(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の送信局装置が同時に同一周波数で高いシステムスループットにより特性を劣化させることなく無線通信を行う。【解決手段】基地局１００１は、配下の端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１と受信感度が予め与えられた閾値以上の他基地局配下の端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２とに対しては、チャネル情報のフィードバックを行って干渉制御（ヌル指向性制御）を行い、受信感度が予め与えられた閾値に満たない他基地局配下の端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２に対しては、チャネル情報のフィードバックを行わず、干渉制御も行わない送信ビームフォーミング法によって送信ウェイトを算出する。複数の基地局１００１、１００２は、算出した送信ウェイトを用いて同時に同一周波数で配下の端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１、２００２−１〜２００２−Ｎ２にデータを送信する。【選択図】図１
2014027368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムであって、
前記複数の送信局装置は、
無線信号の送受信を行う送信局側無線部と、
既知信号を生成し、前記送信局側無線部により送信させる制御信号生成部と、
自送信局装置配下の前記受信局装置、および、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置のうち自送信局装置が送信した前記既知信号の受信感度が閾値以上であった前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信したチャネル情報を用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出部と、
前記送信ウェイト算出部が算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、生成した前記データ送信信号を前記送信局側無線部から他の前記送信局装置と同時送信させる送信信号生成部とを備え、
前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置は、
無線信号の送受信を行う受信局側無線部と、
配属先以外の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号の受信感度を測定する受信感度測定部と、
配属先の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、前記受信感度測定部により測定された前記受信感度が前記閾値以上である場合、さらに、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部において推定した前記チャネル情報を前記受信局側無線部から送信させるチャネル情報送信部とを備える、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムであって、
前記複数の送信局装置は、
無線信号の送受信を行う送信局側無線部と、
他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信した制御信号の受信感度を測定する受信感度測定部と、
既知信号を生成し、自送信局装置配下の前記受信局装置と、前記受信感度測定部において測定した前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して前記送信局側無線部から送信させる制御信号生成部と、
自送信局装置配下の前記受信局装置および前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信したチャネル情報を用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出部と、
前記送信ウェイト算出部が算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、生成した前記データ送信信号を前記送信局側無線部から他の前記送信局装置と同時送信させる送信信号生成部とを備え、
前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置は、
無線信号の送受信を行う受信局側無線部と、
配属先の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、配属先以外の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部が推定した前記チャネル情報を前記受信局側無線部から送信させるチャネル情報送信部とを備える、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムであって、
前記複数の送信局置は、
無線信号の送受信を行う送信局側無線部と、
既知信号を生成し、前記送信局側無線部により送信させる制御信号生成部と、
他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信したチャネル情報の受信感度を測定する受信感度測定部と、
自送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信したチャネル情報と、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信した前記チャネル情報のうち前記受信感度測定部において測定した前記受信感度が閾値以上であった前記チャネル情報とを用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出部と、
前記送信ウェイト算出部が算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、生成した前記データ送信信号を前記送信局側無線部から他の前記送信局装置と同時送信させる送信信号生成部とを備え、
前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置は、
無線信号の送受信を行う受信局側無線部と、
配属先の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、配属先以外の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部が推定した前記チャネル情報を前記受信局側無線部から送信させるチャネル情報送信部とを備える、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
前記送信ウェイト算出部は、算出された前記送信ウェイトを用いて他の前記送信局装置配下の前記受信局装置における自送信局装置からの干渉電力を算出し、算出した前記干渉電力が閾値以上の前記受信局装置が存在する場合には、前記干渉電力が閾値以上の該受信局装置の前記チャネル情報をさらに用いて送信ウェイトを再計算する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記送信局側無線部は、測定された前記受信感度をもとに送信電力を閾値以下に制御する、
ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記受信感度測定部は、前記受信感度として受信強度、信号対雑音電力比、キャリア対雑音電力比、信号対干渉電力比、信号対干渉・雑音電力比の少なくとも一つを測定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムが実行する無線通信方法であって、
前記複数の送信局装置が、既知信号を送信する既知信号送信ステップと、
前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置が、
配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号の受信感度を測定する受信感度測定ステップと、
配属先の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、前記受信感度測定ステップにおいて測定された前記既知信号の受信感度が閾値以上である場合、さらに、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定ステップと、
前記チャネル情報推定ステップにおいて推定した前記チャネル情報を送信するチャネル情報送信ステップと、
前記複数の送信局装置が、
