WO2015019776A1

WO2015019776A1 - 無線基地局装置、およびスケジューリング方法

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Publication number: WO2015019776A1
Application number: PCT/JP2014/068065
Authority: WO
Inventors: 井上　祐樹; 大樹武田
Original assignee: 株式会社Ｎｔｔドコモ
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2015-02-12
Also published as: CN105453465A; JP2015033098A; US10070453B2; CN105453465B; US20160183275A1; JP6199654B2

Abstract

　マルチモードアンテナを用いた通信システムで用いられる無線基地局装置は、複数の異なるアンテナ構成を有するマルチモードアンテナと、ユーザ装置の位置情報または前記ユーザ装置から送信される信号のアンテナポート間の位相差情報の少なくとも一方と、前記ユーザ装置のチャネル情報とを取得する取得部と、前記取得された情報に基づいて、前記ユーザ装置に対するスケジューリングを前記ユーザ装置に割当てる前記アンテナ構成と組み合わせて決定する決定部と、を有する。

Description

無線基地局装置、およびスケジューリング方法

　本発明は無線通信技術の分野に関し、特に、マルチモードアンテナを有する無線基地局装置と、ユーザに関する情報に応じて最適なアンテナ構成を選択するスジューリング方法に関する。

　垂直方向に配置されたアンテナ素子を有するアクティブアンテナを用いたシステム（ＡＡＳ：Active Antenna System）が検討されている。また、水平及び垂直方向にアンテナ素子を配置した３Ｄ－ＭＩＭＯ（Three-Dimensional Multiple Input Multiple Output）の実用化が検討されている。これらのアンテナ構成では各アンテナ素子に対して個別の送受信回路を接続し、位相振幅等の制御を行うことが考えられる。この場合、各アンテナ素子に対してアンテナポートを設定することができるようになる。あるいはアンテナ素子を複数組み合わせてその単位でアンテナポートを構成することもできる。

　一般的にはアンテナポートがＭＩＭＯのブランチに対応するが、アンテナポートをさらにグループ化し、それをＭＩＭＯのブランチに対応させることも考えられる。アンテナポートが複数ある場合、アンテナポートを所定のグループ（ブランチ）に分けるグループ分けの仕方によって異なるアンテナ構成を実現できる。たとえば、方式やランクおよびユーザの多重数などの通信タイプに応じて、アンテナ素子をグループ化してデータの送受信を行うマルチモードアンテナが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

　ＬＴＥ方式のシステムにおいては、異なる送信アンテナブランチから同時に送信する送信情報系列が、全て同一のユーザに対するものであるシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ－ＭＩＭＯ）伝送と、複数のユーザに対するものであるマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ－ＭＩＭＯ）伝送とが規定されている。

　シングルユーザＭＩＭＯでは送信情報系列ごとに異なる送信アンテナブランチの信号の位相および振幅を制御することで、送信情報を同時に並列して送信する。あるいは相関の低いアンテナブランチを使って送信情報を同時に並列して送信する。マルチユーザＭＩＭＯでは、ユーザに対して、あるいは送信ストリームとユーザに対して、異なる送信アンテナブランチの信号の位相および振幅を制御することで、ユーザ間の干渉を低減し、送信情報を同時に並列して送信する。あるいは相関の低いアンテナブランチを使って送信情報を同時に並列して送信する。

　ＳＵ－ＭＩＭＯのスケジューリングは受信品質によりＲａｎｋを決定すれば、プロポーショナル・フェアネスやラウンドロビン、ＭａｘＣＩＲのような一般的に用いられるスケジューリングを行うことができる。一方でＭＵ－ＭＩＭＯのスケジューリング法として、Ｉ個のリソースブロックを用いてＭ個のアンテナ素子でユーザデータを空間多重する際に受信品質を考慮して最適なリソース割り当てを行う方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

　特許文献２のスケジューリング方法では、瞬時の時間ごとにスケジューリング処理を独立に行なうため、ユーザ装置の移動による位置関係の変化に対して、ユーザ装置変動が大きく、スケジューリングの時間的なロバスト性が低い。このため頻繁に随時スケジューリングを更新する必要があり、処理量の増大を招く。さらに、アンテナポート数に応じたチャネル推定結果を元に、アンテナ構成ごとにユーザのすべての組み合わせに対して直交性を総当たりで計算した上で比較する必要があるため、計算量が飛躍的に増加する。今後のアンテナポート数の増加およびアンテナ構成の増加を想定すると、ユーザやアンテナ構成のスケジューリングの具体的手法は、いまだ確立されていない。

特開２０１２－４４４０８号公報特開２００９－１７１５３５号公報

　３Ｄ－ＭＩＭＯや垂直ビームフォーミングでは、アンテナポート数が極めて多くなるため、すべてのアンテナ構成の組み合わせでチャネル情報を処理するには膨大な計算時間がかかる。そのため、処理遅延が発生し、チャネルの変動に追従できないという問題が予想される。

　そこで、複数の異なるアンテナ構成を有するアンテナ(以下、マルチモードアンテナ)を用いるシステムにおいて、処理遅延を低減し、かつ効率的なスケジューリングを可能にする手法及び構成を提供することを課題とする。

　上記課題を解決するために、各ユーザ装置の位置情報及び／又は上りリンク信号のアンテナポート間の位相差情報と、チャネル情報とから、ユーザ装置に対するスケジューリングとアンテナ構成の割り当てを組み合わせて決定する。位置情報からユーザ装置のペアを決定する場合は、すべてのユーザペア候補に対しすべてのアンテナ構成のチャネル状態情報から計算する直交性を総当たりで比較する必要がなくなるので、計算量を削減することができる。位置情報としては、ユーザ装置の現在位置、基地局からの距離、移動速度、移動方向、ユーザ分布などの情報を用いることができる。

　ひとつの態様として、無線基地局装置は、
　複数の異なるアンテナ構成を有するマルチモードアンテナと、
　ユーザ装置の位置情報または前記ユーザ装置から送信される信号のアンテナポート間での位相差情報の少なくとも一方と、前記ユーザ装置のチャネル情報と、を取得する取得部と、
　前記取得された情報に基づいて、前記ユーザ装置に対するスケジューリングを前記ユーザ装置に割当てる前記アンテナ構成と組み合わせて決定する決定部と、
　を有する。

