JPWO2016038960A1 - 基地局、ユーザ装置および無線通信システム - Google Patents

Abstract

基地局は、各UEについて、データ信号を送信するためのストリームの数を決定し、データ信号にUEによって異なるプリコーディングを行い、少なくとも２つのUEに異なる送信電力を割り当てる。基地局は、これらの少なくとも２つのUEを宛先とするストリームを、これらのストリームが互いに直交せずに混合された形式で、かつUEにより異なる送信電力で送信する。基地局は、これらのUEを宛先とする各ストリームについて、宛先のUEで決定されたチャネル状態情報から、これらのUEについての予測指標を推定し、予測指標に基づいて、予測指標が良いほど送信電力が低くなるように、これらのUEに異なる送信電力を割り当てる。

Description

本発明は、基地局、ユーザ装置および無線通信システムに関する。

移動通信ネットワークにおいて、基地局とユーザ装置（例えば移動局）の間の通信には、複数の信号が互いに干渉しない直交マルチアクセス（OMA、orthogonal multiple access）が広く用いられている。直交マルチアクセスでは、異なるユーザ装置に異なる無線リソースが割り当てられる。直交マルチアクセスの例としては、CDMA（符号分割多元接続）、TDMA（時間分割多元接続）、OFDMA（直交周波数分割多元接続）がある。例えば、3GPPにおいて標準化されたLong Term Evolution（LTE）では、下りリンクの通信にOFDMAが使用されている。OFDMAにおいては異なるユーザ装置に異なる周波数が割り当てられる。

近年、基地局とユーザ装置の間の通信方式として、非直交マルチアクセス（NOMA、non-orthogonal multiple access）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。非直交マルチアクセスにおいては、異なるユーザ装置に同一の無線リソースが割り当てられる。より具体的には、同時に単一の周波数が異なるユーザ装置に割り当てられる。下りリンク通信に非直交マルチアクセスを適用する場合、パスロス（path loss）が大きい、すなわち受信SINR（signal-to interference plus noise power ratio）が小さいユーザ装置（一般にセルエリア端にあるユーザ装置）に対して基地局は大送信電力で信号を送信し、パスロスが小さい、すなわち受信SINRが大きいユーザ装置（一般にセルエリア中央にあるユーザ装置）に対して基地局は小送信電力で信号を送信する。したがって、各ユーザ装置にとっての受信信号は、他のユーザ装置宛の信号により干渉されている。

この場合、各ユーザ装置は、電力差を利用してそのユーザ装置宛の信号を復調する。具体的には、SISO (Single Input Single Output)またはSIMO (Single Input Multiple Output)の場合、各ユーザ装置は最も高い受信電力の信号をまず復調する。その復調された信号は最もセルエリア端にある（より正確には最も受信SINRの低い）ユーザ装置宛の信号であるから、最もセルエリア端にある（最も受信SINRの低い）ユーザ装置は復調を終了する。他の各ユーザ装置は、受信信号からその復調された信号に相当する干渉成分を干渉キャンセラによりキャンセルし、２番目に高い受信電力の信号を復調する。その復調された信号は２番目にセルエリア端にある（より正確には2番目に受信SINRの低い）ユーザ装置宛の信号であるから、２番目にセルエリア端にある（2番目に受信SINRの低い）ユーザ装置は復調を終了する。このように高い電力の信号の復調とキャンセルを繰り返すことにより、すべてのユーザ装置はそのユーザ装置宛の信号を復調することができる。

非直交マルチアクセスを直交マルチアクセスに組み合わせることにより、直交マルチアクセス単独の使用に比べて移動通信ネットワークのキャパシティを増大させることができる。つまり、直交マルチアクセス単独の使用では、ある無線リソース（例えば周波数）を同時に複数のユーザ装置に割り当てることはできないが、非直交マルチアクセスと直交マルチアクセスの組み合わせでは、ある無線リソースを同時に複数のユーザ装置に割り当てることができる。

また、移動通信ネットワークにおいて、MIMO（Multiple Input Multiple Output）が使用されている。MIMOにおいては、複数ストリームのビームを基地局から送信するため、基地局でプリコーディングが行われる。

特開2013-009290号公報

NOMAとOFDMAを組み合わせたシステムで、さらにシングルユーザMIMO（SU-MIMO）の考え方を組み合わせる場合（各ユーザ装置に複数ビームを用いて複数レイヤを送信する場合）には、各ユーザ装置は、複数のレイヤ（ストリーム）について受信SINRを計算することになる。例えば、2x2のSU-MIMOの際、基地局が２つのユーザ装置にそれぞれ２つのストリームを送信する場合には、それらのユーザ装置から４つの受信SINRに対応する４つのCQI（チャネル品質情報）を基地局は受信する。しかし、第１のユーザ装置の第１のストリームの受信SINRが、第２のユーザ装置の２つのストリームの受信SINRより高く、第１のユーザ装置の第２のストリームの受信SINRが、第２のユーザ装置の２つのストリームの受信SINRより低い場合には、いずれのユーザ装置に高い送信電力を割り当てるべきなのか、適切な指針はない。

NOMAとOFDMAを組み合わせたシステムで、さらにシングルユーザMIMO（SU-MIMO）の考え方を組み合わせる場合（各ユーザ装置に複数ビームを用いて複数レイヤを送信する場合）には、複数のレイヤ（ストリーム）にプリコーディングが行われており、各ユーザ装置での複数ストリームの実際の下り受信品質を基地局が完璧に予測または認識するのは困難なため、NOMAにおける送信電力の各ユーザ装置への割り当てにおいて、実際の下りリンク受信品質が高いユーザ装置に高い送信電力を割り当ててしまうおそれがある。

そこで、本発明は、複数のユーザ装置の各々に複数のストリームを送信する場合にシステム全体の効率を高めることができる基地局を提供する。また、本発明は、基地局での複数のユーザ装置への送信電力の割り当て結果に依存せずに所望データ信号を適切に復号することができるユーザ装置を提供する。さらに、本発明は、そのような基地局およびユーザ装置を有する無線通信システムを提供する。

本発明に係る基地局は、複数のユーザ装置の各々について、データ信号を送信するためのストリームの数を決定するストリーム数決定部と、前記データ信号に、前記複数のユーザ装置によって異なるプリコーディングを行うプリコーダと、少なくとも２つのユーザ装置に異なる送信電力を割り当てる送信電力決定部と、前記少なくとも２つのユーザ装置を宛先とするストリームを、これらのストリームが互いに直交せずに混合された形式で、かつ前記少なくとも２つのユーザ装置により異なる送信電力で送信する無線送信部と、前記少なくとも２つのユーザ装置を宛先とする各ストリームについて前記少なくとも２つのユーザ装置で決定されたチャネル状態情報から、前記少なくとも２つのユーザ装置についての予測指標を推定する予測指標推定部を備える。前記予測指標推定部は、各ユーザ装置の複数のストリームの複数のチャネル状態情報から、そのユーザ装置についての単一の予測指標を推定し、前記送信電力決定部は、前記少なくとも２つのユーザ装置についての前記予測指標に基づいて、予測指標が良いほど送信電力が低くなるように、前記少なくとも２つのユーザ装置に異なる送信電力を割り当てる。

本発明に係るユーザ装置は、基地局から複数のユーザ装置をそれぞれ宛先とする異なる電力を持つ互いに直交しない複数のデータ信号が含まれた混合データ信号を受信する無線受信部と、前記混合データ信号のうち、他のユーザ装置を宛先とする干渉データ信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、前記レプリカ信号が正しいか否か判断する正否判断部と、前記レプリカ信号が正しいと前記正否判断部が判断した場合に、前記干渉データ信号に相当するレプリカ信号を前記混合データ信号からキャンセルする干渉キャンセラと、前記混合データ信号からユーザ装置自身を宛先とする所望データ信号を復号する所望データ信号復号部を備える。前記所望データ信号復号部は、前記レプリカ信号が正しいと前記正否判断部が判断した場合に、前記干渉キャンセラで前記レプリカ信号がキャンセルされた前記混合データ信号から前記所望データ信号を復号し、前記レプリカ信号が正しくないと前記正否判断部が判断した場合に、前記無線受信部で受信された前記混合データ信号から前記所望データ信号を復号する。

本発明に係る基地局は、宛先のユーザ装置で決定されたチャネル状態情報 (Channel State Information: CSI (Channel Quality Indicator (CQI，チャネル品質情報), Precoding Matrix Indicator (PMI，プリコーディング行列情報), Rank Indicator (RI，ランク情報)を含む)から、非直交マルチアクセスの対象である少なくとも２つのユーザ装置についてのそれぞれの予測指標を推定し、少なくとも２つのユーザ装置についての予測指標に基づいて、予測指標が良いほど送信電力が低くなるように、少なくとも２つのユーザ装置に異なる送信電力を割り当てる。換言すれば、チャネル状態情報で推定される予測指標が悪いユーザ装置に高い送信電力が割り当てられる。したがって、複数のユーザ装置の各々に複数のストリームを送信する場合にシステム全体の効率を高めることができる。

