JP4898786B2 - 無線通信端末装置及び無線通信基地局装置 - Google Patents

無線通信端末装置及び無線通信基地局装置 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信端末装置及び無線通信基地局装置に関する。
近年、携帯電話機等に代表される無線セルラシステムにおいては、サービス形態が多様化し、音声データのみならず、静止画像、動画像等の大容量データを伝送することが要求される。これに対して、高い周波数利用効率を実現するＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）システムの研究が盛んに行われている。
次世代セルラシステムの標準化３ＧＰＰ ＬＴＥ（Long Term Evolution）においては、下り１００Ｍｂｐｓのピークレートが要求されており、これを実現する技術としてＭＩＭＯシステムが導入される。ＭＩＭＯシステムにおける空間多重方式としては、ＳＤＭ（空間分割多重：別称Single-User MIMO）とＳＤＭＡ（空間分割多重アクセス：別称Multi-User MIMO）の使用が検討されている。
Single-User MIMOは空間リソース割り当てを単一ユーザに限定するもので、ピークレートの向上が期待できる。Single-User MIMOでは、時間軸、周波数軸でユーザ多重を行うので、空間軸でのユーザ干渉がない。一方、Multi-User MIMOは空間リソースを複数のユーザに割り当てることによってマルチユーザダイバーシチ利得が得られるので、セクタ（セル）スループットの向上が期待できる。特に、セル半径が大きいとき、スループットは大きく改善する。Single-User MIMOに対して平均セクタスループットを最大１５％改善し、セルエッジユーザスループットを最大８７％改善するというシミュレーション結果も報告されている。
ここで、２つのアンテナを備えた基地局（以下、「ＢＳ」という）と、２つのアンテナを備えた移動局（以下、「ＵＥ」という）が３ユーザ（ＵＥ１〜３）存在する場合のMulti-User MIMOシステムの概略図を図１に示す（非特許文献１参照）。
図１において、各ＵＥはＢＳの各アンテナから送信された直交パイロットシンボルを受信し、ＣＱＩ（＝ＳＩＮＲ）を計算する。その後、各ＵＥはＢＳのアンテナ毎のＣＱＩ（ｉ，ｊ）をＢＳにフィードバックする。ここで、ｉはユーザ番号（ｉ＝１〜３）、ｊはＢＳのアンテナ番号（ｊ＝１，２）を表す。
ＢＳのスケジューラ部では、各ＵＥよりフィードバックされたＣＱＩ（ｉ，ｊ）を基にアンテナ毎にＣＱＩの良いユーザを割り当て、Multi-User MIMO通信を行う。図１では、アンテナ１に対してＵＥ１が、アンテナ２に対してＵＥ３がそれぞれ割り当てられている。
Texas Instruments, 3GPP TSG RAN WG1 #42bis R1-051056, "Throughput comparison of single user and multi user MIMO for Downlink OFDMA E-UTRA", San Diego, USA, 10 - 14 October, 2005
しかしながら、上記のMulti-User MIMOでは、他ユーザ干渉を除去する必要があるので、ＵＥは信号分離能力（アンテナ数２以上でＺＦ，ＭＭＳＥ等の機能）を備えていなければならない。したがって、アンテナ数が１本、あるいは信号分離能力を備えない非ＭＩＭＯ ＵＥ、すなわち、干渉抑圧能力が低い端末は、受信ＳＮＲが良くても他ユーザ干渉に
より受信ＳＩＮＲが劣化するので、Multi-User MIMOシステムに収容できないという問題がある。
本発明の目的は、干渉抑圧能力が低くても、Multi-User MIMOシステムに収容される無線通信端末装置及び無線通信基地局装置を提供することである。
本発明の無線通信端末装置は、無線通信基地局装置から送信されたパイロット信号を受信する受信手段と、前記パイロット信号を用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、前記無線通信基地局装置が形成する複数のビーム情報を有し、前記チャネル推定値から求まる受信品質が最大となる所望のビームと、マルチユーザ通信の対象となる他のユーザに向けるビームとの組合せを決定し、決定したビームの組合せを前記無線通信基地局装置にフィードバックするビーム組合せ決定手段と、を具備し、前記ビーム組合せ決定手段は、前記チャネル推定値を用いて検出したチャネル相関が所定の閾値以上となる場合、または、自端末装置の信号分離能力がセル内の他の端末装置に対して相対的に低い場合、前記ビームの組合せを決定する構成を採る。
