無線通信システム、部分的協調送信方法及び集約局
【課題】クラスタ間干渉回避効果が高くできると共に、部分的にクラスタ内の干渉重畳効果を高くすること。
【解決手段】本発明の無線通信システムは、同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められており、前記複数の通常無線基地局１０−２から１０−７に対して周波数領域毎に干渉回避型の指向性パタンを割り当て、協調対象無線基地局１０−１に対して各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる。各通常無線基地局１０−２から１０−７が干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａにしたがって指向性ビームを送信し、協調対象無線基地局１０−１が協調する通常無線基地局１０−２から１０−７と同一の時間スロットで干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにしたがって指向性ビームを送信する。
【解決手段】本発明の無線通信システムは、同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められており、前記複数の通常無線基地局１０−２から１０−７に対して周波数領域毎に干渉回避型の指向性パタンを割り当て、協調対象無線基地局１０−１に対して各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる。各通常無線基地局１０−２から１０−７が干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａにしたがって指向性ビームを送信し、協調対象無線基地局１０−１が協調する通常無線基地局１０−２から１０−７と同一の時間スロットで干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにしたがって指向性ビームを送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線基地局を協調させて１以上の無線端末に対する信号を送信する無線通信システム、部分的協調送信方法及び集約局に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
具体的には、非特許文献１に示された協調送信では、所定範囲に設置された複数の無線基地局が集約局に接続され、集約局が複数の無線基地局を協調させる。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、複数の無線基地局による協調送信が行われる。このマルチユーザＭＩＭＯ伝送用のプリコーディング法を用いると、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内の干渉を回避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。
【０００７】
また、非特許文献２に示された協調送信では、隣接する３つの無線基地局が集約局に接続され、集約局が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つの無線基地局による協調送信が行われる。このマルチユーザＭＩＭＯ伝送用のプリコーディング方法を用いると、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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A.Benjebbour, M.Shirakabe, Y.Ohwatari, J.Hagiwara, and T.Ohya, “Evaluation of user throughput for MU-MIMO coordinated wireless networks,” IEEE PIMRC 2008, pp.1-5, Sept. 2008.
【非特許文献２】CMCC, “Downlink CoMP-MU-MIMO transmission schemes,” 3GPP RAN1 #56, R1-090922, Feb. 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
また、隣接する無線基地局間で互いに隣接するセクタ間では同一周波数領域で指向性ビームが向かい合わないように指向性パタンを割り当てることにより、クラスタ間の干渉を回避するクラスタ間干渉回避型の指向性パタンを採用することも考えられる。しかしながら、クラスタ間干渉回避型の指向性パタンを適用したのでは、クラスタ内において干渉しなくなるので、クラスタ内の協調（干渉重畳）効果が低いという問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、クラスタ間干渉回避効果を高くできると共に、部分的にクラスタ内の干渉重畳効果を高くすることができる無線通信システム、部分的協調送信方法、集約局及び無線基地局を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の無線通信システムは、それぞれ複数のセクタからなるセルを形成する複数の無線基地局を備えた無線通信システムであり、前記複数の無線基地局から協調の中心となる協調対象無線基地局と当該協調対象無線基地局周囲の通常無線基地局とを決定する無線基地局決定部と、同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められており、前記複数の通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる指向性パタン決定部と、を具備し、前記各通常無線基地局が前記干渉回避型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを送信し、前記協調対象無線基地局が協調する前記通常無線基地局と同一の時間スロットで前記干渉重畳型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを送信する、ことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てるので、協調対象無線基地局及びその周囲の通常無線基地局セルで構成されるクラスタを複数配置する通信エリアにおいて、クラスタ間の干渉回避効果を高くできると共に、部分的にクラスタ内の干渉重畳効果も高くでき、システム全体でのスループットを上げることができる。
【００１４】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、前記無線基地局決定部は、前記無線基地局の要求変化に応じて、前記協調対象無線基地局をダイナミックに決定してもよいし、協調対象無線基地局を固定としても良い。協調対象無線基地局をダイナミックに決定することにより無線基地局の要求変化に柔軟に対応することができ、また協調対象無線基地局を固定とすれば指向性パタン決定までの処理を簡素化できる。
【００１５】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、前記協調対象無線基地局及び前記通常無線基地局は、プリコーディングを行うマルチユーザＭＩＭＯ伝送又はセル間でビームフォーミングを協調するCoordinated Beamformingを用いて指向性ビームを形成する。
【００１６】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、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、前記協調対象無線基地局及び前記通常無線基地局に対して前記周波数ブロック毎に前記干渉回避型の指向性パタン及び干渉重畳型の指向性パタンが割り当てられる。
【００１７】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、前記指向性パタン決定部は、前記周波数領域に加えて時間領域のそれぞれに対応させて、前記干渉回避型の指向性パタン及び前記干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、クラスタ間干渉回避型の指向性パタンによる高いクラスタ間干渉回避効果を実現できると共に、部分的にクラスタ内の干渉重畳効果を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態１に係る無線通信システムの概略構成図である。
【図２】本実施形態１に係る無線通信システムで形成される協調エリアを示す図である。
【図３】本実施形態１に係る指向性パタンを示す図である。
【図４】干渉回避型の指向性パタンだけを割当てたビームパタンを示す図である。
【図５】干渉回避型の指向性パタン及び干渉重畳型の指向性パタンを割当てたビームパタンを示す図である。
【図６】複数周波数の指向性パタンを組み合わせたクラスタパタンを示す図である。
【図７】通常無線基地局のビームパタンと周波数ブロックのマッピング例を示す図である。
【図８】協調対象無線基地局のビームパタンと周波数ブロックのマッピング例を示す図である。
【図９Ａ】本実施形態１に係る集約局の機能ブロック図である。
【図９Ｂ】本実施形態１に係る無線基地局の機能ブロック図である。
【図１０】本実施形態１に係る無線通信システムのシーケンス図である。
【図１１】ダイナミックスイッチを適用した場合の協調エリアを形成するクラスタ配置を示す図である。
【図１２】スタティックスイッチを適用した場合の協調エリアを形成するクラスタ配置を示す図である。
【図１３】周波数のスイッチ単位（粒度）を例示した図である。
【図１４】通常無線基地局のビームパタンと周波数ブロックのマッピング例を示す図である。
【図１５】協調対象無線基地局のビームパタンと周波数ブロックのマッピング例を示す図である。
【図１６】本実施形態２に係る無線通信システムの概略構成図である。
【図１７】本実施形態２に係る無線基地局の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜本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、本実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。本実施形態の無線通信システムは、複数の無線基地局１０（１０−１乃至１０−７、…）と、複数の無線基地局１０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。中央部に配置された無線基地局１０−１が形成する中央セルＣ−１と、中央の無線基地局１０−１を囲むように配置された他の複数の無線基地局１０−２乃至１０−７が中央セルＣ−１の周囲に隣接して形成する複数の隣接セルセルＣ−２乃至Ｃ−７とで、１つのクラスタＣＬを形成している。図１１、１２に示すように、複数セルの集合であるクラスタＣＬが二次元的に配置されて広域の通信エリアが形成される。本実施の形態は、クラスタ間の干渉抑圧を実現すると共に、クラスタ内の干渉重畳能力を実現する無線通信システムである。
【００２２】
図２（ａ）は、本実施形態に係る無線通信システムにおいて、クラスタ内に形成される部分的な協調エリアを示す図であり、図２（ｂ）は１セルのセクタ構成を示す図である。本実施形態では、１セルは６セクタＳ１乃至Ｓ６で構成されるが、セクタ構成は６セクタに限定されない。
【００２３】
