(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルにそれぞれ基地局が配置され、各基地局が有線回線を介してネットワークと接続され、各基地局がセル内の端末局と無線回線を介して通信を行う無線通信方法であって、
同一セル内および異なるセル間における前記基地局と前記端末局の間のチャネル情報を取得するステップと、
前記取得したチャネル情報を、第ｉセル内の基地局と第ｊセル内の端末局との間のチャネル行列Ｈ'i,jとして管理するステップと、
前記チャネル行列に基づいて、同一セル内の前記基地局と前記端末局間での受信ウエイト行列Ｗ'i,iと、他セル内の前記端末局から到来する干渉信号のレプリカを生成するためのウェイト行列Ｇi,j とを算出するステップと、
第ｉセルにおける受信情報をＲi としたときに、前記受信ウエイト行列Ｗ'i,iとの乗算により第ｉセルにおける０次の推定信号Ｓi[0]＝Ｗ'i,iＲi を算出するステップと、
第ｉセルについて、当該セルと同一周波数チャネルを用いて通信を行う周辺のセルの全てまたは一部において算出されたｊ≠ｉなる第ｊセルにおけるａ次の推定信号Ｓj[a]と前記ウェイト行列Ｇi,j の積算結果を所定のｊに対して総和を取ることにより生成した干渉信号レプリカを前記推定信号Ｓi[0]から減算することで第ｉセルにおけるａ＋１次の推定信号Ｓi[a+1]を算出するステップと、
完了条件を満たした場合に、第ｉセルにおけるａ＋１次の推定信号Ｓi[a+1]を算出することを完了するステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信方法であって、
前記完了条件は、前記推定信号Ｓi[a+1]のＳi[a]に対する変化量を算出し、当該算出した変化量が所定の閾値よりも小さいことである
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信方法であって、
前記完了条件は、第ｉセルにおける前記基地局と前記端末局において互いに共有している既知の送信信号をＲi としたときに、前記受信ウエイトＷ'i,iとの乗算により第ｉセルにおける０次の推定信号Ｓi[0]＝Ｗ'i,iＲi を取得し、ａ＝０を含む前記ａ次の推定信号Ｓi[a]の信号品質を測定し、前記測定した信号品質が所定の条件を満たすか否かを判別し、信号品質が所定の条件を満たす場合の次数を基準点として定め、前記推定信号Ｓi[a]の次数ａが当該次数と同一となることである
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信方法であって、
前記完了条件は、前記ａ次の推定信号Ｓi[a]を一定のビット列単位のＴi[a]として取得したものを復調し、復調したデータビット列に対してビット誤り検出演算を行い、誤りが存在しないことである
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
複数のセルにそれぞれ基地局が配置され、各基地局が有線回線を介してネットワークと接続され、各基地局がセル内の端末局と無線回線を介して通信を行う無線通信システムであって、
同一セル内および異なるセル間における前記基地局と前記端末局の間のチャネル情報を取得する手段と、
前記取得したチャネル情報を、第ｉセル内の基地局と第ｊセル内の端末局との間のチャネル行列Ｈ'i,jとして管理する手段と、
前記チャネル行列に基づいて、同一セル内の前記基地局と前記端末局間での受信ウエイト行列Ｗ'i,iと、他セル内の前記端末局から到来する干渉信号のレプリカを生成するためのウェイト行列Ｇi,j とを算出する手段と、
第ｉセルにおける受信情報をＲi としたときに、前記受信ウエイト行列Ｗ'i,iとの乗算により第ｉセルにおける０次の推定信号Ｓi[0]＝Ｗ'i,iＲi を算出する手段と、
第ｉセルについて、当該セルと同一周波数チャネルを用いて通信を行う周辺のセルの全てまたは一部において算出されたｊ≠ｉなる第ｊセルにおけるａ次の推定信号Ｓj[a]と前記ウェイト行列Ｇi,j の積算結果を所定のｊに対して総和を取ることにより生成した干渉信号レプリカを前記推定信号Ｓi[0]から減算することで第ｉセルにおけるａ＋１次の推定信号Ｓi[a+1]を算出する手段と、
完了条件を満たした場合に、第ｉセルにおけるａ＋１次の推定信号Ｓi[a+1]を算出することを完了する手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信システムであって、
前記完了条件は、前記推定信号Ｓi[a+1]のＳi[a]に対する変化量を算出し、当該算出した変化量がある閾値よりも小さいことである
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項５に記載の無線通信システムであって、
前記完了条件は、第ｉセルにおける前記基地局と前記端末局において互いに共有している既知の送信信号をＲi としたときに、前記受信ウエイトＷ'i,iとの乗算により第ｉセルにおける０次の推定信号Ｓi[0]＝Ｗ'i,iＲi を取得し、ａ＝０を含む前記ａ次の推定信号Ｓi[a]の信号品質を測定し、前記測定した信号品質が所定の条件を満たすか否かを判別し、信号品質が所定の条件を満たす場合の次数を基準点として定め、前記推定信号Ｓi[a]の次数ａが当該次数と同一となることである
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項５に記載の無線通信システムであって、
前記完了条件は、前記ａ次の推定信号Ｓi[a]を一定のビット列単位のＴi[a]として取得したものを復調し、復調したデータビット列に対してビット誤り検出演算を行い、誤りが存在しないことである
ことを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の基地局が同一周波数チャネルを用いて信号送信を行う屋外の無線アクセスシステムにおいて、各基地局が協調的に信号伝送を行うための無線通信方法および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
広帯域のインターネット接続サービスを提供するために光回線の普及が進んでいる。しかし、光回線の敷設には大きなコストがかかり、ある程度まとまったユーザ数を見込めなければ敷設が難しい。そこで、設備コストを抑えて広帯域のインターネット接続サービスを提供するために、ユーザに一番近いところ（ラスト１ホップ）で無線回線を利用する方法が検討されている。
【０００３】
このラスト１ホップの無線回線としては、ネットワーク側の基地局とユーザ宅側の端末局間で見通しがなくても通信可能なマイクロ波帯を用いることが理想である。しかし、周波数資源が枯渇しつつある現状では、マイクロ波帯においてひとつの事業者が多数の周波数チャネルを独占することは難しい。一方、広域のサービスエリアをひとつの基地局でカバーすることは困難であるため、面的にサービスエリアを広げる場合には、ひとつの基地局が円形状のセルと呼ばれるサービスエリアを構成し、そのセルを連続的に敷き詰めることで対処してきた。この際、隣接するセルが同一周波数チャネルを用いると、一般的にはセル間干渉が発生し、特性が大幅に劣化する。通常、このような問題を解決するためには、複数の周波数チャネルを用い、周波数の繰り返し割り当てを行うことで、同一周波数チャネルのセルの間隔を隔離していた。
【０００４】
このように、複数の周波数チャネルの繰り返し割り当てにより、同一周波数チャネルのセル間の相互干渉を抑圧することは可能であるが、利用可能な周波数チャネルが少ない場合には、必ずしも十分なレベルまで干渉を抑圧することはできない。このような問題を解決するための方法としては、非特許文献１に記載されているような、セル間の相互の干渉を抑圧するためのセル間干渉キャンセラを利用する方法が提案されている。
【０００５】
図８は、従来技術におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す。
