JP7102767B2

JP7102767B2 - 送信方法、基地局装置及び無線通信システム

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Publication number: JP7102767B2
Application number: JP2018027311A
Authority: JP
Inventors: 大介実川; 崇志瀬山; 隆伊達木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-02-19
Also published as: US20190261321A1; US10721718B2; JP2019145960A

Description

本発明は、送信方法、基地局装置及び無線通信システムに関する。

近年、スマートフォン等の普及に伴い、移動通信のトラフィックが急増しており、２０２０年以降の実用化が期待されている第５世代移動通信システム（５Ｇ）の研究開発が急務となっている。５Ｇで必要とされる能力の一つに通信システム容量の向上が挙げられ、その実現手段として、例えば複数の送信点（ＴＰ：Transmission Point）からの協調送信がある。具体的には、例えば高トラフィックエリア（ホットスポット）にＲＲＨ（Remote Radio Head）などのＴＰを高密度に配置し、複数のＴＰを集約ベースバンド処理装置（ＣＢＢＵ：Centralized Base Band Unit）から制御して協調送信させることが考えられる。

一般に、ＴＰが高密度に配置されることにより、セル分割の利得による通信システム容量の向上が期待されるが、実際には各ＴＰとユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）との間の伝搬環境が見通し（ＬＯＳ：Line of Sight）環境になる確率が高まるため、周辺ＴＰからの干渉が増大することがある。

そこで、協調送信する複数のＴＰがカバーするエリア（以下「協調クラスタ」という）内で、複数のＴＰが複数のＵＥ宛ての信号を同時に送信する協調ＭＵ（MultiUser）－ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）伝送を適用することが考えられる。協調ＭＵ－ＭＩＭＯ伝送では、協調クラスタ内の各ＴＰと各ＵＥとの間のＭＩＭＯ無線チャネルの推定結果に基づいて送信ウェイトが算出され、送信ウェイトを用いて各ＴＰのアンテナの送信振幅及び位相が個別に制御される。これにより、理想的にはＴＰ間及びＵＥ間の干渉がない高品質な通信環境で、ＴＰの配置密度に応じた高い通信システム容量を達成することができる。

特開２０１１－１９１０１号公報特開２０１７－１１４８６号公報特開２０１４－２７３６８号公報

ところで、協調クラスタの大きさは、最大でも１つのＣＢＢＵに接続されたＴＰがカバーする範囲に制限され有限である。このため、例えば人口過密地帯などの広域のホットスポットを面的にカバーするためには、以下の２通りの手法が考えられる。

すなわち、１つ目の手法としては、協調クラスタを大型化するものがある。この場合、広域に分布する多数のＴＰとＣＢＢＵを接続する置局が困難であるとともに、スケジューリングや送信ウェイトの算出に関して、協調クラスタ内のＴＰ及びＵＥの数が増えるほど処理量が増大する。したがって、単に協調送信するＴＰの数を増やして協調クラスタを大型化するのは現実的ではない。

そこで、２つ目の手法として、複数の協調クラスタを互いに隣接させて密接配置するものがある。しかしながら、この場合には、１つの協調クラスタ内のＴＰ間では干渉が発生しないものの、隣接する協調クラスタのＴＰ間で干渉が発生するという問題がある。つまり、隣接する協調クラスタの境界付近ではＴＰ間の干渉が発生し、干渉によって通信システム容量が制限されてしまう。

通常、協調クラスタが孤立配置される場合には、協調クラスタ内のＴＰの数を増やすことによって通信システム容量を大きくすることができるのに対し、複数の協調クラスタが密接配置される場合には、各協調クラスタ内のＴＰの数を増やしても通信システム容量はさほど大きくならないことが知られている。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、広範なエリアに対してＭＵ－ＭＩＭＯを適用する場合に、通信システム容量を向上することができる送信方法、基地局装置及び無線通信システムを提供することを目的とする。

本願が開示する送信方法は、１つの態様において、協調して信号を送信する複数の送信点がカバーする１つの協調クラスタ内から、他の協調クラスタとの境界付近に位置する送信点を選択し、選択した送信点に前記他の協調クラスタの方向とは異なる方向を向く指向性ビームを前記１つの協調クラスタ内のみに形成させる第１の送信ウェイトを生成し、生成した第１の送信ウェイトを用いて、前記複数の送信点から同時に送信される複数の送信先宛ての信号が分離して受信されるように送信信号を重み付けする第２の送信ウェイトを生成し、生成した第２の送信ウェイトを用いて、前記複数の送信点から送信されるアンテナごとのストリームを生成し、生成したストリームを前記複数の送信点から送信する処理を有する。

本願が開示する送信方法、基地局装置及び無線通信システムの１つの態様によれば、広範なエリアに対してＭＵ－ＭＩＭＯを適用する場合に、通信システム容量を向上することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る通信システムの一例を示す図である。図２は、実施の形態１に係るＴＰの構成を示すブロック図である。図３は、実施の形態１に係るＣＢＢＵの構成を示すブロック図である。図４は、実施の形態１に係る送信方法を示すフロー図である。図５は、実施の形態１に係る干渉低減の具体例を示す図である。図６は、実施の形態２に係る送信方法を示すフロー図である。図７は、実施の形態２に係る干渉低減の具体例を示す図である。図８は、実施の形態２に係る干渉低減の他の具体例を示す図である。図９は、実施の形態３に係るＣＢＢＵの構成を示すブロック図である。図１０は、実施の形態３に係る干渉低減の具体例を示す図である。

