JP5581230B2 - 無線基地局装置及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、マクロセル内にマイクロセルが重ねて配置された無線通信システムにおける無線基地局装置、ユーザ端末及び無線通信方法に関する。

現在３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）では、ＬＴＥ（Long Term Evolution）Release 8仕様（以下、LTE又はRel.8という）の発展形無線インターフェースであるＬＴＥ-ａｄｖａｎｃｅｄ（以下、ＬＴＥ Release 10仕様以降の仕様を総称して「ＬＴＥ−Ａ」という）の標準化がすすめられている。ＬＴＥ-Ａは、ＬＴＥとのバックワードコンパチビリティを保ちつつ、ＬＴＥよりもさらに高いシステム性能の実現を目指している。

ＬＴＥ−Ａでは、半径数キロメートル程度の広範囲のカバレッジエリアを有するマクロセル内に、半径数十メートル程度の局所的なカバレッジエリアを有するマイクロセル（例えば、ピコセル、フェムトセルなど）が形成されるＨｅｔＮｅｔ（Heterogeneous Network）が検討されている（例えば、非特許文献１）。以下の説明では、マクロセルを形成する無線基地局のことをマクロ基地局と呼び、マイクロセルを形成する無線基地局のことをマイクロ基地局（ピコ基地局またはフェムト基地局）と呼ぶ。

マイクロ基地局の１つであるピコ基地局は、マクロ基地局に比べて送信電力が小さくて（数十ｍW〜数W程度）セル半径も小さいが、無線リソースはマクロ基地局と同等の帯域幅を用いることが可能である。そこで、ホットスポット等の局所的に集中する高密度トラヒックを効率的に収容するため、マクロ基地局のトラヒックの一部をピコ基地局へ収容するオフロードが検討されている。

また、セル選択における受信品質（受信電力）にバイアスを付与することにより、ピコ基地局のセル半径を大きくする技術であるセルレンジエクスパンジョン（ＣＲＥ）が検討されている。ＣＲＥによって拡張されたピコセル内にいるユーザ端末は、マクロ基地局の配下からピコ基地局の配下へハンドオーバ（オフロード）することができ、それによって、オフロード効果を増大できる。

３ＧＰＰ，ＴＳ３６．３００

ところが、ユーザ端末をマクロ基地局の配下からピコ基地局の配下へオフロードした場合、ピコ基地局の配下へオフロードしたユーザ端末は、マクロ基地局に接近しているので、マクロ基地局から大きな干渉を受ける問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、効果的にピコ基地局の受信品質を向上できると共に、マクロ基地局のスループットが大幅に劣化するのを防止できる無線基地局装置、ユーザ端末及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線基地局装置は、第１のカバレッジエリアを有する第１セル内にいるユーザ端末に割り当てられたビームパターンに基づいたアンテナウェイトを用いて前記ユーザ端末に対する指向性ビームを生成するビーム生成部と、前記第１セル内に前記第１のカバレッジエリアよりも小さい第２のカバレッジエリアを有する第２セルを局所的に形成するマイクロ基地局に対して割り当てられた送信区間に、前記第１セル内にいるユーザ端末に対してビームパターンを割り当てる場合、前記第１セル内にいるユーザ端末に対するビームパターンが、前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンとなるように、ビームパターンを決定するコーディネーション部と、を具備したことを特徴とする。

上記無線基地局装置に備えられたコーディネーション部は、前記マイクロ基地局が収容する前記第２セル内にいるユーザ端末に適した第２セルビームパターンを前記マイクロ基地局から受け取り、前記第２セルを形成するマイクロ基地局に割り当てられた送信区間では、前記第２セルビームパターンを参照して前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンを決定することを特徴とする。

また、上記無線基地局装置に備えられたコーディネーション部は、予め決められた複数種類のビームパターンのそれぞれに対応した複数インデックスと、全てのビームパターンを許容することを示すインデックスと、全てのビームパターンを禁止することを示すインデックスと、を有するテーブルを有し、送信時間間隔に相当するサブフレーム単位で決定したビームパターンのインデックスを前記テーブルに従って特定し、前記特定したインデックスを前記マイクロ基地局へシグナリングすることを特徴とする。

本発明によれば、効果的にピコ基地局の受信品質を向上できると共に、マクロ基地局のスループットが大幅に劣化するのを防止できる。

時間ドメインでのリソース分割による干渉コーディネーションを示す図である。 マクロ基地局がピコＵＥにヌルを向けたビームパターンでマクロＵＥと通信している状態を示す図である。 ＨｅｔＮｅｔの概略的な構成図である。 マクロ基地局、ピコ基地局及びピコ移動局の機能ブロック図である。 アンテナウェイト制御及びバックホールシグナリングの概念図である。 バックホールシグナリングに用いられるコードブック構成図である。 ビームパターンを通知するサブフレームパターンを示す図である。 複数ビームパターンを通知するサブフレームパターンを示す図である。 サブセットでビームパターンを通知するサブフレームパターンを示す図である。

第１のカバレッジエリアを有する第１セル内に、第１のカバレッジエリアよりも小さい第２のカバレッジエリアを有する第２セルを局所的に形成する無線通信システムにおいて、マクロ基地局からピコセルへの干渉を低減する観点から、マクロ基地局とピコ基地局で異なる無線リソースを用いる干渉コーディネーション技術（リソース分割）を適用することが有効である。