図８において、101 は制御局、102-1 〜102-5 は遠隔基地局、103-1 〜103-5 は端末局、104-1 〜104-5 は同一周波数チャネルを用いるセル、105 は有線伝送路を表す。同一周波数を用いるセル104-1 〜104-5 は、これらのセルの間に存在するセルにおいて複数周波数チャネルの繰り返し利用などをすることにより、それぞれのセル104-1 〜104-5 はある程度の距離で隔離されている。すなわち、ここには着目した周波数チャネルのセル以外は記載していないが、実際にはその他の周波数チャネルを利用するセルが存在する。各セル104-1 〜104-5 に設置される遠隔基地局102-1 〜102-5 は、有線伝送路105 を介して制御局101 と接続される。制御局101 は、各遠隔基地局102-1 〜102-5 とその配下の端末局103-1 〜103-5 との無線通信を一括して管理し、各種信号処理を行う。
【０００６】
遠隔基地局102-1 〜102-5 および端末局103-1 〜103-5 は、図中では複数のアンテナを備え、各セル104-1 〜104-5 毎にＭＩＭＯチャネルを構成するように図示しているが、それぞれがアンテナ１本ずつのＳＩＳＯチャネルを構成しても構わない。さらに、セル内にそれぞれ複数の遠隔基地局を備え、全体として複数本のアンテナを備える構成でもよい。さらに、端末局103-1 〜103-5 もセル内に複数局存在し、同時刻に同一周波数チャネルを用いて同時並行的に通信を行うマルチユーザＭＩＭＯ通信を実現する構成でもよい。
【０００７】
制御局101 は、各遠隔基地局102-1 〜102-5 および各端末局103-1 〜103-5 との間のＭＩＭＯチャネルのチャネル情報を何らかの方法で取得可能であるとする。このチャネル情報の取得方法は、様々な文献で議論されている一般的な技術なので、ここではチャネル情報が既知であるとして詳細は省略する。
【０００８】
次に、無線通信システムにおける全体のチャネル行列Ｈall を以下のように定義する。
【数１】
0005595984.tif 000002
【０００９】
ここで、Ｎは無線通信システムを構成する同一周波数チャネルを用いるセルの総数を表す。さらに、チャネル行列Ｈall を構成する各成分Ｈi,j は、それ自体が行列を構成している。例えば、図８の例であれば５つのセルにより構成されているのでＮ＝５であり、対角成分であるＨ1,1 、Ｈ2,2 、…、Ｈ5,5 はそれぞれ、セル104-1 〜104-5 の中の各基地局102-1 〜102-5 と各端末局103-1 〜103-5 との間のＭＩＭＯチャネルを表している。また、非対角成分であるｉ≠ｊに対するＨi,j は、第ｊセル内の基地局102-j から第ｉセルの端末局103-i への干渉に相当するチャネル行列を表す。なお、この行列Ｈi,j は通信相手となる端末局毎に異なるので、その端末局に相当する添え字を付与して標記すべきであるが、ある瞬間に通信を行う対象となる端末のみに着目し、ここでは説明の都合上、端末局に相当する添え字を省略している。
【００１０】
ここで、非対角項の行列のノルムが対角項の行列のノルムよりも十分に小さい場合、すなわち以下の条件が成り立つとき、干渉キャンセラが有効に機能する。
【数２】
0005595984.tif 000003
【００１１】
以下の説明を進めるにあたり、チャネル行列Ｈall の対角項のみを抜き出して他をゼロ挿入した行列Ｈd と、非対角項のみを抜き出して対角項をゼロ挿入した行列Ｈndとを以下のように定義する。
【数３】
0005595984.tif 000004
【００１２】
さらに、第ｉセルにおいて必要に応じて遠隔基地局が送信信号に乗算する送信ウエイトをＷi,i としたとき、この部分行列を対角項に配置した全体の送信ウエイト行列を以下のように定義する。
【数４】
0005595984.tif 000005
【００１３】
同様に、第ｉセルでの遠隔基地局からの送信情報をＳi 、第ｉセルの端末局において受信される信号をＲi 、第ｉセルの端末局における雑音信号をｎi とおくと、全体としては以下のように表すことができる。
【数５】
0005595984.tif 000006
【００１４】
式(10)の信号Ｔとは、送信情報に対して送信ウエイトを乗算した信号で、送信側から実際に送信されるプリコーディングされた信号と位置づけられる。ここで、送信ウエイト行列Ｗi,i は、自分のセル以外のセルからの干渉を無視して算出した送信ウエイトとなっているので、式(6) ではセル間干渉信号が混在した状態になっている。非特許文献１に記載の干渉キャンセラでは、この他セルからの干渉信号の総和が端末局においてどのように受信されるかを推定し、この推定した信号の逆符号の信号のレプリカを遠隔基地局において生成し、これをもとの信号に加算して送信することとしている。干渉レプリカ信号を考慮した具体的な送信信号Ｔ′は以下の式で与えられる。
【数６】
0005595984.tif 000007
【００１５】
ここで、式(11)は、先の送信ウエイトＷの代わりに以下の換算送信ウエイトＷ′を算出し、送信情報Ｓに対しＷ′を乗算することで送信信号を求めることと理解できる。
【数７】
0005595984.tif 000008
【００１６】
図９は、従来の無線通信方法におけるダウンリンクの送信信号算出処理手順を示す。図９(a) は遠隔基地局と各端末局間で定期的に行うチャネル情報の取得処理、図９(b) は実際の送信処理を行う前段の送信準備処理、図９(c) は各ビット列を送信する際のシンボル単位での送信信号算出処理をそれぞれ表す。
【００１７】
図９(a) において、遠隔基地局と各端末局との間の伝搬チャネルは、時間と共に変化しているのが一般的である。そこで、所定の周期でそれぞれのチャネル情報を定期的に取得する。具体的には、処理を開始すると（S101）、チャネル情報を取得し（S102）、それを式(3) および式(4) の部分チャネル行列Ｈi,j として記録し（S103）、処理を終了する（S104）。本来、部分チャネル行列Ｈi,j は端末局毎に異なるので、その端末局に相当する添え字を付与すべきであるが、ここでは説明の都合上、省略している。
【００１８】
図９(b) において、送信機会を得て処理を開始すると（S111）、通信相手の端末局を選択し（S112）、メモリに記憶された当該端末局に関連した部分チャネル行列Ｈi,j を読み出す（S113）。さらに、対角成分の部分チャネル行列Ｈi,iに対する送信ウエイトＷi,iを算出する（S114）。ここでの送信ウエイトは、例えばＭＩＭＯ伝送における固有モード伝送のための送信ウエイトであったり、マルチユーザＭＩＭＯにおける端末局間干渉抑圧のためのヌル形成用の送信ウエイトであったり、如何なるものであっても構わない。また、特に送信ウエイトを定めずに、単なる単位行列を用いても構わない。この場合、送信ウエイトの算出処理（S114）は実効的には意味を持たない。次に、この送信ウエイトＷi,i を対角成分とした送信ウエイトＷに対して式(12)で示す換算送信ウエイトＷ′を算出し（S115) 、処理を終了する（S116）。
【００１９】
図９(c) において、実際にビット列に基づいたプリコーディングを行った送信信号の算出処理として処理を開始すると（S121）、送信情報Ｓを入力し（S122）、式(11)に従い送信情報Ｓに換算送信ウエイトＷ′を乗算し、送信信号Ｔ′を算出し（S123）、処理を終了して送信信号Ｔ′を決定する（S124）。なお、送信情報Ｓは、各セル毎の成分を式(7) により合成した信号ベクトルとして処理を行う。
【００２０】
ここで、この干渉キャンセラが有効に機能するためには式(2) の条件を満たさなければならず、もともと少ない周波数チャネルで繰り返しを行っていた場合には、十分にセル間干渉を抑圧することができなかった。
【００２１】
そこで、式(2) の条件を十分に満たさない環境では、さらに干渉レプリカ信号の推定精度を高めることが有効である。まず、先の式(11)で示した干渉信号をキャンセルするためのレプリカ信号は、このレプリカ信号を求める対象のセルにおいて干渉源となりうる隣接セルからの干渉信号を考慮しない場合の送信ウエイトが付加された送信信号を前提として求めていた。次に、これを拡張し、隣接する干渉源となりうるセルから式(11)で与えられる信号が送信されたことを前提に、その信号をキャンセルするためのレプリカ信号を再度算出し、その信号を減算することで近似の精度を高めることが可能となる。この場合の干渉レプリカ信号を考慮した具体的な送信信号Ｔ″は以下の式で与えられる。
【数８】
0005595984.tif 000009
【００２２】
