JP2015122546A - 通信システム及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各端末装置を対応する基地局装置に分散させながら、スループットの低下を抑制し、端末装置が最大受信電力を提供する基地局装置以外の基地局装置と接続する場合、複数の基地局装置間で協調して該端末装置への干渉を軽減する通信システム及び通信方法を提供する。【解決手段】複数の基地局装置３００−Ａ、３００−Ｂと、複数の基地局装置３００−Ａ、１００−Ｂのうちの少なくとも１つに接続する端末装置４００−１とを備え、複数の基地局装置が各基地局装置の接続可能範囲の全域或いは一部が互いに重複するように配置される通信システム１であって、端末装置４００−１が接続する基地局装置３００−Ｂが、その他の前記複数の基地局装置と協調して端末装置４００−１が受けるセル間干渉を軽減するように制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、通信システム及び通信方法に関する。

携帯電話などの無線通信システムにおいて、都市及びその周辺地域には、複数の端末装置に無線通信サービスを提供するためのセル（通信サービスエリア）を構成する基地局装置が配置されている。特に、無線通信システムでは、複数の基地局装置が配置されたセルラー構成を成し、通信エリアの拡張が図られている。

次世代移動通信システムの多くで、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が採用されている。複数の直交するキャリアを用いるＯＦＤＭを用いた多元接続には、ＯＦＤＭＡ（直交周波数多元接続：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）がある。ＯＦＤＭＡでは、所定の周波数帯域や時間区域から構成される領域（例えば、リソースブロックと称す）を割り当て単位として、複数の端末装置のデータが割り当てられる。広帯域伝送の場合、送信側の基地局装置から送信される送信信号は、複数の伝送経路を介して受信側の端末装置で受信される。これをマルチパス環境という。

マルチパス環境でデータが受送信される場合、受信品質の良いリソースブロックと受信品質の悪いリソースブロックとが存在するため、各基地局は、各端末装置に受信品質の良いリソースブロックを割り当てる、スケジューリングと呼ばれる処理を行うことで、大容量且つ受信品質の高い伝送を実現している。

しかしながら、近年、急速な都市化に伴い高層ビルやマンション等が建設されることで、多くの受信不感地域又は弱電界地域が発生する。これらの地域では、たびたび端末装置と基地局装置との接続が制限されることが生じ得る。また、基地局装置に接続する端末装置の数が増えるにつれて、基地局装置は、一部の端末装置に受信品質の良いリソースブロックを割り当てることができなくなりスケジューリングの効果が著しく減少することがある。

また、移動通信システムの高速化に伴い、端末装置に対するスループットを一層向上することが要求されている。スループットを向上する方法として、主基地局装置（マクロ基地局）が構成するマクロセルの範囲の一部又は全部と、マクロ基地局より最大送信電力が小さい小電力基地局（ピコセル基地局、フェムトセル基地局等）のセルの範囲とを重複するように、複数の基地局装置を配置させ、各端末装置を各基地局装置に分散（負荷分散）させる異種ネットワーク（ヘテロジーニアス・ネットワーク）を構築する技術が提案されている。

一般に、各端末装置の接続する基地局装置を主基地局装置が選択する際の基準として受信電力が適用されている。受信電力を基準として端末装置の接続する基地局装置が選択される場合、常に高電力基地局が選択されるため、端末装置が１つの基地局装置に集中し分散効果は低くなる。端末装置が１つの基地局装置に集中することを防ぐため、新たな基準として距離（パスロス）基準や、バイアス付電力基準等を用いて端末装置を低電力基地局に接続させる技術が提案されている（非特許文献１）。

Ｒ１−１００６０７、３ＧＰＰ ＴＳＧ−ＲＡＮ ＷＧ１ Ｍｅｅｔｉｎｇ ＃５９ｂｉｓ Ｖａｌｅｎｃｉａ、Ｓｐａｉｎ、１８−２２ Ｊａｎ．、２０１０

しかしながら、非特許文献１では、送受信装置に対して最大の受信電力となる基地局装置に接続しない場合、端末装置の分散効果は得られるが、最大受信電力である基地局装置からの信号が干渉となるため、スループットが劣化すると言う問題がある。また、非特許文献１では、受信電圧にバイアスを付して低電力基地局装置に接続する端末装置数を増やすことに重点が置かれ、端末装置にとって最大の受信電力にはならない基地局装置に接続した場合、最大受信電力を提供する基地局装置からに信号が干渉となり、受信ＳＩＮＲ（受信信号電力対干渉及び雑音電力比：Signal-to-Interference plus noise power ratio）が低下するという課題がある。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、各端末装置を対応する基地局装置に分散させながら、スループットの低下を抑制し、端末装置が最大受信電力を提供する基地局装置以外の基地局装置と接続する場合、複数の基地局装置間で協調して該端末装置への干渉を軽減する通信システム及び通信方法を提供することを目的とするものである。

上述した課題を解決するために本発明に係る通信システムの構成は、次の通りである。

本発明の通信システムは、複数の基地局装置と、前記複数の基地局装置のうちの少なくとも１つに接続する端末装置とを備え、前記複数の基地局装置が各基地局装置の接続可能範囲であるセルの全域或いは一部が互いに重複するように配置される通信システムであって、前記端末装置が接続する基地局装置によって、前記複数の基地局装置が協調してセル間干渉の軽減を行うか否かを選択することを特徴とするものである。

また、本発明の通信システムにおいて、前記端末装置が接続する基地局装置が、該端末装置における最大受信電力を提供する基地局装置以外の基地局装置である場合に前記セル間干渉の軽減を行うことを特徴とするものである。

