移動通信システム及び基地局制御装置
【課題】ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラシステムにおいてセル端のスループットを向上する。
【解決手段】基地局ＢＳ＃１のセルと基地局ＢＳ＃２のセルの境界付近に位置する移動局ＭＳ＃１に基地局ＢＳ＃１が割り当てている周波数帯域と同じ周波数帯域が割り当てられている基地局ＢＳ＃２に所属する移動局ＭＳ＃２があるとき、基地局ＢＳ＃１と基地局ＢＳ＃２はそれぞれの基地局からの送信ランクの合計が移動局ＭＳ＃１の受信アンテナ数以下となるように協調スケジューリングする。移動局ＭＳ＃１及びＭＳ＃２は線形干渉キャンセルを用いて希望信号を取り出す。また、送信ランクが協調制御される移動局ＢＳ＃１とＢＳ＃２が互いのセル端に位置する移動局となるように、周波数リソースの割当を制御する。
【解決手段】基地局ＢＳ＃１のセルと基地局ＢＳ＃２のセルの境界付近に位置する移動局ＭＳ＃１に基地局ＢＳ＃１が割り当てている周波数帯域と同じ周波数帯域が割り当てられている基地局ＢＳ＃２に所属する移動局ＭＳ＃２があるとき、基地局ＢＳ＃１と基地局ＢＳ＃２はそれぞれの基地局からの送信ランクの合計が移動局ＭＳ＃１の受信アンテナ数以下となるように協調スケジューリングする。移動局ＭＳ＃１及びＭＳ＃２は線形干渉キャンセルを用いて希望信号を取り出す。また、送信ランクが協調制御される移動局ＢＳ＃１とＢＳ＃２が互いのセル端に位置する移動局となるように、周波数リソースの割当を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭ方式を用いた移動通信システム及び基地局制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信機、受信機にそれぞれ複数のアンテナを持つＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）システムが注目されている。ＭＩＭＯシステムにおける送信方法、すなわちマルチアンテナ送信方法にはいくつかの方法があり、単一のストリームを時空間符号化やビームフォーミングを行って送信することにより得られるダイバーシティ効果によってＳＮ比を改善し、伝送の信頼性の向上を主眼とする送信ダイバーシティと、複数のストリームを空間多重で送信することにより、伝送レートを向上させることを主眼とするＭＩＭＯ空間多重伝送（ＭＩＭＯ−ＳＤＭ: MIMO-Space Division Multiplexing）に大別される。
ＭＩＭＯ−ＳＤＭは、送受ともに複数アンテナを適用し、複数サブストリームの同時送信によりピークスループットを向上させることができるが、一般に、総送信アンテナ数＞受信アンテナ数のときに特性が劣化する。また、所要受信ＳＩＮＲが増大するため、受信ＳＩＮＲが低いセル端での特性がよくないという性質がある。
【０００３】
3GPP-LTE，IEEE 802.16e Mobile WiMAX等、近年、様々な移動無線通信システムが開発された。これらのシステムではＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）やＭＩＭＯ等の無線伝送技術が採用されている。特に、ＯＦＤＭとＭＩＭＯの組合せはＭＩＭＯ／ＯＦＤＭと呼ばれ、移動無線通信システムの周波数利用効率向上に大きく貢献している。しかしながら、移動通信におけるトラフィック量は未だ急速に増大しており、更なる無線アクセス高度化が求められている。更なる周波数利用効率の向上を目指し、3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m （WiMAX 2）の検討が進められている。
【０００４】
単一周波数繰返しを用いるＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラ方式では、セル間干渉（ＩＣＩ：Inter-Cell Interference）が発生する。高トラフィック環境では、セル端移動局は大きなＩＣＩを受け、セル端スループットは大きく低下する。
セル端スループットとシステムスループットを同時に向上させる有力な手法として、セル間干渉キャンセル法が検討されている。
図７に示すように、基地局＃１のセルと基地局＃２のセルからなるセルラシステムを考える。第３世代、ＯＦＤＭ系のシステムでは、周波数が重なることがないようにユーザを割り当てていく。しかし、ユーザが多くなるとお互いのセル間で周波数が重なってしまい、干渉を及ぼしてしまうという状況が発生する。例えば、図示するように、基地局＃１にはユーザＢとユーザＣが図示するリソースブロックを割り当てられて通信中であり、基地局＃２にはユーザａ、ユーザｂ及びユーザｃがそれぞれ図示するリソースブロックを割り当てられて通信中であるとする。このような状況において、基地局＃２のセル（隣接セル）との境界付近に位置している新規ユーザＡには、ユーザｂに割り当てられている周波数しか割り当てることができない。この状態では、ユーザＡは基地局＃１からの希望信号の受信電力と基地局＃２からの干渉信号の受信電力がほぼ等しくなり、全くスループットが出せないという状況となる。すなわち、新規ユーザＡに周波数を割り当てることが困難である。
このような状態で、新規ユーザＡの受信機がセル間干渉を除去する機能を有しており、ユーザｂからの干渉信号を取り除くことができたとすると、セル端のユーザＡにおける受信品質を向上させることができ、新規ユーザＡにこの周波数を割り当てることが可能となる。この技術がセル間干渉キャンセラと呼ばれる。
【０００５】
そこで本発明者らは、ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラ方式を対象として、希望信号と干渉信号の結合推定に基づく非線形ＩＣＩキャンセル処理を用いた下りリンク伝送法を提案している（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１００１１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０６４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した本発明者らにより提案された方法によれば、セル端スループットとシステムスループットを同時に向上させることができる。
しかしながら、この結合推定に基づくＩＣＩキャンセル方式は、移動局受信機において、変調方式、プリコーディング方式のような送信方式に関する情報を希望信号のみならず干渉信号に対しても取得することを必要とするため、移動局の処理を複雑にするという問題があった。また、干渉局送信における空間多重（同時送信サブストリーム）数が移動局側のアレーアンテナの自由度を超える中で高精度なセル間干渉除去を実現するために、ＭＬ（最尤：Maximum Likelihood）検出やＭＡＰ（最大事後確率： Maximum A posteriori Probability）検出等といった実装上の困難を伴う非線形信号処理が必要であった。このような非線形信号処理を、携帯型の移動局装置に実装することは、消費電力等の観点から好ましくない。
【０００８】
そこで本発明は、基地局間協調制御に基づく送信ランク（空間多重の同時送信サブストリーム数）制御と移動局側の線形干渉キャンセリングを組み合わせることによりセル端ユーザの伝送特性を改善することができる移動通信システム及び基地局制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の移動通信システムは、複数のアンテナを有する複数の基地局と複数のアンテナを有する移動局がＯＦＤＭにより通信を行う移動通信システムであって、下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがＯＦＤＭのガードインターバル内に収まるように制御されており、前記複数の基地局に接続された基地局制御装置を有し、前記基地局は、移動局側で既知の同期信号、移動局側で既知のパイロット信号、及び、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を、ユーザデータを伝送するデータチャネルに多重して送信し、前記移動局は、自セル基地局からの前記同期信号に基づいて最適受信タイミングを推定し、前記パイロット信号を受信して自セル基地局と自局との間のチャネル応答を推定する手段と、前記チャネル応答の推定結果に基づいて、前記制御情報から空間多重数及び変調方式の情報を含む送信方式の情報を取得する手段と、前記複数のアンテナの受信信号を用い、希望信号対干渉信号電力比が改善するようデータチャネルを復調する手段とを有し、前記基地局制御装置は、前記移動局が自セル基地局のセル端に位置する場合に、周辺セルにおいて前記セル端に位置する移動局と同じ周波数帯域が割り当てられている移動局に対する周辺セル基地局の送信ランクと、前記セル端に位置する移動局に対する前記自セル基地局の送信ランクの合計が、前記移動局の受信アンテナ数以下となるように、前記自セル基地局と前記周辺セル基地局を制御するものとされている。
また、前記移動局におけるデータチャネルの復調アルゴリズムとして、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ法又は最小二乗誤差法が用いられるものである。
さらに、送信ランクが制御される移動局が互いのセル端ユーザになるように前記自セル基地局及び前記周辺セル基地局における周波数リソースの割当をスケジューリングするものである。
さらにまた、前記移動局は、自局がセル端に位置しているときに、自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を自セル基地局に報告する手段を有し、前記基地局は、自セルのセル端に位置する移動局から報告された前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を、前記基地局制御装置に通知する手段を有し、前記基地局制御装置は、前記セル端に位置する移動局から報告された前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報に基づいて、前記自セルの基地局と前記周辺セルの基地局に対し、前記自セル基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てている送信ランクと、前記周辺セルの基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てられている周波数帯域と同一周波数帯域を割り当てている移動局に割り当てている送信ランクの合計が、前記セル端に位置する移動局の受信アンテナ数以下となるように制御するものである。
【００１０】
さらにまた、本発明の基地局制御装置は、複数のアンテナを有する複数の基地局と複数のアンテナを有する移動局がＯＦＤＭにより通信を行う移動通信システムにおける前記複数の基地局に接続された基地局制御装置であって、前記移動局から自局がセル端に位置しているときに報告される自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を当該基地局から受け取る手段と、前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報に基づいて、前記自セルの基地局と前記周辺セルの基地局に対し、前記自セル基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てている送信ランクと、前記周辺セルの基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てられている周波数帯域と同一周波数帯域を割り当てている移動局に割り当てている送信ランクの合計が、前記セル端に位置する移動局の受信アンテナ数以下となるように制御する手段を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基地局間で送信ランクの協調制御を行うスケジューリングを行っているため、セル端ユーザのスループット特性を改善することができる。
