JP5445866B2 - 無線通信システム及び通信制御方法 - Google Patents
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Description
二つの基地局(101−1、101−2)が、各々、セル(102−1、102−2)を形成する。セル102−1内の3台の端末(103−1、103−2、103−3)は、基地局101−1と通信し、セル102−2内の3台の端末(103−4、103−5、103−6)は、基地局101−2と通信する。
各基地局及び各端末は、複数のアンテナを備える。各基地局は、ある瞬間において、その基地局によって形成されるセルに所属する1台の端末とMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信をする。なお、OFDMA(Orthgonal Frequency Division Multiple Access)等のマルチキャリア通信システムでは、各キャリアが互いに直交性を持っているため、キャリア毎に異なる端末とMIMO通信をすることができるが、ここでは簡単のため、シングルキャリアの通信システムを仮定して説明する。
図31は、ある時刻におけるスナップショットを示しており、基地局101−1は端末103−3と、信号104−1を所望信号として、シングルユーザMIMO通信をし、基地局101−2は端末103−4と、信号104−2を所望信号として、シングルユーザMIMO通信をしている。このシングルユーザMIMO通信は、いわゆる第3.9世代のセルラシステムで採用が決まっており、そのプロトコルは、"Physical layer procedures(Release 8)", 3GPP TSG RAN, 3GPP TS36.213 ver8.4.0, pp.18-43, 2008/9 に開示されている。
ただし、無線信号は他の端末にも到達するので、無線信号の漏れ込みによる干渉が発生する。具体的には、基地局101−2から端末103−3に対する干渉105−1、及び、基地局101−1から端末103−4に対する干渉105−2が発生する。
端末103−4のように、所望信号104−2の伝搬距離と干渉信号105−2の伝搬距離とに大きな差がある状態では、干渉信号105−2の伝搬減衰によって、干渉は問題にならない。しかし、端末103−3のように所望信号104−1の伝搬距離と干渉信号105−1の伝搬距離とに差が小さい状態では、所望信号104−1と干渉信号105−1との間の伝搬減衰量は同程度なので、所望信号104−1の電界強度と干渉信号105−1の電界強度との差が小さい。従って、セル間干渉が深刻な問題となる。
図32は、近年注目されているセルラシステムを説明する図である。図32に示すシステムは、前述したセル間干渉の問題を解決する無線通信システムとして、”Inter−cell Radio Resource Management for Heterogeneous Network”,NTT DoCoMo,3GPP TSG RAN WG1,R1−083019,2008/8に開示されている。
従来、基地局に設置されていたベースバンドモデム(106−1、106−2)をセル(102−1、102−2)とは別の場所に設置し、セルにはシンプルな無線送受信機であるRRU(Remote Radio Unit)108−1〜108−8が配置される。
この構成の第1の特徴は、ベースバンドモデム(106−1、106−2)を集中化することによってセル間で連携した信号処理ができるため、セル間干渉を低減することができる。また、第2の特徴は、RRU(108−1〜108−8)はセルカバレッジを確保するために面状に分散して配置される。さらに、第3の特徴は、ベースバンドモデム106とRRU108とは光ファイバ(107−1、107−2)によって接続され、ベースバンドモデム106とRRU108との間は、CPRI(Common Public Radio Interface)規格に従ってベースバンド信号が伝送される。なお、このシステムにおいて、セル102−1は、ベースバンドモデム106−1が管理する4台のRRU(108−1、108−2、108−3、108−4)によって形成される。セル102−2も同様に、ベースバンドモデム106−2が管理する4台のRRU(108−5、108−6、108−7、108−8)によって形成される。
すなわち、図32に示すシステムでは、ベースバンドモデム106を集中化することによって、セル102間のベースバンド信号の処理連携が容易となり、端末が複数の基地局と通信するNetwork MIMOを容易に実現することができる。
しかし、Network MIMOを実現するために、複数セルに跨ってアンテナを選択するための具体的な通信手順は提案されていなかった。特に、セルの枠に囚われずに、端末にとって最適なアンテナを選択することが、Network MIMOの効果を生じるために重要であるが、このアンテナ選択に関する具体的な方法は提案されていなかった。すなわち、従来は、セル境界付近の端末に複数基地局のアンテナを割り当てることによって、セル境界付近の端末の通信品質を向上するための具体的手順は提案されていなかった。
本発明は、無線通信システムにおいて通信品質の劣化を招くセル間干渉を低減するため、セルの枠組みに囚われず、端末にとって最適な基地局アンテナを割り当てるための具体的手順を提案することを目的とする。
本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、複数の基地局が各々複数のセルを構成し、1台の端末が前記複数の基地局と通信する無線通信システムであって、前記各基地局は、1又は複数のアンテナを備え、前記基地局は、少なくとも近傍の基地局間では重複しないアンテナ固有の第1の参照信号を送信し、前記端末は、前記第1の参照信号を受信して、前記アンテナ毎の前記第1の参照信号の受信電力を推定し、前記受信電力の推定結果に基づいて、通信に適する複数の前記アンテナを選択し、前記アンテナの選択結果を前記基地局に送信し、前記基地局は、前記端末から送信された前記アンテナの選択結果を参照して、異なるセルに属する前記複数のアンテナを前記端末に割り当て、前記アンテナの割当結果を前記端末に通知することを特徴とする。
本発明の別な一形態では、複数の基地局が各々複数のセルを構成し、1台の端末が前記複数の基地局と通信する無線通信システムにおいて、前記各基地局は、1又は複数のアンテナを備え、前記端末は、端末固有の第2の参照信号を送信し、前記基地局は、前記第2の参照信号を受信して、前記アンテナ毎に前記第2の参照信号の受信電力を推定し、前記受信電力の推定結果に基づいて、通信に適する複数の前記アンテナを選択し、前記アンテナの選択結果を参照して、異なるセルに属する複数の前記アンテナを前記端末に割り当て、前記アンテナの割当結果を前記端末に通知することを特徴とする。
本発明の実施の形態によると、セル間干渉を低減することができる。このため、セル境界付近の端末の通信品質を向上することができる。すなわち、セル境界における周波数利用効率を改善し、端末間で提供されるサービス品質の差を小さくすることができる。
図2は、本発明の第1の実施の形態の無線通信システムの構成を示す図である。
図3Aは、本発明の第1の実施の形態のベースバンドモデムとRRUとの間を光ファイバで接続した場合の構成を示すブロック図である。
図3Bは、本発明の第1の実施の形態のベースバンドモデムとRRUとの間を同軸ケーブルで接続した場合の構成を示すブロック図である。
図3Cは、本発明の第1の実施の形態のベースバンドモデムとRRUとの間を無線リンクで接続した場合の構成を示すブロック図である。
図4は、本発明の第1の実施の形態の無線通信システムにおける下り通信時の各ノードの動作を示すシーケンス図である。
図5は、本発明の第1の実施の形態の無線通信システムにおける上り通信時の各ノードの動作を示すシーケンス図である。
図6は、本発明の第1の実施の形態のベースバンドモデム及びその周辺の構成を示すブロック図である。
図7は、本発明の第1の実施の形態のベースバンド信号生成部の構成を示すブロック図である。
図8は、本発明の第1の実施の形態のデータ・制御信号分離の構成を示すブロック図である。
図9は、本発明の第1の実施の形態の長区間平均電力推定部の構成を示すブロック図である。
図10は、本発明の第1の実施の形態のモデム制御手段の構成を示すブロック図である。
図11は、本発明の第1の実施の形態のPAIバッファに格納された内容を示す説明図である。
図12は、本発明の第1の実施の形態の電力推定結果バッファに格納された内容を示す説明図である。
図13は、本発明の第1の実施の形態の端末の構成を示すブロック図である。
図14Aは、本発明の第1の実施の形態の基地局側から端末へ通知されるRRUアサイン情報を示す説明図である。
図14Bは、本発明の第1の実施の形態の基地局側から端末へ通知されるRRUアサイン情報を示す説明図である。
図15は、本発明の第1の実施の形態の下りRRUマッピング部及び上りRRUマッピング部の共通の処理を示すフローチャートである。
図16は、本発明の第1の実施の形態のRRU割当結果を説明する図である。
図17は、本発明の第1の実施の形態の下りRRUマッピング部及び上りRRUマッピング部の共通の処理の変形例を示すフローチャートである。
図18は、本発明の第1の実施の形態のRRU割当結果を説明する図である。
図19Aは、本発明の第1の実施の形態のPAIフィードバックの内容を示す説明図である。
図19Bは、本発明の第1の実施の形態のPAIフィードバックの内容を示す説明図である。
図19Cは、本発明の第1の実施の形態のPAIフィードバックの内容を示す説明図である。
図20Aは、本発明の第1の実施の形態のRRU個別参照信号の挿入例を示す説明図である。
