JP6659413B2 - 基地局 - Google Patents

Description

本発明は、基地局に関する。

ＬＴＥ（Long Term Evolution）では、システム容量の更なる大容量化、データ伝送速度の更なる高速化、無線区間における更なる低遅延化などを実現するために、５Ｇと呼ばれる無線通信方式の検討が進んでいる。５Ｇでは、１０Ｇｂｐｓ以上のスループットを実現しつつ無線区間の遅延を１ｍｓ以下にするという要求条件を満たすために、様々な要素技術の検討が行われている。

５Ｇでは、ＬＴＥよりも更に高周波数帯を使用することが想定されている。ここで、高周波数帯では伝搬ロスが増大することから、それを補うために、ビーム幅の狭いビームフォーミングを行うＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）を適用することが検討されている。ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯは、基地局側に多数（例：１００素子）のアンテナ素子を設置する大規模ＭＩＭＯであり、狭い領域に電界の強さを集中させることができるため、ユーザ間の干渉を小さくすることができる。

図１（ａ）は、ＬＴＥ等の従来の基地局が行うビームフォーミングの例を示しており、図１（ｂ）は、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯを用いる基地局が行うビームフォーミングの例を示している。図１（ｂ）に示すように、ビーム幅の狭いビームフォーミングにより、遠方まで無線信号を送信することができるようになる。また、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯでは、基地局と移動局との間で複数のビームを高度に制御しながら空間多重を行うことで、高速通信を実現することができる。図２は、基地局及び移動局の両方でビームフォーミングを行いつつ２つのビームを空間多重させた場合の例を示している。

株式会社ＮＴＴドコモ、"ドコモ５Ｇホワイトペーパー"、２０１４年９月

ここで、ＭＩＭＯには、図３（ａ）に示すように、複数のストリームを１つの移動局に向けて多重送信するシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）と、図３（ｂ）に示すように、複数のストリームを複数の移動局に分配して多重送信するマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）とがある。ＳＵ−ＭＩＭＯでは、受信アンテナが１つの移動局に集中して配置されることになるため、空間相関が高くなる。一方、ＭＵ−ＭＩＭＯでは、受信アンテナが複数の移動局に分散して配置されることになるため、ＳＵ−ＭＩＭＯと比較して空間相関が低くなる。従って、ＭＵ−ＭＩＭＯでは、ＳＵ−ＭＩＭＯよりも無線通信システム全体の容量（スループット）を向上させることができる。なお、ＭＵ−ＭＩＭＯでは、複数の移動局と同時に通信を行うため、複数のストリーム間で発生し得る干渉に加えて移動局の間で発生し得る干渉も低減させるようにプリコーディング処理を行う必要がある。

基地局は、ＭＵ−ＭＩＭＯによる通信を行う際に、通信に用いられる各種のリソース（ランク数、変調多値数、符号化率など）を選択する必要がある。また、基地局は、各種のリソースを選択する際、無線通信システム全体のスループット（基地局と全移動局との間の合計スループット）が可能な限り大きくなるようにリソースを選択することが望ましい。

開示の技術は上記に鑑みてなされたものであって、ＭＵ−ＭＩＭＯを用いる無線通信システムにおいて、通信に用いるリソースを適応的に選択することが可能な技術を提供することを目的とする。

開示の技術の基地局は、マルチユーザＭＩＭＯをサポートし、基地局と複数の移動局とを備える無線通信システムにおいて前記複数の移動局と通信を行う基地局であって、前記複数の移動局の各々との間のチャネル推定値に基づいて、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの数と、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に適用される符号化率、変調多値数及び電力配分係数とを決定する決定部と、前記決定部により決定された符号化率、変調多値数及び電力配分係数に従って、決定された数の複数のストリームを生成して前記複数の移動局の各々に送信する送信部と、受信ＳＮＲと、該受信ＳＮＲに対応する変調多値数及び符号化率とが対応づけられるテーブルを管理する管理部と、を有し、前記決定部は、前記複数の移動局のうち所定の移動局との間のチャネル推定値に基づいて、前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々の受信ＳＮＲを算出し、算出された受信ＳＮＲと前記テーブルとを比較することで、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に適用される変調多値数と符号化率とを決定し、前記管理部は、受信ＳＮＲ、符号化アルゴリズムと符号化率に基づいて決定される利得である符号化利得、変調多値数、符号化率を所定の計算式に代入することで算出される推定スループットに基づいて前記テーブルを生成する。

開示の技術によれば、ＭＵ−ＭＩＭＯを用いる無線通信システムにおいて、通信に用いるリソースを適応的に選択することが可能な技術が提供される。

ビームフォーミングの例を示す図である。 ２つのビームを用いて通信を行う場合の例を示す図である。 ＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯの例を示す図である。 実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。 ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯをサポートする基地局と移動局との間で行われる処理手順の概要を説明するための図である。 実施の形態に係る基地局の機能構成例を示す図である。 実施の形態に係る移動局の機能構成例を示す図である。 実施の形態に係る基地局のハードウェア構成例を示す図である。 実施の形態に係る移動局のハードウェア構成例を示す図である。 実施の形態に係る基地局が行う処理手順の一例を示すフローチャートである。 ルックアップテーブルの一例を示す図である。 ルックアップテーブルの更新例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。例えば、本実施の形態に係る無線通信システムはＬＴＥ又は５Ｇに準拠した方式のシステムを想定しているが、本発明はＬＴＥ又は５Ｇに限定されるわけではなく、他の方式にも適用可能である。

