JP5703057B2 - 通信システム、基地局装置、端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、基地局装置及び端末装置に関する。

ゾーン半径の異なる複数のセルによって構成されるシステムにおいて、同一の周波数帯を用いて通信を行う場合には、セル間干渉が大きな課題となる。例えば、ゾーン半径が大きく、広い範囲をカバーするマクロセルの中に、ゾーン半径が小さいピコセルやフェムトセルが存在するシステムにおいて、例えば、ピコセル基地局（ＰｅＮＢ：Ｐｉｃｏ ｅＮｏｄｅＢ）やフェムトセル基地局（ＨｅＮＢ：Ｈｏｍｅ ｅＮｏｄｅＢ）が、それぞれが収容する端末（ピコセル端末、フェムトセル端末）と通信を行う場合に、マクロセル基地局（ＭｅＮＢ：Ｍａｃｒｏ ｅＮｏｄｅＢ）がマクロセル端末宛に送信した信号はピコセル端末やフェムトセル端末にとって干渉源となる。このとき、ゾーン半径が小さいピコセルやフェムトセルの基地局の送信電力はマクロセル基地局と比べて小さいため、マクロセル基地局から到来する干渉の影響が大きくなる。また、ピコセル端末やフェムトセル端末がマクロセル基地局に近い位置にある場合も干渉の影響が大きくなり、これらの干渉の影響によってピコセル端末やフェムトセル端末の受信特性が劣化する。また逆に、マクロセル端末にとっては、ピコセル基地局やフェムトセル基地局から送信された信号が干渉となる。ピコセルやフェムトセルにおける送信電力はマクロセルにおける送信電力に比べ非常に低いが、マクロセル端末がそれらの小ゾーンセル近傍に位置する場合や、マクロセル内に多数の小ゾーンセルが存在する場合には、非常に大きな干渉を受けることとなる。

このように、マクロセルとピコセル、フェムトセルは互いに干渉源となるが、同一周波数帯域を用いた干渉源が存在する場合の干渉低減方法として、干渉局の送信電力を制御し、干渉局が所望信号に与える干渉を低減する方式が提案されている（非特許文献１）。

"屋内基地局を配置したＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄにおける基地局間ネットワーク支援による下りリンク干渉抑圧法" ，電子情報通信学会，信学技報，RCS2009-177，Dec. 2009.

非特許文献１のように、干渉局の送信電力制御を行う方式を、マクロセルからピコセルやフェムトセルに与える干渉抑圧のために用いる場合には、マクロセル基地局の送信電力を下げるように制御するため、マクロセルの特性が劣化する。また、このようなマクロセルの特性劣化を避けるための別の方法として、マクロセルからの送信とピコセルやフェムトセルからの送信とに異なる周波数を用いる方法があるが、その場合、周波数利用効率が低下するという問題点がある。

本発明は、セル間干渉が存在するシステムにおいて、送受信フィルタを用いた簡単な構成で、マクロセルから到来する干渉をピコセル等の小ゾーンセルにおいて低減することを目的とする。

本発明は、カバーする領域が広い第１のセルのカバー領域内に、カバーする領域が前記第１のセルよりも狭い第２のセルがあり、前記第１のセルを制御する第１の基地局装置がプレコーディングを行って送信した信号を前記第１のセル内に位置する１つ以上の第１の端末装置が受信し、前記第２のセルを制御する第２の基地局装置がプレコーディングを行い、前記第１のセルと同一周波数を用いて送信した信号を前記第２のセル内に位置する１つ以上の第２の端末装置が受信する通信システムであって、前記第１の基地局装置が送信するストリーム数に関する情報に基づいて、前記第２の基地局装置が送信するストリーム数を決定することを特徴とする通信システムである。

前記第２のセルにおける端末装置では、前記第１のセルから到来する干渉を除去しつつ、所望信号を受信することができる。

また、本発明は、カバーする領域が広い第１のセルのカバー領域内に、カバーする領域が前記第１のセルよりも狭い第２のセルがあり、前記第１のセルを制御する第１の基地局装置がプレコーディングを行って送信した信号を前記第１のセル内に位置する１つ以上の第１の端末装置が受信し、前記第２のセルを制御する第２の基地局装置がプレコーディングを行い、前記第１のセルと同一周波数を用いて送信した信号を前記第２のセル内に位置する１つ以上の第２の端末装置が受信する通信システムにおける第１の基地局装置であって、自身が送信するストリーム数に関する情報を前記第２の基地局装置に通知することを特徴とする第１の基地局装置である。

また、本発明は、カバーする領域が広い第１のセルのカバー領域内に、カバーする領域が前記第１のセルよりも狭い第２のセルがあり、前記第１のセルを制御する第１の基地局装置がプレコーディングを行って送信した信号を前記第１のセル内に位置する１つ以上の第１の端末装置が受信し、前記第２のセルを制御する第２の基地局装置がプレコーディングを行い、前記第１のセルと同一周波数を用いて送信した信号を前記第２のセル内に位置する１つ以上の第２の端末装置が受信する通信システムにおける第２の基地局装置であって、前記第１の基地局装置が送信するストリーム数に関する情報を取得し、自身が送信するストリーム数を決定するストリーム数決定部を有することを特徴とする第２の基地局装置である。

また、本発明は、カバーする領域が広い第１のセルのカバー領域内に、カバーする領域が前記第１のセルよりも狭い第２のセルがあり、前記第１のセルを制御する第１の基地局装置がプレコーディングを行って送信した信号を前記第１のセル内に位置する１つ以上の第１の端末装置が受信し、前記第２のセルを制御する第２の基地局装置がプレコーディングを行い、前記第１のセルと同一周波数を用いて送信した信号を前記第２のセル内に位置する１つ以上の第２の端末装置が受信する通信システムにおける第２の端末装置であって、前記第１の基地局装置が前記プレコーディングを行って送信した信号の等価伝搬路を推定する伝搬路推定部と、推定した前記等価伝搬路を基に受信フィルタを算出する受信フィルタ算出部と、算出した前記受信フィルタを受信信号に乗算する受信フィルタ乗算部と、を有することを特徴とする第２の端末装置である。

本発明を用いることにより、セル間干渉が存在するシステムにおいて、送受信フィルタを用いた簡単な構成で干渉を低減することができる。また、マクロセル基地局の送信電力を下げずに信号を送信することにより、マクロセルの特性劣化を防ぎつつ周波数利用効率に優れたシステムを構築することができる。

本発明の第１の実施形態による通信システムの一構成例を示す図である。 本実施の形態によるシステム構成の詳細な一例を示す図である。 本実施形態による基地局装置Ｍの一構成例を示す図である。 本実施形態による端末装置ｍの一構成例を示す図である。 本実施形態による基地局装置Ｆの一構成例を示す図である。 本実施形態に係る端末装置ｆの構成を示す。 本発明の第２の実施形態による通信システムの一構成例を示す図である。 本実施形態によるシステム構成の詳細な一例を示す図である。 本実施形態によるフェムトセルＣ３における基地局装置Ｆの一構成例を示す図である。 本実施形態による端末装置ｆ_１（ｆ_２）の一構成例を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明を行う。
［第１の実施形態］
図１に、本発明の第１の実施形態に係る通信システムの一構成例を示す。図１に示すように、広い領域をカバーする（広い領域での通信が可能である）マクロセルＣ１と、マクロセルＣ１内に狭い領域をカバーするフェムトセルＣ２が存在する。マクロセルＣ１は、基地局装置Ｍと１台の端末装置ｍとで構成され、基地局装置Ｍから端末装置ｍへ所望信号を送信する。フェムトセルＣ２は、基地局装置Ｆと１台の端末装置ｆで構成され、基地局装置Ｆから端末装置ｆへ所望信号を送信する。このとき、端末装置ｆでは、基地局装置Ｍから端末装置ｍ宛の所望信号が干渉信号として受信されるが、基地局装置Ｆの送信電力は基地局装置Ｍの送信電力と比べて小さいため、端末装置ｆにおける受信ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）は著しく劣化する。なお、マクロセルＣ１における基地局装置はＭｅＮＢ（Ｍａｃｒｏ ｅＮｏｄｅＢ）、フェムトセルＣ２における基地局装置はＨｅＮＢ（Ｈｏｍｅ ｅＮｏｄｅＢ）とも呼ばれる。また、ここでは一例としてマクロセルＣ１とフェムトセルＣ２を想定しているが、ゾーン半径の異なる複数のセルであり、片方のセルにおける所望信号が他のセルにとって干渉となるようなセルの組み合わせであればよく、光張り出し基地局（ＲＲＥ：Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ）、ピコセル（ＰｅＮＢ：Ｐｉｃｏ ｅＮｏｄｅＢ）、ホットスポット、リレー局などで構成されるセルやゾーンを対象としてもよい。さらに、本実施形態は、隣接する２つ以上のマクロセルのセルエッジに端末装置が位置するような状況においても適用可能である。

