JP6859586B2 - ユーザ装置および基地局 - Google Patents
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Description
1(1). Massive−MIMO伝送
本発明の実施形態に係るMassive−MIMO伝送方式について説明する。基地局が多数の送信アンテナATを用いて無線通信を実行するMassive−MIMO伝送方式においては、多重化による高い無線通信速度(データレート)が実現される。また、多数の送信アンテナATを用いることにより、ビームフォーミングを行う際のアンテナ制御の自由度が高まるため、従来よりも高度なビームフォーミングが実現される。そのため、干渉量の低減および/または無線リソースの有効利用が実現される。
ディジタル信号処理回路DCRは、処理回路PCRの出力信号に対して、ディジタル的にポストコーディング(行列演算)を施して、M本のストリームを生成(再生)する。
本発明の実施形態に係るMU−MIMOについて説明する。図6は、MU−MIMOの概念図である。MU−MIMOにおいては、1個のMIMO基地局であるスモール基地局MMNBが、多重された信号を同時に複数本の送信アンテナATを用いて複数のユーザ装置UEに対して送信する。すなわち、MIMO基地局は、ユーザ多重により複数のユーザと同時に無線通信を行うことが可能である。MU−MIMOによれば複数のユーザ間のチャネル相関が低減されるため、全てのユーザ装置UE合計の通信速度が向上する。
図8Aは、実施形態のスモール基地局MMNB(送信機)の主要な構成要素を示す機能ブロック図である。スモール基地局MMNBは、データ信号生成部10と参照信号生成部20とベースバンド処理部30とDA変換部40とRF処理部50とフィードバック部60とプリコーディング制御部70と送信BFウェイト制御部80と記憶部90とを備える。ベースバンド処理部30はプリコーディング部32を備え、RF処理部50はアップコンバート部52と送信ビームフォーミング部54とを備える。NT本の送信アンテナATが、送信ビームフォーミング部54に接続される。なお、本実施形態のスモール基地局MMNBにて採用されるキャリア構成は任意である。例えば、シングルキャリア(Single Carrier,SC)が採用されてもよいし、直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)が採用されてもよい。
また、フィードバック情報には、受信電力を示す受信電力情報の他に、受信電力が所望電力であるか干渉電力であるかを示す判定情報が含まれている。受信電力が所望電力であれば、候補ビームは、フィードバック情報の送信元のユーザ装置UEにおいて無線通信に用いられることが適している。一方、受信電力が干渉電力であれば、候補ビームは、フィードバック情報の送信元のユーザ装置UEにおいて無線通信に用いられることは好ましくなく、干渉制御が必要となる。MU−MIMOにおいて、スモール基地局MMNBと通信するユーザ装置UEの数が増加すると、スモール基地局MMNBにおける処理負荷が増加する。しかし、判定情報を含むフィードバック情報を各ユーザ装置UEからスモール基地局MMNBにフィードバックすることによって、処理負荷を軽減することが可能となる。
スモール基地局MMNBに含まれる要素のうち、ディジタル的な処理を実行する要素(例えば、データ信号生成部10、参照信号生成部20、ベースバンド処理部30、フィードバック部60、プリコーディング制御部70、および送信BFウェイト制御部80)は、不図示のCPU(Central Processing Unit)が、記憶部90に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
なお、受信BFウェイト行列が単位行列である場合には、受信ビームフォーミング部112および受信ウェイト制御部160を省略してもよい。
また、フィードバック部200は、比較部190の比較結果に基づいて、受信電力が第1閾値REF1以上第2閾値REF2未満の場合には受信電力を干渉電力に関するフィードバック情報としてスモール基地局MMNBに送信し、受信電力が第2閾値REF2以上の場合には受信電力を所望電力に関するフィードバック情報としてスモール基地局MMNBに送信し、受信電力が第1閾値REF1未満の場合にはフィードバック情報をスモール基地局MMNBに送信しない。フィードバック部200が生成する受信電力に関するフィードバック情報は、図10に示すように受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報と、受信電力を示す受信電力情報とを含む。
すなわち、フィードバック部200は、受信電力(通信品質に関する指標)が第1閾値REF1以上第2閾値REF2未満の場合には受信電力を干渉ビームに関するフィードバック情報としてスモール基地局MMNBに送信し、受信電力が第2閾値REF2以上の場合には受信電力を所望ビームに関するフィードバック情報としてスモール基地局MMNBに送信する。この例では、受信電力に基づいてフィードバック情報の送信の有無を決定し、送信すべきフィードバック情報を生成した。しかし、その他の通信品質に関する指標に基づいて、フィードバック情報の送信の有無を決定し、送信すべきフィードバック情報を生成してもよいことは勿論である。