＜システム構成＞
図４は、実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。実施の形態に係る無線通信システムは、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯをサポートする基地局１と、マクロセルを形成する基地局２と、中央制御局３と、移動局４とを含む。基地局１は、多数のアンテナ素子を有しており、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯセル（ＭＭセル）を形成している。なお、ＭＭセルとは、基地局１から送信される多数のビームにより形成されるセルを意図している。ＭＭセルでは、例えば５ＧＨｚ以上で帯域幅が１００ＭＨｚ以上のバンド等を用いることで、マクロセルよりも高速な通信を実現することができる。

基地局２はＭＭセルよりカバレッジが広いマクロセルを形成する。マクロセルは、ＬＴＥ（ＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced）を含む）のセルを想定しているが、これに限られず、無線ＬＡＮ等のＬＴＥ以外の無線技術を用いたセルであってもよい。すなわち、本実施の形態では、ＬＴＥのセル、無線ＬＡＮのセル等と、ＭＭセルとがオーバーラップするように配置されている。

中央制御局３は、基地局１及び基地局２を集中制御する機能を有している。例えば、中央制御局３は、基地局１及び基地局２が有する無線リソースのスケジューリング、上位レイヤ（例えばＲＲＣレイヤ等）の制御等を行う。

移動局４は、基地局１又は基地局２と通信を行う機能を有する。図４には移動局４が２つ示されているが、本実施の形態では３つ以上の移動局４を有していてもよい。移動局４は、基地局１又は基地局２のいずれか一方と通信する機能を有していてもよいし、基地局１及び基地局２と同時に通信を行う機能（Multiple Connectivity）を有していてもよい。

＜動作概要＞
本実施の形態では、ＭＵ−ＭＩＭＯによる下りリンクの通信が行われる際、基地局１は、基地局１と複数の移動局４（Ｎ_ｕ個の移動局４）との間のチャネル推定値に基づき、下りリンクのランク数、及び各ストリームに適用する各種のパラメータ（変調多値数、符号化率、電力配分係数）を適応的に選択（配分）して通信を行う。

図５は、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯをサポートする基地局と移動局との間で行われる処理手順の概要を説明するための図である。なお、本実施の形態では、基地局１が同時に通信する移動局４の数は、スケジューリング処理により予め決定されていると仮定する。また、図５の例では、複数の移動局４のうち、いずれか１つ移動局４（以下、「移動局（ｕ）４」と記載）との間で下り通信が行われる処理手順を中心に図示しているが、実際には、図５に示す処理手順が複数の移動局４の各々との間で並行に行われる。

基地局１は、移動局（ｕ）４向けの下り通信に用いるストリーム数（Ｌ_ｕ）を決定すると共に、複数のストリーム（＃０〜＃Ｌ_ｕ−１）を生成する（Ｓ１）。続いて、基地局１は、複数のストリームの各々に対して、移動局（ｕ）４に適用する符号化率（Ｒ_ｕ，０〜Ｒ_{ｕ，Ｌｕ−１}）でチャネル符号化を行う（Ｓ２）。続いて、基地局１は、符号化後のデータに対して、移動局（ｕ）４に適用する変調多値数（Ｍ_ｕ，０〜Ｍ_{ｕ，Ｌｕ−１}）で変調を行う（Ｓ３）。

続いて、基地局１は、複数の移動局４に送信すべき全てのストリームごとの電力配分係数（総送信電力に対する比率）に従って、自身が送信可能な総送信電力を各ストリームに配分し（Ｓ４）、所定の方法で決定されるプリコーディング行列を用いてプリコーディングを行う（Ｓ５）。プリコーディング後の無線信号は各アンテナ（Ｎ_Ｔ）から送信される。

続いて、移動局（ｕ）４は、受信アンテナ（Ｎ_Ｒ）で受信した無線信号に対してポストコーディング行列を用いてポストコーディング処理を行うことで、受信した無線信号を複数のストリームに分離する（Ｓ６）。続いて、移動局（ｕ）４は、各ストリームに対して、基地局１で移動局（ｕ）４向けの信号の変調に用いられた変調多値数と同一の変調多値数（Ｍ_ｕ，０〜Ｍ_{ｕ，Ｌｕ−１}）で復調を行う（Ｓ７）。続いて、移動局（ｕ）４は、復調されたストリームに対して、基地局１で移動局（ｕ）４向けの信号の符号化に用いられた符号化率と同一の符号化率（Ｒ_ｕ，０〜Ｒ_{ｕ，Ｌｕ−１}）で復号を行う（Ｓ８）。なお、ステップＳ７及びステップＳ８の処理手順において、ランク数（ストリーム数（Ｌ_ｕ）と同義）、変調多値数及び符号化率は、例えば制御情報により基地局１から移動局（ｕ）４に通知される。