なお、一般的に、Ｎ×Ｎの行列同士の乗算には、Ｎ3 の乗算回数が必要となる。非特許文献１にも記載されているように、全体としてのサービスエリアが広域になり、エリア全体での遠隔基地局のアンテナ数が増えるに従い、Ｎ3 に比例して乗算回数が膨大化する。すなわち、近似の精度を高めることは可能であるが、全体の行列Ｈall のサイズが増大した環境での適用は、回路規模が増大し、また演算の負荷が増大するために非現実的であった。
【００２３】
以上のダウンリンクでの信号処理に対し、アップリンクでの信号処理を簡単に説明する。アップリンクでは、各端末局側では周辺セルの遠隔基地局との間のチャネル情報も十分に把握できておらず、さらには複数のセルに存在する各端末局はそれぞれ協調して通信を行うことが困難であるため、各遠隔基地局において相互のセル間の与／被干渉を抑圧するような協調伝送は不可能である。
【００２４】
したがって、アップリンクにおける各セルの送信情報を式(7) と同様に定義するならば、特殊な送信ウエイトを乗算することなしに全ての端末局が信号を送信することになるために、制御局（または遠隔基地局）におけるＲについて、式(6) は以下のように書き直すことができる。
【数９】
0005595984.tif 000010
【００２５】
ここで、Ｈ'allとは、アップリンクに相当する全体のチャネル行列である。この行列のサイズが非常に大きいことを考慮すれば、通常のＭＩＭＯ通信において良好な特性を示す最大尤度検出（ＭＬＤ：Maximum Likelihood Detection）法の適用は不可能である。したがって、ＺＦ（Zero Forcing）法、最小自乗誤差（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error ）法などを利用した信号処理が前提となる。この中で最も簡単なＺＦ法の場合の処理内容を以下に説明する。
【００２６】
まず、行列Ｈ'allがサイズＮ×Ｍの行列とすると、送信信号系統数Ｍよりも受信アンテナの総数Ｎの方が大きくないと信号分離ができないため、必然的にＮ≧Ｍの関係が成り立つ。Ｎ＝Ｍであれば、式(14)に対し行列Ｈ'allの逆行列を左側より乗算することにより信号検出処理が可能である。しかし、一般にはＮ＝Ｍとは限らないので、行列Ｈ'allそのものには逆行列が存在するとは限らない。この場合、行列Ｈ'allの擬似逆行列である行列
（Ｈ'allH Ｈ'all)-1Ｈ'allH 
を用いる。ここで、行列Ｈ'allH Ｈ'allはサイズＭ×Ｍの正方行列であり、行列Ｈ'allのランクがＭであれば、行列Ｈ'allH Ｈ'allには逆行列が一般的に存在する。そこで式(14)に対し、擬似逆行列を左側より乗算すると、以下の式が得られる。
【数１０】
0005595984.tif 000011
【００２７】
右辺の第２項は雑音ベクトルｎの各成分を擬似逆行列のウエイトで合成した信号になっており、一般的には送信情報Ｓの大きさよりも十分に小さく、この結果に対して硬判定ないしは軟判定（誤り訂正処理を伴う）処理を行って求めた信号をもとに、端末局側にて送信した送信情報の推定（受信信号の検出）処理を行うことになる。
【００２８】
図１０は、従来の無線通信のアップリンクにおける制御局および遠隔基地局の構成例を示す。
図１０において、61は制御局、13は受信信号生成手段、2aはチャネル情報取得・管理手段、4aは復調部、6aは受信データ出力手段、10a 〜10i は遠隔基地局、12a 〜12c は端末局を示す。端末局12a 〜12c から制御局61への情報伝送であるアップリンクについて説明すると、端末局12a 〜12c が送信した信号を遠隔基地局10a 〜10i が受信し、それらが接続されている制御局61へ信号を転送する。制御局61は、遠隔基地局10a 〜10i が受信した信号に対し、その信号がトレーニング信号の場合にはチャネル情報取得・管理手段2aにおいて、遠隔基地局と端末局間のチャネル情報を取得し、受信ウェイトを算出して保存する。一方、受信した信号がデータ信号の場合には受信信号生成手段13において、チャネル情報取得・管理手段2aにて生成された受信ウェイトを乗算して受信信号を生成する。受信信号は復調部4aへ出力され、復調処理を行った後に受信データ出力手段6aへと出力される。
【００２９】
図１１は、従来の無線通信方法におけるアップリンクの信号推定処理手順を示す。図１１(a) は遠隔基地局と各端末局間で定期的に行うチャネル情報の取得処理、図１１(b) は信号推定処理の前段の受信準備処理、図１１(c) はデータの各ビット列を受信した際のシンボル単位での信号推定処理をそれぞれ表す。
【００３０】
図１１(a) において、遠隔基地局10a 〜10i と各端末局12a 〜12c との間の伝搬チャネルは、時間と共に変化しているのが一般的である。そこで、チャネル情報取得・管理手段2aにおいて所定の周期でそれぞれのチャネル情報を定期的に取得する。具体的には、処理を開始すると（S131）、チャネル情報を取得し（S132）、それを部分チャネル行列Ｈ'i,jとして記録し（S133）、処理を終了する（S134）。本来、部分チャネル行列Ｈ'i,jは端末局毎に異なるので、その端末局に相当する添え字を付与すべきであるが、ここでは説明の都合上、省略している。なお、チャネル情報取得・管理手段2aで取得するチャネル情報は、遠隔基地局と端末局間で推定されたチャネル情報がチャネル情報取得・管理手段2aに対して定期的に出力されたものである。チャネル情報は、遠隔基地局10a 〜10i または端末局12a 〜12c により算出されて、制御局61に通知する。
【００３１】
次に、図１１(b) において、データ受信により処理を開始すると（S141）、各セルにて遠隔基地局と端末間との間のチャネル情報を取得し（S142）、さらに図１０(a) で取得した他のセルからの干渉信号に対応するチャネル情報であるセル間の部分行列Ｈ'i,jを読み出し（S143）、それらを合成して全体の行列Ｈ'allを作成する（S144）。この全体のチャネル行列に対し、式(15)により擬似逆行列を算出し（S145）、処理を終了し（S146）、受信したデータに後続する情報（ビット列）の受信信号推定処理を引き続き行う。
【００３２】
一般的に、受信するデータの先頭領域にはチャネル推定用のプリアンブル信号が付与されているため、処理S142において部分チャネル行列の対角項に相当するところの、着目したセル内の端末から送信され、このセル内の基地局にて受信される際の部分チャネル行列Ｈ'i,iは取得可能である。しかし、処理S143において非対角項に相当する部分チャネル行列Ｈ'i,jについてはそのシステムに依存し、必ずしも取得できるとは限らない。図１１(b) の説明では、非対角項に相当する部分チャネル行列Ｈ'i,jについては、図１１(a) にて説明したように実際のデータ受信とは別の機会に取得し、図１１(a) の処理S133で記録した情報を処理S143で読み出して用いる場合を例にとって説明した。ただし、もしデータ受信時に非対角項に相当する部分チャネル行列Ｈ'i,jも取得可能であれば、図１１(a) に記載の一連の処理は省略可能であり、処理S142の中で対角項、非対角項の全てを取得し、処理S143は省略することになる。
【００３３】
次に、図１１(c) において、データのビット列をシンボル単位で信号推定処理を開始すると（S151）、シンボル単位の第ｉセルの受信信号をＲi を全セルで取得し（S152）、受信信号生成手段13において式(15)に従い擬似逆行列を全体の受信信号ベクトルＲの左側より乗算し、推定信号Ｓを算出し（S153）、信号推定処理を終了する (S154) 。
【００３４】
なお、雑音成分等による推定誤差を抑圧するために、処理S153には復調部4aにおける復調処理及び信号の硬判定処理、誤り訂正を含む軟判定処理などが含まれるが、これらは一般的な技術であるためここでは説明を省略する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３５】
【非特許文献１】丸田一輝他、「マルチユーザMIMO分散アンテナシステムにおけるクラスタ間干渉キャンセラを用いた周波数利用効率改善効果」、信学技報RCS2009-231 、 pp.139-144 、2010年１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
