KR102105298B1 - 하위 무선 기지국, 상위 무선 기지국 및 무선 기지국 시스템 - Google Patents

하위 무선 기지국, 상위 무선 기지국 및 무선 기지국 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 하위 기지국(20)은, 1개 이상의 이동 단말과의 사이의 전송로 상태를 나타내는 전송로 정보를 취득하는 CSI 취득부(221)와, 전송로 정보를 상위 기지국(10)에 송신하고, 상위 기지국(10)에 의해 통지되는 상기 1개 이상의 이동 단말 중에서 선택된 이동 단말인 송신 목적지 단말과 송신 목적지 단말의 데이터 전송 속도에 기초해서, 송신 목적지 단말의 신호 스트림 수 및 변조 부호화 방식을 결정하는 하위 스케줄러부(21)와, 이동 단말에 대해서 Multi User-Multiple Input Multiple Output 프리코딩을 행하는 MU-MIMO 신호 처리부(222)를 구비한다.

Description

하위 무선 기지국, 상위 무선 기지국 및 무선 기지국 시스템
본 발명은, Multi-User Multiple-Input Multiple-Output 방식이 적용되는 무선 통신 시스템에 있어서의 하위 무선 기지국, 상위 무선 기지국 및 무선 기지국 시스템에 관한 것이다.
근년, 제 5 세대 이동 통신 시스템을 적용한 기술의 연구, 및 제 5 세대 이동 통신 시스템의 표준화를 향한 활동이 활발화되고 있다. 이동 통신 시스템의 트래픽량은, 2020년대에는 2010년의 1000배 이상이 된다고 상정되고 있다. 이 때문에, 넓은 주파수 폭을 확보함으로써, 전송량을 늘릴 수 있는 제 5 세대 이동 통신 시스템의 실현을 향해, 무선 리소스의 유효 활용 및 전송 효율의 향상에 대한 관심이 높아지고 있다.
제 5 세대 이동 통신 시스템의 무선 리소스의 유효 활용 및 전송 효율의 향상의 방법의 일례로서, 비특허문헌 1에 기재된 기술을 들 수 있다. 비특허문헌 1에는, 한정된 주파수 대역에서 고속 전송을 실현하는 무선 통신 시스템으로서, 송수신기 쌍방에 복수의 안테나를 설치한 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 시스템에, 공간 분할 다원 접속(SDMA: Space Division Multiple Access) 방식을 적용한 멀티유저 MIMO(MU(Multi-User)-MIMO) 시스템이 개시되어 있다. MU-MIMO 시스템은, 복수의 안테나를 구비하는 기지국과, 복수의 안테나를 구비하는 복수의 단말을 구비하고, 기지국이 동일한 무선 주파수 대역에 있어서 복수의 단말에 대해서 동시 전송을 행하는 시스템이다.
Hiroshi Nishimoto, Akinori Taira, Hiroki Iura, Shigeru Uchida, Akihiro Okazaki, Atsushi Okamura, 「Nonlinear Block Multi-Diagonalization Precoding for High SHF Wide-band Massive MIMO in 5G」, Proc. IEEE PIMRC 2016, pp. 667-673, Sept. 2016.
그러나, 제 5 세대 이동 통신에서는, 종래의 이동 통신, 즉 제 4 세대 이동 통신 이전보다도 높은 주파수 대역의 전파의 활용이 예상되고 있다. 주파수가 높아지면 전파는 직진성이 강해져, 전반(傳搬) 거리에 대한 감쇠가 커진다. 높은 주파수의 전파는, 빌딩 등의 건물에 부딪치면 차폐되어 버리는 것과, 1개의 기지국이 수신 가능하게 송신할 수 있는 전반 거리가 짧아지는 것으로부터, 제 5 세대 이동 통신에서는, 1개의 기지국이 커버하는 통신 에어리어, 즉 셀은 종래보다도 작아지고, 기지국의 수는, 제 4 세대 이동 통신 이전보다 증가한다고 예상된다. 이 때문에, 각 셀을 형성하는 기지국, 즉 이동 단말과 무선 접속 가능한 기지국은 간소한 구성으로 실현되는 것이 바람직하다. 따라서, 이동 단말과 무선 접속 가능한 기지국이 실시하는 처리의 부하의 억제가 과제가 된다고 상정된다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 이동 단말과 무선 접속 가능한 기지국에 있어서의 처리 부하를 억제할 수 있는 하위 무선 기지국을 얻는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 하위 무선 기지국은, 1개 이상의 이동 단말과의 사이의 전송로 상태를 나타내는 전송로 정보를 취득하는 취득부와, 전송로 정보를 상위 무선 기지국에 송신하고, 상위 무선 기지국에 의해 통지되는 1개 이상의 이동 단말 중에서 선택된 이동 단말인 송신 목적지 단말(destination terminal)과 송신 목적지 단말의 데이터 전송 속도에 기초해서, 송신 목적지 단말의 신호 스트림 수 및 변조 부호화 방식을 결정하는 스케줄러부와, 이동 단말에 대해서 Multi User-Multiple Input Multiple Output 프리코딩을 행하는 신호 처리부를 구비한다.