＜機能構成＞
（基地局）
図６は、実施の形態に係る基地局の機能構成例を示す図である。図６に示すように、基地局１は、信号送信部１０１、信号受信部１０２、取得部１０３、送信方法決定部１０４、管理部１０５及び送信方法通知部１０６を有する。図６は、本実施の形態における主要な機能部のみを示すものであり、本無線通信システムで用いられる通信方式に準拠した動作を行うための図示しない機能も有するものである。

信号送信部１０１は、上位のレイヤの信号から、物理レイヤの各種信号を生成し、無線送信する機能を有する。また、信号送信部１０１は、図５に示すステップＳ１乃至ステップＳ５で説明した処理手順を実行する機能を含み、送信方法決定部１０４により決定されるパラメータに従って、複数の移動局４の各々に下り信号を送信する機能を有する。信号受信部１０２は、移動局４から受信した物理レイヤの信号からより上位のレイヤの信号を取得する機能を有する。

取得部１０３は、基地局１と移動局４との間の各アンテナ間のチャネル情報を取得する機能を有する。また、取得部１０３は、取得したチャネル情報をメモリ等に格納する機能を有する。また、取得部１０３は、移動局４から通知される雑音電力を取得（受信）する機能を有する。

送信方法決定部１０４は、複数の移動局４の各々との間のチャネル推定値に基づいて、複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの数と、複数の移動局４の各々に送信される複数のストリームの各々に適用されるパラメータとを決定する機能を有する。なお、パラメータとは、複数の移動局４の各々に送信される下り信号に用いられる複数のストリームの各々に適用される符号化率、変調多値数及び電力配分係数を意図している。

送信方法通知部１０６は、送信方法決定部１０４で決定されたランク数（ストリームの数と同義）、複数のストリームの各々に適用される変調多値数及び符号化率を、信号送信部１０１を介して移動局４に通知する機能を有する。

管理部１０５は、受信ＳＮＲと、該受信ＳＮＲに対応する変調多値数及び符号化率とが対応づけられるテーブル（以下「ルックアップテーブルと呼ぶ」）を管理する機能を有する。ルックアップテーブルの具体例については後述する。また、管理部１０５は、当該テーブルの生成及び更新を行う機能を有する。

（移動局）
図７は、実施の形態に係る移動局の機能構成例を示す図である。図７に示すように、移動局４は、信号送信部２０１、信号受信部２０２、推定部２０３、及び送信方法取得部２０４を有する。図７は、本実施の形態における主要な機能部のみを示すものであり、本無線通信システムで用いられる通信方式に準拠した動作を行うための図示しない機能も有するものである。

信号送信部２０１は、上位のレイヤの信号から、物理レイヤの各種信号を生成し、無線送信する機能を有する。また、信号送信部２０１は、上りリンクの参照信号を送信する機能を有する。信号受信部２０２は、基地局１から受信した物理レイヤの信号からより上位のレイヤの信号を取得する機能を有する。また、信号受信部２０２は、送信方法取得部２０４から通知されたランク数、変調多値数及び符号化率に従い、基地局１から受信した信号の復調及び復号を行う機能を有する。

推定部２０３は、下りリンクのチャネル情報及び雑音電力を推定する機能を有する。また、推定部２０３は、下りリンクのチャネル情報を信号送信部２０１を介して基地局１にフィードバックする機能を有する。なお、推定部２０３は、本無線通信システムで用いる複信方式がＦＤＤの場合にのみチャネル情報を基地局１にフィードバックするようにしてもよい。ＴＤＤの場合はチャネルの相反性が成り立つため、基地局１側で上りリンクの参照信号を用いて下りリンクのチャネル推定を行うことが可能であるためである。

送信方法取得部２０４は、基地局１から自身に向けて送信される信号のランク数、複数のストリームの各々に適用される変調多値数及び符号化率を基地局１から取得（受信）し、信号受信部２０２に通知する機能を有する。

＜ハードウェア構成＞
（基地局）
図８は、実施の形態に係る基地局のハードウェア構成例を示す図である。図８は、図６よりも実装例に近い構成を示している。図８に示すように、基地局１は、無線信号に関する処理を行うＲＦ（Radio Frequency）モジュール３０１と、ベースバンド信号処理を行うＢＢ（Base Band）処理モジュール３０２と、上位レイヤ等の処理を行う装置制御モジュール３０３と、他の基地局等と通信を行う通信ＩＦ３０４とを有する。

ＲＦモジュール３０１は、ＢＢ処理モジュール３０２から受信したデジタルベースバンド信号に対して、Ｄ／Ａ（Digital-to-Analog）変換、変調、周波数変換、及び電力増幅等を行うことでアンテナから送信すべき無線信号を生成する。また、受信した無線信号に対して、周波数変換、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換、復調等を行うことでデジタルベースバンド信号を生成し、ＢＢ処理モジュール３０２に渡す。ＲＦモジュール３０１は、例えば、図６に示す信号送信部１０１の一部、信号受信部１０２の一部を含む。

ＢＢ処理モジュール３０２は、ＩＰパケットとデジタルベースバンド信号とを相互に変換する処理を行う。ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３１２は、ＢＢ処理モジュール３０２における信号処理を行うプロセッサである。メモリ３２２は、ＤＳＰ３１２のワークエリアとして使用される。ＢＢ処理モジュール３０２は、例えば、図６に示す信号送信部１０１の一部、信号受信部１０２の一部、取得部１０３、送信方法決定部１０４、管理部１０５、送信方法通知部１０６を含む。