図２に、本システム構成の詳細な一例を示す。マクロセルＣ１において、基地局装置Ｍの送信アンテナは２本、端末装置ｍの受信アンテナは２本であり、基地局装置Ｍから端末装置ｍに２ストリームの信号をＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ）伝送する。このとき、基地局装置Ｍから端末装置ｍの間の伝搬路行列をＨ_Ｍ→ｍとする。なお、ここではマクロセルＣ１内はＳＵ−ＭＩＭＯ伝送することを想定しているが、端末装置を２台にし、ＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ）伝送する構成でもよい。また、ここでは、端末装置ｍはフェムトセルから十分離れた地点に位置するものとし、フェムトセルＣ２からの干渉は考慮しない。

フェムトセルＣ２において、基地局装置Ｆの送信アンテナは２本、端末装置ｆの受信アンテナは３本であるものとする。このとき、基地局装置Ｆから端末装置ｆまでの間の伝搬路行列をＨ_Ｆ→ｆとする。また、基地局装置Ｍから端末装置ｆまでの間の伝搬路行列をＨ_Ｍ→ｆとし、基地局装置Ｍから端末装置ｍ宛の所望信号が伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｆを通ることによって、端末装置ｆでは干渉信号として受信される。

また、基地局装置Ｍと基地局装置Ｆは、有線ネットワークで接続されており（リレーの場合は無線で接続されることもある）、基地局装置Ｍ−Ｆ間で情報を共有することができる。但し、一般的な光張り出し基地局やピコセル基地局では、光ファイバや専用ネットワーク経由で基地局装置Ｍとの情報のやり取りを行い、フェムトセル基地局ＦではＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）や光ファイバでインターネットに接続し、インターネット経由で基地局装置Ｍとの情報のやり取りを行うことが多い。

＜マクロセルについて＞
図３に本実施形態に係る基地局装置Ｍの構成を示す。図３に示す基地局装置Ｍでは、端末ｍにＳＵ−ＭＩＭＯ伝送するための送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｍ）}を算出し、プレコーディングを行うが、このとき基地局装置Ｍと端末装置ｍとの間の伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍと、基地局装置Ｍから端末装置ｍへ送信するストリームの数を表すストリーム数情報Ｒ_ｍ（ＲＩ：Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒとも呼ばれる）に基づいて、そのストリーム数を多重するプレコーディングを行うことができる。そこで、端末装置ｍでは、パイロット信号から推定した伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍと、ストリーム数情報Ｒ_ｍを基地局装置Ｍへあらかじめ通知する。先に述べたように、本実施形態では、マクロセルでは２ストリームの信号をＳＵ−ＭＩＭＯ伝送するものとし、Ｒ_ｍ＝２とする。

受信アンテナＡＴ１では、端末装置ｍから送信された信号を受信し、無線部１へ出力する。無線部１は、受信アンテナＡＴ１から入力された受信信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）部３へ出力する。Ａ／Ｄ部３は、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、受信部５へ出力する。受信部５は、入力されたディジタル信号から伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍとストリーム数情報Ｒ_ｍを抽出し、伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍを送信フィルタ算出部７、ストリーム数情報Ｒ_ｍを上位層１１へ出力する。これらの情報のうち、ストリーム数情報Ｒ_ｍは有線ネットワークを経由して基地局装置Ｆに通知される。但し、ここでは、端末装置ｍからフィードバックされたＲ_ｍをそのまま基地局装置Ｆに通知するものとしているが、これとは異なり、端末装置ｍからフィードバックされたＲ_ｍを基に、様々な状況を考慮して基地局装置Ｍで新たなＲ_ｍを算出し、基地局装置Ｍで算出したＲ_ｍを基地局装置Ｆに通知する構成としてもよい。また、ここでのストリーム数情報Ｒ_ｍは、ある一つのリソース（フレーム、スロット、リソースブロックなどとも呼ばれる）において空間多重されるストリーム数を表わすものとする。

送信フィルタ算出部７では、受信部５から入力された伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍから送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｍ）}を算出する。ここで、送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｍ）}は基地局装置Ｍでプレコーディングを行うためのフィルタであるが、基地局装置Ｍから端末装置ｍ宛てにストリーム数情報Ｒ_ｍ分の伝送が実現できればよく、どのようなフィルタを用いてもよい。ここでは、２つのストリームを空間多重する送信フィルタの一例として、式（１）に示すＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）フィルタを用いるものとする。また、伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍを特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）して得られる送受信フィルタを用いて固有モード伝送を行うようにプレコーディングを行ってもよい。さらに、コードブックと呼ばれる、予め決められた複数の送信フィルタの候補の中からいずれかを選択し、選択した送信フィルタを用いてストリーム数分の信号を空間多重し、伝送する構成としてもよい。また、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送であることから、特にプレコーディングを行わずに送信し、端末側でＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）受信等を行うことにより複数ストリームを分離する構成としてもよい。

上位層１１では、受信部５から入力されたストリーム数情報Ｒ_ｍ分の送信情報シンボルｄ_ｍを生成し、変調部１５に出力する。変調部１５では、送信情報シンボルｄ_ｍをＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の変調方式を用いて変調して送信データ信号ｓ_ｍとし、送信フィルタ乗算部１７に出力する。送信フィルタ乗算部１７では、式（２）に示すように、送信データ信号ｓ_ｍに送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｍ）}を乗算し、送信信号ｘ_ｍを生成するプレコーディング処理を行う。

但し、通常は、１送信アンテナあたりの最大送信電力等、基地局装置Ｍにおける送信電力の制限があることから、プレコーディング処理後の送信信号ｘ_ｍの電力を制限値以下とするために式（２）のｘ_ｍに何らかの係数を乗算した信号を送信信号とする場合があるが、ここでは説明を簡単化するため、送信電力を制限する係数については考慮しないものとする。

また、基地局装置Ｍでは、データ信号の復調のための伝搬路推定用のパイロット信号を送信信号ｘ_ｍに多重して送信する。伝搬路推定用のパイロット信号は、端末装置ｍにおいて等価伝搬路Ｈ_Ｍ→ｍＷ_{ＴＸ（ｍ）}を推定するために用いられる。そこで、基地局装置Ｍでは既知のパイロット信号に送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｍ）}を乗算した信号を送信し、端末装置ｍに等価伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍＷ_{ＴＸ（ｍ）}を推定させる。ここで、本実施の形態では、送信フィルタとしてＺＦフィルタを用いており、２つの送信データが分離された状態で受信されるため、必ずしも等価伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍＷ_{ＴＸ（ｍ）}を推定する必要はないが、伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍの推定時とデータ伝送時で伝搬路が変動するような場合や、その他の送信フィルタが用いられる場合には、パイロット信号を用いて等価伝搬路を推定する必要がある。このように等価伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍＷ_{ＴＸ（ｍ）}を推定することにより、この等価伝搬路行列を用いたＭＭＳＥ受信等を行うことも可能となる。