また、実効的な干渉波数が低減されるため、移動局側において、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ： Minimum Mean Square Error) 法等の簡易な線形受信信号処理でも大きなセル間干渉除去効果を得ることができる。
さらに、互いのセル境界に位置するユーザに対し、同じ周波数ブロックを割当てる周波数スケジューリングを導入することにより、セル全体の周波数利用効率の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の基本概念を説明するためのシステムモデルを示す図である。
【図２】本発明の移動通信システムにおける基地局側装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の移動通信システムにおける移動局側の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の移動通信システムの特性評価を行うためのシミュレーション諸元を示す図である。
【図５】本発明の移動通信システムのシミュレーション結果であるブロック誤り率特性を示す図である。
【図６】本発明の移動通信システムのシミュレーション結果であるスループット特性を示す図である。
【図７】セル間干渉キャンセラについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示すシステムモデルを用いて、本発明の移動通信システムの基本概念について説明する。
本発明は、LTE/LTEーAdvanced等のＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラシステムを対象としている。また、本発明におけるＭＩＭＯ伝送では、ＭＩＭＯシステムにおける伝送特性を改善するため、同時送信サブストリーム数を無線伝搬チャネルの状態に応じて制御するランクアダプテーションが適用される。ここで、ＭＩＭＯ空間多重において、ＭＩＭＯ送受信アンテナ数のうち、小さい値が空間多重数の最大値であり、この最大値で送信することをフルランク送信と呼ぶ。ランクアダプテーションでは、空間多重数を１（ランク１送信、送信ダイバーシティに相当）からフルランク送信までＭＩＭＯチャネル行列の状態に応じて適応的に切替えることで、スループットの最大化を図る。ＭＩＭＯにおける最適な送信ランク数は、受信側でチャネル推定結果に関連する情報を、送信側へフィードバックすることによって決定される。例えば、3GPP (3rd Generation Partnership Project) においてRelease 8 として標準化されたLTEの下りリンクでは、受信SINR情報に対応する測定値をChannel Quality Indicator (CQI)、移動局側が最適と考える送信ランク数をRank Indicator (RI) として、それらの値をフィードバックし、基地局側がフィードバックされたCQIとRIの情報に基づき送信ランクを決定する。LTEではフィードバックされるRIの値と送信ランクの値を必ずしも一致させる必要がなく、最終的な送信ランクは基地局のスケジューラで決定することが可能となっている。
本発明では、あるセル端移動局（セルの端部に位置する移動局）は、隣接セルから最も大きな干渉を受けており、移動局側において最大の受信電力を持つ干渉信号以外の干渉信号の和は、ガウス雑音と等価とみなす。従って、ここでは図１に示すように自セル（Serving-Cell）と自セルと隣接する干渉セル（Interfering-Cell）の２セルが存在する２セルモデルで検討する。
移動局ＭＳ＃１に着目すると、基地局ＢＳ＃１と基地局ＢＳ＃２はそれぞれ、希望基地局（desired BS）と干渉基地局（interfering BS）とみなすことができる。一方、移動局ＭＳ＃２に着目すると、基地局ＢＳ＃１と基地局ＢＳ＃２はそれぞれ、干渉基地局（interfering BS）と希望基地局（desired BS）とみなすことができる。
【００１４】
移動局受信機は、セル端における信号検出精度を高めるため、希望信号と干渉信号を空間的に分離するセル間干渉キャンセル機能を有する。さらに、希望基地局と干渉基地局は、マルチパス遅延を含めた受信フレームタイミングオフセットがＯＦＤＭのＧＩ（ガードインターバル）を超えないようにＧＰＳ等のシステムを用いて互いに同期している。セル端移動局において、下りリンクのチャネル情報が希望基地局だけでなく、干渉基地局に対しても得られるようにチャネル推定のためのパイロットシンボルは希望基地局及び干渉基地局間で互いに直交するように挿入されるものとする。
【００１５】
本発明のＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラシステムのセル間干渉除去方法は、（ア）基地局側でのマルチセル協調スケジューリングと（イ）移動局側でのセル間干渉除去信号検出とを組み合わせたものであり、マルチセル協調スケジューリングで、各基地局が、移動局で簡易な線形干渉キャンセラを適用できるように、それぞれのセル端移動局に対し、低ランク送信を指示して実効的な干渉波数を低減し、移動局側では、線形処理に基づく干渉キャンセル処理によりセル間干渉を抑圧するというものである。
【００１６】
（ア）基地局におけるマルチセル協調スケジューリング
本発明では、希望基地局（desired BS）は、最も強いセル間干渉信号を送信している干渉基地局（interfering BS）と協調する。希望基地局と干渉基地局は、セル端移動局でのセル間干渉除去効果を最大化するため、（ａ）周波数領域ユーザスケジューリング、及び、（ｂ）送信ランクを協調制御する。
【００１７】
（ａ）協調した周波数領域ユーザスケジューリング
本発明は、次で説明する複数基地局で協調した低ランク送信スケジューリングを必要とする。しかし、低ランク送信スケジューリングはフルランク送信に比べて低い送信ランクを強制的に選択するため、周波数利用効率の劣化が時折発生する。本発明では、この問題を解決するため、複数基地局で協調してサブキャリア割当を行う周波数領域ユーザスケジューリングを用いる。
図１に示すように、協調した基地局、すなわち、希望基地局（desired BS）及び干渉基地局（interfering BS）は、これらの基地局間のセル端に位置する移動局に対し、同一の周波数のリソースを割当てるようにスケジューリングする。一般に低受信ＳＩＮＲのユーザは、フルランクより低いランク送信が適している。このマルチセル協調周波数領域ユーザスケジューリングは低ランク送信を強制することによる周波数利用効率の劣化を低減させることができる。
【００１８】
（ｂ）協調した低ランク送信スケジューリング
セル端移動局は、低受信ＳＩＮＲ環境のためフルランクのＭＩＭＯ送信に向いていないことが多い。本発明では、協調した基地局がフルランクより低いランクの送信法を選択する。基地局側では、より低いランクでの送信を選択することにより、実効的な干渉信号の数を削減することができる。
【００１９】
（イ）移動局におけるセル間干渉除去信号検出
上述のように、フルランクでのＭＩＭＯ送信を避けることにより、セル端移動局における実効的な干渉信号数を減らす。これにより、移動局側のアレーアンテナの自由度が残るので、線形信号処理を用いた大きなセル間干渉（ＩＣＩ）の除去が可能となる。ここでは、線形セル間干渉キャンセルアルゴリズムとして、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）法又はＺＦ（Zero Forcing）法を用いるものとする。
【００２０】
このような本発明を実現するための具体的な手段は次の通りである。
（１）各基地局は、ＭＩＭＯ伝送に対応するため、複数のアンテナを有し、移動無線環境において、移動局と適応変調・符号化により通信を行うため、移動局側で既知の同期信号、移動局側で既知のパイロット信号、制御信号を、ユーザデータを伝送するデータチャネルに多重して送信する。
（２）ＯＦＤＭ変調された干渉波信号を高精度に除去するため、各基地局からの信号のマルチパス遅延を含めた受信タイミングずれがＯＦＤＭのＧＩ内に収まるように自セルと干渉源となる基地局間で送信タイミングの同期をとる。
（３）移動局は、ＭＩＭＯ伝送に対応するため、複数のアンテナを有し、自セル基地局（Serving-Cell）の同期信号に基づき、最適受信タイミングを推定し、既知のパイロット信号（参照信号、Reference Signal）を受信して、自セル基地局からのチャネル応答を推定する。
（４）移動局は、上記、チャネル応答の推定結果に基づき、基地局送信信号に挿入された制御信号から空間多重数および変調方式の情報を含む送信方式の情報を取得する。
（５）自セル基地局と周辺セル基地局は、自セル基地局と通信するセル端移動局に対する下りリンクの干渉を制御するため、同一周波数のサブキャリアを用いる移動局に対し、ＭＩＭＯ伝送における送信ランクの合計が移動局側の受信アンテナ数以下になるよう協調制御する。
（６）前記セル端移動局は、複数アンテナの受信信号を用い、希望信号対干渉信号電力比が改善するようデータチャネルを復調する。
（７）前記セル端移動局のデータチャネルの復調アルゴリズムとして、ＺＦ法またはＭＭＳＥ（最小二乗誤差）法を適用する。
（８）さらに、セル全体の周波数利用効率を上げるため、送信ランクを協調制御するユーザが互いのセル端ユーザになるように周波数リソースの割当をスケジューリングする。
【００２１】
次に、本発明の移動通信システムにおける基地局側装置の構成及び移動局の構成について説明する。なお、ここでは、２つの基地局が存在する場合について示しているが、３以上の基地局が存在する場合も同様に構成することができる。
図２は、本発明の移動通信システムにおける基地局側の構成の一例を示すブロック図である。なお、本発明の移動通信システムは、基本的に、１つの基地局に複数の移動局が通信できるシステムを想定しているが、図２には、１つの移動局との通信に必要な要素のみを示している。また、本発明は下りリンク伝送（基地局→移動局）に関する発明であるため、上りリンク伝送（移動局→基地局）に関連するブロックは省略している。
【００２２】
図２において、１０は第１の基地局、３０は第２の基地局、５０は基地局制御装置である。第１の基地局１０及び第２の基地局３０は、ネットワークを介して相互に接続されているとともに、基地局制御装置５０に接続されている。第１の基地局１０と第２の基地局３０は同一の構成とされている。ここでは、各基地局１０、３０は、それぞれ、複数Ｎt0本の送受信アンテナを備えているものとするが、各基地局に設けられる送受信アンテナの数は、同数である必要はなく、任意の数とすることができる。また、図中、第１の基地局１０及び第２の基地局３０において、破線で示されたブロックは、複数ランク送信の場合に使用されるブロックである。
【００２３】
