JP5498538B2 - 無線通信方法、システムおよび装置 - Google Patents

Description

本開示は、無線通信に関する。

周波数利用効率の向上のため、例えば３ＧＰＰで策定されるＬＴＥ（Long Term Evolution）、次世代ＰＨＳ（ＸＧＰ）、およびＷｉＭＡＸなどの近年のセルラーシステムでは、隣接セルで同一の周波数帯が使用されている。このようなシステムにおいて、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）またはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式を用いる場合、同一の周波数を使用することで干渉が生じてしまう。よって、基地局ではＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）と呼ばれる周波数の割当て方法を用いる。

特表２００９−５１０９６７号公報 特開２０１１−５５４９７号公報

ＦＦＲは、基地局が形成するセルの境界付近であるセルエッジに存在する端末に割当てる周波数と、セル中心の端末に割当てる周波数とを分ける。セル中心に存在する端末用に割当てる周波数は、隣接セルでも周波数を再利用し、セルエッジに存在する端末用に割当てる周波数は、隣接セルで周波数が重ならないように割当てる。これにより、セル中心に存在する端末は互いに距離が離れているため干渉が生じず、セルエッジに存在する端末は、他の端末と距離が近接しているが異なる周波数を用いるため干渉が生じない。
しかし、ＦＦＲでは、各セルのセルエッジでは、干渉を避けるために別々の周波数を割当てるため、第１端末と第２端末とが離れたセルエッジに存在し、互いに干渉する可能性が低い場合でも、同じ周波数を割当てられないという問題がある。結果として、どの端末にも割当てられていない周波数が多く存在するため、周波数の効率利用の観点から好ましくない。

本発明の一観点は、周波数の利用効率を向上させることができる無線通信方法、システムおよび装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る無線通信方法は、第１基地局と通信する第１端末が第１周波数で送信する第１データ信号の第１信号強度を、前記第１基地局とは異なる前記第２基地局が測定する。続いて、前記第１信号強度が第１閾値以下であるかどうか、および、前記第１基地局とは異なる第２基地局と通信する第２端末が該第１基地局から送信された参照信号を受信するときの第２信号強度が第２閾値以下であるかどうかを判定する。続いて、前記第１信号強度が前記第１閾値以下であり、かつ前記第２信号強度が前記第２閾値以下である場合、前記第２端末に前記第１周波数で第２データ信号を送信させる第１指示を該第２端末に送信する。続いて、前記第２端末に前記第１周波数で前記第２データ信号を送信させることを示す割当情報を、前記第１基地局および前記第２基地局に接続される集約装置に通知する。続いて、前記第１基地局において該第２データ信号が送信されることにより被る干渉が第３閾値以上となる場合、前記割当情報を参照して前記第２端末に前記第１周波数での前記第２データ信号の送信を中止させる第２指示を前記第２基地局に送信する。

第１の実施形態に係る無線通信システムの概念図。 （ａ）各セルで用いる周波数帯を示す図と、（ｂ）基地局が形成するセルと端末との位置関係の概念図。 第１の実施形態に係る基地局を示すブロック図。 第１の実施形態に係る基地局の動作を示すシーケンス図。 第２の実施形態に係る無線通信システムの概念図。 第２の実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図。 第２の実施形態に係る無線通信システムを示すシーケンス図。 第３の実施形態に係る無線通信システムの基地局を示すブロック図。 アップリンクＡＡＳ部の詳細を示すブロック図。 第３の実施形態に係る集約装置に格納されるテーブルの一例を示す図。 第３の実施形態に係る基地局の判定処理を示すフローチャート。 集約装置に接続する基地局と集約装置に接続されない基地局とが存在する場合の概念図。 端末数と行列式の値との関係性を示す図。 第４の実施形態に係る基地局の判定処理を示すフローチャート。 第５の実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図。 第５の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンス図。 スケジューリング部における割当て端末決定方法を説明する図。

以下、図面を参照しながら本開示の一実施形態に係る無線通信方法、システムおよび装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行なうものとして、重ねての説明を省略する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る無線通信システムの概念図について図１を参照して説明する。
無線通信システム１００は、無線基地局（以下、単に基地局という）１０１、基地局１５１、無線端末（以下、単に端末という）１０２、および端末１５２を含む。図１の例では、基地局１０１はセル１０３を形成し、基地局１５１はセル１５３を形成し、基地局１０１と基地局１５１とは同一の周波数帯を用いると想定する。端末１０２は、セル１０３内に存在して基地局１０１と通信する。また、端末１５２は、セル１５３内に存在して基地局１５１と通信する。
なお、本実施形態では、アップリンクを想定して説明する。また、簡単のため、基地局が２つの場合で、各基地局が形成するセルに１つの端末がセルエッジに存在する場合を想定するが、３以上の基地局が存在してもよく、複数の端末がセルエッジに存在してもよい。セルエッジは、セルの境界付近を示す。

次に、本実施形態にかかる周波数割当て方法の概念について図２を参照して説明する。
図２（ａ）は、各セルで用いる周波数帯を示し、図２（ｂ）は、基地局が形成するセルと端末との位置関係の概念図を示す。図２（ｂ）に示すように、セル２０１−１、セル２０１−２およびセル２０１−３の３つのセルが形成されると想定する。また、ＦＦＲを用いる方式では、セルの中心に存在する端末に割当てる周波数（以下、セル中心周波数と呼ぶ）２０２と、セルエッジに存在する端末に割当てる周波数（以下、セルエッジ周波数と呼ぶ）２０３とが、端末のセル内での位置に応じて割当てられる。
図２（ａ）を参照すると、セル中心周波数２０２は、各セル２０１で共通である。セルエッジ周波数２０３は、セル２０１−１では周波数２０４−１がセルエッジ周波数として優先的に割当てられ、セル２０１−２では周波数２０４−２がセルエッジ周波数として優先的に割当てられ、セル２０１−３では周波数２０４−３がセルエッジ周波数として優先的に割当てられる。

