JPWO2011067832A1 - 基地局装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

複数の移動局と複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）方式で無線通信する基地局装置である。該基地局装置は、隣接するセルとの干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第１のストリームに割り当てる、または前記第１の周波数帯域に含まれる第２の周波数帯域にわたる第２のストリームに割り当てるスケジューラを有する。

Description

本発明は、無線通信ネットワークにおける基地局装置及び通信方法に関する。

無線通信ネットワークにおける移動局の増加に伴い、高いスループットを広いエリアで実現する技術が求められている。

図１は無線通信ネットワーク１０の構成例を示す図である。以下、上りリンクを例として説明するが、下りリンクでも同様である。図１に示したように、無線通信ネットワーク１０のセル１、２にはそれぞれ無線基地局ＢＳ１、ＢＳ２が配置されている。ＢＳ１、ＢＳ２は、そのセル内の移動局ＭＳ１〜４から送信される無線信号を受信することにより通信を行う。

無線基地局と移動局との間のスループットを増加するために、周波数利用効率の向上が求められている。例えば、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）が標準化を進めているＬＴＥ（Long Term Evolution）では、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）技術を用いている。

ＭＩＭＯは、異なる情報を送信側が複数の送信アンテナから同一周波数帯域を用いて空間多重して送信し、送信信号を受信側が複数の受信アンテナで受信するものである。送信信号は複数の経路を通って受信される。各経路の伝搬路状態を考慮して受信信号を復調することにより、スループットを向上できる。

ＭＩＭＯ技術には、シングルユーザＭＩＭＯとマルチユーザＭＩＭＯとがある。図２ＡはシングルユーザＭＩＭＯを説明するための図である。図２Ａに示すように、各移動局ＭＳ１〜ＭＳ２は複数のアンテナを有し、異なるデータを同一の周波数を用いて基地局ＢＳ１に送信する。

図２ＢはマルチユーザＭＩＭＯを説明するための図である。マルチユーザＭＩＭＯでは、図２Ｂに示すように異なる移動局ＭＳ１〜ＭＳ４が同一の周波数を用いて信号を送信し、基地局ＢＳ１において複数のアンテナを用いて受信を行うことにより、ＭＩＭＯ通信を行うことができる。マルチユーザＭＩＭＯは移動局側のアンテナが１つであっても適用可能であり、周波数利用効率の向上が見込まれる。

図３にマルチユーザＭＩＭＯにおける周波数帯域ｆと送信電力Ｐを示す図である。この例は、上りリンクにおける２×２マルチユーザＭＩＭＯの場合を示している。同一セル（例えばセル１）内で異なる移動局（例えばＭＳ１、２）が同一の周波数帯域を用いて異なるストリーム（例えばストリーム＃１，２）で送信を行うことにより、周波数利用効率が向上し、スループットが増大する。

一方、隣接するセルとの干渉を考慮すると、セルの境界付近にある移動局のスループットを向上する技術が求められている。そのための有効な技術としてＦＦＲ（Fractional Frequency Reuse）技術がある。これはセル境界付近の移動局には、隣接するセルと異なる周波数帯域を割り当てることにより、隣接するセルとの干渉を防止し、セル境界付近の移動局のスループットを増加させる技術である。

図４は、無線通信ネットワーク２０の空間的構成を示す図である。無線通信ネットワーク２０は、隣接するセル１とセル２に分割され、各セルには無線基地局ＢＳ１とＢＳ２がそれぞれ配置されている。また、セル１には複数の移動局ＭＳ１、ＭＳ２、・・・が在圏し、ＭＳ１はセル境界領域にあり、ＭＳ２はＢＳ１の近傍領域にある。同様に、セル２には複数の移動局ＭＳ３、ＭＳ４、・・・が在圏し、ＭＳ３はセル境界領域にあり、ＭＳ４はＢＳ２の近傍領域にある。

この無線通信ネットワーク２０にＦＦＲをそのまま適用する場合、境界領域に所在するＭＳ１とＭＳ３には相異なる周波数帯域を割り当てることにより、隣接するセル１とセル２の間の干渉を低減できる。

特開２００７−２１４９９３号公報 特開２００８−６１２５０号公報

移動局全体のスループットと、セル境界付近に位置する移動局のスループットとトレードオフの関係にある。

マルチセル環境において、マルチユーザＭＩＭＯ技術を適用すると、周波数利用効率が増加する一方で、複数の移動局が同一周波数帯域を用いることによるセル間干渉が増加する。これにより、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ: Signal Interference Noise Ratio）が低下するため、移動局に対するスループットが、セルが孤立した環境と比べて大きく低下してしまうという問題がある。