본 발명에 따른 하위 무선 기지국은, 이동 단말과 무선 접속 가능한 기지국에 있어서의 처리 부하를 억제할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은, 실시형태 1에 따른 무선 기지국 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는, 실시형태 1에 따른 상위 기지국의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 실시형태 1에 따른 하위 기지국의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는, 실시형태 1의 제어 회로의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시형태 2에 따른 무선 기지국 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시형태 2에 따른 하위 기지국의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시형태 2에 따른 RRH의 구성예를 나타내는 도면이다.
이하에, 하위 무선 기지국, 상위 무선 기지국 및 무선 기지국 시스템을 도면에 기초해서 상세하게 설명한다. 한편, 이 실시형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시형태 1.
도 1은, 실시형태 1에 따른 무선 기지국 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다. 무선 기지국 시스템(100)은, 상위 기지국(10)과, 하위 기지국(20-1∼20-M)(M은 1 이상의 정수)을 구비한다. 상위 기지국(10)은, 후술하는 상위 스케줄링을 행한다. 하위 기지국(20-1∼20-M)을 구별하지 않고 나타낼 때는, 적절히, 하위 기지국(20)이라고 칭한다. 하위 기지국(20)은, 후술하는 하위 스케줄링을 행한다.
무선 기지국 시스템(100)은, MBH(Mobile Back Haul)와 접속하고, MBH와의 사이에 데이터의 송수신을 행한다. MBH란, SGSN(Serving General-packet-radio-service Support Node) 등의 상위 네트워크 장치가 설치된 사이트와 기지국을 접속하는 네트워크이다. SGSN은, 이동 단말의 코어 네트워크를 구성하는 노드의 하나로, 패킷 통신 시의 유저의 인증과, IP(Internet Protocol) 어드레스 등의 정보의 제어를 행한다.
무선 기지국 시스템(100)이 구비하는 각 하위 기지국(20)이 형성하는 셀에는, 이동 단말(90-1-1∼90-M-KM)이 존재하고 있다. 하위 기지국(20-m)(m은 1≤m≤M의 정수)이 형성하는 셀에는, Km(Km은 1 이상의 정수)대의 이동 단말(90-m-1∼90-m-Km)이 존재하고 있다. 각 단말의 다운링크 데이터, 즉 기지국으로부터 단말로 향하는 방향의 통신의 데이터는, MBH로부터 무선 기지국 시스템(100)에 입력되고, 무선 기지국 시스템(100)으로부터 각 단말에 송신된다. 본 실시형태의 무선 기지국 시스템(100)은, MU-MIMO 방식이 적용되고 있다.
여기에서, 일반적인 MU-MIMO 시스템에 대해서 설명한다. MU-MIMO 시스템에 있어서의 다운링크(이하, MU-MIMO 다운링크라고 함)에서는, 기지국으로부터 각 단말에 동시에 신호를 보낸다. 한편, 업링크는 본 발명에서는 MU-MIMO 방식의 대상 외로 한다.
MU-MIMO 다운링크의 통신 성능은, 기지국과 단말 사이의 전송로 상태에 크게 의존한다. 그 때문에, 기지국은, MU-MIMO 다운링크의 전송을 행하는 단말의 조합과, 각 단말에의 다운링크의 전송에 이용되는 신호 스트림 수, 즉, 랭크 수(RI: Rank Indicator)와, 각 신호의 스트림의 변조 방식과, 오류 정정 부호화 방식인 MCS(Modulation and Coding Scheme)를 결정할 필요가 있다. 왜냐하면, RI와 MCS는 전송로 상태에 따라서 결정될 필요가 있기 때문이다. 신호 스트림이란, 기지국이 각 단말에 전송하는 공간 다중 신호 계열이다. 한편, RI는, IEEE 802.11n, LTE-AdvanceD 등의 규격에서 이용되는 신호 스트림 수를 나타내고, MCS는 신호 스트림 수, 데이터 레이트 등의 조합을 나타내는 인덱스이다.