　上記構成と手法により、マルチモードアンテナを用いてユーザを多重する場合でも処理遅延を抑制して効率的にユーザのスケジューリングとアンテナ構成の決定を行い、チャネルの変動に追従することができる。

本発明が適用される無線通信システムの概略構成図である。実施例１のアンテナ構成の決定を含むスケジューリング方法を示すフローチャートである。図２の方法におけるＵＥペアとアンテナ構成決定の具体的なフローである。実施形態の無線基地局装置で用いられるマルチモードアンテナの概略図である。アンテナ構成１を例示する図である。アンテナ構成２を例示する図である。アンテナ構成３を例示する図である。アンテナ構成のグループ化の別の例を示す図である。アンテナ構成のグループ化のさらに別の例を示す図である。アンテナ構成のグループ化のさらに別の例を示す図である。図９または図１０のアンテナ構成で形成されるビームの例を示す図である。ＵＥペアの位置情報とアンテナ構成との関係を示す図である。実施形態の無線基地局装置の構成例を示す図である。実施形態のユーザ装置の構成例を示す図である。実施例２のアンテナ構成の決定を含むスケジューリング方法を示す図である。図１５の方法におけるＵＥペアとアンテナ構成決定の具体的なフローである。実施例３のアンテナ構成の決定を含むスケジューリング方法を示す図である。図１７の方法におけるＵＥペアとアンテナ構成決定の具体的なフローである。実施例４のアンテナ構成の決定を含むスケジューリング方法を示す図である。図１９の方法におけるＵＥペアとアンテナ構成決定の具体的なフローである。ＵＥの分布に応じたアンテナ構成の選択例を示す図である。無線基地局装置で用いられるマルチモードアンテナの別の構成例を示す図である。ＵＥペアの位置情報に応じたアンテナ構成の選択例を示す図である。

　図１は、本発明が適用される無線通信システム１の概略構成図である。無線通信システムは、無線基地局装置（ｅＮＢ）１０と、ユーザ装置（ＵＥ）４０－１、４０－２、…４０－ｎ（ｎはｎ＞０の整数。以下、適宜「ＵＥ４０」と総称する）を含む。ｅＮＢ１０は複数の通信タイプに応じて指向性ビームを形成しアンテナ構成を変更できるマルチモードアンテナ１１を有する。

　ｅＮＢ１０は、マルチモードアンテナ１１の一部または全部のアンテナ素子を用いてＵＥ４０の各々に対してデータを送信する。

　ｅＮＢ１０は、ＵＥ４０－１、４０－２、…４０－ｎ（ｎはｎ＞０の整数）の中から、その位置情報に応じて、たとえば無線リソースブロック（ＲＢ）ごとに適切な１台のＵＥあるいは２台以上のＵＥのペアもしくはグループと、そのＵＥあるいはＵＥのペアもしくはグループに割り当てるアンテナ構成を選択する。ここでいう「アンテナ構成」とは、マルチモードアンテナ１１のアンテナポートを所定のグループ（ブランチ）に分けるグループ分けの仕方によって決まる構成をいう。これにより、ｅＮＢ１０はＵＥ４０のために、効率的なスケジューリングを行う。

　図２は、実施例１のアンテナ構成の決定を含むスケジューリング方法を示す。まず、ステップＳ１０１で、ｅＮＢ１０は、アンテナポートごと、所定の周波数単位ごとに、所定の時間間隔で下りリンク参照信号を送信する。あるいはアンテナポートごとではなく、アンテナポートをグループ化したブランチごとに下りリンク参照信号を送信することもできる。下り信号参照信号は、たとえばチャネル状態情報用の参照信号（ＣＳＩ－ＲＳ：Channel State Information Reference Signal）であるが、ＣＲＳ（Cell-specific Reference Signal）やＤＭ－ＲＳ（Demodulation Reference Signal）であってもよい。この例では、ＣＳＩ－ＲＳを例にとる。

　次に、Ｓ１０２で、各ＵＥ４０は、ＣＳＩ－ＲＳを受信し、下りチャネルの受信品質を含むＣＳＩを生成し、生成したＣＳＩをＵＥ４０の位置情報とともに、上りリンクの制御チャネルでｅＮＢ１０に送信する。ＣＳＩは、下りリンクの瞬時のチャネル状態に基づく情報であり、チャネル品質情報（ＣＱＩ）の他に、プリコーディングマトリックス指標（ＰＭＩ）やランク指標（ＲＩ）などを含んでもよい。

　次に、Ｓ１０３で、ｅＮＢ１０は、各ＵＥ４０から通知されたＣＳＩとＵＥ位置情報に基づき、無線リソースブロック（ＲＢ）ごとに、アンテナ構成と組み合わせるべき１台のＵＥあるいは２台以上のＵＥのペアもしくはグループを決定し割り当てる。このステップの詳細については後述する。

　次に、Ｓ１０４で、ｅＮＢ１０は決定した割り当て情報に基づいて、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Chanel：物理下りリンク制御チャネル）、ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel：物理下りリンク共有チャネル）、及びプリコーディングウエイトを生成する。プリコーディングウエイトによって形成される指向性ビームにより、制御信号とデータ信号がＰＤＣＣＨとＰＤＳＣＨで送信される。

　図３は、図２のＳ１０３でアンテナ構成とＵＥペアを決定する際の具体的な処理フローである。まずステップＳ２０１で、ｅＮＢ１０は、ＲＢごとに各ＵＥ４０の瞬時受信電力と平均受信信号電力の比を計算し、比が最大のＵＥ（これを「ＵＥ１」とする）を選択する。この手法は、無線リソースを割り当てたときに期待される瞬時スループットが、それまでの平均スループットと比較して大きくなるＵＥ４０に無線リソースを割り当てるもので、プロポーショナル・フェアネスを呼ばれている。これ以外に、無線リソースを割り当てる最優先ＵＥを決定する任意の方法を採用してもよい。