また、本発明の通信システムにおいて、前記端末装置が接続する基地局装置が、前記複数の基地局装置の中で最大送信電力以外の基地局に接続する場合に、前記セル間干渉の軽減を行うことを特徴とするものである。

また、本発明の通信システムにおいて、前記最大送信電力以外の基地局装置は、ピコ基地局装置であることを特徴とするものである。

また、本発明の通信システムにおいて、前記基地局装置は、プレコーディングによって前記セル間干渉の軽減を行うことを特徴とするものである。

また、本発明の通信システムにおいて、前記端末装置は、受信重みによって前記セル間干渉の軽減を行うことを特徴とするものである。

また、本発明の通信方法は、複数の基地局装置と、前記複数の基地局装置のうちの少なくとも１つに接続する端末装置とを備え、前記複数の基地局装置が各基地局装置の接続可能範囲であるセルの全域或いは一部が互いに重複するように配置される通信システムにおける通信方法であって、前記端末装置が接続する基地局装置によって、前記複数の基地局装置が協調してセル間干渉の軽減を行うか否かを選択するステップを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、通信システムは、複数の基地局装置と、前記複数の基地局装置のうちの少なくとも１つに接続する端末装置とを備え、前記複数の基地局装置が各基地局装置の接続可能範囲であるセルの全域或いは一部が互いに重複するように配置される通信システムであって、前記端末装置が接続する基地局装置によって、前記複数の基地局装置が協調してセル間干渉の軽減を行うか否かを選択することで、複数の基地局装置が協調してセル間干渉の抑制を行うか否かを選択し、最大受信電力となる基地局装置以外と接続する場合、最大受信電力となる基地局装置から端末装置に到来するセル間干渉を効果的に抑制することができるため、スループットが低下することを抑えることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明によれば、通信システムは、前記端末装置が接続する基地局装置が、該端末装置における最大受信電力を提供する基地局装置以外の基地局装置である場合に前記セル間干渉の軽減を行うことで、端末装置に到来するセル間干渉を効果的に抑制することができるため、スループットが低下することを抑えることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明によれば、本発明の通信システムにおいて、前記端末装置が接続する基地局装置が、前記複数の基地局装置の中で最大送信電力以外の基地局に接続する場合に、前記セル間干渉の軽減を行うことで、端末装置に到来するセル間干渉を効果的に抑制することができるため、スループットが低下することを抑えることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明によれば、前記最大送信電力以外の基地局装置は、ピコ基地局であることで、マクロ基地局装置よりも送信電力が低いピコ基地局装置でも端末装置に到来するセル間干渉を効果的に抑制することができるため、スループットが低下することを抑えることができるという優れた効果を奏し得る。

本発明によれば、前記基地局装置は、プレコーディングによって前記セル間干渉の軽減を行い、また、前記端末装置は、受信重みによって前記セル間干渉の軽減を行うことを行うことで、スケジューリング効果を得ることができ、良好な受信特性を得た通信が可能となるという優れた効果を奏し得る。

本発明によれば、通信方法は、複数の基地局装置と、前記複数の基地局装置のうちの少なくとも１つに接続する端末装置とを備え、前記複数の基地局装置が各基地局装置の接続可能範囲であるセルの全域或いは一部が互いに重複するように配置される通信システムにおける通信方法であって、前記端末装置が接続する基地局装置によって、前記複数の基地局装置が協調してセル間干渉の軽減を行うか否かを選択するステップを備えることで、複数の基地局装置が協調してセル間干渉の抑制を行うか否かを選択し、最大受信電力となる基地局装置以外と接続する場合、最大受信電力となる基地局装置から端末装置に到来するセル間干渉を効果的に抑制することができるため、スループットが低下することを抑えることができるという優れた効果を奏し得る。

第１の実施形態に係る通信システムの構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る通信システムの構成の一部を示す概略図である。 第１の実施形態に係る通信システムの基地局装置の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る通信システムの端末装置の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る通信システムの基地局装置及び端末装置間の処理を示すシーケンス図である。 第２の実施形態に係る通信システムの基地局装置及び端末装置間の処理を示すシーケンス図である。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る通信システム１では、複数の基地局装置３００−ｊ(ｊは任意の正整数)及び複数の端末装置４００−ｋ（ｋは任意の正整数）が、ＯＦＤＭ式を用いてデータの伝送を行う例について説明する。尚、本実施形態ではこれに限らず、その他の伝送方式を適用できる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信システム１の構成を示す概略図である。第１の実施形態に係る通信システム１は、異なるセル半径の複数の基地局装置３００−ｊ（３００−１、３００−２）と、複数の端末装置４００−ｋ（４００−１、４００−２）を備えている。

主基地局装置３００−１（マクロ基地局装置、高電力基地局ともいう）のセル３００−１ａ（マクロセル）と、マクロ基地局装置より最大送信電力が小さい小電力基地局である基地局装置３００−２（ピコ基地局、フェトム基地局、低電力基地局ともいう）のセル３００−２ａ（ピコセル）とが重複するように各基地局装置が配置されている。

セル内には、複数の端末装置４００−ｋ（４００−１、４００―２）が存在し、詳しくは後述するが、基地局装置３００―ｊの通信量に基づいて各端末装置が無線接続する基地局装置が選択される。

端末装置４００−１において、基地局装置３００−１と無線接続し、伝搬路を通って基地局装置３００−１からの送信信号が所望信号（ｒ１１）であり、他の伝搬路を通って受信する基地局装置３００−２からの送信信号がセル間干渉（非所望信号）（ｓ１１）となる。

