JP5518669B2 - 無線通信方法および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の基地局が同一周波数チャネルを用いて信号送信を行う屋外の無線アクセスシステムにおいて、各基地局が協調的に信号伝送を行うための無線通信方法および無線通信システムに関する。

広帯域のインターネット接続サービスを提供するために光回線の普及が進んでいる。しかし、光回線の敷設には大きなコストがかかり、ある程度まとまったユーザ数を見込めなければ敷設が難しい。そこで、設備コストを抑えて広帯域のインターネット接続サービスを提供するために、ユーザに一番近いところ（ラスト１ホップ）で無線回線を利用する方法が検討されている。

このラスト１ホップの無線回線としては、ネットワーク側の基地局とユーザ宅側の端末局間で見通しがなくても通信可能なマイクロ波帯を用いることが理想である。しかし、周波数資源が枯渇しつつある現状では、マイクロ波帯においてひとつの事業者が多数の周波数チャネルを独占することは難しい。一方、広域のサービスエリアをひとつの基地局でカバーすることは困難であるため、面的にサービスエリアを広げる場合には、ひとつの基地局が円形状にセルと呼ばれるサービスエリアをカバーし、そのセルを連続的に敷き詰めることで対処してきた。この際、隣接するセルが同一周波数チャネルを用いると、一般的にはセル間干渉が発生し、特性が大幅に劣化する。通常、このような問題を解決するためには、複数の周波数チャネルを用い、周波数の繰り返し割り当てを行うことで、同一周波数チャネルのセルの間隔を隔離していた。

このように、複数の周波数チャネルの繰り返し割り当てにより、同一周波数チャネルのセル間の相互干渉を抑圧することは可能であるが、利用可能な周波数チャネルが少ない場合には、必ずしも十分なレベルまで干渉を抑圧しきることはできない。このような問題を解決するための方法としては、非特許文献１に記載されているような、セル間の相互の干渉を抑圧するためのセル間干渉キャンセラを利用する方法が提案されている。

図５は、セル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す。
図５において、101 は制御局、102-1 〜102-5 はリモート基地局、103-1 〜103-5 は端末局、104-1 〜104-5 は同一周波数チャネルを用いるセル、105 は有線伝送路を表す。同一周波数を用いるセル104-1 〜104-5 は、複数周波数チャネルの繰り返し利用などにより、それぞれのセルはある程度の距離が隔離されている。ここには着目した周波数チャネルのセル以外は記載していないが、実際にはその他の周波数チャネルを利用するセルが存在する。各セル104-1 〜104-5 に設置されるリモート基地局102-1 〜102-5 は、有線伝送路105 を介して制御局101 と接続される。制御局101 は、各リモート基地局102-1 〜102-5 とその配下の端末局103-1 〜103-5 との無線通信を一括して管理し、各種信号処理を行う。

リモート基地局102-1 〜102-5 および端末局103-1 〜103-5 は、図中では複数のアンテナを備え、各セル104-1 〜104-5 毎にＭＩＭＯチャネルを構成するように図示しているが、それぞれがアンテナ１本ずつのＳＩＳＯチャネルを構成しても構わない。さらに、セル内にそれぞれ複数のリモート基地局を備え、全体として複数本のアンテナを備える構成でもよい。さらに、端末局103-1 〜103-5 もセル内に複数局存在し、同時刻に同一周波数チャネルを用いて同時並行的に通信を行うマルチユーザＭＩＭＯ通信を実現する構成でもよい。

制御局101 は、各リモート基地局102-1 〜102-5 および各端末局103-1 〜103-5 との間のＭＩＭＯチャネルのチャネル情報を何らかの方法で取得可能であるとする。このチャネル情報の取得方法は、様々な文献で議論されている一般的な技術なので、ここではチャネル情報が既知であるとして詳細は省略する。