本発明の無線通信基地局装置は、上記の無線通信端末装置からフィードバックされた、所望のビームとマルチユーザ通信の対象となる他のユーザに向けるビームとの組合せ情報、および、他の無線通信端末装置からフィードバックされた所望のビーム情報、を受信する受信手段と、複数のビームを形成するビーム形成手段と、前記組合せ情報および前記所望のビーム情報に基づいて、前記無線通信端末装置を空間リソースに割り当てる割り当て手段と、前記複数のビーム情報に基づいて、前記ビーム形成手段を制御するビームウェイトを生成するビームウェイト生成手段と、を具備する構成を採る。
本発明の送信ビーム形成方法は、無線通信基地局装置から送信されたパイロット信号を用いてチャネル推定値を求める工程と、前記無線通信基地局装置が形成する複数のビーム情報に基づいて、受信品質が最大となる所望のビームと、マルチユーザ通信の対象となる他のユーザに向けるビームとの組合せを決定し、決定したビームの組合せを無線通信端末装置から前記無線通信基地局装置にフィードバックする工程と、フィードバックされた前記ビームの組合せに基づいて、前記無線通信端末装置及び前記他のユーザに送信ビームを形成する工程と、を具備し、前記チャネル推定値を用いて検出したチャネル相関が所定の閾値以上となる場合、または、自端末装置の信号分離能力がセル内の他の端末装置に対して相対的に低い場合、前記ビームの組合せが決定されるようにした。
本発明によれば、干渉抑圧能力が低い無線通信端末装置をMulti-User MIMOシステムに収容することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１では、図２に示すように、ＢＳのアンテナ数を２とし、このＢＳのセル内に収容されるＵＥ数を３とする。また、３つのＵＥのうち、１つはアンテナ数１の非ＭＩＭＯ ＵＥとし、残りの２つはアンテナ数２のＭＩＭＯ ＵＥとする。また、ＢＳは送信ビームを形成し、このビームの情報（ビーム情報）はＢＳとＵＥとにおいて共有されるものとする。
図３は、図２に示したＢＳの構成を示すブロック図である。この図において、送信バッファ部１０１−１は、非ＭＩＭＯ ＵＥ用の送信データを蓄積し、蓄積した送信データをスケジューラ部１０２に出力する。送信バッファ部１０１−２，１０１−３は、ＵＥ１用の送信データ、ＵＥ２用の送信データをそれぞれ蓄積し、蓄積した送信データをスケジューラ部１０２に出力する。
スケジューラ部１０２には、非ＭＩＭＯ ＵＥから後述するビーム組合せ情報及び非ＭＩＭＯ用ＣＱＩと、ＵＥ１及びＵＥ２から所望ビーム情報と各ＵＥ用ＣＱＩとがフィードバックされる。スケジューラ部１０２は、フィードバックされた情報に基づいて、空間リソースへのユーザ割り当てを行い、割り当てたユーザの送信データをそれぞれユーザストリーム１、２として変調部１０３−１、１０３−２に出力する。また、スケジューラ部１０２は各ユーザストリームに対応するＣＱＩも変調部１０３−１，１０３−２に出力する。さらに、ビーム情報をビームウェイト生成部１０４に出力する。
変調部１０３−１，１０３−２は、スケジューラ部１０２から出力されたＣＱＩから変調方式及び符号化率（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）を決定し、決定した変調方式及び符号化率によって、スケジューラ部１０２から出力されたユーザストリームの変調及び符号化を行う。変調及び符号化されたユーザストリームは送信ビーム形成部１０５に出力される。
ビームウェイト生成部１０４は、ＢＳと各ＵＥとの間で共有しているウェイトテーブルを備え、スケジューラ部１０２から出力されたビーム情報に対応するビームウェイトをウェイトテーブルから読み出し、読み出したビームウェイトを送信ビーム形成部１０５に出力する。ここで、例えば、ＢＳ−ＵＥ間で共有している送信ビームが３つであるとし、各送信ビームに対応するウェイトベクトルをｗ１，ｗ２，ｗ３と表すとすると、ビーム組合せ情報Ｂｃｏｍｂのウェイトテーブルは図４のように表すことができる。
図４より、例えば、Ｂｃｏｍｂ＝１の場合、非ＭＩＭＯ ＵＥの所望ビームのウェイトベクトルがｗ１、マルチユーザ通信の対象となるＭＩＭＯ ＵＥの所望ビームのウェイトベクトルがｗ２となり、各ウェイトｗ１,ｗ２がストリームインデックス情報と併せて送
信ビーム形成部１０５に出力される。
また、セル内に非ＭＩＭＯ ＵＥが存在しない場合、各ＵＥのビーム情報ＢＵＥｉはウェイトを表すので、ストリームインデックス情報と併せて送信ビーム形成部１０５に出力される。