非特許文献１に記載の干渉キャンセラはダウンリンクに関する信号処理のみに関する技術であり、アップリンクの信号処理については言及がなかった。多数の端末局が送信する信号を受信して信号処理を行うこと自体は原理的には可能であるが、ここでは先に説明した式(15)のように、行列に対する行列の乗算や逆行列演算を伴う。この行列は、全てのサービスエリアに関する行列全体で構成されるため、非常に大きなサイズとなる。例えば、 100×100 のサイズであれば、その行列の乗算や逆行列演算にはそれぞれ106 回の乗算が必要となる。実際にはそれ以上の行列サイズとなることも一般的であり、膨大な演算量を処理するためには非現実的な回路規模のハードウエアを想定するか、ないしは処理遅延が膨大となるソフトウエア的な処理が避けられない。
【００３７】
本発明は、現実的な演算量、現実的な回路規模において実現可能なアップリンクにおける干渉キャンセラ技術を確立し、さらに周波数繰り返しを行う周波数チャネル数を抑えて周波数リソースを有効に活用することができる無線通信方法および無線通信システム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】
【００３８】
第１の発明は、複数のセルにそれぞれ基地局が配置され、各基地局が有線回線を介してネットワークと接続され、各基地局がセル内の端末局と無線回線を介して通信を行う無線通信方法であって、同一セル内および異なるセル間における基地局と端末局の間のチャネル情報を取得するステップと、取得したチャネル情報を、第ｉセル内の基地局と第ｊセル内の端末局との間のチャネル行列Ｈ'i,jとして管理するステップと、チャネル行列に基づいて、同一セル内の基地局と端末局間での受信ウエイト行列Ｗ'i,iと、他セル内の端末局から到来する干渉信号のレプリカを生成するためのウェイト行列Ｇi,j とを算出するステップと、第ｉセルにおける受信情報をＲi としたときに、受信ウエイト行列Ｗ'i,iとの乗算により第ｉセルにおける０次の推定信号Ｓi[0]＝Ｗ'i,iＲi を算出するステップと、第ｉセルについて、当該セルと同一周波数チャネルを用いて通信を行う周辺のセルの全てまたは一部において算出されたｊ≠ｉなる第ｊセルにおけるａ次の推定信号Ｓj[a]とウェイト行列Ｇi,j の積算結果を所定のｊに対して総和を取ることにより生成した干渉信号レプリカを推定信号Ｓi[0]から減算することで第ｉセルにおけるａ＋１次の推定信号Ｓi[a+1]を算出するステップと、完了条件を満たした場合に、第ｉセルにおけるａ＋１次の推定信号Ｓi[a+1]を算出することを完了するステップとを有する。
【００３９】
本発明により、全体行列Ｈ'allの行列サイズが非常に大きい場合でも、各ａの値に対して共通の小規模行列である行列Ｇi,j を用いながら、ａ次の推定信号Ｓi[a]を漸化式で算出することにより、演算量を抑えながら高次の推定信号の解を算出することが可能になる。
【００４０】
第１の発明の無線通信方法であって、完了条件は、推定信号Ｓi[a+1]のＳi[a]に対する変化量を算出し、当該算出した変化量が所定の閾値よりも小さいことである。
【００４１】
本発明により、干渉キャンセルを実施することによる信号の変化量を算出し、その変化量がある一定量よりも小さければ以降干渉キャンセル処理を実施する必要がないと判断し、その処理を中断するため、送信信号算出のための演算量を削減することが可能になる。さらに、以降の繰り返し処理において当該セルからの信号を算出する必要がなくなるため、基地局ないしは制御局において交換する情報量を削減することが可能となる。
【００４２】
第１の発明の無線通信方法であって、完了条件は、第ｉセルにおける基地局と端末局において互いに共有している既知の送信信号をＲi としたときに、受信ウエイトＷ'i,iとの乗算により第ｉセルにおける０次の推定信号Ｓi[0]＝Ｗ'i,iＲi を取得し、ａ＝０を含むａ次の推定信号Ｓi[a]の信号品質を測定し、測定した信号品質が所定の条件を満たすか否かを判別し、信号品質が所定の条件を満たす場合の次数を基準点として定め、推定信号Ｓi[a]の次数ａが当該次数と同一となることである。
【００４３】
本発明により、繰り返し処理の途中に受信信号に誤りが小さいと判定された場合にはその処理を中断するため、演算量を削減することが可能になる。すなわち、受信信号に他セルからの干渉成分が含まれている場合、その受信信号から干渉信号レプリカを生成すると新たな干渉成分、すなわち残留干渉を発生する原因となる。このとき、式(2) に示す条件が満たされていない、つまり所望信号の電力よりも干渉信号の電力が大きい場合では、繰り返し処理において残留干渉成分が増幅されてしまい干渉キャンセルがうまく機能しなくなる。さらに、以降の繰り返し処理において当該セルからの信号を取得する必要がなくなるため、基地局ないしは制御局において交換する情報量を削減することが可能となる。
【００４４】
第１の発明の無線通信方法であって、完了条件は、ａ次の推定信号Ｓi[a]を一定のビット列単位のＴi[a]として取得したものを復調し、復調したデータビット列に対してビット誤り検出演算を行い、誤りが存在しないことである。
【００４５】
本発明により、データビット列Ｔi[a]に誤りが検出されなくなった場合には所定の繰り返し回数まで処理を実施することなく信号検出処理を完了できるため、演算量を抑えることが可能になる。また、あるセルにおいて受信データに誤りが無いものと判定された場合、次の繰り返し処理には誤りの無い受信信号が用いられる。これにより、誤りの無い、すなわち干渉成分を含まない受信信号から干渉信号のレプリカを生成できるため、残留干渉は発生しない。さらに以降の繰り返し処理において当該セルからの信号を取得する必要がなくなるため、基地局ないしは制御局において交換する情報量を削減することが可能となる。
【００４６】
第２の発明は、複数のセルにそれぞれ基地局が配置され、各基地局が有線回線を介してネットワークと接続され、各基地局がセル内の端末局と無線回線を介して通信を行う無線通信システムであって、同一セル内および異なるセル間における基地局と端末局の間のチャネル情報を取得する手段と、取得したチャネル情報を、第ｉセル内の基地局と第ｊセル内の端末局との間のチャネル行列Ｈ'i,jとして管理する手段と、チャネル行列に基づいて、同一セル内の基地局と端末局間での受信ウエイト行列Ｗ'i,iと、他セル内の端末局から到来する干渉信号のレプリカを生成するためのウェイト行列Ｇi,j とを算出する手段と、第ｉセルにおける受信情報をＲi としたときに、受信ウエイト行列Ｗ'i,iとの乗算により第ｉセルにおける０次の推定信号Ｓi[0]＝Ｗ'i,iＲi を算出する手段と、第ｉセルについて、当該セルと同一周波数チャネルを用いて通信を行う周辺のセルの全てまたは一部において算出されたｊ≠ｉなる第ｊセルにおけるａ次の推定信号Ｓj[a]とウェイト行列Ｇi,j の積算結果を所定のｊに対して総和を取ることにより生成した干渉信号レプリカを推定信号Ｓi[0]から減算することで第ｉセルにおけるａ＋１次の推定信号Ｓi[a+1]を算出する手段と、完了条件を満たした場合に、第ｉセルにおけるａ＋１次の推定信号Ｓi[a+1]を算出することを完了する手段とを備える。
【００４７】
第２の発明の無線通信システムであって、完了条件は、推定信号Ｓi[a+1]のＳi[a]に対する変化量を算出し、当該算出した変化量がある閾値よりも小さいことである。
【００４８】
第２の発明の無線通信システムであって、完了条件は、第ｉセルにおける基地局と端末局において互いに共有している既知の送信信号をＲi としたときに、受信ウエイトＷ'i,iとの乗算により第ｉセルにおける０次の推定信号Ｓi[0]＝Ｗ'i,iＲi を取得し、ａ＝０を含むａ次の推定信号Ｓi[a]の信号品質を測定し、測定した信号品質が所定の条件を満たすか否かを判別し、信号品質が所定の条件を満たす場合の次数を基準点として定め、推定信号Ｓi[a]の次数ａが当該次数と同一となることである。
【００４９】
第２の発明の無線通信システムであって、完了条件は、ａ次の推定信号Ｓi[a]を一定のビット列単位のＴi[a]として取得したものを復調し、復調したデータビット列に対してビット誤り検出演算を行い、誤りが存在しないことである。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、同一周波数チャネルを用いる周辺のセルからの相互の与／被干渉が存在する環境で、多数の端末局が送信した信号を複数の遠隔基地局が受信するアップリンクにおいて、多数の遠隔基地局のアンテナの受信信号に対する信号処理により、周辺のセルからの相互の与／被干渉を抑圧し、信号対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）を改善した状態で通信を行うことができる。この結果、周波数チャネル数が少ない場合であっても、これに起因するセル間干渉を抑えて、通信品質を改善できる。