第１の基地局１０において、送信されるユーザデータはバッファ１１を介してランクアダプテーション部１２に入力される。ランクアダプテーション部１２は、バッファ１１からのユーザデータを、スケジューラ１７により指示されるランクに対応する数のサブストリームに分割し、サブストリーム対応に設けられたチャネルエンコーダ１３に入力し、誤り訂正符号化を行う。チャネルエンコーダ１３で誤り訂正符号化されたデータはインターリーバ１４においてインターリーブされた後、Ｉ／Ｑマッピング部１５で複素シンボルに変換され、プリコーダ１６でプリコーディング行列を乗積されて、送信アンテナ対応に設けられたマルチプレクサ１８−１〜１８−Ｎt0に入力される。マルチプレクサ１８−１〜１８−Ｎt0において、それぞれパイロット信号及び制御信号が多重され、直並列変換器（Ｓ／Ｐ）１９−１〜１９−Ｎt0で並列信号に変換された後、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部２０−１〜２０−Ｎt0で逆フーリエ変換され、並直列変換器（Ｐ／Ｓ）２１−１〜２１−Ｎt0で直列信号に変換される。各並直列変換器２１−１〜２１−Ｎt0の出力信号は、ＣＰ（Cyclic Prefix）付加部２２−１〜２２−Ｎt0でガードインターバルに相当するサイクリックプレフィックスが付加された後、図示しない混合器で搬送周波数に周波数変換され、図示しない電力増幅器で電力増幅されてアンテナ２３−１〜２３−Ｎt0から送信される。
【００２４】
ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭベースのシステムの多くは、ランクアダプテーションが適用される。例えば、ＬＴＥで標準化されている２×２ open-loop ＭＩＭＯでは、単一ランク送信と２ランク送信の２つのモードにそれぞれ対応する、ＳＦＢＣ（space-frequency block coding）を用いる送信ダイバーシティとＳＤＭ（space division multiplexing）という２つのモードを適応的に切替える。送信ダイバーシティは、通常セル端のように低ＳＩＮＲ環境において空間多重に比べて優れたスループット特性を有する。
この場合、前記ランクアダプテーション部１２は、前記スケジューラ１７により単一ランク送信が指示されたときは、ユーザデータに対してＳＦＢＣ符号化を行い、２ランク送信が指示されたときはユーザデータを２サブストリームに分割して、誤り訂正符号化を行うためチャネルエンコーダ１３と破線で示したチャネルエンコーダに入力する。
【００２５】
第２の基地局３０も、バッファ３１、ランクアダプテーション部３２、チャネルエンコーダ３３、インターリーバ３４、Ｉ／Ｑマッピング部３５、プリコーダ３６、スケジューラ３７、マルチプレクサ３８−１〜３８−Ｎt0、直並列変換器（Ｓ／Ｐ）３９−１〜３９−Ｎt0、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部４０−１〜４０−Ｎt0、並直列変換器（Ｐ／Ｓ）４１−１〜４１−Ｎt0、ＣＰ付加部４２−１〜４２−Ｎt0、及び、アンテナ４２−１〜４２−Ｎt0を備えており、前記第１の基地局１０と同様に構成されている。
【００２６】
基地局制御装置５０は、複数の基地局間の同期と協調スケジューリングを制御するものであり、セル端移動局が存在する場合に、そのセル端移動局が所属する基地局と干渉源となる周辺セルの基地局のスケジューラに対し、送信ランクの合計が移動局の受信アンテナ数以下となるようにランク数を指示する情報を送信する。すなわち、基地局制御装置５０は、セル端移動局に割り当てられている周波数帯域と同じ周波数帯域が周辺セルにおいて割り当てられている移動局がある場合に、前記セル端移動局に対するランク数と周辺セルにおいて同じ周波数帯域が割り当てられている移動局に対するランク数の合計が移動局の受信アンテナ数以下となるように基地局に設けられたスケジューラを制御する。例えば、移動局のアンテナ数が２であったとすると、セル端移動局の基地局及び周辺セル基地局に対し、単一ランク送信を指示する。
なお、基地局制御装置５０は、前記複数の基地局が接続されたネットワーク上に配置されていてもよいし、あるいは、いずれかの基地局の内部に配置されていてもよい。
【００２７】
ＬＴＥでは各移動局は、在圏する基地局に対して測定報告（Measurement Report）を送信することができる。例えば、移動局で計測している自セルのＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power：無線品質）と隣接セルのＲＳＲＰの差が所定値以下になったときに、移動局が自セルのセルＩＤとＲＳＲＰ及び隣接セルのセルＩＤとＲＳＲＰを含む測定報告を自セル基地局に送信するようにさせ、各基地局が受信した測定報告を基地局制御装置５０に送信するようにすることにより、基地局制御装置５０は、セル端移動局の存在とそのセル端移動局の所属する自セル基地局と干渉源となる周辺セル基地局の情報を取得することができる。基地局制御装置５０は、このようにして得た情報に基づいて、自セル基地局と干渉源となる周辺セル基地局の送信ランクを協調制御する。
【００２８】
さらに、セル全体の周波数利用効率を上げるために、送信ランクを協調制御するユーザが互いのセル端ユーザとなるように周波数リソースの割当を制御するように、各基地局のスケジューラ１７，３７等に指示するようにしてもよい。すなわち、上述の場合には、周辺セルにおいて前記セル端移動局と同じ周波数帯域が割り当てられている移動局は必ずしも周辺セルのセル端に位置している訳ではない。したがって、その移動局に対してはより高いランクの送信が可能であるにもかかわらず、低いランクの送信が行われることとなる。そこで、周辺セルにおいてもセル端移動局に、前記自セルのセル端移動局と同じ周波数帯域を割り当てるようにする。すなわち、前記図１における基地局ＢＳ＃１のセル端の移動局ＭＳ＃１と基地局ＢＳ＃２のセル端の移動局ＭＳ＃２に同じ周波数帯域を割り当てるようにする。こうすることにより、基地局に近い移動局に低いランクを割り当てることを防止でき、セル全体の周波数利用効率を向上させることができる。
【００２９】
図３は、本発明の移動通信システムにおける移動局７０の構成の一例を示すブロック図である。本発明は下りリンク伝送（基地局→移動局）に関する発明であるため、上りリンク伝送（移動局→基地局）に関連するブロックは省略している。
図示するように、移動局７０は、複数Ｎr本の受信アンテナ７１−１〜７１−Ｎrを有している。各受信アンテナ７１−１〜７１−Ｎrで受信された信号は、ベースバンドにダウンコンバートされた後デジタル信号に変換されて、各アンテナに対応して設けられたサイクリックプレフィックス（ＣＰ）除去部７３−１〜７３−Ｎrに入力されるとともに、ＦＦＴタイミング検出部７２にも入力される。
ＦＦＴタイミング検出部７２は、自セル基地局からの受信信号に含まれる同期信号に基づき最適受信タイミングを推定する。このタイミングに基づいて受信信号の復調処理が行われる。
【００３０】
ＣＰ除去部７３−１〜７３−Ｎrは、受信信号に付加されていたサイクリックプレフィックスを除去し、該サイクリックプレフィックスが除去された信号を対応する直並列変換器７５−１〜７５−Ｎrに出力するとともに、全受信信号に共通に設けられたチャネル推定及び制御信号復調部７４に出力する。
チャネル推定及び制御信号復調部７４は、受信したパイロット信号（参照信号）の状態に基づいて、自セル基地局の各送信アンテナから各受信アンテナへのダウンリンクのチャネル応答を推定するとともに、該チャネル応答の推定結果に基づいて、基地局送信信号に挿入された制御信号を復調して、空間多重数及び変調方式の情報を含む送信方式の情報を取得する。前記チャネル応答の推定結果及び取得された送信方式の情報は、後述するセル間干渉（ＩＣＩ）除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSC（ＮSCはサブキャリア数）に供給される。また、前記送信方式の情報は後述するチャネルデコーダ８０−１〜８０−ｉに供給される。
【００３１】
前記直並列変換器７５−１〜７５−Ｎrは、それぞれ対応するＣＰ除去部７３−１〜７３−Ｎrからの出力信号を並列信号に変換し、それぞれ対応して設けられた高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部７６−１〜７６−Ｎrに出力する。
ＦＦＴ部７６−１〜７６−Ｎrでは、それぞれの入力信号をサブキャリアごとの信号に変換し、各サブキャリアに対応して設けられたセル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCに供給する。
【００３２】
セル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCでは、前記チャネル推定及び制御信号復調部７４で推定されたチャネル情報（チャネル行列）及び復調された制御信号に基づいて、各サブキャリアの受信信号から自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号が分離され、分離されたこれらの信号から希望信号のみを取り出すことで、干渉信号除去と同時に希望信号が高精度に取り出される。なお、このセル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCにおける処理の内容については後述するが、復調アルゴリズムとして、ＺＦ法又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小二乗誤差）法などの簡易な線形受信信号処理法が用いられる。そして、送信されたランクに対応するサブストリームの信号が取り出される。なお、送信側でＳＦＢＣ等のプリコーディングが行われている場合には、そのプリコーディング方式に対応した復号が行われる。
【００３３】
この移動機がセル端に位置しており、単一ランク送信するようにスケジューリングされているときには、送信ダイバーシティ適用されるため、図３の破線部は使用されない。
送信ランクがｉであるときは、セル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCから出力されるそれぞれのサブキャリアのｉサブストリームに分離された信号の信頼度情報（例えば、ビット単位対数尤度比）は、サブストリームに対応して設けられた並直列変換器（Ｐ／Ｓ）７８−１〜７８−ｉに供給されて直列信号に変換され、対応して設けられたデインターリーバ７９−１〜７９−ｉにおいてデインターリーブされて、対応して設けられたチャネルデコーダ８０−１〜８０−ｉに入力され、各チャネルデコーダ８０−１〜８０−ｉで復調されて並直列変換器８１で各チャネルデコーダ８０−１〜８０−ｉの出力が直列信号に合成されて受信信号として出力される。
【００３４】
次に、前記プリコーダ１６、３６における低ランク送信（ランク１送信）時のプリコーディング方式として、ＳＦＢＣが適用されている場合を例にして、前記セル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCにおいて実行されるＭＭＳＥ基準の復号及び信号検出処理の具体的な信号処理アルゴリズムについて説明する。
前述のように、本発明では、受信信号における希望基地局（desired BS）と干渉基地局（interfering BS）間のタイミングオフセットは、ＯＦＤＭのガードインターバル（ＧＩ）を超えないものとされている。希望基地局（desired BS）と干渉基地局（interfering BS）間の周波数オフセットが無視できるほど小さいものとすると、移動局での第ｋサブキャリアにおけるＮr×１次元の受信信号ベクトルｘ(k)は、次式で表される。
【数１】
ただし、ＮSCはサブキャリア数を表す。Ｈ(s)(k)及びＨ(u)(k)は第ｋサブキャリアにおけるＮr×Ｎt0次元の希望基地局〜移動局間及び干渉基地局〜移動局間のチャネル応答行列をそれぞれ表す。ｓ(k)及びｕ(k)は、第ｋサブキャリアにおける希望基地局及び干渉基地局のＮt0×１次元の送信信号ベクトルをそれぞれ表す。ｎ(k)はＮr×１次元の雑音ベクトルであり、各要素独立な複素ガウス分布に従う。
【００３５】
希望基地局及び干渉基地局のサブキャリアあたりの送信電力をＰs及びＰuとすると、送信信号ベクトルｓ(k)及びｕ(k)は次式を満たす。
【数２】
