JP6619372B2

JP6619372B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法

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Publication number: JP6619372B2
Application number: JP2017039128A
Authority: JP
Inventors: 聞杰姜; 泰司鷹取; 知明大槻
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Keio University
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Keio University
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2037-03-02
Also published as: JP2018148299A

Description

本発明は、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

近年、利便性、小型化やモバイルアプリケーションの普及等の諸要因により、無線基地局およびスマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末が増加している。これに伴い、限られた電波資源の高効率な利用が求められている。

複数の携帯通信端末（以下、“ユーザ端末”とも称される）が同時に通信できる新たなマルチアクセス技術として、基地局側が複数のアンテナを備えるマルチユーザＭＩＭＯ（Multiuser MIMO（Multiple Input Multiple Output））の技術が提案されている（例えば、非特許文献１、２参照）。

また、複数のアンテナの導入による空間マルチアクセス技術では、複数のユーザ端末が利用する電波資源を周波数軸や時間軸に沿って分割する代わりに、各基地局が電波資源全体を利用できるように、基地局やユーザ端末が、送信ウェイトや受信ウェイトを通じて、複数のユーザ端末の同時通信を実現している。特に、従来のＭＩＭＯ技術より多くのユーザ端末の接続や、高い通信容量の達成が可能となる、基地局側が多数のアンテナ素子を備えた大規模マルチユーザＭＩＭＯ（Massive MIMO）の技術が提案されている（例えば、非特許文献３、４参照）。

ＭＩＭＯ技術による多数のユーザ端末との通信を実現するには、高精度な伝搬路情報に基づく正確な送信ウェイトの計算が必要不可欠である。しかしながら、移動通信環境では高精度の伝搬路情報の取得は決して容易ではない。特に、大規模マルチユーザＭＩＭＯの技術では、伝搬路情報がアンテナ数やユーザ数に比例して増加するため、伝搬路情報の取得がより困難となる。伝搬路情報の取得には大きく分けて推定した情報を基地局にフィードバックするＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式と基地局にパイロット信号を送信し直接推定するＴＤＤ（Time Division Duplex）方式とがある。なお、ＦＤＤ方式の場合、大規模マルチユーザＭＩＭＯの技術において、基地局のアンテナ数に比例する膨大な伝搬路情報のフィードバックが必要となる。このため、ＦＤＤ方式は、フィードバック不要なＴＤＤ方式に比べて、伝搬路情報の取得に時間がかかる。

一方、ＴＤＤ方式で伝搬路情報を取得する場合には、各セルのユーザ端末は、基地局との間で予め既知の情報を含むパイロット信号（またはトレーニング信号）を、ユーザ端末が位置するセルである自セルの基地局へ送信する。基地局は、受信したパイロット信号を用いて伝搬路情報を推定して取得する。なお、パイロット信号の数は、短い無線伝搬路のコヒーレンス期間、すなわち変動の少ない期間の中で伝送効率を優先する観点から制限されている。したがって、多数のユーザ端末を有する大規模マルチユーザＭＩＭＯの無線通信システムでは、同一周波数を利用する近接セル同士も同じパイロット信号の集合を共用する必要がある。この結果、同一周波数を利用するセル間のパイロット信号の干渉、すなわちパイロット汚染が発生し、基地局での伝搬路情報の推定精度の劣化、最終的に通信品質や伝送容量の低下を招く要因になる（例えば、非特許文献５参照）。

パイロット汚染の対策として、伝搬路応答行列の共分散行列を用いてパイロット信号を共用する他セルからの干渉ユーザを割り当てることによりパイロット汚染の軽減を図る技術が提案されている（例えば、非特許文献６参照）。また、到来角（ＡｏＡ：Angle of Arrival）の情報を利用して他セルからの共用パイロット信号による干渉が低減するような（パイロット共用する）干渉ユーザの割当を行う技術が提案している（例えば、非特許文献７参照）。