【００５１】
また、従来技術では、非現実的な規模の膨大な演算量を伴う干渉キャンセラの信号処理に対して、本発明では必要となる演算量を大幅に抑圧可能である。
【００５２】
さらに、信号処理自体はひとつの制御局に全て集約する必要はなく、分散的な制御局または基地局において処理を実行可能であり、この結果、個別の制御局または基地局の演算量をサービスエリア全体のセルの数に依存しない、現実的な演算量に抑えることが可能になり、極限的には超広域のサービスエリアへの拡張が可能になる。
【００５３】
さらに、本発明では推定信号の品質を測定して干渉キャンセルの処理を中断する処理を伴うので、さらに演算量を抑圧し、さらには基地局ないしは制御局間にて交換する情報量を削減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１における信号品質を考慮した干渉キャンセルを実現する信号推定処理を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施例２における信号品質を考慮した干渉キャンセルを実現する信号推定処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例３における制御局および遠隔基地局の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施例３における信号品質を考慮した干渉キャンセルを実現する信号検出処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の関連技術における制御局および遠隔基地局の構成例を示す図である。
【図６】本発明の関連技術における干渉キャンセルを実現する信号推定処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の関連技術におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す図である。
【図８】従来技術におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す図である。
【図９】従来の無線通信方法におけるダウンリンクの送信信号算出処理を示すフローチャートである。
【図１０】従来の無線通信システムのアップリンクにおける制御局および遠隔基地局の構成例を示す図である。
【図１１】従来の無線通信方法におけるアップリンクの信号推定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
始めに、本発明の背景となる関連技術（特願２０１０−２３３２６３）について説明する。
まず、アップリンクに関するチャネル行列を再定義する。
【数１１】
0005595984.tif 000012
【００５６】
ここで、式(19)のＷ’の各項におけるＷ'i,iは、式(17)のＨ'i,iに対する受信ウエイトであり、例えばＺＦ法であれば
Ｗ'i,i＝Ｈ'i,i-1
または
Ｗ'i,i＝（Ｈ'i,iH Ｈ'i,i)-1Ｈ'i,iH 
で与えられる。また、最小自乗平均誤差（ＭＭＳＥ）基準のウエイトなど、他の如何なる方法により算出して構わない。この行列を式(14)の両辺の左側より乗算する。
【数１２】
0005595984.tif 000013
【００５７】
さらに、以下のように演算を進める。
【数１３】
0005595984.tif 000014
【００５８】
ここで式(20)の右辺第３項の雑音項を無視すれば、以下のような関係式が求まる。
【数１４】
0005595984.tif 000015
【００５９】
これを各行毎に分けて記述すれば、第ｉ行は以下の関係式となる。
【数１５】
0005595984.tif 000016
【００６０】
ここで、左辺のＳi に乗算されているＷ'i,iＨ'i,iは対角行列である。これは、受信信号に受信ウエイトを乗算したＷ'i,iＲi から干渉成分である信号を推定して減算することで、セル間干渉のない場合の信号に関する情報（式(24)の左辺）が求まることを意味している。全てのｉ，ｊに対し式(24)が成立する送信情報Ｓi を求めることができれば、それは送信情報Ｓの近似解とみなすことができる。そこで、以下の処理を行う。
【数１６】
0005595984.tif 000017
【００６１】
式(27)は送信情報Ｓi[a]に関する漸化式となっており、初期値を式(25)で与えた後、繰り返し演算を行えば、式(2) の条件式が満たされている場合には収束解をもつことになる。以下に、関連技術について図を参照して説明する。
【００６２】
図５は、関連技術における制御局および遠隔基地局の構成例を示す。
図５において、1a〜1cは制御局、2a〜2cはチャネル情報取得・管理手段、3a〜3cは受信信号生成・保存手段、4a〜4cは復調部、5a〜5cは干渉除去手段、6a〜6cは受信データ出力手段、7a〜7cは周辺セル情報取得手段、8a〜8cは干渉信号レプリカ生成手段、9a〜9cは情報伝達手段、10a 〜10i は遠隔基地局、12a 〜12c は端末局を示す。
【００６３】
本技術の特徴は、制御局1a〜1cは、受信信号生成・保存手段3a〜3c、干渉除去手段5a〜5c、周辺セル情報取得手段7a〜7c、干渉信号レプリカ生成手段8a〜8c、情報伝達手段9a〜9cを備え、情報伝達手段9a〜9cから情報取得手段7a〜7cに有線伝送路等を介して通知される周辺セルの情報（受信信号）をもとに、干渉信号レプリカ生成手段8a〜8cにおいて干渉信号レプリカを生成し、干渉除去手段5a〜5cにおいて他セルからの干渉をキャンセルする処理を繰り返し実施するところにある。
【００６４】
端末局12a 〜12c から制御局1a〜1cまたは基地局への情報伝送であるアップリンクについて説明する。端末局12a 〜12c が送信した信号は遠隔基地局10a 〜10i が受信し、それぞれが接続されている制御局1a〜1cへ信号を転送する。制御局1a〜1cは、遠隔基地局10a 〜10i が受信した信号に対し、その信号がトレーニング信号の場合にはチャネル情報取得・管理手段2a〜2cに入力され、遠隔基地局と端末局間のチャネル情報を取得し、受信ウェイト等を生成して保存する。一方、受信した信号がデータ信号の場合には受信信号生成・保存手段3a〜3cに入力され、チャネル情報取得・管理手段2a〜2cにて算出されたウェイトを用いて式(25)により０次の受信信号を生成し、保存する。
【００６５】
干渉除去の処理を実施する際は、干渉除去手段5a〜5cを通して制御局1a〜1cが保有しているａ＝０を含むａ次の受信信号を情報伝達手段9a〜9cによって他の制御局に向けて伝送し、同時に、該伝送された情報を周辺セル情報取得手段7a〜7cによって取得する。次に、干渉信号レプリカ生成手段8a〜8cが、取得した周辺セルの受信信号と、チャネル情報取得・管理手段2a〜2cにて保存されているチャネル情報を用いて干渉信号レプリカを生成し、干渉除去手段5a〜5cは該干渉信号レプリカと受信信号生成・保存手段3a〜3cにて保存されている０次の受信信号を用いて式(27)によりａ＋１次の受信信号を生成する。上記一連の処理を繰り返し実施することで、高次の推定信号を生成する。繰り返し処理を終えると、干渉除去手段5a〜5cは推定信号を復調部4a〜4cへ出力し、復調処理を行って受信データ出力手段6a〜6cへ出力する。
【００６６】
図６は、本発明の関連技術における干渉キャンセルを実現する信号推定処理手順を示す。図６(a) は遠隔基地局と各端末局間で定期的に行うチャネル情報の取得処理、図６(b) は信号推定処理を行う前段の受信準備処理、図６(c) はデータの各ビット列を受信した際のシンボル単位での信号推定処理をそれぞれ表す。
【００６７】
図６(a) において、遠隔基地局10a 〜10i と各端末局12a 〜12c との間の伝搬チャネルは、時間と共に変化しているのが一般的である。そこで、所定の周期でそれぞれのチャネル情報を定期的に取得する。具体的には、処理を開始すると（S1）、チャネル情報を取得し（S2）、それを式(16)の部分チャネル行列Ｈ'i,jとして記録し（S3）、処理を終了する（S4）。本来、部分チャネル行列Ｈ'i,jは端末局毎に異なるので、その端末局に相当する添え字を付与すべきであるが、ここでは説明の都合上、省略している。