次に、無線通信システムにおける全体のチャネル行列Ｈ_all を以下のように定義する。

ここで、Ｎは無線通信システムを構成する同一周波数チャネルを用いるセルの総数を表す。さらに、チャネル行列Ｈ_all を構成する各成分Ｈ_i,j は、それ自体が行列を構成している。例えば、図５の例であれば５つのセルにより構成されているのでＮ＝５であり、対角成分であるＨ_1,1 、Ｈ_2,2 、…、Ｈ_5,5 はそれぞれ、セル104-1 〜104-5 の中の各基地局102-1 〜102-5 と各端末局103-1 〜103-5 との間のＭＩＭＯチャネルを表している。また、非対角成分であるｉ≠ｊに対するＨ_i,j は、第ｊセル内の基地局102-j から第ｉセルの端末局103-i への干渉に相当するチャネル行列を表す。なお、この行列Ｈ_i,j は通信相手となる端末局毎に異なるので、その端末局に相当する添え字を付与して標記すべきであるが、ある瞬間に通信を行う対象となる端末のみに着目し、ここでは説明の都合上、端末局に相当する添え字を省略している。

ここで、非対角項の行列のノルムが対角項の行列のノルムよりも十分に小さい場合、すなわち以下の条件が成り立つとき、干渉キャンセラが有効に機能する。

以下の説明を進めるにあたり、チャネル行列Ｈ_all の対角項のみを抜き出して他をゼロ挿入した行列Ｈ_d と、非対角項のみを抜き出して対角項をゼロ挿入した行列Ｈ_ndとを以下のように定義する。

さらに、第ｉセルにおいて必要に応じてリモート基地局が送信信号に乗算する送信ウエイトをＷ_i,i としたとき、この部分行列を対角項に配置した全体の送信ウエイト行列を以下のように定義する。

同様に、第ｉセルでのリモート基地局からの送信情報をＳ_i 、第ｉセルの端末局において受信される信号をＲ_i 、第ｉセルの端末局における雑音信号をｎ_i とおくと、全体としては以下のように表すことができる。

式(10)の信号Ｔとは、送信情報に対して送信ウエイトを乗算した信号で、送信側から実際に送信されるプリコーディングされた信号と位置づけられる。ここで、送信ウエイト行列Ｗ_i,i は、自分のセル以外のセルからの干渉を無視して算出した送信ウエイトとなっているので、式(6) ではセル間干渉信号が混在した状態になっている。非特許文献１に記載の干渉キャンセラでは、この他セルからの干渉信号の総和が端末局においてどのように受信されるかを推定し、この推定した信号の逆符号の信号のレプリカをリモート基地局において生成し、これをもとの信号に加算して送信することとしている。干渉レプリカ信号を考慮した具体的な送信信号Ｔ′は以下の式で与えられる。

ここで、式(11)は、先の送信ウエイトＷの代わりに以下の換算送信ウエイトＷ′を算出し、送信情報Ｓに対しＷ′を乗算することで送信信号を求めることと理解できる。

図６は、従来の無線通信方法における送信信号算出処理手順を示す。図６(a) はリモート基地局と各端末局間で定期的に行うチャネル情報の取得処理、図６(b) は実際の送信処理を行う前段の送信準備処理、図６(c) は各ビット列を送信する際のシンボル単位での送信信号算出処理をそれぞれ表す。

図６(a) において、リモート基地局と各端末局との間の伝搬チャネルは、時間と共に変化しているのが一般的である。そこで、所定の周期でそれぞれのチャネル情報を定期的に取得する。具体的には、処理を開始すると（S101）、チャネル情報を取得し（S102）、それを式(3) および式(4) の部分チャネル行列Ｈ_i,j として記録し（S103）、処理を終了する（S104）。本来、部分チャネル行列Ｈ_i,j は端末局毎に異なるので、その端末局に相当する添え字を付与すべきであるが、ここでは説明の都合上、省略している。

図６(b) において、送信機会を得て処理を開始すると（S111）、通信相手の端末局を選択し（S112）、メモリに記憶された当該端末局に関連した部分チャネル行列Ｈ_i,j を読み出す（S113）。さらに、対角成分の部分チャネル行列Ｈ_i,i に対する送信ウエイトＷ_i,i を算出する（S114）。ここでの送信ウエイトは、例えばＭＩＭＯ伝送における固有モード伝送のための送信ウエイトであったり、マルチユーザＭＩＭＯにおける端末局間干渉抑圧のためのヌル形成用の送信ウエイトであったり、如何なるものであっても構わない。また、特に送信ウエイトを定めずに、単なる単位行列を用いても構わない。この場合、送信ウエイトの算出処理（S114）は実効的には意味を持たない。次に、この送信ウエイトＷ_i,i を対角成分とした送信ウエイトＷに対して式(12)で示す換算送信ウエイトＷ′を算出し（S115）、処理を終了する（S116）。