また、端末１０２と端末１５２とは、異なるセル２０１−１およびセル２０１−２にそれぞれ存在するため、基本的に異なるセルエッジ周波数が割当てられる。本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、端末１０２と端末１５２とが互いに離れて存在している場合は、端末１０２にセルエッジ周波数２０４−１が割当てられていても、端末１５２に、セルエッジ周波数２０４−１、すなわち波線で囲まれた周波数２０５を割当てることができる。

次に、第１の実施形態に係る基地局について図３のブロック図を参照して説明する。
第１の実施形態に係る基地局３００は、干渉測定部３０１、復調部３０２、判定部３０３、端末割当部３０４、物理ダウンリンク制御チャネル（ＰＤＣＣＨ：Physical Downlink Control Channel）生成部３０５、変調部３０６および負荷指標（ＯＩ：Overload Indicator）生成部３０７を含む。

干渉測定部３０１は、他のセルに属する端末から送信された物理アップリンク共有チャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared Channel）を受け取り、受信信号強度を測定する。
復調部３０２は、自身のセルに属する端末から送信されたＰＵＳＣＨを受け取って復調し、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）を抽出する。ＲＳＲＰについては後述する。
判定部３０３は、干渉測定部３０１から受信信号強度を、復調部３０２から自身のセルに属する端末からＲＳＲＰをそれぞれ受け取る。判定部３０３は、受信信号強度が閾値以下であるかどうか、およびＲＳＲＰの値が閾値以下であるかどうかを判定する。他のセルに属する端末からの受信信号強度が閾値以下であり、かつＲＳＲＰの値が閾値以下である割当て対象端末が存在する場合に、割当て対象端末を示す判定結果を得る。

端末割当部３０４は、判定部から判定結果を受け取り、割当て対象端末に、他セルに属する端末に割り当てられたセルエッジ周波数を使用してデータを送信させる指示を生成する。
ＰＤＣＣＨ生成部３０５は、端末割当部３０４から指示を受け取り、割当て対象端末に送信するＰＤＣＣＨを生成する。
変調部３０６は、ＰＤＣＣＨ生成部３０５からＰＤＣＣＨを受け取り、ＰＤＣＣＨに対して変調を行ない外部に送信する。
ＯＩ生成部３０７は、判定部３０３から他のセルに属する端末からの受信信号強度が閾値よりも大きいことを示す判定結果を受け取り、干渉が増大したことを示すＯＩを他の基地局へ送信する。

次に、第１の実施形態に係る基地局の動作について図４のシーケンス図を参照して説明する。ここでは、基地局１０１が、端末１０２にセル２０１−１において優先的に使用されるセルエッジ周波数（以下、便宜上、他セルエッジ周波数という）を割当てており、基地局１５１が、端末１５２に端末１０２と同一の他セルエッジ周波数を割当てようとする場合を想定する。
なお、ＦＦＲにより周波数が端末に割当てられており、各基地局は、どのセルでどの周波数がセルエッジ周波数に割当てられているかを認識しているとする。具体的には、各基地局は、セルエッジ周波数として例えばリソースブロック（ＲＢ）番号と、周波数を優先的に用いるセルのセルＩＤとが周知されるとする。

ステップＳ４０１では、基地局１５１の干渉測定部３０１が、端末１０２が使用している周波数の干渉電力を測定する。干渉電力を測定する方法は、端末１０２が基地局１０１に送信するデータのチャネル、例えばＬＴＥでは、ＰＵＳＣＨの電力を測定すればよい。このとき、基地局１５１は、未だ端末１５２に他セルエッジ周波数を割当てていないので、例えばＲＳＳＩ（Received Signal Strength Intensity）を測定すればよい。また、ＩｏＴ（Interference over thermal noise）などを用いてもよい。

ステップＳ４０２では、基地局１５１の判定部３０３が、干渉電力が閾値以下であるかどうかを判定する。干渉電力が閾値以下であれば自身のセルで端末に他セルエッジ周波数を割当てても問題ないと判定し、ステップＳ４０３へ進む。干渉電力が閾値よりも大きければ、基地局１５１は他のセルが優先的に使用する別のセルエッジ周波数が使用可能であるかどうかのサーチを行なう。
ステップＳ４０３では、基地局１５１および基地局１０１が、セル固有の参照番号を通知する信号であるＣＲＳ（Cell specific Reference Signal）をダウンリンクで端末に送信する。なお、図４では、ＣＲＳは、ステップＳ４０３のタイミングで送信例を示すが、基地局から定期的に送信される。

ステップＳ４０４では、端末１５２は、各基地局から受け取ったＣＲＳの端末における受信電力を示す信号であるＲＳＲＰを接続先の基地局へ送信する。なお、ＣＲＳは定期的に送信されるため、ＲＳＲＰ送信のタイミングはこのステップでなくてもいつでも実施可能である。
ステップＳ４０５では、基地局１５１の端末割当部３０４が、自身のセル内に存在する端末の中で、端末１０２が行なう送信に干渉を及ぼさず、他セルエッジ周波数が割当可能な端末である割当て対象端末が存在するかどうかを検出する。割当て対象端末の検出方法は、例えば、端末ごとにＲＳＲＰの値と閾値とを比較し、ＲＳＲＰの値が閾値以下であればステップＳ４０６に進む。ＲＳＲＰの値が閾値よりも大きい場合は、基地局１５１は、他の割当て対象端末を検出するか、他セルエッジ周波数の割当てを中止する。ここでは、割当て対象端末として端末１５２が検出されたと想定する。

ステップＳ４０６では、基地局１５１の端末割当部３０４が、端末１５２に他セルエッジ周波数に割当てるため、他セルエッジ周波数でデータを送信するように指示を生成し、ＰＤＣＣＨ生成部３０７がＰＤＣＣＨを生成して端末１５２へ送信する。
ステップＳ４０７では、端末１５２が、ＰＤＣＣＨで指示されたタイミングで、他セルエッジ周波数でデータを送信する。端末１５２からのデータ送信は、ＰＵＳＣＨで行えばよい。なお、ＰＵＳＣＨは、接続先である基地局１５１だけではなく、基地局１０１にも到達する。ここで、端末１０２が優先的に割り当てられている他セルエッジ周波数で基地局１０１へＰＵＳＣＨを送信すると仮定する。