【００６８】
図６(b) において、データを受信して処理を開始すると（S11)、着目したセル内の通信相手とする端末局とのチャネル情報を取得し（S12)、部分チャネル行列Ｈ'i,iとして管理する（S13)。さらに、同一セル内の基地局と端末局間での受信ウエイト行列Ｗ'i,iを部分チャネル行列Ｈ'i,iに基づいて取得し、式(26)に従って行列Ｇi,j を算出し（S14)、処理を終了する（S15)。そして、受信したデータに後続する情報（ビット列）の信号推定処理を引き続き行う。
【００６９】
ここで、図９における従来技術でも同様の説明をしたが、受信するデータの先頭領域にはチャネル推定用のプリアンブル信号が付与されているため、処理S12 において部分チャネル行列の対角項に相当するところの、着目したセル内の端末から送信されこのセル内の基地局にて受信される際の部分チャネル行列Ｈ'i,iは取得可能である。しかし、非対角項に相当する部分チャネル行列Ｈ'i,jについてはそのシステムに依存し、必ずしも取得できるとは限らない。図６(b) での説明では、非対角項に相当する部分チャネル行列Ｈ'i,jについては、図６(a) にて説明したように実際のデータ受信とは別の機会に取得し、図６(a) の処理S3で記録した情報を処理S13 で読み出して用いる場合を例にとって説明した。ただし、もしデータ受信時に非対角項に相当する部分チャネル行列Ｈ'i,jも取得可能であれば、図６(a) に記載の一連の処理は省略可能であり、処理S12 の中で対角項、非対角項の全てを取得し、処理S13 は省略することになる。
【００７０】
図６(c) において、データのビット列をシンボル単位で受信し、信号推定処理を開始すると（S101) 、シンボル単位の第ｉセルの受信信号をＲi とし（S102) 、式(25)に従って着目したセルの０次の信号検出処理によりＳj[0]を算出する（S103) 。次にカウンタ値ａをゼロにリセットし（S104) 、周辺セルの信号Ｓi[a]を取得し（S105) 、式(27)に従いａ＋１の着目したセルの推定信号Ｓi[a+1]を算出する（S106) 。さらに、カウンタ値ａに１加算し（S107) 、所定のしきい値ｂを超えるか否かを判断する（S108) 。ステップS108にてYes の場合、処理を終了してｂ次の推定信号Ｓi[b]を決定し、復調処理へ進む（S109) 。一方、ステップS108にてNoの場合はステップS105に戻り、ステップS105からステップS108の処理を繰り返し実行する。
【００７１】
なお、処理S109では信号の推定処理が完了としているが、当然ながら復調処理および雑音成分等による推定誤差を抑圧するための信号の硬判定処理、誤り訂正を含む軟判定処理などが含まれることがあるが、これらの処理は一般的な技術であるためここでは説明を省略する。
【００７２】
ここで、ステップS105について補足すると、ここでいう周辺のセルとは、式(27)のΣで総和をとる対象のセルであり、具体的には相互の与／被干渉が無視できない所定のレベル以上のセルである。この条件は、通常は置局設計において決まるため、固定的に設定されていることが一般的であるが、逐次干渉の度合いを調査し、その時点で干渉が無視できないセルを動的に管理しても構わない。たとえば、受信電力が閾値以上のものを対象とする。また、ａ次の近似解として得られた推定信号Ｓi[a]のみを近接セル同士で情報交換すればよいので、相互に通知する情報量は限定的である。
【００７３】
また、ステップS105からステップS108の処理をハードウエア上に回路を構成して繰り返し実行する際には、同一の回路を繰り返し利用することになるため、演算回数という意味では演算量は多少増加するが、回路規模はステップS105からステップS108の処理の繰り返し回数には依存せず、一定の回路規模のままとすることができる。
【００７４】
図７は、本発明の関連技術におけるセル間干渉キャンセラを用いた無線通信システムの構成例を示す。
図７において、201-1 〜201-2 は制御局、202-1 〜202-5 は遠隔基地局、203-1 〜203-5 は端末局、204-1 〜204-5 は同一周波数チャネルを用いるセル、205-1 〜205-3 は有線伝送路を表す。
【００７５】
本構成と図８に示す従来構成が異なるところは、全てのセル204-1 〜204-5 内の遠隔基地局202-1 〜202-5 が単一の制御局に接続されているのではなく、分散した複数の制御局201-1 〜201-2 のいずれかひとつに有線伝送路205-1 〜205-2 を介して接続され、さらに分散した複数の制御局201-1 〜201-2 の間も有線伝送路205-3 を介して接続されている点である。
【００７６】
例えば、着目するセル204-1 において、相互に与／被干渉が無視できないセルがセル204-2 とセル204-5 であったとする。この場合、セル204-1 内の遠隔基地局202-1 が接続された制御局201-1 では、セル204-1 内およびセル204-1 とセル204-2 ／セル204-5 との間のチャネル情報を取得し、式(26)に示した行列Ｇi,j を算出する。さらに、実際に信号を受信する際には、式(28)におけるＳi[a]を、セル204-2 の遠隔基地局202-2 が接続された制御局1-1 （実際は同一の制御局であるので、情報の伝送は不要）およびセル204-5 の遠隔基地局202-5 が接続された制御局201-2 から取得する（図６(c) のステップS105）。図６(c) のステップS105〜S108の処理を繰り返しながらこの情報交換を繰り返し、最終的にセル204-1 の推定信号Ｓi[a]を決定する。
【００７７】
例えば、着目するセル204-4 において、相互に与／被干渉が無視できないセルがセル204-3 とセル204-5 であったとする。この場合、これらのセルは全て共通の制御局201-2 に接続しているので、制御局201-1 と制御局201-2 の間の有線伝送路205-3 にて情報交換は不要のように見えるが、実際には、全てのセルにおける送信信号の算出処理は同時並行的に行われるため、いずれかのセルにおいて必要となる情報は有線伝送路205-3 を介して交換し、それらを共有する。
【００７８】
なお、以上の関連技術では制御局が複数存在する場合について説明を行ったが、式(26)および式(27)の処理を実施すれば、必ずしも制御局は複数である必要はない。図８に示すようなひとつの制御局で集中的に信号処理を行う従来方式のような構成をとってもよい。あくまでも、本技術によれば必要な情報交換のみを行えば、分散的に複数の制御局に信号処理を分散させることが可能になり、かつ、その制御局毎の演算量を少なく抑えることが可能になるため、結果的に実現可能な回路規模に抑えることが可能となる。
【００７９】
また、図６(c) におけるステップS105からステップS108の処理について、ループを繰り返すことになるが、ハードウエア的にはループ毎に個別の回路を実装しても、同一回路を繰り返し利用してもどちらでも構わない。
【００８０】
さらに、以上の説明の中で部分チャネル行列Ｈ'i,jは行列として説明を行っていたが、単なるスカラー量も１×１の行列として理解すれば、必ずしも行列である必要はなく、部分チャネル行列Ｈ'i,jがスカラー量である場合にも拡張可能である。またこの場合、受信ウエイトＷi,i も１×１の行列とみなすことが可能であり、この場合の受信ウエイト
Ｗ'i,iの算出処理とは、伝搬路上で発生する信号の減衰と位相の回転量に相当するスカラー量のＨ'i,iの逆数をＷ'i,iに設定する処理とみなすことができる。また、部分チャネル行列Ｈ'i,jはベクトルであっても、これを１×ｍ（ｍは２以上の整数）の行列と理解すれば、同様の拡張は可能である。
【００８１】
ここで、図６(c) におけるステップS105からステップS108の繰り返し処理における最適な回数について以下に説明する。最適な回数については、十分な繰り返し回数を設定すれば、干渉を十分に抑制し良好な特性は得られるが、繰り返し処理の増加に伴い演算量は増大してしまう。そのため、良好な干渉キャンセル特性を最低限の繰り返し処理にて実施するような制御が必要である。
【実施例１】