　次に、Ｓ２０２で、ｉ通り(「ｉ」はアンテナ構成の総数で、ｉ＞０の整数）のアンテナ構成候補について、ＵＥ１との位置関係から図１２に示すアンテナ構成の選択方法を用いて（これについては後述する）、ＵＥ４０の中からＵＥ１を除くＵＥの中で最適なペア候補のＵＥ（ＵＥ２i）を１台選択する。これによりＵＥ４０の中からＵＥ１を除く他のＵＥすべてをＵＥ１と総当たりでチャネルの直交性を検証する必要がなくなる。

　次にアンテナ構成毎にＵＥのペア候補ＵＥ１とＵＥ２iの直交性を計算する。次に、Ｓ２０３で、ｉ通りのアンテナ構成の中から直交性の高いアンテナ構成ｊを選択し、最終的にＵＥ１と直交性が高いＵＥ２(=ＵＥ２j)をペアに選択し、そのＲＢにおけるアンテナ構成を決定する。

　次に、Ｓ２０４で、すべてのＲＢに対してＳ２０１～Ｓ２０３を繰り返して処理を終了する。これによりＵＥ４０に対して、その位置関係に応じて適切なＲＢをアンテナ構成と組み合わせて選択することができる。

　図４は、ｅＮＢ１０のマルチモードアンテナ１１の一例を示す。マルチモードアンテナ１１は、垂直方向に１６、水平方向に２つの物理的なアンテナ素子が配置され、各素子が水平偏波と垂直偏波に対応可能である。したがって、（１６×２）素子×２偏波＝６４素子相当である。図４の例では、４素子で１ポートとし、偏波を含めると１６のアンテナポートとなる。

　図５は、マルチモードアンテナ１１のアンテナ構成１の一例を示す。アンテナ構成１では、マルチモードアンテナ１１のアンテナポートを水平方向にブループ分けする。図５（Ａ）に示すように、ポート番号１～４の垂直偏波をグループ１、ポート番号１～４の水平偏波をグループ２、ポート番号５～８の垂直偏波をグループ３、ポート番号５～８の水平偏波をグループ４とする。垂直方向にグループは分割されておらず、水平方向に垂直偏波で２つのグループ、水平偏波で２つのグループを有し、水平方向のグループ間隔は比較的狭い(半波長前後)ので、偏波共用のアンテナが２列並んだ４アンテナポート相当の水平アレイとなる。この意味で、アンテナ構成１を「水平アレイ構成」と称することができる。スケジューラによりこのアンテナ構成がＵＥに割り当てられると、ＵＥに対するＤＭ－ＲＳやＰＤＳＣＨがこのアンテナ構成で送信される。グループ内のポートからは同一信号を送信する。

　同一グループ内のポート、たとえばグループ１のポート番号１～４の垂直偏波は、同一の信号を送信する。アンテナ構成１は、ＵＥ４０のペアがｅＮＢ１０に対して成す水平方向の角度、すなわちｅＮＢ１０を基準とするＵＥペア間の方位角が大きい場合に有利である。アンテナ構成１は、基地局のアンテナに対して水平方向へのＵＥ４０の移動に対してロバスト性が大きい。このためアンテナ構成１ではスケジューラにより割り当てられるＵＥ４０は基地局（ｅＮＢ１０）のアンテナに対して静止しているか、基地局のアンテナに対して水平方向（円周方向あるいは接線方向）に移動しているときに特に有用である。

　単一ユーザをスケジューリングする場合も、ユーザの移動方向に対してロバスト性の高いアンテナ構成を選択する。

　図６は、マルチモードアンテナ１１のアンテナ構成２の一例を示す。アンテナ構成２はマルチモードアンテナ１１のアンテナポートを垂直方向に複数個ずつグループ分けする。図６に示すように、ポート番号１と２の垂直偏波をグループ１、ポート番号１と２の水平偏波をグループ２、ポート番号３と４の垂直偏波をグループ３、ポート番号３と４の水平偏波をグループ４とする。その他のアンテナポートは別のブランチとして使用してもよいし、使用しなくてもよい。この例では、マルチモードアンテナ１１は、４ポート相当のアンテナとして動作する。垂直方向に配置されたアンテナポートを有するので、ｅＮＢ１０から見て仰俯角方向で異なる位置に存在あるいは移動する（基地局から遠ざかる、または近づく）ＵＥ４０に対して、適切なビームを向けることができる。

　垂直方向に垂直偏波および水平偏波のそれぞれで２グループを有し、グループ間の間隔は比較的広い(数波長以上離れている)ことから、偏波共用の４アンテナポート相当の垂直ダイバーシチとなる。この意味で、アンテナ構成２を「垂直ダイバーシチ構成」と称することができる。スケジューラによりこのアンテナ構成がＵＥに割り当てられると、割り当てられたＵＥに対するＤＭ－ＲＳやＰＤＳＣＨがこのアンテナ構成で送信される。

　アンテナ構成２は、ＵＥ４０のペアが垂直方向、すなわちｅＮＢ１０から見て俯角方向に一定程度の角度差があるときに適している。アンテナ構成２は、基地局のアンテナに対して俯角方向で異なる方向（基地局から遠ざかる、または近づく）へのＵＥ４０の移動に対してロバスト性が大きい。このためアンテナ構成２ではスケジューラにより割り当てられるＵＥ４０は基地局のアンテナに対して静止しているか、基地局のアンテナに対して俯角方向で異なる方向（基地局から遠ざかる、または近づく）へ移動しているときに特に有用である。単一ユーザをスケジューリングする場合も、ユーザの移動方向に対してロバスト性の高いアンテナ構成を選択する。

　図７は、マルチモードアンテナ１１のアンテナ構成３の一例を示す。アンテナ構成３はマルチモードアンテナ１１のアンテナポートを、垂直方向に細かくグループ分けする。図７に示すように、ポート番号１の垂直偏波をグループ１、ポート番号１の水平偏波をグループ２、ポート番号２の垂直偏波をグループ３、ポート番号２の水平偏波をグループ４、ポート番号３の垂直偏波をグループ５、ポート番号３の水平偏波をグループ６、というようにアンテナポートをグループ分けする。この例では、マルチモードアンテナ１１の水平方向及び垂直方向のグループ間隔は比較的狭く（半波長程度）、垂直方向のグループ間隔はアンテナ構成２の半分となっている。便宜上、アンテナ構成３を「垂直アレイ構成」と称する。スケジューラによりこのアンテナ構成がＵＥに割り当てられると、割り当てられたＵＥに対するＤＭ－ＲＳやＰＤＳＣＨがこのアンテナ構成で送信される。

