JP6541915B2

JP6541915B2 - 無線通信装置

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Publication number: JP6541915B2
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Inventors: 内田　繁; 繁内田
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Filing date: 2017-03-08
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Description

本発明は、データを空間多重伝送する無線通信装置および無線通信方法に関する。

限られた周波数で大容量のデータを伝送するため、複数の送受信アンテナを用いて、空間多重伝送を行うＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）システムの開発が進められている。さらなる周波数利用効率改善に向けて、今後も空間多重数の増大が予想されている。

空間多重数を増大させる方法として、ＭＵ−ＭＩＭＯ（Multi-User ＭＩＭＯ）と呼ばれる方法が提案されており、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）においてＭＵ−ＭＩＭＯ技術の規格化が進められている。ＭＵ−ＭＩＭＯは、基地局が複数の端末に同一の無線周波数帯において同時に伝送を行う。ＭＵ−ＭＩＭＯ技術では、各端末への送信信号間で生じる干渉であるＩＵＩ（Inter−User Interference）の抑制が重要である。今後、最大ユーザ空間多重数が拡張されると想定されるため、ＩＵＩの抑制はますます重要になってくる。

ＩＵＩを抑制するために、ブロック対角化（ＢＤ：Block Diagonalization）法と呼ばれるプリコーディング法が検討されている。ブロック対角化法は、対象とする端末以外の全ての端末にヌルを向ける、すなわち受信電力を０とするような指向性を形成するビーム空間を形成するプリコーディング手法である。この手法により、ＩＵＩが生じないようにすることが可能となり、端末における処理および装置構成を簡略化することができる。

複数の送信アンテナを用いて通信する場合には、通常、送信ダイバーシチ効果が得られる。しかしながらブロック対角化法は、対象とする端末以外にヌルを向けるヌルステアリングを行うために、基地局が通信するために形成するビームの自由度が失われる。このため、ブロック対角化法を適用したプリコーディングでは、送信ダイバーシチ効果が増すように、すなわち各端末の信号対雑音電力比（ＳＮＲ:Signal-to-Noise Ratio）を改善させるようにビームを形成することは難しい。特に多数の端末が存在する環境では、複数の端末に対するヌルステアリングによってビーム形成の自由度が大きく失われる。このように、ブロック対角化法では、送信ダイバーシチ利得を向上させることが難しいという課題があった。このため、ＭＵ−ＭＩＭＯ環境において、基地局が伝送相手端末を選択する方法の重要性が増してくると考えられる。

特許文献１には、ＭＵ−ＭＩＭＯ環境において基地局が伝送相手端末を選択する方法として、信号対漏洩比またはスペクトル効率等に関連するメトリックに基づいて、端末の異なる組み合わせの性能を評価して、複数の端末をスケジューリングする方法が開示されている。特許文献２には、ＭＵ−ＭＩＭＯ環境において基地局が伝送相手端末を選択する方法として、基地局を基準とした各端末の方位の差が予め定められた閾値以上となる端末を伝送相手端末とする方法が開示されている。

特開２０１４−９０４５３号公報特開２０１３−１３５４２６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、端末数が多いほど、最大ユーザ空間多重数が多いほど、スペクトル効率などの演算量が増大してしまうという問題があった。特許文献２に開示された技術では、それぞれの端末の方位の差分が閾値以上とならない場合に、端末を選択することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送相手端末の選択にかかる演算量を低減しつつ、伝送相手端末が選択されない確率を低減することが可能な無線通信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の無線通信装置は、前記複数の端末の中から、伝送相手端末の候補である複数の候補端末を選択する一次選択部と、複数の前記候補端末の中から、複数の前記伝送相手端末を選択する二次選択部と、二次選択部により選択された複数の伝送相手端末へ送信する信号を同一周波数で同時に空間多重する送信処理部とを備える。一次選択部は、複数の端末のそれぞれから受信した信号の信号対干渉雑音比に基づいて、候補端末を選択し、二次選択部は、それぞれの前記候補端末の伝送路推定値に基づいて、伝送相手端末を選択することを特徴とする。