ステップＳ４０８では、基地局１０１および基地局１５１が、ＰＵＳＣＨの受信状態から、端末１５２の他セルエッジ周波数への割当てが適切であるかどうかを判定する。具体的には、基地局１０１および基地局１５１の判定部３０３が、自身のセルエッジに割当てるセルエッジ周波数の干渉電力を測定し、干渉電力の値が閾値よりも大きいかどうかを判定する。干渉電力の値が閾値以下であれば、割当が適切であると判定しそのまま処理を続ける。干渉電力の値が閾値よりも大きければ、ステップＳ４０９に進む。
ステップＳ４０９では、基地局１０１の負荷指標生成部３０６は、ＬＴＥで規定されているＯＩを基地局１５１を含む周辺の基地局へ通知する。これにより、基地局１５１による他セルエッジ周波数への端末１５２の割当てが適切でないことが各基地局で知ることができる。
ステップＳ４１０では、基地局１５１が、他セルエッジ周波数への端末１５２の割当てを中止する。以上で第１の実施形態に係る基地局の動作を終了する。

なお、ステップＳ４０９およびステップＳ４１０において、基地局１０１からのＯＩを基地局１５１が受信することにより、他セルエッジ周波数への割当て対象端末の割当てを中止したが、基地局１５１の判定部３０３が干渉電力を測定してもよい。基地局１５１は、干渉電力の値が閾値よりも大きければ、他セルエッジ周波数への割当て対象端末の割当てを中止すればよい。

以上に示した第１の実施形態によれば、互いに干渉が生じない端末の組み合わせを検出することで、他セルでセルエッジ用に割当てられている周波数を別のセルでも使用することができ、優先的に割当てられた他セルに属する端末への干渉を避けつつ、周波数の利用効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、基地局は干渉が増大したことを示すＯＩを周辺の基地局に通知していたが、第２の実施形態では、各基地局に接続される集約装置が、他セルエッジ周波数を割当てた基地局に対してＯＩの指示を送信する点が異なる。
第１の実施形態では、他セルエッジ周波数を割当てた後に、優先的に他セルエッジ周波数が割り当てられていた他のセルに属する端末に対する干渉が増大した場合、どの基地局の割当て処理によって干渉が増大したかがわからないため、周辺の基地局にＯＩを通知する必要がある。このため、ＯＩのオーバーヘッドが増大してしまい、周辺の基地局すべてで、他セルエッジ周波数の使用が制限されることになる。一方、第２の実施形態では、各セルの割当情報を管理する集約装置により、干渉を増大させる割当てを行なった基地局を特定してＯＩを送信することができるので、周波数の使用制限を一部に限定することができ、ＯＩのオーバーヘッドを削減することができる。

第２の実施形態に係る無線通信システムの概念図について図５を参照して説明する。
第２の実施形態に係る無線通信システム５００は、基地局１０１、基地局１５１、端末１０２、端末１５２および集約装置５０１を含む。基地局１０１、基地局１５１、端末１０２および端末１５２は、第１の実施形態とほぼ同様の通信を行なう。
集約装置５０１は、基地局１０１および基地局１５１と接続され、どの端末にどの周波数を割当てたかを示す割当情報を管理して通信を制御する。割当情報は、具体的に、例えばセルＩＤ、各セルにおける周波数割当てに関する情報、他セルエッジ周波数を割り当てた周波数と割り当てた端末との情報を含む。

次に、第２の実施形態に係る無線通信システムについて図６のブロック図を参照して説明する。
第２の実施形態にかかる無線通信システム６００は、基地局３００および集約装置６０１を含む。
基地局３００は、図３に示す基地局とほぼ同様であるが、端末割当部３０４が割当情報を集約装置に送る点と、ＯＩ生成部３０７が、生成したＯＩを他の基地局ではなく集約装置に送信される点とが異なる。

集約装置６０１は、格納部６０２、判定部６０３および通知部６０４を含む。
格納部６０２は、基地局１０１および基地局１５１から割当情報を受け取って格納する。また、予めＦＦＲによる各基地局のセルの識別子であるセルＩＤとセルで用いられるセルエッジ周波数の情報とを格納する。セルエッジ周波数の情報としては、リソースブロック（ＲＢ）番号が挙げられる。
判定部６０３は、基地局からＯＩを受け取った場合、格納部６０２に格納される割当情報を参照して、どの基地局の割当てが不適切であるかを判定し、不適切な割当てを行なった基地局のＩＤを抽出する。
通知部６０４は、セルＩＤとセルエッジ周波数の情報とを各基地局に通知する。また、判定部から不適切な割当てを行なった基地局のＩＤを受け取り、ＩＤが示す基地局に他セルエッジ周波数の割当てを中止する旨の指示を送信する。

次に、第２の実施形態に係る無線通信システムについて図７のフローチャートを参照して説明する。図４と同様に、基地局１０１が、端末１０２にセル１０３におけるセルエッジ周波数を優先的に割当てており、基地局１５１が、端末１５２に端末１０２と同一の他セルエッジ周波数を割当てようとする場合を想定する。
ステップＳ７０１では、集約装置５０１が、各基地局のセルの識別子であるセルＩＤとセルで用いられるセルエッジ周波数の情報とを各基地局に送信する。ここで送信されるセルエッジ周波数の情報としては、例えばリソースブロック（ＲＢ）番号が挙げられる。
ステップＳ７０２からステップＳ７０６は、図４に示すステップＳ４０１からステップＳ４０５と同様であるので、ここでの説明を省略する。

ステップＳ７０７では、基地局１５１が、端末１５２に他セルエッジ周波数を割当てる指示を含むＰＤＣＣＨを端末１５２へ送信すると共に、端末１５２を割当てたことを示す割当情報を集約装置５０１へ送信する。集約装置５０１の格納部６０２は、割当情報を受け取って格納する。
なお、集約装置５０１への通知は、基地局１５１から端末１５２へのＰＤＣＣＨの送信と同時でなくともよく、ＰＤＣＣＨの送信に対して前後してもよい。
ステップＳ７０８およびステップＳ７０９は、図４に示すステップ４０７およびステップＳ４０８と同様であるため、ここでの説明を省略する。