また、端末装置４００−２において、基地局装置３００−２と無線接続し、伝搬路を通って基地局装置３００−２からの送信信号が所望信号（ｒ２２）であり、他の伝搬路を通って受信する基地局装置３００−１からの送信信号がセル間干渉（非所望信号）（ｓ２２）となる。

このような異種ネットワーク（ヘテロジーニアス・ネットワーク）を構築することにより、マクロセルが網羅するエリア内におけるネットワーク側から見たトータルな周波数利用効率を向上させることが可能となる。

また、複数の基地局装置３００−ｊ（３００−３、３００−４）の配置として、図２に示すように、最大送信電力が同程度の基地局装置が隣接し、通信可能範囲であるセルの半径（セル半径）が一部重複し、基地局装置３００−３及び基地局装置３００−４が配置することが挙げられる。この場合、基地局装置３００−３及び基地局装置３００−４は共にマクロ基地局装置であると仮定する。この場合、基地局装置３００−３及び基地局装置３００−４と、端末装置４００−ｋ（４００−３、４００−４、４００−５）とにより通信システム１ａが構成されている。

端末装置４００−３において、基地局装置３００−３と無線接続し、基地局装置３００−３からの送信信号が所望信号（ｒ３３）であり、他の伝搬路を通って受信する基地局装置３００−４からの送信信号がセル間干渉（非所望信号）（ｓ３３）となる。同様に、
端末装置４００−４において、基地局装置３００−４と無線接続し、基地局装置３００−４からの送信信号が所望信号（ｒ４４）であり、他の伝搬路を通って受信する基地局装置３００−３からの送信信号がセル間干渉（非所望信号）（ｓ５５）となる。また、２つの重複するセル３００−３a、３００−４aのセルエッジ（通信サービスエリアの端地域）に存在する端末装置４００−５において、基地局装置３００−３と無線接続し、基地局装置３００−３からの送信信号が所望信号（ｒ５５）であり、他の伝搬路を通って受信する基地局装置３００−４からの送信信号がセル間干渉（非所望信号）（ｓ５５）となる。

次に、第１の実施形態に係る通信システム１の基地局装置３００−ｊ（３００−１、３００−２）の構成について説明する。図３は、第１の実施形態に係る通信システム１の基地局装置３００−ｊの概略構成を示すブロック図である。

基地局装置３００−ｊは、図３に示すように、上位レイヤ３０１、符号化部３０２、変調部３０３、リソースマッピング部３０４、参照信号生成部３０５、制御信号生成部３０６、送信重み生成部３０７、送信重み乗算部３０８、ＩＦＦＴ部３０９−１〜３０９−Ｔ（逆高速フーリエ変換：Inverse Fast Fourier Transform、尚、以下、Ｔは任意の正整数）、ＧＩ挿入部３１０−１〜３１０Ｔ（ガードインターバル：Guard Interval）、送信部３１１−１〜３１１Ｔ、送信アンテナ部３１２−１〜３１２−Ｔ、受信アンテナ部３１３、受信部３１４、制御信号検出部３１５、基地局選択部３１６を備えて構成される。

基地局装置３００−ｊ（３００−１）は、受信アンテナ部３１３を介して、端末装置４００が送信する信号を受信し、受信部３１４は、該信号を信号検出処理等のデジタル信号処理が可能な周波数帯へダウンコンバート（無線周波数変換）し、さらにスプリアスを除去するフィルタリング処理を行ない、フィルタリング処理した信号をアナログ信号からデジタル信号に変換（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｓｉｔａｌ変換）を行なう。

制御信号検出部３１５は、受信部３１４が出力したデジタル信号に対して復調処理及び復号処理等を行い、制御信号を検出する。尚、制御信号には、端末装置４００から基地局装置３００への接続要求、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）及び周辺に存在する基地局装置（以下、周辺基地局装置と称す）の受信電力等を含む。

基地局選択部３１６は、端末装置４００−ｋが接続する基地局装置を通信量や受信電力に基づいて選択する。

上位レイヤ１０１は、ＯＳＩ参照モデルで定義された通信機能の階層のうち、物理層（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ）よりも上位の機能の階層、例えば、ＭＡＣ（媒体アクセス制御：Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、データリンク層、ネットワーク層等のレイヤが該当する。

また、上位レイヤ１０１は、端末装置４００−ｋから送信された信号に含まれるＭＣＳ情報、空間多重数等のフィードバック情報も取得する。上位レイヤ３０１は、フィードバック情報に基づき、符号化部３０２に情報データを出力する。また、上位レイヤ１０１は、端末装置４００−ｋに接続する周辺基地局装置から受信電力の通知を要求するために制御データを制御信号生成部３０６に出力する。制御データは、同期信号ＳＣＨ、無線リソース割当（スケジューリング）、ＭＳＣ（変調符号化方式：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）、空間多重数（空間多重によるチャネル数）及び周波数割当等の情報を含む。尚、上位レイヤ１０１は、基地局装置３００−１を構成する各部位が、機能を発揮するために必要なその他のパラメータも通知する。

また、上位レイヤ１０１は、端末装置４００−ｋにおける伝搬路推定や受信品質測定を行うための参照信号（reference signal：パイロット信号ともいう）データを参照信号生成部３０５に出力する。また、上位レイヤ１０１は、周辺基地局装置から受信する接続基地局情報を送信重み生成部３０７に出力する。