本発明にかかる無線通信装置は、伝送相手端末の選択にかかる演算量を低減しつつ、伝送相手端末を選択できなくなる確率を低減することが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの構成を示す図図１に示す無線基地局の構成を示す図図２に示す無線基地局の各機能を実現するために用いられるハードウェア構成の一例を示す図図２に示す無線基地局が伝送相手端末を選択する動作を示すフローチャート本発明の実施の形態２にかかる無線基地局の構成を示す図図５に示す無線基地局が伝送相手端末を選択する動作を示すフローチャート本発明の実施の形態３にかかる無線基地局が伝送相手端末を選択する動作を示すフローチャート本発明の実施の形態４にかかる無線基地局が伝送相手端末を選択する動作を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる無線通信装置および無線通信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す各実施形態において、無線通信装置の一例として無線基地局を示し、無線通信装置と通信する端末の一例として無線端末を示す。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システム１００の構成を示す図である。無線通信システム１００は、無線基地局１と、複数の無線端末２と、上位装置３とを備える。

無線基地局１は、同一周波数で同時に空間多重を行うＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信装置である。無線基地局１は、複数のアンテナを用いて複数の無線端末２に向けた送信ビーム５を形成することができる。無線基地局１は、１つ以上の送信ビーム５を用いて、対向装置である無線端末２と通信する。

無線端末２は、複数のアンテナを備えており、無線基地局１と通信する端末である。図１では、２台の無線端末２を示しているが、無線基地局１は３台以上の無線端末２と同時に通信することもできる。

上位装置３は、無線基地局１よりも上位の装置であってコアネットワーク側の装置である。上位装置３は、ゲートウェイ装置、ＭＭＥ（Mobile Management Entity）などである。

無線基地局１は、通信回路を介して上位装置３に接続されている。上位装置３は、通信ネットワーク４に接続されている。通信ネットワーク４は、無線基地局１、無線端末２および上位装置３を含んで構成された無線通信ネットワークとは異なる通信ネットワークである。

図２は、図１に示す無線基地局１の構成を示す図である。無線基地局１は、送信側ベースバンド処理部１０と、複数のＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１１と、局部発振器１２と、複数のミキサ１３と、複数のＰＡ（Power Amplifier）１４と、複数のアンテナ１５と、受信側ベースバンド処理部１６と、複数のＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１７と、複数のミキサ１８と、複数のＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１９と、ＭＡＣ（Media Access Control）処理部２０とを備える。

なお図２は、無線基地局１の主要な構成要素を示しており、本発明の実現に直接関係しない構成要素、例えば、上位装置３との通信処理を行うための構成要素については省略している。

また無線基地局１は、ＭＵ−ＭＩＭＯ技術またはシングルユーザＭＩＭＯ技術を用いて、無線端末２宛ての信号を空間多重して同時に伝送する機能を有する。

送信側ベースバンド処理部１０は、ＭＩＭＯ処理部１０２と、複数のＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）処理部１０３とを備え、無線端末２に向けて送信する送信信号を生成する送信処理部である。送信側ベースバンド処理部１０は、後述される二次選択部２０２により選択された複数の伝送相手端末へ送信する信号を同一周波数で同時に空間多重する。

ＭＩＭＯ処理部１０２は、空間多重で無線端末２に向けて送信する信号ストリーム群であるストリーム１０１がＭＡＣ処理部２０から入力されると、ストリーム１０１に対して、変調処理を行った上でプリコーディングなどを含むＭＩＭＯ処理を実行する。複数のストリーム１０１は、送信先の無線端末２が異なるデータを含み、空間で多重して送信するデータ列である。変調処理は、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの変調方式に従って入力された信号を変調する処理である。プリコーディングとは、ストリーム１０１に対して送信ウェイトを乗算して重みづけを行い、送信信号を各アンテナ１５に振り分ける処理である。ＭＩＭＯ処理部１０２は、無線基地局１と無線端末２との間の伝送路推定値を取得して送信ウェイトを算出する。このとき、対象となる無線端末２の組み合わせは、後述するＭＡＣ処理部２０からＭＩＭＯ処理部１０２に通知される。ＭＩＭＯ処理部１０２は、ＭＩＭＯ処理を実行した後、信号をＯＦＤＭ処理部１０３に入力する。

ＯＦＤＭ処理部１０３は、ＭＩＭＯ処理部１０２から入力された信号に対して、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理、ＣＰ（Cyclic Prefix）付与処理などを実行してＯＦＤＭ変調を行い、送信信号を生成する。