Quentin H. Spencer, A. Lee Swindlehurst, and Martin Haardt, "Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels," IEEE Trans. on Signal Processing, vol. 52, no. 2, pp. 461-471, February 2004. David Gesbert, Marios Kountouris, Robert W. Heath Jr., Chan-Byoung Chae, and Thomas Salzer, "Shifting the MIMO Paradigm," IEEE Signal Processing Magazine, vol. 24, no. 5, pp. 36-46, September 2007. F. Rusek, D. Persson, B. K. Lau, E. G. Larsson, T. L. Marzetta, O. Edfors, and F. Tufvesson, "Scaling up MIMO: Opportunities and challenges with very large arrays," IEEE Sig. Proc. Mag., vol. 30, no. 1, pp. 40-60, Jan. 2013. E. G. Larsson, O. Edfors, F. Tufvesson, and T. L. Marzetta, "Massive MIMO for next generation wireless systems," IEEE Comm. Mag., vol. 52, no. 2, pp. 186-195, Feb. 2014. Jubin Jose, Alexei Ashikhminl, Thomas L. Marzettal, and Sriram Vishwanath, "Pilot Contamination Problem in Multi-Cell TDD Systems", IEEE ISIT 2009, Seoul, Korea, June 28 - July 3, 2009. Haifan Yin, David Gesbert, Miltiades Filippou, and Yingzhuang Liu,"A Coordinated Approach to Channel Estimation in Large-Scale Multiple-Antenna Systems," IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 31, NO. 2, FEBRUARY 2013, pp. 264-273. L. Srikar Muppirisetty, Henk Wymeersch, Johnny Karout, and Gabor Fodor, "Location-Aided Pilot Contamination Elimination for Massive MIMO Systems,"IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), 6-10 Dec. 2015.

しかしながら、非特許文献６の技術は、共分散行列のサイズがアンテナ数のべき乗に比例し、伝搬路の時間変動にも依存するため、実用において困難である。

また、非特許文献７の技術では、自セルのユーザ端末である所望ユーザが逐次に干渉ユーザ割当処理を実行する。このため、先に割当処理が実行される所望ユーザは、選択できる干渉ユーザの候補数が多く、後に割当処理が実行される所望ユーザほど、選択できる干渉ユーザの候補数が少なくなる。すなわち、非特許文献７では、割当処理が実行される順番に応じて割当の不公平が生じ、個々の所望ユーザが受ける共用パイロットによる干渉量がばらつき、所望ユーザ間に伝搬路情報の推定精度の格差が生じてしまう。

本発明は、割当処理における所望ユーザ間の公平性を向上させ、所望ユーザが受ける他セルからのパイロット信号による干渉を低減し、伝搬路情報の推定精度を向上させることができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数のセルの各々に配置され、配置された各セル内の複数のユーザ端末と無線通信を行う複数の基地局を有する無線通信システムであって、基地局は、配置されたセルである自セル内の複数のユーザ端末の各々、及び他のセルの複数のユーザ端末の各々について、ユーザ端末の位置を示す情報、及びユーザ端末から到来する電磁波の到来角を示す情報を含む位置情報を収集する収集手段と、自セル内の複数のユーザ端末の各々に対し、伝搬路の状態を示す伝搬路情報の推定に用いられるパイロット信号を当該ユーザ端末と共用する他のセルのユーザ端末として、他のセルからのパイロット信号との干渉が最小となるように、位置情報から算出した到来角の重なり具合と距離減衰とを組み合わせた第１指標値に基づいて、他のセルの１のユーザ端末を割り当てる割当手段とを備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、自セル内の複数のユーザ端末の各々における他のセルからのパイロット信号による干渉の影響の受け易さを示す第２指標値を、位置情報に基づいて算出し、算出した第２指標値に応じて、自セル内の複数のユーザ端末の各々に対する割当手段による処理が実行される順番を決定する決定手段をさらに備え、割当手段は、決定された順番で自セル内の複数のユーザ端末の各々に対し、第１指標値に基づいて他のセルの１のユーザ端末を割り当てることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、決定手段は、自セル内の複数のユーザ端末の各々の位置情報を用いて、到来角と距離減衰とを組み合わせた第２指標値を、自セル内の複数のユーザ端末の各々について算出することを特徴とする。

