JP5129346B2 - コラボラティブ多入力多出力通信システムにおけるプリコーディングされた信号を送信する方法 - Google Patents

Description

本発明は、コラボラティブ多入力多出力通信システムに係り、特に、コラボラティブ多入力多出力通信システムにおいてプリコーディングされた信号を送信する方法に関するものである。

近年、情報通信サービスの普遍化及び様々なマルチメディアサービスの登場、そして高品質サービスの出現などに伴い、無線通信サービスに対する要求が急増してきている。これに能動的に対処するためには、通信システムの容量を増大させ、そしてデータの伝送信頼度を高めなければならない。

無線通信環境で通信容量を増やすための方案には、利用可能な周波数帯域を新しく見出す方法と、与えられたリソースの効率性を高める方法を考えることができる。中でも、後者の方法としては、最近、送受信機に多数のアンテナを装着してリソース活用のための空間的な領域をさらに確保することによってダイバーシティ利得を得たり、それぞれのアンテナを通じてデータを並列に伝送することによって伝送容量を増やす、いわゆる多入力多出力（multiple-input multiple-output：ＭＩＭＯ）手法が大きく注目され、活発に開発されている。

一般に、ＭＩＭＯ手法は、通信システムの信頼度を高めたり伝送効率を向上させたりするために考慮され、ビームフォーミング手法（beamforming）、空間ダイバーシティ手法（spatial diversity）、及び空間多重化手法（spatial multiplexing）の３種類に大別される。

信頼度を高めるために複数の送信アンテナを用いるビームフォーミング手法と空間ダイバーシティ手法は、通常、単一データストリームを複数本の送信アンテナを通じて伝送し、伝送効率を高めるために用いられる空間多重化手法は、複数のデートストリームを同時に複数の送信アンテナを通じて伝送する。

空間多重化手法で、同時に伝送されるデータストリームの個数を空間多重化率（spatial multiplexing rate）というが、空間多重化率は、送受信アンテナの個数及びチャネル状況に応じて適切に選択しなければならない。一般に、最大限に得られる空間多重化率は、送信アンテナ個数と受信アンテナ個数のうち小さい値によって制限され、チャネルの相関度が高くなると小さい空間多重化率が用いられる。

空間多重化手法を用いる場合、仮想アンテナシグナリング手法を適用すると様々な利得を得ることができる。例えば、仮想アンテナシグナリング手法を適用すると、複数のデータストリームのチャネル環境が同一になるので、ロバスト(robust)なチャネル品質情報（Channel quality information: CQI）を提供可能になり、悪いチャネル状況を有するデータストリームの信頼度を増大させることができる。

また、仮想アンテナシグナリング手法が適用される物理アンテナにおける送信電力を略一定に維持することが可能になる。すなわち、物理的送信アンテナは、セットとして複数本のビームを生成するが、これらそれぞれのビームは、それぞれの仮想アンテナに該当する。それぞれ異なるビームは、全ての物理的なアンテナから同一の電力を伝送するように生成される他、チャネル特性を保存するように生成される。

基本的に、生成された仮想アンテナの総数は、利用可能な空間ダイバーシティまたは空間多重化率を決定する。さらに、この総数は、空間チャネルを測定するために必要なオーバーヘッド（overhead）の量を決定する。以下では、物理的送信アンテナの数をＭｔ、物理的な受信アンテナの数をＭｒ、利用可能な仮想送信アンテナの数をＭｅとし、同時に送信されるレイヤーをＭとする。ここで、レイヤーは、独立して符号化され、変調された送信シンボルを意味する。

一方、通信システムの信頼度を高めたり伝送効率を向上させるための空間処理手法には、プリコーディング手法がある。プリコーディング手法は、マルチアンテナシステムで空間多重化率に関わることなく利用可能な手法であり、通常、チャネルの信号対雑音比（signal to noise ratio: SNR）を増大させる。一般に、送信端で現チャネル環境に最も適切な行列またはベクトルをデータに乗じて伝送するが、ここで、乗じられる行列またはベクトルは、受信端からフィードバックして用いたり、または、送信端でダウンリンクのチャネル情報を知る場合には適切な行列またはベクトルを計算して用いることができる。

本発明の目的は、コラボラティブＭＩＭＯ通信システムにおいて、プリコーディングされた信号を送信する方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一実施様態に係るコラボラティブＭＩＭＯ通信システムにおいて、プリコーディングされた信号を受信する方法は、サービング基地局を含む一つ以上の基地局から受信した信号を通じて、移動局で前記一つ以上の基地局に対するチャネルを推定する段階と、該推定されたチャネルに基づいて決定される前記一つ以上の基地局に対するプリコーディング行列インデックス（Precoding Matrix index: PMI）情報を前記サービング基地局に送信する段階と、前記一つ以上の基地局で前記プリコーディング行列インデックス（PMI）に基づいてプリコーディングされた信号を受信する段階と、を含む。