この問題を解決するため、セル境界付近の移動局に対する干渉に配慮する技術であるＦＦＲを適用することも可能である。しかし、マルチユーザＭＩＭＯを適用する場合、各セクタ内で複数の移動局が同じ周波数帯域を使用して通信を行うため、干渉が大きくなり、セル境界付近の移動局に割り当てる周波数帯域を隣接セル間でずらすことによる干渉抑制効果は小さくなる。よって、スループット向上効果も得られない。そのため、マルチユーザＭＩＭＯにＦＦＲを組み合わせたのでは満足のいく効果は得られない。

本発明は、マルチユーザＭＩＭＯを適用した場合において、隣接するセルとの干渉に配慮してセル全体の移動局のスループットのみならず、セル境界付近の移動局のスループットを向上できる、無線通信ネットワークにおける基地局装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

一態様による基地局装置は、複数の移動局と複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）方式で無線通信する基地局装置であって、隣接するセルとの干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第１のストリームに割り当てる、または前記第１の周波数帯域に含まれる第２の周波数帯域にわたる第２のストリームに割り当てるスケジューラを有する。

他の態様による通信方法は、複数の移動局と基地局装置とが複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）方式で無線通信する通信方法であって、前記複数の移動局において、隣接するセルとの干渉レベルを測定する段階と、前記基地局装置において、前記干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第１のストリームに割り当てる、または前記第１の周波数帯域に含まれる第２の周波数帯域にわたる第２のストリームに割り当てる段階とを含む。

マルチユーザＭＩＭＯを適用する場合においても、隣接するセルとの干渉に配慮してセル全体の移動局のスループットのみならず、セル境界付近の移動局のスループットを向上することができる。

無線通信ネットワークの構成例を示す図である。 シングルユーザＭＩＭＯを説明するための図である。 マルチユーザＭＩＭＯを説明するための図である。 マルチユーザＭＩＭＯにおける周波数帯域と送信電力を示す図である。 無線通信ネットワークの空間的構成を示す図である。 一実施形態による各セルにおけるストリーム構成を示す図である。 一実施形態による無線基地局装置の構成例を示す図である。 一実施形態による移動局装置の構成例を示す図である。 一実施形態による通信方法を示すフローチャートである。 図８のステップ８０６の詳細を示すフローチャートである。

１００ 無線基地局装置
１０２ 受信アンテナ
１０４ 信号分離部
１０６ データチャネル復号部
１０８ 制御チャネル復号部
１１０ 上りリンクスケジューラ
１１２ 下りリンクスケジューラ
１１４ 他セル干渉受信部
１１６ 制御チャネル生成部
１１８ データチャネル生成部
１２０ 信号多重部
１２２ 送信アンテナ
１５０ コアネットワーク
２００ 移動局装置
２０２ 受信アンテナ
２０４ 信号分離部
２０６ データチャネル復号部
２０８ データ処理部
２１０ 制御チャネル復号部
２１２ 他セル干渉測定部
２１４ ＣＱＩ生成部
２１６ 制御チャネル生成部
２１８ データチャネル生成部
２２０ 信号多重部
２２２ 送信アンテナ

図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

一実施形態では、マルチユーザＭＩＭＯのストリーム構成を変更することにより、マルチユーザＭＩＭＯを適用した場合における隣接セルとの干渉の問題を解決する。

図５は、一実施形態による各セルにおけるストリーム構成、すなわち周波数帯域ｆと送信電力Ｐとの関係を示す図である。図５に示すように、セル１にはＭＳ１とＭＳ２が在圏している。また、セル１と隣接するセル２にはＭＳ３とＭＳ４が在圏している。

本実施形態では、図５に示すように、セル１においては、他セル（例えばセル２）との干渉が小さい（すなわちＳＩＮＲが大きい）移動局であるＭＳ２をストリーム＃２に割り当てる。また、他セルとの干渉が大きい（すなわちＳＩＮＲが小さい）移動局であるＭＳ１をストリーム＃１に割り当てる。同様に、セル２においては、他セル（例えばセル１）との干渉が小さい（すなわちＳＩＮＲが大きい）移動局であるＭＳ４をストリーム＃２に割り当てる。また、他セルとの干渉が大きい（すなわちＳＩＮＲが小さい）移動局であるＭＳ３をストリーム＃１に割り当てる。

このように、他セルとの干渉が小さい移動局をストリーム＃２のみに割り当てることにより、ＭＩＭＯ技術を適用することによる他セルとの干渉の増加を低減できる。そのため、セル周辺領域に所在する移動局のスループットを増加させることができる。

また、各セルにおいて、ストリーム＃１には周波数帯域全体を使用するが、ストリーム＃２には周波数帯域の一部のみを使用する。さらに、ストリーム＃２に使用する周波数帯域は、隣接するセル間で異ならせる。