図６(c) において、実際にビット列に基づいたプリコーディングを行った送信信号の算出処理として処理を開始すると（S121）、送信情報Ｓを入力し（S122）、式(11)に従い送信情報Ｓに換算送信ウエイトＷ′を乗算し、送信信号Ｔ′を算出し（S123）、処理を終了して送信信号Ｔ′を決定する（S124）。なお、送信情報Ｓは、各セル毎の成分を式(7) により合成した信号ベクトルとして処理を行う。

丸田一輝他、「マルチユーザMIMO分散アンテナシステムにおけるクラスタ間干渉キャンセラを用いた周波数利用効率改善効果」、信学技報RCS2009-231 、 pp.139-144 、2010年１月

以上が非特許文献１に記載の干渉キャンセラであるが、この干渉キャンセラが有効に機能するためには式(2) の条件を満たさなければならず、もともと少ない周波数チャネルで繰り返しを行っていた場合には、十分にセル間干渉を抑圧することができなかった。

この問題の解決のためには、干渉レプリカ信号の推定精度を高めることが有効である。先の式(11)で示した干渉信号をキャンセルするためのレプリカ信号は、このレプリカ信号を求める対象のセルに対して干渉源となりうる隣接セルからの干渉信号を無視し、単独のセルのみを考慮した場合の送信信号を前提として求めていた。これを拡張すれば、隣接する干渉源となりうるセルから式(11)で与えられる信号が送信されたことを前提に、その信号をキャンセルするためのレプリカ信号を再度算出し、その信号を減算することで近似の精度を高めることが可能となる。この場合の干渉レプリカ信号を考慮した具体的な送信信号Ｔ″は以下の式で与えられる。

しかし、この式を右辺の第３項を見ると、式(11)に含まれていた
(Ｈ_d・Ｗ)^-1・Ｈ_nd・Ｗ
の項はそのまま流用するにしても、この行列を２乗し、さらにその左辺から行列Ｗを乗算する演算が必要になる。一般的に、Ｎ×Ｎの行列同士の乗算には、Ｎ³ の乗算回数が必要となる。非特許文献１にも記載されているように、全体としてのサービスエリアが広域になり、エリア全体でのリモート基地局のアンテナ数が増えるに従い、Ｎ³ に比例して乗算回数が膨大化する。すなわち、近似の精度を高めることは可能であるが、全体の行列Ｈ_all のサイズが増大した環境での適用は、回路規模が増大し、また演算の負荷が増大するために非現実的であった。

本発明は、演算量を抑圧しながら干渉レプリカ信号の推定精度を高めて信号対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）を改善し、さらに周波数繰り返しを行う周波数チャネル数を抑えて周波数リソースを有効に活用することができる無線通信方法および無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、複数のセルにそれぞれ１以上の基地局が配置され、各基地局が有線回線を介してネットワークと接続され、各基地局がセル内の端末局と無線回線を介して通信を行う無線通信方法であって、同一セル内および異なるセル間における基地局と端末局の間のチャネル情報を取得する第１のステップと、第１のステップで取得したチャネル情報を、第ｊセル内の基地局から第ｉセル内の端末局への干渉に相当するチャネル行列Ｈ_i,j として管理する第２のステップと、第ｉセル内の基地局が同一セル内の端末局に対して用いる送信ウエイトをＷ_i,i と表記したときに、チャネル行列Ｈ_i,j に対し、
Ｍ_i,j ＝Ｗ_i,i (Ｈ_i,i Ｗ_i,i)^-1・Ｈ_i,j
なる行列Ｍ_i,j を取得する第３のステップと、第ｉセルにおける送信情報をＳ_i としたときに、送信ウエイトＷ_i,i との乗算により第ｉセルにおける０次の送信信号Ｔ_i ^[0]を取得する第４のステップと、第ｉセルと同一周波数チャネルを用いて通信を行う周辺のセルの全てまたは一部において算出されたｊ≠ｉなる第ｊセルにおける第ａ次の送信信号Ｔ_j ^[a]を取得する第５のステップと、送信信号Ｔ_j ^[a]と行列Ｍ_i,j の積算結果を所定のｊに対して総和を取り、かつその結果を送信信号Ｔ_i ^[0] から減算することで第ｉセルにおける第ａ＋１次の送信信号Ｔ_i ^[a+1]を算出する第６のステップを繰り返し実施して送信信号を生成することを特徴とする。