ただし、Ｅ{・}及びＩMは、短区間のアンサンブル平均及びＭ×Ｍ次元の単位行列をそれぞれ表す。上付き文字Ｈは共役転置を表す。Ｐnoiseをサブキャリアあたり受信アンテナあたりの雑音電力とすると、雑音ベクトルｎ(k)は次式を満たす。
【数３】
【００３６】
希望基地局と干渉基地局からAlamouti符号に基づくＳＦＢＣ符号化された信号が同時に送信されるとき、受信信号は等価的に次式で書き直される。
【数４】
【００３７】
ただし、以下（５）−（８）の各式を満たす。
【数５】
【００３８】
基本的なＳＦＢＣ符号化されたシステムでは、互いに隣接したサブキャリア間のチャネル応答の差は無視できるほど小さいことを仮定している。すなわち、
【数６】
である。また、希望信号は、最大比合成（ＭＲＣ）規範に基づき、等価受信信号ベクトルｘ〜(l)に等価ＭＩＭＯチャネル行列の複素共役Ｈ〜(s)(l)Hを乗算することによって得られる。この仮定は、大きな周波数選択性を有する大きな遅延スプレッドがある環境では適用することができない。このような環境ではＳＦＢＣの直交性が維持されなくなるためシンボル間干渉（ＩＳＩ：inter-symbol interference）が生ずる。セル間干渉（ＩＣＩ）と同時にシンボル間干渉（ＩＳＩ）を除去するため、本発明ではＭＭＳＥ基準のＳＦＢＣ復号及び信号検出を行う。
【００３９】
ＭＭＳＥに基づく、セル間干渉キャンセルつきＳＦＢＣ復号は次式で表現される。
【数７】
ただし、ＷMMSE(l)は、ＭＭＳＥに基づくセル間干渉キャンセラつきＳＦＢＣ復号行列を表す。ＷMMSE(l)は次式のように計算できる。
【数８】
ただし、α＝１／Ｐsは正規化ファクタである。なお、Ｐsは希望局の送信電力情報である。一般に基地局は送信電力の情報を報知しており、移動局は報知信号を復号することで基地局の送信電力情報を得ることができる。
【００４０】
ｓrep(i)をｉ番目送信シンボル候補とすると、最も確からしいＳＦＢＣ符号化されたブロックの送信シンボルは、次式で推定することができる。
【数９】
ただし、ｚ〜n(l)（ｎ＝１，２）は、ｚ〜(l)のｎ番目の要素を表す。
【００４１】
次に、コンピュータシミュレーションを用いて本発明におけるセル間干渉キャンセル法を評価した結果について説明する。
図４にシミュレーションパラメータの概要を示す。
ここでは、２セルモデル（すなわち、基地局数ＮB＝２）を仮定した。各基地局の送信アンテナ数Ｎt0＝２とし、移動局の受信アンテナ数Ｎr＝２とした。パスモデルは3GPPのGSM 6-path Typical Urbanモデルを用い、各パスは準静的レイリーフェージングに従うものとし、各パス間及び各アンテナ間のフェージング相関は無相関であるとした。ＯＦＤＭサブキャリア数Ｎsub＝７２、ＦＦＴポイント数ＮFFT＝１２８、サブキャリア間隔ｆ0＝１５kHz、有効ＯＦＤＭシンボル長Ｔs＝１／ｆ0、ガードインターバル長Ｔg＝Ｔs／４＝16.67μs（１／４ＯＦＤＭシンボル長）、フレーム長Ｔ＝１２（Ｔs＋Ｔg）（１２ＯＦＤＭシンボル長）とした。誤り訂正符号として拘束長Ｋ＝４のターボ符号を用い、チャネルインターリーバとしてサブブロックインターリーバを用いるものとした。ＱＰＳＫについて符号化率Ｒ＝１／３、１／２、２／３、３／４の４通り、１６ＱＡＭについて符号化率Ｒ＝１／２、７／１２、／２／３、３／４の４通りの変調方式と符号化率の組み合わせについてシミュレーションを行った。プリコーディングスキームは、ランク数１の場合はAlamoutiのＳＦＢＣ符号化、ランク数２のときには空間分割多重化（ＳＤＭ）とした。チャネル推定及び制御信号の復調は理想的に行えるものとした。受信機側における希望信号と干渉信号の分離はＳＦＢＣ復号を伴うＭＭＳＥ検出により行われるものとし、希望信号と干渉信号は繰り返し回数＝８のＭａｘ Ｌｏｇ−ＭＡＰアルゴリズムにより復号されるものとした。
【００４２】
図５は平均ブロック誤り率（BLER：BLock Error Rate）特性を示す図であり、横軸は１シンボルあたりの平均受信エネルギー対雑音電力密度比（受信Es/N0）、縦軸は平均ブロック誤り率である。ただし、変調方式ＱＰＳＫの符号化率をパラメータとしている。なお、図５では平均ＣＩＲ（Carrier-to-Interference-power-Ratio）を０dB、すなわち、希望波と干渉波の平均受信電力が同じとしている。この図において、実線は本発明を適用した場合（“Proposed”）、点線は協調制御を行わずセル間干渉キャンセラを適用しない場合（“w/o ICIC”）をそれぞれ示している。
この図から、協調制御を行わずセル間干渉キャンセラを適用しない場合には、セル間干渉のため、エラーフロアが表れているのを確認できる。一方、本発明を適用した場合には、セル間干渉の影響を除去しているので、受信アンテナ数（Ｎr＝２）が希望基地局及び干渉基地局の送信アンテナ数の合計（２Ｎt0＝４）より少ないのにもかかわらず、このようなフロアは観測されない。
図５より、本発明の場合には、低いＣＩＲ環境においてブロック誤り率特性を大きく改善できることがわかる。例えば、本発明において、符号化率が１／２の場合、ブロック誤り率における所要平均Ｅs／Ｎ0は、セル間干渉キャンセラを適用しない場合に比べて平均ＣＩＲが０dBのとき、２dBの改善ができる。
【００４３】
図６は、横軸を１シンボルあたりの平均受信エネルギー対雑音電力密度比（受信Es/N0）として、ＱＰＳＫと１６ＱＡＭにおける異なる符号化率について、本発明のセル間干渉キャンセル法を適用した場合のスループット特性と、セル間干渉キャンセル法を適用しない場合の特性を比較して示す図である。同図の実線と破線は、本発明を適用した場合及び適用しない場合をそれぞれ示している。ただし、平均ＣＩＲの値は１（ＣＩＲ＝０dB）に設定している。
セルラ方式では、最も強いセル間干渉を除いたトータル干渉信号電力対希望受信電力比は、セル端では０dB〜１０dBの間にあると考えられる。図６より、本発明のセル間干渉キャンセル法は、セル間干渉キャンセラを適用しない場合に比べて、平均受信Ｅs／Ｎ0＝５dB、１０dBにおける平均スループットを１０％、６４％それぞれ改善できることがわかる。これらの結果より、本発明のセル間干渉キャンセル法は、ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラ方式におけるセル端下りリンクスループットを大きく改善できることが確認できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０，３０：基地局、１１，３１：バッファ、１２，３２：ランクアダプテーション部、１３，３３：チャネルエンコーダ、１４，３４：インターリーバ、１５，３５：Ｉ／Ｑマッピッング部、１６，３６：プリコーダ、１７，３７：スケジューラ、１８−１〜１８−Ｎt0，３８−１〜３８−Ｎt0：マルチプレクサ、１９−１〜１９−Ｎt0，３９−１〜３９−Ｎt0：直並列変換器、２０−１〜２０−Ｎt0，４０−１〜４０−Ｎt0：逆高速フーリエ変換部、２１−１〜２１−Ｎt0，４１−１〜４１−Ｎt0：並直列変換器、２２−１〜２２−Ｎt0，４２−１〜４２−Ｎt0：ＣＰ付加部、２３−１〜２３−Ｎt0，４３−１〜４３−Ｎt0：アンテナ、５０：基地局制御装置、７０：移動局、７１−１〜７１−Ｎr：アンテナ、７２：ＦＦＴタイミング検出部、７３−１〜７３−Ｎr：ＣＰ除去部、７４：チャネル推定及び制御信号復調部、７５−１〜７５−Ｎr：直並列変換器、７６−１〜７６−Ｎr：高速フーリエ変換部、７７−１〜７７−ＮSC：セル間干渉除去信号検出部、７８−１〜７８−ｉ：並直列変換器、７９−１〜７９−ｉ：デインターリーバ、８０−１〜８０−ｉ：チャネルデコーダ、８１：並直列変換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭ方式を用いた移動通信システム及び基地局制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信機、受信機にそれぞれ複数のアンテナを持つＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）システムが注目されている。ＭＩＭＯシステムにおける送信方法、すなわちマルチアンテナ送信方法にはいくつかの方法があり、単一のストリームを時空間符号化やビームフォーミングを行って送信することにより得られるダイバーシティ効果によってＳＮ比を改善し、伝送の信頼性の向上を主眼とする送信ダイバーシティと、複数のストリームを空間多重で送信することにより、伝送レートを向上させることを主眼とするＭＩＭＯ空間多重伝送（ＭＩＭＯ−ＳＤＭ: MIMO-Space Division Multiplexing）に大別される。
ＭＩＭＯ−ＳＤＭは、送受ともに複数アンテナを適用し、複数サブストリームの同時送信によりピークスループットを向上させることができるが、一般に、総送信アンテナ数＞受信アンテナ数のときに特性が劣化する。また、所要受信ＳＩＮＲが増大するため、受信ＳＩＮＲが低いセル端での特性がよくないという性質がある。
【０００３】
3GPP-LTE，IEEE 802.16e Mobile WiMAX等、近年、様々な移動無線通信システムが開発された。これらのシステムではＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）やＭＩＭＯ等の無線伝送技術が採用されている。特に、ＯＦＤＭとＭＩＭＯの組合せはＭＩＭＯ／ＯＦＤＭと呼ばれ、移動無線通信システムの周波数利用効率向上に大きく貢献している。しかしながら、移動通信におけるトラフィック量は未だ急速に増大しており、更なる無線アクセス高度化が求められている。更なる周波数利用効率の向上を目指し、3GPP LTE-Advanced, IEEE 802.16m （WiMAX 2）の検討が進められている。
【０００４】
単一周波数繰返しを用いるＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラ方式では、セル間干渉（ＩＣＩ：Inter-Cell Interference）が発生する。高トラフィック環境では、セル端移動局は大きなＩＣＩを受け、セル端スループットは大きく低下する。
セル端スループットとシステムスループットを同時に向上させる有力な手法として、セル間干渉キャンセル法が検討されている。
図７に示すように、基地局＃１のセルと基地局＃２のセルからなるセルラシステムを考える。第３世代、ＯＦＤＭ系のシステムでは、周波数が重なることがないようにユーザを割り当てていく。しかし、ユーザが多くなるとお互いのセル間で周波数が重なってしまい、干渉を及ぼしてしまうという状況が発生する。例えば、図示するように、基地局＃１にはユーザＢとユーザＣが図示するリソースブロックを割り当てられて通信中であり、基地局＃２にはユーザａ、ユーザｂ及びユーザｃがそれぞれ図示するリソースブロックを割り当てられて通信中であるとする。このような状況において、基地局＃２のセル（隣接セル）との境界付近に位置している新規ユーザＡには、ユーザｂに割り当てられている周波数しか割り当てることができない。この状態では、ユーザＡは基地局＃１からの希望信号の受信電力と基地局＃２からの干渉信号の受信電力がほぼ等しくなり、全くスループットが出せないという状況となる。すなわち、新規ユーザＡに周波数を割り当てることが困難である。
このような状態で、新規ユーザＡの受信機がセル間干渉を除去する機能を有しており、ユーザｂからの干渉信号を取り除くことができたとすると、セル端のユーザＡにおける受信品質を向上させることができ、新規ユーザＡにこの周波数を割り当てることが可能となる。この技術がセル間干渉キャンセラと呼ばれる。
【０００５】