【００８２】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１における制御局、遠隔基地局および端末局の構成例は図５と同様である。ただし、後述するように、干渉除去手段5a〜5cは、繰り返し処理を最適化するための動作を行う。実施例１の特徴は、干渉除去手段5a〜5cにおいて、干渉キャンセルを実施後と実施前の信号の差分、すなわち変化量を算出し、その変化量がある閾値よりも小さいと判定された場合には干渉キャンセル処理を終端するところにある。
【００８３】
前記の関連技術に加え、本発明では干渉キャンセルを実施することによる推定信号の変化量を算出し、その変化量がある一定量よりも小さければ以降、干渉キャンセル処理を実施する必要がないと判断し、その処理を中断するため、推定信号算出のための演算量を削減することが可能になる。ここで、変化量を算出する対象となる信号とは、たとえば推定した送信信号であり、変化量とはａ次の推定信号からａ＋１次の推定信号の差の絶対値を評価する。
【００８４】
図１は、本発明の実施例１における信号品質を考慮した干渉キャンセルを実現する信号推定処理フローを示す。図１(a) は遠隔基地局と各端末局間で定期的に行うチャネル情報の取得処理、図１(b) は信号推定処理の前段の受信準備処理、図１(c) は受信信号シンボルを用いた信号推定処理をそれぞれ表す。図１(a) および(b) における処理は、図６に示すフローと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８５】
図１(c) において、端末局からの信号をシンボル単位で受信し信号推定処理を開始すると（S21 ）、シンボル単位の第ｉセルの受信信号をＲi とし（S22 ）、式(25)に従い自セルの０次の信号推定処理によりＳi[0]を算出(S23) し、カウンタ値ａをゼロにリセットし（S24 ）、繰り返し処理を開始する。
【００８６】
次に、周辺セルのａ次の推定信号Ｓj[a]を取得し（S25 ）、干渉信号レプリカを生成する(S26) 。そして式(27)に従いａ＋１次の自セルの推定信号Ｓi[a+1]を算出し（S27 ）、カウンタ値ａに１加算する（S28)。次に、ａ次の干渉キャンセル処理を実施した推定信号Ｓi[a]とａ−１次の干渉キャンセル処理を実施した推定信号Ｓi[a-1]の差分の絶対値である
ｄ＝｜Ｓi[a]−Ｓi[a-1]｜
を算出し（S29 ）、その差分ｄが閾値ｅよりも小さいかを判定する（S30 ）。ステップS30 にてYes の場合、ａ次の推定信号Ｓi[a]を決定して信号推定処理を終了する（S32)。一方、ステップS30 にてNoの場合にはａが所定のしきい値ｂを超えるか否かを判断し（S31)、ステップS31 にてYes の場合、ｂ次の推定信号Ｓi[b]を決定して信号推定処理を終了する（S31)。一方、ステップS31 にてNoの場合はステップS25 に戻り、ステップS25 からステップS30 の処理を繰り返し実行する。
【００８７】
なお、処理S32 では信号の推定処理が完了としているが、当然ながら雑音成分等による推定誤差を抑圧するために、信号の硬判定処理、誤り訂正を含む軟判定処理などが含まれることがあるが、これらの処理は一般的な技術であるためここでは説明を省略する。
【００８８】
上記の動作により、繰り返し処理の途中に受信信号の変化量がある一定量よりも小さくなる場合にはその処理を中断するため、演算量を削減することが可能になる。
【００８９】
また、あるセルにおいて干渉キャンセル処理を終了した場合、まだ干渉キャンセル処理が終了していない他のセルにおけるそれ以降の干渉除去処理には当該セルの誤りの無い受信信号が用いられる。これにより、誤りの無い、すなわち干渉成分を含まない受信信号から干渉信号のレプリカを生成できるため、残留干渉は発生しない。
【００９０】
さらに、以降の繰り返し処理において当該セルからの信号を取得する必要がなくなるため、基地局ないしは制御局において交換する情報量を削減することが可能となる。
【００９１】
さらに、上記の動作を、基地局と端末局にて共有している既知のトレーニング信号に対して実施し、決定したａの値を用いてある一定量のデータ信号に対して干渉キャンセル処理を実施しても構わない。すなわち、既知のトレーニング信号について、ａ＋１次の干渉キャンセル処理を実施した推定信号Ｓi[a+1]とａ次の干渉キャンセル処理を実施した推定信号Ｓi[a]の差分の絶対値である
ｄ＝｜Ｓi[a+1]−Ｓi[a]｜
を算出し, その差分ｄが閾値ｅよりも小さくなったときの次数を閾値ｂとして、S31 の判定を行う。このときには、受信信号ごとに行うS29 、S30 は行わず、S31 の判定のみを行う。
【実施例２】
【００９２】
トレーニング信号を用いて閾値ｂを求める方法として、実施例１のようにａ次とａ＋１次の推定信号の差分の絶対値に基づく方法の他に、信号品質を測定することにより求める方法があり、実施例２として以下に説明する。
【００９３】
実施例２における制御局、遠隔基地局および端末局の構成例は図５と同様である。ただし、後述するように、干渉除去手段5a〜5cは、繰り返し処理を最適化するための動作を行う。実施例２の特徴は、干渉除去手段5a〜5cにおいて、受信したトレーニング信号の品質を基に干渉キャンセルの繰り返し次数の閾値ｂを決定し、受信データ信号の干渉キャンセル処理を実施するところにある。
【００９４】
図２は、本発明の第２の実施例における信号品質を考慮した干渉キャンセルを実現する受信信号検出処理フローを示す。図２(a) は遠隔基地局と各端末局間で定期的に行うチャネル情報の取得処理、図２(b) は信号推定処理の前段の受信準備処理、図２(c) はトレーニング信号を用いた干渉キャンセル次数の決定処理をそれぞれ表す。図２(a) および(b) における処理は、図６に示すフローと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９５】
図２(c) において、基地局と端末局間にて既知であるトレーニング信号をシンボル単位で受信し信号推定処理を開始すると（S41 ）、シンボル単位の第ｉセルの受信信号をＲi とし（S42 ）、式(25)に従い自セルの０次の信号推定処理によりＳi[0]を算出(S43) し、カウンタ値ａをゼロにリセットし（S44 ）、繰り返し処理を開始する。
【００９６】
次にＳi[a]の信号品質を測定し（S45 ）、測定した信号品質が条件を満たすかを判別する（S46 ）。ここで、信号品質とは、たとえばＥＶＭ（Error Vector Magnitude）を用いる。ＥＶＭとは、受信シンボルの基準点との差を示す値である。条件としてある値を閾値として定め、トレーニングシンボルを用いて基準点を算出し、当該トレーニングシンボルの基準点（送信信号）と受信信号の差からＥＶＭを測定し、測定したＥＶＭが閾値よりも小さい場合には条件を満たすこととすればよい。その他、ＳＮＲ（Signal to Noise Power Ratio ）やＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Power Ratio）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）の特性から信号品質を推定するなど、いかなる手段を信号品質の指標として用いて構わない。
【００９７】
ステップS26 にてYes の場合、次数ａを決定して信号推定処理へ進む（S52 ）。一方、ステップS46 にてNoの場合、周辺セルの推定信号Ｓj[a]を取得し（S47 ）、干渉信号レプリカを生成する（S48 ）。そして式(27)に従いａ＋１次の自セルの推定信号Ｓi[a+1]を算出する（S49 ）。さらにカウンタ値ａに１加算し（S50 ）、所定のしきい値ｂを超えるか否かを判断する（S51)。ステップS51 にてYes の場合、次数ｂを決定して信号推定処理へ進む（S52 ）。一方、ステップS51 にてNoの場合、ステップS45 に戻り、ステップS45 からステップS51 の処理を繰り返し実行する。
【００９８】
上記の動作により、データ信号の干渉キャンセル処理を実施する前準備として信号品質に応じて繰り返し次数を決定し、各セルの受信信号毎に最適な処理を実施することが可能となるため、演算量を削減することができる。
【００９９】
また、あるセルにおいて干渉キャンセル処理を終了した場合、次の繰り返し処理には当該セルの誤りの無い受信信号が用いられる。これにより、誤りの無い、すなわち干渉成分を含まない受信信号から干渉信号のレプリカを生成できるため、残留干渉は発生しない。