自送信局装置配下の前記受信局装置から受信したチャネル情報と、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置のうち自送信局装置が送信した前記既知信号の受信感度が閾値以上であった前記受信局装置から受信したチャネル情報とを用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記既知信号の受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出ステップと、
前記送信ウェイト算出ステップにおいて算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、他の前記送信局装置と同時送信するデータ送信ステップと、
を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項８】
同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムが実行する無線通信方法であって、
前記複数の送信局装置が、
他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から受信した制御信号の受信感度を測定する受信感度測定ステップと、
自送信局装置配下の前記受信局装置と、前記受信感度測定ステップにおいて測定した前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して既知信号を送信する既知信号送信ステップと、
前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置が、
配属先の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定ステップと、
前記チャネル情報推定ステップにおいて推定した前記チャネル情報を送信するチャネル情報送信ステップと、
前記複数の送信局装置が、
自送信局装置配下の前記受信局装置および前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から受信したチャネル情報を用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出ステップと、
前記送信ウェイト算出ステップにおいて算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、他の前記送信局装置と同時送信するデータ送信ステップと、
を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムが実行する無線通信方法であって、
前記複数の送信局装置が、既知信号を送信する既知信号送信ステップと、
前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置が、
配属先の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定ステップと、
前記チャネル情報推定ステップにおいて推定した前記チャネル情報を送信するチャネル情報送信ステップと、
前記複数の送信局装置が、
他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から受信した前記チャネル情報の受信感度を測定する受信感度測定ステップと、
自送信局装置配下の前記受信局装置から受信したチャネル情報と、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から受信した前記チャネル情報のうち前記受信感度測定ステップにおいて測定した前記受信感度が閾値以上であった前記チャネル情報とを用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出ステップと、
前記送信ウェイト算出ステップにおいて算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、他の前記送信局装置と同時送信するデータ送信ステップと、
を有することを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間多重を用いて複数の通信相手に同時に通信を行う無線通信システム、および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２．４ＧＨｚ帯又は５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などに基づいた基地局装置（ＡＰ：Access point）が広く普及している。これらの規格に基づいたシステムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。
【０００３】
ただし、上述した伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度であり、ユーザにとって有効なデータのスループットではない。実際には、ＭＡＣ（Medium Access Control）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であるために、スループットは３０Ｍｂｐｓ程度が上限値となっている。
【０００４】
一方、有線ＬＡＮ（Local Area Network）の通信速度もＦＴＴＨ（Fiber to the home）の普及から、上昇の一途をたどっている。これに伴い、今後無線ＬＡＮにおいても更なる伝送速度の高速化が求められることが想定される。そこで、無線区間のスループット増大のために、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）やマルチユーザＭＩＭＯなど様々な空間信号処理技術が検討されている。また、他の方法として通信周波数帯域の拡大も行なわれている。ＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、各チャネル２０ＭＨｚの周波数帯域が用いられていたが、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、４０ＭＨｚの周波数帯域が用いられている。さらに、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃでは、オプションを含めると１６０ＭＨｚまで検討されている。このように、チャネルの帯域拡大が進んでいる。
【０００５】
上述のように、チャネルの周波数帯域はＩＥＥＥ８０２．１１ａから１１ａｃまでで、８倍に拡大している。しかし、無線ＬＡＮに用いることのできる周波数帯域全体については、大きな拡張が認められていない。よって、無線端末局の普及に伴い、周波数資源は十分でなくなりつつある。例えば、複数の基地局が同じ周波数帯域を用いる環境が増加している。このため、基地局が選択したチャネルによっては、通信セルが互いにオーバーラップする他の基地局からのパケット信号の影響によってスループットが低下したり、システム全体のスループット効率が低下したりするという問題があった。
【０００６】
そこで、複数の基地局が、電波の指向性を制御（送信ビームフォーミング）し、近接する通信セルへの干渉を抑圧しながらそれぞれの基地局が自身の通信を同時に行うことでシステム全体の伝送速度を増加させる技術（協調伝送技術）が検討されている（例えば、非特許文献１、および非特許文献２参照。）。この技術では、複数の基地局が、それぞれの基地局に搭載されている複数のアンテナを用いて電波の指向性を制御し、各アンテナから送信される信号の位相回転量を変更する。
【０００７】
図１３に、従来の基地局協調伝送の一例を示す。ネットワーク１００に基地局１０１と基地局１０２が有線接続され、基地局１０１が、自基地局配下の端末局である端末局２０１−１〜２０１−２に対して無線通信し、基地局１０２が、自基地局配下の端末局である端末局２０２−１〜２０２−２に対して無線通信することを考える。同一時刻・周波数で無線通信を行おうとした場合、基地局１０１は複数のアンテナにより、自基地局配下（自セル）の端末局２０１−１および端末局２０１−２に対しては指向性制御により無線通信するとともに、他基地局配下（他セル）の端末局である端末局２０２−１および端末局２０２−２には無線信号が干渉となるため、ヌル指向性制御により干渉制御を行う。同様に、基地局１０２は複数のアンテナにより、自基地局配下（自セル）の端末局２０２−１および端末局２０２−２に対しては指向性制御により無線通信するとともに、他基地局配下（他セル）の端末局である端末局２０１−１および端末局２０１−２には無線信号が干渉となるため、ヌル指向性制御により干渉制御を行う。以上により、基地局１０１と基地局１０２は、自基地局配下の端末局に対して同一時刻・同一周波数で同時通信が可能になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A. Nosratinia, T. E. Hunter, and A. Hedayat, “Cooperative Communication in Wireless Networks,” IEEE Communication Magazine, Oct. 2004.