送信ビーム形成部１０５は、変調部１０３−１，１０３−２から出力されたユーザストリームに対して、ビームウェイト生成部１０４から出力されたビームウェイトによるウェイト乗算を行い、送信ビームを形成する。ウェイト乗算されたユーザストリームはＲＦ部１０７−１，１０７−２に出力される。ここで、変調部１０３−１，１０３−２から出力されたユーザストリームをそれぞれＳ１，Ｓ２とし、ＲＦ部１０７−１，１０７−２に出力されるウェイト乗算後のストリームをそれぞれｘ１，ｘ２とし、ビームウェイト生成部１０４から出力されるビームウェイトを［ｗ１，ｗ２］とおくと、ｘ１，ｘ２は次式（１）のように表すことができる。
Figure 0004898786
パイロット生成部１０６は、パイロット信号を生成し、生成したパイロット信号をＲＦ部１０７−１，１０７−２にそれぞれ出力する。
ＲＦ部１０７−１，１０７−２は、送信ビーム形成部１０５から出力されたユーザストリーム及びパイロット生成部１０６から出力されたパイロット信号にアップコンバート等の所定の無線送信処理を行って、アンテナ１０８−１，１０８−２から送信する。
次に、上述したスケジューラ部１０２の動作について図５を用いて説明する。ここでは、非ＭＩＭＯ ＵＥからフィードバックされるビーム組合せ情報をＢｃｏｍｂ、ＣＱＩをＣＱＩｎｏｎＭＩＭＯと表す。さらに、ビーム組合せ情報について非ＭＩＭＯ ＵＥの所望ビームをＢｃｏｍｂ（ｎｏｎＭＩＭＯ）、ＭＩＭＯ ＵＥの所望ビームをＢｃｏｍｂ（ＭＩＭＯ）と表す。また、ＵＥ１，ＵＥ２からフィードバックされる所望ビーム情報をＢＵＥｉ（ｉ＝１，２）、ＣＱＩをＣＱＩＵＥｉ（ｉ＝１，２）と表す。
図５において、ステップ（以下「ＳＴ」という）４０１では、非ＭＩＭＯ ＵＥがセル内に存在するか否かを確認する。なお、各ＵＥはＢＳと同期する際に、自端末がＭＩＭＯ
ＵＥか非ＭＩＭＯ ＵＥかを示す端末情報をＢＳに通知しているため、ＢＳではセル内に非ＭＩＭＯ ＵＥが存在するか否かを確認することができる。非ＭＩＭＯ ＵＥが存在する場合にはＳＴ４０２に移行し、非ＭＩＭＯ ＵＥが存在しない場合にはＳＴ４０４に移行する。
ＳＴ４０２では、非ＭＩＭＯ ＵＥはＭＩＭＯ ＵＥに対して優先的にビームを割り当てられるので、スケジューラ部１０２は、ストリーム１用ＣＱＩとして非ＭＩＭＯ ＵＥのＣＱＩであるＣＱＩｎｏｎＭＩＭＯを割り当て、ユーザストリーム１に送信バッファ部１０１−１から出力された非ＭＩＭＯ ＵＥデータを割り当てる。また、ビームウェイト生成部１０４に出力するビーム情報を非ＭＩＭＯ ＵＥからフィードバックされたビーム組合せ情報Ｂｃｏｍｂとする。
ＳＴ４０３では、ＢＳが割り当てることのできるユーザ数は２であるから、もう１つの空間リソースをＵＥ１またはＵＥ２に割り当てることになる。このとき、非ＭＩＭＯ ＵＥが通知するＭＩＭＯ ＵＥの所望ビーム情報Ｂｃｏｍｂ（ＭＩＭＯ）と各ＵＥの所望ビーム情報ＢＵＥｉとが一致し、かつ、ＣＱＩＵＥｉが最大のＵＥに対してもう１つの空間リソースを割り当てる。
例えば、Ｂｃｏｍｂ（ＭＩＭＯ）＝ＢＵＥ１、Ｂｃｏｍｂ（ＭＩＭＯ）≠ＢＵＥ２である場合、もう１つの空間リソースにＵＥ１を割り当てることになり、ユーザストリーム２に送信バッファ部１０１−２から出力されたＵＥ１用データが割り当てられ、ストリーム２用ＣＱＩ＝ＣＱＩＵＥ１となる。なお、ビーム組合せ情報と一致するＭＩＭＯ ＵＥの所望ビームは必ず存在するものとする。また、セル内のユーザ数が多く、Ｂｃｏｍｂ（ＭＩＭＯ）＝ＢＵＥｉを満たすユーザが多数いる場合は、その中でＣＱＩＵＥｉが最大のユーザが選択される。
一方、ＳＴ４０４では、非ＭＩＭＯ ＵＥがセル内に存在しないので、各ＵＥからフィードバックされるＣＱＩ情報ＣＱＩＵＥｉに基づいて、ＣＱＩの大きさが１番目と２番目のＵＥがそれぞれストリーム１，２に割り当てられる。
ＳＴ４０５では、ビームウェイト生成部１０４に出力されるビーム情報はＢＵＥｉとなる。例えば、ＵＥ１，ＵＥ２がそれぞれストリーム１，２に割り当てられる場合、ビームウェイト生成部１０４に出力されるビーム情報はＢＵＥ１，ＢＵＥ２である。
なお、本実施の形態では、非ＭＩＭＯ ＵＥ数を１としているが、セル内に複数の非ＭＩＭＯ ＵＥが存在する場合、スケジューラ部１０２は複数の非ＭＩＭＯ ＵＥの中でＣＱＩが最大のものに１ストリームを割り当てる。
図６は、図２に示した非ＭＩＭＯ ＵＥの構成を示すブロック図である。この図において、ＲＦ部５０２は、図３に示したＢＳから送信された信号をアンテナ５０１を介して受信し、受信した信号にダウンコンバート等の所定の無線受信処理を行う。無線受信処理した信号のうち、データ部分は復調部５０５に出力され、パイロット信号はチャネル推定部５０３に出力される。
チャネル推定部５０３は、ＲＦ部５０２から出力されたパイロット信号を用いてチャネル推定を行い、推定した値をチャネル推定情報としてビーム組合せ決定部５０４に出力する。