中央セルを形成している無線基地局１０−１が協調対象基地局となり、周辺の無線基地局１０−２〜１０−７が通常無線基地局となる。協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-２との間では、同一周波数領域（例えば、周波数ｆ１）で指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して干渉重畳可能な協調エリアＣＬ１を形成している。同様に、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-４との間では、周波数ｆ１の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ３を形成し、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-６との間では、周波数ｆ１の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ５を形成している。また、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-３との間では、周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ２を形成している。同様に、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-５との間では、周波数ｆ２の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ４を形成し、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-７との間では、周波数ｆ２の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ６を形成している。
【００２４】
協調エリアＣＬ１〜ＣＬ６では、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により、無線基地局１０−１〜１０−７が、協調エリアＣＬ１〜ＣＬ６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法等を用いることができる。マルチユーザMIMOプリコーディングにより、協調エリアＣＬ１〜ＣＬ６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。マルチユーザＭＩＭＯ伝送に代えて、セル間でビームフォーミングを協調するCoordinated Beamformingを用いても良い。
【００２５】
本実施形態に係る無線通信システムでは、複数の指向性パタンの中から各クラスタに要求される干渉回避能力又は干渉重畳能力に対応して指向性パタンが無線基地局１０に割り当てられる。図３は、本実施形態の無線通信システムで用いられる指向性パタンを示す図である。指向性パタン１ａ、１ｂ（図３（１）（４））は、垂直方向を基準にして時計回りに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。また、指向性パタン２ａ、２ｂ（図３（２）（３））は、垂直方向を基準にして反時計回りに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。
【００２６】
図４（ａ）はクラスタを構成する各無線基地局１０−１〜１０−７に指向性パタン１ａを割当てた状態を示している。全ての無線基地局１０−１〜１０−７が指向性パタン１ａにしたがって例えば周波数ｆ１の指向性ビームを送信する場合、同一周波数領域（ｆ１）では隣接セル間で指向性ビームが向き合わないことになる。したがって、複数の無線基地局１０から同時送信される指向性ビームがクラスタ内（特にセルエッジ付近）及びクラスタ間で干渉することを回避できる。
【００２７】
図４（ｂ）はクラスタを構成する各無線基地局１０−１〜１０−７に指向性パタン２ａを割当てた状態を示している。全ての無線基地局１０−１〜１０−７が指向性パタン２ａにしたがって例えば周波数ｆ２の指向性ビームを送信する場合、同一周波数領域（ｆ２）では隣接セル間で指向性ビームが向き合わないことになる。したがって、複数の無線基地局１０から同時送信される指向性ビームがクラスタ内（特にセルエッジ付近）及びクラスタ間で干渉することを回避できる。
【００２８】
上記した通り、指向性パタン１ａ、２ａは、隣接セル間で指向性ビームが向き合わないように構成されており、指向性パタン１ａと指向性パタン２ａとでは異なる周波数領域に対応している。したがって、全ての無線基地局１０−１〜１０−７に指向性パタン１ａと指向性パタン２ａとを同時に割り当て、それぞれ該当周波数領域で指向性パタン１ａ及び指向性パタン２ａにしたがって指向性ビームを同時送信したとしても、高いクラスタ内及びクラスタ間の干渉回避能力を実現できる。図４では１クラスタ内の指向性パタンだけを例示しているが、隣接するクラスタを構成する他の無線基地局１０に対して指向性パタン１ａ及び指向性パタン２ａを割り当てることで、隣接するクラスタ間でも高いクラスタ間干渉回避能力を実現できる。本明細書では、指向性パタン１ａ及び指向性パタン２ａのことを干渉回避型指向性パタンと呼ぶこととする。
【００２９】
本発明は、干渉回避型指向性パタンだけではクラスタ内干渉重畳能力が低下する不具合を補うために、干渉重畳能力が高いクラスタ内干渉重畳型の指向性パタンを部分的（具体的には、協調対象基地局１０−１）に適用する。
【００３０】
図４（ａ）に示すクラスタ間干渉回避型のセル／セクタ構成において、中央セルＣ−１を形成する協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタンを、指向性パタン１ａから６０度回転させる（フリッピング）。協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタン１ａだけをフリッピングすることにより、図５（ａ）に示すように、協調対象無線基地局１０−１とその周囲の幾つかの無線基地局（具体的には、通常無線基地局１０−３、１０−５、１０−７）との間で同一周波数領域（周波数ｆ１）で指向性ビームが向かい合う。すなわち、協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタンだけをフリッピングすることにより、クラスタ内の一部に干渉重畳効果の高い協調エリア（図２のＣＬ２、ＣＬ４、ＣＬ６）を形成することができる。同様に、図４（ｂ）に示すクラスタ間干渉回避型のセル／セクタ構成において、協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタン２ａだけをフリッピングすることにより、図５（ｂ）に示すように協調対象無線基地局１０−１といくつかの通常無線基地局１０−２、１０−４、１０−６との間で指向性ビーム（周波数ｆ２）が向かい合い、周波数領域ｆ２においてもクラスタ内の一部に干渉重畳効果の高い協調エリア（図２のＣＬ１、ＣＬ３、ＣＬ５）が形成されることになる。このように、周波数領域毎に協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタンだけをフリッピングすることにより、周波数領域毎に干渉重畳効果の高い協調エリアを形成できる。
【００３１】
図４（ａ）に示すクラスタ間干渉回避型のセル／セクタ構成において、協調対象無線基地局１０−１に対して図３に示す指向性パタン２ｂ（指向性パタン１ａと同一周波数領域ｆ１で、かつ指向性ビームの方向が６０度回転）を割り当てることにより、協調対象無線基地局１０−１の指向性パタンだけをフリッピングした指向性パタンと同じパタンになる。同様に、図４（ｂ）に示すクラスタ間干渉回避型のセル／セクタ構成において、協調対象無線基地局１０−１に対して図３に示す指向性パタン１ｂを割り当てることにより、協調対象無線基地局１０−１の指向性パタン２ａだけをフリッピングした指向性パタンと同じになる。本明細書では、指向性パタン１ｂ及び指向性パタン２ｂのことを干渉重畳型指向性パタンと呼ぶこととする。
【００３２】
図６に示すように、通常無線基地局１０−２〜１０−７に対して周波数領域毎に干渉回避型指向性パタン１ａ、２ａが割り当てられ、協調対象無線基地局１０−１に対して周波数領域毎に干渉重畳型指向性パタン１ｂ、２ｂが割り当てられる。これにより、クラスタ間では高い干渉回避効果を実現すると共に、協調対象無線基地局１０−１を中心とするクラスタ内では高い干渉重畳能力を実現できる。
【００３３】
次に、協調対象無線基地局１０−１及び通常無線基地局１０−２〜１０−７の指向性パタンと複数の周波数領域とのマッピングについて説明する。
【００３４】
図７は、通常無線基地局１０−２〜１０−７の指向性パタンと周波数ブロックのマッピングの例が示されている。上記した通り、通常無線基地局１０−２〜１０−７に対しては干渉回避型指向性パタンである指向性パタン１ａまたは指向性パタン２ａが割り当てられる。無線通信システムのシステム帯域を複数の周波数ブロックに分割し、奇数周波数ブロック２ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・）に対応して指向性パタン１ａが定められ、偶数周波数ブロック２ｎ（ｎ＝１，２，・・・）に対応して指向性パタン２ａが定められている。周波数領域毎には時間軸方向で指向性パタンは固定である。ＯＦＤＭＡ方式では、システム帯域を複数の周波数ブロックに分割して周波数ブロック単位で周波数リソースを扱うことができる。無線通信システムがＯＦＤＭＡ方式を採用している場合は、図７，８に示す周波数ブロックをＯＦＤＭＡ方式の周波数ブロックに対応させても良い。
【００３５】
図８は協調対象無線基地局１０−１の指向性パタンと周波数ブロックのマッピングの例が示されている。上記した通り、協調対象無線基地局１０−１に対しては干渉重畳型指向性パタンである指向性パタン１ｂ、２ｂが割り当てられる。奇数周波数ブロック２ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・）に対応して指向性パタン２ｂが定められ、偶数周波数ブロック２ｎ（ｎ＝１，２，・・・）に対応して指向性パタン１ｂが定められている。協調対象無線基地局１０−１に関して奇数周波数ブロック２ｎ＋１に指向性パタン２ｂが割り当てられているのは、通常無線基地局１０−２〜１０−７に関して奇数周波数ブロック２ｎ＋１に指向性パタン１ａが割り当てられているからである（指向性パタン２ｂは指向性パタン１ａとの関係では干渉重畳能力を発揮できる）。同様に、協調対象無線基地局１０−１に関して偶数周波数ブロック２ｎに指向性パタン１ｂが割り当てられているのは、通常無線基地局１０−２〜１０−７に関して偶数周波数ブロック２ｎに指向性パタン２ａが割り当てられているからである（指向性パタン１ｂは指向性パタン２ａとの関係では干渉重畳能力を発揮できる）。周波数領域毎に時間軸方向で指向性パタンは固定である。
【００３６】
このように、隣接する周波数ブロック間で干渉回避型指向性パタン１ａと２ａとを交互に切り替えると共に干渉重畳型指向性パタンパタン２ｂと１ｂとを交互に切り替えることにより、図６に示すクラスタ間干渉回避能力とラスタ内干渉重畳能力を同時に実現するクラスタパタンを構成できる。
【００３７】
＜本実施形態に係る無線通信システムの機能構成＞
次に、本実施形態に係る無線通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９Ａ、Ｂは、集約局３０及び各無線基地局１０の機能ブロック図である。本実施形態では、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。
【００３８】
無線基地局決定部４１は、通信対象となる無線端末５０毎に、当該対象無線端末５０に対して送信データを送信する無線基地局１０を決定する。対象無線端末５０に対して複数の無線基地局１０から同時に協調送信する場合は複数の無線基地局１０が決定される。対象無線端末５０に対して同時送信する複数の無線基地局１０から協調の中心となる協調対象無線基地局１０−１と通常無線基地局１０−２〜１０−７とを決定する。協調対象無線基地局を決定するための方式は本発明では限定されない。システム設計段階または運用段階で定期的に協調対象無線基地局を決定して固定しても良いし、トラヒック量、基地局要求又は端末要求に基づいてダイナミックに決定しても良い。クラスタ中央の無線基地局１０−１を協調対象無線基地局として選択し、協調対象無線基地局１０−１の周囲に配置されて隣接セルを形成する無線基地局１０を通常無線基地局１０−２〜１０−７に選択する。なお、無線基地局決定部４１は、コアネットワーク側に配置しても良いし、集約局３０内に配置しても良い。
【００３９】
集約局３０は、無線基地局決定部４１が決定した協調対象無線基地局１０−１に対して図８に示す干渉重畳型の指向性パタンを割り当て、通常無線基地局１０−２〜１０−７に対して図７に示す干渉回避型の指向性パタンを割り当てる。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、無線基地局数Ｍ個の送信部３５とを具備する。