図１は時間ドメインでのリソース分割による干渉コーディネーションを示す図である。
マクロ基地局とピコ基地局の送信時間間隔（サブフレーム）を同期させ、マクロ基地局は無線リソースが割り当てられていないサブフレームでは無線送信を停止し、ピコ基地局は主にマクロ基地局に無線リソースが割り当てられていないサブフレームで、ピコ基地局配下のユーザ端末（以下、ピコＵＥと呼ぶ）との間で無線通信する。これにより、大きな送信電力で広範囲のカバレッジエリアを有するマクロセル内に、小さな送信電力で局所的なカバレッジエリアを有するマイクロセルが重ねて配置された通信システムにおいて、一部のサブフレームにおいてマクロ基地局がデータ送信を停止することにより、ピコＵＥがマクロ基地局から受ける干渉を低減できる。ところが、上記干渉コーディネーションは、効果的にピコ基地局の受信品質を向上できるものの、無線リソースが減少するため、マクロ基地局のスループットが大幅に劣化する。

本発明の骨子は、ピコ基地局への干渉低減のためマクロ基地局が無送信であった無線リソースにおいて、マクロ基地局が、ピコＵＥへの干渉電力が小さくなるビームパターンを用いて（ヌルがピコＵＥに向いたビームパターン）、マクロ基地局配下のユーザ端末（以下、マクロＵＥと呼ぶ）と通信するように、マクロ基地局のビームパターンを決定することである。

本発明によれば、従来マクロ無送信であった無線リソース（時間領域／周波数領域）において、マクロ基地局がピコＵＥへの干渉電力が小さくなるビームパターンを用いてマクロＵＥと通信するので、効果的にピコ基地局の受信品質を向上できると共に、マクロ基地局のスループットを改善できる。

図２に示すように、マクロ基地局Ｍ-ＢＳは、各アンテナのアンテナウェイトを制御することによって、配下のマクロＵＥであるＵＥ＃１に対して指向性ビームが向けられ、かつピコ基地局Ｐ-ＢＳ配下のピコＵＥであるＵＥ＃２に対してヌル（漏れ電力が小さくなる領域）が向けられるビームパターンを生成できる。このビームパターンは、ピコＵＥに対してヌルが向けられるので、ピコＵＥに対する干渉低減効果がある。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図３はＨｅｔＮｅｔの概略的な構成図である。図３に示すように、ＨｅｔＮｅｔは、マクロ基地局Ｍ-ＢＳに加え、新たなノード（フェムト基地局ＦＮ，ピコ基地局Ｐ-ＢＳ，リレー基地局ＲＮ）が混在する可能性がある。本実施の形態では、主にマクロ基地局Ｍ-ＢＳとピコ基地局Ｐ-ＢＳとの間の干渉制御構成について記述する。

マクロ基地局Ｍ-ＢＳとピコ基地局Ｐ-ＢＳとの間はバックホールリンクを介して接続される。バックホールリンクは、基地局間を接続する伝送路である。本発明では、バックホールリンクの形態は限定されない。例えば、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）とピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）との間のように、有線バックホールリンク“Ｌ”で構成されることも可能であり、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（０）とピコ基地局Ｐ-ＢＳ（０）との間のように、伝送路の一部にコアネットワークを含んで構成されてもよい。ここでは、主にマクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）とピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）との間の干渉コーディネーションについて説明するが、他のマクロ基地局−ピコ基地局間（例えば、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（０）とピコ基地局Ｐ-ＢＳ（０）との間）にも同様の干渉コーディネーションが適用可能である。

図４は、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）及びピコ移動局Ｐ-ＵＥの機能ブロック図である。ピコ移動局Ｐ-ＵＥは、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）に接続しているピコＵＥであり、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）のカバレッジエリア内に存在する。例えば、ピコ移動局Ｐ-ＵＥは、図２においてピコ基地局Ｐ-ＢＳに接続しているＵＥ＃２である。

ピコ移動局Ｐ-ＵＥは、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）から送信される下り参照信号と、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）から送信される下り参照信号をそれぞれ受信する。ピコ移動局Ｐ-ＵＥが、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）との間の無線チャネルのチャネル推定と、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）との間の無線チャネルのチャネル推定とを行う。マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）及びピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）との間のチャネル推定結果に基づいて、フィードバック信号を生成してピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）へフィードバックする。

ピコ移動局Ｐ-ＵＥは、無線信号を受信する受信アンプ部１１を備える。ピコ移動局Ｐ-ＵＥは、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）及びピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）の双方のカバレッジエリア内に存在する。このため、受信アンプ部１１は、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）から送信された信号及びマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）から送信された信号をそれぞれ受信する。受信アンプ部１１は、受信した無線信号を周波数変換してベースバンドの受信信号を得る。ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）及びマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）から送信された信号は、下り参照信号、下りリンク制御チャネル信号、下りリンク共通チャネル信号を含む。ピコ移動局Ｐ-ＵＥは、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）から送信される信号は全て取り込んで後述する処理を行う。一方、ピコ移動局Ｐ-ＵＥはマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）と接続されていないので、マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）から送信された信号については、干渉コーディネーションのためにはチャネル推定用に下り参照信号だけを取り込むことができる。