ＤＡＣ１１は、送信側ベースバンド処理部１０が出力した送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。

局部発振器１２は、周波数変換のための信号を発生する発振器である。ミキサ１３は、局部発振器１２から出力された信号に基づいて、ＤＡＣ１１から出力されたアナログ信号を搬送波周波数にアップコンバートする。ＰＡ１４は、電力を増幅させる増幅器である。ＰＡ１４は、ミキサ１３から出力された信号の送信電力を増幅させて、アンテナ１５に入力する。アンテナ１５は、所望の電波を用いて送信信号を送信する。アンテナ１５は、指向性を有するビームを形成することが可能な指向性アンテナであって、例えばアクティブ・フェーズド・アレイ・アンテナのようなアレイ方向の制御が可能な多素子アンテナである。アンテナ１５は、無線端末２によって送信された信号を受信することもできる。アンテナ１５は、受信信号をＬＮＡ１９に入力する。

ＬＮＡ１９は、入力された信号を増幅する増幅器である。ＬＮＡ１９は、アンテナ１５から入力された受信信号を増幅してミキサ１８に入力する。ミキサ１８は、局部発振器１２から出力された信号に基づいて、アンテナ１５からＬＮＡ１９を介して入力された搬送波周波数のアナログ受信信号をベースバンド周波数の信号にダウンコンバートする。ミキサ１８は、ダウンコンバートした受信信号をＡＤＣ１７に入力する。ＡＤＣ１７は、ミキサ１８から入力されたベースバンド周波数のアナログ受信信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１７は、デジタル信号に変換した受信信号を受信側ベースバンド処理部１６に入力する。

受信側ベースバンド処理部１６は、伝送路情報抽出部１６１と、ＭＩＭＯ処理部１６２と、複数のＯＦＤＭ処理部１６３とを有する。受信側ベースバンド処理部１６は、無線端末２から受信した信号を処理し、無線端末２から送信されたデータを復元する。

ＯＦＤＭ処理部１６３は、ＡＤＣ１７から入力された信号に対してＣＰ除去処理、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などを実行して受信信号をＯＦＤＭ復調する。

ＭＩＭＯ処理部１６２は、複数のＯＦＤＭ処理部１６３のそれぞれから入力されたＯＦＤＭ復調後の受信信号を重みづけ合成する。ＭＩＭＯ処理部１６２が行う重みづけ合成処理は、例えば、無線端末２からの受信信号に含まれている既知系列に基づいた伝送路推定と、伝送路推定の結果得られた伝送路推定値からＯＦＤＭ処理部１６３から入力された各受信信号のウェイトを算出する処理と、算出したウェイトを各受信信号に乗算して重みづけを行った後、合成する処理とを含む。

伝送路情報抽出部１６１は、例えば、無線端末２からフィードバックされた伝送路情報を、ＭＩＭＯ処理部１６２で重みづけ合成された後の復調信号に基づいて、無線基地局１とそれぞれの無線端末２との間の伝送路の状態を示す伝送路情報を抽出する。伝送路情報抽出部１６１は、抽出した伝送路情報に含まれる伝送路推定値を送信側ベースバンド処理部１０のＭＩＭＯ処理部１０２に出力し、抽出した伝送路情報をＭＡＣ処理部２０に出力する。或いは伝送路情報抽出部１６１は、無線端末２からの受信信号に含まれる既知系列、例えばＳＲＳ（Sounding Reference Signal）に基づいて伝送路推定を行い、得られた伝送路推定値をＭＩＭＯ処理部１０２に出力してもよい。また伝送路情報抽出部１６１は、得られた伝送路推定値に基づいて、ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference Noise Ratio：信号対干渉雑音比）、ＲＩ（Rank Indicator）、受信アンテナ間相関値、送信アンテナ間相関値などの伝送路情報を算出してＭＡＣ処理部２０に出力してもよいし、伝送路推定値自体をＭＡＣ処理部２０に出力してもよい。

ＭＡＣ処理部２０は、受信側ベースバンド処理部１６の伝送路情報抽出部１６１から入力される伝送路情報に基づいて、無線基地局１が同一周波数で同時に空間多重を行う伝送相手端末を無線端末２の中から選択する。ＭＡＣ処理部２０は、一次選択部２０１と、二次選択部２０２とを有する。ＭＡＣ処理部２０の詳細については後述される。

