ推定部３５は、上記近似値の算出において、例えば、下記の数式（２５）を用いることができる。

ここで、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）_{ｉ，ｋ，ｊ}は、ｉ番目のセルに接続されるｋ番目のユーザ（無線端末）のｊ番目のセルからの平均受信電力である。

ＣＳＩ推定部３５は、上記数式（６）に示したα_{ｉ，ｋ，ｉ}と、次式（２６）に示すα_{ｉ，ｋ，ｊ}とを、基地局１００にフィードバックする。但し、α_{ｉ，ｋ，ｊ}のフィードバック周期は、α_{ｉ，ｋ，ｉ}のフィードバック周期よりも長く、例えば、上位レイヤでは数１００ｍｓ周期となる。

上述した様に、変形例２に係る無線端末３０のＣＳＩ推定部３５は、ダウンリンクの信号の受信後に、各無線端末３０の在圏するセル以外のセルからの平均的な干渉量により近似されたチャネル品質情報を、基地局１００にフィードバックする。ダウンリンクの信号は、例えば、データ信号やパイロット信号である。チャネル品質情報は、例えば、ＣＳＩ値である。変形例２に係る無線通信システム１によれば、無線端末３０から基地局１００にフィードバックされるＣＳＩ値として、近似値が用いられる。これにより、各無線端末３０からフィードバックされるデータ量が削減され、無線リソースの効率的な使用が可能となる。また、基地局１００における処理量も減少し、基地局１００の処理負荷が軽減される。

次に、実施例２について説明する。実施例２に係る無線通信システム１は、ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）への適用が可能である。図１０は、実施例２に係る基地局１００の機能構成を示すブロック図である。図１０に示す様に、実施例２に係る基地局１００は、Precoding部１２１ｉを新たに有する点を除き、図２に示した実施例１に係る基地局１００と略同様の構成を有する。従って、実施例２では、実施例１と共通する構成要素には、同一の参照符号を用いると共に、その詳細な説明は省略する。以下においては、実施例１との相違点を中心として説明する。基地局１００のPrecoding部１２１ｉは、非直交多重後の信号にprecoding行列を乗算してビームを形成し、ビーム毎に非直交多重を行う。

図１１は、実施例２に係る無線端末３０の機能構成を示すブロック図である。図１１に示す様に、実施例２に係る無線端末３０は、空間フィルタ部３１１を新たに有する点を除き、図３に示した実施例１に係る無線端末３０と略同様の構成を有する。従って、実施例２では、実施例１と共通する構成要素には、同一の参照符号を用いると共に、その詳細な説明は省略する。以下においては、実施例１との相違点を中心として説明する。

ダウンリンク制御信号復調復号部３６は、受信された制御信号の復調及び復号を行い、該制御信号に含まれる実際に適用されたprecoding行列と、ビーム内の各無線端末３０のＭＣＳ及び電力のビーム毎の情報とを取得する。なお、上記precoding行列は、固有パイロットを用いる場合には、基地局１００が制御信号として無線端末３０に通知することは不要である。また、上記取得する情報は、自無線端末３０が含まれるビーム内の情報のみであってもよい。

空間フィルタ部３１１は、例えば、最小二乗誤差法（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）を用いて、ビームを分離する。ユーザデータ復調部３７は、自無線端末３０宛のデータ信号が含まれているビームにおいて、ビーム内に自無線端末３０のＭＣＳよりも低いＭＣＳの無線端末が非直交多重されている場合、誤り訂正を行う。具体的には、ユーザデータ復調部３７は、ＭＣＳの最も低い非直交多重無線端末からＭＣＳの低い順に、誤り訂正復号部３７ｃによる誤り訂正処理を実行し、キャンセル部３７ａによる受信信号からの非直交多重ユーザデータのキャンセル処理を実行する。そして、ユーザデータ復調部３７は、最後に、自無線端末３０宛のデータ信号に対する誤り訂正処理を実行する。アップリンク送信部３９は、アップリンクユーザデータ、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ信号、希望precoding行列情報、及び希望のprecodingが適用された場合のビーム毎のＣＳＩに対し、誤り訂正符号化処理及び変調処理を実行する。

次に、ＣＳＩ推定部３５の処理について説明する。各セルＣ１〜Ｃ７の送信アンテナ数をＮ_ｔｘとすると、ｉ番目のセルに接続しているｋ番目のユーザ（無線端末）の受信信号は、下記数式（２７）により表すことができる。