従来方式とは、第３のステップ、第４のステップ、第５のステップ、繰り返し実施する第６のステップを実施する点で異なる。これにより、サービスエリア全体に対する干渉キャンセルを考慮した高次の送信ウエイト行列を算出してから送信情報に乗算するのではなく、各ａの値に対して共通の小規模行列である行列Ｍ_i,j を用いながら、第ａ次の送信信号Ｔ_i ^[a]を漸化式で算出することにより、演算量を抑えながら高次の送信信号の解を取得することを可能とするものである。

また、複数のセルにそれぞれ１以上の基地局が配置され、各基地局が有線回線を介してネットワークと接続され、各基地局がセル内の端末局と無線回線を介して上記の無線通信方法により通信を行う構成である。

これにより、サービスエリア全体の処理をひとつの基地局または制御局に集約することなく、複数の設備に分散させることで、個々の設備の回路規模を抑え、現実的な回路構成とするための方法を与えるものである。

本発明によれば、同一周波数チャネルを用いる周辺のセルからの相互の与／被干渉を抑圧する干渉キャンセラに関する処理において、干渉信号の推定精度を高め、結果的に信号対干渉電力比（ＳＩＲ）を改善することが可能になる。特に、従来方式では式(2) に記載の条件を十分に満たさない限り、干渉キャンセラの機能が限定的であったが、この条件が不十分である場合でも干渉キャンセラを効果的に機能させ、結果的に周波数繰り返しを行う際に必要となる周波数チャネル数を抑え、周波数資源を有効に活用することが可能になる。

さらに、この干渉キャンセラの信号処理に必要となる演算量を抑圧可能であり、また、同一の回路を重複して繰り返し利用することも可能であるために、干渉キャンセラの推定精度を高めるために高次の近似を実施したとしても、ハードウエアで実現する際の回路規模を抑えて対応することができる。

また、信号処理自体はひとつの制御局に全て集約する必要はなく、分散的な制御局または基地局において処理を実行可能であり、この結果、個別の分散化された制御局または基地局の演算量をサービスエリア全体のセルの数に依存しない、現実的な演算量に抑えることが可能になり、極限的には超広域のサービスエリアへの拡張が可能になる。

本発明の無線通信方法における送信信号算出処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例１におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す図である。 本発明の実施例２におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す図である。 本発明の実施例３におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す図である。 セル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す図である。 従来の無線通信方法における送信信号算出処理手順を示すフローチャートである。

初めに、本発明の原理について説明する。
式(10)で定義された送信信号ベクトルＴを、以下の定義により各セル単位の信号に分解する。

同様に、式(11)の左辺の送信信号ベクトルＴ′を、以下のように定義する。

次に、式(11)の右辺の右側から送信ウエイトをまとめて抜き出し式(10)を用いれば、以下のように展開、変形することができる。

これは、送信信号としてＴ_i ^[0]の信号を送信することを仮定したときの干渉レプリカを減算した信号が、式(16)のＴ_i ^[1]の信号として与えられることを意味している。すなわち、０次の近似信号として、式(10)のＴを仮定したときの干渉レプリカを減算した信号が式(11)のＴ′、このＴ′を１次の近似信号と仮定したときの干渉レプリカを減算した信号が式(13)のＴ″と理解することができる。このように一般化すれば、第ａ次の近似信号に対するａ＋１次の近似信号は以下の式で与えられる。