本発明に係るユーザ装置は、ユーザ装置自身が非直交マルチアクセスの対象となって、互いに直交しない複数のデータ信号が含まれた混合データ信号を受信する場合に、基地局での送信電力の割り当てにかかわらず、混合データ信号に含まれる干渉データ信号を復調（場合によってはさらに復号）する。復調結果または復号結果すなわちレプリカ信号が正しいと前記正否判断部が判断した場合に、ユーザ装置は、干渉キャンセラで干渉データ信号に相当するレプリカ信号がキャンセルされた混合データ信号から所望データ信号を復号し、復調結果または復号結果すなわちレプリカ信号が正しくないと前記正否判断部が判断した場合に、ユーザ装置は、干渉キャンセラを使用せず混合データ信号から所望データ信号を復号する。したがって、基地局での複数のユーザ装置への送信電力の割り当て結果に依存せずに所望データ信号を適切に復号することができる。

また、従来のNOMAでは、各ユーザ装置は、受信信号から他のユーザ装置を宛先とする干渉成分をキャンセルする必要性を知らなければならない。このためには、基地局がユーザ装置に割り当てられた送信電力に関する情報、または干渉成分をキャンセルする必要性を示す情報を各ユーザ装置に送信することが必要である。しかし、本発明に係るユーザ装置は、基地局での送信電力の割り当てにかかわらず、混合データ信号に含まれる干渉データ信号を復調（場合によってはさらに復号）する。したがって、ユーザ装置は、混合データ信号から他のユーザ装置を宛先とする干渉データ信号をキャンセルする必要性を知らなくてよい。このため、基地局は、ユーザ装置に割り当てられた送信電力に関する情報も、各ユーザ装置が受信する混合データ信号から他のユーザ装置を宛先とする干渉データ信号をキャンセルする必要性を示す情報も送信しなくてよいので、基地局からユーザ装置に対して通知される情報が削減される。加えて、基地局が非直交マルチアクセスの対象となるユーザ装置の組み合わせや電力割り当てを正しく設定できなかった場合、ユーザ装置の判断で干渉データ信号を除去するか否かを判断することができる。

非直交マルチアクセスの概略を説明するための基地局とユーザ装置を示す概略図である。 非直交マルチアクセスにおける各ユーザ装置への基地局での下りリンク送信電力の割り当ての例を示す図である。 非直交マルチアクセスにおける各ユーザ装置への基地局での下りリンク送信電力の割り当ての他の例を示す図である。 非直交マルチアクセスとMIMOの組み合わせの概略を示す図である。 本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示すブロック図である。 前記基地局で実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るユーザ装置で使用される代表的な２つの干渉キャンセラの処理を示すフローチャートである。 上記ユーザ装置の構成を示すブロック図である。 干渉データ信号の復調結果が正しいか否かを判断する手法の例を示す図である。 干渉データ信号の復調結果が正しいか否かを判断する手法の他の例を示す図である。 上記ユーザ装置の一部の機能の詳細を示すブロック図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。
まず、従来のSISOやSIMOの場合の非直交マルチアクセス（NOMA）の概略を説明する。
図１に示すように、基地局１０は複数のユーザ装置（user equipment、UE）１００〜１０２と通信する。図１において符号１０ａは基地局１０のセルエリアを示す。UE１０２は、セルエリア端すなわち最もセルエリア１０ａの境界に近い位置にあり、基地局１０から最も遠く、パスロスが最も大きい（すなわち受信SINRが最も小さい）。UE１００は、セルエリア１０ａの中央付近にあり、基地局１０から最も近く、パスロスが最も小さい（すなわち受信SINRが最も大きい）。UE１０１は、UE１０２よりも基地局１０に近く、UE１００よりも基地局１０から遠い。

図２は、NOMAにおける各UEへの基地局での下りリンク送信電力の割り当ての例を示す図である。基地局１０は、UE１００〜１０２に対して同時に同じ周波数を使用して下りリンクデータ送信を行う。つまり、これらのUE１００〜１０２には、同じ周波数と同じ時間が割り当てられる。基地局１０は、最も遠隔にあるUE１０２への送信に最も高い下りリンク送信電力を使用し、最も近傍にあるUE１００への送信に最も低い下りリンク送信電力を使用する。

但し、基地局１０に接続されるUEは、UE１００〜１０２に限られない。NOMAは、直交マルチアクセスに組み合わせることが可能であり、UE１００〜１０２以外のUEにはUE１００〜１０２に割り当てられた周波数と異なる周波数が割り当てられてもよい。また、同時に同じ周波数が割り当てられるUEの数（NOMAで多重されるUEの数）は３に限らず、２でもよいし４以上でもよい。

各UE１００〜１０２の立場から見れば、最も高い受信電力のデータ信号がUE１０２宛のデータ信号であり、最も低い受信電力のデータ信号がUE１００宛のデータ信号である。従来の技術によれば、各UE１００〜１０２は最も高い受信電力のデータ信号をまず復調する。その復調されたデータ信号は最もセルエリア１０ａの境界に近い位置にあるUE１０２宛のデータ信号であるから、UE１０２は復調を終了し、その復調されたデータ信号を使用する。他の各UE１００，１０１は、受信信号からその復調されたデータ信号に相当する干渉成分（レプリカ信号）を干渉キャンセラにより除去し、２番目に高い受信電力のデータ信号を復調する。その復調されたデータ信号は２番目にセルエリア１０ａの境界に近い位置にあるUE１０１宛のデータ信号であるから、UE１０１は復調を終了し、その復調されたデータ信号を使用する。このように高い受信電力のデータ信号の復調とキャンセルを必要に応じて繰り返すことにより、すべてのUE１００〜１０２はそのUE宛のデータ信号を復調することができる。このように、NOMAでは、UEはそのUEを宛先とするデータ信号を復調するまで、サービング基地局から送信された他のUEを宛先とするデータ信号（干渉信号）をキャンセルする。

図３は、NOMAにおける各ユーザ装置への基地局での下りリンク送信電力の割り当ての他の例を示す図である。UE１００〜１０２は、送信電力が異なるUEの１つのグループを構成し、UE１０３〜１０５は、送信電力が異なるUEの他の１つのグループを構成する。従来の技術によれば、受信電力が低いUE（例えばUE１０３）は、UE自身が属するグループに属する受信電力が高い他のUE（例えばUE１０４，１０５）宛のデータ信号を復調して、復調結果のレプリカ信号をキャンセルする。

図４は、NOMAとSU-MIMO（各UEに複数ビームを用いて複数レイヤを送信する方式）の組み合わせの概略を示す。基地局１０は、プリコーディングを行って、各UEに複数のストリーム（レイヤ、ランク）を送信することができる。図４では、基地局側に２つの送信アンテナを設け、UE側に２つの受信アンテナを設け、NOMAで２つのUE１，２を多重する場合、基地局が合計で４ストリームを送信することができる。従来の技術によれば、基地局１０に近いUE１は、電力が高いUE２宛ての信号に相当するレプリカ信号をキャンセルして、UE１宛ての所望信号を復調する。

MIMOの場合、各UEに送信されるストリームの送信電力は、ストリームの数で等分される。これをＥＱＰＡ（equal power allocation）と呼ぶ。例えば、UE１への送信電力がＰ_１である場合、UE１へ２ストリームが送信されるのであれば、各ストリームの送信電力は０．５Ｐ_１である。UE１へ１ストリームが送信されるのであれば、そのストリームの送信電力はＰ_１である。UE２への送信電力がＰ２である場合、UE２へ２ストリームが送信されるのであれば、各ストリームの送信電力は０．５Ｐ２である。UE２へ１ストリームが送信されるのであれば、そのストリームの送信電力はＰ_２である。

各UEへのストリームの数の選択は、各UE側において公知のランクアダプテーションにより行われる。すなわち、各UEは、例えば受信SINRなどに基づいて、最適なストリームの数を示すランク情報（Rank Indicator、RI）を基地局１０にフィードバックし、基地局１０はランク情報に基づいて各UEへのストリーム数を制御する。受信品質が良好なUEにはストリームの数を増加してもよいが、受信品質が悪いUEには少ない数のストリームしか割り当てられない。しかし、NOMAの場合、基地局側で複数ユーザ間で電力分配を行うため、 UE側で選択した（電力分配前の）ランクと基地局側による電力分配後の各UEにとって最適なランクは一致するとは限らないため、最終的なランクの決定はUE側ではなく基地局１０で判断してもよい。その場合、UEが基地局１０に対してランクが1の場合とランクが2の場合の両場合に対して、CQIとPMI（プリコーディング行列情報）を決定して基地局に対してフィードバックし、基地局がNOMAでペアリングされるUEに合わせて適切なランクを決定して、UEに通知してもよい。すなわち、各UEは、基地局１０からそのUEに送信されるストリームの数が異なる複数の場合に対して、複数のCQIと複数のPMIを決定し、複数のCQIと複数のPMIを基地局１０にフィードバックしてもよく、基地局１０（後述するストリーム数決定部としてのスケジューラ４６）は、各UEからフィードバックされた複数のCQIと複数のPMIやNOMAペア時の情報（例えば、 各UEに割り当てられた送信電力、UEの各ストリームについての予測SINR（後述する））に基づいて、そのUEに送信されるストリームの数を決定してもよい。