ステップＳ７１０では、基地局１０１が、セルエッジ周波数において干渉が増大したことを示すＯＩを集約装置５０１に通知する。なお、基地局１５１は、ＯＩによらずセルエッジ周波数ごとの干渉に関する情報を含む他の信号を集約装置５０１へ送信してもよい。
ステップＳ７１１では、集約装置５０１の判定部６０３が、ＯＩまたは同等の情報を含む信号を受け取った場合、セルごとに、このＯＩを受け取る前に別の基地局が端末を他セルエッジ周波数に割当てたかどうかを検出する。別の基地局が端末を他セルエッジ周波数に割り当てている場合はステップＳ７１１に進み、別の基地局が端末を他セルエッジ周波数に割り当ていない場合は、別のセルでのセルエッジ周波数について同様の判定を行なう。ここでは、ステップＳ７０７において、集約装置５０１の判定部６０３は、基地局１５１が端末１５２に他セルエッジ周波数を割当てたことを示す情報が通知されているため、集約装置５０１は、基地局１５１の割当て処理が不適切であると判定することができる。

ステップＳ７１２では、集約装置５０１の通知部が、基地局１５１にＯＩを通知する。なお、ＯＩに限らず、セルエッジ周波数ごとの干渉の状態を表す情報であればよい。
ステップＳ７１３では、集約装置５０１からＯＩおよび同等の情報を受け取った基地局１５１が、端末１５１以外の端末を他セルエッジ周波数に割当てるか、または他セルエッジ周波数への端末の割当てを中止する。
なお、第２の実施形態では、各セルでセルエッジ周波数として優先的に割り当てられる周波数（ＲＢ）は、固定の場合を説明したが、これに限らず動的に設定されてもよい。例えば、自身のセルで優先されるセルエッジ周波数を変更する場合は、各基地局は、集約装置５０１へセルエッジ周波数として用いたい周波数を通知すればよい。この通知には、例えばＬＴＥで規定されているＨＩＩ（High Interference Indicator）を用いればよく、ＨＩＩと同様の機能を有する信号を用いてもよい。ＨＩＩまたは同様の機能を有する信号を受け取った集約装置は、セルエッジ周波数として希望した周波数が別のセルで優先的に使用されていれば、ＨＩＩを送信した基地局に対して希望した周波数が使用不可である旨の情報を送信する。この情報は、ＯＩおよび同等の信号を用いればよい。このようにすることで、各セルでセルエッジ用に割当てる周波数は、互いに重なることなく動的に変化させることができる。

以上に示した第２の実施形態によれば、各セルの割当情報を管理する集約装置により、干渉を増大させる割当を行なった基地局を特定して負荷指標を送信することができるので、周波数の使用制限を一部に限定することができ、ＯＩがブロードキャストされることによるオーバーヘッドを削減することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、基地局が複数のアンテナを用いたアンテナ指向性のデジタル制御を可能とするＡＡＳ（Adaptive Antenna System）を備える点が異なる。ＡＡＳの特徴としては、複数のアンテナを用いて干渉を低減することができる点である。「アンテナ数−１」まで干渉を低減することができる（これを自由度と呼ぶ）ため、同一の周波数にアンテナ数と同じ数の端末を多重することができる。低減可能な干渉は、その受信レベルを問わないため、干渉電力が高い場合でも自由度以下であれば干渉を低減することができる。なお、以下では、基地局のアンテナ数はすべて２であると仮定する。

第３の実施形態に係る無線通信システムの基地局について図８のブロック図を参照して説明する。
第３の実施形態に係る無線通信システムの基地局８００は、干渉測定部３０１、復調部３０２、判定部３０３、端末割当部３０４、ＰＤＣＣＨ生成部３０５、変調部３０６、ＯＩ生成部３０７、アンテナ８０１−１、アンテナ８０１−２、無線受信部８０２−２、無線受信部８０２−２、およびアップリンクＡＡＳ部８０３を含む。
干渉測定部３０１、復調部３０２、判定部３０３、端末割当部３０４、ＰＤＣＣＨ生成部３０５、変調部３０６およびＯＩ生成部３０７は、第１の実施形態と同様の処理を行なうので、ここでの説明は省略する。

アンテナ８０１−１およびアンテナ８０１−２は、外部からの信号を受信して受信信号を得る。
無線受信部８０２−１および無線受信部８０２−２は、アンテナ８０１−１およびアンテナ８０１−２からそれぞれ受信信号を受け取り、受信信号に対して信号処理を行ない、デジタル受信信号を得る。ここで、信号処理は、一般的な信号処理であり、例えばダウンコンバート、フィルタリング、増幅およびＡＤ変換などを行なう。
アップリンクＡＡＳ部８０３は、無線受信部８０２−１および無線受信部８０２−２からデジタル受信信号を受け取り、被干渉低減ＡＡＳ処理を行ない、被干渉低減されたデジタル受信信号を得る。

次に、アップリンクＡＡＳ部８０３の詳細について図９のブロック図を参照して説明する。
アップリンクＡＡＳ部８０３は、ＤＦＴ部９０１−１、ＤＦＴ部９０１−２、ウェイト計算部９０２およびウェイト適用部９０３を含む。
ＤＦＴ部９０１−１およびＤＦＴ部９０１−２は、無線受信部８０２−１および無線受信部８０２−２からそれぞれデジタル受信信号を受け取り、デジタル受信信号に対して離散フーリエ変換を行なう。なお、必ずしもＤＦＴ処理後にＡＡＳ処理を行なう必要はないが、ＬＴＥでは周波数軸上での信号処理を前提としてシステム設計されているため、本実施形態では、ＤＦＴを適用した周波数軸上での処理を想定する。
ウェイト計算部９０２は、ＤＦＴ部９０１−１およびＤＦＴ部９０１−２からＤＦＴ処理されたデジタル受信信号を受け取り、アップリンクＡＡＳのウェイト値を計算する。

