JPWO2008072336A1 - 多入力多出力通信のためのアンテナを選択する制御装置 - Google Patents

Abstract

複数のセクタからなるセル内の移動局と無線通信を行う基地局装置は、移動局が２つのセクタの境界付近に移動したとき、それらのセクタ各々に設けられたアンテナの中から選択したアンテナを用いてＭＩＭＯ伝送を行う。また、セクタ構成を持たないセル内の移動局と無線通信を行う基地局装置は、移動局が移動したとき、複数のアンテナの中から選択した２つ以上のアンテナを用いてＭＩＭＯ伝送を行う。

Description

本発明は、送受信に複数のアンテナを用いて移動無線通信を行う多入力多出力（ＭＩＭＯ：Multiple-Input Multiple-Output）伝送システムにおいて、通信に用いるアンテナを選択する制御装置に関する。

ＭＩＭＯ伝送は、限られた周波数資源の中で伝送速度を向上させるために用いられ、相関のある複数のアンテナから異なるデータを送信することで、空間多重が行われる。これにより、周波数帯域を増加させることなく、伝送速度を向上させることが可能になる。このＭＩＭＯ技術は、ＬＴＥ（Long Term Evolution ）、ＷｉＭａｘ（Worldwide Interoperability for Microwave Access ）等の高速データ通信を主目的とした、次世代移動無線通信システムへの適用が見込まれている。

図１は、従来のＭＩＭＯ伝送システムの構成例（２×２ＭＩＭＯ）を示している。基地局装置１０１が担当するセル１０３は、３つのセクタ１〜３からなり、基地局装置１０１は、図２に示すような構成を有する。

図２の基地局装置は、アンテナ１１１〜１１６、送受信部（ＴＲＸ）２０１〜２０６、ベースバンド処理部（ＢＢ）２１１〜２１３、およびインタフェース（ＩＮＴ）２２１を備える。このうち、送受信部２０１〜２０６およびベースバンド処理部２１１〜２１３は、バス２３１により互いに接続されている。バス２３１の代わりに、メッシュ接続が採用される場合もある。インタフェース２２１は、有線伝送路を介して基地局制御装置と通信を行う。

セクタ１〜３の各ブランチは、以下のアンテナおよび送受信部の組み合わせにより構成される。
１．セクタ１のブランチＢｒ１：アンテナ１１１および送受信部２０１
２．セクタ１のブランチＢｒ２：アンテナ１１２および送受信部２０２
３．セクタ２のブランチＢｒ１：アンテナ１１３および送受信部２０３
４．セクタ２のブランチＢｒ２：アンテナ１１４および送受信部２０４
５．セクタ３のブランチＢｒ１：アンテナ１１５および送受信部２０５
６．セクタ３のブランチＢｒ２：アンテナ１１６および送受信部２０６
ＭＩＭＯ伝送は、複数のアンテナが受信可能なエリアにおいて成立するシステムであるため、セル１０３内において基地局装置１０１と移動局１０２のＭＩＭＯ伝送が成立しない条件として、以下のようなものが考えられる。
（１）セル端
移動局１０２が基地局装置１０１から離れることにより、アンテナ相関が見えなくなる。
（２）セクタ境界
移動局１０２がセクタ間の境界に近づくことにより、ハンドオーバのためにＭＩＭＯ伝送が選択されなくなる。

移動局１０２は、通常、受信状態の良い複数のアンテナを選択して、ＭＩＭＯ伝送を行う。しかし、選択されたアンテナがそれぞれ異なるセクタに属している場合には、ＭＩＭＯ伝送は選択されずに、高速セル選択（ＦＣＳ）またはソフトハンドオーバ（ＳＨＯ）が選択される。その理由は、従来のスケジューリングにおける制御対象がセクタ括り付けとなっており、セクタ間をまたがるＭＩＭＯ伝送が定義されていないためである。

例えば、移動局１０２がセクタ１の中央付近に存在する場合は、図３のケースＣ１に示すように、セクタ１のブランチＢｒ１およびＢｒ２の信号対干渉比（ＳＩＲ）が十分大きく、受信状態は良好である。そこで、アンテナ１１１および１１２を用いて２×２ＭＩＭＯ伝送が行われる。

次に、移動局１０２がセクタ１とセクタ２の境界付近に移動した場合、ケースＣ２に示すように、セクタ１のブランチＢｒ２およびセクタ２のブランチＢｒ１のＳＩＲは大きいが、セクタ１のブランチＢｒ１およびセクタ２のＢｒ２のＳＩＲは小さくなる。このため、２×２ＭＩＭＯ伝送を行うことが難しい。そこで、通常は、ＦＣＳまたはＳＨＯが適用される。

次に、移動局１０２がセクタ２の中央付近に移動した場合、ケースＣ３に示すように、セクタ２のブランチＢｒ１およびＢｒ２のＳＩＲが大きくなるため、アンテナ１１３および１１４を用いて２×２ＭＩＭＯ伝送が行われる。