続いて、送信側ベースバンド処理部１０内のＭＩＭＯ処理部１０２の処理について、ＭＵ−ＭＩＭＯダウンリンクシステムを用いて説明する。以下の説明中において、複数の無線端末２のそれぞれを区別する必要がある場合、無線端末２の番号として＃ｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｎ_usr）を用いて、無線端末２＃ｉと称する。また、バーが付された文字を示す場合、その文字の後に（バー）を記載し、ハットが付された文字を示す場合、その文字の後に（ハット）を記載し、チルダが付された文字を示す場合、その文字の後に（チルダ）を記載する場合がある。

無線端末２＃ｉの送信信号ベクトルをｓ_i（ｔ）、送信電力配分行列をＰ_i、送信プリコーディング行列をＢ_i、真のＮ_r×Ｎ_t伝送路行列をＨ（ハット）_i、Ｎ_w,total×Ｎ_r受信ウェイト行列をＷ_i、受信ウェイト乗積前の真の受信信号ベクトルをｙ_i（ｔ）、受信ウェイト乗積後の受信信号ベクトルをｒ_i（ｔ）、真の受信熱雑音ベクトルをｎ（ハット）_i（ｔ）とした場合、システムモデルは、以下の数式（１）のように定義される。

ここで、Ｎ_rは受信アンテナ数、Ｎ_tは送信アンテナ数、Ｎ_w,totalは受信ウェイト乗算後の全ユーザ合計受信信号数、Ｎ_usrはユーザ数を示す。

ＭＩＭＯ処理部１０２は、受信側ベースバンド処理部１６内の伝送路情報抽出部１６１から取得した伝送路行列Ｈ（ハット）_iを用いることにより、送信電力配分行列Ｐ_iおよび送信プリコーディング行列Ｂ_iを決定し、無線端末２＃ｉは、受信ウェイト行列Ｗ_iを決定する。また、各無線端末２へ送信するストリーム数をＭＡＣ処理部２０から通知しておくことで、送信しないストリームの送信電力を０とし、他のストリームにその分の送信電力を分配しておくことも可能である。

さらに、受信ウェイト行列と真の伝送路行列を乗積したＮ_w,total×Ｎ_t行列を新たな伝送路行列Ｈ_iとし、真の受信熱雑音ベクトルに受信ウェイト行列を乗積したＮ_w,total次ベクトルを新たな受信熱雑音ベクトルｎ_iとすると、システムモデルは、以下の数式（２）のようになる。

さらに数式（２）は、以下の数式（３）のように表現することができる。

ここで、Ｈ（バー）は受信ウェイトを含めたＮ_w,total×Ｎ_tシステム伝送路行列、Ｂ（バー）はＮ_t×Ｎ_stシステムプリコーディング行列とする。ここで、Ｎ_stは、全無線端末２への総ストリーム数である。またＰ（バー）は、無線端末２への送信電力配分を定めるシステム送信電力行列、ｓ（バー）（ｔ）は、Ｎ_st次システム送信ベクトル、ｎ（バー）（ｔ）は、受信ウェイト乗積後のＮ_w,total次システム雑音ベクトルとする。さらに、Ｈ（バー）とＢ（バー）の積は、送信ビーム形成による実効的なシステム伝送路行列Ｈ（バー）_eと捉えることができる。

実効システム伝送路行列は、以下の数式（４）で示される。

ＢＤ法では、以下の数式（５）に示すように、数式（４）のブロック対角項、すなわちＨ_iＢ_i（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ_usr）成分を残してそれ以外の非ブロック対角項をゼロ行列０とする。

図３は、図２に示す無線基地局１の各機能を実現するために用いられるハードウェア構成の一例を示す図である。

プロセッサ３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などの処理回路である。ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などとも呼ばれる。

メモリ３０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などである。メモリ３０２は、プロセッサ３０１が実行するコンピュータプログラムと、プロセッサ３０１がコンピュータプログラムを実行中に使用される各種のデータとを記憶する。

無線基地局１の送信側ベースバンド処理部１０、受信側ベースバンド処理部１６およびＭＡＣ処理部２０は、プロセッサ３０１およびメモリ３０２と、メモリ３０２に記憶されたコンピュータプログラムとを用いて実現することができる。