以下、本願が開示する送信方法、基地局装置及び無線通信システムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る通信システムの一例を示す図である。図１に示す通信システムにおいては、ベースバンド処理装置であるＣＢＢＵ（Centralized Base Band Unit）１００に複数のＴＰ（Transmission Point）１０が接続される。そして、ＴＰ１０は、ＵＥ（User Equipment）２０と無線通信する。図１に示すように、複数のＣＢＢＵ１００が配置される場合には、これらのＣＢＢＵ１００は互いに通信可能に接続される。

各ＣＢＢＵ１００の配下のＴＰ１０は、協調送信によってＵＥ２０へ信号を送信する。すなわち、ＣＢＢＵ１００に接続される一部又は全部のＴＰ１０が協調してＵＥ２０宛ての信号を送信する。ここで、協調送信するＴＰ１０がカバーするエリアを協調クラスタという。各協調クラスタに属するＴＰ１０は、ＭＵ－ＭＩＭＯを用いた協調送信をする。すなわち、協調クラスタ内の複数のＴＰ１０が同時に同一周波数を用いて、複数のＵＥ２０宛ての信号を送信する。

具体的には、ＴＰ１０は、複数のＵＥ２０宛てのデータに協調クラスタごとの送信ウェイトが乗算されて得られるアンテナごとのストリームをＣＢＢＵ１００から受信し、それぞれのアンテナからストリームを無線送信する。送信ウェイトは、協調クラスタ内のＴＰ１０の各アンテナと複数のＵＥ２０との間の無線伝搬路に対応する行列であり、各ＵＥ２０においては、自ＵＥ２０宛ての信号を分離して取得することができる。

ＣＢＢＵ１００は、協調クラスタごとの送信ウェイトをＴＰ１０の各アンテナと複数のＵＥ２０との間の無線伝搬路に基づいて算出する。ただし、ＣＢＢＵ１００は、隣接する協調クラスタの境界付近に位置するＴＰ（以下「境界ＴＰ」という）１０に関しては、アンテナがＴＰ１０が実際に備えるアンテナ数よりも少ないものとして送信ウェイトを算出する。すなわち、ＣＢＢＵ１００は、境界ＴＰが備える複数のアンテナを、指向性ビーム（以下単に「ビーム」という）を形成する例えば１つのアンテナと見做して、ＭＵ－ＭＩＭＯの送信ウェイトを生成する。このとき、ＣＢＢＵ１００は、境界ＴＰによって協調クラスタの内側の方向へ向くビームが形成されるような送信ウェイトを生成する。すなわち、ＣＢＢＵ１００は、境界ＴＰが備える複数のアンテナによって、隣接する協調クラスタの方向とは異なる方向へ向くビームを形成し、隣接する協調クラスタへの干渉を低減する。ＣＢＢＵ１００による送信ウェイトの生成については、後に詳述する。

図２は、実施の形態１に係るＴＰ１０の構成を示すブロック図である。図２に示すＴＰ１０は、通信インタフェース（以下「通信Ｉ／Ｆ」と略記する）１１、プロセッサ１２、メモリ１３及び複数の無線通信部１４－１～１４－Ｌ（Ｌは２以上の整数）を有する。

通信Ｉ／Ｆ１１は、ＣＢＢＵ１００に接続され、ＣＢＢＵ１００から送信データを受信する。この送信データには、ＴＰ１０が備える複数のアンテナごとのストリームが含まれる。また、通信Ｉ／Ｆ１１は、複数のアンテナによってＵＥ２０から受信された受信データをＣＢＢＵ１００へ送信する。

プロセッサ１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを備え、ＴＰ１０全体を統括制御する。具体的には、プロセッサ１２は、通信Ｉ／Ｆ１１によって受信された送信データに、増幅器で発生する歪みの逆特性の歪みを乗算する歪み補償などを施す。

メモリ１３は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）などを備え、プロセッサ１２によって処理が実行される際に、種々の情報を記憶する。

無線通信部１４－１～１４－Ｌは、複数のアンテナに対応して設けられ、それぞれのアンテナから送信されるストリームに対してＤ／Ａ変換及びアップコンバートなどの無線送信処理を施す。また、無線通信部１４－１～１４－Ｌは、それぞれのアンテナによって受信された信号に対してダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換などの無線受信処理を施す。

同一の協調クラスタに属する複数のＴＰ１０が、アンテナごとのストリームを複数のアンテナから送信することにより、複数のＵＥ２０それぞれが自ＵＥ宛てのデータを受信可能なＭＵ－ＭＩＭＯ伝送が実現される。また、協調クラスタ内の境界ＴＰは、アンテナごとのストリームを複数のアンテナから送信することにより、隣接する協調クラスタの方向とは異なる方向へ向くビームを形成し、隣接する協調クラスタへの干渉を低減する。この結果、複数の協調クラスタが密接して配置されても協調クラスタ間の干渉が低減され、広範なエリアに対してＭＵ－ＭＩＭＯを適用する場合に、通信システム容量を向上することができる。

図３は、実施の形態１に係るＣＢＢＵ１００の構成を示すブロック図である。図３に示すＣＢＢＵ１００は、プロセッサ１００ａ、メモリ１００ｂ及び通信Ｉ／Ｆ１００ｃを有する。