このように、移動局１０２がセクタ１からセクタ２へ移動する場合、ハンドオーバによりユーザデータの接続を切り替える必要がある。図４に示すように、移動局１０２がセクタ１に存在する間は、ベースバンド処理部２１１が送受信部２０１および２０２に接続され、ユーザデータ４０１の信号処理を行う。

ここで、図２に示したように、送受信部２０１〜２０４とベースバンド処理部２１１がバス２３１またはメッシュで接続されているとすると、移動局１０２がセクタ２へ移動したとき、図５に示すように接続が切り替えられる。この場合、ベースバンド処理部２１１が送受信部２０３および２０４に接続される。

これに対して、ＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access ）に見られるように、ベースバンド処理部２１１および２１２がそれぞれセクタ１および２に括り付けられているとすると、移動局１０２がセクタ２へ移動したとき、図６に示すように、ユーザデータ４０１がベースバンド処理部２１２へ移される。この場合、ベースバンド処理部２１２が送受信部２０３および２０４に接続される。

また、移動局１０２がセクタ１とセクタ２の境界付近に存在する間は、図７に示すように、ＦＣＳが適用される。この場合、ベースバンド処理部２１１が送受信部２０１〜２０４に接続され、セクタ１および２に同じデータが送信される。

上述したように、移動局１０２がセクタ１またはセクタ２の中央付近に存在する間は、２×２ＭＩＭＯ伝送により高速にユーザデータを伝送することができる。しかしながら、移動局１０２がセクタ１とセクタ２の境界付近に存在する間は、ＦＣＳ／ＳＨＯに移行するため、伝送速度は低下し、最大伝送速度を出せない可能性がある。

下記の特許文献１は、複数のアンテナを用いて選択ダイバーシチ／ＭＩＭＯ送信を切り替え可能な通信システムに関し、特許文献２は、基地局アンテナを複数アレー群に分割して、各アレー群で指向性ビーム制御を行うシステムに関する。また、特許文献３は、多くのダイバーシチ・トランスミッション・モードを用いてデータを伝送するシステムに関する。
特開２００５−３３３４４３号公報 特開２００３−３３８７８１号公報 特表２００５−５３１２１９号公報

本発明の課題は、移動無線通信システムのセル内において、ＭＩＭＯ伝送が成立するエリアを増加させることにより、セル内における平均的なスループットを向上させることである。

本発明の第１の基地局装置は、複数のセクタからなるセル内の移動局とＭＩＭＯ伝送により無線通信を行う基地局装置であって、各セクタに対応して設けられた１つ以上のアンテナと制御部を備える。制御部は、移動局が２つのセクタの境界付近に移動したとき、それらのセクタ各々に設けられたアンテナの中からアンテナを選択し、選択されたアンテナを用いたＭＩＭＯ伝送を選択する。

このような構成によれば、セクタ境界においてもＭＩＭＯ伝送が可能となり、セル内におけるＭＩＭＯ伝送が可能なエリアが増加する。第１の基地局装置の制御部は、例えば、後述する図９のスケジューラ９５１または図１３のスケジューラ１３０１に対応する。

本発明の第２の基地局装置は、セクタ構成を持たないセル内の移動局とＭＩＭＯ伝送により無線通信を行う基地局装置であって、セルに対応して設けられた複数のアンテナと制御部を備える。制御部は、移動局が移動したとき、複数のアンテナの中から２つ以上のアンテナを選択し、選択されたアンテナを用いたＭＩＭＯ伝送を選択する。

このような構成によれば、セル内の任意の位置においてＭＩＭＯ伝送が可能となり、セル内におけるＭＩＭＯ伝送が可能なエリアが増加する。第２の基地局装置の制御部は、例えば、後述する図１９のスケジューラ１９５１に対応する。

従来のＭＩＭＯ伝送システムの構成図である。 従来の基地局装置の構成図である。 従来のＭＩＭＯ伝送システムにおけるＳＩＲを示す図である。 ハンドオーバ前の状態を示す図である。 第１のハンドオーバを示す図である。 第２のハンドオーバを示す図である。 高速セル選択を示す図である。 第１のＭＩＭＯ伝送システムの構成図である。 第１の基地局装置の構成図である。 第１のＭＩＭＯ伝送システムにおけるＳＩＲを示す図である。 第１のＭＩＭＯ伝送を示す図である。 第２のＭＩＭＯ伝送を示す図である。 集中型スケジューラを示す図である。 スケジューリング制御を示す図である。 第１のスケジューリング制御シーケンスを示す図である。 第１のＭＩＭＯ伝送システムにおけるＳＩＲと閾値の関係を示す図である。 閾値の調整を示す図である。 第２のＭＩＭＯ伝送システムの構成図である。 第２の基地局装置の構成図である。 第２のＭＩＭＯ伝送システムにおけるＳＩＲを示す図である。 第２のスケジューリング制御シーケンスを示す図である。 第２のＭＩＭＯ伝送システムにおけるＳＩＲと閾値の関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図８は、本発明のＭＩＭＯ伝送システムの構成例（２×２ＭＩＭＯ）を示している。基地局装置８０１が担当するセル８０３は、図１と同様に、３つのセクタ１〜３からなり、基地局装置８０１は、図９に示すような構成を有する。