そこで本発明者らは、ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラ方式を対象として、希望信号と干渉信号の結合推定に基づく非線形ＩＣＩキャンセル処理を用いた下りリンク伝送法を提案している（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１００１１６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０６４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した本発明者らにより提案された方法によれば、セル端スループットとシステムスループットを同時に向上させることができる。
しかしながら、この結合推定に基づくＩＣＩキャンセル方式は、移動局受信機において、変調方式、プリコーディング方式のような送信方式に関する情報を希望信号のみならず干渉信号に対しても取得することを必要とするため、移動局の処理を複雑にするという問題があった。また、干渉局送信における空間多重（同時送信サブストリーム）数が移動局側のアレーアンテナの自由度を超える中で高精度なセル間干渉除去を実現するために、ＭＬ（最尤：Maximum Likelihood）検出やＭＡＰ（最大事後確率： Maximum A posteriori Probability）検出等といった実装上の困難を伴う非線形信号処理が必要であった。このような非線形信号処理を、携帯型の移動局装置に実装することは、消費電力等の観点から好ましくない。
【０００８】
そこで本発明は、基地局間協調制御に基づく送信ランク（空間多重の同時送信サブストリーム数）制御と移動局側の線形干渉キャンセリングを組み合わせることによりセル端ユーザの伝送特性を改善することができる移動通信システム及び基地局制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の移動通信システムは、複数のアンテナを有する複数の基地局と複数のアンテナを有する移動局がＯＦＤＭにより通信を行う移動通信システムであって、下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがＯＦＤＭのガードインターバル内に収まるように制御されており、前記複数の基地局に接続された基地局制御装置を有し、前記基地局は、移動局側で既知の同期信号、移動局側で既知のパイロット信号、及び、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を、ユーザデータを伝送するデータチャネルに多重して送信し、前記移動局は、自セル基地局からの前記同期信号に基づいて最適受信タイミングを推定し、前記パイロット信号を受信して自セル基地局と自局との間のチャネル応答を推定する手段と、前記チャネル応答の推定結果に基づいて、前記制御情報から空間多重数及び変調方式の情報を含む送信方式の情報を取得する手段と、前記複数のアンテナの受信信号を用い、希望信号対干渉信号電力比が改善するようデータチャネルを復調する手段とを有し、前記基地局制御装置は、前記移動局が自セル基地局のセル端に位置する場合に、周辺セルにおいて前記セル端に位置する移動局と同じ周波数帯域が割り当てられている移動局に対する周辺セル基地局の送信ランクと、前記セル端に位置する移動局に対する前記自セル基地局の送信ランクの合計が、前記移動局の受信アンテナ数以下となるように、前記自セル基地局と前記周辺セル基地局を制御するものとされている。
また、前記移動局におけるデータチャネルの復調アルゴリズムとして、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ法又は最小二乗誤差法が用いられるものである。
さらに、送信ランクが制御される移動局が互いのセル端ユーザになるように前記自セル基地局及び前記周辺セル基地局における周波数リソースの割当をスケジューリングするものである。
さらにまた、前記移動局は、自局がセル端に位置しているときに、自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を自セル基地局に報告する手段を有し、前記基地局は、自セルのセル端に位置する移動局から報告された前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を、前記基地局制御装置に通知する手段を有し、前記基地局制御装置は、前記セル端に位置する移動局から報告された前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報に基づいて、前記自セルの基地局と前記周辺セルの基地局に対し、前記自セル基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てている送信ランクと、前記周辺セルの基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てられている周波数帯域と同一周波数帯域を割り当てている移動局に割り当てている送信ランクの合計が、前記セル端に位置する移動局の受信アンテナ数以下となるように制御するものである。
【００１０】
さらにまた、本発明の基地局制御装置は、複数のアンテナを有する複数の基地局と複数のアンテナを有する移動局がＯＦＤＭにより通信を行う移動通信システムにおける前記複数の基地局に接続された基地局制御装置であって、前記移動局から自局がセル端に位置しているときに報告される自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を当該基地局から受け取る手段と、前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報に基づいて、前記自セルの基地局と前記周辺セルの基地局に対し、前記自セル基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てている送信ランクと、前記周辺セルの基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てられている周波数帯域と同一周波数帯域を割り当てている移動局に割り当てている送信ランクの合計が、前記セル端に位置する移動局の受信アンテナ数以下となるように制御する手段を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基地局間で送信ランクの協調制御を行うスケジューリングを行っているため、セル端ユーザのスループット特性を改善することができる。
また、実効的な干渉波数が低減されるため、移動局側において、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ： Minimum Mean Square Error) 法等の簡易な線形受信信号処理でも大きなセル間干渉除去効果を得ることができる。
さらに、互いのセル境界に位置するユーザに対し、同じ周波数ブロックを割当てる周波数スケジューリングを導入することにより、セル全体の周波数利用効率の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の基本概念を説明するためのシステムモデルを示す図である。
【図２】本発明の移動通信システムにおける基地局側装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の移動通信システムにおける移動局側の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の移動通信システムの特性評価を行うためのシミュレーション諸元を示す図である。
【図５】本発明の移動通信システムのシミュレーション結果であるブロック誤り率特性を示す図である。
【図６】本発明の移動通信システムのシミュレーション結果であるスループット特性を示す図である。
【図７】セル間干渉キャンセラについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示すシステムモデルを用いて、本発明の移動通信システムの基本概念について説明する。
本発明は、LTE/LTEーAdvanced等のＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラシステムを対象としている。また、本発明におけるＭＩＭＯ伝送では、ＭＩＭＯシステムにおける伝送特性を改善するため、同時送信サブストリーム数を無線伝搬チャネルの状態に応じて制御するランクアダプテーションが適用される。ここで、ＭＩＭＯ空間多重において、ＭＩＭＯ送受信アンテナ数のうち、小さい値が空間多重数の最大値であり、この最大値で送信することをフルランク送信と呼ぶ。ランクアダプテーションでは、空間多重数を１（ランク１送信、送信ダイバーシティに相当）からフルランク送信までＭＩＭＯチャネル行列の状態に応じて適応的に切替えることで、スループットの最大化を図る。ＭＩＭＯにおける最適な送信ランク数は、受信側でチャネル推定結果に関連する情報を、送信側へフィードバックすることによって決定される。例えば、3GPP (3rd Generation Partnership Project) においてRelease 8 として標準化されたLTEの下りリンクでは、受信SINR情報に対応する測定値をChannel Quality Indicator (CQI)、移動局側が最適と考える送信ランク数をRank Indicator (RI) として、それらの値をフィードバックし、基地局側がフィードバックされたCQIとRIの情報に基づき送信ランクを決定する。LTEではフィードバックされるRIの値と送信ランクの値を必ずしも一致させる必要がなく、最終的な送信ランクは基地局のスケジューラで決定することが可能となっている。
本発明では、あるセル端移動局（セルの端部に位置する移動局）は、隣接セルから最も大きな干渉を受けており、移動局側において最大の受信電力を持つ干渉信号以外の干渉信号の和は、ガウス雑音と等価とみなす。従って、ここでは図１に示すように自セル（Serving-Cell）と自セルと隣接する干渉セル（Interfering-Cell）の２セルが存在する２セルモデルで検討する。
移動局ＭＳ＃１に着目すると、基地局ＢＳ＃１と基地局ＢＳ＃２はそれぞれ、希望基地局（desired BS）と干渉基地局（interfering BS）とみなすことができる。一方、移動局ＭＳ＃２に着目すると、基地局ＢＳ＃１と基地局ＢＳ＃２はそれぞれ、干渉基地局（interfering BS）と希望基地局（desired BS）とみなすことができる。
【００１４】
移動局受信機は、セル端における信号検出精度を高めるため、希望信号と干渉信号を空間的に分離するセル間干渉キャンセル機能を有する。さらに、希望基地局と干渉基地局は、マルチパス遅延を含めた受信フレームタイミングオフセットがＯＦＤＭのＧＩ（ガードインターバル）を超えないようにＧＰＳ等のシステムを用いて互いに同期している。セル端移動局において、下りリンクのチャネル情報が希望基地局だけでなく、干渉基地局に対しても得られるようにチャネル推定のためのパイロットシンボルは希望基地局及び干渉基地局間で互いに直交するように挿入されるものとする。
【００１５】
本発明のＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラシステムのセル間干渉除去方法は、（ア）基地局側でのマルチセル協調スケジューリングと（イ）移動局側でのセル間干渉除去信号検出とを組み合わせたものであり、マルチセル協調スケジューリングで、各基地局が、移動局で簡易な線形干渉キャンセラを適用できるように、それぞれのセル端移動局に対し、低ランク送信を指示して実効的な干渉波数を低減し、移動局側では、線形処理に基づく干渉キャンセル処理によりセル間干渉を抑圧するというものである。
【００１６】
（ア）基地局におけるマルチセル協調スケジューリング
本発明では、希望基地局（desired BS）は、最も強いセル間干渉信号を送信している干渉基地局（interfering BS）と協調する。希望基地局と干渉基地局は、セル端移動局でのセル間干渉除去効果を最大化するため、（ａ）周波数領域ユーザスケジューリング、及び、（ｂ）送信ランクを協調制御する。