기지국은, 결정된 MCS의 변조 방식과 오류 정정 부호화 방식을 이용해서, 데이터 전송 속도를 결정한다. MU-MIMO 다운링크의 전송을 행하는 단말의 조합과, 각 단말에의 다운링크의 전송에 이용되는 신호 스트림 수 RI와, 각 신호 스트림의 MCS를 결정하는 처리는, 일반적으로 스케줄링이라고 불리고, 스케줄링을 행하는 처리부는 일반적으로 스케줄러라고 불린다.
또한, 기지국에는, 스케줄링에 필요한 단말마다의 전송로 상태를 나타내는 전송로 정보, 즉, CSI(Channel State Information)를 취득하는 CSI 취득부가 구비되어 있다. 여기에서, CSI란, 기지국 안테나 포트와 단말 안테나 포트 사이의 MIMO 전송로 행렬을 복소수(複素數)로 표현한 것을 가리키지만, 이에 한하지 않고, 예를 들면 전송로 행렬을 실수 표현한 것이어도 된다.
기지국은, 단말로부터 기지국에 송신되는 업링크의 신호를 이용해서 CSI를 추정하는 것에 의해서, 각 단말의 CSI를 취득 가능하다. 기지국이 각 단말의 CSI를 취득하는 방법은, 이에 한하지 않고, 예를 들면, 단말측에서 추정한 CSI 추정값이, 단말측으로부터 기지국에 피드백되는 방법이어도 된다.
기지국에서는, 스케줄러로 결정한 정보에 기초하여, MU-MIMO 다운링크를 위한 무선 신호 처리, 즉, MU-MIMO 신호 처리를 행하고, 기지국이 구비하는 복수의 안테나로부터 MU-MIMO 다운링크의 신호를 송신한다. MU-MIMO 신호 처리로서는, 각 단말용의 데이터 신호에 대한 오류 정정 부호화 및 일차 변조에 의해 생성된 복수의 신호 스트림에 대해서 전체 단말분을 공간 다중화하는 프리코딩을 들 수 있다. 그러나 프리코딩에 한하지 않고, MU-MIMO 신호 처리는, MU-MIMO 다운링크를 실현하는 무선 신호 처리이면 어떠한 처리여도 된다.
지금까지 설명한 일반적인 MU-MIMO 시스템에서는, 기지국은, 계층화되어 있지 않지만, 본 실시형태의 무선 기지국 시스템(100)에서는, 일반적인 MU-MIMO 시스템의 기지국의 스케줄러의 기능을, 상위 기지국(10)과 하위 기지국(20)으로 배분한다. 즉, 일반적인 MU-MIMO 시스템의 기지국의 스케줄러를, 상위 기지국(10)의 상위 스케줄러부(12)와 하위 기지국(20)의 하위 스케줄러부(21)로 나눈다. 일반적인 MU-MIMO 시스템의 기지국에 구비되어 있는 CSI 취득부는, 하위 기지국(20)에 구비된다. MU-MIMO 신호 처리는 하위 기지국(20)에서 행한다. 한편, 본 실시형태의 상위 기지국(10) 및 하위 기지국(20)의 상세한 설명은 후술한다.
도 2는, 본 실시형태 1에 따른 상위 기지국(10)의 구성예를 나타내는 도면이다. 상위 기지국(10)은 리소스 제어부(11)를 갖는다. 리소스 제어부(11)는, M대의 하위 기지국(20) 각각에 대응하는 M개의 상위 스케줄러부(12-1∼12-M)를 갖는다. 상위 스케줄러부(12-1∼12-M)를 구별하지 않고 나타낼 때는, 적절히, 상위 스케줄러부(12)라고 칭한다.
상위 스케줄러부(12-m)는, Km대의 이동 단말로부터 실제로 데이터 전송을 행하는 Lm(Lm은 1 이상 Km 이하의 정수)대의 이동 단말을 선정한다. 선정하는 방법은, 하위 기지국(20-m)으로부터 통지된 Km대분의 단말 용량 지표 또는 CSI와, MBH로부터 입력되는 Km대분의 이동 단말에 대한 데이터 전송 속도 또는 데이터 전송량의 요구값(또는 데이터 전송을 위한 대기 버퍼량)을 고려하여 선정하는 방법이다. 또한, 상위 스케줄러부(12-m)는, 각 이동 단말의 데이터 전송 속도, 또는 데이터 전송량을 결정한다. 이 처리를 상위 스케줄링이라고 칭한다. 한편, 각 이동 단말의 단말 용량 지표는 실수 스칼라량이며, 상세에 대해서는 후술한다.