　この構成は、ＵＥ４０のペアが互いに俯角方向（セルの径方向）に大きく離れているとき、すなわち、ＵＥペアの一方がｅＮＢ１０からみて遠方に位置し、他方がｅＮＢ１０の近傍に位置するときに有利である。ＵＥ４０同士は、基地局に対して静止しているか水平方向（円周方向あるいは接線方向）に移動しており、ビーム幅が広いことから多少斜め方向の移動（ｅＮＢ１０に対する遠近方向の成分が含まれる移動）があってもよい。単一ユーザをスケジューリングする場合も、ユーザの移動方向にたいしてロバスト性の高いアンテナ構成を選択する。

　図８は、マルチモードアンテナ１１のさらに別のアンテナ構成の一例を示す。このアンテナ構成は、マルチモードアンテナ１１のアンテナポートを、垂直方向に複数個ずつグループ分けする。ポート番号１と２の垂直偏波をグループ１、ポート番号１と２の水平偏波をグループ２、ポート番号３と４の垂直偏波をグループ３、ポート番号３と４の水平偏波をグループ４、ポート番号５と６の垂直偏波をグループ５、ポート番号５と６の水平偏波をグループ６、ポート番号７と８の垂直偏波をグループ７、ポート番号７と８の水平偏波をグループ８とする。

　垂直方向にグループは垂直偏波および水平偏波のそれぞれで２グループを有し、グループ間は比較的広い(数波長以上離れている)ことから垂直ダイバーシチが実現される。また、水平方向に垂直偏波で２つのグループ、水平偏波で２つのグループを有し、水平方向のグループ間隔は比較的狭い(半波長前後)ので、偏波共用の８アンテナポート相当の水平アレイ垂直ダイバーシチとなる。この意味で、図８のアンテナ構成を「水平アレイ垂直ダイバーシチ構成」と称することができる。このアンテナ構成は、ＵＥ４０のペアが垂直方向、すなわちｅＮＢ１０から見て俯角方向に一定程度の角度差がありかつＵＥペア間の方位角が大きい場合に適している。このアンテナ構成は、水平および垂直方向へのＵＥ４０の移動に対してロバスト性が大きい。単一ユーザをスケジューリングする場合も、ユーザの移動に対してロバスト性の高いアンテナ構成を選択する。

　図９は、マルチモードアンテナ１１のアンテナポートを不均一にグループ化するアンテナ構成の例を示す。ポート番号１～３の垂直偏波をグループ１、ポート番号１～３の水平偏波をグループ２、ポート番号４の垂直偏波をグループ３、ポート番号４の水平偏波をグループ４、ポート番号５～７の垂直偏波をグループ５、ポート番号５～７の水平偏波をグループ６、ポート番号８の垂直偏波をグループ７、ポート番号８の水平偏波をグループ８とする。

　グループを非均一にグループ化することで異なるビーム幅を実現できる。したがって、基地局から通いＵＥと近くのＵＥをペアにするときにアンテナのゲインを調整できるメリットがある。単一ユーザをスケジューリングする場合も、最適なビームを形成することができる。

　図１０は、マルチモードアンテナアレイ１１のアンテナポートを一部共用にするアンテナ構成例を示す。ポート番号１～４の垂直偏波をグループ１、ポート番号１～４の水平偏波をグループ２、ポート番号４の垂直偏波をグループ３、ポート番号４の水平偏波をグループ４、ポート番号５～８の垂直偏波をグループ５、ポート番号５～８の水平偏波をグループ６、ポート番号８の垂直偏波をグループ７、ポート番号８の水平偏波をグループ８として、８ポート掃蕩のアンテナとして動作させる。ポート番号４の垂直偏波は、グループ１と３で共用され、ポート番号４の水平偏波は、グループ２とグループ４で共用されている。ポート番号８の垂直偏波と水平偏波も、同様にグループ間で共用されている。このような構成によっても、異なるビーム幅を実現できる。

　図１１は、図９又は図１０のアンテナ構成で形成されるビームの例を示す。たとえば遠方のＵＥに対して実線のようにビーム幅の狭いビームを形成し、近くのＵＥに対して点線のように比較的広意ビームを形成することができる。

　図１２は、アンテナ構成と、ＵＥ４０の位置関係および移動速度との関係を示す図である。横軸は、ＵＥ１とＵＥ２iの水平方向（円周方向）の角度差を示す。横軸はまた、ＵＥ１とＵＥ２iの垂直方向（俯角方向あるいは径方向）の移動速度を示す。横軸の値が大きくなるほど、マルチモードアンテナ１１の水平方向のアンテナグループ間の間隔が小さくなる。

　縦軸は、ＵＥ１とＵＥ２iの垂直方向（俯角方向）の角度差を示す。縦軸はまた、ＵＥ１とＵＥ２iの水平方向（円周方向）の移動速度を示す。縦軸の値が大きくなるほど、マルチモードアンテナ１１の垂直方向のアンテナグループ間の間隔が小さくなる。

　太い実線の枠は、アンテナ構成１を用いるのに適した範囲を示す。太い破線の枠は、水平ダイバーシチ構成が適した範囲を示す。この場合、アンテナグループ間の水平方向の間隔は、数波長程度に広くなる。

　細い実線の枠は、アンテナ構成３を用いるのに適した範囲を示す。細い破線の枠は、アンテナ構成２を用いるのに適した範囲を示す。

　このように、無線リソースごとに、ＵＥ４０の位置情報（移動情報を含む）に応じたＵＥ（１台のＵＥまたは２台以上のＵＥの組）と、このＵＥ（またはＵＥペア）に割り当てられるアンテナ構成が選択されるので、スケジューリングに要する演算量と処理時間を低減することができる。