パイロット信号生成部２１は、既知のパイロット信号を生成し、送信フィルタ乗算部１７に出力する。送信フィルタ乗算部１７では、入力された既知のパイロット信号に送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｍ）}を乗算し、送信信号ｘ_ｍと共にＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）部２３ａ・２３ｂへ出力する。Ｄ／Ａ部２３ａ・２３ｂは、多重された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換し、無線部２５ａ・２５ｂは、入力されたアナログ信号を無線周波数にアップコンバートし、送信アンテナＡＴ２、ＡＴ３を介して、端末装置ｍへ信号を送信する。

また、本実施形態における基地局装置Ｍは、伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍを端末装置ｍに推定させるためのパイロット信号も送信する。但し、上述のパイロット信号とは異なり、このパイロット信号には送信フィルタの乗算は行わない。このため、パイロット信号生成部２１で生成された既知のパイロット信号はＤ／Ａ２３ａ・２３ｂへ出力され、無線部２５ａ・２５ｂを経由して、送信アンテナＡＴ２・ＡＴ３から送信される。ここで、伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍを推定するためのパイロット信号は、データ信号等と多重する必要はなく、異なる時間タイミング（フレーム）で送信しても構わない。また、各送信アンテナＡＴ２・ＡＴ３から送信されるパイロット信号同士が受信側で干渉し合わないよう、直交する時間リソース等を用いて伝送される。ここで、マルチキャリア伝送システムでは、異なるサブキャリアを用いて各送信アンテナＡＴ２・ＡＴ３からパイロット信号を送信してもよい。また、直交符号を各パイロット信号に乗算し、直交パイロット信号を生成して送信する構成としてもよい。

基地局装置Ｍから端末装置ｍへ送信された信号ｘ_ｍは、伝搬路Ｈ_Ｍ→ｍを通り、端末装置ｍでは式（３）の信号が受信される。但し、説明を簡単化するため、端末装置ｍにおいて加わる雑音成分は無視している。

図４に、本実施形態に係る端末装置ｍの構成を示す。受信アンテナＡＴ４・ＡＴ５では、基地局装置Ｍから送信された信号を受信し、無線部３１ａ・３１ｂでは、受信アンテナＡＴ４・ＡＴ５から入力された受信信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ部３３ａ・３３ｂは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、信号分離部３５へ出力する。信号分離部３５では、入力された信号を、伝搬路推定用のパイロット信号と受信データとに分離し、伝搬路推定用のパイロット信号を伝搬路推定部３７へ、受信データを復調部４１へそれぞれ出力する。伝搬路推定部３７では、データ信号に付加されて送信されたパイロット信号を基に等価伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍＷ_{ＴＸ（ｍ）}を推定し、復調部４１へ入力する。先に述べたように、本実施の形態では、基地局装置ＭにおいてＺＦフィルタを用いたプレコーディングが行われているため、必ずしも等価伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍＷ_{ＴＸ（ｍ）}を推定して復調に用いる必要はないが、復調部４１においてＭＭＳＥ受信等、等価伝搬路行列を用いた処理が行われる場合には、この推定が必要となる。復調部４１では、信号分離部３５から入力された受信データを復調し、上位層４３へ出力する。

また、伝搬路推定部３７では、図３のパイロット信号生成部２１が生成した既知のパイロット信号に基づいて、伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍを推定し、送信部４５へ出力する。送信部４５は伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍを送信可能な形式に変換し、Ｄ／Ａ部４７はディジタル信号からアナログ信号に変換後、無線部５１を経由して送信アンテナ部ＡＴ６から基地局装置Ｍへ向けて送信する。このような処理により、基地局装置Ｍの各送信アンテナと端末装置ｍの各受信アンテナとの間の伝搬路を推定し、推定した結果を基地局装置Ｍにフィードバックすることができる。

＜フェムトセルについて＞
フェムトセルＣ２において、端末装置ｆでは、基地局装置Ｆからの所望信号と、マクロセルＣ１からの干渉を受信する。そのためフェムトセルＣ２では、マクロセルＣ１からの干渉の影響を受けずに所望信号を受信するために、以下の処理を行う。

端末装置ｆでは、マクロセルＣ１からの干渉を除去するための受信フィルタを算出し、受信信号にこの受信フィルタを乗算することによって所望信号を抽出する。また、基地局装置Ｆでは端末装置ｆから通知された情報（端末装置ｆの受信アンテナ数情報）と基地局装置Ｍのストリーム数情報Ｒ_ｍとに基づいて端末装置ｆ宛の送信ストリーム数を決定する。さらに、基地局装置Ｆでは端末装置ｆから通知された伝搬路に関する情報、受信フィルタに関する情報を用いて送信フィルタを決定しプレコーディングを行う。

図５に、本実施形態に係る基地局装置Ｆの一構成例を示す。
受信アンテナＡＴ１１では、端末装置ｆから送信された信号を受信し、無線部６１は、受信アンテナＡＴ１１から入力された受信信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ部６３は、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、受信部６５へ出力する。受信部６５は、入力されたディジタル信号から、端末装置ｆから通知された情報を抽出する。具体的には、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆ、端末装置ｆの受信アンテナ数情報Ｎ_ｆ、端末装置ｆの受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を抽出し、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆおよび受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を送信フィルタ算出部６７へ、受信アンテナ数情報Ｎ_ｆをストリーム数決定部７１へ出力する。

但し、端末装置ｆから、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆと受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を乗算して得られる等価伝搬路Ｈ_Ｆ→ｆＷ_{ＲＸ（ｆ）}をフィードバックし、基地局装置Ｆにおいてその等価伝搬路を抽出する構成としてもよい。また、受信アンテナ数情報Ｎ_ｆは定期的に通知する必要はなく、端末装置ｆが基地局装置Ｆに初期接続する際に一度だけ通知する構成としてもよい。

本実施形態における基地局装置Ｆでは、このようにフィードバックされた情報を基に、ストリーム数決定部７１において、基地局装置Ｆから端末装置ｆへ送信するストリーム数Ｒ_Ｆを式（４）により決定し、上位層へ出力する。

ここで、Ｒ_ｍは基地局装置Ｍから端末装置ｍへ送信するストリーム数であり、例えば、基地局装置Ｍと基地局装置Ｆがそれぞれ接続している有線ネットワーク経由でこの情報を共有することができる。本実施形態では、あらかじめ基地局装置Ｍから基地局装置Ｆへ通知されるものとする。

本実施形態では、Ｎ_ｆ＝３、Ｒ_ｍ＝２より、ストリーム数決定部７１はＲ_Ｆ≦１と決定する。つまりこの場合、３本の受信アンテナを有する端末装置ｆにおいて、マクロセルからの２ストリームの干渉と、フェムトセル内の最大１ストリームの所望信号を受信することになる。また、Ｎ_ｆ＝３、Ｒ_ｍ＝１の場合はＲ_Ｆ≦２となり、フェムトセル内では最大２ストリームのＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を行い、Ｎ_ｆ＝３、Ｒ_ｍ＝０（マクロセル内では信号を送信しない）の場合はＲ_Ｆ≦３となり、フェムトセル内では最大３ストリームのＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う。さらに、Ｎ_ｆ＝３、Ｒ_ｍ＝３の場合はＲ_Ｆ＝０となり、この場合はフェムトセルではマクロセルと同一の周波数チャネルを用いた伝送を行わない。

これは、フェムトセル内の端末において、マクロセルの干渉を線形フィルタにより除去しながらフェムトセルの所望信号を受信するためには、受信アンテナ数が干渉の数と所望ストリーム数との和以上であるという条件を満たす必要があるためであり、本実施形態では、式（４）によってこれを決定している。なお、本実施形態では、マクロセルの干渉の数に基づいてフェムトセルの送信ストリーム数を調整しているが、式（４）の関係が満たされればよく、フェムトセル内で送信したいストリーム数（ストリーム数情報Ｒ_Ｆ）の数に合わせて、マクロセル内のストリーム数（ストリーム数情報Ｒ_ｍ）を調整することも可能である。この場合には、基地局装置Ｆにおいて送信を希望するストリーム数と端末装置ｆが有する受信アンテナ数とに関する情報を有線ネットワーク経由で基地局装置Ｆから基地局装置Ｍへ通知し、それらの情報と式（４）を用いて、マクロセルの送信ストリーム数を基地局装置Ｍが決定することとなる。また、基地局装置Ｆにおいてマクロセルの送信可能ストリーム数を決定し、その情報を基地局装置Ｍへ通知する構成としてもよい。