상위 스케줄러부(12-m)는, 선정한 송신 목적지 단말과, 각 송신 목적지 단말의 요구 데이터 전송 속도를, 하위 기지국(20-m)에 통지한다. 한편 송신 목적지 단말이란, 상위 스케줄러부(12-m)가 선정한 Lm대의 이동 단말이다. 상위 스케줄링의 구체적인 알고리즘으로서는, 예를 들면, 상위 스케줄러부(12-m)는, Km대의 이동 단말 중 필요한 단말 용량 지표 이상이 되는 이동 단말로부터, 데이터 전송 요구값이 큰 것부터 차례로 Lm대의 송신 목적지 단말을 선정하는 방법이 있다. 선정된 송신 목적지 단말의 요구 데이터 전송 속도는, 당해 송신 목적지 단말의 단말 용량 지표를 초과하지 않는 것 중 최대가 되는 데이터 전송 속도를 이용할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 3은, 본 실시형태 1에 따른 하위 기지국(20)의 구성예를 나타내는 도면이다. 여기에서는, M대의 하위 기지국(20) 중 하위 기지국(20-m)을 예로 들어 설명한다. 하위 기지국(20-1∼20-M)은 전부 동일한 구성이다. 하위 기지국(20-m)이 구비하는 안테나의 수는 Tm(Tm은 1 이상의 정수), 하위 기지국(20-m)이 형성하는 셀에 존재하는 이동 단말 수는 Km으로 한다.
하위 기지국(20-m)은, 하위 스케줄러부(21)와, 무선 베이스밴드 신호 처리부(22)와, 무선 RF(Radio Frequency) 신호 처리부(23)와, Tm개의 안테나(24-1∼24-Tm)를 구비한다. 무선 베이스밴드 신호 처리부(22)는, CSI 취득부(221)와 MU-MIMO 신호 처리부(222)를 구비한다. 또한, CSI 취득부(221)를 간단히 취득부라고도 칭한다. MU-MIMO 신호 처리부(222)를 간단히 신호 처리부라고도 칭한다. 무선 RF 신호 처리부(23)를 간단히 무선 신호 처리부라고도 칭한다.
CSI 취득부(221)는, 이동 단말(90-m-1∼90-m-Km)에서 하위 기지국(20-m)으로의 업링크 신호로부터 추정하는 것에 의해, CSI를 취득하고, 이 CSI를 하위 스케줄러부(21)에 입력한다. 추정 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 일반적인 방법이면 된다. MU-MIMO 신호 처리부(222)는, 상위 스케줄러부(12)로 선정된 Lm대의 송신 목적지 단말의 MU-MIMO 다운링크용 베이스밴드 신호를 생성한다. 무선 RF 신호 처리부(23)는, MU-MIMO 다운링크용 베이스밴드 신호를 무선 RF 주파수의 무선 신호로 변환한다. 안테나(24-1∼24-Tm)는 무선 RF 신호를 각 송신 목적지 단말에 송출한다.
하위 스케줄러부(21)는, CSI 취득부(221)로부터 입력되는 Km대의 단말의 CSI를, 상위 스케줄러부(12-m)가 취급하기 쉽도록 단말의 전송로 능력으로서 값을 추상화, 즉 단일의 실수 스칼라량으로 변환한다. 전송로 능력이란, 당해 단말에 대해서 다운링크 전송 가능한 데이터 용량을 나타낸다. 전송로 능력은, 일반적으로 전송로 정보로부터 산출 가능하다. 앞으로는 단말 수 및 안테나 수가 증가할 것이 예상되고, 이에 의해 전송로 정보 자체의 정보량이 늘어나, 전송로 정보 자체를 송신하면 회선이 핍박(逼迫)될 가능성이 있다. 전송로 정보 자체 대신에 단말에 대해서 다운링크 전송 가능한 데이터 용량을 나타내는 단일의 실수 스칼라량을 이용하면 회선의 핍박을 억제할 수 있다. 하위 스케줄러부(21)는 단일의 실수 스칼라량으로 변환된 CSI인 단말 용량 지표를 상위 스케줄러부(12)에 송신한다. 한편, 하위 스케줄러부(21)는 단말 용량 지표가 아니라, CSI를 상위 스케줄러부(12)에 송신하는 것도 가능하다.
CSI의 특징을 표현 가능한, 즉 추상화 가능한 스칼라량으로서, MIMO 전송 용량을 들 수 있다. MIMO 전송 용량은, 통신 용량, 채널 용량, 또는 Shannon 용량이라고도 불린다.