図20Bは、本発明の第1の実施の形態のRRU個別参照信号の別の挿入例を示す説明図である。
図20Cは、本発明の第1の実施の形態のRRU個別参照信号の別の挿入例を示す説明図である。
図21Aは、本発明の本発明の第1の実施の形態の効果を説明する図である。
図21Bは、本発明の本発明の第1の実施の形態の効果を説明する図である。
図22は、本発明の第2の実施の形態の無線通信システムのネットワーク構成を示す図である。
図23は、本発明の第2の実施の形態の無線通信システムにおける下り通信時の各ノードの動作を示すシーケンス図である。
図24は、本発明の第2の実施の形態の無線通信システムにおける上り通信時の各ノードの動作を示すシーケンス図である。
図25は、本発明の第2の実施の形態のベースバンドモデム及びその周辺の構成を示すブロック図である。
図26は、本発明の第2の実施の形態のベースバンド信号生成部の構成を示すブロック図である。
図27は、本発明の第2の実施の形態のモデム−RRU間スイッチの構成を示すブロック図である。
図28は、本発明の第2の実施の形態のRRU割当結果を説明する図である。
図29は、本発明の第2の実施の形態のRRU割当結果を説明する図である。
図30は、本発明の第2の実施の形態のRRU割当結果を説明する図である。
図31は、従来のセルラシステムを説明する図である。
図32は、近年注目されているセルラシステムを説明する図である。
図1は、第1の実施の形態の無線通信システムのネットワーク構成を示す図である。
第1の実施の形態の無線通信システムは、ゲートウェイ111、モデム制御手段112、ベースバンドモデム106−1、106−2、…(以下、ベースバンドモデムを区別する必要がない場合は、単に106と記載する)、及び、RRU(Remote Radio Unit)108−1、108−2、…(以下、RRUを区別する必要がない場合は、単に108と記載する)を備える。本実施の形態の無線通信システムは、複数のベースバンドモデム106を備えるが、1台のベースバンドモデム106を備えてもよい。また、本実施の形態の無線通信システムは、複数のRRU108を備えるが、複数のベースバンドモデム106を備える場合には、各々のベースバンドモデム106に対し1台のRRU108を備えてもよい。
ゲートウェイ111は、コアネットワーク110と無線アクセスネットワーク(ゲートウェイ111より下層)とを接続し、無線アクセスネットワークを終端するノードであり、ネットワーク間でプロトコルを変換する。
モデム制御手段112は、ゲートウェイ111とベースバンドモデム106との間のデータフローを制御する。なお、適切なRRU108は端末103毎に異なるため、端末103毎にデータを転送するRRU108が管理される。この制御のために、プロセッサ(CPU、DSP等)、論理回路(ASIC、FPGA等)を用いるとよい。モデム制御手段112は、複数のベースバンドモデム(106−1、106−2、…)を管理する。
ベースバンドモデム106は、IPパケットと無線ベースバンド信号との間のプロトコルを変換する装置である。このプロトコル変換のため、モデム制御手段112と同様に、プロセッサ及び/又は論理回路を用いるとよい。無線信号のプロトコルは、標準化団体で標準化された規格(例えば、前述した”Inter−cell Radio Resource Management for Heterogeneous Network”に記載されるLTE(Long Term Evolution))に準拠する。
各ベースバンドモデム106は、複数のRRU108を管理する。ベースバンドモデム106とRRU108との間は光ファイバ又は同軸ケーブルで接続する。なお、ケーブル等を用いた有線による接続に代わって、ベースバンドモデム106及びRRU108の双方に無線通信機を備え、無線リンクによってベースバンドモデム106とRRU108との間を接続してもよい。ベースバンドモデム106とRRU108との間の接続は、図3Aから図3Cを用いて後述する。ベースバンドモデム106とRRU108との間は、CPRI(Common Public Radio Interface)規格に従ってベースバンド信号が伝送される。
図2は、本発明の第1の実施の形態の無線通信システムの構成を示す図である。
複数のRRU(108−1、108−2、108−3、108−4)が、セル(102−1)を形成し、セル102−1内の端末と無線通信をする。すなわち、セル102−1内の3台の端末(103−1、103−2、103−3)は、RRU(108−1、108−2、108−3、108−4)の一つ又は複数と通信する。
また、複数のRRU(108−5、108−6、108−7、108−8)が、セル(102−2)を形成し、セル102−2内の端末と無線通信をする。すなわち、セル102−2内の4台の端末(103−3、103−4、103−5、103−6)は、RRU(108−5、108−6、108−7、108−8)の一つ又は複数と通信する。
各基地局及び各端末は、複数のアンテナを備える。各基地局は、ある瞬間において、その基地局によって形成されるセルに属する1台の端末とMIMO(Multiple Input Multiple Output)通信をする。なお、OFDMA(Orthgonal Frequency Division Multiple Access)等のマルチキャリア通信システムでは、各キャリアが互いに直交性を持っているため、キャリア毎に異なる端末とMIMO通信をすることができるが、以下の説明では、説明を簡単にするため、シングルキャリアの通信システムについて説明する。なお、本発明はマルチキャリアの通信システムについても適用することができる。
RRU(108−1〜108−8)はセルカバレッジを確保するために面状に分散して配置される。
なお、図2に示すシステムにおいて、セル102−1は、ベースバンドモデム106−1が管理する4台のRRU(108−1、108−2、108−3、108−4)によって形成される。セル102−2も同様に、ベースバンドモデム106−2が管理する4台のRRU(108−5、108−6、108−7、108−8)によって形成される。
図3Aから図3Cは、第1の実施の形態において、ベースバンドモデム106とRRU108との間を前述した各方法で接続した場合の、ベースバンドモデム106及びRRU108の構成を示すブロック図である。
図3Aは、ベースバンドモデム106とRRU108との間を光ファイバで接続する場合の構成を示す。図3Aに示すように、RRU108は、DAC901、ADC902、アップコンバータ903、ダウンコンバータ904、パワーアンプ905、ローノイズアンプ906、デュプレクサ907及びアンテナ207を備える。
DAC901は、デジタル信号をアナログ信号に変換する。ADC902は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。アップコンバータ903は、ベースバンド信号を無線周波数信号に変換する。ダウンコンバータ904は、無線周波数信号をベースバンド信号に変換する。パワーアンプ905は、送信信号を増幅する。ローノイズアンプ906は、受信信号を増幅する。デュプレクサ907は、下り信号と上り信号とを分離する。
図3Bは、ベースバンドモデム106とRRU108との間を同軸ケーブルで接続する場合の構成を示す。図3Bに示すように、ベースバンドモデム106は、DAC901、ADC902、アップコンバータ903及びダウンコンバータ904を備え、RRU108は、パワーアンプ905、ローノイズアンプ906、デュプレクサ907及びアンテナ207を備える。ベースバンドモデム106及びRRU108に備わる各構成は、図3Aを用いて説明した構成と同じである。
このように、ベースバンドモデム106とRRU108との間を同軸ケーブルで接続した場合は、両者を光ファイバで接続した場合と比較して、RRU108の構成は簡単になるため、システムを安価に構成できる。しかし、光ファイバにより接続した場合と比較して、同軸ケーブルによる信号のロスが大きいので、短距離の伝送に適している。
図3Cは、ベースバンドモデム106とRRU108との間を無線リンクによって接続する場合の構成を示す。図3Cに示すように、ベースバンドモデム106は、DAC901、ADC902、アップコンバータ903、ダウンコンバータ904、パワーアンプ905、ローノイズアンプ906、デュプレクサ907及びアンテナ207を備える。
RRU108は、単純なリピータによって構成することができる。このようなRRU108は、特にRelay Nodeと呼ばれる。すなわち、RRU108は、ベースバンドモデム側との無線通信で使用されるアンテナ207−1及びデュプレクサ907−1、端末側との無線通信で使用されるアンテナ207−2及びデュプレクサ907−2、上り通信及び下り通信の信号をそれぞれ増幅する二つのパワーアンプ905を備える。ベースバンドモデム側と端末側とで無線通信を中継する際に受信信号をデコードする場合は、RRU108はベースバンドモデムを備える必要がある。
このように、ベースバンドモデム106とRRU108との間を無線リンクによって接続した場合、装置の構成は複雑であるが、ベースバンドモデム106とRRU108との間にケーブルを敷設しなくてもよい。
図1に示す構成例において、端末103とRRU108との間の伝搬距離を短くするためには、端末103はRRU108−3、108−4、108−5及び108−6を用いると、好都合である。これらのRRU108−3及び108−4は、RRU108−5及び108−6と異なるベースバンドモデム106に接続されている。しかし、モデム制御手段112がデータフローを制御することによって、端末103にとって望ましいデータフロー114を生成する。データフロー114を生成する方法については後に詳述する。データフロー114は下り通信のデータフローを示しているが、上り通信においても同様のデータフローを定義することができる。