但し、ｙ_ｉ，ｋは、Ｎ_ｒｘ×１の受信信号ベクトルを示す。また、Ｈ_{ｉ，ｋ，ｉ}は、ｉ番目のセルに接続しているｋ番目のユーザとｉ番目のセルとの間におけるＮ_ｒｘ×Ｎ_ｔｘのチャネル行列を示す。また、ｖ_ｉ，ｂは、ｉ番目のセルのｂ番目のビームに対するＮ_ｔｘ×１のプリコーディングベクトルを示す。また、Ｂは、ビームの総数を示す。また、ｘ_ｉ，ｂは、ｉ番目のセルのｂ番目のビームにおける送信信号を示す。また、ｎは、Ｎ_ｒｘ×１の干渉雑音ベクトルを示す。

ここで、ｂ’番目のビームに対する１×Ｎ_ｒｘの空間フィルタ重みベクトルを

とすると、復調後の信号は、次式（２８）のように表すことができる。

従って、復調後のＳＮＲは、次式（２９）により表すことができる。

但し、Ｐ_ｉ，ｂは、ｉ番目のセルのｂ番目のビームの電力を表し、次式（３０）を満たす。

ここで、無線端末３０は、各ビームあるいは希望するビームについて、下記数式（３１）及び数式（３２）により算定される値を、ＣＳＩ情報として基地局１００にフィードバックする。

また、無線端末３０は、比較的長い周期（例えば、上位レイヤにおいて数１００ｍｓ程度の周期）で、各セルＣ１〜Ｃ７に対する平均受信電力ＲＳＲＰの値を、基地局１００にフィードバックしてもよい。

基地局１００のＰＦメトリック計算部１２１ａ−３は、下記数式（３３）により、自セルＣ１〜Ｃ７の各ビームについて、自セルＣ１〜Ｃ７に接続された無線端末３０の組合せ毎に、ＰＦメトリック及びユーザ間の電力配分を計算する。

但し、

は、ｉ番目のセルに接続されたｋ’番目の無線端末のｂ番目のビーム、ユーザ組合せＳ_ｉ、及び無線端末３０間の電力配分

における瞬時スループットであり、次式（３４）により表される。

基地局１００の割当て決定部１２１ａ−４は、下記数式（３５）により、自セルＣ１〜Ｃ７の各ビームについて、ＰＦメトリックが最大となるユーザの組合せを、スケジュール対象として決定する。

このとき、各セルＣ１〜Ｃ７のＰＦメトリックのビームについての和は、次式（３６）に示す値となる。

このため、全てのセルＣ１〜Ｃ７のＰＦメトリックの総和は、次式（３７）に示す値となる。

上述した様に、実施例２に係る無線通信システム１の基地局１００の複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇは、複数の無線端末３０との間で、ＭＩＭＯにより信号の送受信を行う。このとき、基地局１００の集中制御部１１は、実施例１と同様に、上記数式（３７）の値が最大値を採る様に、各セルＣ１〜Ｃ７の送信電力を制御する。これにより、実施例２に係る無線通信システム１は、ＮＯＭＡに適したセル間電力制御の技術を、ＭＩＭＯ機能を有する無線端末及び基地局に適用することが可能となる。

次に、実施例３について説明する。上述した実施例１、２では、瞬時スケジューリング毎にセル送信電力を制御するダイナミックなセル送信電力制御について説明したが、実施例３に係る無線通信システム１は、制御周期が長いセミスタティックなセル送信電力制御を行う。実施例３では、実施例１と共通する構成についての図示及び詳細な説明は省略し、実施例１との相違点を中心として説明する。

説明の前提として、実施例３では、最大２ユーザの非直交多重を仮定し、ｉ番目のセルに接続されたｋ番目のユーザ（無線端末）の予測平均スループットを、下記数式（３８）に示すＴ_ｉ，ｋとする。

ここで、Ｋ_ｉは、ｉ番目のセルに接続された無線端末３０の総数である。また、ρ_ｉ，ｋは、ｋ番目の無線端末３０が非直交多重せずにリソースを割り当てられるリソース割当て率である。また、ρ_{ｉ，ｋ，ｌ}は、ｋ番目の無線端末３０とｌ番目の無線端末３０とが非直交多重してリソースを割り当てられるリソース割当て率である。但し、これらの値Ｋ_ｉ、ρ_ｉ，ｋ、ρ_{ｉ，ｋ，ｌ}は、下記数式（３９）に示すリソース制約条件を満たす。