装置制御モジュール３０３は、ＩＰレイヤのプロトコル処理等を行う。プロセッサ３１３は、装置制御モジュール３０３が行う処理を行うプロセッサである。メモリ３２３は、プロセッサ３１３のワークエリアとして使用される。装置制御モジュール３０３は、例えば、図６に示す管理部１０５、送信方法通知部１０６を含んでいてもよい。

（移動局）
図９は、実施の形態に係る移動局のハードウェア構成の一例を示す図である。図９は、図７よりも実装例に近い構成を示している。図９に示すように、移動局４は、無線信号に関する処理を行うＲＦモジュール４０１と、ベースバンド信号処理を行うＢＢ処理モジュール４０２と、上位レイヤ等の処理を行うＵＥ制御モジュール４０３とを有する。

ＲＦモジュール４０１は、ＢＢ処理モジュール４０２から受信したデジタルベースバンド信号に対して、Ｄ／Ａ変換、変調、周波数変換、及び電力増幅等を行うことでアンテナから送信すべき無線信号を生成する。また、受信した無線信号に対して、周波数変換、Ａ／Ｄ変換、復調等を行うことでデジタルベースバンド信号を生成し、ＢＢ処理モジュール４０２に渡す。ＲＦモジュール４０１は、例えば、図７に示す信号送信部２０１の一部、信号受信部２０２の一部を含む。

ＢＢ処理モジュール４０２は、ＩＰパケットとデジタルベースバンド信号とを相互に変換する処理を行う。ＤＳＰ４１２は、ＢＢ処理モジュール４０２における信号処理を行うプロセッサである。メモリ４２２は、ＤＳＰ４１２のワークエリアとして使用される。ＢＢ処理モジュール４０２は、例えば、図７に示す信号送信部２０１の一部、信号受信部２０２の一部、推定部２０３、送信方法取得部２０４を含む。

ＵＥ制御モジュール４０３は、ＩＰレイヤのプロトコル処理、各種アプリケーションの処理等を行う。プロセッサ４１３は、ＵＥ制御モジュール４０３が行う処理を行うプロセッサである。メモリ４２３は、プロセッサ４１３のワークエリアとして使用される。ＵＥ制御モジュール４０３は、例えば、図７に示す送信方法取得部２０４を含んでいてもよい。

＜処理手順＞
（通信に用いるパラメータの決定方法について）
続いて、基地局１と複数の移動局４との間のチャネル推定値に基づき、通信に用いるパラメータ（変調多値数、符号化率、ランク数、電力配分係数）を基地局１が決定する際の処理手順について具体的に説明する。

図１０は、実施の形態に係る基地局が行う処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１０に示す処理手順が行われる前に、ＭＵ−ＭＩＭＯで通信する移動局４の数は、スケジューリング処理により予め決定されていると仮定する。

ステップＳ１１で、基地局１の取得部１０３は、各移動局４との間のチャネル行列（Ｈ_ｕ）を取得する。取得部１０３は、例えば、ＴＤＤ（Time Division Duplex）の相反性を利用し、各移動局４の各アンテナから送信される上りリンクの参照信号に基づいて下りリンクのチャネル推定を行うことでチャネル行列（Ｈ_ｕ）を取得するようにしてもよいし、各移動局４の推定部２０３で推定された下りリンクのチャネル情報（チャネル行列）を取得する（フィードバックさせる）ようにしてもよい。

ステップＳ１２で、送信方法決定部１０４は、以下の式（１）に示されるブロック対角化法（ＢＤ：Block Diagonalization）を用いて、チャネル行列（Ｈ_ｕ）からプリコーディング行列（Ｐ）を生成すると共に、チャネル行列（Ｈ_ｕ）とプリコーディング行列（Ｐ）とが乗算されたチャネル行列（「直交化されたチャネル行列」と呼ぶ）を生成する。

ステップＳ１３で、送信方法決定部１０４は、以下の式（２）を用いて、各移動局４における「直交化されたチャネル行列」を特異値分解（ＳＶＤ：Singular Value Decomposition）することで、移動局４に送信される各ストリーム（０〜Ｋ_ｕ−１）に対応する特異値を、移動局４ごとに算出する。なお、特異値分解とは、行列「Ｕ_ｕ」及び「Ｖ_ｕ」を用いて対角行列「Ｄ_ｕ」を求めることである。特異値は固有値とも呼ばれる。なお、本実施の形態では、前述した図５のステップＳ５で用いられるプリコーディング行列には、式（１）に示すプリコーディング行列（Ｐ）と、式（２）に示す移動局４ごとの行列（Ｖ_ｕ）とを乗算することで算出されるプリコーディング行列が適用されることになる。

