JP4896196B2 - 協調送信方法、協調送信システム、集約局及び無線基地局 - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線基地局を協調させて無線端末に対する信号を送信する協調送信方法、協調送信システム、集約局及び無線基地局に関する。

セルラ方式の移動無線通信システムでは、面的周波数利用効率を向上させるために、周波数繰返し回数を出来るだけ少なくすることが求められる。例えば、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を用いた第３世代のセルラ方式では、隣接セルで同一周波数帯の電波を利用する１セル周波数繰返し（周波数繰返し回数＝１）が実現されている。

一方、次世代のセルラ方式の下り回線では、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式が有力である。このＯＦＤＭＡ方式を用いたセルラ方式において１セル周波数繰返しを用いる場合、隣接セル及び隣接セクタからの干渉が特性劣化の大きな原因となる。具体的には、隣接セル及び隣接セクタからの干渉電力の増加に伴いＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ―Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）が低下するため、特にＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）伝送を行う際にその効果を発揮することが難しくなる。

したがって、ＯＦＤＭＡ方式でＭＩＭＯ伝送を行うセルラ方式において１セル周波数繰返しを用いる場合、ＭＩＭＯ伝送による著しいスループットの増大効果を得るためには、隣接セル及び隣接セクタからの干渉を回避する必要がある。

そこで、上述のような場合の干渉回避技術として、複数の無線基地局を協調させて１以上の無線端末に対して信号を同時送信する協調送信が注目されている。この協調送信によると、協調する複数の無線基地局のセル又はセクタの集合によって形成される協調クラスタ内の空間を直交化できるので、協調クラスタ内の干渉（すなわち、協調送信を行う無線基地局間の干渉）が回避される（例えば、非特許文献１及び非特許文献２）。

具体的には、非特許文献１に示された協調送信では、図１２に示すように、隣接する複数の無線基地局１が集約局２に接続され、集約局２が複数の無線基地局１を協調させる。協調クラスタＣＬは、協調する複数の無線基地局１のセルＣの集合によって形成される。協調クラスタＣＬ内では、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により、複数の無線基地局１による協調送信が行われる。このマルチユーザＭＩＭＯ伝送のプリコーディング方法としてブロック対角化Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ（ＢＤ−ＺＦ）法を用いると、協調クラスタＣＬ内の空間を直交化できるので、協調クラスタＣＬ内の干渉を除去することが可能になり、ユーザスループットが改善される。

また、非特許文献２に示された協調送信では、図１３に示すように、隣接する３つの無線基地局１が集約局２に接続され、集約局２が３つの無線基地局１を協調させる。協調クラスタＣＬは、協調する３つの無線基地局１の隣接３セクタによって形成される。さらに、協調クラスタＣＬを形成する隣接３セクタは、各無線基地局１のセクタアンテナからのビームが向き合うように構成されている。協調クラスタＣＬ内では、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により、３つの無線基地局１による協調送信が行われる。このマルチユーザＭＩＭＯ伝送のプリコーディング方法としてＢＤ−ＺＦ法を用いると、協調クラスタＣＬ内の空間を直交化できるので、協調クラスタＣＬ内の干渉を除去することが可能になり、ユーザスループット及びセルスループットが改善される。

A.Benjebbour, M.Shirakabe,Y.Ohwatari, J.Hagiwara, and T.Ohya, "Evaluation of user throughput forMU-MIMO coordinated wireless networks," IEEE PIMRC 2008, pp.1-5, Sept.2008. CMCC, "DownlinkCoMP-MU-MIMO transmission schemes," 3GPP RAN1 #56, R1-090922, Feb.2009.

しかしながら、複数の無線基地局による協調送信を用いた上述の干渉回避技術では、協調クラスタ内の干渉（すなわち、協調送信を行う無線基地局間の干渉）を回避できるが、協調クラスタ外からの干渉（すなわち、協調送信を行う無線基地局以外からの干渉）を回避できないという問題点があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、複数の無線基地局による協調送信において、協調クラスタ内の干渉だけでなく協調クラスタ外からの干渉も回避することが可能な協調送信方法、協調送信システム、集約局及び無線基地局を提供することを目的とする。

本発明の協調送信方法は、複数の無線基地局の隣接セクタによって形成されるエリアに在圏する無線端末に対して前記複数の無線基地局が信号を同時送信（協調送信）する協調送信方法であって、前記エリアに対して、前記エリアを囲む前記複数の無線基地局から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、前記エリアに隣接する隣接エリアに対して、前記エリアと同一周波数領域の指向性ビームを送信しないように構成された複数の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応させて定められ、前記複数の指向性パタンの中から無線端末の在圏する前記エリアに対応した指向性パタンを選択するステップと、前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配し、分配された信号の周波数領域及び指向性ビームの方向を定めて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信するステップと、を有することを特徴とする。

この構成によれば、無線端末の在圏するエリアに応じて選択される複数の指向性パタンが、複数の無線基地局から無線端末の在圏するエリアの中心に向けて送信される同一周波数領域の指向性ビームが向き合うように構成されるので、協調送信により無線端末の在圏するエリア内での干渉を防止することができるとともに、当該エリアの中心に位置する無線端末の信号品質の悪化を防止することができる。また、上記指向性パタンは、無線端末の在圏するエリアに隣接する隣接エリアでは、無線端末の在圏するエリアと同一周波数領域の指向性ビームが送信されないように構成されるので、無線端末の在圏するエリア内外からの干渉を防ぐことができる。

また、本発明は、上記協調送信方法において、前記複数の指向性パタンは、前記複数の周波数領域に加えて複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められてもよい。