また、Ｒ_ｉ，ｋは、ｋ番目の無線端末が非直交多重せずに全リソースを割り当てられた場合の予測平均スループットであり、下記数式（４０）により表される。

ここで、Γ_ｉ，ｋは、ｉ番目のセルに接続されたｋ番目の平均ＳＮＲであり、下記数式（４１）により表される。なお、ＲＳＲＰ_{ｉ，ｋ，ｊ}は、ｉ番目のセルに接続されたｋ番目の無線端末におけるｊ番目のセルからの平均受信電力である。

また、Ｒ_{ｉ，ｋ，ｌ}は、ｋ番目の無線端末とｌ番目の無線端末とに非直交多重を行って全リソースを割り当てられた場合におけるｋ番目の無線端末の予測平均スループットであり、ｋとｌとの大小関係に応じて、下記数式（４２）により表される。但し、下記数式（４３）を満たすものとする。

ｉ番目のセルに接続される無線端末３０のＰＦユーティリティｕ_ｉは、下記数式（４４）の様に表される。

また、全セルのＰＦユーティリティＵは、下記数式（４５）の様に表される。

実施例３に係る無線通信システム１は、上述した各数式（３８）〜（４５）を用いて、以下に説明する様なユーザ間の電力配分最適化処理と、リソース割当て率最適化処理と、セル送信電力最適化処理とを繰り返し実行する。

図１２は、実施例３に係る基地局１００の集中制御部１１の機能構成を示すブロック図である。図１２に示す様に、集中制御部１１は、初期化部１１ｃと、スループット計算部１１ｄと、電力配分最適化部１１ｅと、リソース割当て率最適化部１１ｆと、セル送信電力最適化部１１ｇとを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能な様に接続されている。

初期化部１１ｃは、下記数式（４６）〜（５０）を用いて、電力値、リソース割当て率、及び繰返し変数を初期化する。具体的には、初期化部１１ｃは、下記数式（４６）に示す電力値を、例えば下記数式（４７）の様に初期化する。

また、初期化部１１ｃは、リソース割当て率を、例えば下記数式（４８）および下記数式（４９）の様に初期化する。更に、全体の繰返し変数ｔ_１を０に初期化する。

スループット計算部１１ｄは、上述した平均ＳＮＲと予測平均スループットとを計算する。具体的には、スループット計算部１１ｄは、繰返し変数ｔ_１において、アップリンク受信部１２１ｈから通知された平均受信電力ＲＳＲＰ_{ｉ，ｋ，ｊ}と、電力値

と、リソース割り当て率

および

とから、上記数式（３８）、（４０）、および（４１）を用いて、Ｔ_ｉ，ｋ、Ｒ_ｉ，ｋ、Γ_ｉ，ｋを算出する。

電力配分最適化部１１ｅは、ユーザ間非直交多重の電力配分を最適化する。最適な電力配分は、下記数式（５０）の条件から、下記数式（５１）により与えられる。但し、ｋ＜ｌである。

リソース割当て率最適化部１１ｆは、セル毎にリソース割当て率の最適化を行う。リソース割当て率最適化部１１ｆは、Ｐ_ｉ及びｐ_{ｉ，ｋ，ｌ}を定数とみなして、例えば、条件付き勾配法等により最適化を行う。具体的には、リソース割当て率最適化部１１ｆは、変数ベクトルを下記数式（５２）に示すρ_ｉと定義する。そして、リソース割当て率最適化部１１ｆは、繰返し変数ｔ_２を０に初期化する。

リソース割当て率最適化部１１ｆは、リソース割り当て率の初期値を下記数式（５３）に示す値として、下記数式（５４）により勾配ベクトルを計算する。但し、下記数式（５５）を満たすものとする。

次に、リソース割当て率最適化部１１ｆは、下記数式（５６）により、実行可能領域の頂点の内、上記勾配ベクトルとの内積が最大となる頂点を、更新方向に決定する。

次に、リソース割当て率最適化部１１ｆは、下記の数式（５７）を用いて、更新方向に進む量を示す更新ステップを決定する。

ここで、λは、次式（５８）を満たす最小の整数である。また、α及びβは、予め決められた設定値である。

次に、リソース割当て率最適化部１１ｆは、下記の数式（５９）により収束判定を行う。すなわち、リソース割当て率最適化部１１ｆは、次式（５９）を満たした場合、リソース割当て率最適化の繰返しを終了し、上記数式（５７）において算出した値をリソース割当て率として決定する。そして、リソース割当て率最適化部１１ｆは、決定したリソース割当て率をセル送信電力最適化部１１ｇに通知する。次式（５９）を満たさない場合には、リソース割当て率最適化部１１ｆは、上記変数ｔ_２を１だけインクリメントし、変数ｔ_２がτ_２より小さい場合、上述した勾配ベクトルの計算処理に戻る。なお、εは、予め決められた設定値である。