　図１３は、無線基地局装置（ｅＮＢ）１０の概略構成図である。各ユーザへの送信データは、チャネル符号化部２７ａによるチャネル符号化と、データ変調部２７ｂによるデータ変調を受ける。各ユーザデータのチャネル符号化率と変調方式は、後述するアンテナ構成およびＵＥペア決定部２３の出力に基づいて、ＭＩＭＯ切換部２４により決定される。チャネル符号化及びデータ変調を受けた送信データは、参照信号、報知信号、システム情報等とともに、サブキャリアマッピング部２８に入力され、リソース割当制御部２５により割り当てられたサブキャリアにマッピングされる。リソース割当制御部２５によるリソースの割当は、アンテナ構成およびＵＥペア決定部２３の出力に基づいて制御される。

　マッピングされた各送信データは、プリコーディング乗算部２９で、対応するプリコーディングウエイトが乗算され、アンテナ部１２ごとに重み付け（振幅及びまたは位相の調整）がされる。プリコーディングウエイトの制御は、アンテナ構成およびＵＥペア決定部の出力に基づいてプリコーディングウエイト制御部２６により行われる。

　各ユーザの送信信号はマルチプレクサ（ＭＵＸ）３０で合成され、アンテナ部１２ごとの送信信号が生成される。アンテナ部１２は、アンテナポートに対応する。

　アンテナ部１２ごとの送信信号は、ＩＦＦＴ部３１による逆フーリエ変換、サイクリックプレフィクス（ＣＰ）付加部３２によるサイクリックプレフィクスの付加、ＲＦ送信回路３３での周波数変換を経て、デュプレクサ１３から対応するアンテナ部１２に供給され下りリンクでＵＥに送信される。

　各ＵＥからの上りリンク信号は、マルチモードアンテナ１１の各アンテナ部１２で受信され、デュプレクサを介して対応するＲＦ受信回路１４に入力される。ＲＦ受信回路１４でベースバンドへの周波数変換、サイクリックプレフィクス（ＣＰ）除去部１５でサイクリックプレフィックスの除去、ＦＦＴ部１６による高速フーリエ変換を経て、信号分離部１７で各ユーザ信号に分離される。各ユーザの信号のうち、データチャネル信号は、チャネル推定部２０により復調用の参照信号から推定された推定値を用いて、データ復調部１８で復調され、受信データが得られる。

　位置情報復調部１９は、受信データから位置情報を取り出してアンテナ構成およびＵＥペア決定部２３に供給する。

　制御チャネル復調部２１は、チャネル推定部２０でＣＳＩ－ＲＳから推定されたチャネル推定値を用いて制御チャネルを復調する。ＣＳＩ（Channel State Indicator）更新部２２は、制御チャネルから当該ユーザのＣＳＩを取り出してチャネル状態情報を更新する。更新後のＣＳＩ情報はアンテナ構成およびＵＥペア決定部２３に入力される。

　アンテナ構成およびＵＥペア決定部２３は、ＵＥの位置データと各ＵＥのチャネル情報に基づいて、リソースごとにＵＥペアとアンテナ構成を決定する。ＵＥの位置データとチャネル情報から一定範囲にしぼられた候補の中からＵＥペアの組合せと、そのＵＥペアに適したアンテナ構成が選択されるので、演算量を増大させることなく効率的な処理が行なわれる。なお、単一のユーザのためにスケジューリングする場合は、着目している無線リソースに対して最優先のユーザと、このユーザに割り当てるアンテナ構成を組み合わせて決定する。

　アンテナ構成およびＵＥペア決定部２３はまた、更新されたチャネル情報に含まれるプリコーディング行列情報（ＰＭＩ：Precoding Matrix Indicator）やランク情報（ＲＩ：Rank Indicator）に基づいて各送信データのためのプリコーディンウエイトを決定する。アンテナ構成およびＵＥペア決定部２３の決定結果は、ＭＩＭＯ切替部２４と、リソース割当制御部２５と、プリコーディングウエイト制御部２６に供給される。リソース割当制御部２５は、決定されたアンテナ構成に応じてアンテナ部（アンテナポート）１２のマッピングを変えることで、アンテナポートを適切にグループ化して、決定されたアンテナ構成を設定する。これにより、各ユーザへの送信データが最適なアンテナ構成で、各アンテナ部１２から送信される。

　図１４は、移動局装置４０の概略構成図である。ｅＮＢ１０から送信された信号は、移動局装置４０の各アンテナ部４２で受信され、対応するデュプレクサ４３を介してＲＦ受信回路４４に入力され、ベースバンド信号に変換される。サイクリックプレフィクス（ＣＰ）除去部４５でＣＰが除去され、ＦＦＴ部４６で高速フーリエ変換を受けた後、信号分離部４７で受信信号の中からこの移動局装置４０に宛てられた信号が取り出される。分離された受信信号のうち、データチャネル信号はデータ復調部４８で復調され、後段で復号されて受信データが取り出される。

　ｅＮＢ１０から受信したＣＳＩ－ＲＳは、チャネル推定部５０に入力されてチャネル推定が行われる。制御チャネル復調部５１は、チャネル推定値を用いて移動局装置４０宛ての制御信号を復調する。チャネル品質測定部５２は、復調された制御信号に基づいて下りチャネルの受信品質を測定する。チャネル品質測定部５２は、測定結果に基づいてＰＭＩとＲＩを選択してもよい。チャネル品質測定結果は、ＣＳＩフィードバック信号生成部５５とＭＩＭＯ切替部５４に供給される。

　ＣＳＩフィードバック信号生成部５５は、チャネル品質測定部５２で測定されたチャネル品質（ＣＱＩ）をｅＮＢ１０に通知するＣＳＩフィードバック信号を生成する。ＣＳＩフィードバック信号にＰＭＩやＲＩが含まれてもよい。

　位置情報測定部４９は、ＵＥ４０の位置情報を測定する。上述のように位置情報はＵＥ４０の現在位置のほか、移動速度、移動方向などを含んでもよい。測定結果は位置情報付加部５３により、送信データに追加される。