前記プリコーディング行列インデックス（PMI）は、チャネル品質情報（Channel Quality Information: CQI）、ランク情報（Rank Information）のうち少なくとも一つと一緒にチャネル情報として送信されることができる。

前記プリコーディングされた信号は、前記一つ以上の基地局のそれぞれから一つ以上の仮想アンテナを通じて送信され、前記仮想アンテナは、ビームフォーミング用アンテナ重みが乗じられて生成されるビームからなることができる。

また、前記プリコーディング行列インデックス（PMI）は、前記一つ以上の基地局で共通して持っているコードブックを用いて、前記一つ以上の仮想アンテナを含む仮想アンテナグループに対して決定されることができる。

そして、前記プリコーディング行列インデックス（PMI）または前記プリコーディング行列インデックス（PMI）によるプリコーディング行列値のうち、コラボラティブＭＩＭＯを行うために各基地局に割り当てられるアンテナ重みまたは前記プリコーディング行列の行インデックスを、前記サービング基地局からバックボーンネットワークを通じて前記一つ以上の基地局に伝達することができる。

前記移動局は、マルチセル環境でセルの縁部に位置することができる。

本発明の一実施の様態に係るコラボラティブＭＩＭＯ通信システムにおいて、プリコーディングされた信号を送信する方法は、移動局からサービング基地局及び一つ以上の隣接基地局に対するプリコーディング行列インデックス（PMI）を受信する段階と、該受信したプリコーディング行列インデックス（PMI）によるプリコーディング行列値のうち、各基地局に割り当てられるアンテナ重みまたは前記プリコーディング行列の行インデックスを、バックボーンネットワークを通じて該当の基地局に伝達する段階と、前記プリコーディング行列インデックス（PMI）に基づいて信号をプリコーディングする段階と、前記プリコーディングされた信号を前記移動局に送信する段階と、を含む。

前記プリコーディング行列インデックス（PMI）は、チャネル品質情報（CQI）、ランク情報のうち少なくとも一つと一緒にチャネル情報として送信されることができる。

前記プリコーディング行列インデックス（PMI）は、前記サービング基地局及び一つ以上の隣接基地局で共通して持っているコードブックを用いて決定されることができる。

そして、上記方法は、前記移動局から受信される信号からチャネルを推定する段階と、該推定されたチャネルに基づいてビームフォーミング用アンテナ重みを決定する段階と、該決定されたアンテナ重みを前記プリコーディングされた信号に乗じる段階と、をさらに含むことができる。

前記移動局は、マルチセル環境においてセルの縁部に位置することができる。

本発明によれば、コラボラティブＭＩＭＯ通信システムにおいて、より效果的にプリコーディングされた信号を受信することができる。

マルチセル環境で多数の基地局で一つの移動局にデータ信号を伝送する時、閉ループ方式で移動局からのプリコーディング行列情報を共有してプリコーディングを行うことができる。これにより、移動局に伝送される信号間のユニタリー特性を保持することにより、移動局での受信性能を高めることができる。

なお、各基地局が多数のアンテナを用いるビームフォーミングを行うことによって、各基地局が一つのアンテナを通じてデータを伝送することができる。これにより、移動局に伝送される信号の強度を増幅させることができ、かつ、移動局に伝送される多数の基地局信号間に発生しうる干渉を減らすことができる。

本発明の更なる理解を提供するために添付される図面は、本発明の実施例を説明し、本明細書と共に、本発明の原理を説明する。

マルチセル環境でＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。 本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。 本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。 本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。 本発明のその他の実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。 本発明のその他の実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。 本発明のその他の実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。 本発明のその他の実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。添付の図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を説明するためのもので、本発明が実施されうる唯一の実施の形態を表すためのものではない。以下の詳細な説明は、本発明の完全な理解を助けるために具体的な細部事項を含む。ただし、当業者には、このような具体的な細部事項なしにも本発明を実施できることが理解される。例えば、以下の説明では、一定用語を中心に説明するが、それらの用語に限定される必要はなく、任意の用語で表される場合にも同一の意味を有することができる。

場合によっては、本発明の概念が曖昧になることを避けるために、公知の構造及び／または装置を省略することもでき、各構造及び／または装置の核心機能を中心に示すブロック図及び／またはフローチャートの形式で表すこともできる。また、本明細書全体において同一の構成要素については同一の図面符号を使用して説明する。