본 실시형태에서는, MIMO 전송 용량에 파라미터 αm(0≤αm≤1), βm(0≤βm≤1)을 도입하여, 단말 용량 지표로서 정의한다. 하위 기지국(20-m)과, 이동 단말(90-m-j)(1≤j≤Km) 사이의 무선 RF 주파수 f에 있어서의 CSI, 즉 MIMO 전송로 행렬을 Hm,j(f)(행렬 사이즈: 행수는 이동 단말(90-m-j)의 수신 안테나 수, 열수는 Tm)로 할 때, 하위 스케줄러부(21)는, 하기의 수식에 의해 이동 단말(90-m-j)의 단말 용량 지표 Cm,j(f)를 산출한다. 무선 RF 주파수는, 하위 기지국(20-m)이 사용하는 것이 정해져 있는 무선 주파수이다. 한편, 본 명세서에서는, 수식에 있어서는 행렬을 나타내는 문자를 굵은 글씨로 나타내지만, 본문 중에서는 통상 문자로 나타낸다.
[수학식 1]
Figure 112019130123914-pct00001
여기에서, Pm(f)는 하위 기지국(20-m)으로부터 송신하는 무선 RF 주파수 f에 있어서의 송신 전력, Bm(f)는 프리코딩 행렬(행렬 사이즈: 행수는 Tm, 열수는 총 랭크 수), Ωj(f)는 이동 단말(90-m-j)의 피간섭 성분의 전송로 정보로부터 구해지는 공분산 행렬(covariance matrix)(이동 단말(90-m-j)의 수신 안테나 포트 수를 행렬 차수로 하는 에르미트 행렬(Hermitian matrix)), σ2 j는 이동 단말(90-m-j)의 열 잡음 전력, I는 이동 단말(90-m-j)의 수신 안테나 포트 수를 행렬 차수로 하는 단위 행렬이다. 단말 용량 지표 Cm,j(f)는 단말에 전송 가능한 데이터 속도를 나타내는 지표가 된다.
Bm(f)는 프리코딩 방법에 의해 정해지는 행렬이고, 예를 들면 비특허문헌 1에 기재되어 있는 블록 대각화법(Block Diagonalization), 블록 다중 대각화법(Block Multi-diagonalization) 등에 있어서의 프리코딩 행렬이다. Bm,j(f)는, Bm(f)의 부분 행렬이고, 이동 단말(90-m-j)용 프리코딩 부분 행렬(행렬 사이즈: 행수는 Tm, 열수는 이동 단말(90-m-j)의 수신 안테나 포트 수)이다. Ωj(f)는 예를 들면 이하의 식(2)에 의해 산출할 수 있다. Ωj(f)는, 전체 이동 단말용 프리코딩 행렬 Bm(f)를 적용했을 때의 CSI로 구한 수신 상관 행렬로부터, 이동 단말(90-m-j)용 프리코딩 부분 행렬 Bm,j(f)를 적용했을 때의 CSI로 구한 수신 상관 행렬 성분을 제외한 것이다. σ2 j는, 예를 들면, 단말에서 계측해서 구해 둔다.
[수학식 2]
Figure 112019130123914-pct00002
αm 및 βm은, 하위 기지국(20-m)의 요구 조건에 의해서 정해지는 고정 계수이다. αm을 크게 하면, 단말 용량 지표는 이상(理想)값인 MIMO 전송 용량값에 가까워진다. αm을 작게 하면, 단말 용량 지표는, 이상값인 MIMO 전송 용량값보다도 낮게 추측되게 된다. 또한, βm을 크게 하면 간섭의 영향이 강하게 반영되고, βm을 작게 하면 간섭의 영향이 낮게 추측되게 된다.
하위 기지국(20)이 CSI를 상위 기지국(10)에 통지하는 경우, CSI를 단말마다 MIMO 전송로 행렬 Hm,j(f)의 행렬 요소수분만큼 상위 기지국(10)에 통지할 필요가 있었지만, 식(1)에서 CSI를 실수 스칼라량인 Cm,j(f)로 추상화하는 것에 의해, 당해 통지에 따른 정보 전송량을 (Hm,j(f)의 행렬 요소수×2)분의 1로 삭감할 수 있다. 예를 들면, 이동 단말(90-m-j)의 수신 안테나 포트 수가 4, 하위 기지국(20-m)의 안테나 포트 수를 Nm=16으로 하면, 본 추상화(CSI를 단일의 실수 스칼라량으로 변환하는 것)에 의해, CSI(복소수 행렬)가 그대로 통지되는 경우에 비해서 정보 전송량을 1/128로 삭감할 수 있다.