下り参照信号は、例えば、ＬＴＥ／ＬＴＥ-Ａで規定されているセル固有参照信号、ユーザ固有参照信号、チャネル情報(CSI: Channel State Information)測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）を含む。セル固有参照信号は、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）に設けられた各アンテナから送信され、ピコ移動局Ｐ−ＭＳにおいて、チャネル推定，シンボル同期，CQI測定，Mobility measurement等，様々な目的に使用される。ＬＴＥで規定されているユーザ固有参照信号は、適用ビームフォーミングをサポートするために定義されたチャネル推定用の参照信号である。ビームフォーミングとは、複数アンテナの振幅及び位相の制御によってアンテナに指向性パターン（以下、ビームパターンという）を形成し、特定方向に対するアンテナ利得を増加／減少させる技術である。また、ＬＴＥ-Ａで規定されているユーザ固有参照信号は、適用ビームフォーミングに加えて、送信レイヤ間の多重に、時間及び周波数の２次元の直交ＣＤＭ（Code Division Multiplexing）が適用されている。ＬＴＥ-Ａで規定されているCSI-RSは、セル/アンテナ固有（セル当り最大8レイヤ送信をサポート）の参照信号である。CSI-RSは、セル固有参照信号に比較して長い周期(複数サブフレームに一回程度の周期)で送信される。データ復調に用いるチャネル推定に必要な参照信号密度に比較して、CQI推定に必要な参照信号密度は低く設定できるからである。マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）から送信される信号にも、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）が送信する下り参照信号と同じタイプの下り参照信号が含まれる。

下りリンク制御チャネルは、共有チャネル（PDSCH受信，PUSCH送信）に必要な情報を通知する制御信号であり、PDCCH(Physical Downlink Control Channel)、PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel)、PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel)を含む。下りリンク制御チャネルは遅延低減のため、サブフレームの先頭の１−３OFDMシンボルに多重される。PDCCHは、PDSCH,PUSCHの割り当て情報を通知する制御信号である。PCFICHは、高効率伝送を実現するため下りリンクの制御チャネルシンボル数CFI(Control channel Format Indicator)値を通知する制御信号である。PHICHは上りリンク(PUSCH）に対するACK/NACK情報を通知する制御信号である。共有チャネルを用いた通信システムにおいては、サブフレーム毎に、どの移動局に対して上記共有チャネルを割り当てるかをシグナリングする必要があり、上記シグナリングのために用いられる制御チャネルは、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａでは、ＰＤＣＣＨと呼ばれる。サブフレームは、送信時間間隔（TTI）と呼ばれてもよい。上記ＰＤＣＣＨの情報には、PCFICH、Downlink Scheduling Information、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ、ＵＬ Scheduling Grant、Overload Indicator、Transmission Power Control Command Bitが含まれる。また、上記Downlink Scheduling Informationには、例えば、下りリンクのリソースブロック（Resource Block）の割り当て情報、ユーザ端末のＩＤ、ストリームの数、プリコーディングベクトル（Precoding Vector）に関する情報、データサイズ、変調方式、ＨＡＲＱに関する情報が含まれる。また、上記Uplink Scheduling Grantには、例えば、上りリンクのResource Blockの割り当て情報、ユーザ端末のＩＤ、データサイズ、変調方式、上りリンクの送信電力情報、上りリンク参照信号の情報が含まれる。

受信アンプ部１１から出力される受信信号が、受信信号復調部１２、ピコ基地局チャネル推定部１３及びマクロ基地局チャネル推定部１４へ供給される。

ピコ基地局チャネル推定部１３は、受信アンプ部１１から与えられた受信信号に含まれる下り参照信号（ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）が送信した下り参照信号）からピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）との間のチャネル状態を推定する。ピコ基地局チャネル推定部１３は、セル固有参照信号が無線チャネル（ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）の各アンテナからピコ移動局Ｐ-ＵＥのアンテナに至る経路）で受けた減衰量、位相回転量及び遅延量を推定することによってチャネル推定結果を得る。セル固有参照信号を用いたチャネル推定結果は、ピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）における復調処理に用いられる。また、ピコ基地局チャネル推定部１３は、ユーザ固有参照信号を用いて、適用ビームフォーミングのためのチャネル推定を行う。

マクロ基地局チャネル推定部１４は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）から送信された下り参照信号を用いて、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）との間のチャネル状態を推定する。マクロ基地局チャネル推定部１４は、セル固有参照信号が無線チャネル（マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）の各アンテナからピコ移動局Ｐ-ＵＥのアンテナに至る経路）で受けた減衰量、位相回転量及び遅延量を推定することによって、チャネル推定結果を得る。また、マクロ基地局チャネル推定部１４は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）がユーザ固有参照信号を送信する場合には、ユーザ固有参照信号を用いて、適用ビームフォーミングのためのチャネル推定を行ってもよい。得られた推定値（チャネル情報）は、受信信号復調部１２及びフィードバック信号生成部１５へ与えられる。

受信信号復調部１２は、ピコ基地局チャネル推定部１３で得られたチャネル推定結果を用いて、下りリンク制御チャネル信号及びＰＤＳＣＨを復調する。受信信号復調部１２は、下りリンク制御チャネル信号に基づいて、ＰＤＳＣＨを復調する。なお、ＰＤＳＣＨの送信に用いたプリコーディングウェイト情報が、ＰＤＣＣＨを介してピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）からピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）へ通知されるので、ピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）は通知されたプリコーディングウェイト情報を用いて、ＰＤＳＣＨを復調する。復調されたユーザデータは上位レイヤへ渡される。