第４の発明は、複数のセルの各々に配置され、配置された各セル内の複数のユーザ端末と無線通信を行う複数の基地局を有する無線通信システムの無線通信方法であって、基地局が、配置されたセルである自セル内の複数のユーザ端末の各々、及び他のセルの複数のユーザ端末の各々について、ユーザ端末の位置を示す情報、及びユーザ端末から到来する電磁波の到来角を示す情報を含む位置情報を収集する収集処理と、自セル内の複数のユーザ端末の各々に対し、伝搬路の状態を示す伝搬路情報の推定に用いられるパイロット信号を当該ユーザ端末と共用する他のセルのユーザ端末として、他のセルからのパイロット信号との干渉が最小となるように、位置情報から算出した到来角の重なり具合と距離減衰とを組み合わせた第１指標値に基づいて、他のセルの１のユーザ端末を割り当てる割当処理とを実行することを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、基地局が、自セル内の複数のユーザ端末の各々における他のセルからのパイロット信号による干渉の影響の受け易さを示す第２指標値を、位置情報に基づいて算出し、算出した第２指標値に応じて、自セル内の複数のユーザ端末の各々に対する割当処理が実行される順番を決定する決定処理をさらに実行し、割当処理では、決定された順番で自セル内の複数のユーザ端末の各々に対し、第１指標値に基づいて他のセルの１のユーザ端末を割り当てることを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、決定処理では、自セル内の複数のユーザ端末の各々の位置情報を用いて、到来角と距離減衰とを組み合わせた第２指標値を、自セル内の複数のユーザ端末の各々について算出することを特徴とする。

本発明は、割当処理における所望ユーザ間の公平性を向上させ、所望ユーザが受ける他セルからのパイロット信号による干渉を低減し、伝搬路情報の推定精度を向上させることができる。

無線通信システムの一実施形態を示す図である。図１に示した基地局における割当処理の一例を示す図である。指標値Ｍの説明の一例を示す図である。図１に示した基地局における割当処理の別例を示す図である。所望ユーザにおける到来角の広がりを指標値とする場合の一例を示す図である。自セルにおける全ユーザの平均正規化推定誤差を示す図である。各ユーザの正規化推定誤差を示す図である。

以下、図面を用いて実施形態について説明する。

図１は、無線通信システムの一実施形態を示す。

図１に示した無線通信システムＳＹＳは、例えば、大規模マルチユーザＭＩＭＯシステムである。無線通信システムＳＹＳは、７つセルＣ（Ｃ１−Ｃ７）の各々に配置された基地局ＢＳ（ＢＳ（１）−ＢＳ（７））、および各セルＣに２つのユーザ端末ＵＴ（ＵＴ１１、ＵＴ１２、ＵＴ２１、ＵＴ２２、ＵＴ３１、ＵＴ３３、ＵＴ４１、ＵＴ４２、ＵＴ５１、ＵＴ５２、ＵＴ６１、ＵＴ６２、ＵＴ７１、ＵＴ７２）を有する。なお、無線通信システムＳＹＳは、７以外の複数の基地局ＢＳを有してもよい。また、無線通信システムＳＹＳは、各セルＣに２以外の複数のユーザ端末ＵＴを有してもよい。

ユーザ端末ＵＴは、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末であり、ユーザ端末ＵＴが位置するセルＣ（自セル）の基地局ＢＳとの間で無線通信を行う。

基地局ＢＳは、例えば、アクセスポイントやセルラ基地局等である。基地局ＢＳは、基地局ＢＳに含まれる複数のアンテナを介して、配置されたセルＣ（自セル）のユーザ端末ＵＴの各々との間で無線通信を行う。