次に、第1の実施の形態の無線通信システムの各ノードの動作について説明する。
図4は、第1の実施の形態の無線通信システムにおける下り通信時の各ノードの動作を示すシーケンス図である。
ベースバンドモデム106は、RRU108を経由し、RRU108固有の電力測定用参照信号を端末103に対し、無線によってブロードキャストによって送信する(2001)。
端末103は、複数のRRU108から受信した電力測定用参照信号を使用し、RRU108毎の電力測定用参照信号の受信電力を測定する(2002)。端末103は、受信電力を推定する際、伝搬路の短区間変動(フェージング)による誤選択を防ぐため、RRU108毎の長区間にわたる平均受信電力を測定する。すなわち、この受信電力を平均する時間(長区間)は、フェージングによるドップラー周波数の逆数の10倍程度とすることが望ましい。
端末103は、受信電力の測定が完了した後、RRU108間の受信電力測定結果を比較し、測定結果が高い順にN個のRRU108を選択する(2003)。Nは任意の負でない整数である。
端末103は、電力測定用参照信号を用いて、選択されたRRU108毎又はその組合せによって確保できる通信品質(例えば、CQ:Channel Quality)を推定する(2004)。
端末103は、選択されたRRU108、及び、選択されたRRU108(又は、選択されたRRU108の組み合せ)によって得られる推定通信品質を示す情報(例えば、CQI:Channel Quality Indicator)を、上り制御信号(PAI:Preferred Antenna Information)として、基地局側のベースバンドモデム106に送信する(2005)。
ベースバンドモデム106は、端末103が送信した制御信号に含まれるPAIを復号し(2006)、復号結果をモデム制御手段112に送信する(2007)。
モデム制御手段112は、1又は複数のベースバンドモデム106から送信される1又は複数の端末103のPAIを集約し(2008)、集約されたPAIに基づいて各端末103にRRUを割り当て(2009)、RRUの割り当て結果に応じたデータ通信を1又は複数のベースバンドモデム106に指示する(2010)。
そして、モデム制御手段112は、端末へのRRUの割当結果、及び、端末毎に割り当てられたRRUで用いられるMCS(Modulation and Coding Scheme)を示すRRU割当情報(AAI:Antenna Assign Information)を送信する(2011)。
なお、下り通信の場合を図示したが、上り通信(Uplink)の場合も同様である。この上り通信を示す場合は、”UL”を表示し、下り通信を示す場合は”DL”を表示する。
ベースバンドモデム106は、モデム制御手段112から送信された各端末宛のデータ2010及びAAI2011に基づいて、必要に応じて制御信号や参照信号を挿入することによってベースバンド信号を生成し(2012)、RRU108は、生成されたベースバンド信号を無線周波数帯にアップコンバートし、アップコンバートされた信号を端末103宛にブロードキャストによって送信する(2013)。なお、RRU108を選択するための電力測定用参照信号を、各端末宛のデータ及びAAIと同時に送信してもよい。
端末103は、ブロードキャストされた信号を受信し、自端末宛の信号に含まれるデータを復号し(2014)、CRCチェック結果に応じてACK又はNAKの応答をベースバンドモデム106に送信する(2015)。
図5は、第1の実施の形態の無線通信システムにおける上り通信時の各ノードの動作を示すシーケンス図である。
ベースバンドモデム106は、RRU108を経由し、端末103からの送信データの有無にかかわらず、端末103から繰り返し送信される参照信号SRS(Sounding Reference Signal)を受信し(2101)、受信した参照信号を電力測定用参照信号として使用し、RRU108毎に端末103毎の長区間平均SRS受信電力を測定する(2102)。受信電力の平均期間は、前述した下り通信時の動作(図4)と同様に、フェージングによるドップラー周波数に基づいて定めるとよい。SRSについては、"Physical Channels and Modulation(Release 8)", 3GPP TSG RAN, 3GPP TS36.211 ver8.4.0, pp.27-30, 2008/9 に開示されている。ベースバンドモデム106は、受信電力測定結果をモデム制御手段112に送信する(2103)。
モデム制御手段112は、端末103毎に、RRU108間の受信電力測定結果を比較し、測定結果が高い順にN個のRRU108を選択する(2104)。選択されるRRU108の数Nは任意の負でない整数であり、下り通信時の動作(図4)と同様に定めるとよい。
モデム制御手段112は、RRU108の選択が完了した後、端末毎RRU毎の受信電力測定結果を用いて、選択されたRRU108毎又はその組合せによって確保できる通信品質(例えば、CQ:Channel Quality)を推定する(2105)。モデム制御手段112は、推定された通信品質に基づいて、各端末103にRRU108を割り当てる(2106)。
そして、モデム制御手段112は、端末103毎に選択されたRRU108、及び、選択されたRRU108(又は、選択されたRRU108の組み合せ)によって得られる推定通信品質から求められるMCSを含んだ情報(AAI)を、ベースバンドモデム106に送信する(2107)。
ベースバンドモデム106は、選択されたRRU108の情報によって、各ベースバンドモデム106によって管理される各RRU108で受信する上り信号の送信元端末103を知ることができる。このため、ベースバンドモデム106によって管理される複数のRRU108で受信された同一端末103からの信号を集約することができる。端末103からの信号を集約するための処理の負荷を、ベースバンドモデム106とモデム制御手段112とで分散することができる。
ベースバンドモデム106は、モデム制御手段112から受信したAAIを下り制御信号に含め、この下り制御信号を無線周波数帯にアップコンバートした下り制御信号を生成する(2108)。そして、生成された下り制御信号を端末103宛にブロードキャストによって送信する(2109)。
端末103は、ブロードキャストされた信号を受信し、自端末宛の制御信号に含まれるAAIを復号し、割り当てられたRRU108(アンテナ)の数及びMCSに応じた上りデータ信号を生成し(2110)、生成された信号をベースバンドモデム106に送信する(2111)。なお、図5のフロー上では別々のタイミングに送信しているRRU108を選択するための電力測定用参照信号2101を、ベースバンドモデム106宛のデータ2111と同時に送信してもよい。
ベースバンドモデム106は、受信した信号を復号し(2112)、CRCチェック結果に応じてACK/NAKの応答を端末103に送信する(2113)。また、ベースバンドモデム106は、受信に成功した(ACKを応答した)上りデータをモデム制御手段112に転送する(2114)。
次に、第1の実施の形態の無線通信システムの各ノードの構成について説明する。
図6は、第1の実施の形態のベースバンドモデム106及びその周辺の構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態のベースバンドモデム106は、送信データバッファ201、ベースバンド信号生成部202、データ・制御信号分離203、ベースバンド信号解読部204及び長区間平均電力推定部205を備える。
送信データバッファ201は、メモリを備え、モデム制御手段112から送信された下りデータ信号を一時的に格納する。ベースバンド信号生成部202は、論理回路及び/又はプロセッサを備え、モデム制御手段112から送信されるAAIからRRU割り当て情報及びMCSを読み出し、1又は複数の端末103宛の空間多重ベースバンド信号を生成する。アンテナ毎のベースバンド信号は、ベースバンドモデム106からRRU108に送信され、RRU108内のBB−RF変換部206で無線周波数帯のアナログ信号に変換され、変換された無線周波数帯の信号がRRU108のアンテナ207から端末103宛に放射される。
図1に示したように、ベースバンドモデム106とRRU108との間の接続(光ファイバ、同軸ケーブル、無線リンク)によって、BB−RF変換部206の構成が変わるので、ベースバンドモデム106に更にデバイスが実装される場合がある。
端末103によって送信された無線周波数帯の信号は、RRU108のアンテナ207で受信され、BB−RF変換部206で無線周波数帯のアナログ信号からベースバンドデジタル信号に変換される。但し、前述したように、ベースバンドモデム106とRRU108との間の接続(光ファイバ、同軸ケーブル、無線リンク)によって、ベースバンドモデム106が、ベースバンドデジタル信号への変換処理の一部を行う。
ベースバンドモデム106は、アナログからデジタルに変換された信号に対しベースバンド信号処理を行う。このベースバンド処理の第1の目的は、受信信号に含まれるデータ信号及び制御信号を復号し、有為な情報(例えば、PAI)を取り出すことである。もう1つの目的は、端末103によって送信される電力測定用の参照信号の受信電力を推定し、端末毎に最適なアンテナを選択することである。
ベースバンド信号解読部204は、論理回路及び/又はプロセッサを備え、受信信号のチャネルを推定し、及び、復調、復号を行って、データビット系列や制御ビット系列を出力する。