プロセッサ１００ａは、例えばＣＰＵ、ＦＰＧＡ又はＤＳＰなどを備え、ＣＢＢＵ１００全体を統括制御する。具体的には、プロセッサ１００ａは、協調クラスタごとのスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃ（Ｃは１以上の整数）及びクラスタ管理部１２０を有する。

スケジューラ１１０－１～１１０－Ｃは、協調クラスタごとに設けられ、それぞれビーム形成部１１１、送信制御部１１２、送信ウェイト生成部１１３及びストリーム生成部１１４を有する。なお、図３においては、スケジューラ１１０－１についてのみ内部構成を図示しているが、他のスケジューラ１１０－２～１１０－Ｃもスケジューラ１１０－１と同等の内部構成を有する。

ビーム形成部１１１は、協調クラスタ内のＮ個（Ｎは２以上の整数）のＴＰ１０から境界ＴＰを選択し、境界ＴＰが信号を送信する際のビームを形成する。具体的には、ビーム形成部１１１は、協調クラスタ内のＴＰ１０が設置された位置の位置情報を例えばメモリ１００ｂから取得し、隣接する協調クラスタとの境界付近に位置する境界ＴＰを選択する。このとき、ビーム形成部１１１は、例えば他の協調クラスタのＴＰ１０からの距離が所定距離以内のＴＰ１０を境界ＴＰとして選択しても良い。

そして、ビーム形成部１１１は、選択した境界ＴＰが備えるＬ本のアンテナそれぞれのストリームと乗算される送信ウェイトベクトルを生成する。例えば境界ＴＰ＃ｎ（ｎは１～Ｎの整数）の送信ウェイトベクトルＷ_nは、以下の式（１）によって示される。

上式（１）において、λは波長、ｄは境界ＴＰのアンテナ素子間隔、θはビームのメインローブの放射方向を表す。ビーム形成部１１１は、境界ＴＰが信号を送信する際のビームが隣接する協調クラスタとは異なる方向へ向くように、上式（１）のθを設定する。このとき、ビーム形成部１１１は、ビームのメインローブだけでなく、サイドローブも隣接する協調クラスタとは異なる方向へ向くようにするのが好ましい。なお、ビーム形成部１１１は、必ずしも境界ＴＰが備えるＬ本のアンテナすべてを用いてビームを形成しなくても良く、一部のアンテナを用いてビームを形成しても良い。ビームの形成に用いられる複数のアンテナは、ＭＵ－ＭＩＭＯの送信ウェイトにおいては１つのアンテナと見做される。すなわち、ＭＵ－ＭＩＭＯにおいてアンテナごとの振幅及び位相を制御する自由度の一部が、境界ＴＰによるビームの形成に割り当てられる。

送信制御部１１２は、協調クラスタ内のスケジューリングを実行する。具体的には、送信制御部１１２は、協調クラスタにおいて同時にデータの送信先となるＵＥ２０を決定し、このスケジューリング結果を送信ウェイト生成部１１３へ通知する。すなわち、送信制御部１１２は、協調クラスタ内でＭＵ－ＭＩＭＯによって空間多重されるデータの送信先となる複数のＵＥ２０を決定する。

このとき、送信制御部１１２は、協調クラスタ内のＴＰ１０のアンテナ数の合計とデータの送信先となるＵＥ２０のアンテナ数の合計とが等しくなるように複数のＵＥ２０を決定する。したがって、送信制御部１１２は、すべてのＵＥ２０が１つの受信アンテナを有する場合には、協調クラスタ内のＴＰ１０のアンテナの総数に等しいＵＥ２０宛てのデータを空間多重すると決定する。ただし、送信制御部１１２は、境界ＴＰのビーム形成に用いられる複数のアンテナを１つのアンテナと見做して、協調クラスタ内のＴＰ１０のアンテナの総数をカウントする。

また、送信制御部１１２は、スケジューリング結果に従って、ＭＵ－ＭＩＭＯによって空間多重されるデータを生成する。すなわち、送信制御部１１２は、協調クラスタ内で同時に送信される複数のＵＥ２０宛てのデータを生成し、それぞれのＵＥ２０宛てのデータをストリーム生成部１１４へ出力する。

送信ウェイト生成部１１３は、協調クラスタ内のＮ個のＴＰ１０とスケジューリングによって決定されたＭ個（Ｍは２以上の整数）のＵＥ２０との間のダウンリンクのチャネル行列に基づいて、ＭＵ－ＭＩＭＯのための送信ウェイトを生成する。具体的には、送信ウェイト生成部１１３は、協調クラスタ内のＴＰ＃ｎと空間多重されるデータの宛先のＭ個のＵＥ２０との間のダウンリンクの等価チャネル行列Ｈ^_nを以下の式（２）のように定義する。

すなわち、境界ＴＰ以外のＴＰ１０については、ＴＰ１０のＬ本のアンテナとＭ個のＵＥ２０との間のそれぞれのダウンリンクのチャネル係数ｈを並べたチャネル行列Ｈ_nがダウンリンクの等価チャネル行列となる。また、境界ＴＰについては、チャネル行列Ｈ_nにビーム形成のための送信ウェイトベクトルＷ_nを乗算したものがダウンリンクの等価チャネル行列となる。

そして、送信ウェイト生成部１１３は、各ＴＰ１０についての等価チャネル行列Ｈ^_nを並べた協調クラスタの等価チャネル行列Ｈ^を以下の式（３）のように求める。

送信ウェイト生成部１１３は、協調クラスタの等価チャネル行列Ｈ^を用いて、この協調クラスタにおける送信ウェイト行列を算出する。すなわち、送信ウェイト生成部１１３は、例えばＺＦ（Zero Forcing）法の送信ウェイト行列Ｗ_CLを以下の式（４）によって求める。