また、先に述べたように、フェムトセルの端末の受信アンテナ数が、干渉の数と所望ストリーム数との和以上であるという条件を満たせばよく、この条件を満たすものであれば、式（４）とは異なる式を用いて、フェムトセルにおけるストリーム数を決定してもよい。

送信フィルタ算出部６７では、式（５）に示したように、端末装置ｆから通知された伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆと受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}から送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}を算出する。ここで、送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}は、基地局装置Ｆでプレコーディングを行うための送信フィルタである。

上位層７３では、ストリーム数情報Ｒ_Ｆ分の送信情報シンボルｄ_ｆを生成し、変調部７５に出力する。変調部７５では、送信情報シンボルｄ_ｆを変調して送信データ信号ｓ_ｆとし、送信フィルタ乗算部７７に出力する。送信フィルタ乗算部７７では、式（６）に示すように、送信データ信号ｓ_ｆに送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}を乗算し、送信信号ｘ_ｆを生成するプレコーディング処理を行う。

この式（６）においても、式（２）と同様に、送信電力を制限するための係数がｘ_ｆに乗算された信号を送信信号とする場合もあるが、ここでは考慮しないものとする。

パイロット信号生成部８１は、既知のパイロット信号を生成し、送信フィルタ乗算部７７に出力する。送信フィルタ乗算部７７では、入力された既知のパイロット信号に送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}を乗算し、送信信号ｘ_ｆと共にＤ／Ａ部８３ａ・８３ｂへ出力する。Ｄ／Ａ部８３ａ・８３ｂは、多重された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換し、無線部８５ａ・８５ｂは、入力されたアナログ信号を無線周波数にアップコンバートし、送信アンテナＡＴ１２・ＡＴ１３を介して、端末装置ｆへ送信する。

また、本実施形態における基地局装置Ｆは、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆを端末装置ｆに推定させるためのパイロット信号も送信する。このパイロット信号は、基地局装置Ｍにおける伝搬路行列Ｈ_Ｍ→ｍを推定するためのパイロット信号と同様であり、パイロット信号生成部８１で生成された既知のパイロット信号はＤ／Ａ８３ａ・８３ｂへ出力され、無線部８５ａ・８５ｂを経由して、送信アンテナＡＴ１２・ＡＴ１３から送信される。

ここで、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆを推定するためのパイロット信号は、データ信号等と多重する必要はなく、異なる時間タイミング（フレーム）で送信しても構わない。また、各送信アンテナＡＴ１２・ＡＴ１３から送信されるパイロット信号同士が受信側で干渉し合わないよう、直交する時間リソース等を用いて伝送される。ここで、マルチキャリア伝送システムでは、異なるサブキャリアを用いて各送信アンテナからパイロット信号を送信してもよい。また、直交符号を各パイロット信号に乗算し、直交パイロット信号を生成して送信する構成としてもよい。

図６に、本実施形態に係る端末装置ｆの構成を示す。
端末装置ｆでは、先に述べたフェムトセルの基地局装置Ｆからの所望信号の伝送に先立って、マクロセルの基地局装置Ｍから送信された信号を受信し、無線部９１ａ・９１ｂ・９１ｃでは、受信アンテナＡＴ１４・ＡＴ１５・ＡＴ１６から入力された受信信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ部９３ａ・９３ｂ・９３ｃは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、信号分離部９５へ出力する。信号分離部９５では、入力された信号からパイロット信号を分離し、受信フィルタ算出部９７へ出力する。

受信フィルタ算出部９７では、受信フィルタ算出用のパイロット信号から基地局装置Ｍと端末装置ｆの間の等価伝搬路Ｈ_Ｍ→ｆＷ_{ＴＸ（ｍ）}を推定し、式（７）のように等価伝搬路Ｈ_Ｍ→ｆＷ_{ＴＸ（ｍ）}の複素共役転置行列を特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）する。

このとき、受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}は、式（７）を特異値分解して得られる右特異ベクトルＶのうち、特異値行列Ｄの対角成分がゼロに対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルとなる。これは、得られたベクトルを、マクロセル基地局Ｍから送信された信号に乗算すると信号がゼロとなる、つまりマクロセル基地局Ｍから到来する信号を除去することができるベクトルを受信フィルタとして算出していることを意味する。但し、ここでは、等価伝搬路Ｈ_Ｍ→ｆＷ_{ＴＸ（ｍ）}の複素共役転置行列を特異値分解しているが、等価伝搬路Ｈ_Ｍ→ｆＷ_{ＴＸ（ｍ）}を特異値分解して受信フィルタを算出してもよく、この場合には、特異値行列Ｄの対角成分がゼロに対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信フィルタとすることとなる。受信フィルタ算出部９７は、算出した受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を受信フィルタ乗算部１０１と送信部１０３へ出力する。

また、端末装置ｆでは、基地局装置Ｆから送信された、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆを推定するためのパイロット信号を用いて伝搬路推定を行う。伝搬路推定部１０５では、図３のパイロット信号生成部２１が生成した既知のパイロット信号に基づいて、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆを推定し、送信部１０３へ出力する。

送信部１０３では、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆ、受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}、受信アンテナ数情報Ｎ_ｆを送信可能な形式に変換し、Ｄ／Ａ部１０７においてディジタル信号からアナログ信号に変換後、無線部１０９を経由して送信アンテナ部ＡＴ１７から基地局装置Ｆへ向けて送信する。このような処理により、基地局装置Ｆで必要となる情報を端末装置ｆからフィードバックする。但し、先に述べたように、受信アンテナ数情報Ｎ_ｆは定期的に送信する必要はない。

以上のように、マクロセルの基地局装置Ｍから通知されたストリーム数情報Ｒ_ｍと、端末装置ｆからフィードバックされた受信アンテナ数情報Ｎ_ｆを基に送信するストリーム数が決定され、そのストリーム数分のデータ信号がプレコーディングされて、基地局装置Ｆから送信されたデータ信号を端末装置ｆにおいて受信する際の受信信号は、式（８）である。但し、説明を簡単化するため、端末装置ｆにおいて加わる雑音成分は無視している。式（８）に示したように、受信信号ｙ_ｆは、基地局装置Ｆから送信された所望信号ｘ_ｆの成分と、基地局装置Ｍから端末装置ｍ宛に送信された干渉信号の成分の和で表わされる。ここで、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆは基地局装置Ｆから端末装置ｆの間の伝搬路、伝搬路Ｈ_Ｍ→ｆは、基地局装置Ｍから端末装置ｆの間の伝搬路である。

受信アンテナＡＴ１４・ＡＴ１５・ＡＴ１６では、式（８）の信号を受信し、無線部９１ａ・９１ｂ・９１ｃでは、受信アンテナＡＴ１４・ＡＴ１５・ＡＴ１６から入力された受信信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ部９３ａ・９３ｂ・９３ｃは、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、信号分離部９５へ出力する。信号分離部９５では、入力された信号を、等価伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆＷ_{ＴＸ（ｆ）}推定用のパイロット信号と受信データに分離し、等価伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆＷ_{ＴＸ（ｆ）}推定用のパイロット信号を伝搬路推定部１０５へ、受信データを受信フィルタ乗算部１０１へそれぞれ出力する。

受信フィルタ乗算部１０１において、信号分離部９５から入力された受信データに受信フィルタ算出部９７から入力された受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を乗算すると、式（９）となる。