【００４０】
指向性パタン選択部３１は、通常無線基地局１０−２〜１０−７に対して周波数領域毎に干渉回避型指向性パタン１ａ又は２ａを選択して割り当て、協調対象無線基地局１０−１に対して周波数領域毎に干渉回避型指向性パタン１ａ又は２ａとの関係では干渉重畳能力を発揮する干渉重畳型指向性パタン２ｂ又は１ｂを選択して割り当てる。指向性パタン選択部３１は、このような通常無線基地局及び協調対象無線基地局に対応した指向性パタン割当てを実現するため、図７に示すように周波数領域毎に対応した干渉回避型指向性パタン１ａ、２ａと、図８に示すように周波数領域毎に対応した干渉重畳型指向性パタン２ｂ、１ｂを指向性パタン選択情報として不図示のメモリに予め保持している。通常無線基地局１０−２〜１０−７に対して周波数領域毎に割当てた干渉回避型指向性パタン１ａ、２ａからなる指向性パタン選択情報、並びに協調対象無線基地局１０−１に対して周波数領域毎に割当てた干渉重畳型指向性パタン２ｂ、１ｂからなる指向性パタン選択情報を、プリコーディング部３４へ入力する。
【００４１】
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から受信し、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、入力された指向性パタン選択情報に応じて協調可能なクラスタで（同一周波数で隣接セルのセクタとビームが向き合うセクタ）マルチユーザMIMO(BD-ZF, ZF等)・Coordinated Beamforming(CB)等による複数セル同時プリコーディグを選択し，そして指向性パタン選択情報に応じて干渉回避可能なセクタでは（同一周波数で隣接セルのセクタとビームが向き合わないセクタ）シングルセルMIMO・Beamforming等によるシングルセルプリコーディングを選択する。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、選択された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で生成されたＭ×Ｎｔ個のデータ信号は、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
≪本実施形態に係る無線基地局１０の機能構成≫
各無線基地局１０は、集約局３０に光ファイバ２０を介して接続されている。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。
【００５５】
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。
【００５６】
以上のように、集約局３０において各無線基地局１０の個々のアンテナ素子１１へ入力されるデータ信号を生成しており、プリコーディング部３４におけるプリコーディングによって各無線基地局１０から送信される指向性ビームの方向が制御される。たとえば、第１無線基地局が協調対象無線基地局である場合は、第１無線基地局の各アンテナ素子へ供給される送信データをプリコーディングして第１無線基地局から放射される指向性ビームが、干渉重畳型指向性パタン２ｂ、１ｂとなるように制御する。また第２無線基地局が通常無線基地局である場合は、第２無線基地局の各アンテナ素子へ供給される送信データをプリコーディングして第２無線基地局から放射される指向性ビームが、干渉回避型指向性パタン１ａ、２ａとなるように制御する。
【００５７】
＜本実施形態に係る無線通信システムの動作＞
次に、以上のように構成された無線通信システムにおける送信方法について説明する。図１０は、本実施形態に係る無線通信システムにおける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及び１０−２がクラスタ内に在圏する無線端末５０−１及び５０−２に対して信号を送信するものとする。
【００５８】
集約局３０は、無線基地局１０−１及び１０−２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、自局に接続する無線端末５０−１及び５０−２（すなわち、協調エリアＣＬ１〜ＣＬ６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は、自局に接続する無線端末５０−１及び５０−２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）。
【００５９】
無線端末５０−１及び５０−２は、各無線基地局１０−１及び１０−２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各無線基地局１０−１及び１０−２に送信する（ステップＳ１０５）。ここで、無線端末５０−１及び５０−２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。
【００６０】
各無線基地局１０−１及び１０−２は、無線端末５０−１及び５０−２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、各無線基地局１０−１及び１０−２から受信したチャネル情報に基づいて、ＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングを行い、プリコーディングが行われた無線端末５０−１及び５０−２宛てのデータ信号を無線基地局１０−１及び１０−２に送信する（ステップＳ１０７）。
【００６１】
ここで、図１に示すクラスタ内に無線端末５０−１及び５０−２が在圏していて、無線端末５０−１及び５０−２に対して複数の無線基地局１０−１及び１０−２が協調送信する場合の動作について説明する。無線基地局決定部４１又は上位システムがクラスタ内に在圏している無線端末５０−１及び５０−２に対して複数の無線基地局１０−１乃至１０−２から送信データを協調送信することを選択したものとしている。無線基地局決定部４１は、図１に示すクラスタで協調の中心となる協調対象無線基地局としてセル中央の無線基地局１０−１を選択し、通常無線基地局として周囲に配置された無線基地局１０−２を選択する。
【００６２】
指向性パタン決定部３１は、通常無線基地局１０−２に対して干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａを割り当てる。奇数周波数ブロックに対して干渉回避型指向性パタン１ａを割り当て、偶数周波数ブロックに対して干渉回避型指向性パタン２ａを割り当てる。また、協調対象無線基地局１０−１に対して干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂを割り当てる（図７）。奇数周波数ブロックに対して干渉重畳型指向性パタン２ｂを割り当て、偶数周波数ブロックに対して干渉重畳型指向性パタン１ｂを割り当てる（図８）。
【００６３】
クラスタ内に在圏している無線端末５０−１が協調対象無線基地局１０−１と通常無線基地局１０−２のセルエッジにいる場合、例えば集約局３０における第１送信部３５１が協調対象無線基地局１０−１の各アンテナ素子に対する信号を送信処理し、第２送信部３５２が通常無線基地局１０−２の各アンテナ素子に対する信号を送信処理する。
【００６４】
プリコーディング部３４は、無線端末５０−１へ送信する送信データのうち協調対象無線基地局１０−１の送信データに対して周波数ブロック毎に干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂを適用してプリコーディングする。これにより、協調対象無線基地局１０−１の各アンテナ素子に対応した第１送信部３５１へ入力される各送信データは、図５（ａ）（ｂ）に示す指向性パタンとなるようにプリコーディングされた信号となる。また、プリコーディング部３４は、無線端末５０−１へ送信する送信データのうち通常無線基地局１０−２の送信データに対して周波数ブロック毎に干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａを適用してプリコーディングする。これにより、通常無線基地局１０−２の各アンテナ素子に対応した第２送信部３５２へ入力される各送信データは、図５（ａ）（ｂ）に示す指向性パタンとなるようにプリコーディングされた信号となる。
【００６５】
集約局３０の第１送信部３５１から協調対象無線基地局１０−１の各アンテナ素子に干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂとなるようにプリコーディングされた送信データが与えられ、協調対象無線基地局１０−１から干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂの指向性ビームが送信される。これと同時に、集約局３０の第２送信部３５２から通常無線基地局１０−２の各アンテナ素子に干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａとなるようにプリコーディングされた送信データが与えられ、通常無線基地局１０−２から干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａの指向性ビームが送信される。その結果、無線端末５０−１が存在する協調対象無線基地局１０−１と通常無線基地局１０−２のセルエッジ付近は、図２及び図６に示すように、同一周波数領域で指向性ビームが向かい合こととなり、高い干渉重畳効果を奏する。一方、通常無線基地局１０−２から隣接クラスタ方向に向けられる指向性ビームは干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａである。隣接クラスタにおいても無線基地局に対して干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａを適用していれば、高いクラスタ間干渉回避効果を期待できる。
【００６６】
以上の無線通信システムにおいて、干渉重畳型の効果（ゲイン）が必要となるクラスタのみにおいて中央セルの協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタンを干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチする（以下、ダイナミックスイッチという）。干渉重畳型の効果（ゲイン）が必要ないと判断されるクラスタではクラスタ内の全ての無線基地局１０−１乃至１０−７に割り当てる指向性パタンを干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａにする。中央セルの指向性パタンを干渉重畳型にスイッチする前は、全てのセルにおいて図４（ａ）（ｂ）に示す干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａが適用される。そして、干渉重畳型の効果（ゲイン）が必要となるクラスタが発生した時点で、当該クラスタの中央セルの指向性パタンを干渉重畳型にスイッチする。スイッチのオン／オフは無線基地局決定部４１が無線基地局１０からの要求を受けて判断する。たとえば、無線基地局１０からスループットの増大要求を受けたら、当該要求もとの無線基地局１０が属するクラスタの中央セルの指向性パタンを干渉重畳型にスイッチする。
【００６７】
ダイナミックスイッチのためのスイッチトリガ基準は、スループットの増大要求以外であっても良い。たとえば、セルエッジユーザからのスループット改善であっても良いし、トラヒック量の増大による平均スループット増大の要求であっても良い。また、協調送信の効果を発揮するために必要なチャネルに関するフィードバック情報を増大してよいセルユーザの発生をトリガとしても良い。
【００６８】
図１１は、干渉回避型のセル／セクタ構成によるセル展開をベースラインにして、スループット向上が必要なセルのみ指向性パタンをスイッチしたセル構成の一例を示している（ダイナミックスイッチ）。スループット向上が必要なセルとその周辺セルとでクラスタを構成している。クラスタ間では必ず周波数領域毎に指向性ビームが向かい合わないように調整されている。クラスタ内では協調エリアが形成されるのでスループット向上が図られる。
【００６９】