ステップＳ１４で、送信方法決定部１０４は、移動局４の各ストリーム（ｌ_ｕ：０〜Ｋ_ｕ−１）に対する電力配分係数を移動局４ごとに求める。送信方法決定部１０４は、ステップＳ１３の処理手順で算出された、各移動局４の各ストリーム（ｌ_ｕ：０〜Ｋ_ｕ−１）に対応する特異値（λ_ｕ，０〜λ_{ｕ，Ｋｕ―１}）に対して注水定理を適用することで、各移動局４の各ストリームに対する電力配分係数を算出してもよい。なお、注水定理とは、チャネル容量を最大化するための電力配分方法であり、特異値が大きいストリームには大きな電力が配分され、特異値が小さいストリームには小さな電力が配分される。また、注水定理を用いることで、最適なランク数（通信に用いるべき最適なストリーム数）も自動的に決定される。なお、本実施の形態では複数の移動局４に総送信電力を配分する必要があるため、基地局１の総送信電力を移動局４の数で等配分した送信電力に対して注水定理を適用することで、各ストリームに対する電力配分係数を算出してもよい。

また、送信方法決定部１０４は、ステップＳ１３の処理手順で特異値が得られた各移動局４の各ストリーム（ｌ_ｕ：０〜Ｋ_ｕ−１）に対して、総送信電力を等しく配分することで、各移動局４の各ストリームに対する電力配分係数を算出してもよい。例えば、４つの移動局４にそれぞれ２つのストリームが存在する場合、基地局１の総送信電力を８等分することで、各ストリームに対する電力配分係数を算出してもよい。

また、送信方法決定部１０４は、選択され得るランク数（ストリーム数）ごとに、各ストリームに対応する電力配分係数を予め算出しておく。例えば、ステップＳ１３の処理手順で特異値が得られた所定の移動局４の各ストリームの数が「４」である場合、送信方法決定部１０４は、ランク数１の場合、ランク数２の場合、ランク数３の場合及びランク数４の場合のそれぞれについて、選択されるストリーム毎に予め電力配分係数を算出しておくようにする。なお、"選択されるストリーム"とは、特異値が大きい順にランク数分選択されたストリームを意図している。例えば、特異値が得られたストリームが４つであり、ランク数が２の場合の電力配分係数を算出する場合、特異値が最も大きいストリーム、及び特異値が次に大きいストリームに対する電力配分係数を算出することを意図している。

ステップＳ１５で、送信方法決定部１０４は、ステップＳ１４の処理手順で求めた各移動局４の各ストリーム（ｌ_ｕ：０〜Ｋ_ｕ−１）に対する電力配分係数を、以下の式（３）に代入することで、各移動局４の各ストリームにおける瞬時の受信ＳＮＲ（移動局４で受信される信号のＳＮＲ。以下、「瞬時受信ＳＮＲ」と言う）を算出する。なお、式（３）の雑音電力は移動局４側で推定された雑音電力である。従って、送信方法決定部１０４は、移動局４の推定部２０３で推定された雑音電力を予め取得しておく（移動局４からフィードバックさせる）。

ステップＳ１６で、送信方法決定部１０４は、ステップＳ１５の処理手順で算出された瞬時受信ＳＮＲと、ルックアップテーブルとを比較することで、移動局４の各ストリームの各々に適用される変調多値数と符号化率とを移動局４ごとに決定する。

図１１は、ルックアップテーブルの一例を示す図である。ルックアップテーブルには、瞬時受信ＳＮＲと、瞬時受信に対応する変調多値数及び符号化率（ＭＣＳ：Modulation and Cording Scheme）とが対応づけられている。図１１（ａ）は、ルックアップテーブルを視覚的に示したものであり、図１１（ｂ）は、ルックアップテーブルの具体例を示している。ある特定のストリームにおける瞬時受信ＳＮＲが「ｂ〜ｃ」の範囲である場合、送信方法決定部１０４は、当該ストリームに適用される変調多値数及び符号化率として、それぞれ「１６ＱＡＭ」及び「２／３」を選択することになる。

ステップＳ１７で、送信方法決定部１０４は、移動局４ごとに、ランク数と、当該移動局４の各ストリームに適用される変調多値数、符号化率及び電力配分係数とを決定する。より具体的には、送信方法決定部１０４は、ステップＳ１４の処理手順で注水定理を用いた場合、ステップＳ１４の処理手順で決定された電力配分係数及びランク数と、ステップＳ１６の処理手順で決定された各ストリームに適用される変調多値数及び符号化率を、ステップＳ１７の処理手順で決定すべきランク数と、当該移動局４の各ストリームに適用される変調多値数、符号化率及び電力配分係数として用いるようにする。

また、送信方法決定部１０４は、ステップＳ１４の処理手順で各移動局４の各ストリームに対して総送信電力を等しく配分した場合、システム全体としてスループットが最も高くなるパラメータの組み合わせを検索することで、ランク数、ストリーム毎の変調多値数、ストリーム毎の符号化率、及びストリーム毎の送信電力の配分を決定する。