【非特許文献２】石原浩一、村上友規、工藤理一、浅井裕介、市川武男、熊谷智明、溝口匡人，「次世代無線LANにおけるセル間干渉制御を用いるリアルタイム下りリンクＭＵ-ＭＩＭＯ伝送装置の屋内実験評価」，信学会ソサイエティ大会，Ｂ−５−９８，２０１１年９月
【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、複数の基地局がそれぞれの配下の端末局に同一周波数で同時にデータ伝送する協調伝送技術では、送信ビームフォーミングによる指向性制御を行うために、送信基地局から自セル内の接続端末局へのチャネル情報（ＣＳＩ: Channel state information）だけでなく、干渉制御を行う他セル内の端末局との間のＣＳＩも必要になる。ＣＳＩを取得する方法としては、閉ループ型と開ループ型の２通りのＣＳＩフィードバック法がある。閉ループ型の場合、特に、送受信アンテナ数、端末局数が多くなればなるほどＣＳＩフィードバック量が大きくなる。さらに、協調伝送では、従来のマルチユーザＭＩＭＯ伝送よりも他セル間のＣＳＩフィードバックによるオーバーヘッドが大きくなることに加え、より正確なＣＳＩの推定値が必要となる。その一方で、図１３の基地局１０１と端末局２０２−２、基地局１０２と端末局２０１−１の関係のように、干渉信号を送信する基地局から距離的に離れている場合（通信セル内にないため）、干渉基地局からの無線信号の受信感度は小さくなるため、そのような端末局に対しては干渉制御を行う必要はないことに加え、干渉基地局からの無線信号の受信感度が小さいためにＣＳＩの推定誤差が発生する。そのため、従来のように全端末局に対して干渉制御を行おうとすると、干渉信号を送信する基地局から距離的に離れている端末局がＣＳＩフィードバックを行うことで発生するオーバーヘッドによってスループットが劣化したり、ＣＳＩの推定誤差や、アンテナの自由度のロスによるダイバーシチ利得のロスにより特性が劣化したりしてしまう。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、基地局などの複数の送信局装置が同時に同一周波数で高いシステムスループットにより特性を劣化させることなく無線通信可能な無線通信システム、および無線通信方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は、同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムであって、前記複数の送信局装置は、無線信号の送受信を行う送信局側無線部と、既知信号を生成し、前記送信局側無線部により送信させる制御信号生成部と、自送信局装置配下の前記受信局装置、および、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置のうち自送信局装置が送信した前記既知信号の受信感度が閾値以上であった前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信したチャネル情報を用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出部と、前記送信ウェイト算出部が算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、生成した前記データ送信信号を前記送信局側無線部から他の前記送信局装置と同時送信させる送信信号生成部とを備え、前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置は、無線信号の送受信を行う受信局側無線部と、配属先以外の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号の受信感度を測定する受信感度測定部と、配属先の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、前記受信感度測定部により測定された前記受信感度が前記閾値以上である場合、さらに、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部において推定した前記チャネル情報を前記受信局側無線部から送信させるチャネル情報送信部とを備える、ことを特徴とする無線通信システムである。
【００１２】
また、本発明は、同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムであって、前記複数の送信局装置は、無線信号の送受信を行う送信局側無線部と、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信した制御信号の受信感度を測定する受信感度測定部と、既知信号を生成し、自送信局装置配下の前記受信局装置と、前記受信感度測定部において測定した前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して前記送信局側無線部から送信させる制御信号生成部と、自送信局装置配下の前記受信局装置および前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信したチャネル情報を用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出部と、前記送信ウェイト算出部が算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、生成した前記データ送信信号を前記送信局側無線部から他の前記送信局装置と同時送信させる送信信号生成部とを備え、前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置は、無線信号の送受信を行う受信局側無線部と、配属先の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、配属先以外の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部が推定した前記チャネル情報を前記受信局側無線部から送信させるチャネル情報送信部とを備える、ことを特徴とする無線通信システムである。
【００１３】
また、本発明は、同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムであって、前記複数の送信局置は、無線信号の送受信を行う送信局側無線部と、既知信号を生成し、前記送信局側無線部により送信させる制御信号生成部と、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信したチャネル情報の受信感度を測定する受信感度測定部と、自送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信したチャネル情報と、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から前記送信局側無線部が受信した前記チャネル情報のうち前記受信感度測定部において測定した前記受信感度が閾値以上であった前記チャネル情報とを用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出部と、前記送信ウェイト算出部が算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、生成した前記データ送信信号を前記送信局側無線部から他の前記送信局装置と同時送信させる送信信号生成部とを備え、前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置は、無線信号の送受信を行う受信局側無線部と、配属先の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、配属先以外の前記送信局装置から前記受信局側無線部が受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部が推定した前記チャネル情報を前記受信局側無線部から送信させるチャネル情報送信部とを備える、ことを特徴とする無線通信システムである。