また、本発明は、上記協調送信方法において、前記複数の指向性パタンは、前記エリアにおけるトラヒック状況に応じて、前記複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められてもよい。

また、本発明は、上記協調送信方法において、前記複数の周波数領域は、ＯＦＤＭＡ方式の複数の周波数ブロックであり、前記複数の指向性パタンは、前記複数の周波数ブロックのそれぞれに対応させて定められてもよい。

また、本発明は、上記協調送信方法において、前記指向性パタンに従って分配された信号は、ブロック対角化Ｚｅｒｏ‐Ｆｏｒｃｉｎｇ法によるプリコーディングを行うマルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信されてもよい。

本発明の協調送信システムは、複数の無線基地局の隣接セクタによって形成されるエリアに在圏する無線端末に対して前記複数の無線基地局が信号を同時送信する協調送信システムであって、前記エリアに対して、前記エリアを囲む前記複数の無線基地局から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、前記エリアに隣接する隣接エリアに対して、前記エリアと同一周波数領域の指向性ビームを送信しないように構成された複数の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応させて定められ、前記複数の指向性パタンの中から無線端末の在圏する前記エリアに対応した指向性パタンを選択する選択部と、前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配し、分配された信号の周波数領域及び指向性ビームの方向を定めて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信する配信部と、を具備する。

本発明の集約局は、複数の無線基地局の隣接セクタによって形成されるエリアに在圏する無線端末に対して前記複数の無線基地局が信号を同時送信する協調送信システムにおいて、前記複数の無線基地局に接続された集約局であって、前記エリアに対して、前記エリアを囲む前記複数の無線基地局から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、前記エリアに隣接する隣接エリアに対して、前記エリアと同一周波数領域の指向性ビームを送信しないように構成された複数の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応させて定められ、前記複数の指向性パタンの中から無線端末の在圏する前記エリアに対応した指向性パタンを選択する選択部と、前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配し、分配された信号の周波数領域及び指向性ビームの方向を定めて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信する配信部と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、上記集約局において、前記複数の指向性パタンは、前記複数の周波数領域に加えて複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められてもよい。

また、本発明は、上記集約局において、前記複数の指向性パタンは、前記エリアにおけるトラヒック状況に応じて、前記複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められてもよい。

また、本発明は、上記集約局において、前記複数の周波数領域は、ＯＦＤＭＡ方式の複数の周波数ブロックであり、前記複数の指向性パタンは、前記複数の周波数ブロックのそれぞれに対応させて定められてもよい。

また、本発明は、上記集約局において、前記配信部は、前記指向性パタンに従って分配された信号を、ブロック対角化Ｚｅｒｏ‐Ｆｏｒｃｉｎｇ法によるプリコーディングを行うマルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信してもよい。

また、本発明は、上記集約局において、前記配信部は、前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配する信号分配部と、前記複数の無線基地局に収容可能な無線端末数に対応した複数の変調部と、前記集約局に接続された無線基地局数に対応した複数の送信部と、を具備し、前記複数の変調部の各々は、前記信号分配部によって分配された信号を変調し、前記複数の送信部の各々は、変調された信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に送信してもよい。

本発明の無線基地局は、複数の無線基地局との隣接セクタによって形成されるエリアに在圏する無線端末に対して前記複数の無線基地局が信号を同時送信する協調送信システムにおける無線基地局であって、前記エリアに対して、前記エリアを囲む前記複数の無線基地局から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、前記エリアに隣接する隣接エリアに対して、前記エリアと同一周波数領域の指向性ビームを送信しないように構成された複数の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応させて定められ、前記複数の指向性パタンの中から無線端末の在圏する前記エリアに対応した指向性パタンを選択する選択部と、前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配し、分配された信号の周波数領域及び指向性ビームの方向を定めて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信する配信部と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、複数の無線基地局による協調送信において、協調クラスタ内の干渉だけでなく協調クラスタ外からの干渉も回避することが可能な協調送信方法、協調送信システム及び集約局を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る協調送信システムの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る協調送信システムで形成される協調クラスタを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る指向性パタンを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る指向性パタン選択情報を示す図である。 本発明の第１の実施形態において、指向性パタンが協調送信を行う全無線基地局１０に割り当てられた様子を示す図を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る集約局及び無線基地局の概略機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る集約局の詳細機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る無線基地局の詳細機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る協調送信方法を示すシーケンス図である。 本発明の第２実施形態に係る指向性パタン選択情報を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る集約局の詳細機能ブロック図である。 本発明の変更例に係る無線基地局の詳細機能ブロック図である。 本発明の変更例に係る協調送信方法を示すシーケンス図である。 従来の協調送信システムを説明するための図である。 従来の協調送信システムを説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。

[第１の実施形態]
＜第１の実施形態に係る無線通信システムの全体概略構成＞
図１は、第１の実施形態に係る協調送信システムの概略構成図である。図１に示すように、協調送信システムは、複数の無線基地局１０−１乃至１０−７と、複数の無線基地局１０−１乃至１０−７と光ファイバ２０により接続される集約局３０と、集約局３０に接続されるネットワーク網４０とから構成されている。複数の無線基地局１０−１乃至１０−７は、六角形のセルＣ−１乃至Ｃ−７を形成する。セルＣ−１乃至Ｃ−７は、それぞれ無線基地局１０−１乃至１０−７のサービスエリアである。セルＣ−１乃至Ｃ−７は、それぞれ６個のセクタに分割されている。