例えば、ステップＳ１４の処理手順において、ランク数１の場合、ランク数２の場合、ランク数３の場合及びランク数４の場合のそれぞれについて、選択されるストリーム毎に予め電力配分係数を算出しておいたと仮定する。この場合、送信方法決定部１０４は、ランク数１の場合、ランク数２の場合、ランク数３の場合及びランク数４の場合のそれぞれについて、ストリーム毎のスループットを計算して合計することで、ランク数１の場合のスループット、ランク数２の場合のスループット、ランク数３の場合のスループット、及びランク数４の場合におけるスループットを算出する。なお、ストリーム毎のスループットは、ステップＳ１６の処理手順で選択される変調多値数及び符号化率から算出することができる。例えば、１６ＱＡＭ及び符号化率１／２が適用される場合、１シンボルあたりのスループットは、４ビット×１／２＝２ビットであると算出できる。続いて、送信方法決定部１０４は、ランク数１の場合のスループット、ランク数２の場合のスループット、ランク数３の場合のスループット、及びランク数４の場合におけるスループットのうち、最もスループットが大きいランク数を、移動局４の通信に用いるランク数として決定する。なお、決定されたランク数に対応するストリーム毎の電力配分係数、変調多値数及び符号化率については、ステップＳ１４及びステップＳ１６の処理手順で決定された電力配分係数、変調多値数及び符号化率をそのまま用いるようにすればよい。以上の手順を全ての移動局４ごとに行うことで、システム全体として最もスループットが大きくなるように、移動局４ごとのランク数と、当該移動局４の各ストリームに適用される変調多値数、符号化率及び電力配分係数とを決定することができる。

以上の処理手順が完了した後、送信方法通知部１０６は、送信方法決定部１０４で決定された移動局４ごとのランク数と、当該移動局４の各ストリームに適用される変調多値数及び符号化率を、各移動局４に通知する。

（ルックアップテーブルの生成、更新について）
管理部１０５に格納されるルックアップテーブルは、予め計算機シミュレーション等を用いて予め作成されていてもよい。また、管理部１０５は、以下の式（４）及び式（５）を用いることで、瞬時受信ＳＮＲと、変調多値数及び符号化率を変化させることで推定スループットを算出し、算出した推定スループットに基づいてルックアップテーブルを作成するようにしてもよい。より具体的には、例えば、管理部１０５は、瞬時受信ＳＮＲを予め所定の幅で区切ると共に、当該所定の幅の範囲で推定スループットの平均が最も大きくなるように変調多値数及び符号化率を決定することで、ルックアップテーブルを作成するようにしてもよい。

式（４）において、符号化利得とは、符号化アルゴリズム（例：ターボ符号など）と符号化率に基づいて決定される利得である。なお、本実施の形態に係る無線通信システムで用いられる符号化アルゴリズムは予め決定されている（固定されている）ことを想定しているため、管理部１０５は、符号化率から符号化利得を一意に決定することができる。

なお、基地局１と移動局４との間のチャネル情報の変動（伝送路の特性の変化）により、適切な変調多値数や符号化による誤り訂正能力は時間とともに変動する。そこで、管理部１０５は、予め作成したルックアップテーブルを移動局４ごとに適宜更新するようにしてもよい。時間と共にルックアップテーブルが更新される様子を図１２に示す。

ルックアップテーブルの更新方法としてはどのような方法が用いられてもよいが、例えば、管理部１０５は、下りリンクのＨＡＲＱ（Hybrid Automatic repeat-request）処理により移動局４から通知されるＡＣＫ（受信成功）／ＮＡＣＫ（受信失敗）に基づき、ＭＣＳが切り替わる瞬時受信ＳＮＲの境界を更新するようにしてもよい。

より具体的には、ＭＣＳ（ｍ）（図１１の例ではｍ＝１〜５）に対応する変調多値数及び符号化率を用いて送信した下りリンク信号に対して移動局４からＡＣＫが通知された場合、管理部１０５は、ルックアップテーブルのＭＣＳ（ｍ−１）及びＭＣＳ（ｍ）の間の境界である瞬時受信ＳＮＲの値が小さくなるようにルックアップテーブルを更新する。つまり、管理部１０５は、ＭＣＳ（ｍ）が適用される瞬時受信ＳＮＲの下限が拡大されるようにルックアップテーブルを更新する。

同様に、ＭＣＳ（ｍ）に対応する変調多値数及び符号化率を用いて送信した下りリンク信号に対して移動局４からＮＡＣＫが通知された場合、管理部１０５は、ルックアップテーブルのＭＣＳ（ｍ−１）及びＭＣＳ（ｍ）の間の境界である瞬時受信ＳＮＲの値が大きくなるようにルックアップテーブルを更新する。つまり、管理部１０５は、より低い変調多値数及び符号化率であるＭＣＳ（ｍ−１）が適用される瞬時受信ＳＮＲの上限が拡大されるようにルックアップテーブルを更新する。

管理部１０５は、ＡＣＫ／ＮＡＣＫを受信する度にルックアップテーブルを更新するようにしてもよいし、所定の期間ごとにルックアップテーブルを更新するようにしてもよい。後者の場合、管理部１０５は、所定の期間内で受信したＡＣＫ／ＮＡＣＫの数をＭＣＳ（ｍ）毎にカウントしておき、所定の期間内で受信したＡＣＫの数が多い（所定の割合以上である）場合に、ルックアップテーブルのＭＣＳ（ｍ−１）及びＭＣＳ（ｍ）の間の境界である瞬時受信ＳＮＲの値が小さくなるようにルックアップテーブルを更新し、所定の期間内で受信したＡＣＫの数が少ない（所定の割合未満である）場合に、ルックアップテーブルのＭＣＳ（ｍ−１）及びＭＣＳ（ｍ）の間の境界である瞬時受信ＳＮＲの値が大きくなるようにルックアップテーブルを更新するようにしてもよい。ルックアップテーブルが頻繁に更新されることによる処理負荷の増大を軽減させることができる。