【００１４】
また、本発明は、上述した無線通信システムであって、前記送信ウェイト算出部は、算出された前記送信ウェイトを用いて他の前記送信局装置配下の前記受信局装置における自送信局装置からの干渉電力を算出し、算出した前記干渉電力が閾値以上の前記受信局装置が存在する場合には、前記干渉電力が閾値以上の該受信局装置の前記チャネル情報をさらに用いて送信ウェイトを再計算する、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上述した無線通信システムであって、記送信局側無線部は、測定された前記受信感度をもとに送信電力を閾値以下に制御する、ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上述した無線通信システムであって、前記受信感度測定部は、前記受信感度として受信強度、信号対雑音電力比、キャリア対雑音電力比、信号対干渉電力比、信号対干渉・雑音電力比の少なくとも一つを測定する、ことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムが実行する無線通信方法であって、前記複数の送信局装置が、既知信号を送信する既知信号送信ステップと、前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置が、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号の受信感度を測定する受信感度測定ステップと、配属先の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、前記受信感度測定ステップにおいて測定された前記既知信号の受信感度が閾値以上である場合、さらに、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定ステップと、前記チャネル情報推定ステップにおいて推定した前記チャネル情報を送信するチャネル情報送信ステップと、前記複数の送信局装置が、自送信局装置配下の前記受信局装置から受信したチャネル情報と、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置のうち自送信局装置が送信した前記既知信号の受信感度が閾値以上であった前記受信局装置から受信したチャネル情報とを用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記既知信号の受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出ステップと、前記送信ウェイト算出ステップにおいて算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、他の前記送信局装置と同時送信するデータ送信ステップと、を有することを特徴とする無線通信方法である。
【００１８】
また、本発明は、同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムが実行する無線通信方法であって、前記複数の送信局装置が、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から受信した制御信号の受信感度を測定する受信感度測定ステップと、自送信局装置配下の前記受信局装置と、前記受信感度測定ステップにおいて測定した前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して既知信号を送信する既知信号送信ステップと、前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置が、配属先の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定ステップと、前記チャネル情報推定ステップにおいて推定した前記チャネル情報を送信するチャネル情報送信ステップと、前記複数の送信局装置が、自送信局装置配下の前記受信局装置および前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から受信したチャネル情報を用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出ステップと、前記送信ウェイト算出ステップにおいて算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、他の前記送信局装置と同時送信するデータ送信ステップと、を有することを特徴とする無線通信方法である。
【００１９】
また、本発明は、同一の周波数を用いて複数の送信局装置がそれぞれ自送信局装置配下の受信局装置に対してデータの同時送信を行う無線通信システムが実行する無線通信方法であって、前記複数の送信局装置が、既知信号を送信する既知信号送信ステップと、前記複数の送信局装置のいずれかが配属先である前記受信局装置が、配属先の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定し、配属先以外の前記送信局装置から受信した前記既知信号に基づいて配属先以外の前記送信局装置との間のチャネル情報を推定するチャネル情報推定ステップと、前記チャネル情報推定ステップにおいて推定した前記チャネル情報を送信するチャネル情報送信ステップと、前記複数の送信局装置が、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から受信した前記チャネル情報の受信感度を測定する受信感度測定ステップと、自送信局装置配下の前記受信局装置から受信したチャネル情報と、他の前記送信局装置配下の前記受信局装置から受信した前記チャネル情報のうち前記受信感度測定ステップにおいて測定した前記受信感度が閾値以上であった前記チャネル情報とを用いて、自送信局装置配下の前記受信局装置と前記受信感度が閾値以上であった他の前記送信局装置配下の前記受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出ステップと、前記送信ウェイト算出ステップにおいて算出した前記送信ウェイトを用いて自送信局装置配下の前記受信局装置に対して送信するデータ送信信号を生成し、他の前記送信局装置と同時送信するデータ送信ステップと、を有することを特徴とする無線通信方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、送信局装置は、干渉となる可能性のある他送信局装置配下の受信局装置のうち、受信感度が予め与えられた閾値以上の受信局装置に対しては、チャネル情報のフィードバックを行って干渉制御（ヌル指向性制御）を行い、閾値に満たない受信局装置に対しては、チャネル情報のフィードバックを行わず、干渉制御も行わない送信ビームフォーミング法を確立する。