以下の実施例は、本発明の構成要素と特徴が所定の形態で結合したものである。各構成要素または特徴は、別途の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮しなければならない。各構成要素または特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態とすることもできる。また、一部の構成要素及び／または特徴を結合して本発明の実施例を構成することも可能である。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更可能である。ある実施例の一部構成や特徴は、他の実施例に含まれることもでき、他の実施例の対応する構成または特徴に取って代わることもできる。

本発明の実施例において、記載は、基地局と移動局との間のデータ送受信関係からなる。ここで、「基地局」は、移動局と直接的に通信を行うネットワークの終端ノード（terminal node）としての意味を有する。本文書で基地局によって行われると説明された特定動作は、場合によっては、基地局の上位ノード（upper node）によって行われることもできる。すなわち、基地局を含む多数のネットワークノード（network nodes）からなるネットワークにおいて移動局との通信のために行われる様々な動作は、基地局または基地局以外のネットワークノードによって行われることもできることは自明である。「基地局」は、「固定局（fixed station）」、「ノードＢ（Node B）」、「eNode B（eNB）」、「アクセスポイント（access point）」などの用語にすることもできる。また、「移動局（mobile station）」は、「ユーザ装置（user equipment）」、「移動加入者局（mobile subscriber station: MSS）」などの用語にすることもできる。

マルチセル環境で通信している移動局、特に、各セルの縁部に位置する移動局の場合、サービスが提供されるサービング基地局から送信される信号は、その強度が弱いとともに、他の隣接した基地局から送信される信号により干渉の発生する確率が高い。したがって、このようなセルの縁部に位置している移動局は、その通信環境を考慮して、以下に説明するコラボラティブＭＩＭＯ（Collaborative MIMO）を通じてユーザの受信性能を高めることができる。

図１は、マルチセル環境でコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用した通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。

図１に示すＭＩＭＯ方式によると、ダイバーシティ（Diversity）、シングルユーザＭＩＭＯ（Single-user MIMO）、マルチユーザＭＩＭＯ（Multi-user MIMO）を実現するための単一セル単位でのＭＩＭＯの従来的な適用とは違い、マルチセル環境で複数の基地局を用いてＭＩＭＯを適用することができる。

図１を参照すると、ＭＳ１（１３）は、ＢＳ１（１０）及びＢＳ３（１２）から信号を受信し、ＭＳ２（１４）は、ＢＳ１（１０）及びＢＳ２（１１）から信号を受信し、ＭＳ３（１５）は、ＢＳ２（１１）及びＢＳ３（１２）から信号を受信することがわかる。そして、複数基地局から移動局に送信されるデータは、スケジューラー１６において、複数基地局を考慮して構成され、バックボーンネットワーク１７を通じて各基地局に伝送される。

この場合、各基地局から受信される信号は、互いに同一のデータであっても良く、異なるデータであっても良い。各基地局から同一のデータを受信する場合にはダイバーシティ利得を獲得することができ、各基地局から異なるデータを受信する場合には、データ伝送速度、すなわち、データ処理量を高めることができる。

移動局が、同一セル基地局のマルチアンテナを通じてシングルユーザＭＩＭＯまたはマルチユーザＭＩＭＯにより受信性能を高めたのと類似の方法で、隣接した多数のセルに位置する基地局から同一チャネルに対する信号を受信して、ダイバーシティ、シングルユーザＭＩＭＯまたはマルチユーザＭＩＭＯを具現することができる。特に、隣接セルから干渉を受けやすいセルの縁部に位置する移動局は、このような状況を逆に利用して、隣接基地局から同一チャネルに対する信号を受信し、ダイバーシティ、シングルユーザＭＩＭＯまたはマルチユーザＭＩＭＯを具現することができる。

多数の移動局または特定移動局に多数の独立したストリームが送信されるため、シングルユーザＭＩＭＯまたはマルチユーザＭＩＭＯを具現するためにコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する時、多数の基地局が移動局からチャネル状態情報（Channel Status Information: CSI）を受信し、これを用いてチャネルを推定することができる。そして、このようなチャネル推定結果に基づいて各基地局で別々にアンテナ重みを生成し、プリコーディングを行い、プリコーディングされた信号を伝送することができる。

しかし、この場合、各基地局は、移動局から受信したチャネル状態情報に基づいて推定されたチャネル値を用いてプリコーディングベクトル値を独立して生成するため、プリコーディングアンテナベクトルに該当する各基地局間の信号が、互いにユニタリー性質を有しない場合がある。このように、複数の基地局で生成されるプリコーディングベクトル間にユニタリー特性が維持されない場合は、最小弦距離（Minimum chordal distance）のようなパラメータ値を最大化し難くなるため、一つの移動局に複数個のデータストリームを伝送する通信システムにおいて受信性能が劣化する可能性がある。