　送信データと位置情報は、チャネル符号化部５７ａでチャネル符合化され、データ変調部５７ｂでデータ変調される。チャネル符号化率と変調方式はＭＩＭＯ伝搬状況に応じてＭＩＭＯ切替部５４によって決定される。チャネル符合化及びデータ変調された送信データは、参照信号とともに、サブキャリアマッピング部５８で、図示しないスケジューラにより割り当てられたサブキャリアにマッピングされる。

　マッピングされた送信データは、プリコーディング乗算部５９でプリコーディングウエイトが乗算され、アンテナ部４２ごとの重み付けがされる。上りリンク用のプリコーディングウエイトは、ｅＮＢ１０から下りリンク制御チャネルでＵＥに通知されてもよい。

　送信データとＣＳＩフィードバック信号は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）６０で合成されアンテナ部４２ごとの送信データが生成される。送信信号はアンテナ部４２ごとにＩＦＦＴ部６１による逆フーリエ変換、ＣＰ付加部６２によるサイクリックプレフィクスの付加、ＲＦ送信回路６３による無線周波数への変換を経て、デュプレクサ４３を介して各アンテナ部４２から送信される。

　図１５は、実施例２のアンテナ構成の決定を含むスケジューリング方法を示す。実施例２では、上りリンクのスケジューリングを説明する。

　まず、ステップＳ３０１で、ＵＥ４０は、アンテナポート（あるいはアンテナグループ）ごと、所定の周波数単位ごとに、所定の時間間隔で上りリンク参照信号を送信する。上りリンク参照信号はたとえばサウンディング参照信号（ＳＲＳ）である。

　Ｓ３０２で、ｅＮＢ１０はＵＥ４０ごとのＳＲＳを受信し、上りチャネルの受信品質を含むチャネル状態情報（ＣＳＩ）を生成する。

　Ｓ３０３で、ｅＮＢ１０は、推定したＣＳＩおよび各ＵＥ４０の位置情報を基に、上りリンクのリソースごとに（リソースブロックごと、チャネルごとなど）、１台のＵＥあるいは２台以上のＵＥのペア（組み）と、そのＵＥ（またはＵＥペア）に割り当てるアンテナ構成とを決定する。このステップの具体的な処理は後述する。ＵＥ４０の位置情報はＵＥ４０から受信したものであってもよいし、ｅＮＢ１０が推定したものであってもよい。

　Ｓ３０４で、ｅＮＢ１０は、決定した割当情報に基づき、ＰＤＣＣＨにて各ＵＥ４０に割り当て情報を送信する。

　Ｓ３０５で、各ＵＥ４０は、通知されたアンテナ構成を用いて、ｅＮＢ１０から割り当てられた上りリンクリソース（たとえばＲＢ）で送信し、ｅＮＢ１０は受信したデータを復調する。

　図１６は、図１５のＳ３０３でアンテナ構成とＵＥペアを決定する際の処理フローの例である。まずステップＳ４０１で、ｅＮＢ１０は、上りリンクのＲＢごとに各ＵＥ４０からの瞬時受信電力と平均受信信号電力の比を計算し、比が最大のＵＥ（これを「ＵＥ１」とする）を選択する（プロポーショナル・フェアネス）。

　次に、Ｓ４０２で、ｉ通り（ｉはアンテナ構成の総数で、ｉ＞０の整数）のアンテナ構成候補について、ＵＥ１との位置関係から、図１２に示すアンテナ構成の選択方法に基づいて、ＵＥ１を除く他のＵＥの中で最適なペア候補のＵＥ（ＵＥ２i）を１台選択する。これによりＵＥ１と、ＵＥ１を除く他のすべてのＵＥと総当りでチャネルの直交性を検証する必要がなくなる。アンテナ構成ごとにＵＥのペア候補ＵＥ１とＵＥ２iの直交性を計算する。

　次に、Ｓ４０３でｉ通りのアンテナ構成の中から直交性の高いアンテナ構成ｊを選択して最終的にＵＥ１と直交性の高いＵＥ２（ＵＥ２j）をペアに選択し、そのＲＢにおけるアンテナ構成ｊを決定する。

　次に、Ｓ４０４で、すべてのＲＢに対してＳ４０１～Ｓ４０３を繰り返して処理を終了する。これによりＵＥ４０に対してスケジューリングを行う際に、処理量を増やすことなく最適なアンテナ構成を選択することができる。

　なお、単一ユーザの上りリンクリソースを割り当てる場合も、ユーザの位置情報に応じてスケジューリングとともにアンテナ構成の選択を行うことができる。

　図１７は、実施例３のアンテナ構成の決定を含むスケジューリング方法を示す。実施例３は、実施例１の下りリンクの無線リソースＲＢの割り当てとビームフォーミングの変形例であり、実施例１と同じステップには同じ符号を付けて説明する。

　まず、ステップＳ１０１で、ｅＮＢ１０は、アンテナポート（あるいはアンテナグループ）ごと、所定の周波数単位ごとに、所定の時間間隔でＣＳＩ－ＲＳなどの下りリンク参照信号を送信する。

　Ｓ１０２で、各ＵＥ４０はＣＳＩ－ＲＳを受信し、下りチャネルの受信品質を含むＣＳＩを生成する。生成したＣＳＩをＵＥ４０の位置情報とともに、上りリンクの制御チャネルでｅＮＢ１０に送信する。

　Ｓ５０３で、ｅＮＢ１０は、在圏するＵＥ４０の位置情報とＵＥ間の直交度合いのデータをアンテナ構成ごとにあらかじめ収集し、たとえばテーブル形式にしてデータベースに格納しておく。

　Ｓ５０４で、ｅＮＢ１０は、複数のＵＥ４０から通知されたＣＳＩとＵＥの位置情報に基づき、テーブルを参照して下りリンクの無線リソースブロックＲＢごとに、そのＲＢを割り当てるＵＥペアと、ＵＥペアに割り当てるアンテナ構成とを合わせて決定する。