これによって、チャネル情報のフィードバックによるオーバーヘッドが削減されるとともに、ＣＳＩの推定誤差の抑制や、アンテナダイバーシチ利得の向上により伝送特性が改善され、複数の送信局装置が同時に同一周波数で高いシステムスループットにより特性を劣化させることなく複数の受信局装置と無線通信できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】同実施形態による基地局の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図３】同実施形態による端末局の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図４】同実施形態によるフレームシーケンスを示す図である。
【図５】同実施形態による端末局におけるＣＳＩフィードバックの要否判断処理の処理手順例を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態による基地局の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図７】同実施形態による端末局の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図８】同実施形態によるフレームシーケンスを示す図である。
【図９】同実施形態による基地局におけるＣＳＩフィードバックの要否判断処理の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１０】同実施形態における基地局によるウェイト算出処理の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態の計算機シミュレーションの諸元を示す図である。
【図１２】第１実施形態の計算機シミュレーションの結果を示す図である。
【図１３】従来の基地局協調伝送の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による無線通信システムの構成例を示す図である。
同図に示すように、第１実施形態の無線通信システムは、ネットワーク１０００に有線により接続される送信局装置としての複数の基地局と、送信局装置と無線通信する受信局装置としての複数の端末局とを備えて構成される。複数の基地局は、同一の周波数を用いてそれぞれ自基地局配下の端末局に対してデータの同時送信を行う。
【００２４】
以下の説明では、説明を簡単にするため、同図に示すように、ネットワーク１０００に接続される複数の基地局として基地局１００１および基地局１００２の２台があり、基地局１００１が自基地局配下（自セル内）の端末局である端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１（Ｎ１≧１、Ｎ１は整数）に対してデータ信号を伝送し、基地局１００２が自基地局配下（自セル内）の端末局である端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２（Ｎ２≧１、Ｎ２は整数）に対してデータ信号を伝送することを考える。以下、配属先が基地局１００１である（基地局１００１配下の）端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１を総称して端末局２００１と記載し、配属先が基地局１００２である（基地局１００２配下の）端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２を総称して端末局２００２と記載する。
【００２５】
基地局１００１配下の端末局２００１のうち、端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１（１≦Ｍ１≦Ｎ１、Ｍ１は整数）は、隣接（干渉）する基地局１００２の通信セルの中、もしくは、基地局１００２からの干渉信号の受信感度が閾値以上のエリアに配置され、端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１は、基地局１００２の通信セルの外、もしくは、基地局１００２からの干渉信号の受信感度が閾値に満たないエリアに配置される。また、基地局１００２配下の端末局２００２のうち、端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２（１≦Ｍ２≦Ｎ２、Ｍ２は整数）は、隣接（干渉）する基地局１００１の通信セルの中、もしくは、基地局１００１からの干渉信号の受信感度が閾値以上のエリアに配置され、端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２は、基地局１００１の通信セルの外、もしくは、基地局１００１からの干渉信号の受信感度が閾値に満たないエリアに配置される。
【００２６】
また、説明を簡単にするため、基地局１００１、１００２それぞれのアンテナ素子数はＡ（Ａ≧２、Ａは整数）本、端末局２００１、２００２それぞれのアンテナ素子数はＢ（Ｂ≧１、Ｂは整数）本とする。ただし、基地局が３局以上の場合においても本実施形態は適用可能であり、基地局および端末局のアンテナ素子数がそれぞれ異なってもよい。
【００２７】
第１実施形態では、まず、基地局１００１が、ＣＳＩ（Channel state information：チャネル情報）推定のための既知信号フレーム（以下、「サウンディングフレーム」と記載する。）を端末局群宛に無線伝送する。各端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１、２００２−１〜２００２−Ｍ２は、受信したサウンディングフレームを用いて基地局１００１と自端末局との間のＣＳＩを推定する。ただし、基地局１００１からのサウンディングフレームが受信できない、もしくはサウンディングフレームの受信感度が閾値ＰＴｈに満たない端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２については、基地局１００１との間のＣＳＩの推定を行わない。
【００２８】
続いて、基地局１００２が、ＣＳＩ推定のための既知信号フレームであるサウンディングフレームを端末局群宛に無線伝送する。各端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１、２００２−１〜２００２−Ｎ２は、受信したサウンディングフレームを用いて基地局１００２と自端末局との間のＣＳＩを推定する。ただし、基地局１００２からのサウンディングフレームが受信できない、もしくはサウンディングフレームの受信感度が閾値ＰＴｈに満たない端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１については、基地局１００２との間のＣＳＩの推定を行わない。