したがって、以下に説明する本発明の実施例では、コラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を用いるに当たり、コードブックを用いた閉ループ動作を通じて、複数の基地局でユニタリー特性を維持できる信号を送信できる方法を提供する。

図２ａと図２ｂは、本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムで信号を送受信する方法を説明するための図である。

図２ａは、各基地局のランクが１の場合、多数の基地局を通じて特定移動局に一つのデータストリームを同時に伝送する方法を示す図である。図２ａで、移動局２０のサービング基地局（ＢＳ_１）２１−１とＭ−１個の隣接基地局を含むＭ個の基地局は、移動局２０にデータを伝送する。この時、サービング基地局２１−１乃至基地局（ＢＳ_Ｍ）２１−Ｍは、スケジューラー２５で受信された情報に基づいて構成され、バックボーンネットワーク２４を通じて伝送されたデータストリームｄを移動局２０に送信する。

多数の基地局のうち、基地局２１−１を例として、データを伝送する各基地局の構成についてより詳細に説明する。基地局２１−１は、データストリームｄをバックボーンネットワーク２４を通じて受信した後、移動局２０に送信する前にデータストリームｄにプリコーディングを行う。プリコーディング行列生成部２２−１は、プリコーディングを行う時に用いられる重み又はプリコーディング行列を生成する。

この時、プリコーディング行列生成部２２−１は、コードブックを用いて重みまたはプリコーディング行列を生成することができる。例えば、移動局では、本実施例によってフィードバック情報としてプリコーディング行列インデックス（PMI）を伝送し、プリコーディング行列生成部２２−１では、移動局２０からフィードバック情報として受信したプリコーディング行列インデックス（PMI）を用いてプリコーディング行列を生成することができる。

そして、プリコーダ２３−１は、この生成された重みまたはプリコーディング行列をデータストリームｄに乗じてプリコーディングを行う。そして、プリコーディングされた信号を移動局２０に伝送する。

本実施例によって、基地局、特に、サービング基地局２１−１が移動局２０からフィードバック情報としてＰＭＩを受信する時、サービング基地局２１−１は、そのＰＭＩと同様に、基地局２１−Ｍを含む隣接基地局に対するプリコーディング行列インデックスＰＭＩを受信することができ、これにより、各基地局はＰＭＩを用いてプリコーディング行列を生成することができる。

サービング基地局２１−１では、各基地局に対するプリコーディング行列インデックスＰＭＩをバックボーンネットワーク２４を通じて該当の基地局に伝達することができる。ここで、バックボーンネットワーク２４は、複数の隣接した基地局間で、情報を送信／受信する、及び共有するために定義された通信ネットワークでありうる。この時、スケジューラー２５がＰＭＩの送信を調整できる。

さらに、スケジューラー２５は、各基地局で移動局から受信した信号を通じて獲得したチャネル情報を、バックボーンネットワーク２４を通じて受信し、これを用いて該当の移動局に伝送するデータを構成することができる。すなわち、チャネル情報には、上記のプリコーディング行列インデックス（ＰＭＩ）に加えて、チャネル品質情報（Channel Quality Information: CQI）及びランク情報（Rank information）などを含むことができる。そして、このようなチャネル情報を用いてスケジューラー２５では該当の移動局のチャネル状態に最適のコーディング及び変調手法を選択し、これを適用して構成されたデータを各基地局にバックボーンネットワーク２４を通じて伝達し、移動局に伝送されるようにすることができる。

他の方法として、移動局では、サービング基地局及びバックボーンネットワーク２４を介さずに、各隣接基地局から割り当てられたアップリンクチャネルを通じて直接各基地局に、各基地局に対するプリコーディング行列インデックス（PMI）を送信することもできる。

図２ｂは、各基地局のランクが１以上の場合、多数の基地局を通じて特定移動局に同一のユーザデータを伝送する方法を示す図である。図２ｂの各構成は、図２ａで説明した動作と同一の動作を行う。ただし、図２ａでは、各基地局別にいずれも一つのデータストリームを伝送したが、図２ｂでは、各基地局が一つ以上のデータストリームを伝送する点が異なる。

図２ｂで、スケジューラー２５は、各基地局に対するランク情報を受信し、各基地局のランクによって基地局別データストリームを構成できる。例えば、図２ｂで、基地局ＢＳ_１のランクがＫ１の場合、Ｋ１個のデータストリームが構成されて基地局ＢＳ_１に伝送されることができる。そして、図２ｂで、基地局ＢＳ_ＭのランクがＫＭの場合、ＫＭ個のデータストリームが構成されて基地局ＢＳ_Ｍに伝送されることができる。