符号化部３０２は、上位レイヤ３０１から入力された情報データに対して、誤り訂正符号化を行う。情報データは、例えば、通話に伴う音声信号、撮影した画像を表す静止画像又は動画像信号、文字メッセージ等である。符号化部３０２が誤り訂正符号化を行う際に用いる符号化方式は、例えば、ターボ符号化（ｔｕｒｂｏ ｃｏｄｉｎｇ）、畳み込み符号化（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ ｃｏｄｉｎｇ）、低密度パリティ検査符号化（ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ ｐａｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋ ｃｏｄｉｎｇ；ＬＤＰＣ）等である。

尚、符号化部３０２は、誤り訂正符号化したデータ系列の符号化率（ｃｏｄｉｎｇ ｒａｔｅ）をデータ伝送率に対応する符号化率に合わせるために、符号化ビット系列に対してレートマッチング処理を行ってもよい。また、符号化部３０２は、誤り訂正符号化したデータ系列を並び替えてインターリーブする機能を有してもよい。

変調部３０３は、符号化部３０２から入力された信号を変調して変調シンボルを生成する。変調部３０３が行う変調処理は、例えば、ＢＰＳＫ（ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ；２相位相変調）、ＱＰＳＫ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ；４相位相変調）、Ｍ−ＱＡＭ（Ｍ−ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；Ｍ値直交振幅変調、例えば、Ｍ＝１６、６４、２５６、１０２４、４０９６）などである。尚、変調部３０３は、生成した変調シンボルを並び替えてインターリーブする機能を有してもよい。

参照信号生成部３０５は、受信電力の測定や伝搬路推定に用いる既知の系列からなる参照信号（パイロット信号）を生成し、生成した参照信号をリソースマッピング部３０４に出力する。例えば、参照信号は、基地局装置の送信アンテナ部３１２−１〜３１２−Ｔから各端末装置４００−ｋの受信アンテナ部４０１−１〜４０１−Ｒまでの伝搬特性を推定するために用いる信号である。推定した伝搬特性は、送信重み係数の算出のための伝搬路情報、或いは端末装置における伝搬路補償に用いられる。

制御信号生成部３０６は、上位レイヤ３０１が出力する制御データを含む制御信号を生成する。尚、該制御信号に誤り訂正符号化及び変調処理を施してもよい。

リソースマッピング部３０４は、上位レイヤ３０１から通知されるスケジューリング情報に基づいて、変調シンボル、参照信号及び制御信号をリソースエレメントにマッピングする（以降、リソースマッピングと称す）リソースエレメントとは、１つのサブキャリアと１つのＯＦＤＭシンボルから成る信号を配置する最小単位をいう。

送信重み生成部３０７は、上位レイヤ３０１から入力される、周辺基地局装置から受信する接続基地局情報に基づいてセル間干渉量を判定（又は算出）し、複数の基地局装置間で協調したセル間干渉抑制を行うか否かを判定する。さらに、送信重み生成部３０７は、セル間干渉量が所定の基準より多いと判定した場合、送信重みを生成し、乗算部３０８に出力する。尚、接続基地局情報は、端末装置が接続する基地局装置のセル間干渉量に関する情報である。

送信重み生成部３０７は、セル間干渉量が所定の基準より少ないと判定した場合、複数の基地局装置間で協調したセル間干渉抑制を行なわないことを示す情報を送信重み乗算部３０８に通知する。又は、セル間干渉量が所定の基準より少ないと判定した場合、単位行列を重みとして送信重み乗算部３０８に出力しても良い。単位行列を重みとして用いる場合、重み乗算前と重み乗算後で信号は変わらない。

送信重み乗算部３０８は、周辺の基地局装置のセルに接続する端末装置４００−ｋへの干渉を抑制する送信重み係数Ｖ_ｊ並びに各基地局装置と接続している端末装置が受信信号に乗算する受信重み係数Ｕ_ｋを算出する。また、送信重み乗算部１０７は、リソースマッピング部３０４が出力する信号に対して送信重み係数Ｖ_ｊを乗算する。尚、参照信号生成部３０５が生成する参照信号に対して送信重み係数Ｖ_ｊ及び／又は受信重み係数Ｕ_ｋを乗算するとしても良い。

ＩＦＦＴ部３０９−１〜３０９−Ｔは、送信重み乗算部３０８から入力された信号に対して、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：ｉｎｖｅｒｓｅ ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）をして時間領域信号に変換する。

ＧＩ挿入部３１０−１〜３１０−Ｔでは、ＩＦＦＴ部３０９−１〜３０９−Ｔが変換した時間領域の信号にガードインターバル（ＧＩ）を挿入する。例えば、ＩＦＦＴ部３０９−１〜３０９−Ｔが出力する時間領域の信号（有効シンボル）の後半の一部をコピーし、有効シンボルの先頭に付加する。

送信部３１１−１〜３１１−Ｔは、ＧＩ挿入部３１０−１〜３１０−Ｔから挿入されたガードインターバル（ＧＩ）を含むＯＦＤＭシンボルを、Ｄ／Ａ（ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ；デジタル・アナログ）変換して、アナログ信号を生成する。送信部１０９〜１０９−Ｔは、生成したアナログ信号に対してフィルタリング処理により帯域制限して帯域制限信号を生成する。送信部３１１−１〜３１１−Ｔは、生成した帯域制限信号を無線周波数帯域にアップコンバートし、送信アンテナ部３１２−１〜３１２−Ｔに出力し、送信アンテナ部３１２−１〜３１２−Ｔから送信される。