ウェイト適用部９０３は、ウェイト計算部９０２からウェイト値を、ＤＦＴ部９０１−１およびＤＦＴ部９０１−２からＤＦＴ処理されたデジタル受信信号をそれぞれ受け取る。ウェイト適用部９０３は、ＤＦＴ処理されたデジタル受信信号にウェイト値を適用し、ＡＳＳ処理信号を得、後段の復調部３０２へ送る。

ここで、具体的なウェイト計算処理について説明する。
アンテナ８０１−１およびアンテナ８０１−２で受信する受信信号をそれぞれｘ_１、ｘ_２とし、これらをまとめたベクトルをｘ＝［ｘ_１，ｘ_２］^Ｔとすると、アップリンクＡＡＳのウェイトは式（１）のように計算できる。

但し、Ｒ_ｘｘおよびｒ_ｘｒは、参照信号の相関行列および相関ベクトルであり、式（２）および式（３）のように表すことができる。

ここで、ｄは、伝搬路や雑音の影響を受けていない参照信号、Ｅ（ ）は、アンサンブル平均である。アンサンブル平均は、実際には計算することができないため、変動が少ない時間軸や周波数軸での平均で代用すればよい。また、各変数における（ ）^Ｈは複素転置、（ ）^＊は複素共役、（ ）^Ｔは転置を示す。

次に、第３の実施形態に係る集約装置の格納部に格納されるテーブルの一例について図１０を参照して説明する。
図１０のテーブルは、各セル（各基地局）で各周波数にどれだけ端末を割当てているかを示すテーブルであり、各基地局からの割当情報に基づいて生成され、格納部６０２に格納される。具体例としては、例えば周波数１００は、セルＡで１つの端末に割当てられ、周波数２００は、セルＡ、セルＢおよびセルＣでそれぞれ１つの端末に割当てられる。すなわち、周波数１００では、例えばセルＡからの干渉が多い場合でも、周波数１００に割り当てられている端末数は「１」なので、２アンテナのＡＳＳを備える基地局であれば、端末に周波数１００を割当てることができる。

第３の実施形態に係る無線通信システムの動作は、図７に示す第２の実施形態に係る無線通信システムの動作とほぼ同様であるが、ステップＳ７０３が異なる。
第３の実施形態に係る基地局のステップＳ７０３の判定処理について図１１のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１１０１では、干渉電力が閾値以下であるかどうかを判定する。干渉電力が閾値以下であればステップＳ１１０４に進み、干渉電力が閾値よりも大きければステップＳ１１０２に進む。
ステップＳ１１０２では、周辺のセルにおけるセルエッジ周波数に割当てられた端末数が閾値以下であるかどうかを判定する。割当てられた端末数が閾値以下であれば、ステップＳ１１０４に進み、割当てられた端末数が閾値よりも多ければ、ステップＳ１１０３に進む。

ステップＳ１１０３では、端末を割当てることが不可能と判定する。
ステップＳ１１０４では、端末を割当てることが可能と判定する。例えば集約装置５０１は、基地局１５１へセルエッジ周波数が割当て可能であることを示す情報を通知する。以上、ステップＳ７０３の処理を終了する。これにより、集約装置５０１が、基地局がＡＡＳを備えており、干渉電力が高くても自由度以下であれば、セルエッジ周波数に端末を割り当てることができる。
なお、集約装置５０１から各基地局に対し、周辺のセルにおけるセルエッジ周波数に割当てられた端末数の通知を行なう場合は、上述のテーブルを作成した時点で通知してもよいし、ステップＳ７０３の処理後に各基地局へ通知してもよい。

なお、図１０に示すテーブルは、各基地局からの割当情報を集計して作成する例を示すが、基地局が割当て可能だと判定した結果を用いて「割当て可能性」を集約装置に通知し、集約装置が「割当て可能性」からテーブルを生成してもよい。すなわち、割当て可能と判定した結果を集約装置に通知し、集約装置は、割当て可能性として例えば「１」とテーブルに格納すればよい。これにより、各基地局が割当てを判定するステップＳ７０６と同じタイミングで、ＡＡＳの自由度を考慮した割当て可否の判定をすることができるので、集約装置に格納されるテーブルと実際の割当て結果との差分を最小にすることができる。

以上に示した第３の実施形態によれば、ＡＡＳを備えた基地局では、受信した干渉電力が高くても、干渉の数、すなわち端末数が自由度以下であれば、その周波数にユーザを多重することができ、周波数の利用効率を向上させることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、集約装置に接続する基地局と集約装置に接続されない基地局とを考慮する点が上述の実施形態と異なる。第４の実施形態によれば、集約装置に接続されない基地局が存在する場合でも、他のセルのセルエッジで使用される周波数を割当て可能な端末に割当てることができ、周波数の利用効率を向上することができる。

集約装置に接続する基地局と集約装置に接続されない基地局とが存在する一例について図１２を参照して説明する。
図１２は、第４の実施形態で想定される無線通信システム１２００であり、図５に示す第２の実施形態に係る無線通信システム５００に加え、集約装置５０１に接続されない基地局１２０１と、基地局１２０１が形成するセル１２０３内に存在し、基地局１２０１に接続される端末１２０２とを含む。

ここで、基地局１０１に接続する端末１０２が周波数１００を使用中であり、基地局１２０１に接続する端末１２０２も周波数１００を使用中であると想定する。この時、基地局１２０１は集約装置と接続されていないため、上述の図１０に示すテーブルには、セル１２０３に関する端末の割当情報は格納されない。単純にテーブルを参照して、周波数１００に割当てられる端末と基地局１５１のアンテナ数とを比較する場合には、基地局１５１は端末１２０１から干渉を強く受けていたとしても、端末１２０１の存在に気づかず周波数１００に端末１５２を割当ててしまう可能性がある。端末１５２に周波数１００を割当ててしまうと、割当てられた端末数の合計が３となり、自由度を超えてしまうため、干渉によってはパケット誤りが発生する。

そこで第４の実施形態では、基地局の復調部が相関行列を計算し、相関行列から得られる情報を用いることにより、基地局に端末を追加する余裕があるかどうかを判定する。相関行列から得られる情報とは、具体的には例えば相関行列の行列式の値である。一般的には、相関行列は自身のセルで端末を割当てた場合に、信号の復調のために計算するが、第４の実施形態では、端末を割当てていない周波数でも相関行列を計算する。