この協調送信システムでは、複数の無線基地局１０の隣接セクタによって形成されるエリア（協調クラスタ）に在圏する無線端末５０（図示なし）に対して複数の無線基地局１０が信号を同時送信（協調送信）する。図２は、第１の実施形態に係る協調送信システムで形成される協調クラスタを示す図である。図２（ｂ）に示すように、セルＣ−１乃至Ｃ−７の各々が６個のセクタＳ１乃至Ｓ６に分割されているとする。かかる場合、図２（ａ）に示すように、３つの無線基地局１０−１、１０−２、１０−３の隣接セクタＳ１、Ｓ３、Ｓ５によって協調クラスタＣＬ１が形成される。

協調クラスタＣＬ１では、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により、無線基地局１０−１、１０−２、１０−３が、協調クラスタＣＬ１に在圏する無線端末５０に対する信号を同時送信する。このマルチユーザＭＩＭＯ伝送のプリコーディング方法としてＢＤ−ＺＦ法を用いると、協調クラスタＣＬ１の空間を直交化できるので、協調クラスタＣＬ１内で協調送信を行う無線基地局１０間の干渉を回避できる。同様に、協調クラスタＣＬ２乃至ＣＬ６が形成され、各協調クラスタＣＬにおいて協調送信が行われる。

また、協調送信システムでは、複数の指向性パタンの中から無線端末５０の在圏する協調クラスタＣＬに対応した指向性パタンが選択される。図３は、協調送信システムで用いられる指向性パタンを示す図である。ここで、指向性パタンとは、各無線基地局１０から同一周波数領域で送信される複数の指向性ビームの組み合わせを示すものである。例えば、図３（ａ）の指向性パタン１は、水平方向を０度とした場合に、０度、１２０度、２４０度の方向にピークを持つ３つの指向性ビームから構成される。また、図３（ｂ）の指向性パタン２は、３０度、１５０度、２７０度の方向にピークを持つ３つの指向性ビームから構成される。なお、指向性パタンを構成する指向性ビームは、各無線基地局１０に設けられた複数のセクタアンテナによって形成されてもよいし、各無線基地局１０に設けられたアレイアンテナに加えられる重みによって形成されてもよい。

複数の指向性パタンは、複数の周波数領域にそれぞれ対応させて定められる。具体的には、集約局３０は、周波数領域毎に定められた指向性パタンを、協調送信を行う複数の無線基地局１０の全てに割り当てる。図４は、集約局３０による指向性パタン選択情報の一例を示す図である。ここで、指向性パタン選択情報とは、１周波数領域と１時間領域とによって構成されるリソース単位で、当該リソース単位用に定められた指向性パタンを示す情報である。第１の実施形態では、通信方式としてＯＦＤＭＡ方式を用いるものとし、図４に示すように、周波数ブロック（周波数領域）毎に指向性パタン１と指向性パタン２とが交互に定められ、時間スロット（時間領域）ではその指向性パタンが変更されないものとする。

また、指向性パタン１及び２は、複数の無線基地局１０から協調クラスタＣＬの中心に向けて送信される同一周波数領域の指向性ビームが向き合うように、かつ、当該協調クラスタＣＬに隣接する隣接エリアでは協調クラスタＣＬと同一周波数領域の指向性ビームが送信されないように構成されている。図５は、以上のような指向性パタン１及び２が、協調送信を行う全無線基地局１０に割り当てられた様子を示す図である。

図５（ａ）に示すように、周波数ブロック番号２ｎ（ｎ≧０）の場合、指向性パタン１が全無線基地局１０に割り当てられる。かかる場合、３つの無線基地局１０−１、１０−２、１０−７の隣接３セクタ（すなわち、無線基地局１０−１のセクタＳ６、無線基地局１０−２のセクタＳ４、無線基地局１０−７のセクタＳ２（図２（ｂ）参照））によって形成される協調クラスタＣＬ６に着目すると、複数の無線基地局１０−１、１０−２、１０−７から協調クラスタＣＬ６の中心に向けて送信される同一周波数ブロックの指向性ビームが向き合っている。また、協調クラスタＣＬ６に隣接する隣接エリア（すなわち、無線基地局１０−１のセクタＳ１及びＳ５、無線基地局１０−２のセクタＳ３及びＳ５、無線基地局１０−７のセクタＳ１及びＳ３（図２（ｂ）参照））では、協調クラスタＣＬ６と同一周波数ブロックの指向性ビームが送信されていない。協調クラスタＣＬ２、ＣＬ４についても、同様である。

図５（ａ）に示す場合、複数の無線基地局１０が協調クラスタＣＬ内に在圏する無線端末５０に対して協調送信を行うことにより、協調クラスタＣＬ内の空間を直交化でき、協調クラスタＣＬ内の干渉を防止できる。さらに、指向性パタンが複数の無線基地局１０から協調クラスタＣＬの中心に向けて送信される同一周波数ブロックの指向性ビームが向き合うように構成されるので、協調クラスタＣＬの中心部に位置する無線端末５０でも、３つの無線基地局１０からの指向性ビームを効率良く受信でき、協調クラスタＣＬの中心に位置する無線端末５０の信号品質の悪化を防止することができる。また、指向性パタンが協調クラスタＣＬに隣接する隣接エリアでは、協調クラスタＣＬ６と同一周波数ブロックの指向性ビームが送信されないように構成されるので、協調クラスタＣＬ６外からの干渉を防ぐことができる。

一方、図５（ｂ）に示すように、周波数ブロック番号２ｎ＋１（ｎ≧０）の場合、指向性パタン２が全無線基地局１０に割り当てられる。かかる場合、図５（ａ）に示した周波数ブロック番号２ｎ（ｎ≧０）の場合に指向性ビームが送信されなかったセクタによって協調クラスタＣＬ１、ＣＬ３、ＣＬ５が形成される。したがって、図５（ａ）に示す協調クラスタＣＬ２、ＣＬ４、ＣＬ６に存在しない、協調クラスタＣＬ１、ＣＬ３、ＣＬ５に存在する無線端末５０に対しても信号を送信することが可能となる。