ビーム組合せ決定部５０４は、チャネル推定部５０３から出力されたチャネル推定情報と、ＢＳ−ＵＥ間で共有しているビーム情報とを用いて、ビーム組合せ情報及びＣＱＩを算出する。ビーム組合せ情報及びＣＱＩは図２に示したＢＳにフィードバックされる。また、１フレーム前に算出したＣＱＩが復調部５０５に出力される。なお、ビーム組合せ決定部５０４の詳細については後述する。
復調部５０５は、ビーム組合せ決定部５０４から出力されたＣＱＩから変調方式及び符号化率（ＭＣＳ）を求め、求めた変調方式及び符号化率を用いて、ＲＦ部５０２から出力されたデータ部分の復調及び復号処理を行い、受信データを取得する。
図７は、ビーム組合せ決定部５０４の内部構成を示すブロック図である。この図において、受信ＳＩＮＲ算出部５１０は、チャネル推定部５０３から出力されたチャネル推定情報とＢＳ−ＵＥ間で共有しているビーム情報とから各送信ビームを用いた場合の受信ＳＩＮＲを算出する。受信ＳＩＮＲ算出部５１０は、図４に示したウェイトテーブルを備えて
いるものとする。ここで、チャネル推定情報をＨ、雑音電力をＮとすると、各ビーム組合せ時（Ｂｃｏｍｂ＝１〜６のそれぞれに対応）のＳＩＮＲｉ（ｉ＝１〜６）は以下の式（２）〜（７）で表すことができる。
Figure 0004898786
Figure 0004898786
Figure 0004898786
Figure 0004898786
Figure 0004898786
Figure 0004898786
 このように算出されたＳＩＮＲｉ（ｉ＝１〜６）はＣＱＩ決定部５１１に出力される。
ＣＱＩ決定部５１１は、受信ＳＩＮＲ算出部５１０から出力されたＳＩＮＲの最大値を検出し、検出したＳＩＮＲをＣＱＩとしてＢＳにフィードバックする。また、ＳＩＮＲが最大となるときのビーム組合せ情報もＢＳにフィードバックする。ＢＳにフィードバックするＣＱＩをＣＱＩｎｏｎＭＩＭＯとすると、ＣＱＩｎｏｎＭＩＭＯは次式（８）のように表すことができる。
Figure 0004898786
ここで、ビーム組合せ決定部５０４におけるビーム組合せ決定方法について図８を用いて説明する。図８は、３つの送信ビームウェイトによって形成される送信ビームの利得（ゲイン）と信号の到来方向との関係を示す図である。図８において、実線は送信ビームウェイトｗ１，点線は送信ビームウェイトｗ２，一点鎖線は送信ビームウェイトｗ３によって形成される送信ビームをそれぞれ示す。
今、非ＭＩＭＯ ＵＥ用信号の到来方向が約１４０°であるとすると、非ＭＩＭＯ ＵＥの送信ビームウェイトをｗ１、ＭＩＭＯ ＵＥ用の送信ビームウェイトをｗ３としたとき、ＳＩＲ、すなわちＳＩＮＲが最大となる。このときのＳＩＮＲがＣＱＩとしてＢＳにフィードバックされる。また、ビーム組合せは［ｗ１，ｗ３］であるから、図４と対応させるとＢｃｏｍｂ＝２がＢＳにフィードバックされる。
図９は、図２に示したＭＩＭＯ ＵＥの構成を示すブロック図である。この図において、ＲＦ部８０２−１，８０２−２は、図３に示したＢＳから送信された信号をアンテナ８０１−１，８０１−２を介して受信し、受信した信号にダウンコンバート等の所定の無線受信処理を行う。無線受信処理した信号のうち、データ部分は干渉除去部８０４に出力され、パイロット信号はチャネル推定部８０３に出力される。
チャネル推定部８０３は、ＲＦ部８０２−１，８０２−２から出力されたパイロット信号を用いてチャネル推定を行い、推定した値をチャネル推定情報として干渉除去部８０４及びＣＱＩ算出部８０５に出力する。
干渉除去部８０４は、チャネル推定部８０３から出力されたチャネル推定情報からＺＦ，ＭＭＳＥ等のウェイトを求め、求めたウェイトをＲＦ部８０２−１，８０２−２から出力されたデータ部分に乗算することにより他ユーザ干渉を抑圧し、希望信号を取り出す。他ユーザ干渉が抑圧された信号は復調部８０６に出力される。
ＣＱＩ算出部８０５は、チャネル推定部８０３から出力されたチャネル推定情報と、ＢＳ−ＵＥ間で共有しているビーム情報とを用いて、所望ビーム情報とＣＱＩを算出する。具体的には、各送信ビームを用いた場合のＣＱＩを算出し、算出したＣＱＩの最大値と、このときの送信ビームを所望ビーム情報としてＢＳにフィードバックする。また、１フレーム前のＣＱＩは復調部８０６に出力される。
復調部８０６は、ＣＱＩ算出部８０５から出力されたＣＱＩから変調方式及び符号化率（ＭＣＳ）を求め、求めた変調方式及び符号化率を用いて、干渉除去部８０４から出力された信号の復調及び復号処理を行い、受信データを取得する。
次に、図２に示したＢＳ、非ＭＩＭＯ ＵＥ、ＭＩＭＯ ＵＥの動作について図１０を参照して説明する。ＢＳは、ＢＳのアンテナ間で直交したパイロット信号を各ＵＥに送信し、各ＵＥは、受信したパイロット信号を用いてチャネル推定値を取得する。各ＵＥはＢＳと共有しているビーム情報とチャネル推定値とからＣＱＩ（受信ＳＩＮＲ）を算出する。