図２ａ及び図２ｂで、さらに、各基地局に設けられたマルチアンテナを通じてダイバーシティやＭＩＭＯを具現することもできる。なお、図２ｂに示すように、多数の基地局に多数個のデータストリームを伝送することによって、より高い伝送速度を得ることができる。

下記の数学式１は、プリコーダ２３−１でデータストリームに、移動局から伝送されたプリコーディング行列インデックス（PMI）に基づくプリコーディング行列を乗じて生成する送信信号の一例を表す。

ここで、ｍは多数の基地局に割り当てられる基地局インデックスを表す。そして、S_m(t)は基地局ＢＳ_ｍで伝送される伝送信号を表し、P_mは基地局ＢＳ_ｍのプリコーディング行列生成部２２−ｍで生成されるプリコーディング行列を表し、d(t)は、スケジューラー２５から受信する伝送データストリームを表す。

等式１で、伝送データストリームの数がk（ここで、k=1,...,K）の時、P_mは、P_m=[P_m1, P_m2,..., P_mk]のように複数個の列で構成されることができ、これは、基地局ＢＳ_ｍのアンテナを通じて伝送される伝送データストリームに適用されるプリコーディング行列を表す。全体伝送データストリーム数ｋ個に対するコードブック内のｋ個の列ベクトルで構成されるプリコーディング行列は、次のように表現されることができる。

図３は、本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するためのフローチャートである。

移動局では、まず、ステップＳ３０で、サービング基地局と一つ以上の隣接基地局から信号を受信して、各基地局に対するチャネルを推定する。本実施例によれば、移動局、特に、セルの縁部に位置している移動局は、サービング基地局だけでなく、隣接する基地局に対するチャネルも推定できることが好ましい。

そして、ステップＳ３１で、移動局は、各基地局に対して推定されたチャネル情報を用いてコードブックで各基地局に対するプリコーディング行列インデックス（PMI）を決定する。この時、各基地局に対するプリコーディング行列インデックス（PMI）をそれぞれ決定して、複数のプリコーディング行列インデックス（PMI）を決定することができる。そして、ステップＳ３２で決定された各基地局に対するプリコーディング行列インデックス（PMI）をサービング基地局に伝送する。この時、各基地局に対するプリコーディング行列インデックス（PMI）だけでなく、各基地局のチャネル情報として、チャネル品質情報（CQI）、ランク情報なども一緒に伝送することができる。

サービング基地局が、該サービング基地局に関するチャネル情報だけでなく、隣接基地局に関するチャネル情報を移動局から受信すると、ステップＳ３３で、これをバックボーンネットワークを通じてスケジューラーに伝達し、スケジューラーはこれを該当の基地局に伝送することができる。または、サービング基地局がバックボーンネットワークを通じて隣接基地局に各隣接基地局に関するチャネル情報を伝達することもできる。

このように、チャネル情報、特に、プリコーディング行列インデックス（PMI）とランク情報によって構成されたデータストリームを受信した各基地局では、ステップＳ３４−１及びＳ３４−２で、プリコーディング行列をデータストリームに乗じることによってプリコーディングを行う。そして、各基地局は、ステップＳ３５−１及びＳ３５−２で、該プリコーディングされたデータ信号を移動局に伝送する。

図４は、本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。

図４は、上記した本発明の一実施例によるコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法において、各基地局別に多数のアンテナがさらに設けられる場合、ビームフォーミング手法を通じて各基地局を仮想アンテナとして具現して信号を送信する方法を示す。

以下では、図２ａで説明した構成及び動作については簡略に説明し、また、図２ａと同様に、複数の基地局のうち基地局（ＢＳ_１）４１−１を挙げて、本実施例によるビームフォーミング手法と関連するビームフォーミング重み生成部４４−１〜４４−Ｍ及びビームフォーミング部４５−１〜４５−Ｍについてより具体的に説明する。

図４ａは、ランクが１の場合、多数の基地局を通じて特定移動局に同一の一つのデータストリームを伝送する方法を示す図である。上記の実施例で説明した通り、サービング基地局（ＢＳ_１）４１−１では、移動局からサービング基地局（ＢＳ_１）４１−１と他の隣接基地局の仮想アンテナに対するプリコーディングインデックス情報（PMI）、チャネル品質情報（CQI）及びランク情報（Rank information）を受信し、これらをバックボーンネットワーク４６を通じて共有または伝達し、各基地局では、伝達されたプリコーディング情報に基づいてプリコーディングを行うことができる。