ただし、上式（４）において、Ｈ^^Hは等価チャネル行列Ｈ^のエルミート転置を表す。送信ウェイト生成部１１３は、生成した送信ウェイト行列Ｗ_CLをストリーム生成部１１４へ出力する。

ストリーム生成部１１４は、送信制御部１１２から出力されたＵＥ２０宛てのデータに、送信ウェイト生成部１１３から出力された送信ウェイト行列ＷCLを乗算して、協調クラスタ内のＴＰ１０のアンテナごとのストリームを生成する。すなわち、ストリーム生成部１１４は、境界ＴＰにおいては隣接する協調クラスタとは異なる方向へ向くビームが形成されるとともに、Ｍ個のＵＥ２０宛てのデータが空間多重されたストリームを生成する。

クラスタ管理部１２０は、協調クラスタを管理し、それぞれの協調クラスタに属するＴＰ１０を決定する。そして、クラスタ管理部１２０は、協調クラスタに対応するスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃに対して、それぞれの協調クラスタに属するＴＰ１０を通知する。

メモリ１００ｂは、例えばＲＡＭ又はＲＯＭなどを備え、プロセッサ１００ａによって処理が実行される際に、種々の情報を記憶する。

通信Ｉ／Ｆ１００ｃは、ＣＢＢＵ１００の配下のすべてのＴＰ１０に接続され、スケジューラ１１０－１～１１０－Ｃによって生成された協調クラスタごとのストリームを対応する協調クラスタのＴＰ１０へ送信する。このストリームが協調クラスタ内の各ＴＰ１０のアンテナから同時に送信されると、送受アンテナ間のダウンリンクのチャネルと送信ウェイト行列Ｗ_CLとに応じたダウンリンクの仮想チャネルがＵＥ２０ごとに直交化しており、各ＵＥ２０は、自ＵＥ宛てのデータを分離して受信することができる。また、境界ＴＰにおいては、隣接する協調クラスタとは異なる方向へ向くビームが形成され、隣接する協調クラスタへの干渉を低減することができる。

次いで、上記のように構成されたＣＢＢＵ１００によるデータの送信方法について、図４に示すフロー図を参照しながら説明する。

メモリ１００ｂには、ＣＢＢＵ１００に接続されたすべてのＴＰ１０の位置情報があらかじめ記憶されている。また、クラスタ管理部１２０によって、それぞれの協調クラスタに属するＴＰ１０が決定され、各協調クラスタに対応するスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃに対して、協調クラスタごとのＴＰ１０が通知される。

そして、各協調クラスタに対応するスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃにおいては、ビーム形成部１１１によって、協調クラスタ内の境界ＴＰが選択される（ステップＳ１０１）。すなわち、ビーム形成部１１１によって、メモリ１００ｂに記憶されたＴＰ１０の位置情報が参照され、他の協調クラスタに属するＴＰ１０からの距離が所定距離以内のＴＰ１０が自協調クラスタ内の境界ＴＰとして選択される。選択された境界ＴＰは、隣接する協調クラスタへ干渉を与え得るＴＰ１０である。

そこで、ビーム形成部１１１によって、境界ＴＰから隣接する協調クラスタへの干渉を低減するためのビームが形成される（ステップＳ１０２）。具体的には、上述した式（１）においてメインローブの放射方向θを適切に設定し、ビーム形成のための送信ウェイトベクトルＷ_nを導出する。このとき、メインローブの放射方向θは、例えば自協調クラスタの中心方向などのように、隣接する協調クラスタとは異なる方向に設定される。また、メインローブに伴って形成されるサイドローブの方向も隣接する協調クラスタとは異なる方向となるように、メインローブの放射方向θが設定されるのが好ましい。このようにして導出された送信ウェイトベクトルＷ_nは、送信ウェイト生成部１１３へ出力される。

一方、送信制御部１１２によって、協調クラスタ内のスケジューリングが実行される（ステップＳ１０３）。すなわち、協調クラスタ内において、ＭＵ－ＭＩＭＯによって空間多重されるデータの宛先となるＭ個のＵＥ２０が決定される。決定されたＭ個のＵＥ２０は、送信制御部１１２から送信ウェイト生成部１１３へ通知される。また、送信制御部１１２によって、決定されたＭ個のＵＥ２０宛てのデータが生成され、ストリーム生成部１１４へ出力される。

そして、送信ウェイト生成部１１３によって、Ｍ個のＵＥ２０宛てのデータに乗算される送信ウェイトが生成される（ステップＳ１０４）。具体的には、まず、境界ＴＰ以外のＴＰ１０については、送受アンテナ間のチャネル係数を並べたチャネル行列Ｈ_nが等価チャネル行列Ｈ^_nとして求められ、境界ＴＰについては、チャネル行列Ｈ_nに送信ウェイトベクトルＷ_nを乗算したものが等価チャネル行列Ｈ^_nとして求められる。そして、協調クラスタ内のすべてのＴＰ１０に関する等価チャネル行列Ｈ^_nを並べて得られる協調クラスタの等価チャネル行列Ｈ^から、例えば上式（４）によって送信ウェイト行列Ｗ_CLが求められる。