ここで、ＭＩＭＯ ＵＥは、ビーム情報に含まれる送信ビーム候補のうち、ＣＱＩ最大となる送信ビームを所望ビーム情報として決定し、このときのＣＱＩと所望ビーム情報と
をＢＳへフィードバックする。
一方、非ＭＩＭＯ ＵＥは、ビーム情報に含まれる送信ビーム候補とマルチユーザ通信の対象となるＭＩＭＯ ＵＥの送信ビーム候補とより、受信ＳＩＲまたはＳＩＮＲが最大となる送信ビームとＭＩＭＯ ＵＥの送信ビームとをビーム組合せ情報として決定し、このときのＣＱＩとビーム組合せ情報とをＢＳへフィードバックする。
ＢＳは、スケジューラ部１０２において、空間リソースを割り当てるユーザを決定する。具体的には、各ＵＥからフィードバックされた情報に基づいて、非ＭＩＭＯ ＵＥがマルチユーザ通信の対象となるＭＩＭＯ ＵＥに指定したビーム情報と同じ送信ビームを所望しているＭＩＭＯ ＵＥとしてＵＥ１を選択するものとする。ＢＳは、非ＭＩＭＯ ＵＥとＵＥ１とが所望するビームによりマルチビームを形成し、それぞれのＵＥに対して下りデータを送信する。
このようにして形成された送信ビームは、図１１に示すようになる。図１１からも分かるように、非ＭＩＭＯ ＵＥへの干渉量は削減され、非ＭＩＭＯ ＵＥをMulti-User MIMOシステムに収容することができる。一方、ＵＥ１はＭＩＭＯ ＵＥであり、信号分離処理能力を備えているので、ＵＥ１への干渉が削減されなくてもＵＥ１の受信品質には影響がない。仮に、ＵＥ１への干渉も削減されれば、ＵＥ１のＣＱＩが改善し、ＭＣＳレベルを上げることができるので、スループットを向上させることができる。
このように実施の形態１によれば、非ＭＩＭＯ ＵＥの所望ビームをＭＩＭＯ ＵＥに対して優先的に割り当て、非ＭＩＭＯ ＵＥがマルチユーザ通信の対象となる他のＭＩＭＯ ＵＥへビームを指定することにより、非ＭＩＭＯ ＵＥはマルチユーザ通信を行う他のＭＩＭＯ ＵＥからの干渉を軽減することができるので、Multi-User MIMOシステムに非ＭＩＭＯ ＵＥを収容することができる。これにより、Multi-User MIMOシステムに収容可能な端末数が増加するので、マルチユーザダイバーシチ利得が増加し、システムスループットを向上させることができる。また、ＵＥ側でビームを選択するため、各ビームを使用した場合の受信状態をＵＥからＢＳに報告することにより、干渉量を考慮したリンクアダプテーションを実現することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、非ＭＩＭＯ ＵＥがＭＩＭＯ ＵＥに対して優先的にビームを割り当てられる場合について説明したが、本発明の実施の形態２では、複数のＭＩＭＯ ＵＥのうちチャネル相関の高いＭＩＭＯ ＵＥに優先的にビームを割り当てる場合について説明する。
本実施の形態では、ＢＳ及びＵＥのアンテナ数をそれぞれ２とし、このＢＳのセル内に収容されるＵＥ数を３（ＵＥ１〜３）とする。また、ＢＳは送信ビームを形成し、このビームの情報（ビーム情報）はＢＳとＵＥとにおいて共有されるものとする。
図１２は、本発明の実施の形態２に係るＵＥの構成を示すブロック図である。図１２が図９と異なる点は、相関検出部１１０１を追加したことと、ＣＱＩ算出部８０５をビーム情報決定部１１０２に変更したことである。
図１２において、相関検出部１１０１は、チャネル推定部８０３から出力されたチャネル推定情報を用いて、チャネル相関を検出し、検出したチャネル相関情報をビーム情報決定部１１０２に出力する。ここで、チャネル推定情報をＨ、チャネル相関情報をρとおくと、ρは以下の式（９）によって表すことができる。
Figure 0004898786
 なお、E[ ]はアンサンブル平均を表し、ｈｉｊ，ｈｘｙはＭＩＭＯチャネル行列Ｈの要素を表す。ただし、ｈｉｊ≠ｈｘｙである。
ビーム情報決定部１１０２は、チャネル推定部８０３から出力されたチャネル推定情報、相関検出部１１０１から出力されたチャネル相関情報、ビーム情報に基づいて、ＣＱＩを算出し、算出したＣＱＩを復調部８０６に出力すると共に、ＢＳにフィードバックする。また、所望ビーム情報またはビーム組合せ情報を生成し、ＢＳにフィードバックする。なお、ビーム情報決定部１１０２はビーム組合せ決定手段として機能する。
次に、ビーム情報決定部１１０２における動作について図１３を用いて説明する。図１３において、ＳＴ１２０１では、チャネル相関情報ρが所定の閾値Ｔｄ以上であるか否かが判定され、チャネル相関情報ρが閾値Ｔｄ以上であれば、ＳＴ１２０２へ移行し、チャネル相関情報ρが閾値Ｔｄ未満であれば、ＳＴ１２０４へ移行する。