図９の基地局装置は、アンテナ８１１〜８１６、送受信部（ＴＲＸ）９０１〜９０６、およびベースバンド処理部（ＢＢ）９１１〜９１３を備える。このうち、送受信部９０１〜９０６およびベースバンド処理部９１１〜９１３は、バス９６１により互いに接続されている。バス９６１の代わりに、メッシュ接続を採用してもよい。

セクタ１〜３の各ブランチは、以下のアンテナおよび送受信部の組み合わせにより構成される。
１．セクタ１のブランチＢｒ１：アンテナ８１１および送受信部９０１
２．セクタ１のブランチＢｒ２：アンテナ８１２および送受信部９０２
３．セクタ２のブランチＢｒ１：アンテナ８１３および送受信部９０３
４．セクタ２のブランチＢｒ２：アンテナ８１４および送受信部９０４
５．セクタ３のブランチＢｒ１：アンテナ８１５および送受信部９０５
６．セクタ３のブランチＢｒ２：アンテナ８１６および送受信部９０６
送受信部９０１〜９０６は、アンテナ毎（ブランチ毎）の信号処理を行う。送受信部９０１は、無線部（ＲＦ）９２１および変復調部（Ｍｏｄ／Ｄｅｍ）９３１を含む。同様に、送受信部９０２〜９０６は、それぞれ無線部９２２〜９２６および変復調部９３２〜９３６を含む。

ベースバンド処理部９１１〜９１３は、ユーザ毎の信号処理を行う。ベースバンド処理部９１１は、符号化／復号部（Ｃｏｄｅｒ／Ｄｅｃｏｄｅｒ）９４１およびスケジューラ９５１を含む。同様に、ベースバンド処理部９１２および９１３は、それぞれ符号化／復号部９４１および９４２とスケジューラ９５２および９５３を含む。

スケジューラ９５１〜９５３は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリを用いて実装され、アンテナ８１１〜８１６により送受信される信号の品質情報に基づいてスケジューリング制御を行うことで、ＭＩＭＯ伝送に用いるアンテナ、変調方式等を選択する。

このような構成によれば、移動局８０２が移動しても、ユーザデータを処理しているベースバンド処理部を、任意のセクタの任意のアンテナへ接続することが可能になる。
なお、図９では、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access ）なしの共通チャネル（shared channel）を用いた伝送システムを想定しているため、変復調部が送受信部内に設けられている。これに対して、ＣＤＭＡを用いた伝送システム等では、変復調部をベースバンド処理部内に設けても構わない。

図８において、移動局８０２がセクタ１の中央付近に存在する場合は、図１０のケースＣ１に示すように、セクタ１のブランチＢｒ１およびＢｒ２のＳＩＲが大きいため、アンテナ８１１および８１２を用いて２×２ＭＩＭＯ伝送が行われる。この場合、図１１に示すように、ベースバンド処理部９１１の符号化／復号部９４１が送受信部９０１および９０２に接続され、ユーザデータの符号化／復号を行う。

次に、移動局８０２がセクタ１とセクタ２の境界付近に移動した場合、ケースＣ２に示すように、セクタ１のブランチＢｒ２およびセクタ２のブランチＢｒ１のＳＩＲが大きくなるため、アンテナ８１２および８１３を用いて２×２ＭＩＭＯ伝送が行われる。この場合、図１２に示すように、ベースバンド処理部９１１の符号化／復号部９４１が送受信部９０２および９０３に接続され、ユーザデータの符号化／復号を行う。

次に、移動局８０２がセクタ２の中央付近に移動した場合、ケースＣ３に示すように、セクタ２のブランチＢｒ１およびＢｒ２のＳＩＲが大きくなるため、アンテナ８１３および８１４を用いて２×２ＭＩＭＯ伝送が行われる。

このように、セクタ括り付けの信号処理をなくして、ＭＩＭＯ伝送に使用するアンテナをフレキシブルに選択することで、セクタ境界においても最大伝送速度でＭＩＭＯ伝送を行うことが可能になる。したがって、移動局８０２の接続状況に応じて、下りリンクにおけるＦＣＳまたはＭＩＭＯ伝送の選択や、上りリンクにおけるＳＨＯ（選択セクタ数を含む）またはＭＩＭＯ伝送の選択が可能になる。