データ・制御信号分離203は、端末103によって送信されたデータ信号と制御信号(PAI)とを分離し、分離された信号をモデム制御手段112に送信する。また、データ・制御信号分離203は、データ信号の復号結果を表すACK/NAKを、端末103にフィードバックするために、ベースバンド信号生成部202に入力する。
長区間平均電力推定部205は、端末103から送信された電力推定に使用する参照信号の受信電力を推定する。長区間平均電力推定部205は、MF(Matched Filter)を備えた論理回路による構成が望ましいが、プロセッサによる処理も可能である。長区間平均電力推定部205は、RRU108毎、端末103毎の参照信号受信電力を測定し、測定結果をモデム制御手段112に送信する。
図7は、第1の実施の形態のベースバンド信号生成部202の構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態のベースバンド信号生成部202は、データフローコントローラ401、符号化・変調器402、レイヤマッピング部403、プレコーディング部404、SCMAP405、RRU個別参照信号部406及びIFFT部407を備える。
データフローコントローラ401は、モデム制御手段112からRRU割当情報(DL_AAI、UL_AAI)を受信する。受信したRRU割当情報は、制御情報として符号化・変調器402に入力され、下り制御信号として用いられる。また、符号化・変調器402は、受信したDL_AAIによって指定された送信データバッファ201へのアドレスポインタであって、端末宛のデータが格納されているアドレスと、MCSに応じたデータ長とに応じて、送信データバッファ201から端末103宛のデータを取得する。符号化・変調器402は、複数空間レイヤ分の一次変調シンボル系列を出力する。
レイヤマッピング部403は、符号化・変調器402から出力された一次変調シンボルデータが所定のRRU108に対して出力されるように、レイヤマッピングを行う。その後、必要であれば、プレコーディング部404はプレコーディングを行う。RRU108の間隔が十分離れている場合には、プレコーディング行列は単位行列でよい。
SCMAP405は、サブキャリアマッピングを行う。シングルキャリアシステムではSCMAP405は不要である。また、OFDMAでないマルチキャリアシステムでは、サブキャリアマッピングは各キャリアに対するマッピングである。ここではOFDMAについて説明を続ける。
RRU個別参照信号部406は、RRU個別参照信号をサブキャリアマッピングされた信号の適切な位置に挿入する。RRU個別参照信号の挿入の例は、図20を用いて後述する。RRU個別参照信号部406の機能は、電力推定参照信号挿入部208と類似しているが、電力推定参照信号挿入部208は時間領域で参照信号を重畳するのに対し、RRU個別参照信号部406は周波数領域で参照信号を重畳している点が異なる。
IFFT407は、参照信号が挿入された信号に逆フーリエ変換を行う。この信号がベースバンドモデム106のポートからRRU108へ出力される。
図8は、第1の実施の形態のデータ・制御信号分離203の構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態のデータ・制御信号分離203は、セパレータ501及びデータバッファ502を備える。
セパレータ501は、ベースバンド信号解読部204から出力される上りデータ信号を受信し、受信した上りデータ信号をデータバッファ502に格納する。また、このデータ信号の受信が成功した場合、セパレータ501は、このデータ信号をモデム制御手段112に転送し、このデータに関するACKをベースバンド信号生成部202に送信する。一方、このデータ信号の受信が失敗した場合、このデータ信号をデータバッファ502から削除し、このデータ信号に関するNAKをベースバンド信号生成部202に送信する。
また、セパレータ501は、端末103がフィードバックするPAIを受信し、受信したPAIを、そのままモデム制御手段112へ転送する。
図9は、第1の実施の形態の長区間平均電力推定部205の構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態の長区間平均電力推定部205は、長区間平均電力推定コントローラ601、MFパタン格納メモリ602、推定電力平均化部603及びマッチトフィルタ604を備える。
MFパタン格納メモリ602は、端末毎の電力推定用参照信号(例えば、SRS)のパタンを格納する。長区間平均電力推定コントローラ601は、MFパタン格納メモリ602に格納されている電力推定用参照信号のパタンをマッチトフィルタ604に設定する。
マッチトフィルタ604は、上り受信信号との相関演算によって、この参照信号の受信電力を推定する。推定が完了するたびに完了通知を長区間平均電力推定コントローラ601に送る。
長区間平均電力推定コントローラ601は、マッチトフィルタ604から完了通知を受けたことを契機として、MFパタン格納メモリ602から別の電力推定用参照信号のパタン(別端末のパタン)を読み出し、読み出されたパタンをマッチトフィルタ604に設定し、演算開始を指示する。なお、通信プロトコルによっては電力推定用参照信号のパタンが時間的に変化する。この場合、通信プロトコルに従って、MFパタン格納メモリ602の内容を変更する。
推定電力平均化部603は、マッチトフィルタ604からの出力を累積し、一定期間(例えば、1秒)毎に平均化した出力を、モデム制御手段112に出力する。そして、平均化した結果を出力した場合に累積結果を0に初期化する。
図10は、第1の実施の形態のモデム制御手段112の構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態のモデム制御手段112は、データバッファ301、下りRRUマッピング部302、PAIバッファ303、上りRRUマッピング部305、RRU間電力比較部306、電力推定結果バッファ307及びネットワークインターフェース308を備える。なお、モデム制御手段112は、図10の右側において、1又は複数のベースバンドモデム106と接続されている。
ネットワークインターフェース308は、ゲートウェイ111と接続されており、ゲートウェイ111との間で上り及び下りのデータ通信をする。
ネットワークインターフェース308に入力された下り通信データは、一旦、データバッファ301に格納された後、下りRRUマッピング部302によって決定された端末とRRUとのマッピング結果及び端末−ベースバンドモデム−RRU間のルート情報(図12参照)に従って、ベースバンドモデム106に転送される。
下りRRUマッピング部302は、論理回路及び/又はプロセッサを備え、端末103からベースバンドモデム106経由で収集されたPAIに従って、各端末103に使用可能なRRU108を割り当て、各端末103宛のデータを送信するRRU108と、各RRU108で使用されるMCSを各ベースバンドモデム106に通知する。
PAIバッファ303は、端末103からベースバンドモデム106経由で収集されたPAIを一時的に格納するメモリである。PAIバッファ303に格納されたデータ(PAI)は、下りRRUマッピング部302によって参照される。
次に、上り通信について説明する。端末103から送信されたユーザデータは、ネットワークインターフェース308経由でゲートウェイ111に転送される。各ベースバンドモデム106によって推定されたRRU毎端末毎の上り電力測定用参照信号の受信電力推定結果は、電力推定結果バッファ307に格納される。なお、電力推定結果バッファ307は、上り電力測定用参照信号の受信電力推定結果を一時的に格納するメモリである。
RRU間電力比較部306は、電力推定結果バッファ307に格納された受信電力推定結果を参照し、端末103毎にRRU108毎の受信電力推定結果を比較し、受信電力測定結果が高い順に1又は複数のRRU108を端末103毎に選択する。上りRRUマッピング部305は、論理回路及び/又はプロセッサを備え、RRU間電力比較部306による電力の比較結果に従って、各端末103が使用可能なRRU108を割り当てる。そして、上りRRUマッピング部305は、各端末からのデータを受信するRRU108と、各RRU108で使用されるMCSを各ベースバンドモデム106に通知する。
なお、スイッチ制御部304は、第2の実施の形態で必要となる構成であり、第1の実施の形態のモデム制御手段112は備える必要がない。
図11は、第1の実施の形態のPAIバッファ303に格納された内容を示す説明図である。
PAIバッファ303は、前述したように、端末103からのPAIのフィードバック結果を格納する。PAIバッファ303に格納されたPAIのフィードバック結果は、端末の識別子1401、割当希望RRU数1402、及び、割当希望のRRUの識別子1403〜1406を含む。PAIバッファ303に格納されたPAIのフィードバック結果は、下りアンテナマッピング部302によって参照され、各端末103との通信で使用可能なRRU108を選別するために用いられる。
端末の識別子1401は、各端末103を一意に識別する識別子である。割当希望RRU数1402は、この端末が割り当てを希望するRRU108の数である。割当希望RRUの識別子1403〜1406は、この端末が割り当てを希望する複数(整数)のRRU108の識別子である。割当希望のRRUの識別子1403〜1406は、このRRUが割り当てられた場合に通信可能なMCSを含めるとよい。
図12は、第1の実施の形態の電力推定結果バッファ307に格納された内容を示す説明図である。
電力推定結果バッファ307は、前述したように、ベースバンドモデム106によって推定された、RRU毎端末毎の上り電力推定用参照信号の受信電力を一時的に格納する。