ユーザ装置UEに含まれる要素のうち、ディジタル的な処理を実行する要素(例えば、ベースバンド処理部130、信号解析部140、送受信特性推定部150、受信BFウェイト制御部160、ポストコーディング制御部170、比較部190、およびフィードバック部200など)は、不図示のCPUが、記憶部210に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
1(4)−1. ブロック対角化による受信信号の分離
第i番目のユーザ装置UE−iにおけるNR行1列の受信信号ベクトルを
以下、プリコーディング制御部70が、前述の行列(2)
以上のように、プリコーディング制御部70が、NU個のプリコーディング行列
第iユーザについて、ステアリングベクトルを用いて送信BFウェイト行列を決定する構成を、以下に具体的に例示する。前述の通り、送信BFウェイト行列は
図15は、本実施形態のプリコーディング行列およびポストコーディング行列の決定処理を示す動作フローである。なお、以下の動作フローにおいて、各ユーザの送信BFウェイト行列
ここで、第iユーザのチャネル行列のサイズは、NT×NRである。これに対し、第iユーザの等価チャネル行列のサイズはLTi×NRであるため、チャネル行列をフィードバックするよりもフィードバック情報の情報量を削減することができる。この結果、フィードバック情報の送信に伴うオーバヘッドを削減し、データ伝送のスループットを向上させることができる。
また、各ユーザ装置UEが受信電力をフィードバックするか否かを判断したので、スモール基地局へ送信するフィードバック情報の情報量を削減することができる。しかも、フィードバック情報には受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報が含まれているので、スモール基地局MMNBでは、送信BFウェイトを決定するための処理負荷を軽減することが可能となる。
以上の実施形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以上の実施の形態および以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合され得る。
以上の実施形態においては、受信電力をユーザ装置UEからスモール基地局MMNBへフィードバックした。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、フィードバックする情報は受信電力の値に限らない。例えば、ユーザ装置UEにおいて受信電力を量子化し、そのインデックスのみをフィードバックすることでフィードバック情報の情報量を削減してもよい。具体的には、受信電力を量子化して得た量子化受信電力を示す量子化受信電力情報と、受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報を含むフィードバック情報をユーザ装置UEが生成し、これをユーザ装置UEがスモール基地局MMNBへフィードバックしてもよい。
同図に示す例では、受信電力がW3の場合、量子化受信電力は「7」となる。量子化受信電力「7」は第2閾値REF2以上であるので、所望電力として量子化受信電力「7」がフィードバックされる。
この変形例によれば、フィードバック情報の情報量が削減され、システム全体のオーバヘッドを低減することができる。
上述した実施形態では、ユーザ装置UEは無線通信が確立している一つのスモール基地局MMNBとの間の通信において干渉電力を問題とした。このほかに、ユーザ装置UEは他のスモール基地局MMNBからの送信ビームによって干渉を受ける場合がある。
そこで、ユーザ装置UEは、以下のようにフィードバック情報を生成し、無線通信が確立しているスモール基地局MMNBへフィードバックしてもよい。なお、以下の説明では、無線通信が確立しているスモール基地局MMNBを第1スモール基地局MMNB1と称し、他のスモール基地局MMNBを第2スモール基地局MMNB2と称する。例えば、図17に示すように第1スモール基地局MMNB1のセルCmm1と第2スモール基地局MMNB2のセルCmm2との境界付近にユーザ装置UE-3が位置しているとする。この場合、ユーザ装置UE-3は、第1スモール基地局MMNB1から所望ビームB1を受信する一方、第2スモール基地局MMNB2から干渉ビームB2を受信する。
所望電力としてフィードバックする受信電力は、他セル干渉電力が大きくなるほど、小さい電力に補正されることが好ましい。このように補正することによって、第1スモール基地局MMNB1では、送信BFウェイトが調整され、無線品質が維持される。この処理によって、他セル干渉電力があっても当該ユーザ装置UEに対する所望ビームの利得を大きくすることが可能となる。
上述した実施形態において、第1閾値REF1および第2閾値REF2は記憶部210に記憶された。しかし、これらは、ユーザ装置UEごとに任意に設定されてもよい。また、この設定は、スモール基地局MMNBからの指定で設定してもよいし、あるいは、ユーザ装置UEにおいて独自に設定してもよい。