NOMAとOFDMAを組み合わせたシステムで、さらにMIMOを適用し、各UEに複数ビームを用いて複数レイヤを送信する場合には、各UEは、複数のレイヤ（ストリーム）について受信SINRを計算することになる。例えば、図４に示すように、基地局が２つのUE１，２にそれぞれ２つのストリームを送信する場合には、各UEは２つの受信SINRを測定し、２つの受信SINRに対応する２つのCQIを基地局にフィードバックする。したがって、これらのUE１，２から合計４つのCQIを基地局は受信する。しかし、UE１の第１のストリームの受信SINRが、UE２の２つのストリームの受信SINRより高く、UE１の第２のストリームの受信SINRが、UE２の２つのストリームの受信SINRより低い場合には、いずれのUEに高い送信電力を割り当てるべきなのか、適切な指針はない。

そこで、後述するように、この実施の形態の基地局は、複数のUEの各々に複数のストリームを送信する場合にシステム全体の効率を高める。

また、NOMAとOFDMAを組み合わせたシステムで、さらにMIMOを適用し、各UEに複数ビームを用いて複数レイヤを送信する場合には、複数のレイヤ（ストリーム）にプリコーディングが行われており、各UEでの複数ストリームの実際の下り受信品質を基地局が完全に予測または認識するのは困難なため、NOMAにおける送信電力の各UEへの割り当てにおいて、実際の下りリンク受信品質が高いUEに高い送信電力を割り当ててしまうおそれがある。以下、この理由を詳しく説明する。

図４に示すように、１つの基地局１０の２つの送信アンテナが２つのUEにそれぞれ２ストリームを送信することは２×２MIMOであると考えることができる。この場合、UE１での受信信号

は、２×１の行列であり、以下の式（１）で表される。

ここで、

は、基地局１０からUE１までの伝送路のチャネル行列であり、２×２MIMOでは２×２の行列である。

は、UE１のためのプリコーディング行列であり、２×２MIMOでは２×２の行列である。

は、UE２のためのプリコーディング行列であり、２×２MIMOでは２×２の行列である。

は、UE１宛ての送信データシンボルを示す１×２の行列である。

は、UE２宛ての送信データシンボルを示す１×２の行列である。

は、UE１における他の基地局からの干渉電力および加法性白色ガウス雑音（additive white Gaussian noise）である。

式（１）は式（２）に書き換えることができる。

ここで、

は、UE１における所望信号の等化的なチャネル行列であり、式（３）で表される。

は、UE１におけるUE２宛ての信号（干渉信号）の等化的なチャネル行列であり、式（４）で表される。

式（２）の右辺第１項はUE１の所望信号に対応し、右辺第２項はUE１で受信されるUE２宛ての信号（干渉信号）に対応する。従来のSISOやSIMOのNOMAでは、UE１の所望信号の送信電力が干渉信号の送信電力より低く設定されるが、式（４）に示された基地局１０からUE１までの伝送路のチャネル行列とUE２のためのプリコーディング行列の乗算結果（等価的なチャネル行列）によっては、UE１におけるUE2を宛先とする干渉信号の実際の下りリンク受信品質が低下することがありうるため、UE2を宛先とする干渉信号をキャンセルしてから、UE1自身の所望信号を復号するよりもキャンセルを行わずUE1自身の所望信号を復号した方がよい場合がありえる。同様に、基地局１０からUE２までの伝送路のチャネル行列とUE１のためのプリコーディング行列の乗算結果（等価的なチャネル行列）によっては、UE２におけるUE1を宛先とする干渉信号の実際の下りリンク受信品質が良好になることがありうるため、UE1を宛先とする干渉信号をキャンセルせずにUE2自身の所望信号を復号するよりもUE1を宛先とする干渉信号をキャンセルしてからUE2自身の所望信号を復号した方がよい場合がありえる。

受信品質が劣悪なUEに高い送信電力を割り当てる方針を貫徹するなら、基地局は、基地局からUE１までの伝送路のチャネル行列とUE２のためのプリコーディング行列の乗算結果、基地局からUE２までの伝送路のチャネル行列とUE１のためのプリコーディング行列の乗算結果を知らなければならないが、そのような乗算結果を基地局は知らない。

そこで、後述するように、この実施の形態のUEは、基地局での複数のユーザ装置への送信電力の割り当て結果に依存せずに所望データ信号を適切に復号する。

図５は、本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示すブロック図である。基地局１０は、制御部３０、無線送信部３２、複数の送信アンテナ３３、無線受信部３４、受信アンテナ３５および基地局間通信部３６を備える。

無線送信部３２は、基地局１０が各UEへ無線送信を行うため電気信号を送信アンテナ３３から送信する電波に変換するための送信回路である。送信アンテナ３３はアダプティブアンテナアレイを構成する。無線受信部３４は、基地局１０が各UEから無線受信を行うため受信アンテナ３５から受信した電波を電気信号に変換するための受信回路である。基地局間通信部３６は、基地局１０が他の基地局と通信を行うための通信インターフェイスである。

制御部３０は、CSI報告処理部３８、DM-RS生成部４０、CSI-RS生成部４２、制御信号生成部４４、スケジューラ４６、下りリンク送信電力決定部４８、ストリーム送信電力決定部５０、プリコーダ５２、暫定的ＭＣＳ（変調・符号化方式）決定部５４および予測スループット計算部５６を備える。制御部３０は、コンピュータプログラムに従って動作するＣＰＵ（central processing unit）である。制御部３０の内部要素は、制御部３０が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って実現される機能ブロックである。

制御部３０は、基地局１０に接続された各UEから送信され無線受信部３４で受信された上りリンクのデータ信号を処理する。CSI報告処理部３８は、基地局１０に接続された各UEから報告され無線受信部３４で受信されたCSIを認識する。CSI に含まれるCQIからCSI報告処理部３８は、各UEの受信SINRを認識することができる。基地局１０があるUEにデータ信号を複数のストリームで送信する場合には、そのUEは各ストリームについてCQIを基地局１０にフィードバックし、CSI報告処理部３８は各ストリームのCQIを認識することができる。

スケジューラ４６は、ストリーム数決定部として機能し、基地局１０に接続された各UEから報告され無線受信部３４で受信されたＲＩ（ランク情報）に基づいて、各UEに送信する下りリンクのデータ信号のストリームの数を決定する。上記の通り、スケジューラ４６は、CQIとPMIに基づいて、各UEに送信するデータ信号のストリームの数を決定してもよい。

スケジューラ４６は、各UEでのCQIおよびその他のパラメータに基づいて、基地局１０に接続された複数のUEをそれぞれ宛先とする下りリンクのデータ信号を送信するためのリソースエレメント（周波数リソースおよび時間リソース）を決定する。また、スケジューラ４６は、NOMAを適用するべきか否かを決定し、NOMAを適用する場合には、NOMAの対象のUEを決定する。

DM-RS生成部４０は、各UEに送信されるDM-RSを生成する。基地局１０があるUEにデータ信号を複数のストリームで送信する場合には、DM-RS生成部４０は、これらのストリームごとにDM-RSを生成する。CSI-RS生成部４２は、CSI-RS（チャネル状態情報参照信号（channel state information reference signal））を生成する。制御信号生成部４４は、各UEでの受信SINRおよびその他のパラメータに基づいて、各UEを宛先とする制御信号（PDCCH信号）を生成する。基地局１０があるUEにデータ信号を複数のストリームで送信する場合には、そのUEへのDM-RSの送信に使用される基地局の送信アンテナポートを示す情報を、制御信号生成部４４は、PDCCH信号に含める。

プリコーダ５２は、複数のUEを宛先とするデータ信号に異なるプリコーディングを行う。また、データ信号が送信されるストリームで送信されるDM-RSにデータ信号と同じプリコーディングを行う。プリコーダ５２は、基地局１０に接続された各UEから報告され無線受信部３４で受信されたPMIに基づいて、プリコーディング行列を決定することができる。

無線送信部３２は、下りリンクのデータ信号、DM-RS、CSI-RS、PDCCH信号を無線で送信する。

暫定的ＭＣＳ決定部５４は、CSI報告処理部３８で認識されたCQIから、各UEに送信するデータ信号の暫定的ＭＣＳ（変調・符号化方式）を決定する。基地局１０があるUEにデータ信号を複数のストリームで送信する場合には、暫定的ＭＣＳ決定部５４は、各ストリームについてのCQIから、各ストリームについての暫定的ＭＣＳを決定する。