電力推定結果バッファ307には、RRUの識別子1501、RRUポートの識別子1502、RRUの識別子1503及び電力推定結果1504、1505が格納され、RRUの識別子(RRU−ID)1503毎に、接続されているベースバンドモデム106の識別子1501と、ベースバンドモデム106に備わるRRUポートの識別子1502との関係が保持されている。
なお、第1の実施の形態では、モデム−RRU間スイッチ113が設けられていないので、図12に示すようにRRU−IDとモデムIDとRRUポートとの間に整然とした関係を持たせることが可能である。しかし、後述する第2の実施の形態のように、ベースバンドモデム106とRRU108との間にモデム−RRU間スイッチ113を設けた場合、RRU−IDとモデムIDとRRUポートとの関係はダイナミックに変化する。
また、電力推定結果バッファ307には、RRU−ID毎に端末毎の電力推定用参照信号の電力推定結果1504、1505が保持されている。
RRU間電力比較部306は、電力推定結果バッファ307から、端末ID毎に電力推定結果が高い順にRRU−IDを選択する。図12に示す例では、丸で囲まれた電力が得られたRRU−IDが、各端末のために選択される。電力推定結果バッファ307からRRU108が選択された結果は、推定受信電力からMCSを定めることによって、PAIバッファ303に格納された内容(図11)のように書き直すことができる。
図13は、第1の実施の形態の端末103の構成を示すブロック図である。
第1の実施の形態の端末103は、アンテナ801、BB−RF変換部802、ベースバンド信号生成部803、データバッファ804、ベースバンド信号解読部805、データ・制御信号分離806、長区間平均電力推定部807、アンテナ選択部808及びユーザインターフェース809を備える、ベースバンドデジタル信号と無線周波数のアナログ信号との間を変換する。
BB−RF変換部802は、ADコンバータ、DAコンバータ、アップコンバータ、ダウンコンバータ、パワーアンプ、ローノイズアンプ及びデュプレクサを備える。ADコンバータは、アナログ信号をデジタル信号に変換する。DAコンバータは、デジタル信号をアナログ信号に変換する。アップコンバータは、ベースバンド信号を無線周波数の信号に変換する。ダウンコンバータは、無線周波数の信号をベースバンド信号に変換する。パワーアンプは、送信信号を増幅する。ローノイズアンプは、受信信号を増幅する。デュプレクサは、下り信号と上り信号とを分離する。
ベースバンド信号生成部803は、データバッファ804に格納されているデータ信号及び制御信号(PAIなど)を、プロトコルに従って、ベースバンド信号に変換する。ベースバンド信号解読部805は、プロトコルに従って、受信信号(ベースバンド信号)からデータ信号及び制御信号を抽出する。
データ・制御信号分離806は、ベースバンド信号解読部805で抽出されたデータ信号をユーザインターフェース809に転送する。また、データ・制御信号分離806は、物理層及びMAC層の制御情報(例えば、受信信号(データ信号)に対するACK/NAKなど)をベースバンド信号生成部に入力する。
長区間平均電力推定部807は、基地局の長区間平均電力推定部205と同じ機能及び構成を有する。すなわち、長区間平均電力推定部807は、RRU108毎固有の参照信号受信電力を測定し、測定結果をアンテナ選択部808に送信する。
アンテナ選択部808は、長区間平均電力推定部807で推定されたRRU108毎の電力測定用参照信号の受信電力を比較し、比較結果に基づいて1又は複数のRRU108を選択し、選択されたRRU108(又は、選択されたRRU108の組み合せ)によって得られる通信品質を推定し、推定通信品質を示す情報(例えば、CQI:Channel Quality Indicator)を生成し、生成されたCQIを、RRU選択情報と共にPAIとして上り伝送するために、ベースバンド信号生成部803に入力する。
ユーザインターフェース809は、受信データに基づいて、画像、音声及びデータを再生する。また、ユーザインターフェース809は、ユーザによるキー入力及び音声入力を受け付け、アプリケーションコマンドに応じた画像、音声及びデータ通信を提供する。
図14Aは、第1の実施の形態の基地局側から端末103へ通知されるRRUアサイン情報を示す説明図である。
第1の実施の形態のRRUアサイン情報(AAI)は、端末ID2701、割り当てRRU数2702、割り当てRRU−ID2703及びMCS for RRU2704を含む。
端末ID2701は、RRUアサイン情報が通知される宛先となる端末103の識別子である。割り当てRRU数2702は、この端末に割り当てられたRRU108の数である。割り当てRRU−ID2703は、割り当てられたRRU108の識別子である。MCS for RRU2704は、各RRU108において使用されるMCSである。
下り通信においては、この情報によってRRU108の識別子が分かるので、参照信号のパタンが分かり、チャネル推定をすることができる。また、MCSが分かるので、空間フィルタ処理後の各空間ストリームの変調方式及び符号化率が分かることから、復調及び復号が可能となる。よって、データ通信をすることができる。
一方、上り通信においては、RRU108の識別子が分かることによって、基地局側が受信しようとしているストリームの数は分かるが、端末103がデータを送信すべきアンテナ及びMCSが不明である。従って、図14Bに示すように、上り通信のRRUアサイン情報には、端末ID2711、割り当てRRU数2712及びMCS2713を含めるとよい。割り当てRRU数2712は、端末103が送信すべきストリーム数である。MCS2713は、ストリーム間の平均のMCSである。上り通信においては、これだけの情報があれば、端末103は送信方法を一意に決定でき、基地局側は通知した端末103の送信方法から、端末103から送信されたストリームの受信方法を知ることができ、データ通信をすることができる。
次に、第1の実施の形態の各装置の動作について説明する。
図15は、第1の実施の形態の下りRRUマッピング部302及び上りRRUマッピング部305の共通の処理を示すフローチャートである。
最初に、全てのRRU108に割り当てられる端末103の数が上限を超えていないかを判定するために、RRU108のカウンタを初期化する(S1001)。
次に、PAIバッファ303に格納されたPAIのフィードバック結果(図11)に従って、カウンタが示すRRU108の使用を希望する端末103の数を計数する(S1002)。
S1002で計数された端末数と所定のしきい値とを比較する(S1003)。このしきい値は、システムの管理ポリシーに依存して決定されるが、例えば、20と設定することができる。
S1003で比較した結果、計数された端末103の数が多いと判定された場合、このRRU108の使用を希望する端末の中で、このRRU108の希望順位を比較し、このRRU108の希望順位が低い端末から、このRRU108の使用を希望するという情報を削除する(S1006)。その後、再度、端末103の数のカウント(S1002)、端末数と所定のしきい値とを比較する(S1003)。
一方、S1003で比較した結果、計数された端末103の数が所定のしきい値より少ないと判定された場合、次の、RRU108について端末103の数を判定するためにRRUカウンタを更新する(S1004)。
その後、全てのRRU108に関する判定が完了したか否かを判定する(S1005)。判定の結果、一部のRRU108に関する判定が完了していない場合、S1002に戻り、次のRRU108の処理を行う。一方、全てのRRU108に関する判定が完了している場合、処理を完了する。
図16は、本発明の第1の実施の形態のRRU割当結果の説明図であり、特に、RRUマッピング処理(図15)によって、PAIバッファ303に格納されたPAIのフィードバック結果(図11)が変化する様子を示す。なお、図16においては、図15のS1003における端末103数のしきい値を2としている。
識別子が4のRRU108を三つの端末(端末ID=1、2、5)が希望している。このため、S1003において、端末数がしきい値である2を超えると判定された、識別子4のRRU108を希望する端末のうち、このRRU(ID=4)の希望順位が低い端末(ID=2)の識別子4のRRU108の情報を削除している。
このように、図15に示すRRUマッピング処理では、ある特定のRRU108に負荷がかからないよう、各RRU108に割り当てられる端末数に上限を設け、上限数を超えた場合には希望順位が低い端末の希望は受け入れないので、このRRU108しか希望しない端末に対しても最低限のスループットを与えることができる。
図17は、第1の実施の形態の下りRRUマッピング部302及び上りRRUマッピング部305の共通の処理の変形例を示すフローチャートである。
図15に示したRRUマッピング部の処理はアドミッションコントロールに近い考え方に基づき、比較的長周期で制御される。一方、図17に示す変形例はプロポーショナルフェアネスなど、無線チャネル状態を考慮したスケジューラに近い考え方に基づき、短周期で制御して、周波数利用効率を高めるものである。
図17に示す変形例の処理の特徴は、端末103毎に選択されたRRU108と、RRU108毎のMCSとに応じて、各端末に適切なRRU108を割り当てることである。すなわち、図17に示す変形例の処理の基本的な考え方は、各端末103が希望するRRUの数−n(n=0、1、2、…)のRRU108の割り当てを試み、全てのRRU108の割り当てが完了するか、又は、全ての端末103が希望するRRU108の数−nが0以下となるまで繰り返すものである。
まず、カウンタnを0に初期化し(S1101)、端末103が希望するRRUの数−nのRRU108の割り当てを開始する(S1102)。