ただし、αは実数であり、等価振幅利得を表す。式（９）に示した通り、式（８）ではマクロセルからの干渉成分（Ｈ_Ｍ→ｆＷ_{ＴＸ（ｍ）}ｓ_ｍ）が除去できるように受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を決定しているため、受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を乗算することによって干渉成分の項（Ｗ_{ＲＸ（ｆ）}Ｈ_Ｍ→ｆＷ_{ＴＸ（ｍ）}ｓ_ｍ）はゼロとなり干渉成分が除去される。一方、フェムトセルからの所望信号については、基地局装置Ｆにおける送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}の算出に受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を考慮しているため、受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を乗算することによって、所望信号ｓ_ｆを抽出することができる。また、式（９）においてｓ_ｆに乗算されているスカラーαも補償する場合には、伝搬路推定部１０５において推定した等価伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆＷ_{ＴＸ（ｆ）}と受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を考慮してαを算出し、式（９）に示す信号をαにより除算する構成としてもよい。また、本実施形態では、先に受信フィルタで算出しておいた受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}をそのまま用いて所望信号を抽出する構成となっているが、データ伝送時に、マクロセルから到来する干渉の等価伝搬路Ｈ_Ｍ→ｆＷ_{ＴＸ（ｍ）}が推定できる状況であれば、その等価伝搬路を推定し、再度、式（７）による受信フィルタの算出を行って所望信号の抽出に用いることにより、伝搬路が時間的に変動することによる影響を抑えることができる。復調部１１１では、受信フィルタ乗算部１０１から入力された所望信号ｓ_ｆを復調し、上位層１１３へ出力する。

以上のように、フェムトセルにとって非常に大きな干渉源となるマクロセルにおける送信ストリーム数と、フェムトセルにおける端末装置が有する自由度（受信アンテナ数）に応じて、マクロセルにおける送信ストリーム数とフェムトセルにおける送信ストリーム数の合計が端末装置の自由度を超えないように、フェムトセルにおける送信ストリーム数を決定することにより、フェムトセルにおける端末装置では、マクロセルから到来する干渉を除去しつつ、所望信号を受信することが可能となる。

本実施形態における基地局装置Ｆでは、式（５）に基づいて送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}を算出しているが、現行のシステムでは、制御情報量を削減する目的で、コードブックと呼ばれる選択可能な送信フィルタ行列の候補をシステムで予め定義し、その中から伝送特性を最大とする行列を１つ選択することができる。例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システムでは、４送信アンテナの場合には１６種類定義されている。そこで、本実施形態においてコードブックを用いる場合の選択基準は式（１０）を最大にするという基準であり、このように選択された行列を送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}とすることも一般的に可能である。

本実施形態では、端末装置ｆがマクロセルから大きな干渉を受ける場合の例として、端末装置ｍがフェムトセルの近傍に位置する場合を想定しているが、マクロセルの端末装置ｍがフェムトセルから離れた場所に位置するような場合も同様に、基地局装置Ｍと基地局装置Ｆはストリーム数情報を共有し、以上のような処理を行う構成としてもよい。これは、マクロセルの基地局装置が、あらかじめフェムトセルの位置を把握しておき、さらにＧＰＳ機能等によって端末装置ｍの現在位置を把握して、端末装置ｍがフェムトセルから、あらかじめ決められた閾値以上の距離だけ離れている場合に、マクロセルにおける送信ストリーム数をフェムトセルに通知することにより、実現することができる。また、フェムトセルから送信された信号を端末装置ｍが受信し、そのレベルを測定することによっても、端末装置ｍがフェムトセルからどれだけ離れた地点に位置するかを把握することができる。このような構成とすることにより、フェムトセルから送信される信号がマクロセルにおける端末装置ｍにとって大きな影響を及ぼす状況を回避することができる。

また、基地局装置Ｍに近いフェムトセルのみを対象に本実施形態に示す処理を行う構成としてもよい。これは、基地局装置Ｍに近いフェムトセルでは、基地局装置Ｍから送信される信号の影響により受信特性が著しく劣化するため、本実施形態に示す、線形フィルタによる干渉除去を行うことによる効果が非常に大きいためである。このように、基地局装置Ｍとフェムトセルの位置に応じて本実施形態のオン／オフを切り替える場合には、フェムトセル設置時に、その位置をユーザがオペレータに通知・登録することにより、最寄りのマクロセル基地局装置Ｍとの距離をオペレータが把握し、非常に近い場合にはその旨をフェムトセルに通知することにより、本実施形態による処理をオンにすることができる。また、ＧＰＳ機能を用いたり、フェムトセルがマクロセルからの干渉レベルを測定したりすることによっても、マクロセルとフェムトセルの位置関係をフェムトセル自身が把握することができ、本実施形態のオン／オフを切り替えることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図７に、本発明の第２の実施形態に係る通信システムの構成を示す。図７に示したように、マクロセルＣ１は、第１の実施形態と同様な構成であり、フェムトセルＣ３は、基地局装置Ｆと２台の端末装置ｆ_１、ｆ_２がＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う。このとき、端末装置ｆ_１、ｆ_２では、基地局装置Ｍから端末装置ｍ宛の所望信号が干渉信号として受信される。また、ここでは一例としてマクロセルＣ１とフェムトセルＣ３とを想定しているが、ゾーン半径の異なる複数のセルであり、片方のセルにおける所望信号が他のセルにとって干渉となるようなセルの組み合わせであればよく、光張り出し基地局、ピコセル、ホットスポット、リレー局などで構成されるセルやゾーンを対象としてもよい。さらに、本実施形態は、隣接する２つ以上のマクロセルのセルエッジに端末装置が位置するような状況においても適用可能である。

図８に本実施形態のシステム構成の詳細を示す。マクロセルＣ１（基地局装置Ｍ、端末装置ｍ）については図２と同様の構成である。フェムトセルＣ３では、基地局装置Ｆの送信アンテナは４本、端末装置ｆ_１、端末装置ｆ_２の受信アンテナはそれぞれ４本である。このとき、基地局装置Ｆと端末装置ｆ_１の間の伝搬路行列をＨ_Ｆ→ｆ１、基地局装置Ｆと端末装置ｆ_２の間の伝搬路行列をＨ_Ｆ→ｆ２とする。また、基地局装置Ｍと端末装置ｆ_１の間の伝搬路行列をＨ_Ｍ→ｆ１、基地局装置Ｍと端末装置ｆ_２の間の伝搬路行列をＨ_Ｍ→ｆ２とし、基地局装置Ｍから端末装置ｍ宛の所望信号がこれらの伝搬路Ｈ_Ｍ→ｆ１、Ｈ_Ｍ→ｆ２を通ることによって、端末装置ｆ_１、ｆ_２では干渉信号として受信される。

また、基地局装置Ｍと基地局装置Ｆは、有線ネットワークで接続されており（リレーの場合は無線で接続されることもある）、基地局装置Ｍ−Ｆ間で情報を共有することができる。但し、一般的な光張り出し基地局やピコセル基地局では、光ファイバや専用ネットワーク経由で基地局装置Ｍとの情報のやり取りを行い、フェムトセル基地局ＦではＡＤＳＬや光ファイバでインターネットに接続し、インターネット経由で基地局装置Ｍとの情報のやり取りを行うことが多い。

＜マクロセルについて＞
本実施形態における基地局装置Ｍおよび端末装置ｍはそれぞれ図３、４と同様である。

＜フェムトセルについて＞
図９に本実施形態に係るフェムトセルＣ３における基地局装置Ｆの構成を示す。図５に示す構成に比べて、送信系に相違点がある。ここで送信系の相違点とは、Ｄ／Ａ部８３ａ〜ｄ、無線部８５ａ〜ｄ、送信アンテナＡＴ１２・ＡＴ１３・ＡＴ２１・ＡＴ２２の数が、図５に示す構成に比べて増加している点である。