図１２は通常無線基地局と協調対象無線基地局が固定されたセル構成の一例を示している。クラスタ毎に中央の無線基地局を固定的に協調対象無線基地局とし、そのクラスタ内の周辺基地局を固定的に通常無線基地局としている（スタティックスイッチ）。このように、クラスタ毎に中央の協調対象無線基地局と通常無線基地局とに対して指向性パタンの割当てを固定的にしても良い。
【００７０】
周波数ブロック毎にダイナミックスイッチ及びスタティックスイッチのスイッチングが可能であるが、以上の説明では周波数のスイッチ単位（粒度）が周波数ブロックである。周波数毎のスイッチングの単位を任意のサイズにすることができる。たとえば、ＬＴＥでは、複数のコンポーネントキャリア（最大２０ＭHz)を組み合わせてシステム帯域を拡大する。図１３（ａ）に示すように、周波数のスイッチングの単位をコンポーネントキャリア単位としても良い。また、図１３（ｂ）に示すように、コンポーネントキャリアを複数の（例えば２つ）のサブバンドに分割して使用するが、周波数のスイッチングの単位をサブバンド単位としても良い。また、ＬＴＥでは周波数リソースをリソースブロックの単位でリソース割り当てするが、図１３（ｃ）（ｄ）に示すように周波数のスイッチングの単位をリソースブロック単位としても良い。なお、図１３（ｃ）に示すように２つのパタンを連続するリソースブロックに交互に割当てても良く、図１３（ｄ）に示すように同一のパタンを連続するリソースブロックに連続して割当てても良い。
【００７１】
また、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）毎に定めることもできる。図１４には通常無線基地局の指向性パタンと周波数ブロックのマッピング例が示されており、図１５には協調対象基地局の指向性パタンと周波数ブロックのマッピング例が示されている。たとえば、クラスタ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、無線通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。
【００７２】
上述の実施形態の無線通信システムでは、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。
【００７３】
また、上述の実施形態の協調送信方法においては、ＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディングを行うには、ＢＤ−ＺＦ法や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。
【００７４】
以上の説明では、集約局におけるプリコーディング部でＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングして無線基地局毎に指向性パタンの送信データを生成しているが、上記実施の形態１で説明した集約局の機能を無線基地局に搭載しても良い。
【００７５】
図１６及び図１７は実施の形態２に係る無線通信システムを示す図であり、図１６は無線通信システムの概略構成図、図１７は各無線基地局の機能ブロックを示している。
【００７６】
本実施形態２の無線通信システムは、各無線基地局が集約局からＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングされた送信データを受け取るのではなく、各無線基地局がＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディング機能を備える。無線通信システムは、同一構成を有する複数の無線基地局１０（第１無線基地局から第Ｍ無線基地局）で構成されている。
【００７７】
無線基地局１０は、変調部３３、プリコーディング部３４、送信部３５を備えている。これら各構成要素は前述した集約局３０における対応する各機能要素と同一機能を有する。無線基地局１０は、通常は指向性パタンとして干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａが用いられ、協調の中心となる協調対象無線基地局となった場合に干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａから干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチする。指向性パタンスイッチ部３６は協調が必要であると判断された場合に指向性パタンを通常の指向性パタンである干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａから干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチする。協調対象無線基地局を中心としてクラスタを形成する隣接する無線基地局に対して指向性パタンスイッチ情報交換手段３７を介して指向性パタンを干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂへスイッチする旨を通知する。また、クラスタを形成する複数の無線基地局１０−１から１０−７は、データ送信前に協調の対象となる無線基地局のセクタ情報、各無線基地局が接続端末である無線端末５０から受信したチャネル情報、協調送信の対象無線端末５０への送信データを、送信データ・チャネル情報交換手段３８を介して共有化する。
【００７８】
指向性パタンスイッチ部３６は、接続端末からの要求、送信データ・チャネル情報交換手段３８を介して共有している無線基地局のセクタ情報、チャネル情報等から指向性パタンスイッチの要否を判断することができる。また、指向性パタンスイッチ部３６は、隣接する無線基地局から指向性パタンスイッチ情報交換手段３７を介して隣接する無線基地局が干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチした旨の通知を受ければ、プリコーディング部３４でＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングを行い、協調対象無線基地局との間で干渉重畳型の指向性パタンとなる送信データを送信する。また、自局も隣接局も干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチしなければ、プリコーディング部３４でＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングを行い、通常の指向性パタンである干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａによる送信データを生成して送信する。
【００７９】
なお、指向性パタンスイッチ情報交換手段３７及び送信データ・チャネル情報交換手段３８は、全ての無線基地局１０が備えていても良いし、特定の無線基地局１０だけが備えていて他の無線基地局へ必要な情報を通知するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８０】
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、３６…指向性パタンスイッチ部、３７…指向性パタンスイッチ情報交換手段、３８…送信データ・チャネル情報交換手段、４１…無線基地局決定部、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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線基地局を協調させて１以上の無線端末に対する信号を送信する無線通信システム、部分的協調送信方法及び集約局に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
具体的には、非特許文献１に示された協調送信では、所定範囲に設置された複数の無線基地局が集約局に接続され、集約局が複数の無線基地局を協調させる。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、複数の無線基地局による協調送信が行われる。このマルチユーザＭＩＭＯ伝送用のプリコーディング法を用いると、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内の干渉を回避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。
【０００７】
また、非特許文献２に示された協調送信では、隣接する３つの無線基地局が集約局に接続され、集約局が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つの無線基地局による協調送信が行われる。このマルチユーザＭＩＭＯ伝送用のプリコーディング方法を用いると、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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A.Benjebbour, M.Shirakabe, Y.Ohwatari, J.Hagiwara, and T.Ohya, “Evaluation of user throughput for MU-MIMO coordinated wireless networks,” IEEE PIMRC 2008, pp.1-5, Sept. 2008.
【非特許文献２】CMCC, “Downlink CoMP-MU-MIMO transmission schemes,” 3GPP RAN1 #56, R1-090922, Feb. 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
また、隣接する無線基地局間で互いに隣接するセクタ間では同一周波数領域で指向性ビームが向かい合わないように指向性パタンを割り当てることにより、クラスタ間の干渉を回避するクラスタ間干渉回避型の指向性パタンを採用することも考えられる。しかしながら、クラスタ間干渉回避型の指向性パタンを適用したのでは、クラスタ内において干渉しなくなるので、クラスタ内の協調（干渉重畳）効果が低いという問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、クラスタ間干渉回避効果を高くできると共に、部分的にクラスタ内の干渉重畳効果を高くすることができる無線通信システム、部分的協調送信方法、集約局及び無線基地局を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の無線通信システムは、それぞれ複数のセクタからなるセルを形成する複数の無線基地局を備えた無線通信システムであり、前記複数の無線基地局から協調の中心となる協調対象無線基地局と当該協調対象無線基地局周囲の通常無線基地局とを決定する無線基地局決定部と、同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められており、前記複数の通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる指向性パタン決定部と、を具備し、前記各通常無線基地局が前記干渉回避型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを送信し、前記協調対象無線基地局が協調する前記通常無線基地局と同一の時間スロットで前記干渉重畳型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを送信する、ことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てるので、協調対象無線基地局及びその周囲の通常無線基地局セルで構成されるクラスタを複数配置する通信エリアにおいて、クラスタ間の干渉回避効果を高くできると共に、部分的にクラスタ内の干渉重畳効果も高くでき、システム全体でのスループットを上げることができる。
【００１４】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、前記無線基地局決定部は、前記無線基地局の要求変化に応じて、前記協調対象無線基地局をダイナミックに決定してもよいし、協調対象無線基地局を固定としても良い。協調対象無線基地局をダイナミックに決定することにより無線基地局の要求変化に柔軟に対応することができ、また協調対象無線基地局を固定とすれば指向性パタン決定までの処理を簡素化できる。