変調方式は、例えば、６４ＱＡＭ（quadrature amplitude modulation）、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ（quadrature phase shift keying）である。変調方式の変調多値数（modulation level）によって、伝送品質の劣化の程度および伝送速度は異なる。変調多値数が大きいほど、品質の劣化のおそれが大きいが伝送速度が大きい。つまり、６４ＱＡＭでは品質の劣化のおそれが大きいが伝送速度が大きい一方、ＱＰＳＫでは品質の劣化のおそれが小さいが伝送速度が小さい。CQIが良好な受信SINRを示す場合には、変調多値数が大きい変調方式を暫定的ＭＣＳ決定部５４は選択するが、CQIが劣悪な受信SINRを示す場合には、変調多値数が小さい変調方式を暫定的ＭＣＳ決定部５４は選択する。また、符号化率が高いほど、品質の劣化のおそれが大きいが伝送速度が大きい。CQIが良好な受信SINRを示す場合には、高い符号率を暫定的ＭＣＳ決定部５４は選択するが、CQIが劣悪な受信SINRを示す場合には、低い符号率を暫定的ＭＣＳ決定部５４は選択する。

予測スループット計算部５６は、NOMAが適用される場合に動作する。予測スループット計算部５６は、NOMAが適用される複数のUEを宛先とする各ストリームについての暫定的ＭＣＳから、NOMAが適用される複数のUEの各々についての予測スループットを、予測指標として計算する。より具体的には、予測スループット計算部５６は、各UEの複数のストリームの複数の暫定的ＭＣＳから、そのUEについての単一の予測スループットを推定する。上記の通り、変調多値数が大きいほど、伝送速度が大きい。また、符号化率が高いほど、伝送速度が大きい。したがって、予測スループット計算部５６は、各ストリームについての暫定的ＭＣＳから、各ストリームの宛先である複数のUEの各々についての予測スループットを計算することができる。

下りリンク送信電力決定部４８はNOMAが適用される場合に動作する。下りリンク送信電力決定部４８は、NOMAが適用される複数のUEの各々についての予測スループットに基づいて、予測スループットが大きいほど送信電力が低くなるように、NOMAが適用される複数のUEに異なる送信電力を割り当てる。

ストリーム送信電力決定部５０はNOMAが適用される場合に動作する。ストリーム送信電力決定部５０は、NOMAが適用される各UEに送信するストリームの数および下りリンク送信電力決定部４８で決定された下りリンク送信電力に基づいて、UEに送信される各ストリームの送信電力を決定する。より具体的には、ＥＱＰＡにより、各ストリーム送信電力決定部５０は、UEに送信されるストリームの送信電力をストリームの数で等分する。

NOMAが適用される場合、無線送信部３２は、複数のUEをそれぞれ宛先とする異なる電力を持つ互いに直交しない複数のデータ信号が含まれた混合データ信号を送信する。さらにMIMOが適用される場合には、無線送信部３２は、NOMAが適用される複数のUEを宛先とするストリームを、これらのストリームが互いに直交せずに混合された形式で、かつNOMAが適用される複数のUEにより異なる送信電力で送信する。より具体的には、無線送信部３２は、ストリーム送信電力決定部５０で決定された送信電力で各ストリームのデータ信号を、同時に同じ周波数で、送信する。

後述するように、NOMAが適用される複数のUEを宛先とする各ストリームについて実際に適用されるＭＣＳは、スケジューラ４６で決定される。これらのＭＣＳは、制御信号生成部４４に伝達され、無線送信部３２から送信されるPDCCH信号によって宛先のUEに通知される。

上記の通り、この実施の形態に係る基地局１０は、宛先の各UEで決定されたCQIから、NOMAの対象である複数のUEについての予測指標（予測スループット）を推定する。より具体的には、基地局１０は、各UEの複数のストリームの複数のCQIから、そのUE装置についての単一の予測スループットを推定する。そして基地局１０は、これらのUEの予測指標に基づいて、予測指標が良いほど送信電力が低くなるように、NOMAの対象である複数のUEに異なる送信電力を割り当てる。換言すれば、CQIで推定される予測指標が悪いUEに高い送信電力が割り当てられる。したがって、NOMAの対象である複数のUEの各々に複数のストリームを送信する場合にシステム全体の効率を高めることができる。

上記の通り、予測指標として、基地局１０は予測スループットを計算するが、他の予測指標を推定してもよい。例えば、CSI報告処理部３８は、各ストリームのCQIから各ストリームの受信SINRを認識することができる。制御部３０は、各UEについての受信SINRをデシベルの単位で平均してよい。例えば、UE１に２ストリームが送信される場合、その２ストリームの受信SINRを平均し、UE２に２ストリームが送信される場合、その２ストリームの受信SINRを平均してよい。下りリンク送信電力決定部４８は、平均受信SINRが高いほど、送信電力が低くなるように、NOMAの対象である複数のUEに異なる送信電力を割り当ててよい。

図６は、基地局１０の制御部３０で実行される処理を示す。まずスケジューラ４６は、候補決定部として機能し、NOMAで多重される異なる送信電力が割り当てられるUEの組の候補を複数決定する。次に、制御部３０は、これらの候補の中から最初の候補を選択する。

選択された候補を構成する各UEについて、暫定的ＭＣＳ決定部５４は、UEから報告された各ストリームのCQIに基づいて、各ストリームの暫定的ＭＣＳを決定する。予測スループット計算部５６は、各ストリームについての暫定的ＭＣＳから、各UEについての予測スループットを計算する。下りリンク送信電力決定部４８は、各UEについての予測スループットに基づいて、予測スループットが大きいほど送信電力が低くなるように、各UEへの送信電力の割り当て順位を決定する。

さらに、下りリンク送信電力決定部４８は、割り当て順位に基づいて、各UEへの送信電力を決定すなわち割り当てする。例えば、A. Benjebbour, A. Li, Y. Saito, Y. Kishiyama, A. Harada, and T. Nakamura, "System-level performance of downlink NOMA for future LTE enhancements," IEEE Globecom, Dec. 2013に記載されたFull search power allocation (FSPA)を用いて、各UEへの送信電力を決定してもよい。FSPAでは、使用可能なあらゆる電力割り当ての候補がUEに適用され、計算されるスケジューリングメトリックが最大である電力割り当ての候補が、各UEへの送信電力として決定される。

ストリーム送信電力決定部５０は、決定された下りリンク送信電力からＥＱＰＡにより、UEに送信される各ストリームの送信電力を決定する。

次にスケジューラ４６は、信号対雑音干渉比推定部として機能し、各候補を構成するUEに割り当てられた送信電力と、これらのUEの各ストリームについてのCQIに基づいて、NOMAにおいて送信電力が割り当てられたと仮定された各ストリームについての予測SINRを推定する。この予測SINRは、NOMA CQIと呼ぶことができる。例えば、送信電力が低いUE_１についてのNOMA CQI_１は式（５）で計算することができ、送信電力が高いUE_２についてのNOMA CQI_２は式（６）で計算することができる。
NOMA CQI_１＝β_１CQI_１ ...（５）
NOMA CQI_２＝β_２CQI_２／（β_１CQI_２＋１） ...（６）

ここで、CQI_１はUE_１から報告されたCQIであり、CQI_２はUE_２から報告されたCQIであり、β_１は送信電力の総和に対するUE_１への送信電力の比であり、β_２は送信電力の総和に対するUE_２への送信電力の比である。ここでは、各UEについてのNOMA CQIを説明したが、UEへの各ストリームのNOMA CQIについて、式（５）または式（６）から計算することができるのは明らかである。ここで、UE_１のNOMA CQI (CQI_１)ではUE_２からの干渉が完全にキャンセルできたという仮定の下、算出されている。UE_２のNOMA CQI（CQI_２）ではUE_１からの干渉をキャンセルせずに復号できるという仮定の下、算出されている。

スケジューラ４６は、UEに割り当てられた送信電力と、これらのUEの各ストリームについてのCQIに基づいて、NOMA CQIを計算するが、UEに割り当てられた送信電力と、これらのUEの各ストリームについてのCQIと、プリコーディング行列に基づいて、NOMA CQIを計算してもよい。いずれにせよ、NOMA CQIは、複数のUEへの送信電力の割り当てが反映された各ストリームのSINRである。

次にスケジューラ４６は、予測変調・符号化方式決定部として機能し、各ストリームの予測SINR（NOMA CQI）に基づいて、各ストリームのための予測ＭＣＳを決定する。予測ＭＣＳは、上記の暫定的ＭＣＳとは異なり、複数のUEへの送信電力の割り当てが反映されたＭＣＳである。また、スケジューラ４６は、各ストリームのための予測ＭＣＳに基づいて、各UEについての予測スループットを計算する。さらにスケジューラは、スケジューリングメトリック計算部として機能し、予測スループットに基づいて、候補の組のスケジューリングメトリックを計算する。スケジューリングメトリックQ(U, Ps)は、プロポーショナルフェアメトリックであり、下記の式から計算される。