하위 스케줄러부(21)는, 상위 기지국(10)의 상위 스케줄러부(12-m)로부터 통지되는 Lm대의 송신 목적지 단말에 대해서, 아울러 통지된 각 송신 목적지 단말의 요구 데이터 전송 속도에 기초하여, 각 송신 목적지 단말의 RI와 MCS를 결정한다. 이 처리 수속을 하위 스케줄링이라고 칭한다. 또한 하위 스케줄링은, 상위 기지국(10)에 의해 통지되는 상기 1개 이상의 이동 단말 중에서 선택된 이동 단말인 송신 목적지 단말과 송신 목적지 단말의 데이터 전송 속도에 기초해서, 송신 목적지 단말의 신호 스트림 수 및 변조 부호화 방식을 결정하는 스케줄러라고도 말할 수 있다.
구체적인 하위 스케줄링 방법을 예시한다. 1번째의 예로서, 통지된 요구 데이터 전송 속도가 작은 단말부터 차례로, 요구 데이터 전송 속도를 만족시키도록 RI와 MCS를 결정한다. 이때, RI는 당해 송신 목적지 단말이 수신 가능한 스트림 수 중, 되도록 작은 값으로 하고, 전체 Lm 단말의 RI의 총 수가 하위 기지국(20-m)의 안테나 포트 수 Nm을 초과하지 않는 것을 제약 조건으로 한다. 이와 같이 각 송신 목적지 단말에 대해서 차례로 RI와 MCS를 결정해 간다.
하위 스케줄링 방법의 2번째의 예로서 Lm대의 송신 목적지 단말에 대해서 MU-MIMO 프리코딩을 적용한 경우의, 각 송신 목적지 단말의 각 스트림의 SNR(Signal-to-Noise power Ratio) 또는 SINR(Signal-to-Interference-and-Noise power Ratio)을 추정하고, 각 송신 목적지 단말에 대해서 요구 데이터 전송 속도를 만족시키도록 RI와 MCS를 결정한다. 여기에서는 2개의 하위 스케줄링 방법을 예시했지만, 이에 한정되지는 않고, 다른 하위 스케줄링 알고리즘을 이용해도 된다.
MU-MIMO 신호 처리부(222)에서는, MU-MIMO 프리코딩을 행하지만, 프리코딩 방법에 제한은 없고, 블록 대각화로 대표되는 선형 프리코딩을 행해도 되고, THP(Tomlinson Harashima Precoding)로 대표되는 비선형 프리코딩을 행해도 된다. 비선형 프리코딩을 적용하는 경우, 하위 스케줄러부(21)에서는, Lm대의 송신 목적지 단말의 순서도 결정한다. 결정하는 규범으로서, 예를 들면 단말 용량 지표의 크기의 순으로 하거나, 하위 기지국(20)에서 본 단말의 각도의 순으로 하거나, 단말간의 위치 관계가 지리적으로 가까운 순 또는 먼 순으로 하거나, 단말의 이동 속도의 순으로 하는 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다.
실시형태 1에 따른 무선 기지국 시스템(100)의 하드웨어 구성에 대해서 설명한다. 리소스 제어부(11), 상위 스케줄러부(12), 하위 스케줄러부(21), 무선 베이스밴드 신호 처리부(22), CSI 취득부(221), 및 MU-MIMO 신호 처리부(222)는, 각 처리를 행하는 전자 회로인 처리 회로에 의해 실현된다. 무선 RF 신호 처리부(23)는, 송신기 및 수신기이다.
본 처리 회로는, 전용의 하드웨어여도 되고, 메모리 및 메모리에 저장되는 프로그램을 실행하는 CPU(Central Processing Unit, 중앙 연산 장치)를 구비하는 제어 회로여도 된다. 여기에서 메모리란, 예를 들면, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리 등의, 불휘발성 또는 휘발성의 반도체 메모리, 자기 디스크, 광 디스크 등이 해당한다. 이 제어 회로는 예를 들면, 도 4에 나타내는 구성의 제어 회로(400)가 된다. 처리 회로가, 전용의 하드웨어인 경우, 처리 회로는, 예를 들면, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array), 또는 이들을 조합한 것이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 회로(400)는, CPU인 프로세서(400a)와, 메모리(400b)를 구비한다. 도 4에 나타내는 제어 회로(400)에 의해 실현되는 경우, 프로세서(400a)가 메모리(400b)에 기억된, 각 처리에 대응하는 프로그램을 읽어내서 실행하는 것에 의해 실현된다. 또한, 메모리(400b)는, 프로세서(400a)가 실시하는 각 처리에 있어서의 일시 메모리로서도 사용된다.