【００１５】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、前記協調対象無線基地局及び前記通常無線基地局は、プリコーディングを行うマルチユーザＭＩＭＯ伝送又はセル間でビームフォーミングを協調するCoordinated Beamformingを用いて指向性ビームを形成する。
【００１６】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、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、前記協調対象無線基地局及び前記通常無線基地局に対して前記周波数ブロック毎に前記干渉回避型の指向性パタン及び干渉重畳型の指向性パタンが割り当てられる。
【００１７】
また、本発明は、上記無線通信システムにおいて、前記指向性パタン決定部は、前記周波数領域に加えて時間領域のそれぞれに対応させて、前記干渉回避型の指向性パタン及び前記干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、クラスタ間干渉回避型の指向性パタンによる高いクラスタ間干渉回避効果を実現できると共に、部分的にクラスタ内の干渉重畳効果を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態１に係る無線通信システムの概略構成図である。
【図２】本実施形態１に係る無線通信システムで形成される協調エリアを示す図である。
【図３】本実施形態１に係る指向性パタンを示す図である。
【図４】干渉回避型の指向性パタンだけを割当てたビームパタンを示す図である。
【図５】干渉回避型の指向性パタン及び干渉重畳型の指向性パタンを割当てたビームパタンを示す図である。
【図６】複数周波数の指向性パタンを組み合わせたクラスタパタンを示す図である。
【図７】通常無線基地局のビームパタンと周波数ブロックのマッピング例を示す図である。
【図８】協調対象無線基地局のビームパタンと周波数ブロックのマッピング例を示す図である。
【図９Ａ】本実施形態１に係る集約局の機能ブロック図である。
【図９Ｂ】本実施形態１に係る無線基地局の機能ブロック図である。
【図１０】本実施形態１に係る無線通信システムのシーケンス図である。
【図１１】ダイナミックスイッチを適用した場合の協調エリアを形成するクラスタ配置を示す図である。
【図１２】スタティックスイッチを適用した場合の協調エリアを形成するクラスタ配置を示す図である。
【図１３】周波数のスイッチ単位（粒度）を例示した図である。
【図１４】通常無線基地局のビームパタンと周波数ブロックのマッピング例を示す図である。
【図１５】協調対象無線基地局のビームパタンと周波数ブロックのマッピング例を示す図である。
【図１６】本実施形態２に係る無線通信システムの概略構成図である。
【図１７】本実施形態２に係る無線基地局の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜本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、本実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。本実施形態の無線通信システムは、複数の無線基地局１０（１０−１乃至１０−７、…）と、複数の無線基地局１０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。中央部に配置された無線基地局１０−１が形成する中央セルＣ−１と、中央の無線基地局１０−１を囲むように配置された他の複数の無線基地局１０−２乃至１０−７が中央セルＣ−１の周囲に隣接して形成する複数の隣接セルセルＣ−２乃至Ｃ−７とで、１つのクラスタＣＬを形成している。図１１、１２に示すように、複数セルの集合であるクラスタＣＬが二次元的に配置されて広域の通信エリアが形成される。本実施の形態は、クラスタ間の干渉抑圧を実現すると共に、クラスタ内の干渉重畳能力を実現する無線通信システムである。
【００２２】
図２（ａ）は、本実施形態に係る無線通信システムにおいて、クラスタ内に形成される部分的な協調エリアを示す図であり、図２（ｂ）は１セルのセクタ構成を示す図である。本実施形態では、１セルは６セクタＳ１乃至Ｓ６で構成されるが、セクタ構成は６セクタに限定されない。
【００２３】
中央セルを形成している無線基地局１０−１が協調対象基地局となり、周辺の無線基地局１０−２〜１０−７が通常無線基地局となる。協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-２との間では、同一周波数領域（例えば、周波数ｆ１）で指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して干渉重畳可能な協調エリアＣＬ１を形成している。同様に、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-４との間では、周波数ｆ１の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ３を形成し、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-６との間では、周波数ｆ１の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ５を形成している。また、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-３との間では、周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ２を形成している。同様に、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-５との間では、周波数ｆ２の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ４を形成し、協調対象基地局１０−１と通常無線基地局１０-７との間では、周波数ｆ２の指向性ビームを互いに向き合う向きで送信して協調エリアＣＬ６を形成している。
【００２４】
協調エリアＣＬ１〜ＣＬ６では、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により、無線基地局１０−１〜１０−７が、協調エリアＣＬ１〜ＣＬ６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法等を用いることができる。マルチユーザMIMOプリコーディングにより、協調エリアＣＬ１〜ＣＬ６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。マルチユーザＭＩＭＯ伝送に代えて、セル間でビームフォーミングを協調するCoordinated Beamformingを用いても良い。
【００２５】
本実施形態に係る無線通信システムでは、複数の指向性パタンの中から各クラスタに要求される干渉回避能力又は干渉重畳能力に対応して指向性パタンが無線基地局１０に割り当てられる。図３は、本実施形態の無線通信システムで用いられる指向性パタンを示す図である。指向性パタン１ａ、１ｂ（図３（１）（４））は、垂直方向を基準にして時計回りに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。また、指向性パタン２ａ、２ｂ（図３（２）（３））は、垂直方向を基準にして反時計回りに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。
【００２６】
図４（ａ）はクラスタを構成する各無線基地局１０−１〜１０−７に指向性パタン１ａを割当てた状態を示している。全ての無線基地局１０−１〜１０−７が指向性パタン１ａにしたがって例えば周波数ｆ１の指向性ビームを送信する場合、同一周波数領域（ｆ１）では隣接セル間で指向性ビームが向き合わないことになる。したがって、複数の無線基地局１０から同時送信される指向性ビームがクラスタ内（特にセルエッジ付近）及びクラスタ間で干渉することを回避できる。
【００２７】
図４（ｂ）はクラスタを構成する各無線基地局１０−１〜１０−７に指向性パタン２ａを割当てた状態を示している。全ての無線基地局１０−１〜１０−７が指向性パタン２ａにしたがって例えば周波数ｆ２の指向性ビームを送信する場合、同一周波数領域（ｆ２）では隣接セル間で指向性ビームが向き合わないことになる。したがって、複数の無線基地局１０から同時送信される指向性ビームがクラスタ内（特にセルエッジ付近）及びクラスタ間で干渉することを回避できる。
【００２８】
上記した通り、指向性パタン１ａ、２ａは、隣接セル間で指向性ビームが向き合わないように構成されており、指向性パタン１ａと指向性パタン２ａとでは異なる周波数領域に対応している。したがって、全ての無線基地局１０−１〜１０−７に指向性パタン１ａと指向性パタン２ａとを同時に割り当て、それぞれ該当周波数領域で指向性パタン１ａ及び指向性パタン２ａにしたがって指向性ビームを同時送信したとしても、高いクラスタ内及びクラスタ間の干渉回避能力を実現できる。図４では１クラスタ内の指向性パタンだけを例示しているが、隣接するクラスタを構成する他の無線基地局１０に対して指向性パタン１ａ及び指向性パタン２ａを割り当てることで、隣接するクラスタ間でも高いクラスタ間干渉回避能力を実現できる。本明細書では、指向性パタン１ａ及び指向性パタン２ａのことを干渉回避型指向性パタンと呼ぶこととする。
【００２９】
本発明は、干渉回避型指向性パタンだけではクラスタ内干渉重畳能力が低下する不具合を補うために、干渉重畳能力が高いクラスタ内干渉重畳型の指向性パタンを部分的（具体的には、協調対象基地局１０−１）に適用する。
【００３０】
図４（ａ）に示すクラスタ間干渉回避型のセル／セクタ構成において、中央セルＣ−１を形成する協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタンを、指向性パタン１ａから６０度回転させる（フリッピング）。協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタン１ａだけをフリッピングすることにより、図５（ａ）に示すように、協調対象無線基地局１０−１とその周囲の幾つかの無線基地局（具体的には、通常無線基地局１０−３、１０−５、１０−７）との間で同一周波数領域（周波数ｆ１）で指向性ビームが向かい合う。すなわち、協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタンだけをフリッピングすることにより、クラスタ内の一部に干渉重畳効果の高い協調エリア（図２のＣＬ２、ＣＬ４、ＣＬ６）を形成することができる。同様に、図４（ｂ）に示すクラスタ間干渉回避型のセル／セクタ構成において、協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタン２ａだけをフリッピングすることにより、図５（ｂ）に示すように協調対象無線基地局１０−１といくつかの通常無線基地局１０−２、１０−４、１０−６との間で指向性ビーム（周波数ｆ２）が向かい合い、周波数領域ｆ２においてもクラスタ内の一部に干渉重畳効果の高い協調エリア（図２のＣＬ１、ＣＬ３、ＣＬ５）が形成されることになる。このように、周波数領域毎に協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタンだけをフリッピングすることにより、周波数領域毎に干渉重畳効果の高い協調エリアを形成できる。
【００３１】
図４（ａ）に示すクラスタ間干渉回避型のセル／セクタ構成において、協調対象無線基地局１０−１に対して図３に示す指向性パタン２ｂ（指向性パタン１ａと同一周波数領域ｆ１で、かつ指向性ビームの方向が６０度回転）を割り当てることにより、協調対象無線基地局１０−１の指向性パタンだけをフリッピングした指向性パタンと同じパタンになる。同様に、図４（ｂ）に示すクラスタ間干渉回避型のセル／セクタ構成において、協調対象無線基地局１０−１に対して図３に示す指向性パタン１ｂを割り当てることにより、協調対象無線基地局１０−１の指向性パタン２ａだけをフリッピングした指向性パタンと同じになる。本明細書では、指向性パタン１ｂ及び指向性パタン２ｂのことを干渉重畳型指向性パタンと呼ぶこととする。