送信側ベースバンド処理部１０のＭＩＭＯ処理部１０２、ＭＩＭＯ処理部１６２、伝送路情報抽出部１６１、ＭＡＣ処理部２０の機能の一部は、プロセッサ３０１がメモリ３０２に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することにより実現される。また送信側ベースバンド処理部１０のＭＩＭＯ処理部１０２、受信側ベースバンド処理部１６のＭＩＭＯ処理部１６２、およびＭＡＣ処理部２０の機能の一部は、電子回路により実現される。ＯＦＤＭ処理部１０３およびＯＦＤＭ処理部１６３の機能は、電子回路により実現することができる。伝送路情報抽出部１６１の機能は、プロセッサ３０１がメモリ３０２に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することにより実現してもよいし、電子回路により実現してもよい。

図４は、図２に示す無線基地局１が伝送相手端末を選択する動作を示すフローチャートである。以下、無線基地局１のＭＡＣ処理部２０の機能のうち、無線基地局１の伝送相手端末を選択する機能を実現するための動作について説明する。なお図４に示す動作を行う前に、無線基地局１と無線端末２との間で接続処理が実行済であり、以下の説明中で処理対象の無線端末２は、無線基地局１と接続処理が実行済の無線端末２である。

ＭＡＣ処理部２０の一次選択部２０１は、無線基地局１が同時に同一周波数で空間多重する無線端末２の数であるＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数を設定する（ステップＳ１０１）。一次選択部２０１は、無線基地局１のアンテナ数、プロセッサ処理能力などから決定される固定値をＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数として設定することができる。或いは一次選択部２０１は、無線基地局１が接続している複数の無線端末２の伝送品質の平均が基準を上回っている場合、ＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数を基準値よりも増やして、伝送品質の平均が基準を下回っている場合、ＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数を基準値よりも減らしてもよい。

続いて一次選択部２０１は、ＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数に基づいて、無線端末２を一次選択する台数である一次選択数を設定する（ステップＳ１０２）。具体的には、一次選択部２０１は、ＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数に一定値を加えた値を一次選択数とすることができる。或いは一次選択部２０１は、ＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数に、ＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数の大きさに応じた一定割合の値を加えた値を一次選択数とすることができる。

一次選択部２０１は、設定した一次選択数と、複数の無線端末２のそれぞれから受信する信号のＳＩＮＲとに基づいて、伝送相手端末の候補である複数の候補端末を選択する（ステップＳ１０３）。例えば一次選択部２０１は、Proportional Fairnessとして知られる方法を用いることができる。具体的には、一次選択部２０１は、無線端末２＃ｉの瞬時的なＳＩＮＲであるＳＩＮＲ_iに基づいて、時間平均のＳＩＮＲであるAve_SINR_iを求めて、Ave_SINR_iに基づいて以下の数式（６）で示されるメトリック値metric_iを求める。

一次選択部２０１は、求めたメトリック値metric_iが大きい順に一次選択数分、無線端末２を選択する。ここで、ＳＩＮＲ_iは、無線基地局１の特定のアンテナ１５と無線端末２の特定のアンテナとの間で観測されるＳＩＮＲであってもよいし、無線基地局１の複数のアンテナ１５と無線端末２の特定のアンテナとの間で観測される複数のＳＩＮＲの平均値であってもよいし、無線基地局１の複数のアンテナ１５と無線端末２の複数のアンテナとの間で観測される複数のＳＩＮＲの平均値であってもよい。或いはＳＩＮＲ_iは、ＭＩＭＯ技術により空間多重を行った際に無線端末２＃ｉに対するストリーム毎のＳＩＮＲを平均した値であってもよい。

無線端末２＃ｉに対するストリーム毎のＳＩＮＲを観測することが可能な場合、一次選択部２０１は、ストリーム＃ｊの瞬時的なＳＩＮＲであるＳＩＮＲ_i,jを使って、時間平均のＳＩＮＲであるAve_SINR_i,jを求めることができる。この場合、一次選択部２０１は、上記のメトリック値metric_iに代えて、以下の数式（７）で示されるメトリック値metric_iを求め、このメトリック値metric_iが大きい順に一次選択数分、無線端末２を選択することもできる。