さらに、この式を行毎に抜き出すと、以下のようにまとめることができる。

ここで、式(20)の行列Ｍ_i,j はａの値によらず一定である。また、式(19)は行列×ベクトルで表される漸化式形式であり、総和のΣは被干渉として無視できない干渉レベルが一定値以上となるであろう範囲に対して実行すれば良い。

例えば、行列Ｍ_i,j が２×２の行列で、セルの数が全体でＮ個の場合を考えると、もともとの行列Ｈ_all は２Ｎ×２Ｎの行列であり、その逆行列演算は８Ｎ³ のオーダーとなる。一方で、仮に総和Σの実効範囲が周辺の10セルであれば、Ｍ_i,j とＴ_j ^[a]の積の総和の中での乗算回数は40である。これをＮセルに対して実施する場合の乗算回数は、総数で40Ｎのオーダーとなる。仮にａ＝３まで求めるとしても、演算量はその３倍なので、 120Ｎのオーダーで済むことになる。また、式(20)で与えられる行列の算出においては、上記の条件では概ね 100Ｎのオーダーである。Ｎ＝100 の場合で比較すれば、８Ｎ³ と 220Ｎとで約 360倍以上の差となる。

さらに、式(19)の演算は、各ａでのＴ_j ^[a]の計算結果を相互に共有できれば、セル毎に独立に演算を実施可能であるので、分散的な処理とすることで各分散処理の演算量を抑えることも可能である。以下に、この分散処理に関連した従来技術との差異を詳細に示す。

従来技術における式(11)および式(13)では、サービスエリア全体に関する行列を用いて送信信号ベクトルおよびを表記していたが、従来方式の場合であっても分散的な処理を実施することは可能であった。この点を考慮して、式(11)を干渉の影響を考慮すべき範囲のセルに限定して信号処理を行うとした場合の演算は以下のように表される。

ここでｎ(i) とは、送信信号ベクトルの演算対象である第ｉセルに対し、これに近接するｎ個のセルの集合を意味し、総和Σの加算の範囲を明確にするため、Σの上側に表記することとした。同様の計算は式(13)で示した送信信号ベクトルに対しても実施可能であり、その計算式を以下に示す。

式(21)の場合と同様に、右辺第２項のΣの加算の範囲は、送信信号ベクトルの演算対象である第ｉセルに近接するｎ(i) 個のセルの集合であるが、右辺第３項のΣは２重化されており、総和ΣΣの加算の範囲は、右辺第２項のΣで加算される領域のさらに外側まで範囲が拡張される。直感的に説明すれば、右辺第２項が第ｉセルを中心とする半径Ｘ（Ｘは伝搬減衰の条件で定まる所定の距離）の円内が加算対象とすれば、この円内の各セルからさらに半径Ｘの円を描く範囲が加算対象となり、結果的に右辺第３項の総和ΣΣの加算対象は第ｉセルを中心とする半径２Ｘの円内にまで拡大される。さらに、高次の干渉レプリカ信号を考慮すれば、第ｉセルに関する送信信号ベクトルの演算のためには、これらのエリア内の広範囲の情報（チャネル行列、送信ウエイト行列、送信信号等）が必要となる。したがって、これらの大量の情報の相互交換と、それらを全て演算するための回路を個別に備えなければ、式(22)の演算を実行することはできない。

しかし、本発明実施例における式(19)の右辺第２項の総和Σは、高次の干渉レプリカ信号を考慮しているにもかかわらず、式(21)（および式(22)）右辺第２項の総和Σの加算の範囲に限定されている。したがって、近接するセル間（上記説明の例では半径Ｘの円内のセル間）で情報交換することができれば、これらの情報に閉じた範囲で、セル毎に独立な演算を分散的に行うことが可能である。この結果、全体的な演算量の低減に加えて、分散処理を行う装置あたりの演算量は更に大幅に抑えることが可能となり、回路規模も十分に実現可能な領域にまで落とし込むことができる。

したがって、本発明により、システム全体での演算量に抑えるとともに、分散処理を行う場合の装置当たりの回路規模も抑え、高次のａに対する近似に対する解を求めることが可能となる。以下に、本発明の実施例について図を参照して説明する。