以上、第１の実施形態に係る協調送信システムの概略構成について説明した。なお、以上では、協調送信システムが７セルＣ−１乃至Ｃ−７から構成されるセルラ方式である例を説明したが、本発明は、２セル以上で構成されるセルラ方式に適用可能である。同様に、以上では、集約局３０に接続する無線基地局１０の数が７個の場合の例を説明したが、集約局３０に接続する無線基地局１０の数は、協調送信を行う無線基地局１０の数に応じて変更可能である。また、1セルあたりのセクタ数も６つに限られるものではなく、１以上であればよい。また、協調クラスタＣＬを形成するセクタ数は、３つに限られるものではなく、２以上であればよい。また、指向性パタンを構成する指向性ビームの数は、３つに限られるものではなく、２つ以上であればよい。

＜第１の実施形態に係る協調送信システムの機能構成＞
次に、第１の実施形態に係る協調送信システムを構成する集約局３０及び各無線基地局１０の機能構成について説明する。図６Ａは、集約局３０及び各無線基地局１０の概略機能ブロック図、図６Ｂは、集約局３０の詳細機能ブロック図、図６Ｃは、各無線基地局の詳細機能ブロック図である。本実施形態では、一例として、協調送信を行う無線基地局１０の数をＭ、各無線基地局１０のアンテナ素子１１の数をＮｔ、無線端末５０の数をＮｕとする。

≪第１の実施形態に係る集約局３０の機能構成≫
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、集約局３０は、指向性パタン選択部３１と、信号分配部３２と、同一送信タイミングで送信する無線端末数Ｎｕ個の変調部３３と、プリコーディング部３４と、協調送信を行う無線基地局数Ｍ個の送信部３５とを具備する。

指向性パタン選択部３１は、協調クラスタＣＬに対して、協調クラスタＣＬを囲む複数の無線基地局１０から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、協調クラスタＣＬに隣接する隣接エリアに対して、協調クラスタＣＬと同一の周波数領域の指向性ビームが送信されないように構成された複数の指向性パタンを保持する。具体的には、指向性パタン選択部３１は、周波数ブロック毎に選択された指向性パタンを図４に示す指向性パタン選択情報を保持し、信号分配部３２に入力する。

信号分配部３２は、集約局３０配下の全無線基地局１０に接続される全無線端末５０−１乃至５０−Ｎｕに対するデータ信号を、ネットワーク網４０から受信する。信号分配部３２は、指向性パタン選択部３１から入力された指向性パタン選択情報を用いて、複数の指向性パタンの中から無線端末５０の在圏する協調クラスタＣＬに対応した指向性パタンを選択する。信号分配部３２は、選択された指向性パタンに従って、ネットワーク網４０から受信したデータ信号を無線端末５０−１乃至５０−Ｎｕに分配する。信号分配部３２は、Ｎｕ個の無線端末毎に分配されたデータ信号を、第１変調部３３乃至第Ｎｕ変調部３３にそれぞれ入力する。

変調部３３は、符号化部３３１と、インタリーブ部３３２と、直並列変換部３３３と、サブキャリア数Ｌ及び送信ストリーム数Ｎｒ毎の信号変調部３３４（すなわち、サブキャリア数Ｌ×送信ストリーム数Ｎｒ個の信号変調部３３４）とを具備する。

符号化部３３１は、所定の符号化方法を用いて、信号分配部３２から入力されたデータ信号に対する符号化を行う。ここで、符号化方法としては、ターボ符号を用いても良いし、畳み込み符号を用いても良いし、ＬＤＰＣ符号を用いても良く、本発明は符号化方法に係わりなく実施可能である。符号化部３３１は、符号化が行われたデータ信号をインタリーブ部３３２に入力する。

インタリーブ部３３２は、符号化部３３１から入力されたデータ信号に対するインタリーブを行う。ここで、インタリーブ方法としては、いずれの方法を用いて良く、本発明はインタリーブ方法に係りなく実施可能である。インタリーブ部３３２は、インタリーブが行われたデータ信号を直並列変換部３３３に入力する。

直並列変換部３３３は、インタリーブ部３３２から入力されたデータ信号系列を、サブキャリア数Ｌ及び送信ストリーム数Ｎｒ分のデータ信号に並列変換する。直並列変換部３３３は、サブキャリア数Ｌ毎及び送信ストリーム数Ｎｒ毎のデータ信号を、サブキャリア数Ｌ毎及び送信ストリーム数Ｎｒ毎に設けられた信号変調部３３４に入力する。

各信号変調部３３４は、直並列変換部３３３から入力されたデータ信号に対して多値変調を行う。ここで、変調多値数は、固定的であってもよいし、チャネルの状況に応じて適応的に変更されてもよい。各信号変調部３３４は、多値変調が行われたデータ信号をプリコーディング部３４に入力する。

プリコーディング部３４は、無線端末数Ｎｕ個の変調部３３の各信号変調部３３４から入力されたデータ信号に対して、プリコーディングを行う。プリコーディング部３４は、入力されたデータ信号に対して、ＢＤ−ＺＦ法によるプリコーディング用の送信ウェイトを乗算し、集約局３０配下のＭ個の無線基地局１０の総アンテナ素子数Ｎｔ分のデータ信号（すなわち、無線基地局数Ｍ×各無線基地局１０のアンテナ素子数Ｎｔ分のデータ信号）を生成する。プリコーディング部３４は、生成されたＭ×Ｎｔ個のデータ信号を、Ｍ個の無線基地局１０毎に設けられた第１送信部３５乃至第Ｍ送信部３５にそれぞれ入力する。