図18に受信電力と確率密度との関係の一例を示す。ここで、第2閾値REF2を下げれば、複数の候補ビームのうち所望ビームとしてフィードバックするビーム数が増加する。このため、BF利得を大きくすることができる。一方、第2閾値REF2を上げれば複数の候補ビームのうち干渉ビームとしてフィードバックするビーム数が増加する。このため、スモール基地局MMNBにおける干渉制御を強化することができる。
また、ユーザ装置UEは、平均的な受信電力に応じて、第1閾値REF1および第2閾値REF2の少なくとも一方を設定する設定部を備えてもよい。
さらに、ユーザ装置UEは、受信電力の分布に応じて、干渉を制御するために第1閾値REF1および第2閾値REF2の少なくとも一方を設定する設定部を備えてもよい。
上述した実施形態では、送受信特性推定部150は、入力された参照信号RSを用いて、等価チャネル行列を推定する。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、等価チャネル行列の代わりにチャネル行列を推定した後、送信BFウェイト行列を決定してもよい。この場合、推定したチャネル行列はユーザ装置UEからスモール基地局MMNBにフィードバックされる。この際、ユーザ装置UEは、チャネル行列の要素を量子化してフィードバックしてもよい。また、上述した実施形態では、ユーザ装置UEは、等価チャネル行列の要素をフィードバックする。この際、等価チャネル行列の要素を量子化してフィードバックしてもよい。チャネル行列又は等価チャネル行列の量子化により、フィードバック情報の情報量を削減することができる。
上述した実施形態では、ある1つのユーザ(第iユーザ)の送信ビーム数LTiは固定的に設定される(例えば、LTi=LT/NU)。しかしながら、送信ビーム数LTiが動的に設定されてもよい。例えば、送信ビーム数LTiは、第iユーザの通信速度を一定値以上にする数に設定されてもよいし、システム全体の通信速度をより向上させる数(好適には、通信速度を最大化する数)に設定されてもよい。また、送信ビーム数LTiは、送信ビーム数LTiが固定的に設定される場合と比較して通信速度をより向上させる数に設定されてもよいし、第iユーザのキャパシティをより大きくする数(好適には、キャパシティを最大化する数)に設定されてもよい。例えば、MCS(Modulation and Coding Scheme)の値に応じて送信ビーム数LTiが設定されると好適である。
以上の実施形態において、スモール基地局MMNBとユーザ装置UEとの制御情報の通信は、任意のルートにて実行され得る。例えば、スモール基地局MMNBとユーザ装置UEとの間に無線リンクが確立されている場合には、無線信号を直接的に送受信することで制御情報を交換してもよい。また、以上の無線リンクが確立されていない場合には、マクロ基地局MeNB経由でスモール基地局MMNBとユーザ装置UEとが制御情報を送受信してもよい。
スモール基地局MMNBの送信ビームフォーミング部54は、NT本の送信アンテナATを全て用いて1つの送信ビームが生成されるフルアレー型構成であってもよいし、(NT/LT)本の送信アンテナATを用いて1つの送信ビームが生成されるサブアレー型構成であってもよい。いずれの構成によっても、以上の実施形態のユーザ多重が実現される。
ユーザ装置UEは、ネットワーク内の基地局(マクロ基地局MeNBおよび/またはスモール基地局MMNB)と無線通信が可能な任意の装置である。ユーザ装置UEは、例えば、フィーチャーフォンまたはスマートフォン等の携帯電話端末でもよく、タブレット端末でもよく、デスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ノート型パーソナルコンピュータでもよく、UMPC(Ultra-Mobile Personal Computer)でもよく、携帯用ゲーム機でもよく、その他の無線端末でもよい。
また、ユーザ装置UEはスモール基地局MMNBとの無線通信だけでなく、単なる基地局との間の無線通信に上述した通信を適用してもよいことは勿論である。
無線通信システム1内の各要素(ユーザ装置UEおよびスモール基地局MMNB)においてCPUが実行する各機能は、CPUの代わりに、ハードウェアが実行してもよいし、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)、またはDSP(Digital Signal Processor)等のプログラマブルロジックデバイスが実行してもよい。
Claims (9)
- MU−MIMO通信方式を用いて無線通信を実行する基地局から送信され、送信ビームフォーミングのための複数の候補ビームを受信するユーザ装置であって、
前記複数の候補ビームの各々について、通信品質に関する指標を測定する測定部と、
第1閾値および当該第1閾値よりも大きい第2閾値の各々と前記指標とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて、前記指標が前記第1閾値以上前記第2閾値未満の場合には前記指標を干渉ビームに関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記指標が前記第2閾値以上の場合には前記指標を所望ビームに関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記指標が前記第1閾値未満の場合にはフィードバック情報を前記基地局に送信しないフィードバック部と、
を備えるユーザ装置。 - 前記通信品質に関する指標は受信電力であり、