【００１７】
（ａ）協調した周波数領域ユーザスケジューリング
本発明は、次で説明する複数基地局で協調した低ランク送信スケジューリングを必要とする。しかし、低ランク送信スケジューリングはフルランク送信に比べて低い送信ランクを強制的に選択するため、周波数利用効率の劣化が時折発生する。本発明では、この問題を解決するため、複数基地局で協調してサブキャリア割当を行う周波数領域ユーザスケジューリングを用いる。
図１に示すように、協調した基地局、すなわち、希望基地局（desired BS）及び干渉基地局（interfering BS）は、これらの基地局間のセル端に位置する移動局に対し、同一の周波数のリソースを割当てるようにスケジューリングする。一般に低受信ＳＩＮＲのユーザは、フルランクより低いランク送信が適している。このマルチセル協調周波数領域ユーザスケジューリングは低ランク送信を強制することによる周波数利用効率の劣化を低減させることができる。
【００１８】
（ｂ）協調した低ランク送信スケジューリング
セル端移動局は、低受信ＳＩＮＲ環境のためフルランクのＭＩＭＯ送信に向いていないことが多い。本発明では、協調した基地局がフルランクより低いランクの送信法を選択する。基地局側では、より低いランクでの送信を選択することにより、実効的な干渉信号の数を削減することができる。
【００１９】
（イ）移動局におけるセル間干渉除去信号検出
上述のように、フルランクでのＭＩＭＯ送信を避けることにより、セル端移動局における実効的な干渉信号数を減らす。これにより、移動局側のアレーアンテナの自由度が残るので、線形信号処理を用いた大きなセル間干渉（ＩＣＩ）の除去が可能となる。ここでは、線形セル間干渉キャンセルアルゴリズムとして、最小二乗誤差（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）法又はＺＦ（Zero Forcing）法を用いるものとする。
【００２０】
このような本発明を実現するための具体的な手段は次の通りである。
（１）各基地局は、ＭＩＭＯ伝送に対応するため、複数のアンテナを有し、移動無線環境において、移動局と適応変調・符号化により通信を行うため、移動局側で既知の同期信号、移動局側で既知のパイロット信号、制御信号を、ユーザデータを伝送するデータチャネルに多重して送信する。
（２）ＯＦＤＭ変調された干渉波信号を高精度に除去するため、各基地局からの信号のマルチパス遅延を含めた受信タイミングずれがＯＦＤＭのＧＩ内に収まるように自セルと干渉源となる基地局間で送信タイミングの同期をとる。
（３）移動局は、ＭＩＭＯ伝送に対応するため、複数のアンテナを有し、自セル基地局（Serving-Cell）の同期信号に基づき、最適受信タイミングを推定し、既知のパイロット信号（参照信号、Reference Signal）を受信して、自セル基地局からのチャネル応答を推定する。
（４）移動局は、上記、チャネル応答の推定結果に基づき、基地局送信信号に挿入された制御信号から空間多重数および変調方式の情報を含む送信方式の情報を取得する。
（５）自セル基地局と周辺セル基地局は、自セル基地局と通信するセル端移動局に対する下りリンクの干渉を制御するため、同一周波数のサブキャリアを用いる移動局に対し、ＭＩＭＯ伝送における送信ランクの合計が移動局側の受信アンテナ数以下になるよう協調制御する。
（６）前記セル端移動局は、複数アンテナの受信信号を用い、希望信号対干渉信号電力比が改善するようデータチャネルを復調する。
（７）前記セル端移動局のデータチャネルの復調アルゴリズムとして、ＺＦ法またはＭＭＳＥ（最小二乗誤差）法を適用する。
（８）さらに、セル全体の周波数利用効率を上げるため、送信ランクを協調制御するユーザが互いのセル端ユーザになるように周波数リソースの割当をスケジューリングする。
【００２１】
次に、本発明の移動通信システムにおける基地局側装置の構成及び移動局の構成について説明する。なお、ここでは、２つの基地局が存在する場合について示しているが、３以上の基地局が存在する場合も同様に構成することができる。
図２は、本発明の移動通信システムにおける基地局側の構成の一例を示すブロック図である。なお、本発明の移動通信システムは、基本的に、１つの基地局に複数の移動局が通信できるシステムを想定しているが、図２には、１つの移動局との通信に必要な要素のみを示している。また、本発明は下りリンク伝送（基地局→移動局）に関する発明であるため、上りリンク伝送（移動局→基地局）に関連するブロックは省略している。
【００２２】
図２において、１０は第１の基地局、３０は第２の基地局、５０は基地局制御装置である。第１の基地局１０及び第２の基地局３０は、ネットワークを介して相互に接続されているとともに、基地局制御装置５０に接続されている。第１の基地局１０と第２の基地局３０は同一の構成とされている。ここでは、各基地局１０、３０は、それぞれ、複数Ｎt0本の送受信アンテナを備えているものとするが、各基地局に設けられる送受信アンテナの数は、同数である必要はなく、任意の数とすることができる。また、図中、第１の基地局１０及び第２の基地局３０において、破線で示されたブロックは、複数ランク送信の場合に使用されるブロックである。
【００２３】
第１の基地局１０において、送信されるユーザデータはバッファ１１を介してランクアダプテーション部１２に入力される。ランクアダプテーション部１２は、バッファ１１からのユーザデータを、スケジューラ１７により指示されるランクに対応する数のサブストリームに分割し、サブストリーム対応に設けられたチャネルエンコーダ１３に入力し、誤り訂正符号化を行う。チャネルエンコーダ１３で誤り訂正符号化されたデータはインターリーバ１４においてインターリーブされた後、Ｉ／Ｑマッピング部１５で複素シンボルに変換され、プリコーダ１６でプリコーディング行列を乗積されて、送信アンテナ対応に設けられたマルチプレクサ１８−１〜１８−Ｎt0に入力される。マルチプレクサ１８−１〜１８−Ｎt0において、それぞれパイロット信号及び制御信号が多重され、直並列変換器（Ｓ／Ｐ）１９−１〜１９−Ｎt0で並列信号に変換された後、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部２０−１〜２０−Ｎt0で逆フーリエ変換され、並直列変換器（Ｐ／Ｓ）２１−１〜２１−Ｎt0で直列信号に変換される。各並直列変換器２１−１〜２１−Ｎt0の出力信号は、ＣＰ（Cyclic Prefix）付加部２２−１〜２２−Ｎt0でガードインターバルに相当するサイクリックプレフィックスが付加された後、図示しない混合器で搬送周波数に周波数変換され、図示しない電力増幅器で電力増幅されてアンテナ２３−１〜２３−Ｎt0から送信される。
【００２４】
ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭベースのシステムの多くは、ランクアダプテーションが適用される。例えば、ＬＴＥで標準化されている２×２ open-loop ＭＩＭＯでは、単一ランク送信と２ランク送信の２つのモードにそれぞれ対応する、ＳＦＢＣ（space-frequency block coding）を用いる送信ダイバーシティとＳＤＭ（space division multiplexing）という２つのモードを適応的に切替える。送信ダイバーシティは、通常セル端のように低ＳＩＮＲ環境において空間多重に比べて優れたスループット特性を有する。
この場合、前記ランクアダプテーション部１２は、前記スケジューラ１７により単一ランク送信が指示されたときは、ユーザデータに対してＳＦＢＣ符号化を行い、２ランク送信が指示されたときはユーザデータを２サブストリームに分割して、誤り訂正符号化を行うためチャネルエンコーダ１３と破線で示したチャネルエンコーダに入力する。
【００２５】
第２の基地局３０も、バッファ３１、ランクアダプテーション部３２、チャネルエンコーダ３３、インターリーバ３４、Ｉ／Ｑマッピング部３５、プリコーダ３６、スケジューラ３７、マルチプレクサ３８−１〜３８−Ｎt0、直並列変換器（Ｓ／Ｐ）３９−１〜３９−Ｎt0、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部４０−１〜４０−Ｎt0、並直列変換器（Ｐ／Ｓ）４１−１〜４１−Ｎt0、ＣＰ付加部４２−１〜４２−Ｎt0、及び、アンテナ４２−１〜４２−Ｎt0を備えており、前記第１の基地局１０と同様に構成されている。
【００２６】
基地局制御装置５０は、複数の基地局間の同期と協調スケジューリングを制御するものであり、セル端移動局が存在する場合に、そのセル端移動局が所属する基地局と干渉源となる周辺セルの基地局のスケジューラに対し、送信ランクの合計が移動局の受信アンテナ数以下となるようにランク数を指示する情報を送信する。すなわち、基地局制御装置５０は、セル端移動局に割り当てられている周波数帯域と同じ周波数帯域が周辺セルにおいて割り当てられている移動局がある場合に、前記セル端移動局に対するランク数と周辺セルにおいて同じ周波数帯域が割り当てられている移動局に対するランク数の合計が移動局の受信アンテナ数以下となるように基地局に設けられたスケジューラを制御する。例えば、移動局のアンテナ数が２であったとすると、セル端移動局の基地局及び周辺セル基地局に対し、単一ランク送信を指示する。
なお、基地局制御装置５０は、前記複数の基地局が接続されたネットワーク上に配置されていてもよいし、あるいは、いずれかの基地局の内部に配置されていてもよい。
【００２７】
ＬＴＥでは各移動局は、在圏する基地局に対して測定報告（Measurement Report）を送信することができる。例えば、移動局で計測している自セルのＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power：無線品質）と隣接セルのＲＳＲＰの差が所定値以下になったときに、移動局が自セルのセルＩＤとＲＳＲＰ及び隣接セルのセルＩＤとＲＳＲＰを含む測定報告を自セル基地局に送信するようにさせ、各基地局が受信した測定報告を基地局制御装置５０に送信するようにすることにより、基地局制御装置５０は、セル端移動局の存在とそのセル端移動局の所属する自セル基地局と干渉源となる周辺セル基地局の情報を取得することができる。基地局制御装置５０は、このようにして得た情報に基づいて、自セル基地局と干渉源となる周辺セル基地局の送信ランクを協調制御する。
【００２８】
さらに、セル全体の周波数利用効率を上げるために、送信ランクを協調制御するユーザが互いのセル端ユーザとなるように周波数リソースの割当を制御するように、各基地局のスケジューラ１７，３７等に指示するようにしてもよい。すなわち、上述の場合には、周辺セルにおいて前記セル端移動局と同じ周波数帯域が割り当てられている移動局は必ずしも周辺セルのセル端に位置している訳ではない。したがって、その移動局に対してはより高いランクの送信が可能であるにもかかわらず、低いランクの送信が行われることとなる。そこで、周辺セルにおいてもセル端移動局に、前記自セルのセル端移動局と同じ周波数帯域を割り当てるようにする。すなわち、前記図１における基地局ＢＳ＃１のセル端の移動局ＭＳ＃１と基地局ＢＳ＃２のセル端の移動局ＭＳ＃２に同じ周波数帯域を割り当てるようにする。こうすることにより、基地局に近い移動局に低いランクを割り当てることを防止でき、セル全体の周波数利用効率を向上させることができる。
【００２９】
図３は、本発明の移動通信システムにおける移動局７０の構成の一例を示すブロック図である。本発明は下りリンク伝送（基地局→移動局）に関する発明であるため、上りリンク伝送（移動局→基地局）に関連するブロックは省略している。