ＳＴ１２０２では、ビーム情報内の送信ビーム候補と、他ユーザの送信ビーム候補とから、受信ＳＩＮＲが最大となる送信ビームの組合せをビーム組合せ情報として決定し、ＳＴ１２０３では、ビーム組合せ情報とＣＱＩ＝ｍａｘ（ＳＩＮＲ）とを出力する。
一方、チャネル相関情報ρが閾値Ｔｄ未満の場合、ＳＴ１２０４では、ビーム情報内の送信ビーム候補から、ＣＱＩ最大となる送信ビームを所望ビームとして決定し、ＳＴ１２０５では、所望ビーム情報と最大ＣＱＩとを出力する。
次に、本発明の実施の形態２に係るＵＥとＢＳ間の動作について図１４を参照して説明する。ＢＳは、ＢＳのアンテナ間で直交したパイロット信号を各ＵＥに送信し、各ＵＥは、受信したパイロット信号を用いてチャネル推定値を取得する。また、各ＵＥは、チャネル推定値からチャネル相関を検出する。さらに、各ＵＥはＢＳと共有しているビーム情報とチャネル推定情報とからＣＱＩ（受信ＳＩＮＲ）を算出する。ただし、チャネル相関情報によってＣＱＩの算出方法が異なる。
ＵＥ１とＵＥ２はチャネル相関が低いと仮定すると、ビーム情報に含まれる送信ビーム候補のうち、ＣＱＩ最大となる送信ビームを所望ビーム情報として決定し、このときのＣＱＩと所望ビーム情報とをＢＳへフィードバックする。
一方、ＵＥ３はチャネル相関が高いと仮定すると、ＵＥ３はビーム割り当てを他ユーザに対して優先して行われるものとみなされるので、ビーム情報に含まれる送信ビーム候補と他ユーザの送信ビーム候補とより、受信ＳＩＲまたはＳＩＮＲが最大となる送信ビームとＭＩＭＯ ＵＥの送信ビームとをビーム組合せ情報として決定し、このときのＣＱＩとビーム組合せ情報とをＢＳへフィードバックする。
ＢＳは、スケジューラ部１０２において、空間リソースを割り当てるユーザを決定する。具体的には、各ＵＥからフィードバックされた情報に基づいて、チャネル相関の高いＵＥ３が他ユーザに指定したビーム情報と同じ送信ビームを所望している他ユーザとしてＵＥ１を選択するものとする。ＢＳは、ＵＥ３とＵＥ１とが所望するビームによりマルチビ
ームを形成し、それぞれのＵＥに対して下りデータを送信する。
このように実施の形態２によれば、チャネル相関の高いＭＩＭＯ ＵＥの所望ビームをチャネル相関の低いＭＩＭＯ ＵＥに対して優先的に割り当てることにより、高いチャネル相関によって受信ＳＩＮＲが劣化していたＭＩＭＯ ＵＥの他ユーザからの干渉を軽減することができるので、受信ＳＩＮＲを改善することができ、システムスループットを向上させることができる。
なお、本実施の形態では、チャネル相関の高いユーザ数を１としているが、セル内にチャネル相関が高いユーザが複数存在する場合、ＢＳのスケジューラ部１０２はその中でＣＱＩが最大のものに１ストリームを割り当てる。
（実施の形態３）
実施の形態２では、複数のＭＩＭＯ ＵＥのうちチャネル相関の高いＭＩＭＯ ＵＥに優先的にビームを割り当てる場合について説明したが、本発明の実施の形態３では、複数のＭＩＭＯ ＵＥのうち信号分離処理能力の低いＭＩＭＯ ＵＥに優先的にビームを割り当てる場合について説明する。
本実施の形態では、ＢＳ及びＵＥのアンテナ数をそれぞれ２とし、このＢＳのセル内に収容されるＵＥ数を３（ＵＥ１〜３）とする。また、ＢＳは送信ビームを形成し、このビームの情報（ビーム情報）はＢＳとＵＥとにおいて共有されるものとする。
図１５は、本発明の実施の形態３に係るＢＳの構成を示すブロック図である。図１５が図３と異なる点は、端末性能決定部１４０１を追加したことである。
図１５において、端末性能決定部１４０１は、各ＵＥからＵＥの端末性能（信号分離能力）情報を取得し、セル内で最も高い端末性能に基づいて、ＵＥが端末性能を判断する基準となるセル内端末性能情報を算出し、算出したセル内端末性能情報を各ＵＥに送信する。
端末性能決定部１４０１は、例えば、図１６に示すような端末性能テーブルを各ＵＥと共有しているものとする。図１６において、ＺＦはZero Forcing法を用いた信号分離処理を、ＭＭＳＥは最小二乗誤差法を用いた信号分離処理を、ＳＩＣはＶ−ＢＡＬＳＴのような逐次干渉キャンセラを用いた信号分離処理を、ＭＬＤは最尤推定法を用いた信号分離処理をそれぞれ示す。また、インデックスが大きいほど信号分離能力は高くなる。
端末性能決定部１４０１は、これらのインデックス情報が端末性能情報ＲｃＵＥｉとして各ＵＥから報告され、図１７に示すセル内端末性能決定テーブルに基づいて、報告された端末性能情報ＲｃＵＥｉからセル内端末性能情報Ｂｃを決定する。
図１７に示すように、セル内で最も信号分離能力が高い端末がＭＬＤ端末（ＲｃＵＥｉ＝４）である場合、ＭＭＳＥ処理が行えるかどうかが各ＵＥの端末性能を判断する基準（Ｂｃ＝２）となる。セル内で最も信号分離能力が高い端末がＳＩＣ端末（ＲｃＵＥｉ＝３）である場合も基準は同じである。