そして、本実施例によって各基地局に伝達されるプリコーディング行列情報は、同一のコードブックから選択された一つのプリコーディング行列Ｐに対して各基地局別に割り当てられる重みまたはプリコーディング行列の行インデックスとすることが好ましい。すなわち、サービング基地局ＢＳ_１及び隣接基地局は、該当の移動局に対して同一のコードブックを使用し、移動局では各基地局を一つのアンテナと見なし、一つのプリコーディング行列Ｐを決定してサービング基地局ＢＳ_１に伝送する。そして、サービング基地局ＢＳ_１では、バックボーンネットワーク４６を通じて、プリコーディング行列Ｐのうち、各基地局に対する重みｐや行インデックスを各基地局に伝達することができる。

本実施例でも、移動局では、サービング基地局及びバックボーンネットワーク４６を介さずに、各隣接基地局から割り当てられたアップリンクチャネルを通じて直接各基地局に、該当の基地局に対するプリコーディング行列の重みまたはプリコーディング行列の行インデックスを送信することもできる。

この時、サービング基地局（ＢＳ_１）４１−１のビームフォーミング重み生成部４４−１では、該当の移動局に対するチャネルを推定し、その結果に基づいてビームフォーミングを行うための重みを生成する。この時、ビームフォーミング重み生成部４４−１は、移動局から受信したチャネル状態情報を用いることができる。そして、ビームフォーミング部４５−１では、ビームフォーミング重み生成部４４−１で生成された重みを、プリコーディングされた信号に乗じる。

図４ｂは、ランクが２以上の場合、多数の基地局を用いてコラボラティブＭＩＭＯを行う一例で、該当の移動局に同一の多数のデータストリームを伝送する方法を示す。すなわち、図４ｂの各構成は、図４ａで説明した動作と同一の動作を行う。ただし、図４ａでは各基地局で１個のデータストリームを伝送するが、図４ｂでは、基地局が複数個のデータストリームを伝送し、この時、各基地局に設けられたマルチアンテナを通じてダイバーシティやＭＩＭＯを具現して伝送できる点が異なる。

下記の等式３は、本実施例によって移動局から伝送されたプリコーディング行列インデックス（PMI）に基づくプリコーディング行列を乗じて生成されたデータストリームに、ビームフォーミング手法を適用して信号を伝送する場合に、その送信信号の一例を表す。

そして、Ｐ_iは、コラボラティブＭＩＭＯを行うために決定されたプリコーディング行列で、仮想アンテナVA_iとして具現される各基地局に適用される重み、特に、決定されたプリコーディング行列の行成分を表し、下付き文字ｉは、コラボラティブＭＩＭＯを行うために決定されたプリコーディング行列で仮想アンテナとして具現される各基地局に適用される重みと関連する行インデックスであり、仮想アンテナ当たり一つの行を割り当てることによって、仮想アンテナと同一のインデックスを使用する例を表す。Ｄは、ランクがｋの場合、伝送される多重データストリームｄ_１、ｄ_２、...、ｄ_ｋを表す。

図２ａ及び図２ｂでは各基地局別にプリコーディング行列インデックスを使用したが、図４ａ及び図４ｂの実施例では、あらゆる隣接基地局に対して同一のコードブックに対する同一のプリコーディング行列インデックスを使用する点が異なる。すなわち、図４ａ及び図４ｂの実施例では、各基地局が一つの仮想アンテナとして具現されて、多数の仮想アンテナに対して適用される一つのプリコーディング行列インデックスが決定され、各基地局では、決定されたプリコーディング行列のうち、自身に該当する行ベクトル成分を重みとして乗じて移動局に伝送することができる。

このとき、各基地局でビームフォーミング手法を用いて仮想アンテナを具現して信号を伝送する方法において、各基地局では、多数の仮想アンテナを具現して用いることができる。

図５ａ及び図５ｂは、本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するための図である。

図５ａ及び図５ｂは、上記の本発明の一実施例によるコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおけるビームフォーミング手法を通じて仮想アンテナを具現して信号を送受信する方法において、各基地局で多数の仮想アンテナを具現する場合を示す。

この時、各基地局に設けられるアンテナアレイを一つのグループとして多数の仮想アンテナを具現することもでき、アンテナグループ間の間隔が４λであるアンテナグループに分けて多数の仮想アンテナを具現することもできる。

図５ａ及び図５ｂの各構成は上述した通りであり、その詳細説明は省略する。ただし、図５ａ及び図５ｂでは、多数の仮想アンテナを具現する場合、プリコーディング行列生成部５２−１〜５２−Ｍとビームフォーミング重み生成部５４−１〜５４−Ｍで生成されるプリコーディング行列や重みの行列大きさまたは構成において変化がある。