ここで、Q(U, Ps)は、送信電力の組Psが割り当てられた候補となるUEの組Uのプロポーショナルフェア・スケジューリングメトリック（proportional fair scheduling metric）であり、組UのすべてのUEのプロポーショナルフェア・スケジューリングメトリックの総和である。Rs(k|U, Ps, t)は、サブバンドｓにおける瞬間ｔでのユーザ装置ｋの瞬時予測スループットである。L(k, t)は、ユーザ装置ｋの時間平均予測スループットである。

すべての候補の組について、プロポーショナルフェア・スケジューリングメトリックの計算を完了するまで、プロポーショナルフェア・スケジューリングメトリックの計算が繰り返される。この後、スケジューラ４６は、ユーザ装置決定部として機能し、プロポーショナルフェア・スケジューリングメトリックQ(U, Ps)が最大になる候補の組を、NOMAで多重されて異なる送信電力が割り当てられるUEの組として決定する。以上の処理によって、NOMAの対象である複数のUEの各々に複数のストリームを送信する場合にシステム全体の効率を高めることができる。

このようにNOMAの対象となるUEの組が決定されると、スケジューラ４６は、正式変調・符号化方式決定部として機能し、その組について、各ストリームの予測SINR（NOMA CQI）に基づいて決定された各ストリームのための予測ＭＣＳを、各ストリームに使用される正式ＭＣＳとして最終的に選択する。そして、最終的に選択されたＭＣＳを用いて、基地局１０はストリームを送信する。上記の通り、予測ＭＣＳは、複数のUEへの送信電力の割り当てが反映されたＭＣＳであるから、各ストリームの送信に最適化されていると考えられる。

この実施の形態では、基地局１０は、NOMAの対象である複数のUEに対して、UEに割り当てられた送信電力に関する情報も、各UEが受信する混合データ信号から他のUEを宛先とする干渉データ信号を復調して干渉データ信号に相当するレプリカ信号をキャンセルする必要性を示す情報も送信しない。したがって、基地局１０とUEの間の下りリンクシグナリングを削減することができる。

但し、UEでの干渉データ信号の復調および所望データ信号の復号の便宜のため、無線送信部３２は、NOMAの対象である複数のUEに対して、NOMAの対象である複数のUEへのDM-RSの送信に使用される基地局の送信アンテナポートを通知する（例えばPDCCH信号によって）。干渉データ信号の復調および所望データ信号の復号には、各UEは、複数UEに共通のCSI-RSを使用してもよいが、UEに個別なDM-RSを使用してもよい。DM-RSのための送信アンテナポートによって、LTEでは、DM-RSがマップされるリソースエレメントが異なる。UEがUE自身のDM-RSのための送信アンテナポートおよび他のUEのDM-RSのための送信アンテナポートを知ることにより、UEはUE自身のDM-RSおよび他のUEのDM-RSを認識することができ、他のUEのDM-RSを利用して干渉データ信号を復調して、レプリカ信号をキャンセルすることができる。また、他のUEのDM-RSのための送信アンテナポートを知ることにより、UEは他のUEに送信されるストリームの数（ランクの数）を認識することができる。

この実施の形態の基地局１０は、DM-RSおよびCSI-RSを送信するが、CRS（セル固有参照信号）を送信してもよい。干渉データ信号の復調および所望データ信号の復号には、各UEは、複数UEに共通のCRSを使用してもよい。

UEでのデータ信号の復調または復号には、PDCCH信号で送信されるＭＣＳが必要である。無線送信部３２は、スケジューラ４６で決定された各ストリームについてのＭＣＳを示すPDCCH信号を送信する。LTEでは、PDCCH信号をそのPDCCH信号の宛先であるUEのC-RNTI (Cell-Radio Network Temporary ID)でスクランブルした形式で送信する。各UEは、UE自身に割り当てられたC-RNTIを用いて、ブラインド復号（試行錯誤）によりUE自身のPDCCH信号を解読し、UE自身宛ての各ストリームのためのＭＣＳを知ることができる。また、各UEは、他のUEのC-RNTIを基地局１０から通知されれば、そのUEのC-RNTIを用いて、ブラインド復号により他のUEのPDCCH信号を解読し、他のUE宛ての各ストリームのためのＭＣＳを知ることができる。他のUE宛ての各ストリームのためのＭＣＳを用いて、UEは、他のUEを宛先とする干渉データ信号を復調して干渉データ信号に相当するレプリカ信号をキャンセルすることができる。但し、各UEにNOMAで多重される他のUE宛ての各ストリームのためのＭＣＳを、無線送信部３２は明示的にシグナリングしてもよい。

NOMAにおいて、UEで使用される干渉キャンセラの代表的な候補には、以下の２つがある。
・Symbol-level Interference Canceller (SLIC)
これは、シンボルレベルで（すなわちRE（リソースエレメント）ごとに）干渉データ信号を扱い、干渉データ信号の復調結果を混合データ信号からキャンセルする。
・Codeword-level IC (CWIC)
これは、符号語レベルで干渉データ信号を復号し、復号結果をキャンセルする。

図７は、SLICとCWICの処理の流れを示す。SLICは、干渉データ信号の復調結果を再変調し干渉データ信号のレプリカ信号を生成して、レプリカ信号を混合データ信号からキャンセルし、キャンセル結果の所望データ信号を復調および復号する。CWICは、干渉データ信号を復調および復号し、復号結果を再符号化および再変調し干渉データ信号のレプリカ信号を生成して、レプリカ信号を混合データ信号からキャンセルし、キャンセル結果の所望データ信号を復調および復号する。この明細書では、SLICでの干渉信号の復調、およびCWICでの干渉信号の復調および復号の組み合わせを、単に「復調」と呼ぶことがある。本発明の実施の形態に係るUEは、SLICとCWICの少なくとも一方を実行することができる。

次に、本発明の実施の形態に係るUEの構成を説明する。図８に示すように、UEは、制御部６０、無線送信部６２、送信アンテナ６３、無線受信部６４および複数の受信アンテナ６５を備える。

無線送信部６２は、UEがサービング基地局へ無線送信を行うため電気信号を送信アンテナ６３から送信する電波に変換するための送信回路である。無線受信部６４は、UEがサービング基地局から無線受信を行うため受信アンテナ６５から受信した電波を電気信号に変換するための受信回路である。受信アンテナ６５はアダプティブアンテナアレイを構成する。

制御部６０は、受信品質測定部７０、CSI報告部７１、制御信号認識部７２、DM-RS認識部７４、チャネル推定部７６、レプリカ信号生成部７８、正否判断部７９、非直交信号キャンセル部８０、および所望データ信号復調復号部（所望データ信号復号部）８２を備える。制御部６０はＣＰＵであり、制御部６０の内部要素は、制御部６０が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って実現される機能ブロックである。

制御部６０は、上りリンクのデータ信号を無線送信部６２に供給し、無線送信部６２は、上りリンクのデータ信号を送信アンテナ６３によりサービング基地局に送信する。受信品質測定部７０は、無線受信部６４で受信された無線信号、特にCSI-RSに基づいてPMI, RI及びSINRを測定する。CSI報告部７１はSINRに基づいてＣＱＩを生成し、PMI, RI, CQIを含むCSIを無線送信部６２に供給する。無線送信部６２は、CSIを制御チャネルでサービング基地局に送信する。

無線受信部６４は、サービング基地局から、所望データ信号と、CSI-RSと、DM-RSと、制御信号（PDCCH信号）とを受信する。当該UEがNOMAの対象となる場合には、当該UE自身を宛先とする所望データ信号は、他のUEを宛先とする非直交データ信号（干渉データ信号）と混合された混合データ信号に含まれている。この場合、無線受信部６４は、サービング基地局から、複数のUEをそれぞれ宛先とする異なる電力を持つ互いに直交しない複数のデータ信号が含まれた混合データ信号を受信する。

制御信号認識部７２は、UE自身に割り当てられたC-RNTIを用いて、当該UE自身のためのPDCCH信号を認識する。そのPDCCH信号を解読することにより、UE自身宛ての各ストリームのためのＭＣＳを知ることができる。また、制御信号認識部７２は、他のUEのC-RNTIを基地局１０から通知されれば、そのUEのC-RNTIを用いて、ブラインド復号により他のUEのPDCCH信号を解読し、他のUE宛ての各ストリームのためのＭＣＳを知ることができる。

DM-RS認識部７４は、基地局から通知されるUE自身のためのDM-RSの送信アンテナポートから、当該UE自身のための各ストリームのDM-RSを認識する。チャネル推定部７６は、DM-RS認識部７４で認識された当該UE自身のための各ストリームのDM-RSに基づいて、所望データ信号の下りリンクの等化的なチャネル行列（基地局からそのUEまでの伝送路のチャネル行列とそのUEのためのプリコーディング行列の乗算結果）を推定する。

当該UEがNOMAの対象となる場合、DM-RS認識部７４は、基地局から通知される干渉データ信号の宛先である他のUEのためのDM-RSの送信アンテナポートからNOMAで多重された他のUEのための各ストリームのDM-RSも認識する。チャネル推定部７６は、DM-RS認識部７４で認識された他のUE自身の各ストリームのDM-RSに基づいて、干渉データ信号の下りリンクの等化的なチャネル行列（基地局からそのUEまでの伝送路のチャネル行列と干渉データ信号の宛先である他のUEのためのプリコーディング行列の乗算結果）を推定する。