また、セル内で最も信号分離能力が高い端末がＭＭＳＥ端末（ＲｃＵＥｉ＝２）である場合、ＺＦ処理が行えるかどうかが各ＵＥの端末性能を判断する基準（Ｂｃ＝１）となる。
さらに、セル内にＺＦ端末（ＲｃＵＥｉ＝１）しか存在しない場合、端末の性能差は見
られないので、Ｂｃ＝０として各ＵＥが自身の端末性能を判断しないようにする。
なお、本実施の形態では、端末性能を４段階に分けて示したが、図１６に示したもの以外の受信処理を導入し、さらに端末性能の段階を増やしてもよい。また、セル内端末性能の決定も端末性能の段階に応じて柔軟に設定することができる。
図１８は、本発明の実施の形態３に係るＵＥの構成を示すブロック図である。図１８が図１２と異なる点は、相関検出部１１０１を削除し、ビーム情報決定部１１０２をビーム情報決定部１７０１に変更したことである。
ビーム情報決定部１７０１は、ＢＳから送信されたセル内端末性能情報Ｂｃに基づいて、自端末の端末性能を判断し、自端末の端末性能に応じて、ＣＱＩを算出し、算出したＣＱＩを復調部８０６に出力すると共に、ＢＳにフィードバックする。また、所望ビーム情報またはビーム組合せ情報を生成し、ＢＳにフィードバックする。なお、ビーム情報決定部１７０１はビーム組合せ決定手段として機能する。
次に、ビーム情報決定部１７０１における動作について図１９を用いて説明する。ただし、図１９が図１３と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１９において、ＳＴ１８０１では、自端末の端末性能情報ＲｃＵＥｉがＢＳから送信されたセル内端末性能情報Ｂｃ以下であるか否かが判定される。例えば、Ｂｃ＝２でＲｃＵＥ１＝４であれば、ＵＥ１は信号分離能力が高い端末と判断され、Ｂｃ＝２でＲｃＵＥ３＝２であれば、ＵＥ３は信号分離能力が低い端末と判断される。端末性能情報ＲｃＵＥｉがセル内端末性能情報Ｂｃ以下であれば、ＳＴ１２０２へ移行し、端末性能情報ＲｃＵＥｉがセル内端末性能情報Ｂｃを超えれば、ＳＴ１２０４へ移行する。
次に、本発明の実施の形態３に係るＵＥとＢＳ間の動作について図２０を参照して説明する。ＢＳは、各ＵＥの信号分離能力を把握するため、各ＵＥに対して端末性能の通知を要求する。これに対して、各ＵＥは信号分離能力をＢＳに通知する。
ＢＳは、各ＵＥから通知された信号分離能力に基づいて、セル内における各ＵＥが信号分離能力を判断する基準となる情報として、セル内端末性能情報を全ＵＥに報知する。各ＵＥは報知されたセル内端末性能情報に基づいて、自端末の信号分離能力を判断する。ここでは、ＵＥ１及びＵＥ２が信号分離能力の高いＵＥ、ＵＥ３が信号分離能力の低いＵＥと判断されるものとする。
そして、ＢＳは、ＢＳのアンテナ間で直交したパイロット信号を各ＵＥに送信し、各ＵＥは、受信したパイロット信号を用いてチャネル推定値を取得する。また、各ＵＥはＢＳと共有しているビーム情報とチャネル推定情報とからＣＱＩ（受信ＳＩＮＲ）を算出する。ただし、各ＵＥの信号分離能力によってＣＱＩの算出方法が異なる。
ＵＥ１とＵＥ２は信号分離能力が高いと仮定しているので、ビーム情報に含まれる送信ビーム候補のうち、ＣＱＩ最大となる送信ビームを所望ビーム情報として決定し、このときのＣＱＩと所望ビーム情報とをＢＳへフィードバックする。
一方、ＵＥ３は信号分離能力が低いと仮定しているので、ＵＥ３はビーム割り当てを他ユーザに対して優先して行われるものとみなされるので、ビーム情報に含まれる送信ビーム候補と他ユーザの送信ビーム候補とより、受信ＳＩＲまたはＳＩＮＲが最大となる送信ビームとＭＩＭＯ ＵＥの送信ビームとをビーム組合せ情報として決定し、このときのＣＱＩとビーム組合せ情報とをＢＳへフィードバックする。
ＢＳは、スケジューラ部１０２において、空間リソースを割り当てるユーザを決定する。具体的には、各ＵＥからフィードバックされた情報に基づいて、チャネル相関の高いＵＥ３が他ユーザに指定したビーム情報と同じ送信ビームを所望している他ユーザとしてＵＥ１を選択するものとする。ＢＳは、ＵＥ３とＵＥ１とが所望するビームによりマルチビームを形成し、それぞれのＵＥに対して下りデータを送信する。
このように実施の形態３によれば、セル内において相対的に信号分離能力の低いＵＥの所望ビームを信号分離能力の高いＵＥに対して優先的に割り当てることにより、信号分離能力の低いＵＥは他ユーザからの干渉を軽減することができる。
なお、本実施の形態では、信号分離能力の低い端末数を１としているが、セル内に信号分離能力の低い端末が複数存在する場合、ＢＳのスケジューラ部１０２はその中でＣＱＩが最大のものに１ストリームを割り当てる。