제 4 세대 이동 통신에서는, 기지국은, 1기(基)로 MU-MIMO 다운링크의 전송을 행하는 단말의 조합과, 각 단말에의 다운링크의 전송에 이용되는 신호 스트림 수 RI와, 각 신호 스트림의 MCS를 결정하는 처리를 하고 있었다. 제 5 세대 이동 통신에서는, 제 4 세대 이동 통신보다 높은 주파수의 전파를 이용하기 때문에 각 셀을 형성하는 기지국 수의 증가가 예상된다. 따라서, 각 기지국은 간이한 구성으로 실현되는 것이 바람직하고, 이것을 위해서는 각 기지국에 있어서의 처리 부하의 억제가 과제가 된다. 본 실시형태에서는, 제 4 세대 이동 통신에 있어서 1기의 기지국이 행하고 있던 처리를, 상위 기지국(10)과 하위 기지국(20)으로 나누고 있다. 상세하게는, 상위 기지국(10)이, MU-MIMO 다운링크의 전송을 행하는 단말의 조합을 결정하는 처리를 행하고, 하위 기지국(20)이, 각 단말에의 다운링크의 전송에 이용되는 신호 스트림 수 RI와, 각 신호 스트림의 MCS를 결정하는 처리를 행한다. 이와 같이, 제 4 세대 이동 통신에 있어서 1기의 기지국이 행하고 있던 처리를, 상위 기지국(10)과 하위 기지국(20)으로 분담해서 실시함으로써, 처리의 부하가 분산된다. 이에 의해서, 각 셀을 형성하는 기지국인 하위 기지국(20)에 있어서의 처리 부하를 억제할 수 있다.
또한, 상위 스케줄러부(12)에서는 K대의 단말로부터 L대를 선정하고 각 단말의 데이터 전송 속도를 결정하고, 하위 스케줄러부(21)에서는 L대의 단말에 대해서 RI와 MCS를 결정한다. 상위 스케줄러부(12)와 하위 스케줄러부(21) 사이의 정보 통지에, 실수 스칼라량인 단말 용량 지표를 이용함으로써, CSI를 통지하는 경우에 비해서 정보 전송량이 삭감 가능해진다.
실시형태 2.
도 5는, 실시형태 2에 따른 무선 기지국 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다. 무선 기지국 시스템(100)과 무선 기지국 시스템(100a)의 차이는, 무선 기지국 시스템(100)의 하위 기지국(20)을 구성하는 무선 RF 신호 처리부(23)와 안테나(24)가, 복수의 RRH(Remote Radio Head)(30)로서 독립하여, 하위 기지국(20a)의 외부에 있는 구성으로 이루어져 있는 점이다. 공통 부분은 생략하고 상이한 부분을 중심으로 설명한다. RRH(30)는, 무선 신호의 송수신을 하는 무선 장치이다.
실시형태 1에 있어서의 하위 기지국(20-m)은, 본 실시형태에서는 하위 기지국(20a-m)과 Um(Um은 1 이상의 정수)대의 RRH(30-m-1∼30-m-Um)로 분리된다. 여기에서, RRH(30-m-um)(um은 1 이상 Um 이하의 정수)는 Vm(Vm은 1 이상 Tm 이하의 정수)개의 안테나(32-m-1∼32-m-Vm)를 갖고, Vm의 총합은 실시형태 1에서 기술한 Tm에 일치(Tm=ΣmVm)한다. 이하에 있어서, RRH(30-m-1∼30-m-Um)는 각각 마찬가지의 구성을 갖는다. RRH(30-m-1∼30-m-Um)를 구별하지 않고 나타낼 때는, RRH(30)라고 기재한다.
도 6은, 실시형태 2에 따른 하위 기지국(20a)의 구성예를 나타내는 도면이다. 하위 기지국(20a)은 하위 스케줄러부(21)와, 무선 베이스밴드 신호 처리부(22)로 구성되어 있고, 각부는 실시형태 1에 있어서의 하위 스케줄러부(21)와, 무선 베이스밴드 신호 처리부(22)와 동일한 기능을 완수한다. 무선 베이스밴드 신호 처리부(22)로 생성된 무선 베이스밴드 신호는, 외부의 RRH(30)에 출력된다.
도 7은, 실시형태 2에 따른 RRH(30)의 구성예를 나타내는 도면이다. RRH(30)는, 무선 RF 신호 처리부(31)와, V(V는 1 이상의 정수)개의 안테나(32-1∼32-V)를 구비한다. 무선 RF 신호 처리부(31)는 하위 기지국(20a)으로부터 무선 베이스밴드 신호를 받아, 무선 RF 신호로 변환하고, 안테나(32-1∼32-V)로부터 송출한다.