セル送信電力最適化部１１ｇは、電力配分最適化部１１ｅにより決定されたユーザ間電力配分と、リソース割当て率最適化部１１ｆにより決定されたリソース割当て率とを定数とみなして、平均セル送信電力の最適化を行う。

まず、セル送信電力最適化部１１ｇは、変数ｔ_３を０に初期化し、次式（６０）に示すように、変数ｔ_３＝０における電力を初期化する。

次に、セル送信電力最適化部１１ｇは、下記数式（６１）により、勾配ベクトルを計算する。但し、下記数式（６２）を満たすものとする。

次に、セル送信電力最適化部１１ｇは、下記数式（６３）により、実行可能領域の頂点の内、上記勾配ベクトルとの内積が最大となる頂点を、更新方向として決定する。ここで、Ｐ_{ｉ，ｍｉｎ}とＰ_{ｉ，ｍａｘ}とはそれぞれ、ｉ番目のセル送信電力の最小セル送信電力と最大セル送信電力とを表す。

次に、セル送信電力最適化部１１ｇは、下記の数式（６４）を用いて、更新方向に進む量を示す更新ステップを決定する。

但し、λは、次式（６５）を満たす最小の整数とする。また、α及びβは、予め決められた設定値である。

次に、セル送信電力最適化部１１ｇは、下記の数式（６６）により収束判定を行う。すなわち、セル送信電力最適化部１１ｇは、次式（６６）を満たした場合、上記繰返しを終了し、上記数式（６４）に示したＰ^（ｔ３）を、全体の繰返し変数ｔ_１における送信電力として、後段のセル送信電力調整部１２１ｇに通知する。一方、次式（６６）を満たさない場合、セル送信電力最適化部１１ｇは、上記変数ｔ_３を１だけインクリメントし、変数ｔ_３がτ_３より小さい場合、上述した勾配ベクトルの計算処理に戻る。なお、εは、予め決められた設定値である。

その後、全体の繰返し変数ｔ_１がτ_１より小さい場合には、集中制御部１１は、ユーザ間の電力配分最適化処理に戻り、以降の処理を繰り返し実行するが、変数ｔ_１がτ_１よりも大きくなった時点で一連の処理を終了する。

続いて、基地局１００のスケジューラ部１２１ａの構成を説明する。図１３は、実施例３に係る基地局１００のスケジューラ部１２１ａの機能構成を示すブロック図である。図１３に示すスケジューラ部１２１ａは、図４に示した実施例１に係るスケジューラ部１２１ａと略同様の構成を有するが、瞬時ＳＮＲ計算部１２１ａ−２を有さない点において実施例１に係るスケジューラ部１２１ａと相違する。実施例３では、無線端末３０が、ＣＳＩとしてＳＮＲを自らフィードバックするため、実施例３に係る基地局１００のスケジューラ部１２１ａは、瞬時ＳＮＲ計算部１２１ａ−２を有していなくてもよい。実施例３におけるＭＣＳ決定部１２１ａ−５は、割当て決定部１２１ａ−４にて決定されたリソース割当て対象の無線端末３０のＭＣＳを、ＰＦメトリック計算部１２１ａ−３にて計算された瞬時スループットを基に決定する。

無線端末３０の構成は、実施例１に係る無線端末３０の構成と同様であるので、その図示及び詳細な説明は省略する。各セルＣ１〜Ｃ７では、既に決定された送信電力により信号がされている。このため、無線端末３０は、上述したスケジューラ部１２１ａの構成に対応して、ＣＳＩ推定部３５により、上記数式（５）に示したＳＮＲを、ＣＳＩとして基地局１００にフィードバックする。