送信部３５は、各無線基地局１０のアンテナ素子数Ｎｔ毎に、逆フーリエ変換部３５１と、並直列変換部３５２と、ガードインターバル挿入部３５３と、搬送波周波数変調部３５４と、電気−光変換部３５５とを具備する。

逆フーリエ変換部３５１は、プリコーディング部３４から入力されたデータ信号を周波数領域から時間領域に変換する。逆フーリエ変換部３５１は、時間領域に変換されたデータ信号を並直列変換部３５２に変換する。

並直列変換部３５２は、逆フーリエ変換部３５１から入力された、サブキャリア数Ｌ及びアンテナ素子分のデータ信号系列をアンテナ素子数Ｎｔ分のデータ信号系列に直列変換する。並直列変換部３５２は、アンテナ素子数Ｎｔ毎のデータ信号系列を、アンテナ素子数Ｎｔ毎に設けられたガードインターバル挿入部３５３に入力する。

ガードインターバル挿入部３５３は、並直列変換部３５２から入力されたデータ信号系列に対してガードインターバルを挿入し、ガードインターバルが挿入されたデータ信号系列を搬送波周波数変調部３５４に入力する。

搬送波周波数変調部３５４は、ガードインターバル挿入部３５３から入力されたデータ信号系列を搬送波周波数に変調し、変調されたデータ信号を電気−光変換部３５５に入力する。

電気−光変換部３５５は、搬送波周波数変調部３５４から入力されたデータ信号を電気信号から光信号に変調し、変調されたデータ信号を、光ファイバ２０を介して無線基地局１０に入力する。

≪第１の実施形態に係る無線基地局１０の機能構成≫
図６Ｃに示すように、集約局３０に光ファイバ２０を介して接続された各無線基地局１０は、Ｎｔ個のアンテナ素子１１と、Ｎｔ個のアンテナ素子１１にそれぞれ接続されるＮｔ個の光−電気変換部１２と、を具備する。

光−電気変換部１２は、集約局３０から光ファイバ２０を介して入力されたデータ信号を光信号から電気信号に復調し、復調されたデータ信号をアンテナ素子１１に入力する。アンテナ素子１１に入力されたデータ信号は、空間に放射される。

＜第１の実施形態に係る協調送信システムの動作＞
次に、以上のように構成された協調送信システムにおける協調送信方法について説明する。図７は、第１の実施形態に係る協調送信方法を示すシーケンス図である。ここで、本シーケンス図では、無線基地局１０−１乃至１０−３の隣接セクタによって協調クラスタＣＬ（例えば、図５（ｂ）の協調クラスタＣＬ１）が形成されるものとする。また、無線基地局１０−１乃至１０−３は、協調クラスタＣＬ１が形成される指向性パタン２が適用される周波数領域（例えば、図５（ｂ）の周波数ブロック番号が２ｎ＋１の周波数ブロック）を用いて、協調クラスタＣＬ１内に在圏する無線端末５０−１乃至５０−３に対して信号を送信するものとする。

集約局３０は、無線基地局１０−１乃至１０−３に対してチャネル推定用の参照信号を送信する（ステップＳ１０１）。無線基地局１０−１は、自局に接続する全ての無線端末５０−１乃至５０−３（すなわち、協調クラスタＣＬ１に在圏する無線端末５０）に対して、集約局３０からの参照信号を送信する（ステップＳ１０２）。同様に、無線基地局１０−２及び１０−３は、自局に接続する全ての無線端末５０−１乃至５０−３に対して、集約局３０からの参照信号を送信する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。

なお、ステップＳ１０２乃至Ｓ１０４で無線基地局１０−１乃至１０−３から無線端末５０−１乃至５０−３に送信される参照信号は、無線端末５０−１乃至５０−３が在圏する協調クラスタＣＬ（ここでは、協調クラスタＣＬ１とする）を形成する指向性パタン２に従って送信される。

無線端末５０−１乃至５０−３は、無線基地局１０−１乃至１０−３から受信した参照信号を用いてチャネル推定を行い、チャネル推定結果であるチャネル情報を無線基地局１０−１乃至１０−３に送信する（ステップＳ１０５）。ここで、無線端末５０−１乃至５０−３は、チャネル情報として、全周波数領域のチャネル推定結果を送信してもよいし、上り回線の逼迫を防ぐために、一部の周波数領域のチャネル推定結果を送信してもよい。

無線基地局１０−１乃至１０−３は、無線端末５０−１乃至５０−３から受信したチャネル情報をそれぞれ集約局３０に送信する（ステップＳ１０６）。集約局３０は、無線基地局１０−１乃至１０−３から受信したチャネル情報に基づいて、ＢＤ−ＺＦ法によるプリコーディングを行うマルチユーザＭＩＭＯ伝送処理を行い、プリコーディングが行われた無線端末５０−１乃至５０−３宛てのデータ信号を無線基地局１０−１乃至１０−３に送信する（ステップＳ１０７）。

無線基地局１０−１は、集約局３０から受信した無線端末５０−１乃至５０−３宛てのデータ信号を、それぞれ無線端末５０−１乃至５０−３に送信する（ステップＳ１０８）。同様に、無線基地局１０−２及び１０−３は、集約局３０から受信した無線端末５０−１乃至５０−３宛てのデータ信号を、それぞれ無線端末５０−１乃至５０−３に送信する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。