レプリカ信号生成部７８は、当該UEがNOMAの対象となる場合に動作する。この場合、無線受信部６４は、サービング基地局から、複数のUEをそれぞれ宛先とする異なる電力を持つ互いに直交しない複数のデータ信号が含まれた混合データ信号を受信する。レプリカ信号生成部７８は、所望データ信号と混合されている干渉データ信号を復調する。SLICが使用される場合には、レプリカ信号生成部７８は干渉データ信号の復調結果を再変調し干渉データ信号のレプリカ信号を生成する。CWICが使用される場合には、レプリカ信号生成部７８は干渉データ信号を復調および復号し、復号結果を再符号化および再変調し干渉データ信号のレプリカ信号を生成する。レプリカ信号の生成のためには、干渉データ信号の宛先である他のUEのためのPDCCH信号およびチャネル推定部７６で推定された他のUEのためのDM-RSに対応する等化的なチャネル行列を、レプリカ信号生成部７８は使用する。

正否判断部７９は、レプリカ信号生成部７８での干渉データ信号の復調結果または復号結果が正しいか否か判断する。SLICが使用される場合には、正否判断部７９は、例えば、干渉データ信号の復調結果のSINRに基づいて、復調結果が正しいか否か判断してもよい。具体的には、復調結果のSINRがある閾値より大きければ復調結果が正しいと判断し、他の場合には復調結果が正しくないと判断してもよい。

SLICが使用される場合には、正否判断部７９は、干渉データ信号の復調結果の信号点と復調前の干渉データ信号の信号点とのユークリッド距離に基づいて、復調結果が正しいか否か判断してもよい。図９および図１０は、ユークリッド距離に基づく硬判定（hard decision）を利用した復調結果の判断の手法の例を示す。図９および図１０は、変調方式にＱＰＳＫが使用されることを前提とする。符号ＳＰ１は復調結果の信号点を示し、ＳＰ２は復号前の信号点を示す。図９の左側に示すように、復号前の信号点ＳＰ２のいずれもが復調結果の信号点ＳＰ１から一定距離の範囲内にあれば、復調結果は正しいと判断される。図９の右側に示すように、復号前の信号点ＳＰ２の少なくともいずれか１つが復調結果の信号点ＳＰ１から一定距離の範囲内になければ、復調結果は正しくないと判断される。

あるいは、図１０に示すように、４つの信号点ＳＰ１の内側に正方形の領域Ｚを定義してもよい。図１０の左側に示すように、復号前の信号点ＳＰ２のいずれもが領域Ｚの外側にあれば、復調結果は正しいと判断される。図１０の右側に示すように、復号前の信号点ＳＰ２の少なくともいずれか１つが領域Ｚの内側にあれば、復調結果は正しくないと判断される。

SLICが使用される場合には、レプリカ信号生成部７８が軟判定（soft decision）を利用して干渉データ信号を復調してもよい。すなわち、レプリカ信号生成部７８は干渉データ信号の各ビットの軟判定値を得てもよい。正否判断部７９は、干渉データ信号の各ビットの復調結果の軟判定値が、１または０から所定の閾値の範囲内にある場合に、各ビットの軟判定値が正しいと判断してもよい。

CWICが使用される場合には、正否判断部７９は、干渉データ信号の復号結果に対して、パリティチェックまたはＣＲＣ（cyclic redundancy check）などの誤り検出処理を行い、誤り検出処理の結果に基づいて、復号結果が正しいか否か判断する。干渉データ信号の復調結果または復号結果が正しい場合には、レプリカ信号生成部７８で生成されるレプリカ信号は正しく、復調結果または復号結果が正しくない場合には、レプリカ信号生成部７８で生成されるレプリカ信号は正しくない。したがって、正否判断部７９はレプリカ信号が正しいか否か判断すると言える。

非直交信号キャンセル部（干渉キャンセラ）８０は、当該UEがNOMAの対象となる場合に動作する。干渉データ信号の復調結果または復号結果が正しいと正否判断部７９が判断した場合に、非直交信号キャンセル部８０は、レプリカ信号生成部７８で生成されたレプリカ信号を混合データ信号からキャンセルする。干渉データ信号の復調結果または復号結果が正しくないと正否判断部７９が判断した場合に、非直交信号キャンセル部８０は、レプリカ信号生成部７８で生成されたレプリカ信号を混合データ信号からキャンセルしない。

当該UEがNOMAの対象となる場合、かつ復調結果または復号結果が正しいと正否判断部７９が判断した場合に、所望データ信号復調復号部８２は、非直交信号キャンセル部８０から出力される信号（レプリカ信号がキャンセルされた混合データ信号）から所望データ信号の復調および復号を行う。この場合は、無線受信部６４で受信された混合データ信号のうち所望データ信号の電力よりも干渉データ信号の電力が高いので、レプリカ信号がキャンセルされた混合データ信号から所望データ信号の復調および復号を行うのが適切である。

当該UEがNOMAの対象となる場合、かつ干渉データ信号の復調結果または復号結果が正しくないと正否判断部７９が判断した場合に、所望データ信号復調復号部８２は、無線受信部６４で受信された混合データ信号から所望データ信号の復調および復号を行う。この場合は、無線受信部６４で受信された混合データ信号のうち干渉データ信号の電力よりも所望データ信号の電力が高いので、無線受信部６４で受信された混合データ信号から所望データ信号の復調および復号を行うのが適切である。

当該UEがNOMAの対象ではない場合には、所望データ信号復調復号部８２は、無線受信部６４で受信された所望データ信号の復調および復号を行う。いずれの場合も、所望データ信号の復調および復号には、制御信号認識部７２で認識された当該UE自身のためのPDCCH信号およびチャネル推定部７６で推定された当該UE自身のためのDM-RSに対応する等化的なチャネル行列を、所望データ信号復調復号部８２は使用する。

当該UEがNOMAの対象となるか否かは、サービング基地局からUEにシグナリングされる。上記のように、基地局１０は、NOMAの対象である複数のUEに対して、NOMAの対象である複数のUEへのDM-RSの送信に使用される基地局の送信アンテナポートを通知するので、UEは、UE自身のDM-RSおよび他のUEのDM-RSを認識することができる。

基地局１０は、NOMAの対象である複数のUEに対して、UEに割り当てられた送信電力に関する情報も、各UEが受信する混合データ信号から他のUEを宛先とする干渉データ信号を復調して干渉データ信号に相当するレプリカ信号をキャンセルする必要性を示す情報も送信しない。UEは、UE自身に割り当てられた電力に関する情報も、干渉データ信号をキャンセルする必要性を示す情報も受信しない。したがって、基地局１０とUEの間の下りリンクシグナリングを削減することができる。

図１１を参照し、干渉キャンセルおよび所望データ信号の復号のためのUEの機能の詳細を説明する。図１１に示すように、２本の受信アンテナ６５で受信された参照信号に基づいて、チャネル推定部７６はチャネル推定を行う。上記の通り、干渉データ信号の復調および所望データ信号の復号には、各UEは、UEに個別なDM-RSを使用してもよいが、複数UEに共通のCSI-RSまたはCRSを使用してもよい。

１つの基地局１０の２つの送信アンテナが２つのUEにそれぞれ２ストリームを送信することは２×２MIMOであると考えることができる。この場合、UEでの受信信号

は、２×１の行列であり、以下の式（７）で表される。

ここで、

は、基地局１０から当該UEまでの伝送路のチャネル行列であり、２×２MIMOでは２×２の行列である。

は、当該UEのためのプリコーディング行列であり、２×２MIMOでは２×２の行列である。

は、干渉データ信号の宛先である他のUEのためのプリコーディング行列であり、２×２MIMOでは２×２の行列である。

は、当該UE宛ての送信データシンボルを示す１×２の行列である。

は、他のUE宛ての送信データシンボルを示す１×２の行列である。

Ｐ_Ｄは、基地局１０で当該UE宛てのストリームに設定された送信電力であり、Ｐ_Ｉは、基地局１０で干渉データ信号の宛先である他のUE宛てのストリームに設定された送信電力である。