次に、第１の実施形態における端末装置４００−ｋ（ｋは任意の整数）について説明する。図４は、第１の実施形態に係る端末装置４００−ｋの構成を示す概略図である。

端末装置４００−ｋは、複数の受信アンテナ部４０１−１〜４０１−Ｒ（以下、Ｒは任意の正整数）、複数の受信部４０２−１〜４０２−Ｒ、ＧＩ除去部４０３−１〜４０３−Ｒ、複数のＦＦＴ部４０４−１〜４０４−Ｒ、受信重み乗算部４０５、ＭＩＭＯ分離部４０６、チャネル推定部４０７、受信電力算出部４０８、復調部４０９、復号部４１０、上位レイヤ４１１、制御信号生成部４１２、送信部４１３及び送信アンテナ部４１４を含んで構成される。

端末装置４００−ｋは、受信アンテナ部４０１−１〜４０１−Ｒを介して、基地局装置３００−ｊの送信信号を受信する。

受信部４０２−１〜４０２−Ｒは、受信アンテナ部４０１−１〜４０１−Ｒから入力された無線周波数信号をデジタル信号処理が可能な周波数帯域にダウンコンバートし、ダウンコンバートした信号を更にフィルタリング処理を行って不要成分（スプリアス；Ｓｐｕｒｉｏｕｓ）を除去する。また、受信部２０２−１〜２０２−Ｒは、フィルタリング処理を行った信号をアナログ信号からデジタル信号に（Ａ／Ｄ；Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換し、変換したデジタル信号をＧＩ除去部４０３−１〜４０３−Ｒに出力する。

ＧＩ除去部４０３−１〜４０３−Ｒは、ガードインターバル（ＧＩ）を除去し、ＧＩが除去された信号をＦＦＴ部４０４−１〜４０４−Ｒに出力する。

ＦＦＴ部４０４−１〜４０４−Ｒは、ＧＩ除去部４０３−１〜４０３−Ｒから入力された信号を時間領域信号から周波数領域信号に変換する高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行い、チャネル推定部４０７、受信重み乗算部４０５及び受信電力算出部４０８に出力する。

チャネル推定部４０７は、入力された信号に含まれる参照信号を用いて、伝搬路推定を行う。そして、チャネル推定部４０７は、伝搬路推定値をＭＩＭＯ分離部４０６に通知する。尚、伝搬路推定値は、例えば、伝達関数、インパルス応答などである。

受信電力算出部４０８は、ＦＦＴ部４０４−１〜４０４−Ｒを介して入力される参照信号に基づいて各基地局装置からの受信電力を算出し、上位レイヤ４１１に出力する。

受信重み乗算部４０５は、基地局装置３００−ｊで乗算された送信重み係数Ｖ_ｊに対応する受信重み係数Ｕ_ｋを乗算する。この受信重み係数Ｕ_ｋは、基地局装置３００−ｊで生成され送信されたものを用いるが、基地局装置３００−ｊから送信重み係数Ｖ_ｊのみ
を受信した場合、送信重み係数Ｖ_ｊとチャネル推定部４０７で推定された伝搬路推定値を用いて受信重み係数Ｕ_ｋを算出することも可能である。また、参照信号に送信重み係数Ｖ_ｊが乗算されている場合には、端末装置側で干渉が抑制されるような受信重み係数を求める構成としても良い。

ＭＩＭＯ分離部４０６は、受信重み乗算部４０５の出力と、チャネル推定部４０７からの伝搬路推定値に基づきＭＩＭＯ分離を行う。ＭＩＭＯ伝送において、各送信アンテナで送信された信号が空間多重されて受信されることに起因するストリーム間干渉を抑制するため、ＭＩＭＯ分離が行われる。ＭＩＭＯ分離には、ＺF（Zero Forcing）、ＭＭＳＥ(Maximum Mean Square Error：最小平均２乗誤差）等の線形検出や、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection：最尤検出）、干渉キャンセラ等の非線形検出が挙げられる。さらに、干渉キャンセラには、並列型干渉キャンセラＰＩＣ（Parallel Interference Canceller）や逐次型干渉キャンセラＳＩＣ（Successive Interference Canceller）がある。

復調部４０９は、ＭＩＭＯ分離部４０６からの出力信号に対して復調処理を行う。該復調処理は、硬判定（符号化ビット系列の算出）、軟判定（符号化ビットＬＬＲの算出）のどちらでもよい。

復号部４１０は、復調部４０９が出力する復調後の符号化ビット系列（又は、符号化ビットＬＬＲ）に対して誤り訂正復号処理を行い、自己宛に送信された情報データを算出し、上位レイヤ４１１に出力する。この誤り訂正復号処理の方式は、接続している基地局装置３００−ｊが行ったターボ符号化、畳み込み符号化等の誤り訂正符号化に対応する方式である。誤り訂正復号処理は、硬判定又は軟判定のどちらも適用できる。

制御信号生成部４１２は、自局と基地局装置３００−ｊとの間の伝搬路情報、ＣＱＩやチャネル推定値を含む情報、基地局装置３００−ｊに接続要求するための信号、周辺基地局装置の受信電力を示す情報などから制御信号を生成する。詳しくは、制御信号生成部４１２は、フィードバック情報（ＣＱＩ等を含む）を基地局装置に送信するための制御信号を生成する。フィードバック情報は、上位レイヤ４１１が、チャネル推定部４０７が算出した伝搬路推定値に基づいて決定する。

制御信号生成部４１２が出力する制御信号を含む信号は、送信部４１３で、下りリンクにおいて送信可能な周波数帯まえアップコンバートされ、送信アンテナ部４１４を介して、接続している基地局装置３００−ｊに送信される。

次に、基地局装置３００−ｊの送信重み乗算部３０８における送信重み係数Ｖ_ｊ及び受信重み係数Ｕ_ｋの算出方法について説明する。

以下、各基地局装置の送信アンテナ部（アンテナ）３１２−１〜３１２−Ｔの数をＴ、端末装置４００−ｊの受信アンテナ部４０１−１〜４０１−Ｒの数をＲとして説明する。上述したようにＴ及びＲは任意の整数である。