上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
上記実施の形態における基地局（ＢＳ）は、Node Bと表されることがある。
２００６年３月２４日出願の特願２００６−０８３８９７の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明にかかる無線通信端末装置及び無線通信基地局装置は、干渉抑圧能力が低い無線通信端末装置をMulti-User MIMOシステムに収容することができ、Multi-User MIMOシステムに適用できる。
非特許文献１に開示のMulti-User MIMOシステムの概略図 Multi-User MIMOシステムの通信態様を示す概念図 図２に示したＢＳの構成を示すブロック図 図３に示したビームウェイト生成部が有するビーム組合せ情報のウェイトテーブルを示す図 図３に示したスケジューラ部の動作を示すフロー図 図２に示した非ＭＩＭＯ ＵＥの構成を示すブロック図 図６に示したビーム組合せ決定部の内部構成を示すブロック図 ３つの送信ビームウェイトによって形成される送信ビームの利得（ゲイン）と信号の到来方向との関係を示す図 図２に示したＭＩＭＯ ＵＥの構成を示すブロック図 図２に示したＢＳ、非ＭＩＭＯ ＵＥ、ＭＩＭＯ ＵＥの動作を示すシーケンス図 送信ビームが形成される様子を示す概念図 本発明の実施の形態２に係るＵＥの構成を示すブロック図 図１２に示したビーム情報決定部における動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係るＵＥとＢＳ間の動作を示すシーケンス図 本発明の実施の形態３に係るＢＳの構成を示すブロック図 図１５に示した端末性能決定部が有する端末性能テーブルを示す図 図１５に示した端末性能決定部が有するセル内端末性能決定テーブルを示す図 本発明の実施の形態３に係るＵＥの構成を示すブロック図 図１８に示したビーム情報決定部における動作を示すフロー図 本発明の実施の形態３に係るＵＥとＢＳ間の動作を示すシーケンス図

Claims (4)

  1. 無線通信基地局装置から送信されたパイロット信号を受信する受信手段と、
    前記パイロット信号を用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
    前記無線通信基地局装置が形成する複数のビーム情報を有し、前記チャネル推定値から求まる受信品質が最大となる所望のビームと、マルチユーザ通信の対象となる他のユーザに向けるビームとの組合せを決定し、決定したビームの組合せを前記無線通信基地局装置にフィードバックするビーム組合せ決定手段と、
    を具備し、
    前記ビーム組合せ決定手段は、前記チャネル推定値を用いて検出したチャネル相関が所定の閾値以上となる場合、または、自端末装置の信号分離能力がセル内の他の端末装置に対して相対的に低い場合、前記ビームの組合せを決定する、
    無線通信端末装置。
  2. ＺＦまたはＭＭＳＥの信号分離能力を有する干渉除去手段を具備する請求項１に記載の無線通信端末装置。
  3. 請求項１に記載の無線通信端末装置からフィードバックされた、所望のビームとマルチユーザ通信の対象となる他のユーザに向けるビームとの組合せ情報、および、他の無線通信端末装置からフィードバックされた所望のビーム情報、を受信する受信手段と、
    複数のビームを形成するビーム形成手段と、
    前記組合せ情報および前記所望のビーム情報に基づいて、前記無線通信端末装置を空間リソースに割り当てる割り当て手段と、
    前記複数のビーム情報に基づいて、前記ビーム形成手段を制御するビームウェイトを生成するビームウェイト生成手段と、
    を具備する無線通信基地局装置。
  4. 無線通信基地局装置から送信されたパイロット信号を用いてチャネル推定値を求める工程と、
    前記無線通信基地局装置が形成する複数のビーム情報に基づいて、受信品質が最大となる所望のビームと、マルチユーザ通信の対象となる他のユーザに向けるビームとの組合せを決定し、決定したビームの組合せを無線通信端末装置から前記無線通信基地局装置にフィードバックする工程と、
    フィードバックされた前記ビームの組合せに基づいて、前記無線通信端末装置及び前記他のユーザに送信ビームを形成する工程と、
    を具備し、
    前記チャネル推定値を用いて検出したチャネル相関が所定の閾値以上となる場合、または、自端末装置の信号分離能力がセル内の他の端末装置に対して相対的に低い場合、前記ビームの組合せが決定される、
    送信ビーム形成方法。
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