次に、端末数と行列式の値との関係性について図１３を参照して説明する。
図１３は、横軸がＡＡＳの行列式の値を示し、縦軸が行列式の累積密度関数（ＣＤＦ：Cumulative Density Function）を示し、端末数が１つの場合のグラフ１３０１と端末数が２つの場合のグラフ１３０２を示す。相関行列の行列式は、アンテナ数以上であると大きな値となるが、アンテナ数以下の場合は小さくなることがわかっている。
図１３に示すように、２つの端末から信号を受けている場合は、行列式の値はある程度大きな値になるが、１つの端末から信号を受けている場合は、行列式の値は小さくなる。よって、行列式の値に閾値(例えば０．５)を設けることにより、基地局は、行列式の値が閾値よりも大きければ端末数は２つであり、これ以上端末を追加する余裕がないと判定することができる。一方、行列式の値が閾値以下であれば、端末数は１つであり、基地局は、端末を追加できる可能性が高いと判定することができる。

次に、第４の実施形態に係る基地局のステップＳ７０３の判定処理について図１４のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１４０１では、基地局の判定部３０３が、干渉電力が閾値以下であるかどうかを判定する。干渉電力が閾値以下であればステップＳ１４０２に進み、干渉電力が閾値よりも大きければステップＳ１４０５に進む。
ステップＳ１４０２では、基地局の判定部３０３が、集約装置が把握している割り当てられた端末数が閾値以下であるかどうかを判定する。この判定は、集約装置５０１からの周辺のセルにおけるセルエッジ周波数に割当てられた端末数の通知に基づいて判定すればよい。集約装置が把握している割当てられた端末数が閾値以下である場合は、ステップＳ１４０３に進み、集約装置が把握している割当てられた端末数が閾値よりも大きい場合は、ステップＳ１４０４に進む。

ステップＳ１４０３では、基地局で受けている干渉数がアンテナ数未満であるかどうか、すなわち行列式の値が閾値以下であるかどうかを判定する。基地局で受けている干渉数がアンテナ数未満である場合は、ステップＳ１４０５に進み、基地局で受けている干渉数がアンテナ数以上であれば、ステップＳ１４０４に進む。
ステップＳ１４０４では、端末を割当てることが不可能と判定する。
ステップＳ１４０５では、端末を割当てることが可能と判定する。以上で基地局のステップＳ４０２の判定処理を終了する。

なお、本実施の形態では相関行列の行列式から干渉数を判定したが、相関行列から干渉数を把握する方法はこれに限らず、例えば固有値分解を行なって相関行列の固有値を計算し、固有値の大きさから干渉数を判定してもよい。

また、第４の実施形態では、集約装置に接続されていない基地局からの干渉数を把握するために行列式の値を用いたが、集約装置に接続されている基地局からの干渉数を把握するためにも用いることができる。また第４の実施形態では、基地局が端末を割当てていない場合の相関行列から干渉数を判定しているが、式（１）から式（３）で示したように、基地局でユーザを割当て、ユーザからの信号を復調する際に適用したＡＡＳで計算される相関行列を用いて干渉数を判定してもよい。
さらに、通常ＡＡＳのウェイトを計算する際には、式（２）の対角成分にある値を加え、式（２）が逆行列を持つように、すなわち式（２）の行列式を強制的に大きくしてから式（１）を計算する手法が取られることがある(Diagonal loading法ともいう)。このとき、式（２）の対角成分に値を加えた相関行列の行列式は明らかに大きな値を持つため、式（２）の対角成分に値を加える前の相関行列の値から行列式を計算することが望ましい。

さらに、上述した実施形態ではＦＦＲを前提として説明したが、ＳＦＲ（Soft Frequency Reuse）を前提とした場合にも適用可能である。
ＳＦＲでは初期設定として全ての周波数に端末を割当てるが、あるセルでセルエッジに存在する端末に割当てる周波数では、その他のセルのセルエッジに存在する端末に割当てないようにして干渉を回避する。しかしながら干渉が問題にならないことは必ずしも補償されないため、セルエッジの端末が干渉を受けてしまう場合がある。このため、例えば第１セルでセルエッジの端末に優先的に使用されている優先周波数を第２セルで使用する場合は、第２セルで割当てる端末と第１セルとの間の伝搬路情報に対応する値、例えばＲＳＲＰを集約装置へ通知する。そして、第１セルのセルエッジに存在する端末の干渉が大きくなった場合は、集約装置はその周波数を使用している第１セル以外のセルで割当てられている端末のうち、最もＲＳＲＰの大きい、つまり、第１セルへ干渉を与えやすい端末が存在するセルを形成する基地局に対し、リソース開放の指示を出す。あるいは、各セルはＲＳＲＰの値でなく、割当てられた端末のＲＳＲＰが閾値を超えたかどうかの1ビットの信号を周波数ごとに集約装置に通知してもよい。

一度リソースを開放した後、再度ユーザが割当てられるかどうかは、上述の実施形態で説明したようなステップを行うことにより端末を追加して割当てることができる。さらに、上述の実施形態では、あるセルのセルエッジ用の優先周波数において、別のセルの端末を追加して割当てる方法について説明したが、優先度を付ける周波数には必ずしもセルエッジの端末を割当てなくてもよく、セル中心の端末を割当て、その端末に優先度を与えて他のセルでの割当てを行なってもよい。
以上に示した第４の実施形態によれば、ＡＡＳの相関行列から行列式の値を求めることにより、集約装置に接続していない基地局に接続する端末から干渉があった場合でも、端末を追加可能かどうかを判定することができ、干渉を避けつつ周波数の利用効率を向上させることができる。

（第５の実施形態）
上述の実施形態では、あるセルのセルエッジ周波数において、他のセルに存在する端末を割当てるかどうかの判定は基地局が行なっている。第５の実施形態では、集約装置が、基地局が希望する端末の割当て、つまりスケジューリング結果を収集し、集約装置が互いの干渉状態を考慮して端末の割当てを決定する点が上述の実施形態と異なる。