第ｑの基地局装置（ｑは任意の整数）におけるＴ行Ｔ列の送信重み係数値をＶ_ｑ、第ｐの端末装置（ｐは任意の整数）におけるＴ行Ｒ列の受信重み係数値をＵ_ｐ、第ｑの基地局装置と第ｐの端末装置との間のＲ行Ｔ列チャネル行列をＨ_ｑｐと表す。

まず、送信重み係数値Ｖ_ｑを任意の値に設定する。但し、Ｖ_ｑＶ_ｑ ^Ｈ＝Ｉ_Ｔの関係を保つような送信重み係数値Ｖ_ｑを設定する（Ｈは複素共役転置行列、Ｉ_ＮはＮ行Ｎ列の単位行列である）。

次に、第ｐの端末装置における干渉の共分散行列Ｑ_ｐを以下の（式１）に基づき算出する。尚、Ｎ_ＴＸは基地局装置の数を表す。

続いて、共分散行列Ｑ_ｐの小さい方からＴ個の固有値に対応する固有ベクトルを受信重み係数値（Ｕ_ｐ）として算出する。上りリンク（基地局装置から端末装置への伝送方向）と下りリンク（端末装置から基地局装置への伝送方向）を逆転させて、算出した受信重み係数値Ｕ_ｐを送信重み係数値とみなす。

このとき、基地局装置における干渉の共分散行列Ｑ_ｑ ^ｒを以下の（式２）に基づいて算出する。

なお、Nuはユーザ数を表す。

共分散行列Ｑ_ｑ ^ｒの小さい方からＴ個の固有値に対応する固有値を新たな受信重み係数値として算出する。上りリンクと下りリンクを逆転させて、新たな受信重み係数値をさらに新たな送信重み係数値（V_ｑ）として算出する。

処理の回数をカウントするカウンタ（図示せず）を１つインクリメントし、所定の回数Ｉに到達するまで上記処理を繰返す。所定の回数に到達した場合、処理を終了し、そのときに得られているV_ｑ、U_ｐをそれぞれ送信重み、受信重みとする。このように上述の処理を繰り返し、干渉の抑制を図る。

尚、上記で求めた送受信重みはSIR（信号対干渉電力比：Signal-to-Interference Power Ratio）を最大とする重みであるが、次のようなSINR（信号対干渉及び雑音電力比：Signal-to-Interference and Noise Power Ratio）を最大とする重みを用いることもできる。
SINRを最大とする重みは、例えば、次のようなものがある。

式（３）で求めた重みｕ_ｐ，ｔが空間多重した第tストリームの受信重みであり、式（５）で求めたｖ_ｑ，ｔが第ｔストリームの送信重みである。式（４）、（６）におけるｄはストリーム数を表す。従って送受信重みはそれぞれｕ_ｐ＝［ｕ_ｐ，１，・・・，ｕ_ｐ，ｄ］、ｖ_ｑ＝［ｖ_ｑ，１，・・・，ｖ_ｑ，ｄ］である。尚、σ_ｎ ^２は雑音電力、Ｉ_ＮはＮ行Ｎ列の単位行列である。

このように繰り返し新たな送信重み係数値及び受信重み係数値を算出して干渉を抑制する構成としたが、本発明はこれに限らず、送信重み係数値のみを用いて干渉を抑制しても良い。また以下の（式７）及び（式８）で表すように端末装置側でゼロフォーシングの重みを用いて干渉を抑制しても良い。

また、（式９）のように基地局装置の所望信号対与干渉及び雑音電力を最小とするような重みを用いてもよい。

次に、通信システム１における基地局装置３００−ｊ（基地局装置３００−Ａ及び３００−Ｂ）及び端末装置４００−ｋ（端末装置４００−１）における接続手順について説明する。図５は、通信システム１において、端末装置４００−１の接続する基地局装置（３００−Ａ及び３００−Ｂ）が選択される処理動作の一例を示すシーケンス図である。

最初に、基地局装置（基地局装置３００−Ａ及び３００−Ｂ）は、それぞれ所定の時間間隔で定期的に同期信号や参照信号を端末装置４００−１に対して送信する（ステップ５０１、５０２）。端末装置４００−１は、通信可能で待ち受けている状態（アイドル状態）にある。

尚、同期信号は、複数の種類が存在し、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）では、プライマリー同期チャネル（プライマリーＳＣＨ：Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ）とセカンダリ同期チャネル（セカンダリＳＣＨ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ）の２種類がある。端末装置４００−１が基地局装置から信号を受信するには、セルサーチを短縮するため各基地局装置から同期チャネルが送信される。端末装置４００−１は、プライマリーＳＣＨでセクタＩＤを検出し、セカンダリＳＣＨでセルＩＤを検出し各セルを判断する。

端末装置４００−１は、電源投入された後、同期信号を用いて、通信のため利用可能なセル（セルＩＤ）を検出する処理（セルサーチ）を開始する（ステップ５０３）。尚、セルサーチとは、端末装置が電源投入後、接続可能なセル（通信サービスエリア）を識別するための手順である。

端末装置４００−１は、受信電力が最大となるセルＩＤを有する基地局装置（この場合、基地局装置３００−Ａ）に接続要求をする（ステップ５０４）。

基地局装置３００−Ａは、自身の現在の通信量（自己のセル内に接続する他の端末装置との総通信量）を測定する。現在の通信量が所定量より多いと判定した場合、通信量の少ない他の基地局装置に端末装置を接続させるため、周辺に存在する他の基地局装置（図５では基地局装置３００−Ｂ）に対して、自己の現在の通信量を通知するよう指示（通信量要求）を送る（ステップ５０５）。