そして、全ての端末103が希望するRRUの数−nが0以下であるか否かを判定する(S1103)。判定の結果、全ての端末103が希望するRRUの数−nが0以下である場合、いずれの端末103にもRRU108を割り当ることができない状態であるため、この処理を終了する。
一方、一部の端末103が希望するRRUの数−nが0以下ではない場合、少なくとも一つのRRU108が割り当て可能な状態なので、希望するRRUの数−nが0以下の端末以外の全ての端末103に関し、プロポーショナルフェアネスの評価関数値を計算する(S1104)。プロポーショナルフェアネスでは、端末103毎の平均伝送レート及び瞬時伝送レートが必要となる。平均伝送レートは、当該端末103宛に通信に成功したビット数を時間平均して管理しておけばよい。瞬時伝送レートは、図11に示すMCSに基づいて、下位の希望順位のn個を除いた希望するRRU108を全て割り当てられた場合に期待されるデータ通信量を計算すればよい。
そして、プロポーショナルフェアネスの評価関数値が大きい順に端末103を並び替え、評価関数値の順位を示すインデックスを割り当てる(S1105)。次に、評価関数値の順位を計数するためのカウンタmを初期化し(S1106)、実際の割り当ての可否を判定する(S1107)。
すなわち、評価関数値の順位m番目の端末103が希望するRRU108を、希望するRRUの数−nまで全て割り当てることができれば、この端末103に対しRRU108を全て割り当てる(S1108)。順位m番目の端末103への割り当ての判定が完了したら、次の順位の端末103に関して判定をするため、カウンタmを更新する(S1109)。
カウンタmを更新した後、全ての端末103に関する判定が終了したか否かを判定する(S1110)。一部の端末103に関する判定が終了していない場合、S1107に戻り、次の端末103の割り当てを判定する。一方、全ての端末103に関する判定が終了している場合、S1111に進み、RRUの割り当てが完了したか否かを判定する。
その判定の結果、全てのRRU108が何れかの端末103に割り当てられている場合、RRU108の割り当てが完了しているので、この処理を終了する。一方、一部のRRU108の割り当てが完了していない場合、カウンタnを更新し、各端末103に割り当てるRRU108を一つ減らし(nを一つ大きくし)、S1102から再度この処理を実行する。
図18は、本発明の第1の実施の形態のRRUマッピング処理(図17)によるRRU割当結果の説明図である。
図11に示すRRU割当結果では各端末103が希望するRRU108の識別子が記載されていたが、図18に示すRRU割当結果は、RRU108が割り当てられた結果を示すので、RRU108毎に1台の端末103が対応している点が特徴である。この割当結果が、RRU割当情報(DL_AAI、UL_AAI)として、ベースバンドモデム106及び端末103に通知される。なお、OFDMAなどのマルチキャリア通信システムでは、図18に示すような割当結果を、サブキャリア又はサブキャリアを複数束ねた周波数セグメント毎に生成してもよい。
図19A、図19B及び図19Cは、第1の実施の形態の端末103からのPAIフィードバックの内容を示す説明図である。
図19Aに示すPAIフィードバック情報には、送信元端末の識別子2801、この端末が割り当てを希望するRRUの数2802、及び、割り当てを希望するRRUの識別子2803が含まれる。モデム制御手段112は、この情報によって図15に示す制御が可能となる。
図19B及び図19Cは、PAIフィードバック情報(図19A)に付加される情報を示す。
図19Bは、RRU108毎に異なるコードワードを使用するMCW(Multi Code Word)の場合の例である。MCWの場合は、RRU−ID毎にCQI(2804)をフィードバックすればよい。
図19Cは、複数のRRU108の間で一つのコードワードを使用するSCW(Single Code Word)の場合の例である。SCWの場合は割り当てられたRRUの組合せによって空間ストリーム間の平均通信品質が変化するため、割り当てられたRRU数に応じた平均の通信品質をCQI(2805)としてフィードバックすればよい。
また、通信品質を厳密に制御するために、図19Cに示す付加情報を拡張し、割り当てられるRRU108の全ての組み合せに最適なCQIをフィードバックすることが考えられる。しかし、RRU108の数の増加に伴い、RRU108の組み合せの数が増加するため、フィードバック情報が上り帯域を圧迫する。このような場合、図19Bに示す情報をフィードバックし、モデム制御手段112において、割り当てられたRRU108の組み合せに応じてCQIを平均化するとよい。
図20Aから図20Cは、第1の実施の形態の下り通信におけるRRU個別参照信号の配置例を示す説明図である。
図20Aに示す例では、RRU個別参照信号がサブキャリア方向に連続して配置されている。一方、図20Bに示す例では、RRU個別参照信号が時間方向に連続して配置されている。
RRU108の間では、RRU個別参照信号間が低い相関となるようにZadoff−Chu系列やPN系列などを使用するとよい。ただし、相関区間でチャネル変動が発生すると系列間で直交性が崩れるため、チャネル変動が少ない方向に連続するよう参照信号を配置することが望ましい。例えば、伝搬路の遅延広がりが小さければサブキャリア方向の連続が望ましく、端末の移動速度が小さければ時間方向の連続が望ましい。一般的に、移動通信システムは、存在確率が高い低速移動端末に最適化するため、時間方向へ連続的にRRU個別参照信号を配置することが望ましい。ただし、端末103はこの参照信号を継続的に測定できることから、データ通信の効率を考慮して図20Cに示すように、RRU個別参照信号を離散的に配置してもよい。
以上、第1の実施の形態についてMIMOを例として説明したが、本発明はMIMOに限らず、複数基地局(アンテナ)が同一信号を送信するサイトダイバーシチなど、端末103が複数の基地局(アンテナ)と通信する無線通信システムに適用することができる。
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態では、セル境界付近の端末に、セルを跨って複数のアンテナ(RRU108)を割り当てることができ、セル間干渉を低減することによって、セル境界付近の端末の通信品質を向上することができる。
具体的には、第1の実施の形態では、図2に示すように、セルを跨って、伝搬距離が短いRRU(108−2、108−4、108−5、108−7)を端末103−3に割り当てることができる。この場合、選択されたRRUと端末103とは、信号109−1、109−2、109−3、109−4によって通信がされる。他のRRU(108−1、108−3、108−6、108−8)は、それぞれ、別の端末(103−1、103−6)と通信している。このため、これらのRRUから干渉信号(109−5、109−6、109−7、109−8)が端末103−3へ到達する。
しかし、所望信号(109−1、109−2、109−3、109−4)の伝搬距離より、干渉信号(109−5、109−6、109−7、109−8)の伝搬距離が長いため、干渉信号の減衰は所望信号の減衰より大きくなる。このため、干渉信号の電界強度が低下するため、図31に示す従来の場合と比較して端末103−3の通信品質が改善し、 干渉信号による通信品質劣化の問題が生じ難い。
図21A及び図21Bは、本発明の第1の実施の形態の効果を説明する図である。
図21Aは、従来のように、端末毎にセルを跨ってアンテナを選択できない場合の周波数利用効率を示す。図21Bは、第1の実施の形態による、端末毎にセルを跨ってアンテナを選択できる場合の周波数利用効率を示す。なお、各図において、白い部分が周波数利用効率が高く、黒い部分が周波数利用効率が低いことを示す。
図21A及び図21Bにおいて、セルには4つの小型基地局(4本のアンテナ)が配置されており、各小型基地局には4本のアンテナが備わっている。アンテナは、図中、白丸で示す箇所に設置されている。
従来は、図21Aに示すように、端末は基地局を選択して、選択された基地局と4×4MIMO通信をする。この場合、各小型基地局のエリアの境界において、図31に示すようなセル間干渉が問題となり周波数利用効率が低くなっている。
一方、第1の実施の形態(図21B)によると、端末はセルを跨って、端末からの距離が近い4本のアンテナを選択し、選択された4本のアンテナとの間で4×4MIMO通信をする。このように第1の実施の形態によると、図2に示したように、干渉電力を低くすることができ、従来(図21A)で周波数利用効率が低かった領域でも周波数利用効率を高くすることができる。
<第2実施形態>
図22は、本発明の第2の実施の形態の無線通信システムのネットワーク構成を示す図である。
第2の実施の形態の無線通信システムは、ベースバンドモデム106とRRU108との間にモデム−RRU間スイッチ113を備える点で、ベースバンドモデム106とRRU108とが所定の対応関係で接続されている第1の実施の形態の無線通信システムと異なる。なお、第2の実施の形態については、前述した第1の実施の形態との相違点のみを説明し、前述した第1の実施の形態と同じ構成及び処理については説明を省略する。
モデム−RRU間スイッチ113は、モデム制御手段112からの指示に従って、スイッチを切り替え、ベースバンドモデム106の1又は複数のアンテナポートとRRU108との間の接続を切り替える。第2の実施の形態の無線通信システムは、1台の端末103との通信に使用されるベースバンドモデム106を1台に集約することができ、ベースバンドモデム106間での連携ベースバンド信号処理が不要な利点を有する。