また、基地局ＢＳは、互いに直交する複数のパイロット信号の集合を、他のセルＣの基地局ＢＳと共有する。基地局ＢＳは、自セルのユーザ端末ＵＴの各々に対して、いずれかのパイロット信号を設定する。そして、ユーザ端末ＵＴは、設定されたパイロット信号を自セルの基地局ＢＳにＴＤＤ方式で送信し、基地局ＢＳは、受信したパイロット信号を用いて、自セルのユーザ端末ＵＴとの間における伝搬路の状態を示す伝搬路情報を推定する。

しかしながら、パイロット信号の集合をセルＣ１−Ｃ７の各々で共有するため、例えば、基地局ＢＳ（１）は、図１に示すように、自セルＣ１のユーザ端末ＵＴ１１から実線で示したパイロット信号ｓ１を受信するとともに、セルＣ２のユーザ端末ＵＴ２１から破線で示したパイロット信号ｓ１を受信する。同様に、基地局ＢＳ（１）は、自セルＣ１のユーザ端末ＵＴ１２から実線で示したパイロット信号ｓ２を受信するとともに、セルＣ７のユーザ端末ＵＴ７２から破線で示したパイロット信号ｓ２を受信する。

これにより、基地局ＢＳ（１）において、ユーザ端末ＵＴ１１からパイロット信号ｓ１とユーザ端末ＵＴ２１からパイロット信号ｓ１とは互いに干渉する。このパイロット信号の干渉が、パイロット汚染であり、基地局ＢＳ（１）は、自セルＣ１のユーザ端末ＵＴ１１との間における伝搬路情報を推定することが困難となる。同様に、基地局ＢＳ（１）は、ユーザ端末ＵＴ１２からパイロット信号ｓ２とユーザ端末ＵＴ７２からパイロット信号ｓ２との干渉により、自セルＣ１のユーザ端末ＵＴ１２との間における伝搬路情報を推定することが困難となる。そこで、基地局ＢＳは、パイロット汚染を低減するために、図２に示すパイロット信号の割当処理を実行する。

図２は、図１に示した基地局ＢＳ（１）における割当処理の一例を示す。図２に示した処理では、基地局ＢＳ（１）が配置されたセルＣ１（自セル）と、パイロット信号を共用する他のセルＣとのセル数は、Ｌ（＝７）個とする。また、各セルＣには、Ｋ（＝２）個のユーザ端末ＵＴがあるとする。

また、図２に示した処理は、基地局ＢＳ（１）に含まれるプロセッサ等の演算処理装置が、ハードディスク装置等の記憶装置に記憶されるプログラムを実行することにより実現される。すなわち、図２に示した処理は、無線通信方法の一実施形態である。なお、プログラムは、演算処理装置が読み取り可能な記憶媒体に記憶して頒布されてもよく、ネットワークを介して頒布されてもよい。また、基地局ＢＳ（２）−ＢＳ（７）は、基地局ＢＳ（１）と同一または同様の処理を実行する。

ステップＳ１００では、基地局ＢＳ（１）は、自セルＣ１のユーザ端末ＵＴの位置情報を、自セルＣ１のユーザ端末ＵＴの各々から収集する。また、基地局ＢＳ（１）は、他のセルＣのユーザ端末ＵＴの位置情報を、他のセルＣのユーザ端末ＵＴからそれぞれ収集する。

次に、ステップＳ１１０では、基地局ＢＳ（１）は、自セルＣ１のＫ個のユーザ端末ＵＴである所望ユーザに対して、個々が使用するパイロット信号を割り当てる。

次に、ステップＳ１２０では、基地局ＢＳ（１）は、自セルＣ１のＫ個のユーザ端末ＵＴ１１からユーザ端末ＵＴ１Ｋの所望ユーザに対して、逐次に各所望ユーザが受ける他のセルＣからのパイロット信号の干渉が最小となるように、位置情報に基づいて他のセルＣ内のユーザ端末ＵＴである干渉ユーザを割り当てる。