なお、管理部１０５は、ＭＣＳ間の瞬時受信ＳＮＲの境界の値をどの程度（何ｄｂ程度）増減させるかについて、予め決められた値を増減させるようにしてもよいし、増減させる値を以下の式（６）を用いて算出するようにしてもよい。式（６）において、「γ_{ｌｏｗｅｒ，ｍ}」は、ＭＣＳ（ｍ−１）及びＭＣＳ（ｍ）間の境界における瞬時受信ＳＮＲの増減値（増減させる値）を意味している。

式（６）において、「ｔ」はルックアップテーブルを更新するタイミングを意味しており、「ｔ−１」は前回更新時を意味する。「β」（βは、０＜β＜１の実数）は忘却係数であり、βの値が大きいほど前回更新時の影響が小さくなる。「Δ（ｄＢ）」は瞬時受信ＳＮＲの増減値の変化量を意味する。なお、管理部１０５は。初回更新時は前回更新時の増減値が存在しないため、式（６）を用いずにΔ（ｄＢ）だけ増減させるようにしてもよい。

＜まとめ＞
以上、実施の形態によれば、マルチユーザＭＩＭＯをサポートし、基地局と複数の移動局とを備える無線通信システムにおいて前記複数の移動局と通信を行う基地局であって、
前記複数の移動局の各々との間のチャネル推定値に基づいて、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの数と、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に適用されるパラメータとを決定する決定部と、前記決定部により決定されたパラメータに従って、決定された数の複数のストリームを生成して前記複数の移動局の各々に送信する送信部と、を有する、基地局が提供される。この基地局１によれば、ＭＵ−ＭＩＭＯを用いる無線通信システムにおいて、通信に用いるリソースを適応的に選択することが可能な技術が提供される。

なお、前記パラメータは、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に適用される符号化率、変調多値数及び電力配分係数であるようにしてもよい。これにより、基地局１は、移動局４に向けて送信する複数のストリームを生成することができる。

受信ＳＮＲと、該受信ＳＮＲに対応する変調多値数及び符号化率とが対応づけられるテーブルを管理する管理部、を有し、前記決定部は、前記複数の移動局のうち所定の移動局との間のチャネル推定値に基づいて、前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々の受信ＳＮＲを算出し、算出された受信ＳＮＲと前記テーブルとを比較することで、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に適用される変調多値数と符号化率とを決定するようにしてもよい。これにより、基地局１は、より最適な変調多値数及び符号化率を決定することができる。また、基地局１は、テーブルを更新することで、通信状態に応じた変調多値数及び符号化率を決定することができる。

また、前記決定部は、前記複数の移動局のうち所定の移動局との間のチャネル推定値からプリコーディング行列を算出し、前記プリコーディング行列と前記チャネル推定値とを乗算することで算出される、直交化されたチャネル行列を特異値に分解し、前記特異値を用いて、前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々に対応する電力配分係数を算出し、前記特異値と前記電力配分係数と前記移動局から通知される雑音電力と当該基地局の総送信電力とに基づいて前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々における受信ＳＮＲを算出するようにしてもよい。これにより、基地局１は、特異値分解（ＳＶＤ）を用いて、通信に用いる各種のパラメータを算出することができる。

前記決定部は、前記特異値に対して注水定理を適用することで、前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々に対応する電力配分係数を決定すると共に、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの数を決定するようにしてもよい。これにより、基地局１は、システム容量が最大化されるように、各ストリームの送信電力を配分することができる。

また、前記決定部は、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に対応する電力配分係数を、当該基地局における総送信電力を等配分することで決定すると共に、決定された電力配分係数に基づいて算出される受信ＳＮＲと前記テーブルとを比較することで変調多値数及び符号化率を取得し、取得した変調多値数及び符号化率により算出されるスループットを用いて、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームのスループットを合計したスループットを算出し、各々の移動局において合計したスループットが最も高くなるように複数のストリームの数と、該複数のストリームの各々の変調多値数と符号化率とを決定することで、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの数と該複数のストリームの各々の変調多値数と符号化率とを決定するようにしてもよい。これにより、基地局１は、電力配分を等配分する場合に、システム容量が最大化されるように、各ストリームの変調多値数及び符号化率を決定することができる。

また、前記管理部は、受信ＳＮＲ、符号化利得、変調多値数、符号化率を所定の計算式に代入することで算出される推定スループットに基づいて前記テーブルを生成するようにしてもよい。これにより、基地局１は、ルックアップテーブルを自動的に生成することができる。

また、前記管理部は、前記移動局から通知されるＨＡＲＱ処理におけるＡＣＫ及びＮＡＣＫに基づいて、前記テーブルにおける受信ＳＮＲと該受信ＳＮＲに対応する変調多値数及び符号化率との対応づけを前記移動局ごと更新するようにしてもよい。これにより、基地局１は、移動局４との間の伝搬状況に応じてより適切な変調多値数及び符号化率を選択することができ、通信品質を高めることができる。