通信量報知指示を受け取った基地局装置３００−Ｂは、自己の現在の通信量を基地局装置３００−Ａに送る（通信量通知）（ステップ５０６）。

ステップ５０４の接続依頼を受けた基地局装置３００−Ａは、端末装置４００−１が接続する基地局装置を、通信量又は受信電力又はバイアス付受信電力等を考慮して判定する（ステップ５０７）。

通信量通知を受け取った基地局装置３００−Ａは、基地局装置３００−Ｂの通信量を予め設定する所定量に基づき判断し、該通信量が少ないと判断した場合（予め設定した通信量により少ない場合）、協調通信要求を基地局装置３００−Ｂに対して送信する（ステップ５０８ａ）。該通信量が多いと判断した場合、基地局装置３００−Ａは、他に接続可能な基地局装置（図示せず）に対して、自己の現在の通信量を通知するよう指示（通信量要求）を送る。

基地局装置３００−Ａは、端末装置４００−１と接続するよう協調通信要求を基地局装置３００−Ｂに対して送信した際に、ほぼ同時に端末装置４００−１に対して、端末装置４００−１が接続すべき基地局装置の基地局ＩＤ（基地局装置に固有のＩＤ）を通知する（接続基地局通知）（ステップ５０９）。

接続基地局通知を受け取った端末装置４００−１は、基地局装置３００−Ｂに対して接続要求を行う（ステップ５１０）。

接続要求を受け取った基地局装置３００−Ｂは、端末装置４００−１に対して接続許可を通知（ＡＣＫ）する（ステップ５１１）。

端末装置４００−１は、チャネル状態（伝送路状態）を表すチャネル品質表示（ＣＱＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を基地局装置３００−Ｂに通知する（ステップ５１２）。チャネル状態には、変調符号化方式（ＭＣＳ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）、ＭＩＭＯのランク数を決定するための情報、基地局装置３００−Ｂを含む周辺基地局装置と端末装置４００−１との間のチャネル推定値を含む。

基地局装置３００−Ｂは、端末装置４００−１から送信されたＣＱＩに基づいてスケジューリング、ＭＣＳの設定、ランク数の設定等を行う（ステップ５１３）。

さらに、基地局装置３００−Ｂは、基地局装置３００−Ａ及び基地局装置３００−Bの各々が端末装置４００−１及び周辺基地局装置に接続している他の端末装置に与える干渉を抑制する送信重み係数を算出し、基地局装置３００−Aの送信重み係数を基地局装置３００−Ａに送信する（送信重み通知）（ステップ５１４）。

基地局装置３００−Ａは、送信された送信重み係数を用いて端末装置４００−１に与えていた干渉を抑制するように制御する（ステップ５１５）。

基地局装置３００−Ｂは、求めた送信重み係数に基づきプレコーディング（重み付け）を行う（ステップ５１６）。

また、基地局装置３００−Ｂは、端末装置４００−１で用いる受信重み係数を算出し、該受信重み係数を端末装置４００−１に送信する（ステップ５１７）。

続いて、基地局装置３００−Ｂは、端末装置４００−１にデータ信号を送信する（ステップ５１８）。

以上のように、第１の実施形態では、端末装置が最大受信電力ではない基地局装置に接続する場合、最大受信電力となる基地局装置から干渉を受けないように複数の基地局装置間で協調することで、端末装置に到来するセル間干渉を効果的に抑制することができるため、スループットが低下することを抑えることができ、セル間干渉を効果的に抑制することができる。また、通信量の少ない基地局装置に接続することができるため、スケジューリング効果を得ることができ、良好な受信特性を得た通信が可能となる。

＜第２の実施形態＞

第１の実施形態では端末装置が最大受信電力となる基地局以外の基地局と接続する場合に干渉抑制を行うとしたが、第２の実施形態では、最大送信電力である基地局以外の基地局と接続する場合に干渉を抑制する処理を行う例を示す。

第２の実施形態に係る通信システム１ｂは、複数の異なる基地局装置（マクロ基地局、ピコセル基地局）を備え、ヘテロジーニアス・ネットワークを構築する。マクロ基地局（図６、基地局装置３００−D）が構成するマクロセルの範囲の一部又は全部と、マクロ基地局より最大送信電力が小さいピコセル基地局（図６、基地局装置３００−C）セルの範囲とが重複するように配置されている。

第２の実施形態に係る通信システム１ｂに含まれる基地局装置３００−Ｃ、３００−Ｄ及び端末装置４００−２のそれぞれの構成は、第１の実施形態の通信システム１に含まれる基地局装置３００−ｊ（３００−Ａ、３００−Ｂ）及び端末装置４００−ｋ（４００−１）の構成と同じであるため、説明を省略する。

図６は、通信システム１ｂにおいて、本実施形態における基地局装置３００−C、３００−D、端末装置４００−２の処理の一例を示すシーケンス図である。

最初に、基地局装置（基地局装置３００−Ｃ及び３００−Ｄ）は、それぞれ所定の時間間隔で定期的に同期信号や参照信号を端末装置４００−２に対して送信する（ステップ６０１、６０２）。端末装置４００−２は、通信可能で待ち受けている状態（アイドル状態）にある。

端末装置４００−２は、電源投入された後、同期信号を用いて通信のため利用可能なセル（セルＩＤ）を検出する処理（セルサーチ）を開始し（ステップ６０３）、受信電力（又はバイアス受信電力）が最大の基地局装置（図６では、基地局装置３００−Ｃ）のセルＩＤを取得し、基地局装置３００−Ｃに接続要求する（ステップ６０４）。