図23は、第2の実施の形態の無線通信システムにおける下り通信時の各ノードの動作を示すシーケンス図である。
RRU108は、ベースバンドモデム106から送信される下りベースバンド信号に電力測定用参照信号を重畳し、電力測定用参照信号が重畳された信号を無線周波数帯にアップコンバートし、アップコンバートされた信号を端末103にブロードキャストによって送信する(2201)。具体的には、RRU108のメモリには参照信号パタンが保持されている。RRU108は、適切なタイミングで、メモリから参照信号パタンを読み出し、ベースバンドモデム106から送信されたベースバンド信号に加算する。
端末103は、複数のRRU108から受信した電力測定用参照信号を使用し、RRU108毎の電力測定用参照信号の受信電力を測定する(2202)。端末103は、受信電力を推定する際、伝搬路の短区間変動(フェージング)による誤選択を防ぐため、RRU108毎の長区間にわたる平均受信電力を測定する。すなわち、この受信電力を平均する時間(長区間)は、フェージングによるドップラー周波数の逆数の10倍程度とすることが望ましい。
端末103は、受信電力の測定が完了した後、RU108間の受信電力測定結果を比較し、測定結果が高い順にN個のRRU108を選択する(2203)。選択されるRRU108の数Nは任意の負でない整数であり、第1の実施の形態(図4)と同様に定めるとよい。
端末103は、電力測定用参照信号を用いて、選択されたRRU108(又は、選択されたRRU108の組合せ)によって得られる通信品質(例えば、CQ:Channel Quality)を推定する(2204)。
端末103は、選択されたRRU108、及び、選択されたRRU108(又は、選択されたRRU108の組み合せ)によって得られる推定通信品質を示す情報(例えば、CQI:Channel Quality Indicator)を、上り制御信号(PAI:Preferred Antenna Information)として、基地局側のベースバンドモデム106に送信する(2205)。
RRU108は、受信した上り制御信号をダウンコンバートし、変換されたベースバンド信号をモデム−RRU間スイッチ113に送る。モデム−RRU間スイッチ113は、ベースバンド信号(PAI)の経路を切り替え(2206)、ベースバンドモデム106に送る(2207)。
ベースバンドモデム106は、端末103によって送信されたPAIを復号し(2208)、復号結果をモデム制御手段112に送信する(2209)。
モデム制御手段112は、1又は複数のベースバンドモデム106から送信される1又は複数の端末103のPAIを集約し(2210)、集約されたPAIに基づいて各端末103にRRUを割り当て(2211)、RRUの割り当て結果に応じたデータ通信を1又は複数のベースバンドモデム106に指示する(2212)。
そして、モデム制御手段112は、端末へのRRUの割当結果、及び、端末毎に割り当てられたRRUで用いられるMCS(Modulation and Coding Scheme)を示すRRU割当情報(AAI:Antenna Assign Information)を送信する(2213)。さらに、モデム制御手段112は、端末宛のデータ信号を送信したベースバンドモデム106とRRU108との位置関係に応じて、モデム−RRU間スイッチ113を制御するためのスイッチ制御情報を、モデム−RRU間スイッチ113へ送信する(2214)。
ベースバンドモデム106は、モデム制御手段112から送信された各端末宛のデータ2212及びAAI2213に基づいて、必要に応じて制御信号や参照信号を挿入することによってベースバンド信号を生成し(2215)、生成されたベースバンド信号をモデム−RRU間スイッチ113を経由して、各RRU108へ送信する(2216、2217、2218)。
RRU108は、生成されたベースバンド信号を無線周波数帯にアップコンバートし、アップコンバートされた信号を端末103宛にブロードキャストによって送信する(2219)。なお、RRU108を選択するための電力測定用参照信号を、各端末宛のデータ及びAAIと同時に送信してもよい。
端末103は、ブロードキャストされた信号を受信し、自端末宛の信号に含まれるデータを復号し(2220)、CRCチェック結果に応じてACK又はNAKの応答をベースバンドモデム106に送信する(2221)。
図24は、第2の実施の形態の無線通信システムにおける上り通信時の各ノードの動作を示すシーケンス図である。
ベースバンドモデム106は、RRU108を経由して(2301)、モデム−RRU間スイッチ113で経路を制御された上で(2302)、端末103が送信データ有無を問わず繰り返し送信する参照信号SRS(Sounding Reference Signal)を受信し(2303)、受信した参照信号を電力測定用参照信号として使用し、RRU108毎に端末103毎の長区間平均SRS受信電力を測定する(2304)。受信電力の平均期間は、前述した下り通信時の動作(図23)と同様に、フェージングによるドップラー周波数に基づいて定めるとよい。ベースバンドモデム106は、受信電力測定結果をモデム制御手段112に送信する(2305)。
モデム制御手段112は、端末103毎に、RRU108間の受信電力測定結果を比較し、測定結果が高い順にN個のRRU108を選択する(2306)。選択されるRRU108の数Nは任意の負でない整数であり、下り通信時の動作(図4)と同様に定めるとよい。
モデム制御手段112は、RRU108の選択が完了した後、端末毎RRU毎の受信電力測定結果を用いて、選択されたRRU108毎又はその組合せによって確保できる通信品質(例えば、CQ:Channel Quality)を推定する(2307)。モデム制御手段112は、推定された通信品質に基づいて、各端末103にRRU108を割り当てる(2308)。
そして、モデム制御手段112は、端末103毎に選択されたRRU108、及び、選択されたRRU108(又は、選択されたRRU108の組み合せ)によって得られる推定通信品質から求められるMCSを含んだ情報(AAI)を、ベースバンドモデム106に送信する(2309)。さらに、モデム制御手段112は、端末宛のデータ信号を送信したベースバンドモデム106とRRU108との位置関係に応じて、モデム−RRU間スイッチ113を制御するためのスイッチ制御情報を、モデム−RRU間スイッチ113へ送信する(2310)。
ベースバンドモデム106は、モデム制御手段112から受信したAAIを下り制御信号に含め、この下り制御信号を無線周波数帯にアップコンバートし、アップコンバートされた信号をアップコンバートされた下り制御信号を生成する(2311)。そして、生成された下り制御信号を端末103宛にブロードキャストによって送信する(2312)。
ベースバンドモデム106は、モデム制御手段112から受信したAAIを、下り制御信号に載せて、モデム−RRU間スイッチ113経由でRRU108に送信する(2313、2314)。
RRU108は、受信した下り制御信号を無線周波数帯にアップコンバートし、アップコンバートされた信号を端末103宛にブロードキャストによって送信する(2315)。
端末103は、ブロードキャストされた信号を受信し、自端末宛の制御信号に含まれるAAIを復号し、割り当てられたRRU108(アンテナ)の数及びMCSに応じた上りデータ信号を生成し(2316)、生成された信号を、モデム−RRU間スイッチ113を経由して、ベースバンドモデム106に送信する(2217、2318、2319)。なお、図24のフロー上では別々のタイミングに送信しているRRU108を選択するための電力測定用参照信号2301を、ベースバンドモデム106宛のデータ2317と同時に送信してもよい。
ベースバンドモデム106は、受信した信号を復号し(2320)、CRCチェック結果に応じてACK/NAKの応答を、モデム−RRU間スイッチ113を経由して、端末103に送信する(2321、2323、2324)。また、ベースバンドモデム106は、受信に成功した(ACKを応答した)上りデータをモデム制御手段112に転送する(2322)。
図25は、第2の実施の形態のベースバンドモデム106及びその周辺の構成を示すブロック図である。
第2の実施の形態では、前述した第1の実施の形態とは、ベースバンドモデム106とRRU108との間にモデム−RRU間スイッチ113を設けた点と、RRU108の下り送信側に電力推定参照信号挿入部208を追加した点が相違する。
第2の実施の形態のベースバンドモデム106は、送信データバッファ201、ベースバンド信号生成部202、データ・制御信号分離203、ベースバンド信号解読部204及び長区間平均電力推定部205を備える。ベースバンドモデム106に備わる各構成は、前述した第1の実施の形態と同じである。
モデム−RRU間スイッチ113は論理回路及び電気スイッチ(又は、光スイッチ)を備える。論理回路は、スイッチの入力ポートと出力ポートとの間の接続を切り替える。論理回路によって、スイッチのポート間の切り替え、分配、結合が容易に実現でき、スイッチの制御に柔軟性を持たせることができる。スイッチの接続の切り替えはモデム制御手段112によって制御される。
第2の実施の形態のRRU108は、電力推定参照信号挿入部208、BB−RF変換部206及びアンテナ207を備える。BB−RF変換部206及びアンテナ207は、前述した第1の実施の形態と同じである。
電力推定参照信号挿入部208は論理回路及びメモリを備え、メモリは参照信号を格納する。電力推定参照信号挿入部208は、ベースバンドモデム106からモデム−RRU間スイッチ113を経由して入力されるベースバンド信号に、メモリに格納されている参照信号パタンを重畳する。RRU108が、参照信号を重畳するタイミングを知るために、ベースバンドモデム106が、参照信号を挿入するタイミングを通知するための制御情報(例えば、イネーブラ)をベースバンド信号に重畳するとよい。