図１は、本発明の無線通信方法における送信信号算出処理手順を示す。図１(a) はリモート基地局と各端末局間で定期的に行うチャネル情報の取得処理、図１(b) は送信信号算出処理を行う前段の準備処理、図１(c) は各ビット列を送信する際のシンボル単位での送信信号算出処理をそれぞれ表す。

図１(a) において、リモート基地局と各端末局との間の伝搬チャネルは、時間と共に変化しているのが一般的である。そこで、所定の周期でそれぞれのチャネル情報を定期的に取得する。具体的には、処理を開始すると（S1）、チャネル情報を取得し（S2）、それを式(3) および式(4) の部分チャネル行列Ｈ_i,j として記録し（S3）、処理を終了する（S4）。本来、部分チャネル行列Ｈ_i,j は端末局毎に異なるので、その端末局に相当する添え字を付与すべきであるが、ここでは説明の都合上、省略している。

図１(b) において、送信機会を得て処理を開始すると（S11)、着目したセル内の通信相手とする端末局を選択し（S12)、メモリに記憶された当該端末局に関連した部分チャネル行列Ｈ_i,j を読み出す（S13)。さらに、ｉ＝ｊの対角項に相当する行列に対し、送信ウエイトＷ_i,i を算出する（S14)。ここでの送信ウエイトは、例えばＭＩＭＯ伝送における固有モード伝送のための送信ウエイトであったり、マルチユーザＭＩＭＯにおける端末局間干渉抑圧のためのヌル形成用の送信ウエイトであったり、如何なるものであっても構わない。また、特に送信ウエイトを定めずに、単なる単位行列を用いても構わない。この場合、送信ウエイトの算出処理（S14)は実効的には意味を持たない。次に、式(20)に従い、行列Ｍ_i,j を算出し（S15)、処理を終了する（S16)。

図１(c) において、実際にビット列に基づいたプリコーディングを行った送信信号の算出処理として、処理を開始すると（S21)、送信情報Ｓ_i が入力され（S22)、式(10)の通り送信ウエイト行列を乗算して0 次の送信信号としてＴ_i ^[0]を算出する（S23)。次にカウンタ値ａをゼロにリセットし（S24)、周辺セルの送信信号Ｔ_i ^[a]を取得し（S25)、式(19)に従いａ＋１の送信信号Ｔ_i ^[a+1]を算出する（S26)。さらに、カウンタ値ａに１加算し（S27)、所定のしきい値ｂを超えるか否かを判断する（S28)。ステップS28 にてYes の場合、処理を終了してｂ次の送信信号Ｔ_i ^[b]を決定する（S29)。一方、ステップS28 にてNoの場合はステップS25 に戻り、ステップS25 からステップS28 の処理を繰り返し実行する。

ここで、ステップS25 について補足すると、ここでいう周辺のセルとは、式(19)のΣで総和をとる対象のセルであり、具体的には相互の与／被干渉が無視できない所定のレベル以上のセルである。この条件は、通常は置局設計において決まるため、固定的に設定されていることが一般的であるが、逐次干渉の度合いを調査し、その時点で干渉が無視できないセルを動的に管理しても構わない。また、ａ次の近似解として得られた送信信号Ｔ_i ^[a]のみを近接セル同士で情報交換すればよいので、相互に通知する情報量は限定的である。

また、ステップS25 からステップS28 の処理を繰り返し実行する際には、同一の回路を繰り返し利用することになるため、演算回数という意味では演算量は多少増加するが、回路規模はステップS25 からステップS28 の処理の繰り返し回数には依存せず、一定の回路規模のままとすることができる。

図２は、本発明の実施例１におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す。

図２において、1-1 〜1-2 は制御局、2-1 〜2-5 はリモート基地局、3-1 〜3-5 は端末局、4-1 〜4-5 は同一周波数チャネルを用いるセル、5-1 〜5-3 は有線伝送路を表す。

本実施例構成と図５に示す従来構成が異なるところは、全てのセル4-1 〜4-5 内のリモート基地局2-1 〜2-5 が単一の制御局に接続されているのではなく、分散した複数の制御局1-1 〜1-2 のいずれかひとつに有線伝送路5-1 〜5-2 を介して接続され、さらに分散した複数の制御局1-1 〜1-2 の間も有線伝送路5-3 を介して接続されている点である。