【００３２】
図６に示すように、通常無線基地局１０−２〜１０−７に対して周波数領域毎に干渉回避型指向性パタン１ａ、２ａが割り当てられ、協調対象無線基地局１０−１に対して周波数領域毎に干渉重畳型指向性パタン１ｂ、２ｂが割り当てられる。これにより、クラスタ間では高い干渉回避効果を実現すると共に、協調対象無線基地局１０−１を中心とするクラスタ内では高い干渉重畳能力を実現できる。
【００３３】
次に、協調対象無線基地局１０−１及び通常無線基地局１０−２〜１０−７の指向性パタンと複数の周波数領域とのマッピングについて説明する。
【００３４】
図７は、通常無線基地局１０−２〜１０−７の指向性パタンと周波数ブロックのマッピングの例が示されている。上記した通り、通常無線基地局１０−２〜１０−７に対しては干渉回避型指向性パタンである指向性パタン１ａまたは指向性パタン２ａが割り当てられる。無線通信システムのシステム帯域を複数の周波数ブロックに分割し、奇数周波数ブロック２ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・）に対応して指向性パタン１ａが定められ、偶数周波数ブロック２ｎ（ｎ＝１，２，・・・）に対応して指向性パタン２ａが定められている。周波数領域毎には時間軸方向で指向性パタンは固定である。ＯＦＤＭＡ方式では、システム帯域を複数の周波数ブロックに分割して周波数ブロック単位で周波数リソースを扱うことができる。無線通信システムがＯＦＤＭＡ方式を採用している場合は、図７，８に示す周波数ブロックをＯＦＤＭＡ方式の周波数ブロックに対応させても良い。
【００３５】
図８は協調対象無線基地局１０−１の指向性パタンと周波数ブロックのマッピングの例が示されている。上記した通り、協調対象無線基地局１０−１に対しては干渉重畳型指向性パタンである指向性パタン１ｂ、２ｂが割り当てられる。奇数周波数ブロック２ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・）に対応して指向性パタン２ｂが定められ、偶数周波数ブロック２ｎ（ｎ＝１，２，・・・）に対応して指向性パタン１ｂが定められている。協調対象無線基地局１０−１に関して奇数周波数ブロック２ｎ＋１に指向性パタン２ｂが割り当てられているのは、通常無線基地局１０−２〜１０−７に関して奇数周波数ブロック２ｎ＋１に指向性パタン１ａが割り当てられているからである（指向性パタン２ｂは指向性パタン１ａとの関係では干渉重畳能力を発揮できる）。同様に、協調対象無線基地局１０−１に関して偶数周波数ブロック２ｎに指向性パタン１ｂが割り当てられているのは、通常無線基地局１０−２〜１０−７に関して偶数周波数ブロック２ｎに指向性パタン２ａが割り当てられているからである（指向性パタン１ｂは指向性パタン２ａとの関係では干渉重畳能力を発揮できる）。周波数領域毎に時間軸方向で指向性パタンは固定である。
【００３６】
このように、隣接する周波数ブロック間で干渉回避型指向性パタン１ａと２ａとを交互に切り替えると共に干渉重畳型指向性パタンパタン２ｂと１ｂとを交互に切り替えることにより、図６に示すクラスタ間干渉回避能力とラスタ内干渉重畳能力を同時に実現するクラスタパタンを構成できる。
【００３７】
＜本実施形態に係る無線通信システムの機能構成＞
次に、本実施形態に係る無線通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９Ａ、Ｂは、集約局３０及び各無線基地局１０の機能ブロック図である。本実施形態では、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。
【００３８】
無線基地局決定部４１は、通信対象となる無線端末５０毎に、当該対象無線端末５０に対して送信データを送信する無線基地局１０を決定する。対象無線端末５０に対して複数の無線基地局１０から同時に協調送信する場合は複数の無線基地局１０が決定される。対象無線端末５０に対して同時送信する複数の無線基地局１０から協調の中心となる協調対象無線基地局１０−１と通常無線基地局１０−２〜１０−７とを決定する。協調対象無線基地局を決定するための方式は本発明では限定されない。システム設計段階または運用段階で定期的に協調対象無線基地局を決定して固定しても良いし、トラヒック量、基地局要求又は端末要求に基づいてダイナミックに決定しても良い。クラスタ中央の無線基地局１０−１を協調対象無線基地局として選択し、協調対象無線基地局１０−１の周囲に配置されて隣接セルを形成する無線基地局１０を通常無線基地局１０−２〜１０−７に選択する。なお、無線基地局決定部４１は、コアネットワーク側に配置しても良いし、集約局３０内に配置しても良い。
【００３９】
集約局３０は、無線基地局決定部４１が決定した協調対象無線基地局１０−１に対して図８に示す干渉重畳型の指向性パタンを割り当て、通常無線基地局１０−２〜１０−７に対して図７に示す干渉回避型の指向性パタンを割り当てる。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、無線基地局数Ｍ個の送信部３５とを具備する。
【００４０】
指向性パタン選択部３１は、通常無線基地局１０−２〜１０−７に対して周波数領域毎に干渉回避型指向性パタン１ａ又は２ａを選択して割り当て、協調対象無線基地局１０−１に対して周波数領域毎に干渉回避型指向性パタン１ａ又は２ａとの関係では干渉重畳能力を発揮する干渉重畳型指向性パタン２ｂ又は１ｂを選択して割り当てる。指向性パタン選択部３１は、このような通常無線基地局及び協調対象無線基地局に対応した指向性パタン割当てを実現するため、図７に示すように周波数領域毎に対応した干渉回避型指向性パタン１ａ、２ａと、図８に示すように周波数領域毎に対応した干渉重畳型指向性パタン２ｂ、１ｂを指向性パタン選択情報として不図示のメモリに予め保持している。通常無線基地局１０−２〜１０−７に対して周波数領域毎に割当てた干渉回避型指向性パタン１ａ、２ａからなる指向性パタン選択情報、並びに協調対象無線基地局１０−１に対して周波数領域毎に割当てた干渉重畳型指向性パタン２ｂ、１ｂからなる指向性パタン選択情報を、プリコーディング部３４へ入力する。
【００４１】
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から受信し、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、入力された指向性パタン選択情報に応じて協調可能なクラスタで（同一周波数で隣接セルのセクタとビームが向き合うセクタ）マルチユーザMIMO(BD-ZF, ZF等)・Coordinated Beamforming(CB)等による複数セル同時プリコーディグを選択し，そして指向性パタン選択情報に応じて干渉回避可能なセクタでは（同一周波数で隣接セルのセクタとビームが向き合わないセクタ）シングルセルMIMO・Beamforming等によるシングルセルプリコーディングを選択する。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、選択された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で生成されたＭ×Ｎｔ個のデータ信号は、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
≪本実施形態に係る無線基地局１０の機能構成≫
各無線基地局１０は、集約局３０に光ファイバ２０を介して接続されている。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。
【００５５】
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。
【００５６】
以上のように、集約局３０において各無線基地局１０の個々のアンテナ素子１１へ入力されるデータ信号を生成しており、プリコーディング部３４におけるプリコーディングによって各無線基地局１０から送信される指向性ビームの方向が制御される。たとえば、第１無線基地局が協調対象無線基地局である場合は、第１無線基地局の各アンテナ素子へ供給される送信データをプリコーディングして第１無線基地局から放射される指向性ビームが、干渉重畳型指向性パタン２ｂ、１ｂとなるように制御する。また第２無線基地局が通常無線基地局である場合は、第２無線基地局の各アンテナ素子へ供給される送信データをプリコーディングして第２無線基地局から放射される指向性ビームが、干渉回避型指向性パタン１ａ、２ａとなるように制御する。
【００５７】
＜本実施形態に係る無線通信システムの動作＞
次に、以上のように構成された無線通信システムにおける送信方法について説明する。図１０は、本実施形態に係る無線通信システムにおける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及び１０−２がクラスタ内に在圏する無線端末５０−１及び５０−２に対して信号を送信するものとする。
【００５８】
集約局３０は、無線基地局１０−１及び１０−２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、自局に接続する無線端末５０−１及び５０−２（すなわち、協調エリアＣＬ１〜ＣＬ６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は、自局に接続する無線端末５０−１及び５０−２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）。
【００５９】
無線端末５０−１及び５０−２は、各無線基地局１０−１及び１０−２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各無線基地局１０−１及び１０−２に送信する（ステップＳ１０５）。ここで、無線端末５０−１及び５０−２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。
【００６０】
各無線基地局１０−１及び１０−２は、無線端末５０−１及び５０−２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、各無線基地局１０−１及び１０−２から受信したチャネル情報に基づいて、ＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングを行い、プリコーディングが行われた無線端末５０−１及び５０−２宛てのデータ信号を無線基地局１０−１及び１０−２に送信する（ステップＳ１０７）。
【００６１】
ここで、図１に示すクラスタ内に無線端末５０−１及び５０−２が在圏していて、無線端末５０−１及び５０−２に対して複数の無線基地局１０−１及び１０−２が協調送信する場合の動作について説明する。無線基地局決定部４１又は上位システムがクラスタ内に在圏している無線端末５０−１及び５０−２に対して複数の無線基地局１０−１乃至１０−２から送信データを協調送信することを選択したものとしている。無線基地局決定部４１は、図１に示すクラスタで協調の中心となる協調対象無線基地局としてセル中央の無線基地局１０−１を選択し、通常無線基地局として周囲に配置された無線基地局１０−２を選択する。
【００６２】
指向性パタン決定部３１は、通常無線基地局１０−２に対して干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａを割り当てる。奇数周波数ブロックに対して干渉回避型指向性パタン１ａを割り当て、偶数周波数ブロックに対して干渉回避型指向性パタン２ａを割り当てる。また、協調対象無線基地局１０−１に対して干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂを割り当てる（図７）。奇数周波数ブロックに対して干渉重畳型指向性パタン２ｂを割り当て、偶数周波数ブロックに対して干渉重畳型指向性パタン１ｂを割り当てる（図８）。
【００６３】
クラスタ内に在圏している無線端末５０−１が協調対象無線基地局１０−１と通常無線基地局１０−２のセルエッジにいる場合、例えば集約局３０における第１送信部３５１が協調対象無線基地局１０−１の各アンテナ素子に対する信号を送信処理し、第２送信部３５２が通常無線基地局１０−２の各アンテナ素子に対する信号を送信処理する。
【００６４】