＜第１の実施形態に係る作用・効果＞
第１の実施形態に係る協調送信システムによれば、無線端末の在圏する協調クラスタＣＬに応じて選択される複数の指向性パタンが、協調クラスタＣＬに対して、複数の無線基地局１０から送信される同一周波数領域の指向性ビームが向き合うように構成される。この結果、協調送信により協調クラスタＣＬ内の空間を直交化することができ、協調クラスタＣＬ内での干渉を防止することができる上に、協調クラスタＣＬの中心に位置する無線端末の信号品質の悪化を防止することができる。また、上記指向性パタンは、協調クラスタＣＬに隣接する隣接エリアでは、協調クラスタＣＬと同一周波数領域の指向性ビームが送信されないように構成されるので、協調クラスタＣＬ外からの干渉を防ぐことができる。

また、周波数領域毎に異なる指向性パタンを割り当てることにより、ある周波数領域では形成されなかった協調クラスタを他の周波数領域で形成することができるので、いずれの協調クラスタに存在する無線端末５０に対しても信号を送信することが可能となる。

[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態に係る協調送信システムについて、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。第１の実施形態では、複数の指向性パタンが複数の周波数領域にそれぞれ対応させて定められたが、第２の実施形態では、複数の指向性パタンが複数の周波数領域に加えて複数の時間領域にそれぞれ対応させて定められる。さらに、第２の実施形態では、無線端末５０が在圏する協調クラスタＣＬのトラヒック状況に応じて、複数の指向性パタンが複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められる。

図８は、第２の実施形態に係る指向性パタン選択情報の一例を示す図である。第２の実施形態では、通信方式としてＯＦＤＭＡ方式を用いるものとし、図８に示すように、周波数ブロック（周波数領域）毎に加えて、時間スロット（時間領域）においても、指向性パタンが定められる。

具体的には、図８においては、まず、周波数ブロック毎に指向性パタン１と指向性パタン２とが交互に定められる。その後、指向性パタン１がカバーする協調クラスタＣＬ（例えば、図５（ａ）の協調クラスタＣＬ２、ＣＬ４、ＣＬ６）におけるトラヒック量が、指向性パタン２がカバーする協調クラスタＣＬ（例えば、図５（ｂ）の協調クラスタＣＬ１、ＣＬ３、ＣＬ５）におけるトラヒック量よりも多い場合、指向性パタン１の選択量を増やす。例えば、図８の周波数ブロック１に対しては最初に指向性パタン２が定められたが、指向性パタン１がカバーする協調クラスタＣＬのトラヒック量の増加に伴い、周波数ブロック１の時間スロット１に対して指向性パタン２の代わりに指向性パタン１が定められる。

さらに、時間的なトラヒック量の変動に追従するために、周波数ブロック１の時間スロット２で指向性パタン２がカバーする協調クラスタＣＬのトラヒック量が増加した場合、指向性パタン２の選択量を増やす。例えば、図８の周波数ブロック２に対しては最初に指向性パタン１が定められたが、指向性パタン２がカバーする協調クラスタＣＬのトラヒック量の増加に伴い、周波数ブロック２の時間スロット３に対して指向性パタン１の代わりに指向性パタン２が定められる。

＜第２の実施形態に係る集約局３０の機能構成＞
図９は、第２の実施形態に係る集約局３０の詳細機能ブロック図である。図９に示すように、第２の実施形態に係る集約局３０は、指向性パタン選択部３１にネットワーク網４０から入力されたトラヒック情報が入力される点で、第１の実施形態と異なる。

指向性パタン選択部３１は、複数の無線基地局１０の各々から協調クラスタＣＬに向けて同一の周波数領域を用いて送信されるビームが向き合うように、かつ、協調クラスタＣＬに隣接するエリアでは協調クラスタＣＬと同一の周波数領域でビームが送信されないように構成された指向性パタンを、周波数ブロック（周波数領域）毎及び時間スロット（時間領域）毎に定める。

具体的には、図８を参照して説明したように、指向性パタン選択部３１は、ネットワーク網４０から入力された各指向性パタンのカバーする協調クラスタにおけるトラヒック量に基づいて、周波数ブロック毎及び時間スロット毎に指向性パタンを選択する。指向性パタン選択部３１は、周波数ブロック毎及び時間スロット毎に選択された指向性パタンを図８に示す指向性パタン選択情報を保持し、信号分配部３２に入力する。

信号分配部３２は、指向性パタン選択部３１から入力された指向性パタン選択情報を用いて、複数の指向性パタンの中から無線端末５０の在圏する協調クラスタＣＬに対応した指向性パタンを選択する。信号分配部３２は、選択された指向性パタンに従って、ネットワーク網４０から受信したデータ信号を無線端末５０−１乃至５０−Ｎｕに分配する。その他の機能構成については、第１の実施形態と同様である。

＜第２の実施形態に係る作用・効果＞
第２の実施形態に係る協調送信システムによれば、各指向性パタンのカバーする協調クラスタＣＬにおけるトラヒック量に基づいて、周波数領域毎及び時間領域に異なる指向性パタンを定めることにより、協調送信システムにおけるスループットを向上させることが可能となる。

[変更例]
次に、変更例に係る協調送信システムについて、第１及び第２の実施形態との相違点を中心に説明する。第１及び第２の実施形態では、協調送信を行う複数の無線基地局１０が集約局３０に接続されており（図６Ａ参照）、無線端末５０の在圏する協調クラスタＣＬに対応した指向性パタンを集約局３０が選択する例について説明した。変更例では、集約局３０を設けずに、複数の無線基地局１０間で指向性パタン選択情報を共有し、無線端末５０の在圏する協調クラスタＣＬに対応した指向性パタンを各無線基地局１０が選択する例について説明する。