例えば、着目するセル4-1 において、相互に与／被干渉が無視できないセルがセル4-2 とセル4-5 であったとする。この場合、セル4-1 内のリモート基地局2-1 が接続された制御局1-1 では、セル4-1 内およびセル4-1 とセル4-2 ／セル4-5 との間のチャネル情報を取得し、式(20)に示した行列Ｍ_i,j を算出する。さらに、実際に信号を送信する際には、式(19)におけるＴ_i ^[a]を、セル4-2 のリモート基地局2-2 が接続された制御局1-1 （実際は同一の制御局であるので、情報の伝送は不要）およびセル4-5 のリモート基地局2-5 が接続された制御局1-2 から取得する（図１(c) のステップS25 ）。図１(c) のステップS25 〜S28 の処理を繰り返しながらこの情報交換を繰り返し、最終的にセル4-1 の送信信号Ｔ_i ^[a]を決定する。

例えば、着目するセル4-4 において、相互に与／被干渉が無視できないセルがセル4-3 とセル4-5 であったとする。この場合、これらのセルは全て共通の制御局1-2 に接続しているので、制御局1-1 と制御局1-2 の間の有線伝送路5-3 にて情報交換は不要のように見えるが、実際には、全てのセルにおける送信信号の算出処理は同時並行的に行われるため、いずれかのセルにおいて必要となる情報は有線伝送路5-3 を介して交換し、それらを共有する。

図３は、本発明の実施例２におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す。

図３において、11-1〜11-5は制御局、12-1〜12-10 はリモート基地局、13-1〜13-10 は端末局、14-1〜14-5は同一周波数チャネルを用いるセルを表す。図２に示す実施例１との差分は、セル14-1〜14-5内に複数のリモート基地局12-1〜12-10 が設置され、セルごとの複数のリモート基地局がそれぞれ制御局11-1〜11-5に接続されている点、および各セル14-1〜14-5内に複数の端末局13-1〜13-10 が存在し、同時にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う点、各制御局11-1〜11-5がリング状に有線伝送路で接続されている点である。

このように、制御局が２局でなく３局以上であれば、有線伝送路はスター状に相互接続される他、ツリー状、メッシュ状またはリング状に相互接続されていてもよい。ここで、重要な点は複数ホップとなっていても構わないので、必要な情報を必要な制御局に転送することができることである。

また、本実施例ではマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行うこととし、各セル14-1〜14-5のリモート基地局12-1〜12-10 は、それぞれが接続している制御局11-1〜11-5において、個別に算出するマルチユーザＭＩＭＯの送信ウエイトを用いて通信を行う。セル間相互の与／被干渉が無視できれば、各制御局11-1〜11-5は相互に送信信号Ｔ_i ^[a]に関する情報を交換する必要はなく、各制御局11-1〜11-5内で完結して信号処理を実施できるが、実施例１と同様、セル間相互の与／被干渉が無視できなければ各制御局11-1〜11-5間での情報交換は必要である。

本発明においては、必ずしも実施例１および実施例２で説明したように、制御局とリモート基地局が分離している必要はない。例えば、実施例２で示した制御局とリモート基地局を集約したものに相当する機能を備えた基地局にて実現しても構わない。

図４は、本発明の実施例３におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す。

図４において、22-1〜22-5は信号処理機能を備えた基地局、23-1〜23-5は端末局、24-1〜24-5は同一周波数チャネルを用いるセル、25は有線伝送路を表す。図２に示す実施例１および図３に示す実施例２との差分は、基地局とは別の制御局を備えない構成となっており、無線信号送受信の最低限の機能を備えたリモート基地局の代わりに、無線信号の送信および受信にかわる信号処理機能を備えた基地局22-1〜22-5にて構成されている。この基地局22-1〜22-5では、図３における制御局11-1〜11-5に相当する機能とリモート基地局12-1〜12-10 に相当する機能の双方を備え、必要に応じて周辺の基地局22-1〜22-5同士で相互に送信信号Ｔ_i ^[a]に関する情報を交換することも可能である。