【００２９】
その後、各端末局２００１−１〜２００２−Ｎ１、２００２−１〜２００２−Ｎ２は、推定したＣＳＩを基地局１００１、および基地局１００２へフィードバックする。ただし、基地局１００１とのＣＳＩの推定を行わなかった端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２については基地局１００１へのフィードバックを行わず、基地局１００２とのＣＳＩの推定を行わなかった端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１については基地局１００２へのフィードバックを行わない。最後に、各基地局１００１、および基地局１００２は、フィードバックされたＣＳＩをもとに、自基地局配下の端末局と、自基地局が送信したサウンディングフレームの受信感度が閾値以上であった他基地局配下の受信局装置とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを算出し、その算出した送信ウェイトを用いて基地局協調伝送を行う。
【００３０】
［第１実施形態の数式表現］
以下、一例として、基地局１００１が端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１のいずれかである端末局２００１−ｎ１（１≦ｎ１≦Ｎ１、ｎ１は整数）に対して通信し、基地局１００２が端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２のいずれかである端末局２００２−ｎ２（１≦ｎ２≦Ｎ２、ｎ２は整数）に対して通信することを考える。また、送信ウェイトの一例として、以下の参考文献１に示すゼロフォーシング送信ウェイトを用いて説明する。ゼロフォーシング送信ウェイトでは、干渉信号が到来しないように送信ウェイトを決定する。
【００３１】
（参考文献１）  工藤理一、村上友規、市川武男、鷹取泰司、溝口匡人、守倉正博，「オーバーラップ通信セルにおける空間リソース割り当て1  〜 オフィス実伝搬測定チャネルを用いた特性解析 〜」，信学技報，ＡＰ２０１０−３３，pp.７−１２，２０１０年６月
【００３２】
まず、端末局２００１−ｎ１の受信信号ベクトルｙｎ１および端末局２００２−ｎ２の受信信号ベクトルｙｎ２はそれぞれ、以下の式（１）、式（２）のように表せる。
【００３３】
【数１】
2014027368.tif 000003
【００３４】
【数２】
2014027368.tif 000004
【００３５】
ただし、ＨＤ，１，ｎ１は、基地局１００１から端末局２００１−ｎ１へのＢ×Ａのチャネル行列、ＨＤ，２，ｎ２は、基地局１００２から端末局２００２−ｎ２へのＢ×Ａのチャネル行列、ＨＩ，１，ｎ２は、基地局１００１から端末局２００２−ｎ２へのＢ×Ａの干渉チャネル行列、ＨＩ，２，ｎ１は、基地局１００２から端末局２００１−ｎ１へのＢ×Ａの干渉チャネル行列を表す。Ｗ１，ｎは、基地局１００１でのＡ×Ｂの送信ウェイト行列、Ｗ２，ｎは、基地局１００２でのＡ×Ｂの送信ウェイト行列を表す。ｘ１，ｎは、基地局１００１から端末局２００１−ｎ（１≦ｎ≦Ｎ１、ｎは整数）への送信シンボルベクトル、ｘ２，ｎは、基地局１００２から端末局２００２−ｎ（１≦ｎ≦Ｎ２、ｎは整数）への送信シンボルベクトルを表す。ｎｎ１は、端末局２００１−ｎ１における雑音ベクトル、ｎｎ２は、端末局２００２−ｎ２における雑音ベクトルを表す。
【００３６】
以下に、端末局２００１−ｎ１に対する送信ウェイト行列Ｗ１，ｎおよび端末局２００２−ｎ２に対する送信ウェイト行列Ｗ２，ｎの算出を説明する。なお、無線ＬＡＮシステムなどにおいてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）伝送を行う場合は、サブキャリア毎に本操作を行うものとする。
【００３７】
基地局１００１は、通信対象の端末局２００１−ｎ１以外の干渉となる端末局２００１、および端末局２００２との間、すなわち、端末局２００１−ｎ１以外の自セル内の端末局２００１−１〜２００１−（ｎ１−１）、２００１−（ｎ１＋１）〜２００１−Ｎ１、および他セル内の端末局のうち受信感度が閾値ＰＴｈ以上の端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２との間のＢ（Ｎ１−１＋Ｎ）×ＡのＣＳＩ行列の推定値を結合した結合行列に対する特異値分解（ＳＶＤ）を以下の式（３）のように行う。
【００３８】
【数３】
2014027368.tif 000005
【００３９】
ただし、右肩のＴは転置、右肩のＨはエルミート転置を表す。〜ＨＤ，１，ｎは、基地局１００１から端末局２００１−ｎ（１≦ｎ≦Ｎ１、ｎは整数）へのＢ×Ａのチャネル行列ＨＤ，１，ｎの推定値、〜ＨＩ，１，ｎは、基地局１００１から端末局２００２−ｎ（１≦ｎ≦Ｍ２、ｎは整数）へのＢ×Ａの干渉チャネル行列ＨＩ，１，ｎの推定値である。また、結合行列［〜ＨＴＤ，１，１・・・〜ＨＴＤ，１，ｎ１−１〜ＨＴＤ，１，ｎ１＋１・・・〜ＨＴＤ，１，Ｎ１〜ＨＴＩ，１，１・・・〜ＨＴＩ，１，Ｍ２］Ｔ＝〜Ｈ１，ｎ１とすると、ＵＩ，１，ｎ１は、〜Ｈ１，ｎ１の左特異ベクトル、ΣＩ，１，ｎ１は、特異値の対角行列、Ｖ（ｓ）Ｉ，１，ｎ１は、〜Ｈ１，ｎ１の右特異ベクトルのうち固有値に対応するベクトルが含まれた行列、Ｖ（ｎ）Ｉ，１，ｎ１は、〜Ｈ１，ｎ１の右特異ベクトルのうち零行列に対応するベクトルが含まれた行列である。このとき、Ｖ（ｎ）Ｉ，１，ｎ１は、特異値に対応しないベクトルであるため、このベクトルＶ（ｎ）Ｉ，１，ｎ１を用いて送信を行うと、基地局１００１から自セル内の端末局２００１−１〜２００１−（ｎ１−１）、２００１−（ｎ１＋１）〜２００１−Ｎ１、および他セル内の端末局のうち受信感度が閾値ＰＴｈ以上の端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２には干渉が生じないことになる。よって、この非干渉空間で送信ウェイトを決定すればよいため、自セルの端末局２００１のチャネル行列を非干渉空間に投影すればよい。非干渉空間におけるチャネル行列に対して、ＳＶＤを以下の式（４）のように行う。
【００４０】
【数４】
2014027368.tif 000006
【００４１】
ここで、ＵＮ，１，ｎ１は、行列〜ＨＤ，１，ｎ１Ｖ（ｎ）Ｉ，１，ｎ１の左特異ベクトル、ΣＮ，１，ｎ１は、特異値の対角行列である。〜Ｖ（ｓ）Ｎ，１，ｎ１は、〜ＨＤ，１，ｎ１Ｖ（ｎ）Ｉ，１，ｎ１の右特異ベクトルのうち固有値に対応するベクトルが含まれた行列、〜Ｖ（ｎ）Ｎ，１，ｎ１は、〜ＨＤ，１，ｎ１Ｖ（ｎ）Ｉ，１，ｎ１の右特異ベクトルのうち零行列に対応するベクトルが含まれた行列である。このときの特異値に対する右特異行列Ｖ（ｓ）Ｎ，１，ｎ１が、基地局１００１から自セル内の端末局２００１−１〜２００１−（ｎ１−１）、２００１−（ｎ１＋１）〜２００１−Ｎ１、および他セル内の端末局のうち受信感度が閾値ＰＴｈ以上の端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２に干渉を与えずに端末局２００１−ｎ１への伝送容量を最大化する送信ウェイトに対応する。よって、ゼロフォーシング送信における送信ウェイトＷｎ１は、以下の式（５）のようになる。