フィードバック信号生成部１５は、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）へフィードバックすべきフィードバク信号を生成する。ＬＴＥでは、ユーザ端末からのチャネル情報のフィードバックを用いる下りリンクの閉ループＳＵ−ＭＩＭＯ伝送においては、受信ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise power Ratio）を向上するために、下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）に送信レイヤ毎に異なる送信アンテナウェイトを乗算して送信するプリコーディングが用いられる。ＬＴＥでは、ユーザ端末において、プリコーディング後の各レイヤの合計スループットが最大となる規範により、予め決められたプリコーディングウェイト行列の候補がコードブックに定められていて、コードブックの中から最適なウェイト行列を選択して、基地局へインデックス（ＰＭＩ：Precoding Matrix Indicator）をフィードバックする。また、ＬＴＥでは、ユーザ端末における受信ＳＩＮＲ及びアンテナ間のフェージング相関等のチャネル状態に応じて、送信レイヤ数（ランク）を適応的に制御するランクアダプテーションが適用される。ユーザ端末は、基地局に対してチャネル品質情報（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）に加えて、最適なランク情報（ＲＩ:Rank Indicator）を基地局へフィードバックする。この受信品質情報として、ピコ基地局に対しては、最適な品質情報を，マクロ基地局に対しては最も品質が悪い（すなわち，マクロ基地局で用いられる場合には最も干渉が小さくなる）品質情報を生成する。また，ＬＴＥとは異なる品質情報を定義してもよい。例えば、ピコ基地局およびマクロ基地局からのチャネルマトリックスを返すことも考えられる。

フィードバック信号生成部１５は、ピコ基地局チャネル推定部１３で得られたチャネル推定結果に応じたＣＱＩをフィードバック信号の１つとして生成する。また、フィードバック信号生成部１５は、ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）から受信したセル固有参照信号にしたがってコードブックの中から最適なウェイト行列を選択し、選択したウェイト行列のインデックス（ＰＭＩ）をフィードバック信号の１つとして得る。また、フィードバック信号生成部１５は、受信ＳＩＮＲ及びアンテナ間のフェージング相関に等のチャネル状態に応じて、最適なランク情報を決定し、決定したランク情報（ＲＩ）をフィードバック信号の１つとして得る。このように、フィードバック信号生成部１５は、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）との間の無線チャネルの状態に応じて決定したＰＭＩ，ＲＩ、ＣＱＩを第１のフィードバック信号として生成する。

ここで、マクロ基地局チャネル推定部１４で得られたチャネル推定結果は、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）の送信電力がピコ移動局Ｐ-ＵＥに対してどのような干渉を与えているか示している。フィードバック信号生成部１５は、マクロ基地局チャネル推定部１４で得られたチャネル推定結果に応じたＣＱＩを第２のフィードバック信号として生成する。

送信信号生成部１６は、第１及び第２のフィードバック信号、上り参照信号、上りリンク制御信号、上りユーザデータを多重して上りリンクで送信する送信信号を生成する。送信アンプ部１７は生成した送信信号を無線送信する。上りリンクについては、ピコセル内の各ユーザ端末で共有して使用される上り共有物理チャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared Channel）と、上り制御チャネル（ＰＵＣＣＨ：Physical Uplink Control Channel)とが用いられる。上りリンクでは、上り制御チャネルにより、下りリンクにおける共有物理チャネルのスケジューリング、適応変復調・符号化（ＡＭＣ：Adaptive Modulation and Coding）に用いるための下りリンクのチャネル情報（第１及び第２のフィードバック信号）及び下りリンクの共有物理チャネルの送達確認情報（HARQ ACK information）が伝送される。また、上り共有物理チャネルによりユーザデータが伝送される。

ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）は、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）との間でバックホールリンクＬを介して通信する。ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）が第１及び第２のフィードバック信号に基づいて、ピコセルにおいて最適なビームパターン（ピコ最適ビームパターン）を決定し、決定したピコ最適ビームパターンをマクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）へバックホールリンクＬで通知する。ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）は、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）からバックホールリンクＬを介して通知されるマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）のビームパターン（コーディネーションパターン）にしたがって、各ピコ移動局に対して最適なビームパターンを決定する。

ピコ基地局Ｐ−ＢＳは、配下のピコ移動局Ｐ-ＵＥから送信される上りリンクの信号を受信する受信アンプ部２１を備える。受信アンプ部２１は受信した上りリンクの信号をベースバンドの受信信号に変換する。受信アンプ部２１で受信される受信信号には、ピコ移動局Ｐ-ＵＥから送信された、上り参照信号、上り制御信号及びユーザデータが含まれる。特に、受信アンプ部２１で受信される受信信号には、ピコ基地局Ｐ-ＢＳとの間の無線チャネルの受信品質が最適になるように、ピコ移動局Ｐ-ＵＥで決定した第１のフィードバック信号と、マクロ基地局Ｍ-ＢＳ（１）との間のチャネル状態を示す第２のフィードバック信号とが含まれる。

受信信号復調部２２は、受信信号に含まれる上り制御信号及びユーザデータを復調すると共に、第１のフィードバック信号及び第２のフィードバック信号を復調する。第１及び第２のフィードバック信号はビームパターン計算部２３へ与えられる。