이상 기술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 실시형태 1에 기초하여, 안테나(32-1∼32-V)가 RRH(30)로서 하위 기지국(20a)의 외부에 있는 구성, 즉 분산 안테나의 형태를 기술했다. RRH(30)가 하위 기지국(20a)의 외부에 있는 구성에 있어서도, 실시형태 1과 마찬가지의 효과를 얻으면서, 분산 안테나의 형태로 하는 것에 의해서, 옥외 기지국으로부터 전파가 비래(飛來)하기 어려운 건물 내 등의 옥내 환경에 있어서의, 이동 통신 시스템의 에어리어 품질을 향상시키는 효과도 아울러 얻을 수 있다.
이상의 실시형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용의 일례를 나타내는 것이고, 별도의 공지된 기술과 조합하는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.
10: 상위 기지국, 11: 리소스 제어부, 12-1∼12-M: 상위 스케줄러부, 20-1∼20-M: 하위 기지국, 21: 하위 스케줄러부, 22: 무선 베이스밴드 신호 처리부, 221: CSI 취득부, 222: MU-MIMO 신호 처리부, 23: 무선 RF 신호 처리부, 24-1∼24-Tm, 32-1∼32-V: 안테나, 30-m-1∼30-m-Um: RRH, 90-1-1∼90-M-KM: 이동 단말, 100, 100a: 무선 기지국 시스템.

Claims (7)

1개 이상의 이동 단말과의 사이의 전송로 상태를 나타내는 전송로 정보를 취득하는 취득부와,
상기 전송로 정보를 상위 무선 기지국에 송신하고, 상기 상위 무선 기지국에 의해 통지되는 상기 1개 이상의 이동 단말 중에서 선택된 이동 단말인 송신 목적지 단말(destination terminal)과 상기 송신 목적지 단말의 데이터 전송 속도에 기초해서, 상기 송신 목적지 단말의 신호 스트림 수 및 변조 부호화 방식을 결정하는 스케줄러부와,
상기 이동 단말에 대해서 Multi User-Multiple Input Multiple Output 프리코딩을 행하는 신호 처리부
를 구비하는 것을 특징으로 하는, 하위 무선 기지국.
제 1 항에 있어서,
상기 전송로 정보는, 상기 이동 단말과의 사이의 전송로 상태를 실수 스칼라량으로 나타낸 값인 것을 특징으로 하는, 하위 무선 기지국.
제 2 항에 있어서,
상기 전송로 정보는, 상기 이동 단말의 송신 전력, 상기 이동 단말의 안테나 수, 상기 이동 단말에 있어서의 열 잡음 전력, 및 상기 이동 단말과의 사이의 전송로 상태를 나타내는 전송로 행렬에 기초해서 산출되는 것을 특징으로 하는, 하위 무선 기지국.
제 3 항에 있어서,
상기 전송로 정보인 Cm,j(f)는, 하위 기지국(20-m)과, 이동 단말(90-m-j) 사이의 무선 주파수 f에 있어서의 전송로 행렬인 Hm,j(f)와, 이동 단말(90-m-j)의 송신 전력인 Pm(f)와, 프리코딩 행렬인 Bm(f)와, 이동 단말(90-m-j)의 피간섭 성분의 전송로 정보로부터 구해지는 공분산 행렬(covariance matrix)인 Ωj(f)와, 이동 단말(90-m-j)의 열 잡음 전력인 σ2 j와, 이동 단말(90-m-j)의 수신 안테나 포트 수를 행렬 차수로 하는 단위 행렬인 I와, 가중값(weighting values)인 αm 및 βm을 이용해서, 다음 식(1)로부터 산출되는 것을 특징으로 하는, 하위 무선 기지국.
[수학식 1]
Figure 112019130123914-pct00003
이동 단말에 송신되는 전송 데이터의 대기 버퍼량과, 하위 무선 기지국으로부터 통지되는, 상기 이동 단말과의 사이의 전송로 상태를 나타내는 전송로 정보에 기초하여, 상기 하위 무선 기지국의 데이터의 송신 대상이 되는 송신 목적지 단말과 상기 송신 목적지 단말의 데이터 전송 속도를 결정하고, 상기 송신 목적지 단말과 상기 데이터 전송 속도를 상기 하위 무선 기지국에 통지하는 스케줄러부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 상위 무선 기지국.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 하위 무선 기지국과,
청구항 5에 기재된 상위 무선 기지국
을 구비하는 것을 특징으로 하는, 무선 기지국 시스템.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 하위 무선 기지국과,
청구항 5에 기재된 상위 무선 기지국과,
상기 하위 무선 기지국으로부터 수신한 베이스밴드 신호를 무선 신호로 변환하고, 상기 무선 신호를 이동 단말에 송신하는 무선 장치
를 구비하는 것을 특징으로 하는, 무선 기지국 시스템.
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