図１１および図１２に示したように、移動局８０２が移動しても、ユーザデータを処理するベースバンド処理部は変更されないので、瞬断等の不具合は発生しない。
図１に示した従来のシステムでは、セクタ境界においてＭＩＭＯ伝送が不可能になる可能性があり、セル内にＭＩＭＯ伝送を適用できないエリアが存在するが、図８に示したシステムでは、セクタ境界においてＭＩＭＯ伝送が可能となり、セル内におけるＭＩＭＯ伝送が可能なエリアが増加する。また、ＭＩＭＯ／ＦＣＳ／ＳＨＯの選択が可能な接続構成およびスケジューラを採用することで、基地局近傍のセクタ境界ではＭＩＭＯ伝送を選択し、セル端のセクタ境界ではＦＣＳ／ＳＨＯを選択するというように、セル内の環境に応じて適切な制御を行うことが可能になる。

次に、図１３から図１７までを参照しながら、基地局装置８０１におけるスケジューリング制御について説明する。
スケジューリング制御の構成としては、図９に示したように、ベースバンド処理部９１１〜９１３のそれぞれにスケジューラ９５１〜９５３を実装する分散型と、図１３に示すように、スケジューラ１３０１をベースバンド処理部９１１〜９１３から分離して実装する集中型が考えられる。

分散型構成では、基地局装置８０１内のすべてのブランチの割り当てが、ベースバンド処理部毎に分散して管理される。管理方法としては、ベースバンド処理部毎に管理するブランチ数を制限する方法や、いずれかのベースバンド処理部にマスタスケジューラを設ける方法等が考えられる。

集中型構成では、基地局装置８０１内のすべてのブランチの割り当てが、スケジューラ１３０１により管理される。スケジューラ１３０１は、すべてのブランチの割り当て状況を管理しているため、移動先ブランチの割り当てを迅速に行うことができる。

図１４は、分散型構成におけるスケジューリング制御の例を示している。この例では、主としてセクタ１を管理するベースバンド処理部９１１のスケジューラ９５１が、通信中の移動局８０２の管理を行っており、移動局８０２と通信中のリソース（セクタ１のブランチＢｒ１およびＢｒ２）は、ベースバンド処理部９１１に割り当てられている。

下りリンクにおいて、各セクタの各アンテナからは共通チャネルの信号（Ｐｉｌｏｔ信号）が常時送信されている。移動局８０２は、これらの信号を受信することで、どの基地局のどのセクタに存在しているかを認識するとともに、各ブランチの信号の受信状態を観測し、受信状態を示すＣＱＩ（Channel Quality Indicator ）情報を収集する。ＣＱＩ情報としては、例えば、ＳＩＲ、ドップラ周波数、遅延スプレッド等が用いられる。

移動局８０２が接続中の場合、上りリンクの信号にこのＣＱＩ情報を含めて、基地局装置８０１にフィードバックする。フィードバック情報を受信した基地局装置８０１では、スケジューラ９５１が、移動局８０２の受信状態を認識した上で、下りリンクの伝送に使用するセクタ、アンテナ、および伝送方法（ＭＩＭＯ、ＦＣＳ、変調方式、符号化率等）を選択する。これらの選択項目を決定するための要因として、ＣＱＩ情報以外に、下り伝送量、セクタ内のユーザ数等を考慮してもよい。

一般に、ＭＩＭＯ伝送を適用する場合はある程度のＳＩＲが必要とされ、ＳＩＲが一定値未満の場合は、誤り率および再送回数を考慮すると、ＦＣＳを選択した方が有利になる可能性もある。そこで、スケジューラ９５１は、下りリンクにて高速伝送を行いたい場合で、かつ、ケースＣ２に示すように、ＳＩＲが閾値ｘ以上（比較的高品質）のアンテナが２つ以上ある場合は、ＭＩＭＯ伝送を選択する。一方、ケースＣ４に示すように、ＳＩＲが閾値ｙ以上かつ閾値ｘ未満の場合は、ＦＣＳを選択する。

決定された伝送方法においてセクタ２のアンテナを使用する場合は、セクタ２のリソース割り当て状況を確認する必要があるため、スケジューラ９５１とスケジューラ９５２の間で、スケジューリングに関する制御信号の送受信が発生する。そして、スケジューラ間でリソース割り当てと送信タイミングの調整が完了した後に、ＭＩＭＯ伝送が開始される。

図１５は、このようなスケジューリング制御のシーケンスを示している。まず、ベースバンド処理部９１１は、セクタ１の送受信部９０１および９０２を介して、ユーザデータを移動局８０２にＭＩＭＯ送信し（手順１５０１）、移動局８０２は、ユーザデータを受信するとともにＰｉｌｏｔ信号を受信する（手順１５０２）。