ビームパターン計算部２３は、ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）と接続している全ピコ移動局から通知された第１及び第２のフィードバック信号に基づいて、ピコ最適ビームパターンを決定する。例えば、ピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）から通知された第１のフィードバク情報から、ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）がピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）に対して送信する最適なビームパターンを決定できる。また、ピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）から通知された第２のフィードバク情報から、ピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）に対する干渉が最小化するマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）のビームパターン候補を決定できる。同様に、他のそれぞれのピコ移動局に関しても、第１のフィードバク情報から最適なピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）のビームパターン候補をそれぞれ決定し、第２のフィードバク情報からピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）に対する干渉が最小化するマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）の最適なビームパターン候補をそれぞれ決定する。ビームパターン計算部２３は、ビームパターン候補の中から全ピコ移動局にとって最もベターなピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）のビームパターンを１つまたは複数パターン決定する。ビームパターン計算部２３は、全ピコ移動局にとって最もベターなマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）のビームパターンを１つまたは複数パターン決定してもよい。このように決定したピコ最適ビームパターンは、バックホールリンクを介して、マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）へ通知される。ここで、ピコＵＥからのフィードバックに基づく方法を記載したが、ピコＵＥからの上り受信信号をマクロ基地局で受信することによりコーディネーションパターンを決定する方法も適用できる。

また、ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）は、スケジューリング-ビームパターン-計算部２４によって、各ピコ移動局に対するビームパターン及び送信サブフレームが決定される。スケジューリング-ビームパターン-計算部２４は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）から、バックホールリンクＬを介して、コーディネーションパターンが通知される。コーディネーションパターンのバックホールシグナリングの詳細については、マクロ基地局と合わせて説明する。スケジューリング-ビームパターン-計算部２４は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）から通知されたコーディネーションパターンに対応して、各ピコ移動局に対して干渉コーディネーションされたビームパターンを決定する。スケジューリング-ビームパターン-計算部２４によってピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）に対して決定されたビームパターン及び送信区間（サブフレーム単位）が送信信号生成部２５に指示される。

送信信号生成部２５は、ピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）に対する下りリンク信号を生成し、ビーム生成部２６はスケジューリング-ビームパターン-計算部２４から指示されたビームパターンを形成するアンテナウェイトにしたがってビーム形成する。送信アンプ部２７はビーム生成部２６によって形成されたビームパターンを送信サブフレームに同期して無線送信する。他のピコ移動局に対しても同様にスケジューリング-ビームパターン-計算部２４が決定したビームパターン及び送信区間（サブフレーム）にしたがって各ピコ移動局に対して送信電力が向けられたビームパターンで無線送信する。

マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）と接続しているユーザ端末（マクロＵＥ）から上りリンクで送信される信号（上り参照信号、ＰＵＣＣＨ，ＰＵＳＣＨ）を受信アンプ３１で受信し、受信信号復調部３２で復調する。マクロＵＥは、ピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）と同様に、マクロＵＥでのチャネル推定で得られたチャネル情報等をフィードバック信号（ＣＱＩ、ＰＭＩ,ＲＩ）でマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）へ通知している。受信信号復調部３２で復調された上り信号のうちフィードバック信号（ＣＱＩ、ＰＭＩ,ＲＩ）はスケジューリング-ビームパターン-計算部３３へ与えられる。ここで別のパターンを通知することも可能である．

スケジューリング-ビームパターン-計算部３３は、マクロＵＥからフィードバックされたフィードバック信号（ＣＱＩ、ＰＭＩ,ＲＩ）に基づいて、マクロＵＥに割り当てるビームパターンを決定する。ただし、スケジューリング-ビームパターン-計算部３３が決定したビームパターンは、マクロ基地局Ｍ-ＢＳだけに割り当てられた送信区間には、適用されるが、ピコ基地局Ｐ-ＢＳに割り当てられた送信区間では適用されない。ピコ基地局Ｐ-ＢＳに割り当てられた送信区間ではコーディネーション部３６が決定したビームパターンが適用される。送信信号生成部３４は、マクロＵＥに割り当てられた送信サブフレームに同期して、マクロＵＥに対する下りリンク送信信号を生成する。

ビーム生成部３５は、マクロＵＥに割り当てられたビームパターンにしたがってビーム形成するが、一部の送信サブフレームではピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）に対してヌルが向くようにコーディネーション部３６からアンテナウェイトが制御される。ビーム生成部３５によってビーム生成された指向性ビームが送信アンプ３７から無線送信される。

ここで、コーディネーション部３６によるアンテナウェイト制御及びバックホールシグナリングについて具体的に説明する。
マクロ基地局Ｍ-ＢＳの送信（マクロ送信）とマクロ基地局Ｍ-ＢＳの無送信（マクロ無送信）とをサブフレーム単位で切り替える場合、図５（ａ）に示すようにマクロ基地局Ｍ-ＢＳはマクロ送信／マクロ無送信をピコ基地局Ｐ-ＢＳへ２ビット（例えば、マクロ無送信は０，マクロ送信は１）でシグナリングできる。一方、図５（ｂ）に示すように、マクロ送信とは“マクロ基地局Ｍ-ＢＳに全てのビームパターンが許容されている”と解釈することができ、マクロ無送信とは“マクロ基地局Ｍ-ＢＳに全てのビームパターンが禁止されている”と解釈することができる。