なお、モデム−RRU間スイッチ113は、上り信号と下り信号とで、個別に制御できるように、異なるスイッチによって構成されている。上り信号のスイッチは、長区間平均電力推定部205による電力測定の結果に基づいて、モデム制御手段112によって決定されたスイッチ制御情報に従ってスイッチを切り換える。下り信号のスイッチは、端末がフィードバックしたPAIに基づいて、モデム制御手段112によって決定されたスイッチ制御情報に従ってスイッチを切り換える。
なお、前述した制御方法に限らず、上り信号のスイッチと下り信号のスイッチとを、同一のスイッチ制御情報に従って、同一に切り替えてもよい。この場合、モデム制御手段112は、長区間平均電力推定部205での電力測定の結果に基づくスイッチ制御情報と、端末がフィードバックしたPAIに基づくスイッチ制御情報とのいずれか又は両方に従ってスイッチを切り替えるとよい。
第2の実施の形態のモデム制御手段112の構成について、図10を参照して説明する。
第2の実施の形態のモデム制御手段112は、データバッファ301、下りRRUマッピング部302、PAIバッファ303、スイッチ制御部304、上りRRUマッピング部305、RRU間電力比較部306、電力推定結果バッファ307及びネットワークインターフェース308を備える。
スイッチ制御部304は、下りRRUマッピング部302から出力されるDL_AAI及び上りRRUマッピング部305から出力されるUL_AAIを受け、ベースバンドモデム−RRU−端末間のルート情報を管理する。すなわち、スイッチ制御部304は、DL_AAI及びUL_AAIに従って、端末103の信号処理を担当するベースバンドモデム106とRRU108とが接続されるように、モデム−RRU間スイッチ113を制御する。
なお、スイッチ制御部304以外の各構成は、前述した第1の実施の形態と同じである。
図26は、第2の実施の形態のベースバンド信号生成部202の構成を示すブロック図である。
第2の実施の形態のベースバンド信号生成部202は、データフローコントローラ401、符号化・変調器402、レイヤマッピング部403、プレコーディング部404、SCMAP405及びIFFT部407を備える。
第2の実施の形態のベースバンド信号生成部202は、前述した第1の実施の形態のベースバンド信号生成部202(図7)と異なり、RRU個別参照信号部406とIFFT407との配置が逆になっている。なお、ベースバンド信号生成部202に備わる各構成は、前述した第1の実施の形態のベースバンド信号生成部202と同じである。
第2の実施の形態において、RRU個別参照信号部406は、時間領域において電力測定用RRU個別参照信号を重畳する。このような第2の実施の形態のベースバンド信号生成部202の構成は、第1の実施の形態(図1)のように、ベースバンドモデム106とRRU108との間が直結される場合にも適用可能であるが、第2の実施の形態(図22)のようにモデム−RRU間スイッチ113を設ける場合は、RRU個別参照信号部406とIFFT部407との間にモデム−RRU間スイッチ113が挿入される。
なお、図26のRRU個別参照信号部406は、図25の電力推定参照信号挿入部208である。
また、プレコード部404以後の構成をRRU108側に搭載し、プレコード部404とSCMAP405との間にモデム−RRU間スイッチ113を挿入してもよい。
図27は、第2の実施の形態のモデム−RRU間スイッチ113の構成を示すブロック図である。
第2の実施の形態のモデム−RRU間スイッチ113は、スイッチコントローラ701、マスク部703及び加算器704を備え、論理回路によって構成される。モデム−RRU間スイッチ113は、モデム制御手段112によって出力されるスイッチ制御情報に従って、スイッチコントローラ701が各データ線のMASK部703(入力ビット系列に対するANDマスク)への制御信号を全ビット0にするか全ビット1にするかを制御する。
図27は下り通信側のスイッチを示しているが、上り通信側のスイッチは入力と出力の関係を入れ替えればよい。なお、スイッチ702を他の論理回路によって構成してもよい。
図28から図30は、第2の実施の形態のRRUマッピング処理によるRRU割当結果を説明する図である。
図28に示すように、ベースバンドモデム106に備わる1又は複数のRRU入出力ポート毎にRRUが接続されている場合、各RRU108に割り当てられている端末の識別子を示す。端末は、図28に示す状態でも通信は可能である。しかし、識別子が1及び3の端末は複数のモデムに跨って割り当てられている。この状態では、ベースバンド信号処理を複数のモデム間で連携させる必要があり、ベースバンド信号処理の複数のモデム間の連携は困難である。そこで、ベースバンドモデム106とRRU108との接続を変更して、各端末103のベースバンド信号処理が一つのベースバンドモデム106によって行われるようにする。
例えば、図29に示すように、識別子が6と15のRRUを入れ替えるように制御する。同様に、識別子が8と9のRRU、識別子が10と16のRRU、識別子が11と12のRRUを、各々、入れ替えるように制御する。その結果、図30に示すように、各端末のベースバンド信号処理は一つのベースバンドモデムによって行われる。
このとき、識別子が1及び4のベースバンドモデム106には、複数の端末103が収容され、マルチユーザMIMOとなっている。このマルチユーザMIMOは、LTEでも行われる信号処理であり、確立された信号処理方法である。さらに、識別子が2のベースバンドモデム106には、どの端末も割り当てられていないので、識別子が2のモデム106は省略する(又は、停止する)ことができるモデムである。
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態では、モデム−RRU間スイッチ113をシステムに備えることによって、1台の端末103との通信に使用されるベースバンドモデム106を1台に集約することができ、ベースバンドモデム106間で連携したベースバンド信号処理が不要となる。また、動作するベースバンドモデム106を集約することができるので、ベースバンドモデムを効率的に運用することができる。また、システムに実装すべきベースバンドモデムの数を減らすことができ、ベースバンドモデムによって消費される電力を低減することができる。
Claims (5)
- 複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに接続され、ベースバンド信号処理を行うベースバンドモデムと、
複数の前記ベースバンドモデムを制御するモデム制御装置と、
前記複数のベースバンドモデムと前記複数のアンテナとの間に、前記複数のベースバンドモデムと前記複数のアンテナとの接続を切り替える切替装置と、を備え、
前記ベースバンドモデムは、前記アンテナを接続するポートを複数有し、
前記ベースバンドモデムは、端末から送信される参照信号を受信して、前記アンテナ毎に前記参照信号の受信電力を測定し、
前記モデム制御装置は、
前記アンテナ毎の受信電力測定結果に基づいて複数のアンテナを選択し、
前記選択された複数のアンテナに基づいて、異なるセルに属する複数のアンテナを前記端末に割り当て、
前記アンテナ毎の受信電力測定結果に基づいて、前記端末に割り当てられたアンテナと、前記ベースバンドモデムのポートと、前記ベースバンドモデムとの接続を決定し、
前記決定された接続に基づいて前記切替装置を制御することを特徴とする無線通信システム。 - 複数のアンテナと、
前記複数のアンテナに接続され、ベースバンド信号処理を行うベースバンドモデムと、
複数の前記ベースバンドモデムを制御するモデム制御装置と、
前記複数のベースバンドモデムと前記複数のアンテナとの間に、前記複数のベースバンドモデムと前記複数のアンテナとの接続を切り替える切替装置と、
前記複数のアンテナと通信する端末と、を備え、
前記ベースバンドモデムは、前記アンテナを接続するポートを複数有し、
前記ベースバンドモデムは、前記端末から送信される参照信号を受信して、前記アンテナ毎に前記参照信号の受信電力を測定し、
前記モデム制御装置は、
前記アンテナ毎の受信電力測定結果に基づいて複数のアンテナを選択し、
前記選択された複数のアンテナに基づいて、異なるセルに属する複数のアンテナを前記端末に割り当て、
前記アンテナ毎の受信電力測定結果に基づいて、前記端末に割り当てられたアンテナと、前記ベースバンドモデムのポートと、前記ベースバンドモデムとの接続を決定し、
前記決定された接続に基づいて前記切替装置を制御することを特徴とする無線通信システム。 - 前記ベースバンドモデムは、前記参照信号の長区間時間平均の受信電力に基づいて、前記アンテナ毎の受信電力を測定することを特徴とする請求項1又は2に記載の無線通信システム。
- 前記モデム制御装置は、
前記各ベースバンドモデムで測定された参照信号の受信電力測定結果を、前記複数のベースバンドモデムから取得し、
前記取得された参照信号の受信電力測定結果に基づいて、異なるセルに属する前記複数のアンテナを、上り通信に使用するために、前記端末に割り当てることを特徴とする請求項1又は2に記載の無線通信システム。 - 前記切替装置は、上り通信用のスイッチ及び下り通信用のスイッチを含み、
前記モデム制御装置は、上り通信用のスイッチと下り通信用のスイッチとを個別に制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の無線通信システム。
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