送信ウェイトは、ストリーム生成部１１４へ出力され、Ｍ個のＵＥ宛てのデータと乗算されることにより、協調クラスタ内のＴＰ１０のアンテナごとのストリームが生成される（ステップＳ１０５）。生成されたアンテナごとのストリームは、通信Ｉ／Ｆ１００ｃからそれぞれのアンテナを備えるＴＰ１０へ送信される（ステップＳ１０６）。そして、協調クラスタ内の各ＴＰ１０が、アンテナごとのストリームを同時に送信することにより、Ｍ個のＵＥ２０宛てのデータが空間多重されてＭ個のＵＥ２０それぞれによって受信される。各ＵＥ２０宛てのデータに送信ウェイトが乗算されてアンテナごとのストリームが生成されているため、ＵＥ２０ごとのデータに関するダウンリンクの仮想チャネルが直交化され、各ＵＥ２０は自ＵＥ宛てのデータを他のデータと分離して受信することができる。

また、送信ウェイトは、境界ＴＰが隣接する協調クラスタとは異なる方向を向くビームを形成するように生成されているため、隣接する協調クラスタとの境界付近では、隣接する協調クラスタの方向への送信が行われない。このため、隣接する協調クラスタへの干渉を低減し、協調クラスタを密接して配置しても、通信システム容量を向上することができる。

図５は、実施の形態１に係る干渉低減の具体例を示す図である。図５においては、協調クラスタ＃１及び協調クラスタ＃２が隣接して配置されている。そして、協調クラスタ＃１にはＴＰ＃１ａ及びＴＰ＃１ｂが属しており、協調クラスタ＃２にはＴＰ＃２ａが属している。

ＴＰ＃１ａは、協調クラスタ＃１の中央付近に位置するのに対し、ＴＰ＃１ｂは、協調クラスタ＃２との境界付近に位置するため、境界ＴＰである。同様に、ＴＰ＃２ａは、協調クラスタ＃１との境界付近に位置するため、境界ＴＰである。このような場合、ＴＰ＃１ａについては、すべてのアンテナに関してＭＵ－ＭＩＭＯのために振幅及び位相が制御されるのに対し、ＴＰ＃１ｂ及びＴＰ＃２ａについては、全部又は一部のアンテナの振幅及び位相を制御する自由度がビームの形成に割り当てられる。すなわち、上述した送信ウェイト行列Ｗ_CLがＭ個のＵＥ２０宛てのデータに乗算されて、アンテナごとのストリームが生成される。

この結果、ＴＰ＃１ａは、全方向へデータを送信するのに対し、ＴＰ＃１ｂ及びＴＰ＃２ａは、隣接する協調クラスタとは異なる方向へデータを送信する。すなわち、ＴＰ＃１ｂは、ビーム２０１を形成し、ＴＰ＃２ａは、ビーム２０２を形成する。これらのビーム２０１、２０２は、隣接する協調クラスタとは異なる方向を向いているため、境界ＴＰであるＴＰ＃１ｂ及びＴＰ＃２ａが隣接する協調クラスタへ与える干渉が低減される。結果として、協調クラスタ間の干渉が低減され、それぞれの協調クラスタにおける通信システム容量を向上することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、ＣＢＢＵは、隣接する協調クラスタとの境界付近の境界ＴＰがビームを形成し、かつ、複数のＵＥ宛てのデータを同時に送信可能なＭＵ－ＭＩＭＯを実現する送信ウェイトを生成して、アンテナごとのストリームを生成する。そして、協調クラスタ内のＴＰは、アンテナごとのストリームをＣＢＢＵから受信して、各アンテナから無線送信する。このため、境界ＴＰが隣接する協調クラスタとは異なる方向を向くビームを形成し、隣接する協調クラスタへの干渉を低減することができる。結果として、協調クラスタが密接して配置された広範なエリアに対してＭＵ－ＭＩＭＯを適用する場合に、通信システム容量を向上することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の特徴は、時間や周波数などの無線リソースによって、ビームを形成する境界ＴＰを切り替える点である。

実施の形態２に係る通信システム、ＴＰ１０及びＣＢＢＵ１００の構成は、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態２においては、ＣＢＢＵ１００のスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃ及びクラスタ管理部１２０の動作が実施の形態１とは異なる。

実施の形態２においては、クラスタ管理部１２０は、無線リソースごとに境界ＴＰにビームを形成させるか否かを切り替える。すなわち、クラスタ管理部１２０は、例えばサブフレームなどの時間単位で、協調クラスタごとの境界ＴＰによるビームの形成の有無をスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃへ指示する。具体的には、クラスタ管理部１２０は、例えば偶数番目のサブフレームでは、ある協調クラスタの境界ＴＰによってビームが形成されるようにし、奇数番目のサブフレームでは、隣接する協調クラスタの境界ＴＰによってビームが形成されるようにする。また、クラスタ管理部１２０は、例えばサブキャリアなどの周波数単位で、協調クラスタごとの境界ＴＰによるビームの形成の有無をスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃへ指示しても良い。