は、当該UEにおける他の基地局からの干渉電力および加法性白色ガウス雑音である。

式（７）は式（８）に書き換えることができる。

ここで、

は、当該UEにおける所望信号の等化的なチャネル行列であり、式（９）で表される。

は、当該UEにおける他のUE宛ての信号（干渉データ信号）の等化的なチャネル行列であり、式（１０）で表される。

式（８）の右辺第１項は当該UEの所望信号に対応し、右辺第２項は当該UEで受信される他のUE宛ての信号（干渉データ信号）に対応する。

チャネル推定部７６は、当該UEにおける所望信号の等化的なチャネル行列

および、当該UEにおける干渉データ信号の等化的なチャネル行列

を推定する。

レプリカ信号生成部７８は、２本の受信アンテナ６５で受信された混合データ信号を使用して、不要信号（ここでは所望データ信号）の削減のため、ＩＲＣ（干渉抑圧合成）重み付けを実行する。SLICが使用される場合には、レプリカ信号生成部７８は、ＩＲＣ重み付けの結果の信号を使用して、干渉データ信号の復調を行う。CWICが使用される場合には、レプリカ信号生成部７８は、ＩＲＣ重み付けの結果の信号を使用して、干渉データ信号の復調および復号を行う。干渉データ信号が複数ストリームで送信される場合に、レプリカ信号生成部７８は各ストリームに対して、ＩＲＣ重み付けを行う。

ＩＲＣ重み付けは、例えば、ＭＭＳＥ（最小平均二乗誤差）アルゴリズムを用いて、上記の等化的なチャネル行列から干渉データ信号の復調前の不要信号（所望データ信号）削減のためのＩＲＣ重み付け行列を得ることと、そのＩＲＣ重み付け行列を混合データ信号に乗算することを有する。

干渉データ信号の復調前に使用されるＩＲＣ重み付け行列

は式（１１）から計算される。

式（１１）において、上付文字Hは複素共役転置（complex conjugate transpose）を示す。σ²は、UEにおける雑音電力を示し、σはその雑音電力の標準偏差を示す。

は単位行列を示す。

干渉データ信号が１ストリームで送信される場合、ＩＲＣ重み付け行列は１×２の行列であり、干渉データ信号の等化的なチャネル行列

は２×１の行列であり、その複素共役転置

は１×２の行列であり

は２×２の行列であり、

は２×２の行列である。

干渉データ信号が２ストリームで送信される場合、ＩＲＣ重み付け行列は２×２の行列であり、干渉データ信号の等化的なチャネル行列

は２×２の行列であり、その複素共役転置

は２×２の行列であり

は２×２の行列であり、

は２×２の行列である。

したがって、レプリカ信号生成部７８は、基地局１０から送信される干渉データ信号のストリームの数に応じて、干渉データ信号の復調前の不要信号（所望データ信号）削減のためのＩＲＣ重み付け行列を切り替える。レプリカ信号生成部７８は、UE自身の参照信号のチャネル推定結果と他のUEの参照信号のチャネル推定結果を、干渉データ信号の復調前のＩＲＣ重み付け行列に用いる。

レプリカ信号生成部７８は、ＩＲＣ重み付け行列を混合データ信号に乗算し、所望データ信号の成分を削減した後、乗算結果の信号を使用して、干渉データ信号の復調（CWICが使用される場合にはさらに復号）を行う。

正否判断部７９は、干渉データ信号の復調結果（または復号結果）が正しいか否か判断する。干渉データ信号が２ストリームで送信される場合、正否判断部７９は各ストリームについて復調結果（または復号結果）が正しいか否か判断する。SLICが使用される場合には、復調結果が正しいと正否判断部７９が判断した場合に、レプリカ信号生成部７８は、復調結果を再変調し、レプリカ信号を生成する。CWICが使用される場合には、復号結果が正しいと正否判断部７９が判断した場合に、レプリカ信号生成部７８は、復号結果を再符号化および再変調し、レプリカ信号を生成する。干渉データ信号が２ストリームで送信される場合、２ストリームのレプリカ信号をレプリカ信号生成部７８は生成する。復調結果（または復号結果）が正しくないと正否判断部７９が判断した場合には、レプリカ信号生成部７８はレプリカ信号を生成しない。

復調結果または復号結果が正しいと正否判断部７９が判断した場合に、非直交信号キャンセル部８０は、レプリカ信号生成部７８で生成されたレプリカ信号を、受信アンテナ６５で受信された混合データ信号からキャンセルする。復調結果または復号結果が正しくないと正否判断部７９が判断した場合に、非直交信号キャンセル部８０は、レプリカ信号生成部７８で生成されたレプリカ信号を混合データ信号からキャンセルしない。

当該UEがNOMAの対象となる場合、かつ復調結果または復号結果が正しいと正否判断部７９が判断した場合に、所望データ信号復調復号部８２は、非直交信号キャンセル部８０から出力される信号（レプリカ信号がキャンセルされた混合データ信号）から所望データ信号の復調および復号を行う。当該UEがNOMAの対象となる場合、かつ復調結果または復号結果が正しくないと正否判断部７９が判断した場合に、所望データ信号復調復号部８２は、受信アンテナ６５で受信された混合データ信号から所望データ信号の復調および復号を行う。

所望データ信号復調復号部８２は、所望データ信号の復調の前に、不要信号（ここでは干渉データ信号）削減のため、ＩＲＣ重み付けを実行する。所望データ信号が複数ストリームで送信される場合に、所望データ信号復調復号部８２は各ストリームに対して、ＩＲＣ重み付けを行う。

ＩＲＣ重み付けは、例えば、ＭＭＳＥアルゴリズムを用いて、上記の等化的なチャネル行列から所望データ信号の復調前の不要信号（干渉データ信号）削減のためのＩＲＣ重み付け行列を得ることと、そのＩＲＣ重み付け行列を混合データ信号または所望データ信号に乗算することを有する。

復調結果または復号結果が正しくないと正否判断部７９が判断した場合に、混合データ信号（所望データ信号）の復調前に使用されるＩＲＣ重み付け行列

は式（１２）から計算される。

他方、復調結果または復号結果が正しいと正否判断部７９が判断した場合に、レプリカ信号がキャンセルされた混合データ信号（所望データ信号）の復調前に使用されるＩＲＣ重み付け行列

は式（１３）から計算される。

所望データ信号が１ストリームで送信される場合、ＩＲＣ重み付け行列は１×２の行列であり、所望データ信号の等化的なチャネル行列

は２×１の行列であり、その複素共役転置

は１×２の行列であり

は２×２の行列であり、

は２×２の行列である。

所望データ信号が２ストリームで送信される場合、ＩＲＣ重み付け行列は２×２の行列であり、干渉データ信号の等化的なチャネル行列

は２×２の行列であり、その複素共役転置

は２×２の行列であり

は２×２の行列であり、

は２×２の行列である。

したがって、所望データ信号復調復号部８２は、基地局１０から送信される所望データ信号のストリームの数に応じて、所望データ信号の復調前の不要信号（干渉データ信号）削減のためのＩＲＣ重み付け行列を切り替える。所望データ信号復調復号部８２は、少なくともUE自身の参照信号のチャネル推定結果を、干渉データ信号の復調前のＩＲＣ重み付け行列に用いる。

干渉データ信号の復調結果または復号結果が正しくないと正否判断部７９が判断した場合に、所望データ信号復調復号部８２は、ＩＲＣ重み付け行列

を混合データ信号に乗算する。干渉データ信号の復調結果または復号結果が正しいと正否判断部７９が判断した場合に、所望データ信号復調復号部８２は、ＩＲＣ重み付け行列

を、レプリカ信号がキャンセルされた混合データ信号に乗算する。そして、所望データ信号復調復号部８２は、乗算結果から所望データ信号の復調および復号を行う。

上記の通り、この実施の形態に係るUEは、UE自身がNOMAの対象となって、互いに直交しない複数のデータ信号が含まれた混合データ信号を受信する場合に、基地局での送信電力の割り当てにかかわらず、混合データ信号に含まれる干渉データ信号のレプリカ信号を復調（場合によってはさらに復号）する。復調結果または復号結果すなわちレプリカ信号が正しい場合に、UEは、干渉キャンセラで干渉データ信号に相当するレプリカ信号がキャンセルされた混合データ信号から所望データ信号を復号し、復調結果または復号結果すなわちレプリカ信号が正しくない場合に、UEは、干渉キャンセラを使用せず混合データ信号から所望データ信号を復号する。したがって、基地局での複数のUEへの送信電力の割り当て結果に依存せずに所望データ信号を適切に復号することができる。

また、従来のNOMAでは、各UEは、受信信号から他のUEを宛先とする干渉成分をキャンセルする必要性を知らなければならない。このためには、基地局がUEに割り当てられた送信電力に関する情報、または干渉成分をキャンセルする必要性を示す情報を各UEに送信することが必要である。しかし、この実施の形態に係るUEは、基地局での送信電力の割り当てにかかわらず、混合データ信号に含まれる干渉データ信号を復調（場合によってはさらに復号）する。したがって、UEは、混合データ信号から他のUEを宛先とする干渉データ信号をキャンセルする必要性を知らなくてよい。このため、基地局は、UEに割り当てられた送信電力に関する情報も、各UEが受信する混合データ信号から他のUEを宛先とする干渉データ信号をキャンセルする必要性を示す情報も送信しなくてよいので、下りリンクシグナリングが削減される。