このように、ストリーム＃２において使用する周波数帯域を制限することにより、ＭＩＭＯ技術の適用に伴う干渉量の増加を軽減し、かつ使用する周波数帯域をずらすことによって、干渉増加によるスループット減少への影響を分散させることができる。

上記実施形態では、ストリーム＃２において使用する周波数帯域を隣接するセルとずらしたが、セルが複数のセクタにより構成されている場合には、周波数帯域を隣接セクタ間でずらしてもよい。

図６は、一実施形態による無線基地局装置１００の構成例を示す図である。無線基地局装置１００において、移動局（例えば図７に示す移動局装置２００）から送信された信号は受信アンテナ１０２により受信され、データ信号と制御信号と他セル干渉信号に分離される。データ信号はデータチャネル（ＣＨ）復号部１０６により復号され、上位レイヤのコアネットワーク１５０へ送信される。一方、制御信号は制御チャネル（ＣＨ）復号部１０８により復号され、無線基地局装置１００内で上り・下りリンクスケジューラ１１０、１１２に送られる。また、移動局側にて測定した他セル干渉量を示す他セル干渉信号は他セル干渉受信部１１４により処理され、上り・下りリンクスケジューラ１１０，１１２に送られる。上りリンクスケジューラ１１０においては上りリンクにおけるリソース割り当てや送信電力等をスケジューリングし、下りリンクスケジューラ１１２においては下りリンクにおけるリソース割り当てや送信電力等をスケジューリングする。スケジューリングの結果に基づき制御チャネル（ＣＨ）生成部１１６が制御信号を生成する。また、下りリンクにおいては、スケジューリングの結果に基づきデータチャネル（ＣＨ）生成部１１８がコアネットワーク１５０からの信号を用いたデータ信号を生成する。生成された制御信号とデータ信号は信号多重化部１２０により多重され、送信アンテナ１２２より送信される。

なお、図６では、説明を分かりやすくするために、受信アンテナ１０２と送信アンテナ１２２とを分けて示した。しかし、必ずしも受信アンテナと送信アンテナとを分ける必要はなく、実際の無線基地局装置では送受信共用アンテナを利用することができる。

図７は、一実施形態による移動局装置２００の構成例を示す図である。移動局装置２００において、基地局（例えば図６に示した無線基地局装置１００）から送信された信号は受信アンテナ２０２により受信され、信号分離部２０４によりデータ信号と制御信号に分離される。データ信号は移動局装置２００におけるアプリケーションのデータであり、データチャネル（ＣＨ）復号部２０６により復号されて、データ処理部２０８で使用される。制御信号は制御チャネル復号部２１０により復号されて、データチャネル（ＣＨ）復号部２０６によるデータの復号等に使用される。また、他セル干渉測定部２１２は制御チャネル（ＣＨ）復号部２１０により復号された制御信号から下りリンクにおけるＳＩＲを測定して、ＣＱＩ生成部２１４に送る。ＣＱＩ生成部２１４は他セル干渉測定部２１２が測定したＳＩＲからＣＱＩを生成する。生成されたＣＱＩは制御チャネル（ＣＨ）生成部２１６により制御信号とされる。データ処理部２０８からのデータはデータチャネル（ＣＨ）生成部２１８によりデータ信号とされる。生成された制御信号とデータ信号は信号多重部２２０により多重され、送信アンテナ２２２より送信される。

なお、図７では、説明を分かりやすくするために、受信アンテナ２０２と送信アンテナ２２２とを分けて示した。しかし、必ずしも受信アンテナと送信アンテナとを分ける必要はなく、実際の無線基地局装置では送受信共用アンテナを利用することができる。

図８は、一実施形態による通信方法を示すフローチャートである。この通信方法は、例えば図６に示した無線基地局装置１００の上りリンクスケジューラ１１０により実行できる。

まず、受信データを処理して、信号内のＣＲＣからＡＣＫ／ＮＡＣＫをチェックして再送を行うかどうかを決める（ステップ８０２）。次に、移動局からの送信データの有無及び再送データの有無をチェックし新規データがあるかどうかを判断する（ステップ８０４）。そして、再送または新規データがある移動局を対象として周波数割り当てを行う（ステップ８０６）。このステップについては、図９を参照してさらに詳しく説明する。次に、送信電力制御やＭＣＳ（Modulation and channel Coding Scheme）の制御を行い（ステップ８０８、８１０）、送信データとして送信を行う（８１２）。

図９は、図８のステップ８０６の詳細を示すフローチャートである。

まずストリーム＃１に対する割り当てを行う。各周波数帯域において移動局毎の瞬時データレート及び平均データレートを測定する（ステップ９０２）。そして、平均データレートに対する瞬時データレートの値が最も大きい移動局を選択して（ステップ９０４）、ストリーム＃１の該当する周波数帯域に割り当てる（ステップ９０６）。ステップ９０２〜９０６は全サブバンドについて繰り返される。