ＬＴＥは、４アンテナの場合で、１６種類のビームパターンが定義されている。１６種類のビームパターンと、全てのビームパターンを許容するパターンと、全てのビームパターンを禁止するパターンとの合計１８パターンを、バックホールリンクを介して、ピコ基地局Ｐ−ＢＳへ通知することができれば、マクロ基地局Ｍ−ＢＳのスループットを大幅に改善できる。

例えば、ピコ基地局Ｐ−ＢＳに無線リソース（ピコＵＥとの送信を許容する送信区間に相当する）が割り当てられたサブフレーム＃ｎと同一サブフレーム＃ｎにおいてマクロ基地局Ｍ−ＢＳに一部の無線リソース（マクロ基地局Ｍ−ＢＳに一部の無線リソースでの送信を許容する送信区間）を割り当てる。このとき、マクロ基地局Ｍ−ＢＳにはピコ基地局Ｐ−ＢＳ配下のピコＵＥへの干渉が小さくなるようなビームパターン（無線リソース）を割り当てる。当該サブフレーム＃ｎでマクロ基地局Ｍ−ＢＳに割り当てたビームパターンを多値ビット（例えば、全部で１８パターンある場合は、５ビット）で表してピコ基地局Ｐ−ＢＳへシグナリングする。ピコ基地局Ｐ−ＢＳは、ピコＵＥとの送信が許容されているサブフレーム＃ｎにおいて、マクロ基地局Ｍ−ＢＳからシグナリングされたマクロ基地局Ｍ−ＢＳのビームパターンとの干渉が小さいビームパターンを選択して、ピコＵＥとの送信に用いることができる。

ピコ基地局Ｐ−ＢＳに送信区間（無線リソース）が割り当てられたサブフレーム＃ｎであっても、マクロ基地局Ｍ−ＢＳから干渉を受ける端末数が少なければ、当該サブフレーム＃ｎにおいてマクロ基地局Ｍ−ＢＳに割り当て可能なビームパターン数を増加したとしもてピコセルへの干渉を小さくできる可能性がある。マクロ基地局Ｍ−ＢＳに割り当てるビームパターン数を増加すれば、マクロ基地局Ｍ−ＢＳのスループットを増大できる。マクロ基地局Ｍ−ＢＳから干渉を受けるピコＵＥ数（又はピコＵＥの位置）に応じて、マクロ基地局Ｍ−ＢＳに割り当て可能なビームパターン数をダイナミックに制御すれば、マクロ基地局Ｍ−ＢＳのスループットを最大化できる。

図６は１８種類のビームパターン（４アンテナの場合）に対応したコードブックテーブルを示している。４アンテナの場合のビームパターンは１８種類で、ＬＴＥで定義されている１６種類のビームパターンに加えて、２パターンが追加されている。１つはマクロ基地局Ｍ-ＢＳに全てのビームパターンを禁止（無送信）するパターンであり、もう１つはマクロ基地局Ｍ-ＢＳに全てのビームパターンを許容するパターンである。図６のコードブックテーブルは、最大ストリーム数が４である場合のテーブル構成である。各ストリームに対して１８個のビームパターンが定義されている。ＬＴＥで定義されている１６種類のビームパターンに関しては、既にＬＴＥで定義されたインデックス０〜１６を再利用することができる。また新たにビームパターンを定義してもよい。

図７（ａ）（ｂ）は図６に示すコードブックテーブルを用いてビームパターン及びストリーム数をシグナリングするサブフレームパターンの一例を示す。図７（ａ）に示すサブフレームパターンは、図５（ａ）に示すサブフレームパターンに対応している。図５（ａ）においてマクロ送信が割り当てられていたサブフレーム＃０，２，４，６には（１７，４）のビットセットが設定されている。これは、サブフレーム＃０，２，４，６において、マクロ基地局Ｍ−ＢＳに全てのビームパターンを許容し（インデックス＝１７）、最大ストリーム数を許容している（ストリーム数＝４）ことを意味している。また、図５（ａ）においてピコ基地局Ｐ−ＢＳに送信区間（マクロ無送信）が割り当てられるサブフレーム＃１，３，５にはビットセット（１６，１）が設定されている。これは、サブフレーム＃１，３，５において、マクロ基地局Ｍ−ＢＳに全てのビームパターンを禁止している（インデックス＝１６）ことを意味する。

図７（ｂ）に示すサブフレームパターンは、図５（ａ）におけるマクロ送信に相当するサブフレーム＃０，２，４，６には（１７，４）のビットセットが設定されている。また、ピコ基地局Ｐ−ＢＳに送信区間が割り当てられるサブフレーム＃１，３，５にはビットセット（０，１）が設定されている。これは、サブフレーム＃１，３，５において、特定のビームパターン（インデックス＝０）で、ストリーム数１のみがマクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容されていることを意味する。例えば、特定のビームパターン（インデックス＝０）は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳと同一サブフレーム＃１，３，５において通信しているピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）に対して干渉電力が小さくなるようなビーム（ピコ移動局Ｐ−ＭＳ（１）にヌルが向けられる）ビームパターンが選択される。これにより、従来マクロ無送信であったサブフレームにおいて、ピコセルへの干渉を抑えた状態で、マクロ基地局Ｍ−ＢＳにもマクロＵＥとの通信のための一部のビームパターン（無線リソース）を割り当てることができ、マクロスループットを向上できる。