　Ｓ１０４で、ｅＮＢ１０は決定した割り当て情報に基づいてＰＤＣＣＨ、ＰＤＳＣＨ、及びプリコーディングウエイトを生成する。プリコーディングウエイトによって形成される指向性ビームにより、各ＵＥ４０宛の制御信号とデータ信号がＰＤＣＣＨとＰＤＳＣＨそれぞれで送信される。なお、単一のユーザをスケジューリングする場合も、ユーザの位置情報をアンテナ構成ごとにあらかじめ収集しておくことで、ユーザの移動方向、移動速度等に対してロバスト性の高いアンテナ構成をリソースの割当と同時に選択することができる。

　図１８は、図１７のＳ５０４でアンテナ構成とＵＥペアを決定する際の具体的な処理フローである。まずステップＳ２０１で、ｅＮＢ１０は、ＲＢごとに各ＵＥ４０の瞬時受信電力と平均受信信号電力の比を計算し、比が最大のＵＥ（これを「ＵＥ１」とする）を選択する（プロポーショナル・フェアネス）。

　次に、Ｓ６０２で、それぞれのアンテナ構成候補について、テーブル（データベース）を参照してＵＥ１との位置関係から最適なペア候補のＵＥ（ＵＥ２i）を選択する。さらにアンテナ構成候補の中から、テーブルを参照して最も直交性の高いアンテナ構成を決定しこのときのＵＥ１、ＵＥ２の組と、アンテナ構成とを組み合わせて決定する。

　次に、Ｓ２０３で、すべてのＲＢに対してＳ２０１とＳ６０２を繰り返して処理を終了する。この方法では、ｅＮＢ１０はあらかじめＵＥ間の直交性についての情報を保持しているので、毎回ＵＥ間の直交性を計算する必要がない。演算量を低減できるので、より効率的なスケジューリングを行うことができる。

　図１９は、実施例４のアンテナ構成の決定を含むスケジューリング方法を示す。実施例４では、下りリンクスケジューリングをアンテナ構成の決定と合わせて行う際にＵＥ４０の分布を考慮する。

　Ｓ７０３で、ｅＮＢ１０は、各ＵＥ４０から通知された位置情報から在圏するＵＥ４０の分布を求め、各ＵＥ４０からのＣＳＩと在圏するＵＥ４０の分布に基づいて、無線リソースブロックＲＢごとに、アンテナ構成と組み合わせるべき１台または２台以上のＵＥのペアを決定し割り当てる。

　Ｓ１０４で、ｅＮＢ１０は決定した割り当て情報に基づいてＰＤＣＣＨ、ＰＤＳＣＨ、及びプリコーディングウエイトを生成する。

　図２０は、図１９のＳ７０３でアンテナ構成とＵＥペアを組み合わせて決定する際の具体的な処理フローである。まずステップＳ８０１で、ｅＮＢ１０は、ＵＥ４０の分布から図２１に示す関係に基づいてアンテナ構成の候補を決定する。ＵＥ４０の分布とアンテナ構成の関係については、後述する。

　Ｓ８０２で、それぞれのＲＢで各ＵＥの瞬時受信信号電力の比を計算し、最大のＵＥ（これを「ＵＥ１とする」）と選択する（プロポーショナル・フェアネス）。

　Ｓ８０３で、ｉ通りのアンテナ構成の候補ごとにＵＥ１との位置関係から最適なペア候補のＵＥ（「ＵＥ２i」とする）を選択し直交性を計算する。

　Ｓ８０４で、ＵＥ２iの中からＵＥ１との直交性が高いアンテナ構成ｊのＵＥ２を、そのリソースブロックを割り当てるＵＥペアとして選択し、このときのアンテナ構成ｊをそのＵＥペアに割り当てるアンテナ構成として決定する。

　Ｓ８０５で、すべてのＲＢに対しＳ８０２～Ｓ８０４を繰り返して処理を終了する。

　図２１は、ＵＥ分布とアンテナ構成の関係の一例を示す図である。横軸は水平方向（円周方向あるいは接線方向）でのＵＥ４０の分布密度を示す。紙面の右側に行くほど水平方向でのＵＥの分部密度は疎になる。縦軸は垂直方向（俯角方向またはセルの径方向）でのＵＥ４０の分布密度を示す。紙面の上側に行くほど分布密度が疎になる。

　水平方向でのＵＥ４０の分布密度が疎になるほど、マルチモードアンテナ１１の水平方向でのアンテナポートのグループ間隔が小さくなる。この場合、アンテナポート間の相関が低くユーザ間の分離が比較的に容易なので、アンテナ構成１（水平アレイ構成）を適用することができる。水平方向でＵＥ４０の分布密度がある程度高くなると、水平方向のグループ間隔をたとえば数波長程度に大きくして水平ダイバーシチ構成とするのが有効である。

　垂直方向（セルの径方向）でのＵＥ４０の分布が疎になるほど、マルチモードアンテナ１１の垂直方向でのアンテナポートのグループ間隔が小さくなり、アンテナ構成３（垂直アレイ構成）を適用することができる。垂直方向（セルの径方向）でＵＥ４０の分布密度がある程度高くなると、グループ間隔を大きくして（たとえば数波長程度）垂直ダイバーシチ構成を用いるのが有効である。
＜その他の実施例＞
　図２２は、別の素子配列を有するマルチモードアンテナ７１を示す。マルチモードアンテナ７１は、水平方向と垂直方向に１６ずつの物理的なアンテナ素子を有し、各素子が垂直偏波と水平偏波に対応可能である。したがって、（１６×１６×２）素子のマルチモードアンテナである。

　全てのアンテナ素子をポートとする場合は、それぞれのアンテナ素子から合計５１２のＣＳＩ－ＲＳが送信される。また、任意のグループ間隔でグループ分けをして、上述したアンテナ構成１～３や水平ダイバーシチ構成などを設定することができる。あるいはアンテナポートごとではなく、アンテナポートをグループ化したブランチごとに下りリンク参照信号を送信することもできる。