干渉データ信号が２ストリームで送信される場合、正否判断部７９は一方のストリームについて復調結果（または復号結果）が正しいと判断し、他方のストリームについて復調結果（または復号結果）が正しくないと判断することがありうる。このような場合には、復調結果が正しいと判断された干渉データ信号のストリームだけについて、レプリカ信号を生成して、混合データ信号からキャンセルし、復調結果が正しくないと判断された干渉データ信号のストリームについて、レプリカ信号の生成とキャンセルを実行しないようにしてもよい。あるいは、干渉データ信号の両方のストリームともレプリカ信号の生成およびキャンセルをせずに、所望データ信号復調復号部８２は、受信アンテナ６５で受信された混合データ信号から所望データ信号の復調および復号を行ってもよい。

他の変形
上記の実施の形態においては、UEで使用される干渉キャンセラとして、SLICとCWICが例示されるが、Maximum Likelihood (ML)を使用する干渉キャンセラを使用してもよい。この干渉キャンセラは、シンボルレベルで（すなわちREごとに）所望信号と干渉信号を結合推定する。

上記の説明では、NOMAで多重されるUEの数が２である場合を主に説明した。しかし、本発明がそのような場合に限られず、NOMAで多重されるUEの数が３以上であってもよいことは当業者には理解することができる。NOMAで多重されるUEの数が３以上である場合には、上記の説明に比べて、干渉データ信号の復調およびレプリカ信号のキャンセルの回数が増え、ＩＲＣ重み付け行列がより複雑になるだけである。

基地局およびUEにおいて、ＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばFPGA（Field Programmable Gate Array），DSP（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。

１，２，１００〜１０５ UE（ユーザ装置）、３０ 制御部、３２ 無線送信部、３３ 送信アンテナ、３４ 無線受信部、３５ 受信アンテナ、３６ 基地局間通信部、３８ CSI報告処理部、４０ DM-RS生成部、４２ CSI-RS生成部、４４ 制御信号生成部、４６ スケジューラ（ストリーム数決定部、候補決定部、信号対雑音干渉比推定部、スケジューリングメトリック計算部、ユーザ装置決定部、予測変調・符号化方式決定部、正式変調・符号化方式決定部）、４８ 下りリンク送信電力決定部、５０ ストリーム送信電力決定部、５２ プリコーダ、５４ 暫定的ＭＣＳ（変調・符号化方式）決定部、５６ 予測スループット計算部（予測指標推定部）、６０ 制御部、６２ 無線送信部、６３ 送信アンテナ、６４ 無線受信部、６５ 受信アンテナ、７０ 受信品質測定部、７１ CSI報告部、７２ 制御信号認識部、７４ DM-RS認識部、７６ チャネル推定部、７８ レプリカ信号生成部、８０ 非直交信号キャンセル部（干渉キャンセラ）、７９ 正否判断部、８２ 所望データ信号復調復号部（所望データ信号復号部）

Claims (10)

1. 複数のユーザ装置の各々について、データ信号を送信するためのストリームの数を決定するストリーム数決定部と、
   前記データ信号に、前記複数のユーザ装置によって異なるプリコーディングを行うプリコーダと、
   少なくとも２つのユーザ装置に異なる送信電力を割り当てる送信電力決定部と、
   前記少なくとも２つのユーザ装置を宛先とするストリームを、これらのストリームが互いに直交せずに混合された形式で、かつ前記少なくとも２つのユーザ装置により異なる送信電力で送信する無線送信部と、
   前記少なくとも２つのユーザ装置を宛先とする各ストリームについて前記少なくとも２つのユーザ装置で決定されたチャネル状態情報から、前記少なくとも２つのユーザ装置についての予測指標を推定する予測指標推定部と
   を備え、
   前記予測指標推定部は、各ユーザ装置の複数のストリームの複数のチャネル状態情報から、そのユーザ装置についての単一の予測指標を推定し、
   前記送信電力決定部は、前記少なくとも２つのユーザ装置についての前記予測指標に基づいて、予測指標が良いほど送信電力が低くなるように、前記少なくとも２つのユーザ装置に異なる送信電力を割り当てることを特徴とする
   基地局。
2. 各ストリームについての前記チャネル状態情報から、各ストリームについての暫定的な変調・符号化方式を決定する暫定的変調・符号化方式決定部を備え、
   前記予測指標推定部は、前記少なくとも２つのユーザ装置を宛先とする各ストリームについての前記暫定的変調・符号化方式から、前記少なくとも２つのユーザ装置についての予測スループットを、前記予測指標として計算する予測スループット計算部を備え、
   前記送信電力決定部は、前記少なくとも２つのユーザ装置についての前記予測スループットに基づいて、前記予測スループットが大きいほど送信電力が低くなるように、前記少なくとも２つのユーザ装置に異なる送信電力を割り当てる
   ことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 複数のユーザ装置から、異なる送信電力が割り当てられる前記少なくとも２つのユーザ装置の組の候補を複数決定する候補決定部と、
   各候補を構成する前記少なくとも２つのユーザ装置に割り当てられた前記送信電力と、これらの少なくとも２つのユーザ装置の各ストリームについての前記チャネル状態情報に基づいて、これらの少なくとも２つのユーザ装置の各ストリームについての予測信号対雑音干渉比を推定する信号対雑音干渉比推定部と、
   前記予測信号対雑音干渉比に基づいて、各ストリームについての予測変調・符号化方式を決定する予測変調・符号化方式決定部と、
   前記予測変調・符号化方式に基づいて、各候補についてのスケジューリングメトリックを計算するスケジューリングメトリック計算部と、
   前記複数の候補のうち、前記スケジューリングメトリックが最大になる候補を、異なる送信電力が割り当てられる前記少なくとも２つのユーザ装置として決定するユーザ装置決定部と
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の基地局。
4. 前記ユーザ装置決定部で決定された候補に対応する各ストリームについての予測変調・符号化方式を、各ストリームに使用される変調・符号化方式として最終的に選択する正式変調・符号化方式決定部を備えることを特徴とする請求項３に記載の基地局。
5. 前記少なくとも２つのユーザ装置に対して、前記無線送信部は、前記少なくとも２つのユーザ装置への復調用参照信号の送信に使用される前記基地局の送信アンテナポートを通知する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の基地局。
6. 前記複数のユーザ装置の各々が、そのユーザ装置に送信されるストリームの数が異なる複数の場合に対して決定した、複数のチャネル品質情報と複数のプリコーディング行列情報を基地局にフィードバックし、前記ストリーム数決定部は、フィードバックされた複数のチャネル品質情報と複数のプリコーディング行列情報に基づいて、ストリームの数を決定する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基地局。
7. 基地局から複数のユーザ装置をそれぞれ宛先とする異なる電力を持つ互いに直交しない複数のデータ信号が含まれた混合データ信号を受信する無線受信部と、
   前記混合データ信号のうち、他のユーザ装置を宛先とする干渉データ信号のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部と、
   前記レプリカ信号が正しいか否か判断する正否判断部と、
   前記レプリカ信号が正しいと前記正否判断部が判断した場合に、前記干渉データ信号に相当するレプリカ信号を前記混合データ信号からキャンセルする干渉キャンセラと、
   前記混合データ信号からユーザ装置自身を宛先とする所望データ信号を復号する所望データ信号復号部とを備え、
   前記所望データ信号復号部は、前記レプリカ信号が正しいと前記正否判断部が判断した場合に、前記干渉キャンセラで前記レプリカ信号がキャンセルされた前記混合データ信号から前記所望データ信号を復号し、前記レプリカ信号が正しくないと前記正否判断部が判断した場合に、前記無線受信部で受信された前記混合データ信号から前記所望データ信号を復号する
   ことを特徴とするユーザ装置。
8. 前記基地局から通知されるユーザ装置自身のための復調用参照信号の送信アンテナポートから認識されるユーザ装置自身の復調用参照信号のチャネル推定を行うチャネル推定部を備え、
   前記所望データ信号復号部は、ユーザ装置自身の復調用参照信号のチャネル推定結果を、前記所望データ信号の復号前の不要信号削減のための行列に用い、
   前記所望データ信号復号部は、前記基地局から送信される前記所望データ信号のストリームの数に応じて、前記所望データ信号の復号前の不要信号削減のための行列を切り替え、 前記チャネル推定部は、前記基地局から通知される前記干渉データ信号の宛先である他のユーザ装置のための復調用参照信号の送信アンテナポートから認識される前記他のユーザ装置の復調用参照信号のチャネル推定を行い、
   前記レプリカ信号生成部は、前記他のユーザ装置の復調用参照信号のチャネル推定結果を、前記干渉データ信号の復調前の不要信号削減のための行列に用い、
   前記レプリカ信号生成部は、前記基地局から送信される前記干渉データ信号のストリームの数に応じて、前記干渉データ信号の復調前の不要信号削減のための行列を切り替える
   ことを特徴とする請求項７に記載のユーザ装置。
9. 前記基地局からユーザ装置に送信されるストリームの数が異なる複数の場合に対して、複数のチャネル品質情報と複数のプリコーディング行列情報を決定し、基地局にフィードバックする
   ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のユーザ装置。
10. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基地局と、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のユーザ装置とを
    備える無線通信システム。
    

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