スケジューラ１１０－１～１１０－Ｃのビーム形成部１１１は、クラスタ管理部１２０から指示された無線リソースにおいて境界ＴＰのビームを形成する。すなわち、ビーム形成部１１１は、例えばサブフレームごと又はサブキャリアごとに境界ＴＰのビームを形成する。したがって、ビーム形成部１１１は、一部の無線リソースにおいてビームを形成し、残りの無線リソースにおいてビームを形成しない。この結果、ビームが形成されない無線リソースでは、送信ウェイト生成部１１３は、協調クラスタ内の境界ＴＰを含むすべてのＴＰ１０のアンテナを用いたＭＵ－ＭＩＭＯのための送信ウェイトを生成することができる。これにより、一部の無線リソースでは境界ＴＰがビームを形成しないため、協調クラスタの外縁付近のＵＥ２０での受信品質が向上する。このため、送信制御部１１２は、境界ＴＰがビームを形成しない無線リソースにおいて、協調クラスタの外縁付近のＵＥ２０宛てのデータが送信されるようにスケジューリングを実行しても良い。

次いで、実施の形態２に係るＣＢＢＵ１００によるデータの送信方法について、図６に示すフロー図を参照しながら説明する。図６において、図４と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

クラスタ管理部１２０は、協調クラスタごとに境界ＴＰにビームを形成させる無線リソースをスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃへ指示する。すなわち、クラスタ管理部１２０は、例えば一部の協調クラスタに対応するスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃには偶数番目のサブフレームでビームを形成するように指示し、一部の協調クラスタに隣接する協調クラスタに対応するスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃには奇数番目のサブフレームでビームを形成するように指示する。この指示は、各協調クラスタに対応するスケジューラ１１０－１～１１０－Ｃのビーム形成部１１１によって取得される（ステップＳ２０１）。

そして、ビーム形成部１１１によって、スケジューリング対象の無線リソースがクラスタ管理部１２０から指示された無線リソースであるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。すなわち、例えば偶数番目のサブフレームでビームを形成するように指示された場合は、ビーム形成部１１１は、スケジューリング対象のサブフレームが偶数番目のサブフレームであるか否かを判定する。また、例えばビームを形成するサブキャリアの周波数が指示された場合は、ビーム形成部１１１は、スケジューリング対象のサブキャリアが指示された周波数のサブキャリアであるか否かを判定する。

この判定の結果、スケジューリング対象の無線リソースが指示された無線リソースである場合（ステップＳ２０２Ｙｅｓ）、ビーム形成部１１１によって、協調クラスタ内の境界ＴＰが選択され（ステップＳ１０１）、隣接する協調クラスタへの干渉を低減するためのビームが形成される（ステップＳ１０２）。そして、実施の形態１と同様に、協調クラスタ内のスケジューリングが実行され（ステップＳ１０３）、送信ウェイト生成部１１３によって送信ウェイトが生成される（ステップＳ１０４）。ここで生成される送信ウェイトは、境界ＴＰによってビームを形成させる送信ウェイトである。そして、送信ウェイトを用いて、アンテナごとのストリームが生成され（ステップＳ１０５）、境界ＴＰを含む各ＴＰ１０へストリームが送信される（ステップＳ１０６）。

一方、ステップＳ２０２の判定の結果、スケジューリング対象の無線リソースが指示された無線リソースではない場合（ステップＳ２０２Ｎｏ）、この無線リソースに関してはビームの形成が省略される。したがって、境界ＴＰにおけるビームが形成されることなく協調クラスタ内のスケジューリングが実行され（ステップＳ１０３）、送信ウェイト生成部１１３によって送信ウェイトが生成される（ステップＳ１０４）。ここで生成される送信ウェイトは、境界ＴＰによってビームを形成させない送信ウェイトである。そして、送信ウェイトを用いて、アンテナごとのストリームが生成され（ステップＳ１０５）、各ＴＰ１０へストリームが送信される（ステップＳ１０６）。

このように、無線リソースごとに境界ＴＰによるビームの形成の有無が異なるため、ビームが形成される無線リソースについては、隣接する協調クラスタへの干渉が低減されるとともに、ビームが形成されない無線リソースについては、協調クラスタの外縁付近に位置するＵＥ２０の受信品質を向上させることができる。

図７は、実施の形態２に係る干渉低減の具体例を示す図である。図７においては、協調クラスタ＃１及び協調クラスタ＃２が隣接して配置されている。そして、協調クラスタ＃１にはＴＰ＃１ａが属しており、協調クラスタ＃２にはＴＰ＃２ａが属している。ＴＰ＃１ａ及びＴＰ＃２ａは、いずれもそれぞれの協調クラスタにおける境界ＴＰである。

図７の左図に示すように、偶数番目のサブフレームでは、協調クラスタ＃１のＴＰ＃１ａはビームを形成しない一方、協調クラスタ＃２のＴＰ＃２ａはビームを形成する。このため、偶数番目のサブフレームでは、協調クラスタ＃２から協調クラスタ＃１への干渉が低減される。また、協調クラスタ＃１では、境界ＴＰであるＴＰ＃１ａのアンテナも含めてＭＵ－ＭＩＭＯが実行されるため、協調クラスタ＃２との境界付近に位置するＵＥ２０の受信品質が向上する。

そして、図７の右図に示すように、奇数番目のサブフレームでは、協調クラスタ＃１のＴＰ＃１ａはビームを形成する一方、協調クラスタ＃２のＴＰ＃２ａはビームを形成しない。このため、奇数番目のサブフレームでは、協調クラスタ＃１から協調クラスタ＃２への干渉が低減される。また、協調クラスタ＃２では、境界ＴＰであるＴＰ＃２ａのアンテナも含めてＭＵ－ＭＩＭＯが実行されるため、協調クラスタ＃１との境界付近に位置するＵＥ２０の受信品質が向上する。