次にストリーム＃２に対する割り当てを行う。まずストリーム＃２に使用する周波数帯域を、使用する帯域が隣接するセルと重ならないように分割する（ステップ９０８）。次に、基地局側で移動局毎の他セル干渉量を取得し（ステップ９１０）、測定値が閾値以下かどうか判断し（ステップ９１２）、閾値以下の移動局のみを選択対象とする（ステップ９１４）。ここで、測定値は他セルに在圏する移動局の合計干渉量であってもよい。測定には、移動局側で各基地局間とのパスロスを計算し、移動局が通信を行う基地局に対しその値を通知することができるため、その値を用いて行う。対象となった移動局毎の各周波数帯域における瞬時データレートを測定し（ステップ９１６）、瞬時データレートが最大となる移動局を選択し（ステップ９１８）、ストリーム＃２の周波数帯域に割り当てる（ステップ９２０）。ステップ９０８〜９２０は全サブバンドについて繰り返される。

上記の実施形態では、測定値を閾値と比較したが、測定値が最小となる移動局のみを選択対象としてもよい。

次に、実施形態と従来技術とのシミュレーションによる比較結果を説明する。シミュレーションは表１に示す条件の下で行った。表１Ａ、Ｂはシミュレーション諸元を示す。

上記シミュレーションの結果を表２に示す。

シミュレーション結果から次のことが分かる。すなわち、従来のＭＩＭＯにおいては、平均（移動局全体の平均スループット）が増加する一方で、カバレッジ（セル境界付近の移動局の平均スループット）がＳＩＭＯと比べて大きく減少している。それに対して、実施形態ではカバレッジを減少させることなく、ＭＩＭＯによる平均の増加の効果を得られており、干渉量の増加を抑えつつ周波数利用効率を向上させることができる。

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、上記ではストリームの多重数が最大２の場合について説明したが、本発明はストリームの最大多重数が２に限定されるものではない。

Claims (10)

1. 複数の移動局と複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）方式で無線通信する基地局装置であって、
   隣接するセルとの干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第１のストリームに割り当て、または前記第１の周波数帯域に含まれる第２の周波数帯域にわたる第２のストリームに割り当てるスケジューラを有する基地局装置。
2. 前記第２の周波数帯域は、
   前記隣接するセルにおいて、複数の移動局とＭＩＭＯ方式で無線通信する基地局装置が、隣接する他のセルとの干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第３のストリームに割り当て、または前記第１の周波数帯域に含まれる第３の周波数帯域にわたる第４のストリームに割り当てるとき、前記第３の周波数帯域とは異なる、請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記スケジューラは、セルが複数のセクタに分割されているとき、隣接するセクタとの干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第１のストリームに割り当て、または前記第１の周波数帯域に含まれるセクタにより異なる周波数帯域にわたるストリームに割り当てる、請求項１に記載の基地局装置。
4. 前記スケジューラは、隣接するセルとの干渉レベルが閾値以下、または最小である移動局を前記第１の周波数帯域に含まれる第２の周波数帯域にわたる第２のストリームに割り当てる、請求項１に記載の基地局装置。
5. 前記干渉レベルは、隣接するセルに在圏する移動局との合計干渉レベルである、請求項１に記載の基地局装置。
6. 複数の移動局と基地局装置とが複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）方式で無線通信する通信方法であって、
   前記複数の移動局において、隣接するセルとの干渉レベルを測定する段階と、
   前記基地局装置において、前記干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第１のストリームに割り当てる、または前記第１の周波数帯域に含まれる第２の周波数帯域にわたる第２のストリームに割り当てる段階とを含む通信方法。
7. 前記隣接するセルにおいて、複数の移動局とＭＩＭＯ方式で無線通信する基地局装置が、隣接する他のセルとの干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第３のストリームに割り当てる、または前記第１の周波数帯域に含まれる第３の周波数帯域にわたる第４のストリームに割り当てるとき、前記第２の周波数帯域は前記第３の周波数帯域とは異なる、請求項６に記載の通信方法。
8. セルが複数のセクタに分割されているとき、隣接するセクタとの干渉レベルに応じて、移動局を、第１の周波数帯域にわたる第１のストリームに割り当てる、または前記第１の周波数帯域に含まれるセクタにより異なる周波数帯域にわたるストリームに割り当てる、請求項６に記載の通信方法。
9. 前記割り当てる段階において、隣接するセルとの干渉レベルが閾値以下、または最小である移動局を前記第１の周波数帯域に含まれる第２の周波数帯域にわたる第２のストリームに割り当てる、請求項６に記載の通信方法。
10. 前記干渉レベルは、隣接するセルに在圏する移動局との合計干渉レベルである、請求項６に記載の通信方法。

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