【０１００】
さらに、以降の繰り返し処理において当該セルからの信号を取得する必要がなくなるため、基地局ないしは制御局において交換する情報量を削減することが可能となる。
【０１０１】
上記の動作以降は、決定した次数ａに基づき、データ信号に対して干渉キャンセルの処理を実施する。その処理フローは、関連技術の図６(c) に示すものと同様である。ここで、次数の閾値であるｂの値を上記新たに決定したａの値とする。
【０１０２】
また、ＯＦＤＭのような変調方式を用いる場合、サブキャリアごとのトレーニング信号とデータ信号を一つの処理単位とし、トレーニング信号の品質を測定した上で干渉キャンセル処理はデータ信号部分も同時に行うこととしてもよい。
【実施例３】
【０１０３】
図３は、本発明の実施例３における制御局および遠隔基地局の構成例を示す。本実施例における無線通信システムの概要は図７と同様である。
図３において、本実施例３の特徴は、図５に示す制御局1a〜1cの受信データ出力手段6a〜6cの前段にビット誤り検出手段11a 〜11c を備え、復調されたデータビット列の誤りを検出し、誤りが検出されなかった場合には干渉キャンセルの繰り返し処理を中断するところにある。また、本実施例３で用いるビット演算は例えばデータパケットのような、ある程度のビット列単位にて実施する必要があるため、干渉キャンセルの処理は一定のビット列を構成する複数のシンボルに毎に実施することになる。その他の構成は、図５に示すものと同様である。
【０１０４】
端末局12a 〜12c から制御局1a〜1cまたは基地局への情報伝送であるアップリンクについて説明する。端末局12a 〜12c が送信した信号を遠隔基地局10a 〜10i が受信し、それぞれが接続されている制御局へ信号を転送する。制御局1a〜1cは、遠隔基地局10a 〜10i が受信した信号に対し、その信号がトレーニング信号の場合にはチャネル情報取得・管理手段2a〜2cに入力され、遠隔基地局と端末局間のチャネル情報を取得し、受信ウェイト等を生成して保存する。一方、受信した信号がデータ信号の場合には受信信号生成・保存手段3a〜3cに入力され、チャネル情報取得・管理手段2a〜2cにて算出されたウェイトを用いて式(25)により０次の受信信号を生成し、保存する。
【０１０５】
干渉除去手段5a〜5cは、受信信号のシンボルをあるビット列単位分をまとめて復調部4a〜4cへ出力して復調処理を行い、復調されたデータビット列をビット誤り検出手段11a 〜11c へと出力する。ビット誤り検出手段11a 〜11c はデータビット列に対して誤り検出演算を行い、誤りがなければ受信データ出力手段6a〜6cへ出力する。一方、誤りがあればその結果を干渉除去手段5a〜5cへフィードバックし、干渉除去の処理を実施する。干渉除去の処理を実施する際は、干渉除去手段5a〜5cを通して制御局が保有しているａ＝０を含むａ次の受信信号を情報伝達手段9a〜9cによって他の制御局に向けて伝送し、同時に、該伝送された情報を周辺セル情報取得手段7a〜7cによって取得する。
【０１０６】
次に、干渉信号レプリカ生成手段8a〜8cが、取得した周辺セルの受信信号と、チャネル情報取得・管理手段2a〜2cにて保存されているチャネル情報を用いて干渉信号レプリカを生成し、干渉除去手段5a〜5cは該干渉信号レプリカと受信信号生成・保存手段3a〜3cにて保存されている０次の受信信号を用いて式(27)によりａ＋１次の受信信号を生成する。上記干渉除去の処理はデータビット列を構成するシンボル群毎に行い、一連の処理を繰り返し実施することで、高次の推定信号を生成する。繰り返し処理を終えると、干渉除去手段5a〜5cは推定信号を復調部4a〜4cへ出力して復調処理を行い、ビット誤り検出手段11a 〜11c による誤り検出を行い受信データ出力手段6a〜6cへ出力する。
【０１０７】
図４は、本発明の第３の実施例における信号品質を考慮した干渉キャンセルを実現する受信信号検出処理フローを示す。図４(a) は遠隔基地局と各端末局間で定期的に行うチャネル情報の取得処理、図４(b) は信号推定処理の前段の受信準備処理、図４(c) はデータを受信後の各ビット列を受信した際の信号検出処理をそれぞれ表す。図４(a) および(b) における処理は、図６に示すフローと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１０８】
図４(c) において、データ信号をあるビット列単位で受信し信号検出処理を開始すると（S61)、ビット誤り検出を行う単位であるデータブロックを構成する第ｉセルの受信信号列（受信シンボル列）をＲi とし（S62)、式(25)に従い自セルの０次の信号検出処理により推定信号列Ｓi[0]をデータブロックに相当するシンボル数分算出し、推定信号Ｔi[0]を構成する (S63)。そしてカウンタ値ａをゼロにリセットし（S64)、繰り返し処理を開始する。まず、Ｔi[a]を復調し、データビット列として出力し、その出力データに対しビット誤り検出演算を行い、誤り検出を行う（S65)。ここで、ビット誤り検出にはＣＲＣ（巡回冗長検査）や、パリティチェック、チェックサム方式など、さまざまな手法がある。また、Ｔi[a]の復調処理は、受信信号に対し誤り訂正符号化が行われている場合にはその復号処理も伴う。
【０１０９】
次に、ビット誤り検出の結果に誤りが検出されたか否かを判断し（S66)、ステップS66 にてNoの場合、ビット列を推定信号として決定し、Ｔi[a]を復調したデータを出力し、信号検出処理を完了する（S74)。一方、ステップS66 にてYes の場合には、周辺セルからＴj[a]を構成する推定信号Ｓj[a]を取得し（S67)、干渉信号レプリカを生成する（S68)。そして式(27)に従いａ＋１次の自セルの推定信号Ｓi[a+1]を算出し（S69)、複数のＳi[a+1]からＴi[a+1]を再構成する(S70) 。ここで、ステップS67 からステップS69 の処理は、ひとつのビット列を構成する複数のシンボルに対して順次行ってもよいし、並列処理が可能であればそのようにしても構わない。
【０１１０】
次に、カウンタ値ａに１加算し（S71 ）、所定のしきい値ｂを超えるか否かを判断する（S72 ）。ステップS72 にてYes の場合、ｂ次の推定信号Ｔi[b]を決定して復調を行いデータビット列として出力し（S73 ）、信号検出処理を完了する（S74 ）。一方、ステップS72 にてNoの場合、ステップS65 に戻り、ステップS65 からステップS71 の処理を繰り返し実行する。
【０１１１】
上記の動作により、繰り返し処理の途中に一定のビット長列における受信信号に誤りが無いと判定された場合にはその処理を中断するため、演算量を削減することが可能になる。
【０１１２】
また、あるセルにおいて受信データに誤りが無いものと判定された場合、次の繰り返し処理には誤りの無い受信信号が用いられる。こうすることにより、誤りの無い、すなわち干渉成分を含まない受信信号から干渉信号のレプリカを生成できるため、残留干渉は発生しない。さらに以降の繰り返し処理において当該セルからの信号を取得する必要がなくなるため、基地局ないしは制御局において交換する情報量を削減することが可能となる。
【符号の説明】
【０１１３】
1a〜1c、61  制御局
2a〜2c  チャネル情報取得・管理手段
3a〜3c  受信信号生成・保存手段
4a〜4c  復調部
5a〜5c  干渉除去手段
6a〜6c  受信データ出力手段
7a〜7c  周辺セル情報取得手段
8a〜8c  干渉信号レプリカ生成手段
9a〜9c  情報伝達手段
10a 〜10i   遠隔基地局
11a 〜11c   ビット誤り検出手段
12a 〜12c   端末局
101 、201-1 〜201-2   制御局
102-1 〜102-5 、202-1 〜202-5   遠隔基地局
103-1 〜103-5 、203-1 〜203-5   端末局
104-1 〜104-5 、204-1 〜204-5   同一周波数チャネルを用いるセル
105 、 205-1〜205-3   有線伝送路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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