図５ａ及び図５ｂに示すように、一つの基地局、例えば、基地局ＢＳ_ｍで多数の仮想アンテナ、すなわち、VA_{ｍ_１}、VA_{ｍ_２}、...、VA_{ｍ_i}を使用する場合、基地局で送信される送信信号は、下記の等式４で表すことができる。

そして、図５ｂに示すように、ランクがｋ（ｋは、２以上）である場合、Ｄは、伝送される多重データストリームｄ_１、ｄ_２、...、ｄ_ｋを表すことができる。また、この場合にも、基地局ＢＳ_ｍとして具現されるVA_{ｍ_１}、VA_{ｍ_２}、...、VA_{ｍ_i}の各仮想アンテナを通じて伝送されるデータストリーム数がｋ個の時、ｐ_{ｍ_i}は、ｐ_{ｍ_i}=[ｐ_{ｍ_i１}, ｐ_{ｍ_i２},...,ｐ_{ｍ_iK}]のようにｋ個の列で構成されることができる。

図６は、本発明の一実施例によってコラボラティブＭＩＭＯ方式を適用する通信システムにおける信号送受信方法を説明するためのフローチャートである。

移動局では、まず、ステップＳ６０で、サービング基地局と一つ以上の隣接基地局からビームフォーミングによる信号を受信して、各基地局に対するチャネルを推定する。この時、移動局が、マルチセル環境でセルの縁部に位置している移動局である場合、ビームフォーミングによってより高い性能を得ることができる。本実施例によれば、移動局、特に、セルの縁部に位置している移動局は、サービング基地局だけでなく、隣接する基地局に対するチャネルまで推定できることが好ましい。

そして、ステップＳ６１で、移動局は、各基地局に対して推定されたチャネル情報を用いてコードブックから各基地局の仮想アンテナからなる仮想アンテナグループに対するプリコーディング行列インデックス（PMI）を決定する。そして、ステップＳ６２で、決定されたコラボラティブＭＩＭＯを行う基地局の仮想アンテナグループに適用されるプリコーディング行列インデックス（PMI）をサービング基地局に伝送する。この時、仮想アンテナグループに対するプリコーディング行列インデックス（PMI）の他に、コラボラティブＭＩＭＯのためのチャネル情報として、チャネル品質情報（CQI）、ランク情報（Rank Information）なども一緒に伝送するとができる。また、コラボラティブＭＩＭＯを行う多数の隣接基地局で該当の移動局に対して同一のコードブックを使用することができ、各基地局が一つのアンテナ、アンテナグループまたは仮想アンテナと見なされて、各基地局では、一つのプリコーディング行列インデックス（PMI）で決定されるプリコーディング行列の各行ベクトル成分でプリコーディングすることができる。

以降、サービング基地局で、サービング基地局に関するチャネル情報だけでなく、隣接基地局に関するチャネル情報を移動局から受信すると、ステップＳ６３で、それらの情報をバックボーンネットワークを通じてスケジューラーに伝達し、スケジューラーがそれを該当の基地局に伝送することができる。または、サービング基地局でバックボーンネットワークを通じて隣接基地局に、各隣接基地局に関するチャネル情報を伝達することもできる。

本実施例では、各基地局は、ステップＳ６４−１及びステップＳ６４−２で、移動局から受信された信号またはチャネル状態情報を用いて該当の移動局に対するチャネルを推定する。そして、ステップＳ６５−１及びステップＳ６５−２で、チャネル推定結果に基づいてビームフォーミング用アンテナ重みを決定する。この時、アンテナ重みは、移動局の位置及び他の基地局との関係を考慮して信号強度を最大にするとともに基地局との干渉を最小化する値に決定することが好ましい。

既にチャネル情報、特に、プリコーディング行列インデックス（PMI）による該当の仮想アンテナのアンテナ重みまたはそのインデックスを受信した各基地局では、ステップＳ６６−１及びステップＳ６６−２で、該当の仮想アンテナに割り当てられたアンテナ重みをデータに乗じることでプリコーディングを行う。そして、各基地局は、ステップＳ６７−１及びステップＳ６７−２で、既に決定されたビームフォーミング用アンテナ重みを適用する。すなわち、プリコーディングされた信号にビームフォーミング用アンテナ重みを乗じる。そして、ステップＳ６８−１及びステップＳ６８−２で、このプリコーディングされたデータ信号を移動局に伝送する。

上述したように、本実施例によれば、マルチセル環境で多数の基地局が一つの移動局に対するデータ信号を伝送する時、閉ループ方式で移動局から伝送されるプリコーディング行列情報を共有してプリコーディングを行うことによって、移動局に伝送される信号間のユニタリー特性を維持させ、移動局での受信性能を高めることができる。