一次選択部２０１が候補端末を選択すると、二次選択部２０２が候補端末から伝送路推定値に基づいて伝送相手端末を選択する二次選択処理に移る。二次選択部２０２は、一次選択部２０１が選択した候補端末と無線基地局１との間の伝送路情報を取得する（ステップＳ１０４）。二次選択部２０２は、伝送路情報抽出部１６１から伝送路情報を取得することができる。このとき二次選択部２０２は、無線端末２に対する伝送路情報のフィードバック指示、または既知系列信号の送信指示を送信側ベースバンド処理部１０に送信させて、無線端末２に伝送路情報または既知系列信号を送信させることができる。二次選択部２０２は、無線端末２にフィードバック指示を行う際に、無線基地局１がフィードバックを行うために用いるアンテナ１５の数を、全アンテナ数よりも少ない数に制限することができる。また無線端末２がフィードバックを行うために用いるアンテナの数も同様に、全アンテナ数よりも少ない数に制限することができる。さらに二次選択部２０２は、フィードバックのために用いるサブキャリアを全サブキャリア数よりも少ない数に制限することができる。

二次選択部２０２は、候補端末の中から無線端末２の仮選択を行い、仮選択された無線端末２である仮選択端末を伝送相手端末とするか否かを判断する処理が、全ての候補端末について終わるまで、或いは、選択した伝送相手端末の数がＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数となるまで繰り返す。以下、この繰り返し処理の詳細について説明する。

二次選択部２０２は、無線端末２の仮選択回数が一次選択数より小さいか否かを判断することによって、全ての候補端末について処理が終わったか否かを判断する（ステップＳ１０５）。仮選択回数が一次選択数よりも小さい場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、二次選択部２０２は、候補端末の仮選択を行う（ステップＳ１０６）。そして既に伝送相手端末として選択された無線端末２である既選択端末と、仮選択端末との間で、受信アンテナ間相関値を計算する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の計算処理は、既選択端末の台数だけ繰り返される。

受信アンテナ間相関値は、それぞれの候補端末との間で伝送される信号間の相関を示す値であり、それぞれの候補端末の伝送路推定値を用いて計算することができる。具体的には、ｈ_i,kを仮選択端末のアンテナ＃ｉと無線基地局１のアンテナ＃ｋとの間の伝送路推定値、ｈ_j,kを既選択端末のアンテナ＃ｊと無線基地局１のアンテナ＃ｋとの間の伝送路推定値とすると、受信アンテナ間相関値は、以下の数式（８）で表すことができる。

二次選択部２０２は、無線端末２が複数のアンテナを有している場合、アンテナ間の平均で受信アンテナ間相関値を決定してもよいし、複数のアンテナのうち１つのアンテナを代表として計算してもよい。数式（８）では、無線基地局１のアンテナ数分の加算を行っているが、代表する１つのアンテナについて相関値を計算してもよいし、加算するアンテナを任意に選択してもよい。また数式（８）は、１つのサブキャリアを用いて計算した例であるが、１つの代表するサブキャリアで計算してもよいし、複数のサブキャリアの平均を求めても良い。なお、ここでは二次選択部２０２が受信アンテナ間相関値を計算することとしたが、他の機能部にて受信アンテナ間相関値を計算して、二次選択部２０２は計算された受信アンテナ間相関値を取得してもよい。

二次選択部２０２は、仮選択端末について計算した全ての受信アンテナ間相関値が、予め定められた閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０８）。全ての受信アンテナ間相関値が閾値以下である場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、二次選択部２０２は、仮選択端末を伝送相手端末として選択する（ステップＳ１０９）。そして二次選択部２０２は、端末選択数がＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数以上となったか否かを判断する（ステップＳ１１０）。端末選択数がＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数以上となった場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、二次選択部２０２は、伝送相手端末の選択処理を終了する。端末選択数がＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数以上でない場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、二次選択部２０２は、ステップＳ１０５から処理を繰り返す。また仮選択端末について計算した全ての受信アンテナ間相関値が、閾値以下でない場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、すなわち、計算した相関値のうち１つでも閾値を超えるものがあった場合、二次選択部２０２は、この仮選択端末を伝送相手端末とはせずに、ステップＳ１０５から処理を繰り返す。二次選択部２０２は、仮選択回数が一次選択数より小さくない場合、すなわち仮選択回数が一次選択数以上となった場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、伝送相手端末の選択処理を終了する。