以上のように、本実施の形態によれば、ＣＢＢＵは、無線リソースごとに各協調クラスタの境界ＴＰにビームを形成させるか否かを切り替えてＭＵ－ＭＩＭＯのための送信ウェイトを生成し、アンテナごとのストリームを生成する。そして、協調クラスタ内のＴＰは、アンテナごとのストリームをＣＢＢＵから受信して、各アンテナから無線送信する。このため、一部の無線リソースにおいては境界ＴＰがビームを形成して、隣接する協調クラスタへの干渉を低減することができるとともに、残りの無線リソースにおいては境界ＴＰがビームを形成せずにＭＵ－ＭＩＭＯが実行され、協調クラスタの外縁付近のＵＥにおける受信品質を向上することができる。結果として、協調クラスタが密接して配置された広範なエリアに対してＭＵ－ＭＩＭＯを適用する場合に、通信システム容量を向上することができる。

なお、上記実施の形態２においては、協調クラスタ単位で境界ＴＰによるビームの形成の有無を切り替えるものとしたが、ビームの形成の有無は、必ずしも１つの協調クラスタに属する境界ＴＰがすべて同じでなくても良い。すなわち、ある無線リソースに対しては、協調クラスタ内の一部の境界ＴＰが選択されてビームを形成し、他の無線リソースに対しては、他の一部の境界ＴＰが選択されてビームを形成するようにしても良い。

図８は、サブフレームごとのビーム形成の具体例を示す図である。図８においては、図中六角形で示す協調クラスタが密接配置されている。そして、図８の左図に示すように、偶数番目のサブフレームにおいては、各協調クラスタの図中斜線で示す範囲の境界ＴＰがビームを形成する。すなわち、偶数番目のサブフレームにおいては、各協調クラスタの中心線より一方側（図中下側）の境界ＴＰがビームを形成する。また、図８の右図に示すように、奇数番目のサブフレームにおいては、各協調クラスタの図中斜線で示す範囲の境界ＴＰがビームを形成する。すなわち、奇数番目のサブフレームにおいては、各協調クラスタの中心線より他方側（図中上側）の境界ＴＰがビームを形成する。

このようにすることにより、隣接する協調クラスタそれぞれにおいて時分割で干渉の低減と外縁付近のＵＥの受信品質向上を実現することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３の特徴は、互いに隣接する協調クラスタが異なるＣＢＢＵの配下の協調クラスタである場合に、無線リソースごとに境界ＴＰのビーム形成の有無を切り替える点である。

実施の形態３に係る通信システム及びＴＰ１０の構成は、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。図９は、実施の形態３に係るＣＢＢＵ１００の構成を示すブロック図である。図９において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図９に示すＣＢＢＵ１００は、図３に示すＣＢＢＵ１００にＣＢＢＵ間通信部１５０を追加した構成を採る。

ＣＢＢＵ間通信部１５０は、他のＣＢＢＵと接続され、協調クラスタに関する情報を送受信する。すなわち、ＣＢＢＵ間通信部１５０は、自ＣＢＢＵの配下の協調クラスタに属する境界ＴＰがビームを形成する無線リソースの情報を他ＣＢＢＵへ送信したり、他ＣＢＢＵの配下の協調クラスタに属する境界ＴＰがビームを形成する無線リソースの情報を他ＣＢＢＵから受信したりする。なお、ＣＢＢＵ間通信部１５０が送受信する情報には、各協調クラスタに属するＴＰ１０の位置情報や境界ＴＰの識別情報などが含まれていても良い。

本実施の形態においては、クラスタ管理部１２０は、ＣＢＢＵ間通信部１５０によって他ＣＢＢＵから受信された情報を用いて、自ＣＢＢＵの配下の協調クラスタにおいて境界ＴＰがビームを形成する無線リソースを決定する。すなわち、自ＣＢＢＵの配下の協調クラスタに隣接する協調クラスタが他ＣＢＢＵの配下の協調クラスタである場合、クラスタ管理部１２０は、これらの協調クラスタにおいて異なる無線リソースでビームが形成されるようにする。

図１０は、実施の形態３に係る干渉低減の具体例を示す図である。図１０においては、ＣＢＢＵ＃１の配下の協調クラスタ＃１及びＣＢＢＵ＃２の配下の協調クラスタ＃２が隣接して配置されている。そして、協調クラスタ＃１にはＴＰ＃１ａが属しており、協調クラスタ＃２にはＴＰ＃２ａが属している。ＴＰ＃１ａ及びＴＰ＃２ａは、いずれもそれぞれの協調クラスタにおける境界ＴＰである。

図１０の左図に示すように、ＣＢＢＵ＃１及びＣＢＢＵ＃２が互いに情報を送受信することにより、偶数番目のサブフレームでは、協調クラスタ＃１のＴＰ＃１ａはビームを形成しない一方、協調クラスタ＃２のＴＰ＃２ａはビームを形成する。このため、偶数番目のサブフレームでは、協調クラスタ＃２から協調クラスタ＃１への干渉が低減される。また、協調クラスタ＃１では、境界ＴＰであるＴＰ＃１ａのアンテナも含めてＭＵ－ＭＩＭＯが実行されるため、協調クラスタ＃２との境界付近に位置するＵＥ２０の受信品質が向上する。