なお、本実施例のように、各基地局で多数のアンテナを用いるビームフォーミングを行ってデータを伝送することによって、移動局に伝送される信号の強度を増幅させることができ、かつ、移動局に伝送される多数の基地局信号間に発生しうる干渉も減らすことができる。

特許請求の範囲において明示的な引用関係にない請求項を結合して実施例を構成したり、出願後の補正により新しい請求項として含めたりすることができることは自明である。

本発明による実施例は、様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア（firmware）、ソフトウェアまたはそれらの結合などによって具現することができる。ハードウェアによる具現の場合、本発明の一実施例によるコラボラティブＭＩＭＯ通信システムで、プリコーディングされた信号を受信する方法は、一つまたはそれ以上のASICs（application specific integrated circuits）、DSPs（digital signal processors）、DSPDs（digital signal processing devices）、PLDs（programmable logic devices）、FPGAs（field programmable gate arrays）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現されることができる。

ファームウェアやソフトウェアによる具現の場合、本発明の一実施例によるコラボラティブＭＩＭＯ通信システムで、プリコーディングされた信号を受信する方法は、以上で説明された機能または動作を行うモジュール、手続き、関数などの形態で具現することができる。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶されて、プロセッサによって駆動されることができる。メモリユニットは、プロセッサの内部または外部に設けられて、公知の様々な手段によってプロセッサとデータを交換することができる。

本発明は、本発明の精神及び必須特徴を逸脱しない範囲で、他の特定の形態に具体化できることは、当業者にとっては明らかである。よって、上記の詳細な説明は、いずれの面においても制限的に解釈されてはならず、例示的なものとして考慮されなければならない。本発明の範囲は、添付した請求項の合理的解釈によって定められるべきであり、本発明の等価的範囲内におけるあらゆる変更は、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、コラボラティブＭＩＭＯ通信システムにおいて使用される装置に適用することができる。

Claims (8)

1. コラボラティブ多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、移動局による信号の受信スループットを向上させる方法であって、
   サービング基地局及び少なくとも１つの隣接基地局のそれぞれに対するチャネルを推定するステップと、
   前記推定されたチャネルに基づいて前記サービング基地局及び前記少なくとも１つの隣接基地局のそれぞれに対応するプリコーディング行列インデックス（ＰＭＩ）を決定するステップと、
   前記サービング基地局に前記プリコーディング行列インデックスを送信するステップと、
   前記サービング基地局及び前記少なくとも１つの隣接基地局から、前記対応するプリコーディング行列インデックスによりプリコーディングされた信号を受信するステップと、
   を有し、
   前記プリコーディングされた信号は同一のデータを有する、受信スループットの向上方法。
2. 前記プリコーディング行列インデックスを送信するステップは、前記サービング基地局に前記推定されたチャネルに対応するチャネル品質情報を送信するステップを有する、請求項１に記載の受信スループットの向上方法。
3. 前記プリコーディング行列インデックスは、前記サービング基地局及び前記少なくとも１つの隣接基地局が共通に有しているコードブックに基づいて決定される、請求項１に記載の受信スループットの向上方法。
4. 前記移動局は、マルチセル環境においてセルの縁部に位置する、請求項１に記載の受信スループットの向上方法。
5. コラボラティブ多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信システムにおいて、サービング基地局による移動局での信号の受信スループットを向上させる方法であって、
   前記移動局から前記サービング基地局及び少なくとも１つの隣接基地局のそれぞれに対応するプリコーディング行列インデックスを受信するステップと、
   前記少なくとも１つの隣接基地局に前記対応するプリコーディング行列インデックスを送信するステップと、
   前記受信したプリコーディング行列インデックスのうち、前記対応するプリコーディング行列インデックスによりプリコーディングされた信号を前記移動局に送信するステップと、
   を有し、
   前記プリコーディングされた信号に含まれるデータは、前記少なくとも１つの隣接基地局から前記移動局に送信された信号に含まれるデータと同一である、移動局での受信スループットの向上方法。
6. 前記プリコーディング行列インデックスを受信するステップは、前記サービング基地局への推定されたチャネルに対応するチャネル品質情報を受信するステップを有する、請求項５に記載の移動局での受信スループットの向上方法。
7. 前記プリコーディング行列インデックスは、前記サービング基地局及び前記少なくとも１つの隣接基地局が共通に有しているコードブックに基づいて決定される、請求項５に記載の移動局での受信スループットの向上方法。
8. 前記移動局は、マルチセル環境においてセルの縁部に位置する、請求項５に記載の移動局での受信スループットの向上方法。

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