【００４２】
【数５】
2014027368.tif 000007
【００４３】
同様に、基地局１００２は、通信対象の端末局２００２−ｎ２以外の干渉となる端末局２００１、および端末局２００２との間、すなわち、端末局２００２−ｎ２以外の自セル内の端末局２００２−１〜２００２−（ｎ２−１）、２００２−（ｎ２＋１）〜２００２−Ｎ２、および他セル内の端末局のうち受信感度が閾値ＰＴｈ以上の端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１との間のＢ（Ｎ２−１＋Ｎ）×ＡのＣＳＩ行列の推定値を結合した結合行列に対するＳＶＤを以下の式（６）のように行う。
【００４４】
【数６】
2014027368.tif 000008
【００４５】
ただし、〜ＨＤ，２，ｎは、基地局１００２から端末局２００２−ｎ（１≦ｎ≦Ｎ２、ｎは整数）へのＢ×Ａのチャネル行列ＨＤ，２，ｎの推定値、〜ＨＩ，２，ｎは、基地局１００２から端末局２００１−ｎ（１≦ｎ≦Ｍ１、ｎは整数）へのＢ×Ａの干渉チャネル行列ＨＩ，２，ｎの推定値である。また、結合行列［〜ＨＴＤ，２，１・・・〜ＨＴＤ，２，ｎ２−１〜ＨＴＤ，２，ｎ２＋１・・・〜ＨＴＤ，２，Ｎ２〜ＨＴＩ，２，１・・・〜ＨＴＩ，２，Ｍ１］Ｔ＝〜Ｈ２，ｎ２とすると、ＵＩ，２，ｎ１は、〜Ｈ２，ｎ２の左特異ベクトル、ΣＩ，２，ｎ２は、特異値の対角行列、Ｖ（ｓ）Ｉ，２，ｎ２は、〜Ｈ２，ｎ２の右特異ベクトルのうち固有値に対応するベクトルが含まれた行列、Ｖ（ｎ）Ｉ，２，ｎ２は、〜Ｈ２，ｎ２の右特異ベクトルのうち零行列に対応するベクトルが含まれた行列である。このとき、Ｖ（ｎ）Ｉ，２，ｎ２は、特異値に対応しないベクトルであるため、このベクトルＶ（ｎ）Ｉ，２，ｎ２を用いて送信を行うと、基地局１００２から自セル内の端末局２００２−１〜２００２−（ｎ２−１）、２００２−（ｎ２＋１）〜２００２−Ｎ２、および他セル内の端末局のうち受信感度が閾値ＰＴｈ以上の端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１には干渉が生じないことになる。よって、この非干渉空間で送信ウェイトを決定すればよいため、自通信セルの端末局２００２のチャネル行列を非干渉空間に投影すればよい。非干渉空間におけるチャネル行列に対して、ＳＶＤを以下の式（７）のように行う。
【００４６】
【数７】
2014027368.tif 000009
【００４７】
ここで、ＵＮ，２，ｎ２は、行列〜ＨＤ，２，ｎ２Ｖ（ｎ）Ｉ，２，ｎ２の左特異ベクトル、ΣＮ，２，ｎ２は、特異値の対角行列である。〜Ｖ（ｓ）Ｎ，２，ｎ２は、〜ＨＤ，２，ｎ２Ｖ（ｎ）Ｉ，２，ｎ２の右特異ベクトルのうち固有値に対応するベクトルが含まれた行列、〜Ｖ（ｎ）Ｎ，２，ｎ２は、〜ＨＤ，２，ｎ２Ｖ（ｎ）Ｉ，２，ｎ２の右特異ベクトルのうち零行列に対応するベクトルが含まれた行列である。このときの特異値に対する右特異行列Ｖ（ｓ）Ｎ，２，ｎ２が、基地局１００２から自セル内の端末局２００２−１〜２００２−（ｎ２−１）、２００２−（ｎ２＋１）〜２００２−Ｎ２、および他セル内の端末局のうち受信感度が閾値ＰＴｈ以上の端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１に干渉を与えずに端末局２００２−ｎ２への伝送容量を最大化する送信ウェイトに対応する。よって、ゼロフォーシング送信における送信ウェイトＷｎ２は、以下の式（８）のようになる。
【００４８】
【数８】
2014027368.tif 000010
【００４９】
上記の送信ウェイトＷｎ１、Ｗｎ２を用いたとき、式（１）、式（２）は以下の式（９）、（１０）のように表すことができる。
【００５０】
【数９】
2014027368.tif 000011
【００５１】
【数１０】
2014027368.tif 000012
【００５２】
ここで、基地局１００１とのＣＳＩの推定およびＣＳＩフィードバックを行わなかった端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２、および基地局１００２とのＣＳＩの推定およびＣＳＩフィードバックを行わなかった端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１については、式（９）および式（１０）に示すように、干渉制御（ヌル指向性制御）が行われない。そのため、干渉成分項が存在するが、前述したように、基地局１００１と端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２、および基地局１００２と端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１との間は伝搬ロスにより、ほとんど（もしくはまったく）無線信号が到達しないため、干渉量はわずか（もしくは０）となり、実際には干渉がない受信信号を得ることができる。さらに、基地局１００１と端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２、および基地局１００２と端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１との間のＣＳＩのフィードバックが行われないため、オーバーヘッドを削減することができる。
【００５３】
［第１実施形態における基地局構成］
図２は、第１実施形態における基地局１００１の内部構成を示す概略ブロック図である。なお、第１実施形態における基地局１００２の構成も同じものを用いることができることから、ここでは、基地局１００１についてのみ説明する。同図に示すように、基地局１００１は、制御信号生成部３００１と、送信信号生成部３００２と、無線部３００３−１〜３００３−Ａと、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ａと、受信信号復調部３００５と、送信ウェイト算出部３００６と、を備えて構成される。
【００５４】
制御信号生成部３００１は、サウンディングフレームや無線通信を行うための制御信号を生成し、送信信号生成部３００２へ出力する。送信信号生成部３００２は、ネットワーク１０００もしくは制御信号生成部３００１からの信号を入力として、ベースバンドで送信信号を生成し、無線部３００３−１〜３００３−Ａに出力する。ここで、送信信号の生成方法としては、たとえば、以下の参考文献２に示されるような方法を用いることもできる。
【００５５】
（参考文献２）  "IEEE Standard for Information technology- Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks-Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications," IEEE Std 802.11TM-2012, March 2012.