その後、セクタ１の送受信部９０１および９０２を介して、ベースバンド処理部９１１と移動局８０２の間でＭＩＭＯ伝送が継続される（手順１５０３）。この間、図１６のケースＣ１に示すように、セクタ１のブランチＢｒ１およびＢｒ２のＳＩＲは、閾値ｘを超えている。移動局８０２は、各セクタの各ブランチのＳＩＲ、ドップラ周波数、および遅延スプレッドを、ＣＱＩ情報としてベースバンド処理部９１１に送信する（手順１５０４）。

次に、ベースバンド処理部９１１のスケジューラ９５１は、受信したＣＱＩ情報に含まれるＳＩＲの閾値判定を行う（手順１５０５）。この例では、図１６のケースＣ２に示すように、セクタ１のブランチＢｒ１およびセクタ２のブランチＢｒ２のＳＩＲが閾値ｘ未満であり、セクタ１のブランチＢｒ２およびセクタ２のブランチＢｒ１のＳＩＲが閾値ｘを超えていることが分かる。

そこで、セクタ１のブランチＢｒ２およびセクタ２のブランチＢｒ１を用いたＭＩＭＯ伝送を選択し、ベースバンド処理部９１２のスケジューラ９５２に、セクタ２のリソース割り当て状況を問い合わせる（手順１５０６）。そして、スケジューラ９５２は、セクタ２のブランチＢｒ１に空きがある旨の応答メッセージを返信する（手順１５０７）。

次に、スケジューラ９５１は、設定変更予告メッセージを移動局８０２に送信し、指定数のフレーム送信後にアンテナを変更する旨を通知する（手順１５０８）。そして、移動局８０２は、応答メッセージを返信する（手順１５０９）。

次に、スケジューラ９５１は、接続解除メッセージを送受信部９０１に送信し（手順１５１０）、送受信部９０１は、応答メッセージを返信する（手順１５１１）。そして、スケジューラ９５１は、接続設定メッセージを送受信部９０３に送信し（手順１５１２）、送受信部９０３は、応答メッセージを返信する（手順１５１３）。

次に、スケジューラ９５１は、送信再開メッセージを移動局８０２に送信する（手順１５１４）。そして、ベースバンド処理部９１１は、セクタ１の送受信部９０２およびセクタ２の送受信部９０３を介して、ユーザデータを移動局８０２にＭＩＭＯ送信し（手順１５１５）、移動局８０２は、ユーザデータを受信するとともにＰｉｌｏｔ信号を受信する（手順１５１６）。

その後、セクタ１の送受信部９０２およびセクタ２の送受信部９０３を介して、ベースバンド処理部９１１と移動局８０２の間でＭＩＭＯ伝送が継続される（手順１５１７）。そして、移動局８０２は、各セクタの各ブランチのＣＱＩ情報をベースバンド処理部９１１に送信する（手順１５１８）。

移動局８０２がさらに移動して、図１６のケースＣ３に示すような状態になれば、セクタ２の送受信部９０３および９０４を介して、ベースバンド処理部９１１と移動局８０２の間でＭＩＭＯ伝送が行われる。

無線伝播環境は、移動局８０２の移動速度と、周囲の反射物によるマルチパスの影響により、常に変化している。このうち、移動速度については、移動局８０２においてドップラ周波数を測定することにより推定することができる。また、マルチパスの影響については、遅延スプレッドを求めることにより数値化することができる。

遅延スプレッドは、遅延時間に対する電力分布の広がりを示す電力遅延プロファイルの標準偏差である。時刻τにおける受信波（直接波または遅延波）の電力遅延プロファイルを関数ｐ（τ）で表すと、遅延スプレッドＴ_m は、次式により求められる。

ただし、（２）式および（３）式の総和記号は、直接波と複数の遅延波に関する総和を表している。
スケジューラ９５１は、移動速度とマルチパスの影響を考慮するために、手順１５０５においては、必要に応じて、受信したＣＱＩ情報に含まれるドップラ周波数および／または遅延スプレッドを用いて、ＳＩＲの閾値を変動させる。