＜変更例に係る無線基地局１０の機能構成＞
図１０は、変更例に係る各無線基地局１０の詳細機能ブロック図である。図１０に示すように、各無線基地局１０は、第１又は第２の実施形態の集約局３０が具備する指向性パタン選択部３１と、信号分配部３２と、同一送信タイミングで送信する無線端末数Ｎｕ個の変調部１３と、プリコーディング部３４と、１つの送信部３５とを具備する。

指向性パタン選択部３１は、第１又は第２実施形態と同様に、指向性パタン選択情報（図４又は図８参照）を保持する。指向性パタン選択部３１は、協調送信を行う他の無線基地局１０と指向性パタン選択情報を共有する点で、第１又は第２実施形態と異なる。

信号分配部３２は、第１又は第２実施形態と同様の機能を有し、協調送信の対象となるＮｕ個の無線端末毎に分配されたデータ信号を、第１変調部３３乃至第Ｎｕ変調部３３にそれぞれ入力する。

無線端末数Ｎｕ個の変調部３３は、変調処理が行われたデータ信号をプリコーディング部３４に入力する。プリコーディング部３４は、無線端末数Ｎｕ個の変調部３３の各信号変調部３３４から入力されたデータ信号に対して、ＢＤ−ＺＦ法によるプリコーディング用の送信ウェイトを乗算し、自局の総アンテナ素子数Ｎｔ分のデータ信号を生成する。プリコーディング部３４は、生成されたＮｔ個のデータ信号を送信部３５に入力する。

送信部３５は、電気−光変換部３５５を備えていない点で第１又は第２実施形態と異なるがその他は同様の機能を有する。送信部１５は、搬送波周波数に変調されたデータ信号をアンテナ素子１１に入力する。アンテナ素子１１に入力されたデータ信号は、空間に放射される。

＜変更例に係る協調送信システムの動作＞
次に、以上のように構成された協調送信システムにおける協調送信方法について説明する。図１１は、変更例に係る協調送信方法を示すシーケンス図である。ここで、本シーケンス図は、集約局３０を設けずに、無線基地局１０−１乃至１０−３が互いに接続される点で、図７を参照して説明したシーケンス図と異なる。なお、本シーケンス図では、無線基地局１０−１乃至１０−３の隣接セクタによって協調クラスタＣＬ（例えば、図５（ｂ）の協調クラスタＣＬ１）が形成されるものとする。また、無線基地局１０−１乃至１０−３は、協調クラスタＣＬ１が形成される指向性パタン２が適用される周波数領域（例えば、図５（ｂ）の周波数ブロック番号が２ｎ＋１の周波数ブロック）を用いて、協調クラスタＣＬ１内に在圏する無線端末５０−１乃至５０−３に対して信号を送信するものとする。

図１１に示すように、無線基地局１０−１は、自局に接続する全ての無線端末５０−１乃至５０−３（すなわち、協調クラスタＣＬ１に在圏する無線端末５０）に対して、無線基地局１０−１からの参照信号を送信する（ステップＳ２０１）。同様に、無線基地局１０−２及び１０−３は、自局に接続する全ての無線端末５０−１乃至５０−３に対して、それぞれの無線基地局１０からの参照信号を送信する（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。

なお、ステップＳ２０１乃至Ｓ２０３で無線基地局１０−１乃至１０−３から無線端末５０−１乃至５０−３に送信される参照信号は、無線端末５０−１乃至５０−３が在圏する協調クラスタＣＬ（ここでは、協調クラスタＣＬ１とする）を形成する指向性パタン２に従って送信される。

無線端末５０−１乃至５０−３は、無線基地局１０−１乃至１０−３から受信した参照信号を用いてチャネル推定を行う。無線端末５０−１乃至５０−３は、チャネル推定結果であるチャネル情報を無線基地局１０−１乃至１０−３のいずれか１つの無線基地局１０（例えば、最も受信電力が強い無線基地局１０）に送信する。

ここでは、無線端末５０−１は、無線基地局１０−１に対して、チャネル情報を送信するものとする（ステップＳ２０４）。無線基地局１０−１は、無線端末５０−１に対して協調送信を行う他の無線基地局１０−２及び１０−３に対して、受信したチャネル情報を送信する（ステップＳ２０５）。同様に、無線端末５０−２及び無線端末５０−３から送信されたチャネル情報が、無線端末５０−２及び無線端末５０−３に対して協調送信を行う全ての無線基地局１０−１乃至１０−３の間で共有される（ステップＳ２０６乃至Ｓ２０９）。

無線基地局１０−１乃至１０−３は、受信したチャネル情報に基づいて、ＢＤ−ＺＦ法によるプリコーディングを行うマルチユーザＭＩＭＯ伝送処理を行い、プリコーディングが行われたデータ信号を無線端末５０−１乃至５０−３に対してそれぞれ送信する（ステップＳ２１０乃至Ｓ２１２）。

[その他の実施形態]
上述の実施形態の協調送信システムでは、通信方式としてＯＦＤＭＡ方式を用いたが、通信方式として通信方式としてシングルキャリアＦＤＭＡ方式やＣＤＭＡ方式を用いてもよい。通信方式としてシングルキャリアＦＤＭＡ方式やＣＤＭＡ方式を用いる場合、指向性パタンを周波数ブロック毎に選択する代わりに、搬送波周波数毎に選択することによって、本発明を適用することが可能である。

また、上述の実施形態の協調送信方法においては、ＢＤ−ＺＦ法によりプリコーディングを行ったが、Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ法や非線形プリコーディング、最小２乗誤差（ＭＭＳＥ：Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）などその他の方法を用いてプリコーディングを行ってもよい。