次に動作を説明する。図１４は、実施例３に係る基地局１００の集中制御部１１の実行する平均セル送信電力最適化処理を説明するためのフローチャートである。まず、集中制御部１１の初期化部１１ｃは、上述した数式（４６）〜（４９）を用いて、電力値およびリソース割当て率を初期化する（Ｓ２１）。次に、電力配分最適化部１１ｅは、繰返しの回数をカウントするための繰返し変数ｔ_１に、初期値である“１”を設定し、１回目のループＬ４を実行する（Ｓ２２）。

次に、電力配分最適化部１１ｅは、上述した数式（５０）および（５１）を用いて、ユーザ間非直交多重の電力配分を最適化する（Ｓ２３）。次に、リソース割当て率最適化部１１ｆは、繰返し変数ｔ_２を０に初期化し、上述した数式（５２）〜（５９）を用いて、リソース割当て率をセル毎に最適化する（Ｓ２４）。次に、セル送信電力最適化部１１ｇは、電力配分最適化部１１ｅが決定したユーザ間電力配分と、リソース割当て率最適化部１１ｆが決定したリソース割当て率と、上述した数式（６０）〜（６６）とを用いて、平均セル送信電力を最適化する（Ｓ２５）。

上記Ｓ２３〜Ｓ２５の一連の処理（ループＬ４）は、上述の送信電力制御が収束するまで繰り返し実行され、収束した時点で終了する。最適化された平均セル送信電力は、セル送信電力最適化部１１ｇからセル送信電力調整部１２１ｇに通知される。

上述した様に、実施例３に係る基地局１００のセル送信電力制御部１１ａは、複数の無線端末３０が非直交多重（ＮＯＭＡ）を行う場合に各無線端末３０に割り当てられるリソースの第１リソース割当て率を、各セルＣ１〜Ｃ７について算出する。また、セル送信電力制御部１１ａは、複数の無線端末３０が非直交多重（ＮＯＭＡ）を行わない場合に各無線端末３０に割り当てられるリソースの第２リソース割当て率を各セルＣ１〜Ｃ７について算出する。セル送信電力制御部１１ａは、これら第１及び第２のリソース割当て率に基づき、各セルＣ１〜Ｃ７の送信電力を決定及び制御する。実施例３に係る無線通信システム１によれば、制御周期が長いセミスタティックなセル送信電力制御が可能となる。これにより、基地局１００は、送信電力制御に伴う処理負荷を軽減することができる。

なお、最適化された送信電力は、必ずしも基地局１００から送信される全ての信号に適用されなくてもよい。すなわち、基地局１００のセル送信電力調整部１２１ｇは、上記Ｓ２５にて決定された送信電力をデータ信号のみに適用し、無線端末３０がＣＳＩ推定に用いるパイロット信号については、セル間で等しい送信電力により送信するものとしてもよい。かかる態様では、無線端末３０は、実施例１と同様のＣＳＩを、基地局１００にフィードバックする。

また、かかる態様では、基地局１００の集中制御部１１及びスケジューラ部１２１ａの構成は、以下の様になる。図１５は、実施例３の別態様に係る基地局１００の集中制御部１１の機能構成を示すブロック図である。図１５に示す様に、セル送信電力最適化部１１ｇにより決定された送信電力は、集中制御部１１からスケジューラ部１２１ａに通知される。図１６は、実施例３の別態様に係る基地局１００のスケジューラ部１２１ａの機能構成を示すブロック図である。図１６に示す様に、スケジューラ部１２１ａは、集中制御部１１から、決定後の送信電力の通知を受けると、該送信電力を用いて、瞬時ＳＮＲ計算部１２１ａ−２により、瞬時ＳＮＲを計算する。

上述した様に、基地局１００は、基地局１００から無線端末３０に送信される信号の種別に応じて、各セルＣ１〜Ｃ７毎に送信電力を個別制御するか否かを決定する。例えば、基地局１００は、データ信号の送信時には、各セルＣ１〜Ｃ７毎に送信電力を個別に制御するが、パイロット信号の送信時には、送信電力をセルＣ１〜Ｃ７間で一律に設定する。これにより、全ての信号の送信時に送信電力の個別制御を行う場合と比較して、電力制御に伴う基地局１００の処理量が減少し処理負荷が軽減される。その結果、送信電力制御の効率的な運用が可能となる。