セクタ１のブランチＢｒ２およびセクタ２のブランチＢｒ１のＳＩＲを、それぞれＳＩＲ１２およびＳＩＲ２１とすると、通常のアンテナ選択論理は以下のようになる。
１．ＳＩＲ１２≧ｘ，ＳＩＲ２１≧ｘ
→ＭＩＭＯ，セクタ１のブランチＢｒ２およびセクタ２のブランチＢｒ１
２．ＳＩＲ１２≧ｘ，ｘ＞ＳＩＲ２１≧ｙ
→下りリンク：ＦＣＳ，セクタ１のブランチＢｒ２またはセクタ２のブランチＢｒ１
上りリンク：ＳＨＯ，セクタ１のブランチＢｒ２またはセクタ２のブランチＢｒ１
３．ｘ＞ＳＩＲ１２≧ｙ，ＳＩＲ２１≧ｘ
→下りリンク：ＦＣＳ，セクタ１のブランチＢｒ２またはセクタ２のブランチＢｒ１
上りリンク：ＳＨＯ，セクタ１のブランチＢｒ２またはセクタ２のブランチＢｒ１
４．ｘ＞ＳＩＲ１２≧ｙ，ｘ＞ＳＩＲ２１≧ｙ
→下りリンク：ＦＣＳ，セクタ１のブランチＢｒ２またはセクタ２のブランチＢｒ１
上りリンク：ＳＨＯ，セクタ１のブランチＢｒ２またはセクタ２のブランチＢｒ１
５．ｘ＞ＳＩＲ１２≧ｙ，ｙ＞ＳＩＲ２１
→セクタ１のブランチＢｒ２
６．ｙ＞ＳＩＲ１２，ｘ＞ＳＩＲ２１≧ｙ
→セクタ２のブランチＢｒ１
７．ｙ＞ＳＩＲ１２，ｙ＞ＳＩＲ２１
→伝送不可能
これに対して、ドップラ周波数ｆｄおよび遅延スプレッドσを考慮した場合は、次式により閾値ｘおよびｙを調整し、図１７に示すように、調整後の閾値ｘ’およびｙ’を用いて上記と同様の論理でアンテナが選択される。

ｘ’＝ｘ＋α＋β （４）
ｙ’＝ｙ＋α＋β （５）

（４）式および（５）式のαは、遅延スプレッドσの値に応じて設定されるパラメータであり、βは、ドップラ周波数ｆｄの値に応じて設定されるパラメータである。σおよびαの対応関係と、ｆｄおよびβの対応関係は、例えば、テーブル形式でスケジューラ９５１に与えられる。

この例では、各ブランチのＳＩＲに基づいてアンテナを選択しているが、各ブランチの信号品質を示す別の品質情報に基づいてアンテナを選択しても構わない。その場合は、移動局８０２から別の品質情報がＣＱＩ情報として送信される。

また、図８および図９に示した構成では、セルを３つのセクタに分割し、各セクタに２つのブランチが設けられているが、一般には、セルを２つ以上のセクタに分割し、各セクタにＮ個（Ｎ≧２）のブランチを設けることが可能である。この場合、セクタ境界においては、それぞれのセクタに属する１つ以上のアンテナを選択して、ＭＩＭＯ伝送が行われる。

図８のＭＩＭＯ伝送システムでは、セクタ構成のセルを前提としているが、図１８に示すように、セクタ構成の概念をなくしたＭＩＭＯ伝送システムも考えられる。この場合、基地局装置１８０１が担当するセル１８０３は、セクタに分割されておらず、スケジューリング制御は、セクタ単位ではなくアンテナ単位で行われる。基地局装置１８０１は、図１９に示すような構成を有する。

図１９の基地局装置は、アンテナ１８１１〜１８１６、送受信部（ＴＲＸ）１９０１〜１９０６、およびベースバンド処理部（ＢＢ）１９１１〜１９１３を備える。このうち、送受信部１９０１〜１９０６およびベースバンド処理部１９１１〜１９１３は、バス１９６１により互いに接続されている。バス１９６１の代わりに、メッシュ接続を採用してもよい。

各ブランチは、以下のアンテナおよび送受信部の組み合わせにより構成される。
１．ブランチＢｒ１：アンテナ１８１１および送受信部１９０１
２．ブランチＢｒ２：アンテナ１８１２および送受信部１９０２
３．ブランチＢｒ３：アンテナ１８１３および送受信部１９０３
４．ブランチＢｒ４：アンテナ１８１４および送受信部１９０４
５．ブランチＢｒ５：アンテナ１８１５および送受信部１９０５
６．ブランチＢｒ６：アンテナ１８１６および送受信部１９０６
送受信部１９０１〜１９０６は、アンテナ毎（ブランチ毎）の信号処理を行う。送受信部１９０１は、無線部（ＲＦ）１９２１および変復調部（Ｍｏｄ／Ｄｅｍ）１９３１を含む。同様に、送受信部１９０２〜１９０６は、それぞれ無線部１９２２〜１９２６および変復調部１９３２〜１９３６を含む。

ベースバンド処理部１９１１〜１９１３は、ユーザ毎の信号処理を行う。ベースバンド処理部１９１１は、符号化／復号部（Ｃｏｄｅｒ／Ｄｅｃｏｄｅｒ）１９４１およびスケジューラ１９５１、１９５２を含む。同様に、ベースバンド処理部１９１２は、符号化／復号部１９４２およびスケジューラ１９５３、１９５４を含み、ベースバンド処理部１９１３は、符号化／復号部１９４３およびスケジューラ１９５５、１９５６を含む。

スケジューラ１９５１〜１９５６は、それぞれブランチＢｒ１〜Ｂｒ６のリソースを管理し、ブランチ毎にスケジューリング制御を行う。
図１８において、移動局１８０２が位置Ｐ１に存在する場合は、図２０のケースＣ１に示すように、ブランチＢｒ１およびＢｒ２のＳＩＲが大きいため、アンテナ１８１１および１８１２を用いて２×２ＭＩＭＯ伝送が行われる。