プリコーディング部３４は、無線端末５０−１へ送信する送信データのうち協調対象無線基地局１０−１の送信データに対して周波数ブロック毎に干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂを適用してプリコーディングする。これにより、協調対象無線基地局１０−１の各アンテナ素子に対応した第１送信部３５１へ入力される各送信データは、図５（ａ）（ｂ）に示す指向性パタンとなるようにプリコーディングされた信号となる。また、プリコーディング部３４は、無線端末５０−１へ送信する送信データのうち通常無線基地局１０−２の送信データに対して周波数ブロック毎に干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａを適用してプリコーディングする。これにより、通常無線基地局１０−２の各アンテナ素子に対応した第２送信部３５２へ入力される各送信データは、図５（ａ）（ｂ）に示す指向性パタンとなるようにプリコーディングされた信号となる。
【００６５】
集約局３０の第１送信部３５１から協調対象無線基地局１０−１の各アンテナ素子に干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂとなるようにプリコーディングされた送信データが与えられ、協調対象無線基地局１０−１から干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂの指向性ビームが送信される。これと同時に、集約局３０の第２送信部３５２から通常無線基地局１０−２の各アンテナ素子に干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａとなるようにプリコーディングされた送信データが与えられ、通常無線基地局１０−２から干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａの指向性ビームが送信される。その結果、無線端末５０−１が存在する協調対象無線基地局１０−１と通常無線基地局１０−２のセルエッジ付近は、図２及び図６に示すように、同一周波数領域で指向性ビームが向かい合こととなり、高い干渉重畳効果を奏する。一方、通常無線基地局１０−２から隣接クラスタ方向に向けられる指向性ビームは干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａである。隣接クラスタにおいても無線基地局に対して干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａを適用していれば、高いクラスタ間干渉回避効果を期待できる。
【００６６】
以上の無線通信システムにおいて、干渉重畳型の効果（ゲイン）が必要となるクラスタのみにおいて中央セルの協調対象無線基地局１０−１に割り当てる指向性パタンを干渉重畳型指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチする（以下、ダイナミックスイッチという）。干渉重畳型の効果（ゲイン）が必要ないと判断されるクラスタではクラスタ内の全ての無線基地局１０−１乃至１０−７に割り当てる指向性パタンを干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａにする。中央セルの指向性パタンを干渉重畳型にスイッチする前は、全てのセルにおいて図４（ａ）（ｂ）に示す干渉回避型指向性パタン１ａ，２ａが適用される。そして、干渉重畳型の効果（ゲイン）が必要となるクラスタが発生した時点で、当該クラスタの中央セルの指向性パタンを干渉重畳型にスイッチする。スイッチのオン／オフは無線基地局決定部４１が無線基地局１０からの要求を受けて判断する。たとえば、無線基地局１０からスループットの増大要求を受けたら、当該要求もとの無線基地局１０が属するクラスタの中央セルの指向性パタンを干渉重畳型にスイッチする。
【００６７】
ダイナミックスイッチのためのスイッチトリガ基準は、スループットの増大要求以外であっても良い。たとえば、セルエッジユーザからのスループット改善であっても良いし、トラヒック量の増大による平均スループット増大の要求であっても良い。また、協調送信の効果を発揮するために必要なチャネルに関するフィードバック情報を増大してよいセルユーザの発生をトリガとしても良い。
【００６８】
図１１は、干渉回避型のセル／セクタ構成によるセル展開をベースラインにして、スループット向上が必要なセルのみ指向性パタンをスイッチしたセル構成の一例を示している（ダイナミックスイッチ）。スループット向上が必要なセルとその周辺セルとでクラスタを構成している。クラスタ間では必ず周波数領域毎に指向性ビームが向かい合わないように調整されている。クラスタ内では協調エリアが形成されるのでスループット向上が図られる。
【００６９】
図１２は通常無線基地局と協調対象無線基地局が固定されたセル構成の一例を示している。クラスタ毎に中央の無線基地局を固定的に協調対象無線基地局とし、そのクラスタ内の周辺基地局を固定的に通常無線基地局としている（スタティックスイッチ）。このように、クラスタ毎に中央の協調対象無線基地局と通常無線基地局とに対して指向性パタンの割当てを固定的にしても良い。
【００７０】
周波数ブロック毎にダイナミックスイッチ及びスタティックスイッチのスイッチングが可能であるが、以上の説明では周波数のスイッチ単位（粒度）が周波数ブロックである。周波数毎のスイッチングの単位を任意のサイズにすることができる。たとえば、ＬＴＥでは、複数のコンポーネントキャリア（最大２０ＭHz)を組み合わせてシステム帯域を拡大する。図１３（ａ）に示すように、周波数のスイッチングの単位をコンポーネントキャリア単位としても良い。また、図１３（ｂ）に示すように、コンポーネントキャリアを複数の（例えば２つ）のサブバンドに分割して使用するが、周波数のスイッチングの単位をサブバンド単位としても良い。また、ＬＴＥでは周波数リソースをリソースブロックの単位でリソース割り当てするが、図１３（ｃ）（ｄ）に示すように周波数のスイッチングの単位をリソースブロック単位としても良い。なお、図１３（ｃ）に示すように２つのパタンを連続するリソースブロックに交互に割当てても良く、図１３（ｄ）に示すように同一のパタンを連続するリソースブロックに連続して割当てても良い。
【００７１】
また、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）毎に定めることもできる。図１４には通常無線基地局の指向性パタンと周波数ブロックのマッピング例が示されており、図１５には協調対象基地局の指向性パタンと周波数ブロックのマッピング例が示されている。たとえば、クラスタ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、無線通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。
【００７２】
上述の実施形態の無線通信システムでは、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。
【００７３】
また、上述の実施形態の協調送信方法においては、ＭＵ−ＭＩＭＯプリコーディングを行うには、ＢＤ−ＺＦ法や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。
【００７４】
以上の説明では、集約局におけるプリコーディング部でＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングして無線基地局毎に指向性パタンの送信データを生成しているが、上記実施の形態１で説明した集約局の機能を無線基地局に搭載しても良い。
【００７５】
図１６及び図１７は実施の形態２に係る無線通信システムを示す図であり、図１６は無線通信システムの概略構成図、図１７は各無線基地局の機能ブロックを示している。
【００７６】
本実施形態２の無線通信システムは、各無線基地局が集約局からＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングされた送信データを受け取るのではなく、各無線基地局がＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディング機能を備える。無線通信システムは、同一構成を有する複数の無線基地局１０（第１無線基地局から第Ｍ無線基地局）で構成されている。
【００７７】
無線基地局１０は、変調部３３、プリコーディング部３４、送信部３５を備えている。これら各構成要素は前述した集約局３０における対応する各機能要素と同一機能を有する。無線基地局１０は、通常は指向性パタンとして干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａが用いられ、協調の中心となる協調対象無線基地局となった場合に干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａから干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチする。指向性パタンスイッチ部３６は協調が必要であると判断された場合に指向性パタンを通常の指向性パタンである干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａから干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチする。協調対象無線基地局を中心としてクラスタを形成する隣接する無線基地局に対して指向性パタンスイッチ情報交換手段３７を介して指向性パタンを干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂへスイッチする旨を通知する。また、クラスタを形成する複数の無線基地局１０−１から１０−７は、データ送信前に協調の対象となる無線基地局のセクタ情報、各無線基地局が接続端末である無線端末５０から受信したチャネル情報、協調送信の対象無線端末５０への送信データを、送信データ・チャネル情報交換手段３８を介して共有化する。
【００７８】
指向性パタンスイッチ部３６は、接続端末からの要求、送信データ・チャネル情報交換手段３８を介して共有している無線基地局のセクタ情報、チャネル情報等から指向性パタンスイッチの要否を判断することができる。また、指向性パタンスイッチ部３６は、隣接する無線基地局から指向性パタンスイッチ情報交換手段３７を介して隣接する無線基地局が干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチした旨の通知を受ければ、プリコーディング部３４でＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングを行い、協調対象無線基地局との間で干渉重畳型の指向性パタンとなる送信データを送信する。また、自局も隣接局も干渉重畳型の指向性パタン１ｂ，２ｂにスイッチしなければ、プリコーディング部３４でＭＩＭＯ伝送処理用にプリコーディングを行い、通常の指向性パタンである干渉回避型の指向性パタン１ａ，２ａによる送信データを生成して送信する。
【００７９】
なお、指向性パタンスイッチ情報交換手段３７及び送信データ・チャネル情報交換手段３８は、全ての無線基地局１０が備えていても良いし、特定の無線基地局１０だけが備えていて他の無線基地局へ必要な情報を通知するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８０】
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、３６…指向性パタンスイッチ部、３７…指向性パタンスイッチ情報交換手段、３８…送信データ・チャネル情報交換手段、４１…無線基地局決定部、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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数のセクタからなるセルを形成する複数の無線基地局を備えた無線通信システムであり、
前記複数の無線基地局から協調の中心となる協調対象無線基地局と当該協調対象無線基地局周囲の通常無線基地局とを決定する無線基地局決定部と、