第５の実施形態に係る無線通信システムについて図１５のブロック図を参照して説明する。
第５の実施形態に係る無線通信システム１５００は、基地局１５０１および集約装置１５５１を含む。
基地局１５０１は、干渉測定部３０１、復調部３０２、判定部３０３、端末割当部３０４、ＰＤＣＣＨ生成部３０５、変調部３０６、ＯＩ生成部３０７および希望割当生成部１５０２を含む。干渉測定部３０１、復調部３０２、判定部３０３、ＰＤＣＣＨ生成部３０５、変調部３０６およびＯＩ生成部３０７は同様の動作を行なうのでここでの説明は省略する。
希望割当生成部１５０２は、判定部３０３から判定結果を受け取り、仮の割当て結果を生成する。

端末割当部３０４は、上述の実施形態とほぼ同様の動作を行なうが、集約装置５０１から割当情報を受け取り、割当情報に従って、端末に他セルエッジ周波数を割り当てる点が異なる。
集約装置１５５１は、判定部６０３、通知部６０４およびスケジューリング部１５５２を含む。判定部６０３および通知部６０４は、第２の実施形態と同様の動作を行なうので説明を省略する。
スケジューリング部１５５２は、基地局１５０１から仮の割当て結果を受け取り、実際に周波数を割当てることができる割当て端末を決定する。

次に、第５の実施形態に係る無線通信システムの動作について図１６のシーケンス図を参照して説明する。
ステップＳ１６０１およびステップＳ１６０２では、ステップＳ７０４およびステップＳ７０５と同様の処理を行なうので説明は省略する。
ステップＳ１６０３では、基地局１５０１が、ＲＳＲＰの値を集約装置１５５１へ送信する。
ステップＳ１６０４では、基地局１５０１の希望割当生成部１５０２が、基地局１５０１が割当てる予定の端末に関する情報を仮割当て結果として、集約装置１５５１に送信する。

ステップＳ１６０５では、集約装置１５５１のスケジューリング部１５５２が、実際に周波数を割当てることができる割当て端末を決定する。
ステップＳ１６０６では、集約装置１５５１が、割当て端末の情報を含む割当て結果を各基地局１５０１に送信する。
ステップＳ１６０７では、基地局１５０１−１および基地局１５０１−２が、集約装置１５５１から受信した割当て結果に従い、ＰＤＣＣＨを端末１０２および端末１５２にそれぞれ送信する。
ステップＳ１６０７では、端末が、割当てられた周波数でデータを送信する。以上で、無線通信システムの動作を終了する。

次に、スケジューリング部１５５２における割当て端末決定方法について図１７を参照して説明する。
集約装置１５５１に、基地局１５０１−１、１５０１−２および１５０１−３が接続され、各基地局に端末１７０１−１、１７０１−２および１７０１−３がそれぞれ接続される。

まず、基地局がＡＡＳを備えていない場合について説明する。
いま、端末１７０１−１に最も優先度があるとすると、集約装置は、端末１７０１−１に周波数を割当てることを確定する。そして、端末１７０１−１が接続する基地局１５０１−１に大きな干渉を与える可能性のある端末１７０１−２に同一の周波数を割当てないと決定する。
ここで、干渉電力が大きいかどうかは、ステップ１６０２で通知されたＲＳＲＰで判定すればよい。次に、残った端末１７０１−３に着目する。端末１７０１−３は基地局１５０１−１に与える干渉が少なく、かつ端末１７０１−１が基地局１５０１−３に与える干渉も少ないために周波数を割当てることが可能と判定する。この判定も同様に、干渉を与える可能性があるかどうかをＲＳＲＰで判定すればよい。
このように、集約装置１５５１は基地局１５０１から送付された仮の割当て結果から、実際の割当て結果、つまり、端末１７０１−１と端末１７０１−３とを割当てることを示す情報を基地局に送信する。割当て結果を受信した基地局１５０１は、ステップＳ１６０７で端末に割当てを行なえばよい。

次に、基地局がＡＡＳを備えている場合について説明する。
ＡＡＳを備えている場合は、アンテナ数まで端末を多重することができる。よって、図１７の例では、端末１７０１−２は基地局１５０１−１に大きな干渉を与える可能性があると判定されても、基地局１５０１−１が２アンテナのＡＡＳを備えていれば、端末１７０１−２と端末１７０１−１とに同一の周波数を割当てることができる。このように、ＡＡＳを備えている基地局がある場合、集約装置は、干渉電力が大きくても、その干渉の数がアンテナ数未満であれば端末を割当て可能と判定できる。
なお、アンテナ数は一定であると考えられるため、基地局１５０１のアンテナ数に関する情報を予め集約装置１５５１に格納してもよいし、基地局１５０１から集約装置１５５１へメッセージとして通知することも可能である。

また、集約装置１５５１に接続していない基地局に接続する端末からの干渉を受けている場合は、集約装置１５５１は、ＡＡＳのアンテナ数を考慮した割当てを行うことができないが、第４の実施の形態で説明した手法を用いればよい。具体的には、ステップＳ１６０４で仮の割当て結果を通知する際、基地局は、前回に計算したＰＵＳＣＨにおける相関行列の値、または相関行列の値から判定した割当て結果、およびＳＩＮＲなどの指標を集約装置に通知する。
集約装置は、前回の割当て結果を知っているため、これらの結果より、各基地局が集約装置に接続していない基地局に対して接続する端末から干渉を受けているかどうかを判定することができる。