前記測定部は、前記複数の候補ビームの各々について、受信電力を測定し、
前記比較部は、前記第1閾値および前記第2閾値の各々と前記受信電力とを比較し、
前記フィードバック部は、前記比較部の比較結果に基づいて、前記受信電力が前記第1閾値以上前記第2閾値未満の場合には前記受信電力を干渉電力に関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記受信電力が前記第2閾値以上の場合には前記受信電力を所望電力に関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記受信電力が前記第1閾値未満の場合にはフィードバック情報を前記基地局に送信しない、
請求項1に記載のユーザ装置。 - 前記フィードバック部は、前記受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報と、前記受信電力を示す受信電力情報とを含む、前記フィードバック情報を生成する請求項2に記載のユーザ装置。
- 前記フィードバック部は、前記受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報と、前記受信電力を量子化した量子化受信電力情報とを含む、前記フィードバック情報を生成する請求項2に記載のユーザ装置。
- 前記測定部は、前記基地局が前記複数の候補ビームを送信する前に、当該基地局と異なる他の基地局から送信される送信ビームについて、他セル干渉電力を測定し、
前記比較部は、第3閾値と前記他セル干渉電力とを比較し、
前記フィードバック部は、前記他セル干渉電力が前記第3閾値以上である場合に、前記他の基地局からの干渉があることを示す他セル干渉情報を含む前記フィードバック情報を前記基地局に送信する、
請求項2乃至4のうちいずれか1項に記載のユーザ装置。 - 前記測定部は、前記基地局が前記複数の候補ビームを送信する前に、当該基地局と異なる他の基地局から送信される送信ビームについて、他セル干渉電力を測定し、
前記比較部は、第3閾値と前記他セル干渉電力とを比較し、
前記フィードバック部は、前記他セル干渉電力が前記第3閾値以上である場合には、前記受信電力情報の替わりに、前記受信電力を前記他セル干渉電力に応じて補正した補正受信電力に関する補正受信電力情報を含む前記フィードバック情報を前記基地局に送信する、
請求項2に記載のユーザ装置。 - 前記所望電力に関するフィードバック情報の対象となる候補ビームの数が所望の通信速度に応じた数以上となる値に、前記第2閾値を設定する設定部を備える請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載のユーザ装置。
- MU−MIMO通信方式を用いて、複数のユーザ装置と無線通信を実行可能な基地局であって、
前記複数のユーザ装置の各々は、請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載のユーザ装置であり、
前記基地局は、
M(Mは2以上の整数)本のストリームに対して、プリコーディングウェイト行列を用いてディジタルプリコーディングを施すプリコーディング部と、
前記ディジタルプリコーディングが施された後の信号に対して、送信ビームフォーミングウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与するアナログ送信ビームフォーミングまたは時間領域のディジタル送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するとともに、前記複数のユーザ装置の各々から送信された前記フィードバック情報を受信する複数のアンテナと、
前記送信ビームフォーミング部を制御する送信ビームフォーミングウェイト制御部と、
を備え、
前記送信ビームフォーミングウェイト制御部は、前記複数の候補ビームの各々に対応する送信ビームフォーミングウェイト行列を選択して、選択した送信ビームフォーミングウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを、前記送信ビームフォーミング部に実行させ、前記複数のユーザ装置の各々に対応する前記フィードバック情報に基づいて、M本のストリームを送信するための送信ビームフォーミングウェイト行列を決定し、決定した送信ビームフォーミングウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを、前記送信ビームフォーミング部に実行させる、
基地局。 - 前記送信ビームフォーミング部は、前記決定された送信ビームフォーミングウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを参照信号に施して出力し、
前記複数のユーザ装置の各々から、前記参照信号を用いて生成された、前記送信ビームフォーミングウェイト行列に対して伝送路の伝搬特性を示すチャネル行列を乗算した等価チャネル行列を含む等価チャネル情報を受信すると、前記等価チャネル行列に基づいて
前記プリコーディングウェイト行列を得るプリコーディング制御部と、
を備える請求項8に記載の基地局。
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