なお、上記各実施例及び変形例に係る無線通信システム１では、１つの基地局１００が有する複数のＲＲＨ２０ａ〜２０ｇの各々が、セルを形成する。しかしながら、無線通信システム１は、かかる構成に限らず、複数の基地局の各々が、セルを１つずつ形成してもよい。この場合、複数の基地局のいずれかが、上記各実施例及び変形例に示した集中制御局１０の機能を有するマスターとして機能し、スレーブとして機能する他の基地局を制御するようにしてもよい。また、無線端末は、携帯電話に限らず、タブレット端末やスマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等、無線通信を行う様々な通信機器に対して、無線通信システム１の送信電力制御技術を適用可能である。

更に、上記各実施例及び変形例では、無線端末３０が基地局１００に報告するチャネル品質情報として、ＣＳＩを例示したが、無線端末３０が基地局１００に報告するチャネル品質情報は、例えばＣＱＩ（Channel Quality Indicator）等であってもよい。また、ＳＮＲやＲＳＲＰに関しても、ＳＮＲやＲＳＲＰに代えて、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）等が用いられてもよい。また、ＳＮＲやＲＳＲＰに代えて、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）、ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）等が用いられてもよい。

また、上記実施例及び変形例において、無線通信システム１の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的態様は、図示のものに限らず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することもできる。例えば、図５に示したセル送信電力制御部１１ａと電力配分再最適化部１１ｂとを、１つの構成要素として統合してもよい。また、これとは反対に、セル送信電力制御部１１ａに関し、例えば、セル毎の送信電力を決定する部分と、実際に送信電力の制御を行う部分とに分散してもよい。また、記憶装置１００ｂを、基地局１００の外部装置として、ネットワークやケーブル経由で接続する様にしてもよい。

更に、上記説明では、個々の実施例及び変形例毎に個別の構成、及び動作を説明した。しかしながら、各実施例及び変形例に係る無線通信システム１は、他の実施例や変形例に特有の構成要素を併せて有してもよい。また、実施例、変形例毎の組合せについても、２つに限らず、３つ以上の組合せ等、任意の形態を採ることが可能である。例えば、変形例１に係る交互実行機能や変形例２に係る近似化機能を、実施例１に限らず、実施例２、３に適用してもよい。あるいは、信号種別に応じた電力個別制御の適用の有無を、実施例３に限らず、実施例１、２に適用してもよい。更に、１つの無線通信システム１が、相互に両立可能な範囲内で、上記実施例１〜３及び変形例１、２において説明した全ての構成要素を併有してもよい。

１ 無線通信システム
１０ 集中制御局
１１ 集中制御部
１１ａ セル送信電力制御部
１１ｂ 電力配分再最適化部
１１ｃ 初期化部
１１ｄ スループット計算部
１１ｅ 電力配分最適化部
１１ｆ リソース割当て率最適化部
１１ｇ セル送信電力最適化部
２０ａ〜２０ｇ ＲＲＨ
２０ａ−１〜２０ｇ−１ ダウンリンク無線処理部
２０ａ−２〜２０ｇ−２ アップリンク無線処理部
３０、３０ａ〜３０ｑ 無線端末
３０ａ−１〜３０ｇ−１ プロセッサ
３０ａ−２〜３０ｇ−２ 記憶装置
３０ａ−３〜３０ｇ−３ 無線処理回路
３０ａ−４〜３０ｇ−４ ＬＳＩ
３１、３１ａ、３１ｂ ダウンリンク無線処理部
３２、３２ａ、３２ｂ ＣＰ除去部
３３、３３ａ、３３ｂ ＦＦＴ部
３４、３４ａ、３４ｂ チャネルデマップ部
３５ ＣＳＩ推定部
３６ ダウンリンク制御信号復調復号部
３７ ユーザデータ復調部
３７ａ キャンセル部
３７ｂ 復調部
３７ｃ 誤り訂正復号部
３８ Ａｃｋ／Ｎａｃｋ生成部
３９ アップリンク送信部
１００ 基地局
１００ａ プロセッサ
１００ｂ 記憶装置
１００ｃ 無線処理回路
１００ｄ ＬＳＩ
１００ｅ ＮＩＦ回路
１２１〜１２７ ベースバンド部
１２１ａ〜１２７ａ スケジューラ部
１２１ａ−１〜１２７ａ−１ 平均スループット計算部
１２１ａ−２〜１２７ａ−２ 瞬時ＳＮＲ計算部
１２１ａ−３〜１２７ａ−３ ＰＦメトリック計算部
１２１ａ−４〜１２７ａ−４ 割当て決定部
１２１ａ−５〜１２７ａ−５ ＭＣＳ決定部
１２１ｂ〜１２７ｂ ユーザデータ生成部
１２１ｂ−１〜１２７ｂ−１ データ生成部
１２１ｂ−２〜１２７ｂ−２ 誤り訂正符号化部
１２１ｂ−３〜１２７ｂ−３ 変調部
１２１ｂ−４〜１２７ｂ−４ ユーザ電力調整部
１２１ｃ〜１２７ｃ 非直交多重部
１２１ｄ〜１２７ｄ チャネル多重部
１２１ｅ〜１２７ｅ ＩＦＦＴ部
１２１ｆ〜１２７ｆ ＣＰ付加部
１２１ｇ〜１２７ｇ セル送信電力調整部
１２１ｈ〜１２７ｈ アップリンク受信部
１２１ｉ Precoding部
３１０ アップリンク無線処理部
３１１ 空間フィルタ部
Ａ１〜Ａ４ アンテナ
Ａ１ａ〜Ａ７ａ 送信アンテナ
Ａ１ｂ〜Ａ７ｂ 受信アンテナ
Ａ８ａ、Ａ８ａ−１、Ａ８ａ−２ 受信アンテナ
Ａ８ｂ 送信アンテナ
Ｃ１〜Ｃ７ セル
Ｆ 光ファイバ