さらに、第５の実施形態では判定処理は全て集約装置１５５１が行なっているが、集約装置がＲＳＲＰなどの情報を集めて基地局１５０１に送信し、判定の一部を基地局１５０１で行なってもよい。
以上に示した第５の実施形態によれば、集約装置は、同一の周波数を割当てる際に、集約装置に接続していない基地局に接続している端末からの干渉を受ける場合でも、その干渉の有無を判定し、かつ基地局のＡＡＳの能力まで鑑みて端末割当てが可能になるため、干渉を避けつつ周波数の利用効率を向上させることができるリソース割当てが可能になる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００，５００，６００，１２００，１５００・・・無線通信システム、１０１，１５１，３００，８００，１２０１，１５０１・・・基地局、１０２，１５２，１２０２・・・端末、１０３，１５３，２０１，１２０３・・・セル、２０２・・・セル中心周波数、２０３・・・セルエッジ周波数、２０４・・・周波数、３０１・・・干渉測定部、３０２・・・復調部、３０３・・・判定部、３０４・・・端末割当部、３０５・・・ＰＤＣＣＨ生成部、３０６・・・変調部、３０７・・・ＯＩ生成部、５０１，６０１，１５５１・・・集約装置、６０２・・・格納部、６０３・・・判定部、６０４・・・通知部、８０１・・・アンテナ、８０２・・・無線受信部、８０３・・・アップリンクＡＡＳ部、９０１・・・ＤＦＴ部、９０２・・・ウェイト計算部、９０３・・・ウェイト適用部、１３０１，１３０２・・・グラフ、１５０２・・・希望割当生成部、１５５２・・・スケジューリング部。

Claims (7)

1. 第１基地局と通信する第１端末が第１周波数で送信する第１データ信号の第１信号強度を、前記第１基地局とは異なる第２基地局が測定し、
   前記第２基地局が、前記第１信号強度が第１閾値以下であるかどうか、および、前記第２基地局と通信する第２端末が該第１基地局から送信された参照信号を受信するときの第２信号強度が第２閾値以下であるかどうかを判定し、
   前記第１信号強度が前記第１閾値以下であり、かつ前記第２信号強度が前記第２閾値以下である場合、前記第２基地局が、前記第２端末に前記第１周波数で第２データ信号を送信させる第１指示を該第２端末に送信し、
   前記第２端末に前記第１周波数で前記第２データ信号を送信させることを示す割当情報を、前記第１基地局および前記第２基地局に接続される集約装置が格納し、
   前記第１基地局において該第２データ信号が送信されることにより被る干渉が第３閾値以上となる場合、前記集約装置が、格納された前記割当情報を参照して前記第２端末に前記第１周波数での前記第２データ信号の送信を中止させる第２指示を前記第２基地局に送信することを具備することを特徴とする無線通信方法。
2. 前記第１基地局および前記第２基地局は複数のアンテナをそれぞれ具備し、
   前記第１信号強度が前記第１閾値よりも大きい場合、かつ前記第１周波数を利用する端末数が前記第２基地局に備わる複数のアンテナの数未満であれば、前記第２基地局が、前記第１指示を前記第２端末に送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記第１基地局および前記第２基地局は複数のアンテナをそれぞれ具備し、
   前記第２基地局の前記複数のアンテナで受信された信号から生成される相関行列に基づいて、該第２基地局の第１周波数における干渉数を決定し、
   前記第１信号強度が前記第１閾値よりも大きい場合、かつ前記第２基地局の第１周波数における干渉数が前記第２基地局に備わる複数のアンテナの数未満であれば、前記第２基地局が、前記第１指示を前記第２端末に送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
4. 前記干渉数を決定することは、前記相関行列の行列式の値と第４閾値とを比較し、該値が該第４閾値よりも小さければ、前記第２基地局に備わる前記複数のアンテナの数未満であると決定することを特徴とする請求項３に記載の無線通信方法。
5. 第１基地局と通信する第１端末が第１周波数で送信する第１データ信号の第１信号強度を、前記第１基地局とは異なる前記第２基地局が測定し、
   前記第２基地局が、前記第１信号強度が第１閾値以下であるかどうか、および、前記第２基地局と通信する第２端末が該第１基地局から送信された参照信号を受信するときの第２信号強度が第２閾値以下であるかどうかを判定した判定結果を生成し、
   前記第２基地局が、前記判定結果に基づいて前記第１周波数への割り当てを希望する第２端末を示す仮の割当て結果を生成し、
   前記第１基地局および前記第２基地局に接続される集約装置が、前記判定結果および前記仮の割当て結果を格納し、
   前記集約装置が、前記仮の割当て結果に基づいてスケジューリングを行ない、実際に割当てる端末を示す割当て結果を生成し、
   前記集約装置が、前記割当て結果を前記第１基地局および前記第２基地局に通知することを特徴とする無線通信方法。
6. 第１基地局と、該第１基地局とは異なる第２基地局と、該第１基地局と該第２基地局と接続される集約装置とを具備する無線通信システムであって、
   前記第２基地局は、
   第１基地局と通信する第１端末が第１周波数で送信する第１データ信号の第１信号強度を測定する測定部と、
   前記第１信号強度が第１閾値以下であるかどうか、および、該第１基地局とは異なる第２基地局と通信する第２端末が該第１基地局から送信された参照信号を受信するときの第２信号強度が第２閾値以下であるかどうかを判定する判定部と、
   前記第１信号強度が前記第１閾値以下であり、かつ前記第２信号強度が前記第２閾値以下である場合、前記第２端末に前記第１周波数で第２データ信号を送信させる第１指示を生成する生成部と、を具備し、
   前記集約装置は、
   前記第２端末に前記第１周波数で前記第２データ信号を送信させることを示す割当情報を格納する格納部と、
   前記第１基地局において第２データ信号が送信されることにより被る干渉が第３閾値以上となる場合、前記割当情報を参照して前記第２端末に前記第１周波数での前記第２データ信号の送信を中止させる第２指示を前記第２基地局に送信する通知部とを具備することを特徴とする無線通信システム。
7. 自装置とは異なる第１基地局と通信する第１端末が第１周波数で送信する第１データ信号の第１信号強度を測定する測定部と、
   前記第１信号強度が第１閾値以下であるかどうか、および、前記自装置と通信する第２端末が前記第１基地局から送信された参照信号を受信するときの第２信号強度が第２閾値以下であるかどうかを判定する判定部と、
   前記第１信号強度が前記第１閾値以下であり、かつ前記第２信号強度が前記第２閾値以下である場合、前記第２端末に前記第１周波数で第２データ信号を送信させる第１指示を該第２端末に送信する第１送信部と、を具備し、
   前記第１基地局において前記第２データ信号が送信されることにより被る干渉が第３閾値以上となる場合、前記第２端末による前記第１周波数での前記第２データ信号の送信を中止させることを特徴とする無線通信装置。

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