基地局装置Ｆでは、端末装置ｆ_１、ｆ_２から通知された情報をそれぞれ受信し、通知された情報を抽出する。受信アンテナＡＴ１１では、端末装置ｆ_１から送信された信号を受信し、無線部６１は、受信アンテナＡＴ１１から入力された受信信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ部６３は、入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、受信部６５へ出力する。受信部６５は、入力されたディジタル信号から、端末装置ｆ_１から通知された情報を抽出する。具体的には、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆ１、端末装置ｆ_１の受信アンテナ数情報Ｎ_ｆ１、端末装置ｆの受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ１）}を抽出し、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆ１および受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ１）}を送信フィルタ算出部１２７へ、受信アンテナ数情報Ｎ_ｆをストリーム数決定部７１へ出力する。端末装置ｆ_２についても同様に、端末装置ｆ_２から通知された情報を抽出し、伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆ２および受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ２）}を送信フィルタ算出部６７へ、受信アンテナ数情報Ｎ_ｆ１をストリーム数決定部７１へ出力する。但し、第１の実施形態においても述べたように、伝搬路行列と受信フィルタの乗算結果（等価伝搬路）をフィードバックし、基地局装置Ｆにおいてその等価伝搬路を抽出する構成としてもよい。

また、受信アンテナ数情報は、端末装置ｆ_１、ｆ_２から基地局装置Ｆに定期的に通知する必要はなく、基地局装置Ｆへの初期接続の際に一度だけ通知する構成としてもよい。

ストリーム数決定部７１は、式（１１）の条件を満たすように、装置Ｆから端末装置ｆ_１、ｆ_２へ送信するそれぞれのストリーム数Ｒ_Ｆ１、Ｒ_Ｆ２を決定する。

ただし、Ｒ_Ｆ＝Ｒ_Ｆ１＋Ｒ_Ｆ２

ここで、Ｒ_ｍは基地局装置Ｍから端末装置ｍへ送信するストリーム数であり、例えば、基地局装置Ｍと基地局装置Ｆを有線で接続する等の方法を用いて基地局装置間でこの情報を共有し、あらかじめ基地局装置Ｍから基地局装置Ｆへ通知されるようにする。また、Ｎ_Ｆは基地局装置Ｆの送信アンテナ数である。

この式（１１）の第一式は、端末装置ｆ_１宛のストリーム数Ｒ_Ｆ１が、端末装置ｆ_１の受信アンテナ数から、基地局装置Ｍから受ける干渉の数を減算した結果以下となるように算出されることを意味している。これは、第１の実施形態と同様に、受信アンテナ数が干渉の数と所望ストリーム数との和以上であるという条件によるものである。

これと同様に、式（１１）の第二式は、端末装置ｆ_２宛のストリーム数Ｒ_Ｆ２が、端末装置ｆ_２の受信アンテナ数から、基地局装置Ｍから受ける干渉の数を減算した結果以下となるように算出されることを意味している。これも、第１の実施形態と同様に、受信アンテナ数が干渉の数と所望ストリーム数との和以上であるという条件によるものである。

また、式（１１）の第三式は、フェムトセルＣ３における全ストリーム数Ｒ_Ｆが、基地局装置Ｆの送信アンテナ数以下であることを表わしている。第一式、第二式だけでそれぞれの端末装置へ送信するストリーム数を決定した場合には、その合計が基地局装置Ｆの送信アンテナ数より多くなり、実際にはそのようなストリーム数の伝送ができないという状況が生じることがあり得るが、第三式はそのような状況を回避するための制限を表わした式であると言える。

つまり、式（１１）は、端末装置ｆ_１と端末装置ｆ_２が、基地局装置Ｍから受ける干渉を除去しつつ、基地局装置Ｆからそれぞれ受信することができるストリーム数の算出条件を表わしている。但し、このように、基地局装置Ｍから受ける干渉を除去しつつ、基地局装置Ｆからそれぞれ受信することができるストリーム数を算出するための基準となる式であれば、式（１１）に限らず、その他の式を用いてストリーム数を算出してもよい。

本実施形態では、Ｎ_ｆ１＝４、Ｎ_ｆ２＝４、Ｒ_ｍ＝２、Ｎ_Ｆ＝４であることから、式（１１）第一式、第二式より、ストリーム数決定部７１は、まずＲ_Ｆ１≦２、Ｒ_Ｆ２≦２とする。これは、第三式のＲ_Ｆ＝Ｒ_Ｆ１＋Ｒ_Ｆ２≦Ｎ_Ｆを常に満たすため、次に、Ｒ_Ｆ１≦２、Ｒ_Ｆ２≦２を満たすＲ_Ｆ１、Ｒ_Ｆ２を算出するよう制御される。ここで、Ｒ_Ｆ１≦２、Ｒ_Ｆ２≦２を満たすＲ_Ｆ１、Ｒ_Ｆ２の組合せとしては、端末装置ｆ_１、ｆ_２の両方へ信号を伝送する場合には、（Ｒ_Ｆ１，Ｒ_Ｆ２）＝（１，１），（２，１），（１，２），（２，２）のようなストリーム数の組み合わせがあるが、このいずれの組合せとしてもよい。これらの組合せのうち、どの組合せを選択して各端末装置宛のストリーム数を設定するかは、各端末装置における受信品質や、各端末装置宛に伝送すべき情報量等に応じて決定してもよい。また、本実施形態では、各端末装置は、所望ストリーム数に関する情報を基地局にフィードバックする構成となっていないが、そのような情報をフィードバックする場合には、それに基づいてＲ_Ｆ１、Ｒ_Ｆ２の組合せを決定してもよい。

また、Ｒ_ｍ＝３の場合は、まずＲ_Ｆ１≦１、Ｒ_Ｆ２≦１とし、この結果も常に式（１１）第三式を満たすため、次に、Ｒ_Ｆ１≦１、Ｒ_Ｆ２≦１を満たすＲ_Ｆ１、Ｒ_Ｆ２の組合せを算出するよう制御される。ここで、端末装置ｆ_１、ｆ_２の両方へ信号を伝送する場合には、（Ｒ_Ｆ１，Ｒ_Ｆ２）＝（１，１）と決定される。

Ｒ_ｍ＝４の場合は、Ｒ_Ｆ１≦０、Ｒ_Ｆ２≦０となることから、フェムトセルＣ３では信号の伝送が行われないこととなる。

Ｒ_ｍ＝０の場合は、Ｒ_Ｆ１≦４、Ｒ_Ｆ２≦４となるが、これは式（１１）第三式を満たさない場合がある。例えば、Ｒ_Ｆ１＝４、Ｒ_Ｆ２＝４とすると、Ｒ_Ｆ＝８となることから、このような場合には、基地局装置Ｆが送信可能な最大のストリーム数４を超えてしまい、実際には伝送を行うことができない。そこで、Ｒ_Ｆ１≦４、Ｒ_Ｆ２≦４と、Ｒ_Ｆ≦Ｎ_Ｆを満たすようにＲ_Ｆ１、Ｒ_Ｆ２の組合せが決定されることとなる。このような組み合わせは、端末装置ｆ_１、ｆ_２の両方へ信号を伝送する場合には、（Ｒ_Ｆ１，Ｒ_Ｆ２）＝（１，１），（２，１），（３，１），（１，２），（２，２），（１，３）のいずれかとなる。先に述べたように、これらのストリーム数の組合せのうち、どの組合せを選択して各端末装置宛のストリーム数を設定するかは、各端末装置における受信品質や、各端末装置宛に伝送すべき情報量等に応じて決定することができる。

また、Ｒ_ｍ＝１の場合は、Ｒ_Ｆ１≦３、Ｒ_Ｆ２≦３となるが、これも、Ｒ_Ｆ１＝３、Ｒ_Ｆ２＝３のように、式（１１）第三式を満たさない場合がある。したがって、Ｒ_Ｆ１≦３、Ｒ_Ｆ２≦３と、Ｒ_Ｆ≦Ｎ_Ｆを満たすようにＲ_Ｆ１、Ｒ_Ｆ２の組合せが決定されることとなる。

このように決定された各端末装置宛のストリーム数は、ストリーム数決定部７１より上位層へ出力される。本実施形態において、Ｎ_ｆ１＝４、Ｎ_ｆ２＝４、Ｒ_ｍ＝２、Ｎ_Ｆ＝４である場合には、ストリーム数決定部７１は、例えばＲ_Ｆ１＝Ｒ_Ｆ２＝２を上位層へ出力するものとする。このような場合には、基地局装置Ｆでは、各端末装置に２ストリームずつを送信するＭＵ−ＭＩＭＯ伝送が行われることとなる。以下では、この場合を例に、送信フィルタの算出方法について説明を行う。