基地局装置３００−Ｃは、端末装置４００−２に接続を許可（ＡＣＫ）し、接続が確立される（ステップ６０５）。

基地局装置３００−Ｃは、協調通信要求を基地局装置３００−Ｄに対して送信する（ステップ６１０）。

端末装置４００−２は、チャネル状態（伝送路状態）を表すチャネル品質表示（ＣＱＩ）を基地局装置３００−Cに通知する（ステップ６１１）。チャネル状態には、変調符号化方式（ＭＣＳ）、ＭＩＭＯのランク数を決定するための情報、基地局装置３００−Ｄを含む周辺基地局装置と端末装置４００−２との間のチャネル推定値を含む。

基地局装置３００−Cは、端末装置４００−２から送信されたＣＱＩに基づいてスケジューリング、ＭＣＳの設定、ランク数の設定等を行う（ステップ６１２）。

基地局装置３００−Cは、ステップ６１１で受信したチャネル品質表示（ＣＱＩ）を基地局装置３００−Ｄと共有するために、チャネル情報通知を基地局装置３００−Ｄに送信する（ステップ６１３）。

さらに、基地局装置３００−Ｄは、基地局装置３００−Dが端末装置４００−２に与える干渉を抑制する送信重み係数、基地局装置３００−Cが他セルの端末装置に与える干渉を抑制する送信重み係数、端末装置４００−２を算出し、基地局装置３００−Cのための送信重み係数を基地局装置３００−Ｃに送信する（送信重み通知）（ステップ６１４）。

また、基地局装置３００−Ｄは、端末装置４００−２で用いる受信重み係数を算出し、該受信重み係数を端末装置４００−２に送信する（ステップ６１５）。

一方、基地局装置３００−Ｃは、基地局装置３００−Dより送信された送信重み係数に基づきプレコーディング（重み付け）を行う（ステップ６１６）。

続いて、基地局装置３００−Cは、端末装置４００−１にデータ信号を送信する（ステップ６１７）。

端末装置４００−２に対して、端末装置４００−２が接続すべき基地局装置の基地局ＩＤ（基地局装置に固有のＩＤ）を通知する（接続基地局通知）（ステップ６１３）。

基地局装置３００−Ｃは、送信された送信重み係数を用いて端末装置４００−２に与えていた干渉を抑制するように制御する（ステップ６１８）。

以上のように、第２の実施形態では、端末装置が最大送信電力以外の基地局装置と接続する場合に、複数の基地局装置間で協調することで、複数の基地局装置が協調してセル間干渉の影響を抑制することができ、また、端末装置に到来するセル間干渉を効果的に抑制することができるため、スループットが低下することを抑えることができる。

尚、本発明に係る端末装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ROM、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。

また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における端末装置および基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。受信装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。

１、１ａ 通信システム
３００−１、３００−２、３００−３、３００−４ 基地局装置
３０１、４１１ 上位レイヤ
３０２ 符号化部
３０３ 変調部
３０４ リソースマッピング部
３０５ 参照信号生成部
３０６ 制御信号生成部
３０７ 送信重み生成部
３０８ 送信重み乗算部
３０３−１、３０９−Ｔ ＩＦＦＴ部
３１０−１、３１０−Ｔ、４１３ 送信部
３１２−１、３１２−Ｔ、４１４ 送信アンテナ部
３１３、４０１−１、４０１−Ｒ 受信アンテナ部
３１４、４０２−１、４０２−Ｒ 受信部
３１５ 制御信号検出部
３１６ 基地局選択部
４００−１、４００−２、４００−３、４００−４ 端末装置
４０３−１、２０３−Ｒ ＧＩ除去部
４０４−１、４０４−Ｒ ＦＦＴ部
４０５ 受信重み乗算部
４０６ ＭＩＭＯ分離部
４０７ チャネル推定部
４０８ 受信電力算出部
４０９ 復調部
４１０ 復号部
４１２ 制御信号生成部

Claims (7)

1. 複数の基地局装置と、前記複数の基地局装置のうちの少なくとも１つに接続する端末装置とを備え、前記複数の基地局装置が各基地局装置の接続可能範囲であるセルの全域或いは一部が互いに重複するように配置される通信システムであって、
   前記端末装置が接続する基地局装置によって、前記複数の基地局装置が協調してセル間干渉の軽減を行うか否かを選択することを特徴とする通信システム。
2. 前記端末装置が接続する基地局装置が、該端末装置における最大受信電力を提供する基地局装置以外の基地局装置である場合に前記セル間干渉の軽減を行うことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記端末装置が接続する基地局装置が、前記複数の基地局装置の中で最大送信電力以外の基地局に接続する場合に、前記セル間干渉の軽減を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記最大送信電力以外の基地局装置は、ピコ基地局装置であることを特徴とする請求項３に記載の通信システム。
5. 前記基地局装置は、プレコーディングによって前記セル間干渉の軽減を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載に通信システム。
6. 前記端末装置は、受信重みによって前記セル間干渉の軽減を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載に通信システム。
7. 複数の基地局装置と、前記複数の基地局装置のうちの少なくとも１つに接続する端末装置とを備え、前記複数の基地局装置が各基地局装置の接続可能範囲であるセルの全域或いは一部が互いに重複するように配置される通信システムにおける通信方法であって、
   前記端末装置が接続する基地局装置によって、前記複数の基地局装置が協調してセル間干渉の軽減を行うか否かを選択するステップを備えることを特徴とする通信方法。

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