　図２３は、ＵＥ４０の位置情報とアンテナ構成の関係についての別の例を示す。この例では、アンテナポートのグループ化を連続して行う。その際に、必ずしも全てのアンテナ素子を使う必要はない。たとえば、ＵＥ１とＵＥ２iの水平方向の角度差が大きくなるにつれて、あるいは垂直方向（仰俯角方向）での移動速度が大きくなるにつれて、アンテナグループ間の水平方向の間隔が小さくなるようなグループ分けをしてもよい。同様にＵＥ１とＵＥ２iの垂直方向（仰俯角方向）の角度差が大きくなるほど、あるいは水平方向の移動速度が大きくなるほど、アンテナポートグループ間の垂直方向の間隔が小さくなるようなグループ分けをしてもよい。

　以上述べたように、実施形態の方法によると、複数の異なるアンテナ構成を有するマルチモードアンテナで種々の通信タイプに対応する際にアンテナポート数が膨大になる条件でも、処理遅延を抑制してユーザとアンテナ構成をスケジューリングすることができる。

　なお、実施例では、リソースブロックごとに直交性の高いユーザペアを割り当てたが、任意のリソースごとに適切な方法でユーザペアを決定してもよい。また、複数のユーザに対するスケジューリングのみならず、単一のユーザに対するスケジューリングにおいてもリソースに対するユーザの割り当てと、用いられるアンテナ構成とを組み合わせて決定することができる。

　位置情報が取得できない場合は、ＵＥからの上りリンク信号のアンテナポート間の位相差情報を用いてもよい。

　ユーザの位置情報は必ずしもＵＥで取得してこれをｅＮＢに通知する必要はなく、上りリンクの信号を用いてｅＮＢで推定してもよい。また、ＵＥで位置情報を取得する際にはＧＰＳデータを用いてもよいし、ｅＮＢからの距離データを用いてもよい。

　さらに位置情報として、あるいは位置情報に替えて、上りＵＥ間の角度差情報を用いてもよい。さらにアンテナ構成と合わせてランク数を選択してもよい。

　物理アンテナ素子の配列としては水平方向と垂直方向に限定されず、垂直方向のみ、水平方向のみ、立体的な３Ｄ配列についても本発明を適用可能である。

　この出願は、２０１３年８月６日に日本国特許庁に出願された特許出願第２０１３－１６３６５５号に基づき、その全内容を含むものである。

Claims

　複数の異なるアンテナ構成を有するマルチモードアンテナと、
　ユーザ装置の位置情報または前記ユーザ装置から送信される信号のアンテナポート間の位相差情報の少なくとも一方と、前記ユーザ装置のチャネル情報とを取得する取得部と、
　前記取得された情報に基づいて、前記ユーザ装置に対するスケジューリングを、前記ユーザ装置に割当てる前記アンテナ構成と組み合わせて決定する決定部と、
　を有することを特徴とする無線基地局装置。
　前記決定部の決定に基づいて、前記アンテナポートのグルーピングを制御して前記アンテナ構成を設定するリソース割当制御部、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置。
　前記決定部は、前記ユーザ装置の水平方向の移動速度、垂直方向の移動速度、他のユーザ装置との間の水平方向の角度差、他のユーザ装置との間の垂直方向の角度差、移動方向、前記無線基地局装置に接続されているユーザ装置の分布、の少なくともひとつに基づいて、前記ユーザ装置と前記アンテナ構成の組み合わせを決定することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置。
　前記決定部は、前記取得した情報に基づいて、任意の無線リソースについて前記ユーザ装置と他のユーザ装置とのペアを決定するとともに、前記ペアに対して割り当てる前記アンテナ構成を決定し、
　前記アンテナ構成は、前記アンテナポートを不均一に、または一部のアンテナポートを共用してグループ化することで設定され、
　前記マルチモードアンテナで、前記第ユーザ装置と、前記他のユーザ装置に対して異なるビーム幅のビームを形成することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置。
　前記無線基地局装置に接続されているユーザ装置の前記位置情報又は前記位相差情報を前記アンテナ構成ごとにあらかじめ格納するテーブル、
をさらに有し、
　前記決定部は、前記テーブルを参照し、前記取得した位置情報又は位相差情報から、任意の無線リソースについて前記ユーザ装置と、前記ユーザ装置に割り当てられる前記アンテナ構成とを決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置。
　複数の異なるアンテナ構成を有するマルチモードアンテナを備えた基地局で、ユーザ装置の位置情報または前記ユーザ装置から送信される信号のアンテナポート間の位相差情報の少なくとも一方と、前記ユーザ装置のチャネル情報とを取得し、
　前記基地局にて、前記取得された情報に基づいて、前記ユーザ装置に対するスケジューリングを、前記ユーザ装置に割り当てる前記アンテナ構成と組み合わせて決定する、
ことを特徴とするスケジューリング方法。
　前記決定されたアンテナ構成に基づいて、前記アンテナポートを可変のグループ間隔でグループ化することで前記アンテナ構成を設定する、
ことを特徴とする請求項６に記載のスケジューリング方法。
　前記ユーザ装置と前記アンテナ構成の組合せは、前記ユーザ装置の水平方向の移動速度、垂直方向の移動速度、他のユーザ装置との間の水平方向の角度差、他のユーザ装置との間の垂直方向の角度差、移動方向、前記無線基地局装置に接続されているユーザ装置の分布の少なくともひとつに基づいて決定されることを特徴とする請求項６に記載のスケジューリング方法。
　前記スケジューリングの決定は、前記取得した情報に基づいて、任意の無線リソースについて前記ユーザ装置と他のユーザ装置とのペアを決定するとともに、前記ペアに対して割当てる前記アンテナ構成を決定し、
　前記アンテナ構成は、前記アンテナポートを、不均一に、または一部のアンテナポートを共用してグループ化することで設定され、
　前記マルチモードアンテナで、前記ユーザ装置と、前記他のユーザ装置に対して異なるビーム幅のビームを形成する、
ことを特徴とする請求項６に記載のスケジューリング方法。
　前記基地局に接続されているユーザ装置の前記位置情報又は前記位相差情報を、前記アンテナ構成ごとにあらかじめ格納し、
　前記格納された情報を参照して、前記取得した位置情報又は前記位相差情報から、任意の無線リソースについて前記ユーザ装置と、前記ユーザ装置に対して割り当てる前記アンテナ構成とを決定する、
ことを特徴とする請求項６に記載のスケジューリング方法。