１０…無線基地局、２０…光ファイバ、３０…集約局、４０…ネットワーク網、５０…無線端末、１１…アンテナ素子、１２…光−電気変換部、３１…指向性パタン選択部、３２…信号分配部、３３…変調部、３４…プリコーディング部、３５…送信部、３３１…符号化部、３３２…インタリーブ部、３３３…直並列変換部、３３４…信号変調部、３５１…逆フーリエ変換部、３５２…並直列変換部、３５３…ガードインターバル挿入部、３５４…搬送波周波数変調部、３５５…電気−光変換部、Ｃ、Ｃ１〜Ｃ７…セル、ＣＬ、ＣＬ１〜ＣＬ６…協調クラスタ、Ｓ１〜Ｓ６…セクタ、１…従来の無線基地局、２…従来の集約局

Claims (13)

1. 複数の無線基地局の隣接セクタによって形成されるエリアに在圏する無線端末に対して前記複数の無線基地局が信号を同時送信する協調送信方法であって、
   前記エリアに対して、前記エリアを囲む前記複数の無線基地局から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、前記エリアに隣接する隣接エリアに対して、前記エリアと同一周波数領域の指向性ビームを送信しないように構成された複数の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応させて定められ、前記複数の指向性パタンの中から無線端末の在圏する前記エリアに対応した指向性パタンを選択するステップと、
   前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配し、分配された信号の周波数領域及び指向性ビームの方向を定めて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信するステップと、
   を有することを特徴とする協調送信方法。
2. 前記複数の指向性パタンは、前記複数の周波数領域に加えて複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められることを特徴とする請求項１に記載の協調送信方法。
3. 前記複数の指向性パタンは、前記エリアにおけるトラヒック状況に応じて、前記複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められることを特徴とする請求項２に記載の協調送信方法。
4. 前記複数の周波数領域は、ＯＦＤＭＡ方式の複数の周波数ブロックであり、
   前記複数の指向性パタンは、前記複数の周波数ブロックのそれぞれに対応させて定められることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の協調送信方法。
5. 前記指向性パタンに従って分配された信号は、ブロック対角化Ｚｅｒｏ‐Ｆｏｒｃｉｎｇ法によるプリコーディングを行うマルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の協調送信方法。
6. 複数の無線基地局の隣接セクタによって形成されるエリアに在圏する無線端末に対して前記複数の無線基地局が信号を同時送信する協調送信システムであって、
   前記エリアに対して、前記エリアを囲む前記複数の無線基地局から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、前記エリアに隣接する隣接エリアに対して、前記エリアと同一周波数領域の指向性ビームを送信しないように構成された複数の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応させて定められ、前記複数の指向性パタンの中から無線端末の在圏する前記エリアに対応した指向性パタンを選択する選択部と、
   前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配し、分配された信号の周波数領域及び指向性ビームの方向を定めて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信する配信部と、
   を具備することを特徴とする協調送信システム。
7. 複数の無線基地局の隣接セクタによって形成されるエリアに在圏する無線端末に対して前記複数の無線基地局が信号を同時送信する協調送信システムにおいて、前記複数の無線基地局に接続された集約局であって、
   前記エリアに対して、前記エリアを囲む前記複数の無線基地局から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、前記エリアに隣接する隣接エリアに対して、前記エリアと同一周波数領域の指向性ビームを送信しないように構成された複数の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応させて定められ、前記複数の指向性パタンの中から無線端末の在圏する前記エリアに対応した指向性パタンを選択する選択部と、
   前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配し、分配された信号の周波数領域及び指向性ビームの方向を定めて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信する配信部と、
   を具備することを特徴とする集約局。
8. 前記複数の指向性パタンは、前記複数の周波数領域に加えて複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められることを特徴とする請求項７に記載の集約局。
9. 前記複数の指向性パタンは、前記エリアにおけるトラヒック状況に応じて、前記複数の時間領域のそれぞれに対応させて定められることを特徴とする請求項８に記載の集約局。
10. 前記複数の周波数領域は、ＯＦＤＭＡ方式の複数の周波数ブロックであり、
    前記複数の指向性パタンは、前記複数の周波数ブロックのそれぞれに対応させて定められることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の集約局。
11. 前記配信部は、前記指向性パタンに従って分配された信号を、ブロック対角化Ｚｅｒｏ‐Ｆｏｒｃｉｎｇ法によるプリコーディングを行うマルチユーザＭＩＭＯ伝送を用いて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の集約局。
12. 前記配信部は、
    前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配する信号分配部と、
    前記複数の無線基地局に収容可能な無線端末数に対応した複数の変調部と、
    前記集約局に接続された無線基地局数に対応した複数の送信部と、を具備し、
    前記複数の変調部の各々は、前記信号分配部によって分配された信号を変調し、
    前記複数の送信部の各々は、変調された信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に送信する
    ことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の集約局。
13. 複数の無線基地局との隣接セクタによって形成されるエリアに在圏する無線端末に対して前記複数の無線基地局が信号を同時送信する協調送信システムにおける無線基地局であって、
    前記エリアに対して、前記エリアを囲む前記複数の無線基地局から同一周波数領域の指向性ビームを向き合うように送信し、かつ、前記エリアに隣接する隣接エリアに対して、前記エリアと同一周波数領域の指向性ビームを送信しないように構成された複数の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応させて定められ、前記複数の指向性パタンの中から無線端末の在圏する前記エリアに対応した指向性パタンを選択する選択部と、
    前記無線端末に送信する信号を選択された前記指向性パタンに従って分配し、分配された信号の周波数領域及び指向性ビームの方向を定めて、該信号を前記無線端末に同時送信する前記複数の無線基地局の各々に配信する配信部と、
    を具備することを特徴とする無線基地局。

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