例えば、基地局ＢＳ（１）は、ステップＳ１００で取得した位置情報と式（１）および式（２）とを用いて、干渉ユーザ割当に用いる指標値（メトリック）Ｍを算出する。

図３は、指標値Ｍの説明の一例を示す。図３では、基地局ＢＳ（１）の位置を座標原点とし、自セルＣ１内のＫ個の所望ユーザのうち、ｉ番目のユーザ端末ＵＴ１ｉと、他のセルＣｊ（以下、“他セルｊ”とも称される）内のｍ番目のユーザ端末ＵＴｊｍとを示す。なお、ｊは２からＬの整数であり、ｍは１からＫの整数である。

図３に示すように、θｍｉｎ（ｉ）およびθｍａｘ（ｉ）は、自セルＣ１のユーザ端末Ｕ１ｉから到来する電磁波の最小の到来角および最大の到来角を示す。θｍｉｎ（ｊ，ｍ）およびθｍａｘ（ｊ，ｍ）は、他セルｊのユーザ端末Ｕｊｍから到来する電磁波の最小の到来角および最大の到来角を示す。なお、各到来角を示す情報は、ステップＳ１００で取得した位置情報に含まれる。

基地局ＢＳ（１）は、他セルｊのＫ個の干渉ユーザのうち、自セルＣ１の所望ユーザとの到来角との重なりが少なく、指標値Ｍが最大となるような干渉ユーザを割り当てる。すなわち、基地局ＢＳ（１）は、各他セルｊから自セルＣ１の所望ユーザとパイロット信号を共有する１つだけの干渉ユーザを割り当てる。

なお、基地局ＢＳ（１）は、式（２）とともに到来角と距離減衰とを組み合わせた式（３）を用いて、指標値Ｍを求めてもよい。

ここで、ｘ_Ｂは、基地局ＢＳ（１）の位置のＸＹ座標を示し、ｘ_ｊｍは、他セルｊのｍ番目の干渉ユーザであるユーザ端末ＵＴｊｍの位置のＸＹ座標を示す。γは、無線通信システムＳＹＳのシステム設計において可変なパラメータである。

基地局ＢＳ（１）は、他セルｊの個々の干渉ユーザと所望ユーザ端末局との到来角の重なり具合および基地局ＢＳ（１）との距離減衰の両方を考慮してパイロット信号を共用する干渉ユーザの割当を行う。例えば、基地局ＢＳ（１）は、到来角が重なる、あるいは重なる割合が多い場合、基地局ＢＳ（１）との距離が遠い（距離減衰が多い）干渉ユーザを優先的に割り当てる。一方、基地局ＢＳ（１）は、到来角が重ならない、あるいは重なる割合が少ない場合、基地局ＢＳ（１）との距離が近い（距離減衰が少ない）干渉ユーザを優先的に割り当てる。

すなわち、基地局ＢＳ（１）は、指標値Ｍを到来角のみの１次元情報から到来角と距離減衰との２次元情報に拡大することにより、所望ユーザ間の公平性を従来と比べてより保つことができる。

ステップＳ１３０では、基地局ＢＳ（１）は、全ての他セルｊの干渉ユーザを割り当てたか否かを判定する。全ての他セルｊの干渉ユーザを割り当てた場合、基地局ＢＳ（１）の処理は、ステップＳ１４０に移る。一方、全ての他セルｊの干渉ユーザを割り当てていない場合、基地局ＢＳ（１）の処理は、ステップＳ１２０に移る。

ステップＳ１４０では、基地局ＢＳ（１）は、次の所望ユーザがあるか否かを判定する。次の所望ユーザがある場合、基地局ＢＳ（１）の処理は、ステップＳ１２０に移る。一方、次の所望ユーザがない場合、基地局ＢＳ（１）は、割当処理を終了する。

なお、ステップＳ１２０とステップＳ１３０との処理は、図２に示すようにループ処理されてもよく、他セルｊ毎に並列に処理されてもよい。

図１から図３に示した実施形態では、基地局ＢＳ（１）は、自セルＣ１のＫ個の所望ユーザに対して、逐次に各所望ユーザが受ける他セルｊからのパイロット信号の干渉が最小となるように、位置情報に基づいて他セルｊの干渉ユーザを割り当てる。すなわち、基地局ＢＳ（１）は、他セルｊのＫ個の干渉ユーザのうち、自セルＣ１の所望ユーザとの到来角との重なりの少なく、式（１）または式（３）の指標値Ｍが最大となるような干渉ユーザを割り当てる。これにより、無線通信システムＳＹＳは、割当処理における所望ユーザ間の公平性を向上させ、所望ユーザが受ける他セルからのパイロット信号による干渉を低減し、伝搬路情報の推定精度を向上させることができる。