次に、移動局１８０２が位置Ｐ２に移動した場合、ケースＣ２に示すように、ブランチＢｒ２およびＢｒ３のＳＩＲが大きくなるため、アンテナ１８１２および１８１３を用いて２×２ＭＩＭＯ伝送が行われる。

次に、移動局１８０２がさらに先に移動した場合、ケースＣ３に示すように、ブランチＢｒ３およびＢｒ４のＳＩＲが大きくなるため、アンテナ１８１３および１８１４を用いて２×２ＭＩＭＯ伝送が行われる。

このような構成によれば、セクタ境界におけるＦＣＳ／ＳＨＯがなくなるため、セクタ構成の場合よりもスケジューリング制御の負荷が軽くなる。
図２１は、図１８のシステムにおけるスケジューリング制御のシーケンスを示している。まず、ベースバンド処理部１９１１は、送受信部１９０１および１９０２を介して、ユーザデータを移動局１８０２にＭＩＭＯ送信し（手順２１０１）、移動局１８０２は、ユーザデータを受信するとともにＰｉｌｏｔ信号を受信する（手順２１０２）。

その後、送受信部１９０１および１９０２を介して、ベースバンド処理部１９１１と移動局１８０２の間でＭＩＭＯ伝送が継続される（手順２１０３）。この間、図２２のケースＣ１に示すように、ブランチＢｒ１およびＢｒ２のＳＩＲは、閾値ｘを超えている。移動局１８０２は、各ブランチのＣＱＩ情報をベースバンド処理部１９１１に送信する（手順２１０４）。

次に、ベースバンド処理部１９１１のスケジューラ１９５１は、受信したＣＱＩ情報に含まれるＳＩＲの閾値判定を行う（手順２１０５）。この例では、図２２のケースＣ２に示すように、ブランチＢｒ１およびＢｒ４のＳＩＲが閾値ｘ未満であり、ブランチＢｒ２およびＢｒ３のＳＩＲが閾値ｘを超えていることが分かる。

そこで、ブランチＢｒ２およびＢｒ３を用いたＭＩＭＯ伝送を選択し、ベースバンド処理部１９１２のスケジューラ１９５３に、ブランチＢｒ３のリソース割り当て状況を問い合わせる（手順２１０６）。そして、スケジューラ１９５３は、ブランチＢｒ３に空きがある旨の応答メッセージを返信する（手順２１０７）。

次に、スケジューラ１９５１は、図１５と同様の設定変更予告メッセージを移動局１８０２に送信し（手順２１０８）、移動局８０２は、応答メッセージを返信する（手順２１０９）。

次に、スケジューラ１９５１は、接続解除メッセージを送受信部１９０１に送信し（手順２１１０）、送受信部１９０１は、応答メッセージを返信する（手順２１１１）。そして、スケジューラ１９５１は、ユーザデータの管理元をブランチＢｒ１（スケジューラ１９５１）からブランチＢｒ２（スケジューラ１９５２）に変更する旨を、スケジューラ１９５２に通知する（手順２１１２）。

次に、スケジューラ１９５２は、接続設定メッセージを送受信部１９０３に送信し（手順２１１３）、送受信部１９０３は、応答メッセージを返信する（手順２１１４）。
次に、スケジューラ１９５２は、送信再開メッセージを移動局１８０２に送信する（手順２１１５）。そして、ベースバンド処理部１９１１は、送受信部１９０２および送受信部１９０３を介して、ユーザデータを移動局１８０２にＭＩＭＯ送信し（手順２１１６）、移動局１８０２は、ユーザデータを受信するとともにＰｉｌｏｔ信号を受信する（手順２１１７）。

その後、送受信部１９０２および送受信部１９０３を介して、ベースバンド処理部１９１１と移動局１８０２の間でＭＩＭＯ伝送が継続される（手順２１１８）。そして、移動局１８０２は、各ブランチのＣＱＩ情報をベースバンド処理部１９１１に送信する（手順２１１９）。

移動局１８０２がさらに移動して、図２２のケースＣ３に示すような状態になれば、送受信部１９０３および１９０４を介して、ベースバンド処理部１９１１と移動局１８０２の間でＭＩＭＯ伝送が行われる。

このようなスケジューリング制御では、図１５の場合よりもスケジューラの数が増加するため、処理が煩雑になるように見える。しかし、各スケジューラの規模は、図１５の場合よりも減少するとともに、１つのベースバンド処理部に複数のブランチをフレキシブルに組み合わせることができる、という利点がある。このため、装置が故障したときの切り替え動作や、アンテナの増設が容易になると考えられる。