図８は、図６に示すコードブックを用いてビームパターンをシグナリングするサブフレームパターンの他の一例を示す。ピコ基地局Ｐ−ＢＳに送信区間が割り当てられるサブフレーム＃１にビットセット（０，１）とビットセット（１，１）の２つのビットセットが設定されている。このように、１つのサブフレームにおいてマクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容した複数のビームパターンを通知することができる。例えば、ピコ基地局Ｐ−ＢＳに送信区間が割り当てられるサブフレーム＃１，３，５において通信対象となるピコＵＥ数が少ない場合には、そのサブフレーム＃１，３，５においてマクロ基地局Ｍ−ＢＳに複数のビームパターンを許容したとしても、ピコＵＥへの干渉を抑制できる確率が高く、マクロスループットの増大を図ることができる。

図９は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容するビームパターンをサブセットとして通知する一例である。ピコ基地局Ｐ−ＢＳに送信区間が割り当てられるサブフレーム＃１，５ではサブセット＃１、サブフレーム＃３ではサブセット＃２をそれぞれ通知している。図９に示す例では、ストリーム数＝１の場合、インデクス１とインデクス２をサブセット＃１、インデクス３とインデクス４をサブセット＃２、・・・としてグループ化している。図６に示すコードブック構成において、０番から１５番までのインデックスを、複数のサブセットに分割し、個々のサブセットに付与したサブセット番号がバックホールシグナリングに用いられる。これにより、ビームパターンを表すビット数を削減でき、バックホールシグナリングのオーバーヘッドを抑えることができる。

また、上記のようにサブフレーム単位でビームパターンを通知する仕組みを維持しつつ、複数の周波数領域で異なるビームパターン及びストリーム数のビットセットを割り当ててもよい。例えば、サブフレーム＃１において、ある周波数リソースｆ１では第１のビットセット（ビームパターン＋ストリーム数）をマクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容し、他の周波数リソースｆ２では第２のビットセット（ビームパターン＋ストリーム数）をマクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容する。周波数リソースｆ１、ｆ２はサブフレーム＃１内の異なるリソースブロックでもよい。

また、ピコセルでの送信を許容するサブフレーム＃１，３，５においてマクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容しないビームパターン及びストリーム数を通知するようにしてもよい。例えば、サブフレーム＃１においてマクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容するビームパターン数が多いために、許容しないビームパターンのインデックスを通知する方が、許容する全てのビームパターンのインデックスを通知するよりも、情報量が小さくなる場合がある。このような場合は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容しないビームパターンのインデックスを通知しても良い。ただし、シグナリング方式をダイナミックに切り替える場合は、ピコ基地局Ｐ−ＢＳに対してシグナリング方式の切り替えを通知する必要がある。

コーディネーション部３６は、上述したマクロ−ピコセル間の干渉コーディネーション及びバックホールシグナリングを行う。コーディネーション部３６は、ピコ基地局Ｐ-ＢＳ（１）・・・から通知されるピコ最適ビームパターンを参照して、ピコセルでの送信を許容するサブフレーム＃１，３，５毎にマクロ基地局Ｍ−ＢＳに許容する（又は許容しない）ビームパターン及びストリーム数を決定する。コーディネーション部３６は、ピコセルへの干渉が小さく、かつマクロスループットを可能な限り増加できるビームパターン及びストリーム数を決定する。コーディネーション部３６は、図６に示すコードブックテーブルを備える。決定したビームパターンに対応したインデックス（又はサブセット番号）は、コードブックテーブルを参照して取得する。決定したビームパターンに対応したインデックス（又はサブセット番号）が該当するサブフレームに設定されたサブフレームパターンを、コーディネーションパターンとして、バックホールリンクＬを介して、ピコ基地局Ｐ−ＢＳへ通知する。

ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）のスケジューリング-ビームパターン-計算部２４は、コーディネーションパターンからサブフレーム＃１，３，５においてマクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）で使用されるビームパターンを検出する。スケジューリング-ビームパターン-計算部２４は、マクロ基地局Ｍ−ＢＳ（１）で使用されるビームパターンとの干渉が小さいビームパターンを選択し、送信信号生成部２５へビームパターン及び送信サブフレームを指示する。

この結果、ピコ基地局Ｐ−ＢＳ（１）に割り当てられた送信区間においても、マクロ基地局Ｍ−ＢＳが、ピコセルへの干渉を抑えた状態で、マクロＵＥと通信でき、マクロスループットを増大できる。

以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。例えば、上述の実施形態において、ユーザ数や装置における処理部数については、これに限定されず、装置構成に応じて適宜変更することが可能である。また、本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

Ｍ−ＢＳ マクロ基地局
Ｐ-ＢＳ ピコ基地局
Ｐ−ＵＥ ピコ移動局
１１，２１、３１ 受信アンプ部
１２、２２、３２ 受信信号復調部
１３ ピコ基地局チャネル推定部
１４ マクロ基地局チャネル推定部
１５ フィードバック信号生成部
１６、２５、３４ 送信信号生成部
１７、２７、３７ 送信アンプ部
２３ ビームパターン計算部
２４、３３ スケジューリング-ビームパターン-計算部
２６、３５ ビーム生成部
３６ コーディネーション部

Claims (13)