図４は、図１に示した基地局ＢＳ（１）における割当処理の別例を示す。なお、図４に示したステップの処理のうち、図２に示したステップと同一または同様の処理を示すものについては、同一のステップ番号を付す。また、図４に示した処理では、図２の場合と同様に、基地局ＢＳ（１）が配置されたセルＣ１（自セル）と、パイロット信号を共用する他のセルＣとのセル数は、Ｌ（＝７）個とする。また、各セルＣには、Ｋ（＝２）個のユーザ端末ＵＴがあるとする。

また、図４に示した処理は、基地局ＢＳ（１）の演算処理装置が、記憶装置に記憶されるプログラムを実行することにより実現される。すなわち、図４に示した処理は、無線通信方法の別の実施形態である。なお、基地局ＢＳ（２）−ＢＳ（７）は、基地局ＢＳ（１）と同一または同様の処理を実行する。

基地局ＢＳ（１）は、ステップＳ１００の処理を実行した後、ステップＳ１１０の処理とステップＳ１１５の処理とを並列に実行する。

ステップＳ１１５では、基地局ＢＳ（１）は、ステップＳ１００で取得した位置情報に基づいて、他セルからのパイロット信号の干渉の影響を受け易い所望ユーザの順序で、他セルの干渉ユーザの割当処理が実行されるように、自セルＣ１のＫ個の所望ユーザの各々に対する順番を決定する。

例えば、基地局ＢＳ（１）は、順番を決定するにあたり、他セルからのパイロット信号の干渉の影響を受け易さを示す指標値（メトリック）を算出する。

図５は、所望ユーザにおける到来角の広がりを指標値とする場合の一例を示す。図５では、基地局ＢＳ（１）の位置を座標原点とし、自セルＣ１内のＫ個の所望ユーザのうち、ユーザ端末ＵＴ１１とユーザ端末ＵＴ１Ｋとを示す。

図５に示すように、基地局ＢＳ（１）は、例えば、ステップＳ１００で収集した自セルのユーザ端末ＵＴ１ｉの位置情報に含まれる、ユーザ端末ＵＴ１ｉから到来する電磁波の最大の到来角θｍａｘ（ｉ）と最小の到来角θｍｉｎ（ｉ）との差分から、到来角の広がりΔθｉを求める。なお、ｉは１からＫの整数である。
Δθｉ＝θｍａｘ（ｉ）−θｍｉｎ（ｉ） …（４）
そして、基地局ＢＳ（１）は、例えば、到来角の広がりΔθが広い所望ユーザほど他セルからのパイロット信号との干渉を受け易く、到来角の広がりΔθが狭い所望ユーザほど他セルからのパイロット信号の干渉を受け難いとして、干渉ユーザの割当処理を実行する所望ユーザの順番を決定する。すなわち、基地局ＢＳ（１）は、求めた到来角の広がりΔθがΔθ１≧Δθ２≧…≧ΔθＫとなる場合、ユーザ端末ＵＴ１１を１番目の最初の所望ユーザに決定し、ユーザ端末ＵＴ１ＫをＫ番目の最後の所望ユーザに決定する。

なお、基地局ＢＳ（１）は、式（５）を用いて、最大の到来角θｍａｘと最小の到来角θｍｉｎと距離減衰とを組合せた到来角の広がりΔθを指標値として求めてもよい。
Δθｉ＝（θｍａｘ（ｉ）−θｍｉｎ（ｉ））／｜｜ｘ_Ｂ−ｘ_ｉ｜｜^γ …（５）
ここで、ｘ_Ｂは、基地局ＢＳ（１）の位置のＸＹ座標を示し、ｘ_ｉは、自セルＣ１の所望ユーザであるユーザ端末ＵＴ１ｉの位置のＸＹ座標を示す。γは、無線通信システムＳＹＳのシステム設計において可変なパラメータである。