同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められており、前記複数の通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる指向性パタン決定部と、を具備し、
前記各通常無線基地局が前記干渉回避型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを形成し、前記協調対象無線基地局が協調する前記通常無線基地局と同一の時間スロットで前記干渉重畳型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを形成し、前記協調対象無線基地局の指向性ビームと同一周波数で向き合う前記通常無線基地局の間に形成された前記指向性ビーム間で、マルチユーザＭＩＭＯ伝送によるセクタ間のデータ送信協調をする、ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記無線基地局決定部は、前記無線基地局の要求変化に応じて、前記協調対象無線基地局をダイナミックに決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記協調対象無線基地局は、固定であることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記協調対象無線基地局の指向性ビームと向き合う前記通常無線基地局の指向性ビーム間で、同時送信マルチユーザＭＩＭＯ伝送又はセル間でビームフォーミングを協調するCoordinated Beamformingを用いてデータの協調送信をする、ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項５】
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、前記協調対象無線基地局及び前記通常無線基地局に対して前記周波数ブロック毎に前記干渉回避型の指向性パタン及び干渉重畳型の指向性パタンが割り当て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無線通信システム。
【請求項６】
前記指向性パタン決定部は、前記周波数領域に加えて時間領域のそれぞれに対応させて、前記干渉回避型の指向性パタン及び前記干渉重畳型の指向性パタンを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項７】
それぞれの通信エリアを複数のセクタで構成している複数の無線基地局を備えた無線通信システムにおける部分的協調送信方法であり、
前記複数の無線基地局から協調の中心となる協調対象無線基地局と当該協調対象無線基地局周囲の通常無線基地局とを決定する工程と、
同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められ、前記複数の通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる工程と、を具備し、
前記各通常無線基地局が前記干渉回避型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを形成し、前記協調対象無線基地局が協調する前記通常無線基地局と同一の時間スロットで前記干渉重畳型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを形成する工程と、
前記協調対象無線基地局の指向性ビームと同一周波数で向き合う前記通常無線基地局の間に形成された前記指向性ビーム間で、マルチユーザＭＩＭＯ伝送によりセクタ間のデータ送信協調をする、ことを特徴とする部分的協調送信方法。
【請求項８】
それぞれ複数のセクタからなるセルを形成する複数の無線基地局を備えた無線通信システムにおいて前記各無線基地局と接続される集約局であり、
前記複数の無線基地局から協調の中心となる協調対象無線基地局と当該協調対象無線基地局周囲の通常無線基地局とを決定する無線基地局決定部と、
同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められており、前記複数の通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる指向性パタン決定部と、前記協調対象無線基地局に対して当該協調対象無線基地局が形成する指向性ビームが前記干渉重畳型の指向性パタンとなる送信データを送信し、前記通常無線基地局に対して当該通常無線基地局が形成する指向性ビームが前記干渉回避型の指向性パタンとなる送信データを送信する送信手段と、を具備したことを特徴とする集約局。
【請求項９】
通常の指向性パタンとして干渉回避型の指向性パタンが用いられ、協調の中心となる協調対象無線基地局となった場合に前記干渉回避型の指向性パタンから干渉重畳型の指向性パタンにスイッチする指向性パタンスイッチ部と、
前記指向性パタンスイッチ部が指向性パタンを前記干渉重畳型の指向性パタンにスイッチした場合、隣接する無線基地局に対して指向性ビームをスイッチする旨を通知する通知手段と、
データ送信前に協調の対象となる無線基地局のセクタとチャネル情報及び又は送信データを共有する共有手段と、
前記協調対象無線基地局となった場合に当該協調対象無線基地局の送信する指向性ビームと同一周波数で向き合う隣接する無線基地局の指向性ビームとの間が干渉重畳型の指向性パタンとなる送信データを送信し、通常の無線基地局である場合は当該通常無線基地局の送信する指向性ビームと同一周波数で向き合わない隣接する無線基地局の指向性ビームとの間が前記干渉回避型の指向性パタンとなる送信データを送信する送信手段と、
を具備したことを特徴とする無線基地局。
【請求項１】
それぞれ複数のセクタからなるセルを形成する複数の無線基地局を備えた無線通信システムであり、
前記複数の無線基地局から協調の中心となる協調対象無線基地局と当該協調対象無線基地局周囲の通常無線基地局とを決定する無線基地局決定部と、
同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められており、前記複数の通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる指向性パタン決定部と、を具備し、
前記各通常無線基地局が前記干渉回避型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを形成し、前記協調対象無線基地局が協調する前記通常無線基地局と同一の時間スロットで前記干渉重畳型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを形成し、前記協調対象無線基地局の指向性ビームと同一周波数で向き合う前記通常無線基地局の間に形成された前記指向性ビーム間で、マルチユーザＭＩＭＯ伝送によるセクタ間のデータ送信協調をする、ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記無線基地局決定部は、前記無線基地局の要求変化に応じて、前記協調対象無線基地局をダイナミックに決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記協調対象無線基地局は、固定であることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記協調対象無線基地局の指向性ビームと向き合う前記通常無線基地局の指向性ビーム間で、同時送信マルチユーザＭＩＭＯ伝送又はセル間でビームフォーミングを協調するCoordinated Beamformingを用いてデータの協調送信をする、ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項５】
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、前記協調対象無線基地局及び前記通常無線基地局に対して前記周波数ブロック毎に前記干渉回避型の指向性パタン及び干渉重畳型の指向性パタンが割り当て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無線通信システム。
【請求項６】
前記指向性パタン決定部は、前記周波数領域に加えて時間領域のそれぞれに対応させて、前記干渉回避型の指向性パタン及び前記干渉重畳型の指向性パタンを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項７】
それぞれの通信エリアを複数のセクタで構成している複数の無線基地局を備えた無線通信システムにおける部分的協調送信方法であり、
前記複数の無線基地局から協調の中心となる協調対象無線基地局と当該協調対象無線基地局周囲の通常無線基地局とを決定する工程と、
同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められ、前記複数の通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる工程と、を具備し、
前記各通常無線基地局が前記干渉回避型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを形成し、前記協調対象無線基地局が協調する前記通常無線基地局と同一の時間スロットで前記干渉重畳型の指向性パタンにしたがって指向性ビームを形成する工程と、
前記協調対象無線基地局の指向性ビームと同一周波数で向き合う前記通常無線基地局の間に形成された前記指向性ビーム間で、マルチユーザＭＩＭＯ伝送によりセクタ間のデータ送信協調をする、ことを特徴とする部分的協調送信方法。
【請求項８】
それぞれ複数のセクタからなるセルを形成する複数の無線基地局を備えた無線通信システムにおいて前記各無線基地局と接続される集約局であり、
前記複数の無線基地局から協調の中心となる協調対象無線基地局と当該協調対象無線基地局周囲の通常無線基地局とを決定する無線基地局決定部と、
同一周波数領域では隣接セル間で指向性ビームが向き合わない干渉回避型の指向性パタンが、複数の周波数領域のそれぞれに対応して定められており、前記複数の通常無線基地局に対して周波数領域毎に前記干渉回避型の指向性パタンを割り当て、前記協調対象無線基地局に対して前記各干渉回避型の指向性パタンに対して同一周波数領域では指向性ビームが向き合う干渉重畳型の指向性パタンを割り当てる指向性パタン決定部と、前記協調対象無線基地局に対して当該協調対象無線基地局が形成する指向性ビームが前記干渉重畳型の指向性パタンとなる送信データを送信し、前記通常無線基地局に対して当該通常無線基地局が形成する指向性ビームが前記干渉回避型の指向性パタンとなる送信データを送信する送信手段と、を具備したことを特徴とする集約局。
【請求項９】
通常の指向性パタンとして干渉回避型の指向性パタンが用いられ、協調の中心となる協調対象無線基地局となった場合に前記干渉回避型の指向性パタンから干渉重畳型の指向性パタンにスイッチする指向性パタンスイッチ部と、
前記指向性パタンスイッチ部が指向性パタンを前記干渉重畳型の指向性パタンにスイッチした場合、隣接する無線基地局に対して指向性ビームをスイッチする旨を通知する通知手段と、
データ送信前に協調の対象となる無線基地局のセクタとチャネル情報及び又は送信データを共有する共有手段と、
前記協調対象無線基地局となった場合に当該協調対象無線基地局の送信する指向性ビームと同一周波数で向き合う隣接する無線基地局の指向性ビームとの間が干渉重畳型の指向性パタンとなる送信データを送信し、通常の無線基地局である場合は当該通常無線基地局の送信する指向性ビームと同一周波数で向き合わない隣接する無線基地局の指向性ビームとの間が前記干渉回避型の指向性パタンとなる送信データを送信する送信手段と、
を具備したことを特徴とする無線基地局。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−３４０５２（Ｐ２０１２−３４０５２Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６９７６１（Ｐ２０１０−１６９７６１）
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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