図示するように、移動局７０は、複数Ｎr本の受信アンテナ７１−１〜７１−Ｎrを有している。各受信アンテナ７１−１〜７１−Ｎrで受信された信号は、ベースバンドにダウンコンバートされた後デジタル信号に変換されて、各アンテナに対応して設けられたサイクリックプレフィックス（ＣＰ）除去部７３−１〜７３−Ｎrに入力されるとともに、ＦＦＴタイミング検出部７２にも入力される。
ＦＦＴタイミング検出部７２は、自セル基地局からの受信信号に含まれる同期信号に基づき最適受信タイミングを推定する。このタイミングに基づいて受信信号の復調処理が行われる。
【００３０】
ＣＰ除去部７３−１〜７３−Ｎrは、受信信号に付加されていたサイクリックプレフィックスを除去し、該サイクリックプレフィックスが除去された信号を対応する直並列変換器７５−１〜７５−Ｎrに出力するとともに、全受信信号に共通に設けられたチャネル推定及び制御信号復調部７４に出力する。
チャネル推定及び制御信号復調部７４は、受信したパイロット信号（参照信号）の状態に基づいて、自セル基地局の各送信アンテナから各受信アンテナへのダウンリンクのチャネル応答を推定するとともに、該チャネル応答の推定結果に基づいて、基地局送信信号に挿入された制御信号を復調して、空間多重数及び変調方式の情報を含む送信方式の情報を取得する。前記チャネル応答の推定結果及び取得された送信方式の情報は、後述するセル間干渉（ＩＣＩ）除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSC（ＮSCはサブキャリア数）に供給される。また、前記送信方式の情報は後述するチャネルデコーダ８０−１〜８０−ｉに供給される。
【００３１】
前記直並列変換器７５−１〜７５−Ｎrは、それぞれ対応するＣＰ除去部７３−１〜７３−Ｎrからの出力信号を並列信号に変換し、それぞれ対応して設けられた高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部７６−１〜７６−Ｎrに出力する。
ＦＦＴ部７６−１〜７６−Ｎrでは、それぞれの入力信号をサブキャリアごとの信号に変換し、各サブキャリアに対応して設けられたセル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCに供給する。
【００３２】
セル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCでは、前記チャネル推定及び制御信号復調部７４で推定されたチャネル情報（チャネル行列）及び復調された制御信号に基づいて、各サブキャリアの受信信号から自セル基地局からの希望信号と周辺セル基地局からの干渉信号が分離され、分離されたこれらの信号から希望信号のみを取り出すことで、干渉信号除去と同時に希望信号が高精度に取り出される。なお、このセル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCにおける処理の内容については後述するが、復調アルゴリズムとして、ＺＦ法又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小二乗誤差）法などの簡易な線形受信信号処理法が用いられる。そして、送信されたランクに対応するサブストリームの信号が取り出される。なお、送信側でＳＦＢＣ等のプリコーディングが行われている場合には、そのプリコーディング方式に対応した復号が行われる。
【００３３】
この移動機がセル端に位置しており、単一ランク送信するようにスケジューリングされているときには、送信ダイバーシティ適用されるため、図３の破線部は使用されない。
送信ランクがｉであるときは、セル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCから出力されるそれぞれのサブキャリアのｉサブストリームに分離された信号の信頼度情報（例えば、ビット単位対数尤度比）は、サブストリームに対応して設けられた並直列変換器（Ｐ／Ｓ）７８−１〜７８−ｉに供給されて直列信号に変換され、対応して設けられたデインターリーバ７９−１〜７９−ｉにおいてデインターリーブされて、対応して設けられたチャネルデコーダ８０−１〜８０−ｉに入力され、各チャネルデコーダ８０−１〜８０−ｉで復調されて並直列変換器８１で各チャネルデコーダ８０−１〜８０−ｉの出力が直列信号に合成されて受信信号として出力される。
【００３４】
次に、前記プリコーダ１６、３６における低ランク送信（ランク１送信）時のプリコーディング方式として、ＳＦＢＣが適用されている場合を例にして、前記セル間干渉除去信号検出部７７−１〜７７−ＮSCにおいて実行されるＭＭＳＥ基準の復号及び信号検出処理の具体的な信号処理アルゴリズムについて説明する。
前述のように、本発明では、受信信号における希望基地局（desired BS）と干渉基地局（interfering BS）間のタイミングオフセットは、ＯＦＤＭのガードインターバル（ＧＩ）を超えないものとされている。希望基地局（desired BS）と干渉基地局（interfering BS）間の周波数オフセットが無視できるほど小さいものとすると、移動局での第ｋサブキャリアにおけるＮr×１次元の受信信号ベクトルｘ(k)は、次式で表される。
【数１】
ただし、ＮSCはサブキャリア数を表す。Ｈ(s)(k)及びＨ(u)(k)は第ｋサブキャリアにおけるＮr×Ｎt0次元の希望基地局〜移動局間及び干渉基地局〜移動局間のチャネル応答行列をそれぞれ表す。ｓ(k)及びｕ(k)は、第ｋサブキャリアにおける希望基地局及び干渉基地局のＮt0×１次元の送信信号ベクトルをそれぞれ表す。ｎ(k)はＮr×１次元の雑音ベクトルであり、各要素独立な複素ガウス分布に従う。
【００３５】
希望基地局及び干渉基地局のサブキャリアあたりの送信電力をＰs及びＰuとすると、送信信号ベクトルｓ(k)及びｕ(k)は次式を満たす。
【数２】
ただし、Ｅ{・}及びＩMは、短区間のアンサンブル平均及びＭ×Ｍ次元の単位行列をそれぞれ表す。上付き文字Ｈは共役転置を表す。Ｐnoiseをサブキャリアあたり受信アンテナあたりの雑音電力とすると、雑音ベクトルｎ(k)は次式を満たす。
【数３】
【００３６】
希望基地局と干渉基地局からAlamouti符号に基づくＳＦＢＣ符号化された信号が同時に送信されるとき、受信信号は等価的に次式で書き直される。
【数４】
【００３７】
ただし、以下（５）−（８）の各式を満たす。
【数５】
【００３８】
基本的なＳＦＢＣ符号化されたシステムでは、互いに隣接したサブキャリア間のチャネル応答の差は無視できるほど小さいことを仮定している。すなわち、
【数６】
である。また、希望信号は、最大比合成（ＭＲＣ）規範に基づき、等価受信信号ベクトルｘ〜(l)に等価ＭＩＭＯチャネル行列の複素共役Ｈ〜(s)(l)Hを乗算することによって得られる。この仮定は、大きな周波数選択性を有する大きな遅延スプレッドがある環境では適用することができない。このような環境ではＳＦＢＣの直交性が維持されなくなるためシンボル間干渉（ＩＳＩ：inter-symbol interference）が生ずる。セル間干渉（ＩＣＩ）と同時にシンボル間干渉（ＩＳＩ）を除去するため、本発明ではＭＭＳＥ基準のＳＦＢＣ復号及び信号検出を行う。
【００３９】
ＭＭＳＥに基づく、セル間干渉キャンセルつきＳＦＢＣ復号は次式で表現される。
【数７】
ただし、ＷMMSE(l)は、ＭＭＳＥに基づくセル間干渉キャンセラつきＳＦＢＣ復号行列を表す。ＷMMSE(l)は次式のように計算できる。
【数８】
ただし、α＝１／Ｐsは正規化ファクタである。なお、Ｐsは希望局の送信電力情報である。一般に基地局は送信電力の情報を報知しており、移動局は報知信号を復号することで基地局の送信電力情報を得ることができる。
【００４０】
ｓrep(i)をｉ番目送信シンボル候補とすると、最も確からしいＳＦＢＣ符号化されたブロックの送信シンボルは、次式で推定することができる。
【数９】
ただし、ｚ〜n(l)（ｎ＝１，２）は、ｚ〜(l)のｎ番目の要素を表す。
【００４１】
次に、コンピュータシミュレーションを用いて本発明におけるセル間干渉キャンセル法を評価した結果について説明する。
図４にシミュレーションパラメータの概要を示す。
ここでは、２セルモデル（すなわち、基地局数ＮB＝２）を仮定した。各基地局の送信アンテナ数Ｎt0＝２とし、移動局の受信アンテナ数Ｎr＝２とした。パスモデルは3GPPのGSM 6-path Typical Urbanモデルを用い、各パスは準静的レイリーフェージングに従うものとし、各パス間及び各アンテナ間のフェージング相関は無相関であるとした。ＯＦＤＭサブキャリア数Ｎsub＝７２、ＦＦＴポイント数ＮFFT＝１２８、サブキャリア間隔ｆ0＝１５kHz、有効ＯＦＤＭシンボル長Ｔs＝１／ｆ0、ガードインターバル長Ｔg＝Ｔs／４＝16.67μs（１／４ＯＦＤＭシンボル長）、フレーム長Ｔ＝１２（Ｔs＋Ｔg）（１２ＯＦＤＭシンボル長）とした。誤り訂正符号として拘束長Ｋ＝４のターボ符号を用い、チャネルインターリーバとしてサブブロックインターリーバを用いるものとした。ＱＰＳＫについて符号化率Ｒ＝１／３、１／２、２／３、３／４の４通り、１６ＱＡＭについて符号化率Ｒ＝１／２、７／１２、／２／３、３／４の４通りの変調方式と符号化率の組み合わせについてシミュレーションを行った。プリコーディングスキームは、ランク数１の場合はAlamoutiのＳＦＢＣ符号化、ランク数２のときには空間分割多重化（ＳＤＭ）とした。チャネル推定及び制御信号の復調は理想的に行えるものとした。受信機側における希望信号と干渉信号の分離はＳＦＢＣ復号を伴うＭＭＳＥ検出により行われるものとし、希望信号と干渉信号は繰り返し回数＝８のＭａｘ Ｌｏｇ−ＭＡＰアルゴリズムにより復号されるものとした。
【００４２】
図５は平均ブロック誤り率（BLER：BLock Error Rate）特性を示す図であり、横軸は１シンボルあたりの平均受信エネルギー対雑音電力密度比（受信Es/N0）、縦軸は平均ブロック誤り率である。ただし、変調方式ＱＰＳＫの符号化率をパラメータとしている。なお、図５では平均ＣＩＲ（Carrier-to-Interference-power-Ratio）を０dB、すなわち、希望波と干渉波の平均受信電力が同じとしている。この図において、実線は本発明を適用した場合（“Proposed”）、点線は協調制御を行わずセル間干渉キャンセラを適用しない場合（“w/o ICIC”）をそれぞれ示している。
この図から、協調制御を行わずセル間干渉キャンセラを適用しない場合には、セル間干渉のため、エラーフロアが表れているのを確認できる。一方、本発明を適用した場合には、セル間干渉の影響を除去しているので、受信アンテナ数（Ｎr＝２）が希望基地局及び干渉基地局の送信アンテナ数の合計（２Ｎt0＝４）より少ないのにもかかわらず、このようなフロアは観測されない。
図５より、本発明の場合には、低いＣＩＲ環境においてブロック誤り率特性を大きく改善できることがわかる。例えば、本発明において、符号化率が１／２の場合、ブロック誤り率における所要平均Ｅs／Ｎ0は、セル間干渉キャンセラを適用しない場合に比べて平均ＣＩＲが０dBのとき、２dBの改善ができる。
【００４３】
図６は、横軸を１シンボルあたりの平均受信エネルギー対雑音電力密度比（受信Es/N0）として、ＱＰＳＫと１６ＱＡＭにおける異なる符号化率について、本発明のセル間干渉キャンセル法を適用した場合のスループット特性と、セル間干渉キャンセル法を適用しない場合の特性を比較して示す図である。同図の実線と破線は、本発明を適用した場合及び適用しない場合をそれぞれ示している。ただし、平均ＣＩＲの値は１（ＣＩＲ＝０dB）に設定している。