1. 第１のカバレッジエリアを有する第１セル内にいるユーザ端末に割り当てられたビームパターンに基づいたアンテナウェイトを用いて前記ユーザ端末に対する指向性ビームを生成するビーム生成部と、
   前記第１セル内に前記第１のカバレッジエリアよりも小さい第２のカバレッジエリアを有する第２セルを局所的に形成するマイクロ基地局に対して割り当てられた送信区間に、前記第１セル内にいるユーザ端末に対してビームパターンを割り当てる場合、前記第１セル内にいるユーザ端末に対するビームパターンが、前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンとなるように、ビームパターンを決定するコーディネーション部と、
   を具備したことを特徴とする無線基地局装置。
2. 前記コーディネーション部は、前記マイクロ基地局が収容する前記第２セル内にいるユーザ端末に適した第２セルビームパターンを前記マイクロ基地局から受け取り、前記第２セルを形成するマイクロ基地局に割り当てられた送信区間では、前記第２セルビームパターンを参照して前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンを決定することを特徴とする請求項１記載の無線基地局装置。
3. 前記コーディネーション部は、予め決められた複数種類のビームパターンのそれぞれに対応した複数インデックスと、全てのビームパターンを許容することを示すインデックスと、全てのビームパターンを禁止することを示すインデックスと、を有するテーブルを有し、送信時間間隔に相当するサブフレーム単位で決定したビームパターンのインデックスを前記テーブルに従って特定し、前記特定したインデックスを前記マイクロ基地局へシグナリングすることを特徴とする請求項２記載の無線基地局装置。
4. 前記コーディネーション部は、前記ビームパターンに関するインデックスとストリーム数とをセットにして、前記マイクロ基地局へシグナリングすることを特徴とする請求項３記載の無線基地局装置。
5. 前記コーディネーション部は、１サブフレームで許容するビームパターンとして複数パターンを決定した場合、前記決定した複数パターンのインデックスを前記マイクロ基地局へシグナリングすることを特徴とする請求項３記載の無線基地局装置。
6. 前記コーディネーション部は、前記テーブルに登録された各ビームパターンのインデックスを、複数インデックスを１つにまとめたサブセット単位で、前記マイクロ基地局へシグナリングすることを特徴とする請求項３記載の無線基地局装置。
7. 前記コーディネーション部は、異なる周波数領域で、前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンをそれぞれ決定することを特徴とする請求項２記載の無線基地局装置。
8. 前記コーディネーション部は、前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンを決定し、前記無線基地局装置に割り当てられなかったビームパターンを、前記マイクロ基地局へシグナリングすることを特徴とする請求項１記載の無線基地局装置。
9. 第１のカバレッジエリアを有する第１セル内に、第１のカバレッジエリアよりも小さい第２のカバレッジエリアを有する第２セルを局所的に形成する無線基地局装置であり、
   前記第１セルを形成するマクロ基地局から、送信時間間隔に相当するサブフレーム単位で決定したビームパターンが通知され、前記マクロ基地局と送信区間が重なるサブフレームには、前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンが通知され、前記マクロ基地局から通知されたビームパターンを参照して、前記第２セル内にいるユーザ端末との通信に適用するビームパターンを決定するビームパターン決定部と、
   前記第２セル内にいるユーザ端末に割り当てられたビームパターンに基づいたアンテナウェイトを用いて、前記ユーザ端末に対する指向性ビームを生成するビーム生成部と、を具備したことを特徴とする無線基地局装置。
10. 前記第２セル内にいるユーザ端末から通知された受信品質に関するフィードバック信号に基づいて、前記第２セル内にいるユーザ端末に適したビームパターンを決定し、決定したビームパターンを前記マクロ基地局へ通知するビームパターン計算部を備えたことを特徴とする請求項９記載の無線基地局装置。
11. 前記ビームパターン計算部は、前記フィードバック信号に含まれた、前記無線基地局装置と前記第２セル内にいるユーザ端末との間のチャネル品質情報と、前記マクロ基地局と前記第２セル内にいるユーザ端末との間のチャネル品質情報と、を用いてビームパターンを決定することを特徴とする請求項１０記載の無線基地局装置。
12. 第１のカバレッジエリアを有する第１セル内にいるユーザ端末に割り当てられたビームパターンに基づいたアンテナウェイトを用いて前記ユーザ端末に対する指向性ビームを生成する工程と、
    前記第１セル内に前記第１のカバレッジエリアよりも小さい第２のカバレッジエリアを有する第２セルを局所的に形成するマイクロ基地局に対して割り当てられた送信区間に、前記第１セル内にいるユーザ端末に対してビームパターンを割り当てる場合、前記第１セル内にいるユーザ端末に対するビームパターンが、前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンとなるように、ビームパターンを決定する工程と、
    を具備したことを特徴とする無線通信方法。
13. 第１のカバレッジエリアを有する第１セル内に、第１のカバレッジエリアよりも小さい第２のカバレッジエリアを有する第２セルを局所的に形成する無線基地局装置が、前記第１セルを形成するマクロ基地局から、送信時間間隔に相当するサブフレーム単位で決定したビームパターンし、前記マクロ基地局と前記無線基地局装置の送信区間が重なるサブフレームには、前記第２セル内にいるユーザ端末に対する干渉電力が抑制されたビームパターンが通知される工程と、
    前記マクロ基地局から前記無線基地局装置に通知されたビームパターンを参照して、前記第２セル内にいるユーザ端末との通信に適用するビームパターンを決定する工程と、
    前記第２セル内にいるユーザ端末に割り当てられたビームパターンに基づいたアンテナウェイトを用いて、前記ユーザ端末に対する指向性ビームを生成する工程と、を具備したことを特徴とする無線通信方法。

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