なお、以上の実施例では制御局が複数存在する場合について説明を行ったが、本発明の原理で説明を行った式(19)および式(20)の処理を実施すれば、必ずしも制御局は複数である必要はない。あくまでも、ひとつの制御局で集中的に信号処理を行っていた従来方式に対し、本発明によれば必要な情報交換のみを行えば、分散的に複数の制御局に信号処理を分散させることが可能になり、かつ、その制御局毎の演算量を少なく抑えることが可能になるため、結果的に実現可能な回路規模に抑えることが可能となる。また、ひとつのセルに複数のリモート基地局が存在する場合でも、必ずしもマルチユーザＭＩＭＯを適用する必要もなく、シングルユーザの通常のＭＩＭＯ伝送であっても構わない。

また、図１(c) におけるステップS25 からステップS28 の処理について、ループを繰り返すことになるが、ハードウエア的にはループ毎に個別の回路を実装しても、同一回路を繰り返し利用してもどちらでも構わない。

さらに、以上の説明の中で部分チャネル行列Ｈ_i,j は行列として説明を行っていたが、単なるスカラー量も１×１の行列として理解すれば、必ずしも行列である必要はなく、部分チャネル行列Ｈ_i,j がスカラー量である場合にも拡張可能である。またこの場合、送信ウエイトＷ_i,i も１×１の行列とみなすことが可能であり、本質的には単に定数倍にする効果しか与えないので、この場合の送信ウエイトＷ_i,i の算出処理とは、Ｗ_i,i に定数１を設定する処理とみなすことができる。また、部分チャネル行列Ｈ_i,j はベクトルであっても、これを１×ｍ（ｍは２以上の整数）の行列と理解すれば、同様の拡張は可能である。

したがって、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。

1-1 〜1-2 、11-1〜11-5 制御局
2-1 〜2-5 、12-1〜12-10 リモート基地局
3-1 〜3-5 、13-1〜13-10 、23-1〜23-5 端末局
4-1 〜4-5 、14-1〜14-5、24-1〜24-5 同一周波数チャネルを用いるセル
5-1 〜5-3 、25 有線伝送路
22-1〜22-5 信号処理機能を備えた基地局

Claims (2)

1. 複数のセルにそれぞれ１以上の基地局が配置され、各基地局が有線回線を介してネットワークと接続され、各基地局がセル内の端末局と無線回線を介して通信を行う無線通信方法であって、
   同一セル内および異なるセル間における前記基地局と前記端末局の間のチャネル情報を取得する第１のステップと、
   前記第１のステップで取得したチャネル情報を、第ｊセル内の基地局から第ｉセル内の端末局への干渉に相当するチャネル行列Ｈ_i,j として管理する第２のステップと、
   第ｉセル内の基地局が同一セル内の前記端末局に対して用いる送信ウエイトをＷ_i,i と表記したときに、前記チャネル行列Ｈ_i,j に対し、
   Ｍ_i,j ＝Ｗ_i,i (Ｈ_i,i Ｗ_i,i)^-1・Ｈ_i,j
   なる行列Ｍ_i,j を取得する第３のステップと、
   第ｉセルにおける送信情報をＳ_i としたときに、前記送信ウエイトＷ_i,i との乗算により第ｉセルにおける０次の送信信号Ｔ_i ^[0]を取得する第４のステップと、
   第ｉセルと同一周波数チャネルを用いて通信を行う周辺のセルの全てまたは一部において算出されたｊ≠ｉなる第ｊセルにおける第ａ次の送信信号Ｔ_j ^[a]を取得する第５のステップと、
   前記送信信号Ｔ_j ^[a]と前記行列Ｍ_i,j の積算結果を所定のｊに対して総和を取り、かつその結果を前記送信信号Ｔ_i ^[0] から減算することで第ｉセルにおける第ａ＋１次の送信信号Ｔ_i ^[a+1]を算出する第６のステップを繰り返し実施して送信信号を生成する
   ことを特徴とする無線通信方法。
2. 複数のセルにそれぞれ１以上の基地局が配置され、各基地局が有線回線を介してネットワークと接続され、各基地局がセル内の端末局と無線回線を介して請求項１に記載の無線通信方法により通信を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。

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