これにより、基地局ＢＳ（１）は、式（４）を用いる場合と比べて、自セルＣ１の各所望ユーザの到来角の広がり具合および基地局ＢＳ（１）との距離減衰の両方を考慮して割当処理を実行する順番を決定することができる。

そして、基地局ＢＳ（１）は、ステップＳ１１０とステップＳ１１５との並列処理を実行した後、ステップＳ１２５の処理を実行する。

ステップＳ１２５では、基地局ＢＳ（１）は、ステップＳ１１５で決定した順番に従って、図２に示したステップＳ１２０の処理と同様に、逐次に自セルＣ１の各所望ユーザが受ける他のセルＣからのパイロット信号の干渉が最小となるように、位置情報に基づいて他のセルＣ内のユーザ端末ＵＴである干渉ユーザを割り当てる。

基地局ＢＳ（１）は、ステップＳ１２５の処理の後、ステップＳ１３０およびステップＳ１４０の処理を実行し、割当処理を終了する。

なお、ステップＳ１２５とステップＳ１３０との処理は、図４に示すようにループ処理されてもよく、他セルｊ毎に並列に処理されてもよい。

図４および図５に示した実施形態では、基地局ＢＳ（１）は、取得した位置情報に基づいて、他セルｊからのパイロット信号の干渉の影響を受け易い所望ユーザの順序で、他セルｊの干渉ユーザの割当処理が実行されるように、自セルＣ１のＫ個の所望ユーザの各々に対する順番を決定する。これにより、無線通信システムＳＹＳは、割当処理における所望ユーザ間の公平性を向上させることができる。

また、基地局ＢＳ（１）は、自セルＣ１のＫ個の所望ユーザに対して、決定した順番に従って逐次に各所望ユーザが受ける他セルｊからのパイロット信号の干渉が最小となるように、位置情報に基づいて他セルｊの干渉ユーザを割り当てる。すなわち、基地局ＢＳ（１）は、他セルｊのＫ個の干渉ユーザのうち、自セルＣ１の所望ユーザとの到来角との重なりの少なく、式（１）または式（３）の指標値Ｍが最大となるような干渉ユーザを割り当てる。これにより、無線通信システムＳＹＳは、割当処理における所望ユーザ間の公平性を向上させ、所望ユーザが受ける他セルからのパイロット信号による干渉を低減し、伝搬路情報の推定精度を向上させることができる。

図６および図７は、シミュレーションによる図１に示した無線通信システムＳＹＳの定量評価の結果を示す。すなわち、図６は、自セルにおける全ユーザの平均正規化推定誤差を示し、図７は、各ユーザの正規化推定誤差を示す。なお、図６の横軸は、基地局ＢＳが備えるアンテナ数を示し、縦軸は、正規化推定誤差ＭＳＥを示す。また、図７の横軸は、ユーザのインデックスを示し、縦軸は、対応する各ユーザの伝搬路情報の正規化推定誤差ＭＳＥを示す。

表１は、本発明を評価するシミュレーションの諸元を示す。表１に示すように、各セルＣの基地局ＢＳに備えるアンテナの数は５０であり、各セルＣのアクティブなユーザ端末ＵＴは１０とする。

図６および図７には、図２に示した本発明の干渉ユーザ割当（Proposed）とともに、従来の到来角（ＡｏＡ）によるパイロット割当（AoA based）、推定距離情報だけによる干渉ユーザ割当（Distance based）およびランダムな干渉ユーザ割当（Random）の結果を示す。また、図６および図７には、セル間干渉なしの理想的な場合の定量特性（Interference free scenario）を示す。

図６に示すように、本発明は、従来技術と比べて合計の伝搬路情報の推定誤差を抑制している。また、その傾向は、基地局ＢＳが備えるアンテナ数とともに増加している。

また、図７に示すように、本発明は、従来技術と比べてユーザ間の推定精度の格差を著しく低減している。すなわち、本発明によるパイロット信号を共用する干渉ユーザ割当の結果、所望ユーザ間の公平性が保たれている。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