以上説明した伝送相手端末の選択処理では、仮選択端末と既選択端末との間の受信アンテナ間相関値を求めたが、本発明はかかる例に限定されない。送信アンテナ間相関値を用いてもよいし、他のメトリック値を用いてもよい。

以上説明した本発明の実施の形態１では、ＳＩＮＲに基づいて複数の無線端末２の中から伝送相手端末の候補である候補端末を選択する一次選択処理を行った後に、候補端末の中から、伝送路推定値に基づいて伝送相手端末が選択される。この構成により、最初から全ての無線端末２について複雑な演算を行うことなく、効率的に伝送相手端末を絞り込んでいくことが可能であるため、伝送相手端末を選択するための演算量を低減することが可能である。また、無線基地局１を基準としたそれぞれの無線端末２の方位の差が閾値未満である無線端末２の中でも伝送相手端末が選択されうるため、伝送相手端末が選択されない可能性を低減することが可能である。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる無線基地局１の構成を示す図である。図５に示す無線基地局１を含む無線通信システム１００の構成は、実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。また、図５に示す構成要素のうち、実施の形態１と同様の部分についてはここでは説明を省略し、実施の形態１と異なる点について主に説明する。

図５に示す無線基地局１は、図２に示す構成に加えて、ビーム形状制御部２１を有する。アンテナ１５は、アクティブ・フェーズド・アレイ・アンテナのようなアレイ方向の制御が可能な多素子アンテナであり、指向性ビームを形成することが可能な指向性アンテナである。ビーム形状制御部２１は、アンテナ１５のアレイ方向を制御することにより、アンテナ１５が形成するビームの形状を制御することができる。ＭＡＣ処理部２０は、無線基地局１に対する無線端末２の方向を検出することができる。ＭＡＣ処理部２０は、例えば、アレイ方向をサーチするための既知系列信号を無線基地局１から送信して、無線端末２で観測したＳＩＮＲが最大となるアレイ方向を示す識別情報を無線端末２から無線基地局１にフィードバックさせることにより、無線基地局１に対する無線端末２の方向を検出することができる。

本実施の形態２においては、二次選択部２０２は、無線基地局１に対する無線端末２の方向を用いて、無線基地局１に対する無線端末２の方向が近接している無線端末２間のアンテナ間相関値の計算を省略する。具体的には、二次選択部２０２は、候補端末のそれぞれについて、他の候補端末との間のアンテナ間相関値を計算するときに、候補端末のうち第１の候補端末と通信するときに形成されるビームの方向が、第２の候補端末と通信するときに形成されるビームの方向となす角度が予め定められた角度以上となる場合、第１の候補端末と第２の候補端末との間でアンテナ間相関値の計算を省略する。

図６は、図５に示す無線基地局１が伝送相手端末を選択する動作を示すフローチャートである。図６に示す動作についても、実施の形態１と同様である部分については説明を省略する。

ステップＳ１０６において候補端末の仮選択が行われた後、二次選択部２０２は、既選択端末と仮選択端末との間のアレイ方向が近接しているか、具体的にはアレイ方向の差が閾値以内であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。アレイ方向とは、無線基地局１が無線端末２と通信するときにアンテナ１５を用いて形成されるビームの方向である。

アレイ方向の差が閾値以内である場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、二次選択部２０２は、既選択端末と仮選択端末との間で受信アンテナ間相関値を計算する（ステップＳ１０７）。アレイ方向の差が閾値以内でない場合、すなわちアレイ方向の差が閾値を超える場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、二次選択部２０２は、ステップＳ１０７に示す受信アンテナ間相関値の計算処理を省略する。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、既選択端末と仮選択端末との間のアレイ方向の差が閾値を超える場合、受信アンテナ間相関値の計算が省略される。この構成により、アンテナ間相関値が閾値以上となる可能性が高い候補端末の組み合わせについてのみアンテナ間相関値の計算が行われ、アンテナ間相関値が閾値未満となる可能性が高い候補端末の組み合わせについてはアンテナ間相関値の計算が省略される。したがって、無線基地局１は、伝送相手端末の選択のための演算量をさらに低減することが可能である。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３にかかる無線基地局１が伝送相手端末を選択する動作を示すフローチャートである。本実施の形態３にかかる無線基地局１の構成は図２に示す実施の形態１と同様であり、無線基地局１を含む無線通信システム１００の構成は図１に示す実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。以下、この無線基地局１の動作について、図４に示した実施の形態１の動作と異なる部分について主に説明する。