セルラ方式では、最も強いセル間干渉を除いたトータル干渉信号電力対希望受信電力比は、セル端では０dB〜１０dBの間にあると考えられる。図６より、本発明のセル間干渉キャンセル法は、セル間干渉キャンセラを適用しない場合に比べて、平均受信Ｅs／Ｎ0＝５dB、１０dBにおける平均スループットを１０％、６４％それぞれ改善できることがわかる。これらの結果より、本発明のセル間干渉キャンセル法は、ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭセルラ方式におけるセル端下りリンクスループットを大きく改善できることが確認できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０，３０：基地局、１１，３１：バッファ、１２，３２：ランクアダプテーション部、１３，３３：チャネルエンコーダ、１４，３４：インターリーバ、１５，３５：Ｉ／Ｑマッピッング部、１６，３６：プリコーダ、１７，３７：スケジューラ、１８−１〜１８−Ｎt0，３８−１〜３８−Ｎt0：マルチプレクサ、１９−１〜１９−Ｎt0，３９−１〜３９−Ｎt0：直並列変換器、２０−１〜２０−Ｎt0，４０−１〜４０−Ｎt0：逆高速フーリエ変換部、２１−１〜２１−Ｎt0，４１−１〜４１−Ｎt0：並直列変換器、２２−１〜２２−Ｎt0，４２−１〜４２−Ｎt0：ＣＰ付加部、２３−１〜２３−Ｎt0，４３−１〜４３−Ｎt0：アンテナ、５０：基地局制御装置、７０：移動局、７１−１〜７１−Ｎr：アンテナ、７２：ＦＦＴタイミング検出部、７３−１〜７３−Ｎr：ＣＰ除去部、７４：チャネル推定及び制御信号復調部、７５−１〜７５−Ｎr：直並列変換器、７６−１〜７６−Ｎr：高速フーリエ変換部、７７−１〜７７−ＮSC：セル間干渉除去信号検出部、７８−１〜７８−ｉ：並直列変換器、７９−１〜７９−ｉ：デインターリーバ、８０−１〜８０−ｉ：チャネルデコーダ、８１：並直列変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを有する複数の基地局と複数のアンテナを有する移動局がＯＦＤＭにより通信を行う移動通信システムであって、
下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがＯＦＤＭのガードインターバル内に収まるように制御されており、
前記複数の基地局に接続された基地局制御装置を有し、
前記基地局は、
移動局側で既知の同期信号、移動局側で既知のパイロット信号、及び、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を、ユーザデータを伝送するデータチャネルに多重して送信し、
前記移動局は、
自セル基地局からの前記同期信号に基づいて最適受信タイミングを推定し、前記パイロット信号を受信して自セル基地局と自局との間のチャネル応答を推定する手段と、
前記チャネル応答の推定結果に基づいて、前記制御情報から空間多重数及び変調方式の情報を含む送信方式の情報を取得する手段と、
前記複数のアンテナの受信信号を用い、希望信号対干渉信号電力比が改善するようデータチャネルを復調する手段とを有し、
前記基地局制御装置は、
前記移動局が自セル基地局のセル端に位置する場合に、周辺セルにおいて前記セル端に位置する移動局と同じ周波数帯域が割り当てられている移動局に対する周辺セル基地局の送信ランクと、前記セル端に位置する移動局に対する前記自セル基地局の送信ランクの合計が、前記移動局の受信アンテナ数以下となるように、前記自セル基地局と前記周辺セル基地局を制御するものである
ことを特徴とする移動通信システム。
【請求項２】
前記移動局におけるデータチャネルの復調アルゴリズムとして、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ法又は最小二乗誤差法が用いられることを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
【請求項３】
送信ランクが制御される移動局が互いのセル端ユーザになるように前記自セル基地局及び前記周辺セル基地局における周波数リソースの割当をスケジューリングすることを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
【請求項４】
前記移動局は、自局がセル端に位置しているときに、自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を自セル基地局に報告する手段を有し、
前記基地局は、自セルのセル端に位置する移動局から報告された前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を、前記基地局制御装置に通知する手段を有し、
前記基地局制御装置は、前記セル端に位置する移動局から報告された前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報に基づいて、前記自セルの基地局と前記周辺セルの基地局に対し、前記自セル基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てている送信ランクと、前記周辺セルの基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てられている周波数帯域と同一周波数帯域を割り当てている移動局に割り当てている送信ランクの合計が、前記セル端に位置する移動局の受信アンテナ数以下となるように制御することを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
【請求項５】
複数のアンテナを有する複数の基地局と複数のアンテナを有する移動局がＯＦＤＭにより通信を行う移動通信システムにおける前記複数の基地局に接続された基地局制御装置であって、
前記移動局から自局がセル端に位置しているときに報告される自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を当該基地局から受け取る手段と、
前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報に基づいて、前記自セルの基地局と前記周辺セルの基地局に対し、前記自セル基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てている送信ランクと、前記周辺セルの基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てられている周波数帯域と同一周波数帯域を割り当てている移動局に割り当てている送信ランクの合計が、前記セル端に位置する移動局の受信アンテナ数以下となるように制御する手段を有することを特徴とする基地局制御装置。
【請求項１】
複数のアンテナを有する複数の基地局と複数のアンテナを有する移動局がＯＦＤＭにより通信を行う移動通信システムであって、
下りリンクの伝送において複数の基地局で共通の周波数帯域を使用する際、互いに干渉となる全ての基地局の送信タイミングが、移動局における各基地局からの信号のマルチパスを含めた受信タイミングのずれがＯＦＤＭのガードインターバル内に収まるように制御されており、
前記複数の基地局に接続された基地局制御装置を有し、
前記基地局は、
移動局側で既知の同期信号、移動局側で既知のパイロット信号、及び、少なくとも移動局との通信に必要な制御情報を、ユーザデータを伝送するデータチャネルに多重して送信し、
前記移動局は、
自セル基地局からの前記同期信号に基づいて最適受信タイミングを推定し、前記パイロット信号を受信して自セル基地局と自局との間のチャネル応答を推定する手段と、
前記チャネル応答の推定結果に基づいて、前記制御情報から空間多重数及び変調方式の情報を含む送信方式の情報を取得する手段と、
前記複数のアンテナの受信信号を用い、希望信号対干渉信号電力比が改善するようデータチャネルを復調する手段とを有し、
前記基地局制御装置は、
前記移動局が自セル基地局のセル端に位置する場合に、周辺セルにおいて前記セル端に位置する移動局と同じ周波数帯域が割り当てられている移動局に対する周辺セル基地局の送信ランクと、前記セル端に位置する移動局に対する前記自セル基地局の送信ランクの合計が、前記移動局の受信アンテナ数以下となるように、前記自セル基地局と前記周辺セル基地局を制御するものである
ことを特徴とする移動通信システム。
【請求項２】
前記移動局におけるデータチャネルの復調アルゴリズムとして、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ法又は最小二乗誤差法が用いられることを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
【請求項３】
送信ランクが制御される移動局が互いのセル端ユーザになるように前記自セル基地局及び前記周辺セル基地局における周波数リソースの割当をスケジューリングすることを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
【請求項４】
前記移動局は、自局がセル端に位置しているときに、自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を自セル基地局に報告する手段を有し、
前記基地局は、自セルのセル端に位置する移動局から報告された前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を、前記基地局制御装置に通知する手段を有し、
前記基地局制御装置は、前記セル端に位置する移動局から報告された前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報に基づいて、前記自セルの基地局と前記周辺セルの基地局に対し、前記自セル基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てている送信ランクと、前記周辺セルの基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てられている周波数帯域と同一周波数帯域を割り当てている移動局に割り当てている送信ランクの合計が、前記セル端に位置する移動局の受信アンテナ数以下となるように制御することを特徴とする請求項１記載の移動通信システム。
【請求項５】
複数のアンテナを有する複数の基地局と複数のアンテナを有する移動局がＯＦＤＭにより通信を行う移動通信システムにおける前記複数の基地局に接続された基地局制御装置であって、
前記移動局から自局がセル端に位置しているときに報告される自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報を当該基地局から受け取る手段と、
前記自セルの識別番号と周辺セルの識別番号を含む情報に基づいて、前記自セルの基地局と前記周辺セルの基地局に対し、前記自セル基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てている送信ランクと、前記周辺セルの基地局が前記セル端に位置する移動局に割り当てられている周波数帯域と同一周波数帯域を割り当てている移動局に割り当てている送信ランクの合計が、前記セル端に位置する移動局の受信アンテナ数以下となるように制御する手段を有することを特徴とする基地局制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５６７９８（Ｐ２０１２−１５６７９８Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１７２（Ｐ２０１１−１４１７２）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０１４４０６８４）ソフトバンクモバイル株式会社 (654)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０１４４０６８４）ソフトバンクモバイル株式会社 (654)
【Ｆターム（参考）】
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