Claims (9)

1. 基地局と、該基地局との間で無線通信可能な複数の無線端末とを有する無線通信システムであって、
   前記基地局は、
   複数のセルを形成する複数の無線装置と、
   前記複数のセルの各々における無線端末の通信機会の公平性の程度を示す指標の値を、前記複数のセルについて合計した値が最大となる様に、前記各セルの送信電力を決定する電力決定部と
   を有し、
   前記複数の無線端末は、
   各無線端末が在圏するセルにおいて、前記電力決定部により決定された、前記セルの送信電力により、前記複数の無線装置の各々から信号を受信する通信部
   を有することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記基地局は、
   各セル内に在圏し、非直交多重通信において互いに非直交多重化される複数の無線端末について、前記電力決定部により決定された前記各セルの送信電力の、前記複数の無線端末間での配分を決定する配分決定部を更に有することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記基地局は、
   前記電力決定部による前記各セルの送信電力の決定と、前記配分決定部による前記複数の無線端末間での配分の決定とを交互に実行することを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
4. 前記複数の無線端末の通信部は、前記信号の受信後に、各無線端末の在圏するセル以外のセルからの平均的な干渉量により近似されたチャネル品質情報を、前記基地局に送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
5. 前記基地局の複数の無線装置は、前記複数の無線端末との間で、ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）により前記信号の送受信を行うことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
6. 前記基地局の電力決定部は、前記複数の無線端末が非直交多重を行う場合の第１リソース割当て率と、前記複数の無線端末が非直交多重を行わない場合の第２リソース割当て率とに基づき、前記各セルの送信電力を決定することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
7. 複数の無線端末と無線通信可能な基地局であって、
   複数のセルを形成する複数の無線装置と、
   前記複数のセルの各々における無線端末の通信機会の公平性の程度を示す指標の値を、前記複数のセルについて合計した値が最大となる様に、前記各セル毎の送信電力を決定する電力決定部とを有し、
   前記複数の無線装置は、各無線端末が在圏するセルにおいて、前記電力決定部により決定された、前記セルの送信電力により、前記複数の無線端末に対し信号を送信することを特徴とする基地局。
8. 基地局との間で無線通信可能な無線端末であって、
   前記基地局の有する複数の無線装置の形成する複数のセルの各々における無線端末の通信機会の公平性の程度を示す指標の値を、前記複数のセルについて合計した値が最大となる様に決定された、セルの送信電力により、前記無線端末が在圏する前記セルを形成する無線装置から信号を受信する通信部を有することを特徴とする無線端末。
9. 複数の無線端末と無線通信可能な基地局の処理方法であって、
   前記基地局が、
   複数の無線装置により複数のセルを形成し、
   前記複数のセルの各々における無線端末の通信機会の公平性の程度を示す指標の値を、前記複数のセルについて合計した値が最大となる様に、前記各セル毎の送信電力を決定する
   処理を実行し、
   前記複数のセルを形成する処理では、
   各無線端末が在圏するセルにおいて、前記決定された、前記セルの送信電力により、前記複数の無線端末に対し信号を送信することを特徴とする基地局の処理方法。

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