本実施の形態３では、一次選択部２０１が候補端末を選択する一次選択処理を行った後、二次選択処理を行う前に、二次選択部２０２は、二次選択処理における候補端末の処理順を伝送路の品質に基づいて並べ替える（ステップＳ３０１）。ここで二次選択部２０２は、伝送路情報に基づいて、それぞれの候補端末と無線基地局１との間の伝送路の品質が高い順に候補端末を並び替える。二次選択処理では、先に処理された候補端末の方が優先的に伝送相手端末として選択されるため、処理順を並び替えることにより、伝送路の品質が高いほど優先的に伝送相手端末として選択することが可能になる。したがって、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送の性能を向上させることが可能である。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４にかかる無線基地局１が伝送相手端末を選択する動作を示すフローチャートである。本実施の形態３にかかる無線基地局１の構成は図２に示す実施の形態１と同様であり、無線基地局１を含む無線通信システム１００の構成は図１に示す実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。以下、この無線基地局１の動作について、図４に示した実施の形態１の動作と異なる部分について主に説明する。

本実施の形態４では、候補端末について計算したアンテナ間相関値が全て閾値以下でなかった場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、二次選択部２０２は、その候補端末を非選択端末として記録する（ステップＳ４０２）。また同様に、ステップＳ１１０において端末選択数がＭＵ−ＭＩＭＯユーザ多重最大数以上となった場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、その時点で処理対象とならなかった候補端末を非選択端末として記録する（ステップＳ４０３）。

そして、一次選択部２０１は、次回の伝送相手端末を選択するときに、記録された非選択端末を優先的に候補端末として選択する。具体的には、一次選択部２０１は、ステップＳ１０２において一次選択数を設定した後、ステップＳ１０３の一次選択処理を行う前に、前回の非選択端末を候補端末として選択する(ステップＳ４０１)。

以上説明したように、本発明の実施の形態４によれば、二次選択部２０２が選択しなかった候補端末を次回の伝送相手端末の選択のタイミングで優先的に処理することが可能になり、伝送相手端末の選択における公平性を確保することが可能になる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１無線基地局、２無線端末、３上位装置、４通信ネットワーク、５送信ビーム、１０送信側ベースバンド処理部、１１ＤＡＣ、１２局部発振器、１３，１８ミキサ、１４ＰＡ、１５アンテナ、１６受信側ベースバンド処理部、１７ＡＤＣ、１９ＬＮＡ、２０ＭＡＣ処理部、２１ビーム形状制御部、１０１ストリーム、１０２，１６２ＭＩＭＯ処理部、１０３，１６３ＯＦＤＭ処理部、１６１伝送路情報抽出部、２０１一次選択部、２０２二次選択部、３０１プロセッサ、３０２メモリ。

Claims

複数の端末のそれぞれから受信した信号の信号対干渉雑音比に基づいて、前記複数の端末の中から、伝送相手端末の候補である複数の候補端末を選択する一次選択部と、
それぞれの前記候補端末との間で伝送される信号間の相関を示す値であり、それぞれの前記候補端末の伝送路推定値を用いて計算されるアンテナ間相関値に基づいて、複数の前記候補端末の中から、複数の前記伝送相手端末を選択する二次選択部と、
前記二次選択部により選択された複数の前記伝送相手端末へ送信する信号を同一周波数で同時に空間多重する送信処理部と、
指向性アンテナと、
それぞれの前記端末と通信するときに前記指向性アンテナが形成するビームの形状を制御するビーム形状制御部と、
を備え、
前記二次選択部は、前記候補端末のうち第１の候補端末と通信するときに形成される前記ビームの方向が、前記候補端末のうち第２の候補端末と通信するときに形成される前記ビームの方向となす角度が予め定められた角度以上となる場合、前記第１の候補端末と前記第２の候補端末との間で前記アンテナ間相関値の計算を省略することを特徴とする無線通信装置。
前記二次選択部は、前記伝送相手端末として選択しなかった端末を非選択端末として記録し、
前記一次選択部は、次回の伝送相手端末を選択するとき、記録された前記非選択端末を優先的に前記候補端末として選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。