送信フィルタ算出部６７では、式（１２）に示したように、各端末装置から通知された伝搬路行列Ｈ_Ｆ→ｆ１、Ｈ_Ｆ→ｆ２と、受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ１）}、Ｗ_{ＲＸ（ｆ２）}から送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}を算出する。ここで、送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}は基地局装置Ｆで送信ストリーム数分のプレコーディングを行うための送信フィルタである。

ここで、式（１２）の送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}は、ＺＦフィルタである。つまり、本実施形態では基地局装置Ｆから各端末装置に２ストリームずつを送信するＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うが、式（１２）の送信フィルタを用いることで、各端末装置において１ストリームずつをそれぞれ異なるアンテナで受信する方式となる。

また、複数ストリームをＭＵ−ＭＩＭＯ伝送する場合の他のプレコーディング方法として、ＢＤ（Ｂｌｏｃｋ Ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）があり、本実施形態にも適用可能である。本実施形態において、ＢＤを用いた場合は、端末装置において複数の２ストリームを複数のアンテナで受信する方式となる。この場合、送信フィルタは以下のように特異値分解を用いて算出する。

ここで、式（１３）のように、等価伝搬路を特異値分解して得られる右特異ベクトルＶのうち、特異値行列Ｄの対角成分のゼロに対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルをそれぞれＶ_ｆ１’、Ｖ_ｆ２’とする。このとき、Ｖ_ｆ１’は、基地局装置Ｆから端末装置ｆ_１にヌルを向けるためのフィルタ、Ｖ_ｆ２’は、基地局装置Ｆから端末装置ｆ_２にヌルを向けるためのフィルタである。ここで、Ｒ_Ｆ１＝Ｒ_Ｆ２＝２の場合には、Ｖ_ｆ１’とＶ_ｆ２’は共に４行２列の行列となる。

ここで、式（１４）を特異値分解して得られる右特異ベクトルＶ_ｆ１１を右側からＶ_ｆ２’に乗算してできるベクトルをＶ_ｆ１’’、右特異ベクトルＶ_ｆ２２を右側からＶ_ｆ１’に乗算してできるベクトルをＶ_ｆ２’’とすると、ＢＤを用いる場合の送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}は式（１５）となる。但し、この例では、Ｖ_ｆ１１とＶ_ｆ２２はそれぞれ２行２列の行列であり、Ｖ_ｆ１’’とＶ_ｆ２’’はそれぞれ４行２列の行列となる。

本実施形態における受信処理は、第１の実施形態と同様に、各端末装置において等価伝搬路を特異値分解して算出した受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を用いてマクロセルから到来する干渉信号を除去する。ここで、ＢＤを用いた場合には、基地局装置Ｆは端末装置ｆ_１に式（１４）の左特異値ベクトルＵ_ｆ１１を、端末装置ｆ_２に左特異値ベクトルＵ_ｆ２２を通知し、各端末装置において受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}乗算後の信号に、それぞれＵ_ｆ１１、Ｕ_ｆ２２を乗算することにより、各端末装置宛に送信された複数ストリームを分離（ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を分離）する構成としてもよい。但し、このＵ_ｆ１１、Ｕ_ｆ２２は各端末装置において推定することも可能である。

また、各端末装置においてＭＭＳＥ受信によってＭＩＭＯ多重された信号を分離する場合には、送信フィルタは式（１３）のＶ_ｆ１’、Ｖ_ｆ２’を用いてＷ_{ＴＸ（ｆ）}＝［Ｖ_ｆ２’ Ｖ_ｆ１’］としてもよい。このときの端末装置の処理は後述する。

上位層７３では、ストリーム数情報Ｒ_Ｆ分の送信情報シンボルｄ_ｆを生成し、変調部７５に出力する。変調部７５では、送信情報シンボルｄ_ｆを変調して送信データ信号ｓ_ｆとし、送信フィルタ乗算部７７に出力する。

以降の基地局装置Ｆの処理は、第１の実施形態と同様であり、送信信号に送信フィルタ算出部７７が算出した送信フィルタを乗算し、パイロット信号生成部８１が生成したパイロット信号を付加して、Ｄ／Ａ部８３ａ・８３ｂ・８３ｃ・８３ｄ、無線部８５ａ・８５ｂ・８５ｃ・８５ｄを介してＡＴ１２・ＡＴ１３・ＡＴ２１・ＡＴ２２から送信する。

また、先に述べたように、Ｒ_ｍ＝３の場合に、Ｒ_Ｆ１＝Ｒ_Ｆ２＝１に分配して伝送を行う場合には、先に述べたＺＦ法等により送信フィルタを算出し、算出した送信フィルタを用いて基地局装置Ｆから各端末装置宛に１ストリームずつＭＵ−ＭＩＭＯ伝送することとなる。また、Ｒ_ｍ＝３の場合には、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送ではなく、端末装置ｆ_１とｆ_２のどちらかの端末装置にのみ信号を送信してもよい。このように、マクロセルにおいて伝送されるストリーム数に応じて、フェムトセルにおける送信ストリーム数を決定する際に、マルチユーザ伝送とシングルユーザ伝送をダイナミックに切り替える処理を行うこともできる。

さらに、Ｒ_ｍ＝０の場合にも、Ｒ_Ｆ１＝Ｒ_Ｆ２＝２に分配してＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うことができ、このような場合にも、先に述べたＺＦやＢＤ法により送信フィルタを算出することができる。また、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うことも可能であり、この場合には、単一端末装置宛に送信可能なストリーム数は最大４ストリームとなる。

また、Ｒ_ｍ＝１の場合にも同様に、（Ｒ_Ｆ１，Ｒ_Ｆ２）＝（２，２）のようにストリームを分配したＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を、ＺＦやＢＤ法により行うことができる。また、Ｒ_Ｆ１≠Ｒ_Ｆ２となるようにストリームを各端末装置に分配してもよい。但し、マクロセルから到来する干渉信号を除去するために端末装置が有する自由度を消費することから、１つの端末装置宛に伝送可能な最大ストリーム数は３に設定する必要がある。

図１０に本実施形態に係る端末装置ｆ_１（ｆ_２）の構成を示す。図６に示す構成に比べて、受信系に相違点がある。ここで受信系の相違点とは、受信アンテナＡＴ１４・ＡＴ１５・ＡＴ１６・ＡＴ２３、無線部９１ａ〜ｄ、Ａ／Ｄ部９３ａ〜ｄの数が、図６に示す構成に比べて増加している点である。本実施形態における端末装置では、受信アンテナ数が４本であり（ＡＴ１４・ＡＴ１５・ＡＴ１６・ＡＴ２３）、無線部９１ａ・９１ｂ・９１ｃ・９１ｄ、Ａ／Ｄ部９３ａ・９３ｂ・９３ｃ・９３ｄを介して信号分離部９５に受信信号が入力される。

各端末装置における処理は第１の実施形態と同様である。受信信号を受信データとパイロット信号に分離し、受信フィルタ乗算部１０１において受信データに受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}を乗算することによって、送信信号を抽出する。但し、受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}は、第１の実施形態と同様に式（７）を用いて予め算出されている。また、伝搬路推定部１０５では、伝搬路推定用のパイロット信号から伝搬路Ｈ_Ｆ→ｆを推定し、受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}、受信アンテナ数情報Ｎ_ｆと合わせて基地局装置Ｆへフィードバックする。

なお、基地局装置ＦがＢＤによるプレコーディングを行った場合、受信フィルタＷ_{ＲＸ（ｆ）}の乗算後に、式（１４）の左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを乗算することにより、１つの端末装置宛に送信された複数ストリームを分離することができる。また、ＭＭＳＥ受信を行う場合には、伝搬路推定部１０５において等価伝搬路を推定し、推定結果を基に算出される受信フィルタを受信フィルタ乗算部１０１において受信データ信号に乗算することにより、複数ストリームを分離して抽出することが可能となる。