＜実施形態の補足＞
以上、本発明の実施の形態で説明する基地局１及び移動局４の構成は、ＣＰＵとメモリを備える当該装置において、プログラムがＣＰＵ（プロセッサ）により実行されることで実現される構成であってもよいし、本実施の形態で説明する処理のロジックを備えたハードウェア回路等のハードウェアで実現される構成であってもよいし、プログラムとハードウェアが混在していてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、開示される発明はそのような実施形態に限定されず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。上記の説明における項目の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、ある項目に記載された事項が、別の項目に記載された事項に（矛盾しない限り）適用されてよい。機能ブロック図における機能部又は処理部の境界は必ずしも物理的な部品の境界に対応するとは限らない。複数の機能部の動作が物理的には１つの部品で行われてもよいし、あるいは１つの機能部の動作が物理的には複数の部品により行われてもよい。実施の形態で述べたシーケンス及びフローチャートは、矛盾の無い限り順序を入れ替えてもよい。処理説明の便宜上、基地局１及び移動局４は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウェアで、ソフトウェアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明の実施の形態に従って基地局１が有するプロセッサにより動作するソフトウェア及び本発明の実施の形態に従って移動局４が有するプロセッサにより動作するソフトウェアはそれぞれ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク（ＨＤＤ）、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、データベース、サーバその他の適切な如何なる記憶媒体に保存されてもよい。

１、２ 基地局
３ 中央制御局
４ 移動局
１０１ 信号送信部
１０２ 信号受信部
１０３ 取得部
１０４ 送信方法決定部
１０５ 管理部
１０６ 送信方法通知部
２０１ 信号送信部
２０２ 信号受信部
２０３ 推定部
２０４ 送信方法取得部
３０１ ＲＦモジュール
３０２ ＢＢ処理モジュール
３０３ 装置制御モジュール
３０４ 通信ＩＦ
４０１ ＲＦモジュール
４０２ ＢＢ処理モジュール
４０３ ＵＥ制御モジュール

Claims (5)

1. マルチユーザＭＩＭＯをサポートし、基地局と複数の移動局とを備える無線通信システムにおいて前記複数の移動局と通信を行う基地局であって、
   前記複数の移動局の各々との間のチャネル推定値に基づいて、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの数と、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に適用される符号化率、変調多値数及び電力配分係数とを決定する決定部と、
   前記決定部により決定された符号化率、変調多値数及び電力配分係数に従って、決定された数の複数のストリームを生成して前記複数の移動局の各々に送信する送信部と、
   受信ＳＮＲと、該受信ＳＮＲに対応する変調多値数及び符号化率とが対応づけられるテーブルを管理する管理部と、
   を有し、
   前記決定部は、前記複数の移動局のうち所定の移動局との間のチャネル推定値に基づいて、前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々の受信ＳＮＲを算出し、算出された受信ＳＮＲと前記テーブルとを比較することで、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に適用される変調多値数と符号化率とを決定し、
   前記管理部は、受信ＳＮＲ、符号化アルゴリズムと符号化率に基づいて決定される利得である符号化利得、変調多値数、符号化率を所定の計算式に代入することで算出される推定スループットに基づいて前記テーブルを生成する、
   基地局。
2. 前記決定部は、
   前記複数の移動局のうち所定の移動局との間のチャネル推定値からプリコーディング行列を算出し、
   前記プリコーディング行列と前記チャネル推定値とを乗算することで算出される、直交化されたチャネル行列を特異値に分解し、
   前記特異値を用いて、前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々に対応する電力配分係数を算出し、
   前記特異値と前記電力配分係数と前記移動局から通知される雑音電力と当該基地局の総送信電力とに基づいて前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々における受信ＳＮＲを算出する、
   請求項１に記載の基地局。
3. 前記決定部は、前記特異値に対して注水定理を適用することで、前記所定の移動局に送信される複数のストリームの各々に対応する電力配分係数を決定すると共に、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの数を決定する、
   請求項２に記載の基地局。
4. 前記決定部は、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの各々に対応する電力配分係数を、当該基地局における総送信電力を等配分することで決定すると共に、決定された電力配分係数に基づいて算出される受信ＳＮＲと前記テーブルとを比較することで変調多値数及び符号化率を取得し、取得した変調多値数及び符号化率により算出されるスループットを用いて、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームのスループットを合計したスループットを算出し、各々の移動局において合計したスループットが最も高くなるように複数のストリームの数と、該複数のストリームの各々の変調多値数と符号化率とを決定することで、前記複数の移動局の各々に送信される複数のストリームの数と該複数のストリームの各々の変調多値数と符号化率とを決定する、
   請求項２に記載の基地局。
5. 前記管理部は、前記移動局から通知されるＨＡＲＱ処理におけるＡＣＫ及びＮＡＣＫに基づいて、前記テーブルにおける受信ＳＮＲと該受信ＳＮＲに対応する変調多値数及び符号化率との対応づけを前記移動局ごと更新する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の基地局。

Images