同様に、図１０の右図に示すように、ＣＢＢＵ＃１及びＣＢＢＵ＃２が互いに情報を送受信することにより、奇数番目のサブフレームでは、協調クラスタ＃１のＴＰ＃１ａはビームを形成する一方、協調クラスタ＃２のＴＰ＃２ａはビームを形成しない。このため、奇数番目のサブフレームでは、協調クラスタ＃１から協調クラスタ＃２への干渉が低減される。また、協調クラスタ＃２では、境界ＴＰであるＴＰ＃２ａのアンテナも含めてＭＵ－ＭＩＭＯが実行されるため、協調クラスタ＃１との境界付近に位置するＵＥ２０の受信品質が向上する。

以上のように、本実施の形態によれば、ＣＢＢＵは、他のＣＢＢＵとの間で情報を送受信しながら、無線リソースごとに各協調クラスタの境界ＴＰにビームを形成させるか否かを切り替える。そして、ＣＢＢＵは、ビーム形成の有無に応じたＭＵ－ＭＩＭＯのための送信ウェイトを生成し、アンテナごとのストリームを生成する。さらに、協調クラスタ内のＴＰは、アンテナごとのストリームをＣＢＢＵから受信して、各アンテナから無線送信する。このため、隣接する協調クラスタが異なるＣＢＢＵの配下の協調クラスタである場合にも、それぞれの協調クラスタにおける境界ＴＰがビームを形成する無線リソースを適切に切り替えることができる。

１０ＴＰ
１００ＣＢＢＵ
１１、１００ｃ通信Ｉ／Ｆ
１２、１００ａプロセッサ
１３、１００ｂメモリ
１４無線通信部
１１０－１～１１０－Ｃスケジューラ
１１１ビーム形成部
１１２送信制御部
１１３送信ウェイト生成部
１１４ストリーム生成部
１２０クラスタ管理部
１５０ＣＢＢＵ間通信部

Claims

協調して信号を送信する複数の送信点がカバーする１つの協調クラスタ内から、他の協調クラスタとの境界付近に位置する送信点を選択し、
選択した送信点に前記他の協調クラスタの方向とは異なる方向を向く指向性ビームを前記１つの協調クラスタ内のみに形成させる第１の送信ウェイトを生成し、
生成した第１の送信ウェイトを用いて、前記複数の送信点から同時に送信される複数の送信先宛ての信号が分離して受信されるように送信信号を重み付けする第２の送信ウェイトを生成し、
生成した第２の送信ウェイトを用いて、前記複数の送信点から送信されるアンテナごとのストリームを生成し、
生成したストリームを前記複数の送信点から送信する
処理を有することを特徴とする送信方法。
前記第１の送信ウェイトを生成する処理は、
前記他の協調クラスタ内の送信点が指向性ビームを形成する無線リソースにおいては第１の送信ウェイトを生成せず、当該無線リソースとは異なる無線リソースにおいて第１の送信ウェイトを生成することを特徴とする請求項１記載の送信方法。
前記選択する処理は、
一部の無線リソースに対して前記他の協調クラスタとの境界付近に位置する一部の送信点を選択し、他の一部の無線リソースに対して他の一部の送信点を選択することを特徴とする請求項１記載の送信方法。
協調して信号を送信する複数の送信点がカバーする１つの協調クラスタ内から、他の協調クラスタとの境界付近に位置する送信点を選択し、選択された送信点に前記他の協調クラスタの方向とは異なる方向を向く指向性ビームを前記１つの協調クラスタ内のみに形成させる第１の送信ウェイトを生成する第１生成部と、
前記第１生成部によって生成された第１の送信ウェイトを用いて、前記複数の送信点から同時に送信される複数の送信先宛ての信号が分離して受信されるように送信信号を重み付けする第２の送信ウェイトを生成する第２生成部と、
前記第２生成部によって生成された第２の送信ウェイトを用いて、前記複数の送信点から送信されるアンテナごとのストリームを生成するストリーム生成部と、
前記ストリーム生成部によって生成されたストリームを送信する送信部と
を有することを特徴とする基地局装置。
前記他の協調クラスタに対応する他の基地局装置との間で、指向性ビームを形成する無線リソースに関する情報を送受信する通信部をさらに有し、
前記第１生成部は、
前記通信部によって送受信される情報に基づいて、第１の送信ウェイトを生成する無線リソースを決定する
ことを特徴とする請求項４記載の基地局装置。
基地局装置と前記基地局装置に接続されて協調して信号を送信する複数の送信点とを有する無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記複数の送信点がカバーする１つの協調クラスタ内から、他の協調クラスタとの境界付近に位置する送信点を選択し、選択された送信点に前記他の協調クラスタの方向とは異なる方向を向く指向性ビームを前記１つの協調クラスタ内のみに形成させる第１の送信ウェイトを生成する第１生成部と、
前記第１生成部によって生成された第１の送信ウェイトを用いて、前記複数の送信点から同時に送信される複数の送信先宛ての信号が分離して受信されるように送信信号を重み付けする第２の送信ウェイトを生成する第２生成部と、
前記第２生成部によって生成された第２の送信ウェイトを用いて、前記複数の送信点から送信されるアンテナごとのストリームを生成するストリーム生成部と、
前記ストリーム生成部によって生成されたストリームを送信する送信部とを有し、
前記複数の送信点はそれぞれ、
前記基地局装置から送信されたストリームを受信する受信部と、
前記受信部によって受信されたストリームをそれぞれアンテナから無線送信する無線送信部とを有する
ことを特徴とする無線通信システム。