Ｃ１−Ｃ７…セル；ＢＳ（１）−ＢＳ（７）…基地局；ｓ１，ｓ２…パイロット信号；ＳＹＳ…無線通信システム；ＵＴ１１、ＵＴ１２、ＵＴ２１、ＵＴ２２、ＵＴ３１、ＵＴ３３、ＵＴ４１、ＵＴ４２、ＵＴ５１、ＵＴ５２、ＵＴ６１、ＵＴ６２、ＵＴ７１、ＵＴ７２…ユーザ端末

Claims

複数のセルの各々に配置され、配置された前記各セル内の複数のユーザ端末と無線通信を行う複数の基地局を有する無線通信システムであって、
前記基地局は、
配置された前記セルである自セル内の前記複数のユーザ端末の各々、及び他のセルの前記複数のユーザ端末の各々について、前記ユーザ端末の位置を示す情報、及び前記ユーザ端末から到来する電磁波の到来角を示す情報を含む位置情報を収集する収集手段と、
前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々に対し、伝搬路の状態を示す伝搬路情報の推定に用いられるパイロット信号を当該ユーザ端末と共用する前記他のセルのユーザ端末として、前記他のセルからの前記パイロット信号との干渉が最小となるように、前記位置情報から算出した前記到来角の重なり具合と距離減衰とを組み合わせた第１指標値に基づいて、前記他のセルの１のユーザ端末を割り当てる割当手段と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々における前記他のセルからの前記パイロット信号による干渉の影響の受け易さを示す第２指標値を、前記位置情報に基づいて算出し、算出した前記第２指標値に応じて、前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々に対する前記割当手段による処理が実行される順番を決定する決定手段をさらに備え、
前記割当手段は、決定された前記順番で前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々に対し、前記第１指標値に基づいて前記他のセルの前記１のユーザ端末を割り当てる
ことを特徴とする無線通信システム。
請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
前記決定手段は、前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々の前記位置情報を用いて、前記到来角と距離減衰とを組み合わせた前記第２指標値を、前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々について算出する
ことを特徴とする無線通信システム。
複数のセルの各々に配置され、配置された前記各セル内の複数のユーザ端末と無線通信を行う複数の基地局を有する無線通信システムの無線通信方法であって、
前記基地局が、
配置された前記セルである自セル内の前記複数のユーザ端末の各々、及び他のセルの前記複数のユーザ端末の各々について、前記ユーザ端末の位置を示す情報、及び前記ユーザ端末から到来する電磁波の到来角を示す情報を含む位置情報を収集する収集処理と、
前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々に対し、伝搬路の状態を示す伝搬路情報の推定に用いられるパイロット信号を当該ユーザ端末と共用する前記他のセルのユーザ端末として、前記他のセルからの前記パイロット信号との干渉が最小となるように、前記位置情報から算出した前記到来角の重なり具合と距離減衰とを組み合わせた第１指標値に基づいて、前記他のセルの１のユーザ端末を割り当てる割当処理と
を実行することを特徴とする無線通信方法。
請求項４に記載の無線通信方法において、
前記基地局が、
前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々における前記他のセルからの前記パイロット信号による干渉の影響の受け易さを示す第２指標値を、前記位置情報に基づいて算出し、算出した前記第２指標値に応じて、前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々に対する前記割当処理が実行される順番を決定する決定処理をさらに実行し、
前記割当処理では、決定された前記順番で前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々に対し、前記第１指標値に基づいて前記他のセルの前記１のユーザ端末を割り当てる
ことを特徴とする無線通信方法。
請求項５に記載の無線通信方法において、
前記決定処理では、前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々の前記位置情報を用いて、前記到来角と距離減衰とを組み合わせた前記第２指標値を、前記自セル内の前記複数のユーザ端末の各々について算出する
ことを特徴とする無線通信方法。