ブランチＢｒ２およびＢｒ３のＳＩＲを、それぞれＳＩＲ２およびＳＩＲ３とすると、手順２１０５において、スケジューラ１９５１は、以下の論理でアンテナを選択する。
１．ＳＩＲ２≧ｘ，ＳＩＲ３≧ｘ
→ＭＩＭＯ，ブランチＢｒ２およびＢｒ３
２．ＳＩＲ２≧ｘ，ｘ＞ＳＩＲ３≧ｙ
→ブランチＢｒ２またはＢｒ３
３．ｘ＞ＳＩＲ２≧ｙ，ＳＩＲ３≧ｘ
→ブランチＢｒ２またはＢｒ３
４．ｘ＞ＳＩＲ２≧ｙ，ｘ＞ＳＩＲ３≧ｙ
→ブランチＢｒ２またはＢｒ３
５．ｘ＞ＳＩＲ２≧ｙ，ｙ＞ＳＩＲ３
→ブランチＢｒ２
６．ｙ＞ＳＩＲ２，ｘ＞ＳＩＲ３≧ｙ
→ブランチＢｒ３
７．ｙ＞ＳＩＲ２，ｙ＞ＳＩＲ３
→伝送不可能
なお、閾値ｘおよびｙは、上述した調整方法により閾値ｘ’およびｙ’に変更することもできる。また、図１８および図１９に示した構成では、６個のブランチが設けられているが、一般には、Ｎ個（Ｎ≧２）のブランチを設けることが可能である。この場合、Ｎ個のアンテナのうち２つ以上を選択して、ＭＩＭＯ伝送が行われる。

Claims (9)

1. 複数のセクタからなるセル内の移動局と多入力多出力伝送により無線通信を行う基地局装置であって、
   前記複数のセクタの各々に対応して設けられた１つ以上のアンテナと、
   前記移動局が２つのセクタの境界付近に移動したとき、該２つのセクタ各々に設けられたアンテナの中からアンテナを選択し、選択されたアンテナを用いた多入力多出力伝送を選択する制御部と
   を備えることを特徴とする基地局装置。
2. 前記制御部は、それぞれのアンテナから前記移動局が受信する信号の品質情報を閾値と比較し、前記２つのセクタにおいて該閾値を超える品質情報を有するアンテナの中から前記多入力多出力伝送に用いるアンテナを選択し、該閾値を超える品質情報を有する複数のアンテナが存在しなければ、高速セル選択またはソフトハンドオーバによる伝送を選択することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
3. 前記制御部は、それぞれのアンテナから前記移動局が受信する信号のドップラ周波数または遅延スプレッドの情報に基づいて、前記閾値を調整することを特徴とする請求項２記載の基地局装置。
4. 前記制御部は、前記２つのセクタのうち、前記移動局の移動元であるセクタのアンテナを管理する第１のスケジューラと、該移動局の移動先であるセクタのアンテナを管理する第２のスケジューラを含み、該第１のスケジューラは、該移動先のセクタのアンテナが空いているか否かを該第２のスケジューラに問い合わせ、該移動先のセクタのアンテナが空いていれば、該移動先のセクタのアンテナを用いた多入力多出力伝送を選択することを特徴とする請求項１、２、または３記載の基地局装置。
5. セクタ構成を持たないセル内の移動局と多入力多出力伝送により無線通信を行う基地局装置であって、
   前記セルに対応して設けられた複数のアンテナと、
   前記移動局が移動したとき、前記複数のアンテナの中から２つ以上のアンテナを選択し、選択されたアンテナを用いた多入力多出力伝送を選択する制御部と
   を備えることを特徴とする基地局装置。
6. 前記制御部は、それぞれのアンテナから前記移動局が受信する信号の品質情報を閾値と比較し、該閾値を超える品質情報を有するアンテナの中から前記多入力多出力伝送に用いるアンテナを選択することを特徴とする請求項５記載の基地局装置。
7. 前記制御部は、それぞれのアンテナから前記移動局が受信する信号のドップラ周波数または遅延スプレッドの情報に基づいて、前記閾値を調整することを特徴とする請求項６記載の基地局装置。
8. 前記制御部は、前記複数のアンテナのうち、前記移動局と通信中のアンテナを管理する第１のスケジューラと、新たに選択されたアンテナを管理する第２のスケジューラを含み、該第１のスケジューラは、該新たに選択されたアンテナが空いているか否かを該第２のスケジューラに問い合わせ、該新たに選択されたアンテナが空いていれば、該新たに選択されたアンテナを用いた多入力多出力伝送を選択することを特徴とする請求項５、６、または７記載の基地局装置。
9. 複数のセクタからなるセル内の移動局と多入力多出力伝送により無線通信を行う通信方法であって、
   前記移動局が２つのセクタの境界付近に移動したとき、該２つのセクタ各々に設けられたアンテナの中からアンテナを選択し、
   選択されたアンテナを用いて多入力多出力伝送を行う
   ことを特徴とする通信方法。

Images