以上のように、フェムトセル内がＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う場合おいても、フェムトセルにとって非常に大きな干渉源となるマクロセルにおける送信ストリーム数と、フェムトセルにおける端末装置が有する自由度（受信アンテナ数）に応じて、マクロセルにおける送信ストリーム数とフェムトセルにおける送信ストリーム数との合計が端末装置の自由度を超えないように、フェムトセルにおける送信ストリーム数を決定することにより、フェムトセルにおける端末装置では、マクロセルから到来する干渉を除去しつつ、所望信号を受信することが可能となる。

また、本実施形態におけるマクロセルからのストリーム数Ｒ_ｍが２もしくは３の場合、マクロセルからの干渉とフェムトセル内のユーザ間干渉の等価伝搬路ベクトルとを揃えることによっても、端末装置が有する自由度の範囲内でそれらの干渉を効率良く除去することができる。この場合、基地局装置Ｆは式（１６）の送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｆ）}を用いてプレコーディングを行う。ただし、この場合、基地局装置Ｆは、基地局装置Ｍにおける送信フィルタＷ_{ＴＸ（ｍ）}を把握する必要があるが、これは、基地局装置Ｍから有線ネットワークを通じて取得することができる。また、フェムトセル内の端末装置ｆ_１、ｆ_２において、それぞれ等価伝搬路Ｈ_Ｍ→ｆ１Ｗ_{ＴＸ（ｍ）}、Ｈ_Ｍ→ｆ２Ｗ_{ＴＸ（ｍ）}を推定し、基地局装置Ｆにフィードバックする構成としてもよい。

また、第１、第２の実施形態では、各端末装置で推定した伝搬路と受信フィルタとを基地局装置Ｆへフィードバックし、各端末装置ではこの通知した受信フィルタと同じ受信フィルタを用いてマクロセルからの干渉を除去していたが、この受信フィルタの代わりにＭＭＳＥ規範に基づく受信フィルタを算出してもよい。この場合、各端末装置におけるＭＭＳＥフィルタの重みは式（１７）のように表される。

ただし、式（１７）のＨ_Ｆ→ｆＷ_{ＴＸ（ｆ）}は、受信フィルタ算出部９７で受信フィルタ算出用のパイロット信号から推定される等価伝搬路である。また、σ^２は平均受信ＳＮＲの逆数（または、雑音の分散）を表わしている。

また、本実施形態の基地局装置Ｆでは、式（１２）もしくは（１５）の送信フィルタを用いているが、式（１８）のＭＭＳＥ基準によって算出した送信フィルタを用いてもよい。

上記の実施の形態では、マクロセルにおける伝送ストリーム数に関する情報を取得したフェムトセルの基地局装置が、自身が送信するストリーム数を決定する例について示したが、マクロセルやフェムトセルをまとめて制御する集中制御局がある場合には、その集中制御局が、マクロセルにおける伝送ストリーム数に関する情報とフェムトセルの端末が有する受信アンテナ数に関する情報を取得し、それらに基づきフェムトセルの基地局装置が送信するストリーム数を決定するようにしてもよい。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本実施の形態で説明した機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また前記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

本発明は、通信装置に利用可能である。

ＡＴ…アンテナ、Ｃ１…マクロセル、Ｃ２、Ｃ３…フェムトセル、Ｍ…基地局装置、Ｆ…基地局装置、ｍ…端末装置、ｆ…端末装置、１１…上位層、１５…変調部、１７…送信フィルタ乗算部、２１…パイロット信号生成部、２３ａ・２３ｂ…Ｄ／Ａ部、２５ａ・２５ｂ…無線部、３１ａ・３１ｂ…無線部、３３ａ・３３ｂ…Ａ／Ｄ部、３５…信号分離部、３７…伝搬路推定部、４１…復調部、４３…上位層、４５…送信部、４７…Ｄ／Ａ部、５１…無線部、６１…無線部、６３…Ａ／Ｄ部、６７…送信フィルタ算出部、７１…ストリーム数決定部、７３…上位層、７５…変調部、７７…送信フィルタ乗算部、８１…パイロット信号生成部、８３ａ・８３ｂ…Ｄ／Ａ部、８５ａ・８５ｂ…無線部、９１ａ・９１ｂ・９１ｃ…無線部、９３ａ・９３ｂ・９３ｃ…Ａ／Ｄ部、９５…信号分離部、９７…受信フィルタ算出部、１０１…復調部、１０３…送信部、１０５…伝搬路推定部、１０７…Ｄ／Ａ部、１０９…無線部、１１１…復調部、１１３…上位層。

Claims (9)

1. カバーする領域が広い第１のセルのカバー領域内に、カバーする領域が前記第１のセルよりも狭い第２のセルがあり、前記第１のセルを制御する第１の基地局装置がプレコーディングを行って送信した信号を前記第１のセル内に位置する１つ以上の第１の端末装置が受信し、前記第２のセルを制御する第２の基地局装置がプレコーディングを行い、前記第１のセルと同一周波数を用いて送信した信号を前記第２のセル内に位置する１つ以上の第２の端末装置が受信する通信システムであって、
   前記第１の基地局装置が送信するストリーム数に関する情報に基づいて、前記第２の基地局装置が送信するストリーム数を決定することを特徴とする通信システム。
2. 前記第２の基地局装置は、前記第１の基地局装置が送信するストリーム数に関する情報を取得し、自身が送信するストリーム数を決定するストリーム数決定部を有することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 前記第２の基地局装置は、自身が送信するストリーム数を、前記第１の基地局装置が送信するストリーム数に関する情報と、前記第２の端末装置が有する受信アンテナ数と、に基づいて決定するストリーム数決定部を有することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
4. 前記ストリーム数決定部は、
   前記第２の基地局装置が送信するストリーム数を、前記第２の端末装置が有する受信アンテナ数から前記第１の基地局装置が送信するストリーム数を減算した値を基に決定することを特徴とする請求項３記載の通信システム。
5. 前記第２の端末装置は、前記第１の基地局装置が前記プレコーディングを行って送信した信号の等価伝搬路を推定する伝搬路推定部と、推定した前記等価伝搬路を基に受信フィルタを算出する受信フィルタ算出部と、算出した前記受信フィルタを受信信号に乗算する受信フィルタ乗算部と、を有することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
6. 前記受信フィルタ算出部は、前記受信フィルタを、前記等価伝搬路に直交するように算出することを特教とする請求項５記載の通信システム。
7. 前記第２の基地局装置は、前記第２の端末装置と前記第２の基地局装置との間の伝搬路に前記受信フィルタを乗算して得られる等価伝搬路を基に、前記第２の基地局装置におけるプレコーディングに用いられる送信フィルタを算出する送信フィルタ算出部を有することを特徴とする請求項６記載の通信システム。
8. 前記送信フィルタ算出部は、
   前記第２の基地局装置から複数の前記第２の端末装置に対して、それぞれ異なるストリームを送信する場合に、複数の前記第２の端末装置がそれぞれ受信する非所望ストリームの等価伝搬路が前記受信フィルタに直交するように、前記送信フィルタを算出することを特徴とする請求項７記載の通信システム。
9. カバーする領域が広い第１のセルのカバー領域内に、カバーする領域が前記第１のセルよりも狭い第２のセルがあり、前記第１のセルを制御する第１の基地局装置がプレコーディングを行って送信した信号を前記第１のセル内に位置する１つ以上の第１の端末装置が受信し、前記第２のセルを制御する第２の基地局装置がプレコーディングを行い、前記第１のセルと同一周波数を用いて送信した信号を前記第２のセル内に位置する１つ以上の第２の端末装置が受信する通信システムにおける第２の基地局装置であって、
   前記第１の基地局装置が送信するストリーム数に関する情報や取得し、自身が送信するストリーム数を決定するストリーム数決定部を有することを特徴とする第２の基地局装置。

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