【００５６】
無線部３００３−ｉ（ｉ＝１〜Ａ）は、送信信号生成部３００２から出力されたアンテナ素子ごとのベースバンド信号を無線信号に変換し、アンテナ素子３００４−ｉから送信させる。また、無線部３００３−ｉ（ｉ＝１〜Ａ）は、アンテナ素子３００４−ｉで受信された無線信号を、ベースバンド信号に変換し、受信信号復調部３００５に出力する。
【００５７】
受信信号復調部３００５は、無線部３００３−１〜３００３−Ａから入力されたベースバンド信号を復調し、データ信号を出力する。また、端末局２００１、端末局２００２から送信されたＣＳＩを復調し、送信ウェイト算出部３００６へ出力する。送信ウェイト算出部３００６は、受信信号復調部３００５から入力されたＣＳＩを用いて送信ウェイトを算出し、その結果を送信信号生成部３００２に出力する。送信信号生成部３００２は、協調伝送を行う際、送信ウェイト算出部３００６により算出されたウェイトを用いて送信ビームフォーミングを行う。
【００５８】
［第１実施形態における端末局構成］
図３は、第１実施形態における端末局２００１の内部構成を示す概略ブロック図である。なお、本実施形態における端末局２００２の構成も同じものを用いることができることから、ここでは、端末局２００１についてのみ説明する。同図に示すように、端末局２００１は、アンテナ素子４００１−１〜４００１−Ｂと、無線部４００２−１〜４００２−Ｂと、送信信号生成部４００３と、制御信号生成部４００４と、受信信号復調部４００５と、受信感度測定部４００６と、ＣＳＩ推定部４００７と、を備えて構成される。
【００５９】
アンテナ素子４００１−１〜４００１−Ｂ、無線部４００２−１〜４００２−Ｂ、制御信号生成部４００４、受信信号復調部４００５はそれぞれ、図２に示すアンテナ素子３００４−１〜３００４−Ａ、無線部３００３−１〜３００３−Ａ、制御信号生成部３００１、受信信号復調部３００５と同様の機能を有する。
【００６０】
受信感度測定部４００６は、無線部４００２−１〜４００２−Ｂより出力された受信信号から、基地局１００１または基地局１００２から送信され、自端末局で受信したときの信号の受信感度を測定する。本実施形態では、受信感度測定部４００６は、受信感度として受信強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）の値を測定する。ＲＳＳＩ値の測定法としては、従来の無線ＬＡＮのように、ビーコンを用いて測定することもできるし、サウンディングフレームなどの既知信号を用いて測定することもできる。また、受信感度として、ＲＳＳＩ値の代わりに、受信ＣＮＲ（Carrier-to-noise power ratio：キャリア対雑音電力比）や、受信ＳＮＲ（Signal-to-noise power ratio：信号対雑音電力比）を測定してもよい。また、自セル基地局から送信された既知信号を用いて測定された電力と、隣接セル基地局から送信された既知信号を用いて測定された電力の比から受信ＳＩＲ（Signal-to-interference power ratio：信号対干渉電力比）、もしくは受信ＳＩＮＲ（Signal-to-interference plus noise power ratio：信号対干渉・雑音電力比）を測定してもよい。また、これらＲＳＳＩ、受信ＣＮＲ、受信ＳＮＲ、受信ＳＩＲ、受信ＳＩＮＲのうち任意の組み合わせを用いてもよい。受信感度測定部４００６は、測定したＲＳＳＩ値をＣＳＩ推定部４００７に出力する。
【００６１】
ＣＳＩ推定部４００７は、基地局１００１から送信され、自端末局において受信したサウンディングフレームの入力を受信信号復調部４００５から受ける。ＣＳＩ推定部４００７は、入力されたサウンディングフレームを用いて、基地局１００１と自端末局との間のＣＳＩを推定し、送信信号生成部４００３に出力する。これにより、送信信号生成部４００３は、推定されたＣＳＩを通知するＣＳＩフレームを生成し、基地局１００１にフィードバックする。また、ＣＳＩ推定部４００７は、受信感度測定部４００６から入力されたＲＳＳＩ値が予め設定された閾値ＰＴｈ以上の場合は、基地局１００２から送信され、当自端末局において受信したサウンディングフレームを用いて、基地局１００２と自端末局との間のＣＳＩを推定し、送信信号生成部４００３に出力する。これにより、送信信号生成部４００３は、推定されたＣＳＩを通知するＣＳＩフレームを生成し、基地局１００２にフィードバックする。一方、ＣＳＩ推定部４００７は、ＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈより小さい場合は、基地局１００２と自端末局との間のＣＳＩは推定しない。
送信信号生成部４００３は、制御信号生成部４００４からの信号、ＣＳＩ推定部４００７からのＣＳＩを入力として、ベースバンドで送信信号を生成し、無線部４００２−１〜４００２−Ｂに出力する。
【００６２】
なお、端末局２００２の場合、上述した図３の端末局２００１の内部構成の説明における基地局１００１を基地局１００２とし、基地局１００２を基地局１００１とする。
【００６３】
［第１実施形態における通信手順］
図４は、本発明の第１実施形態におけるフレームシーケンスの一例を示す図である。以下、本実施形態における通信手順を同図にて説明する。
【００６４】
まず、基地局１００１の制御信号生成部３００１はサウンディングフレームを生成し、送信信号生成部３００２は、生成されたサウンディングフレームをベースバンドの信号に変換する。無線部３００３−１〜３００３−Ａは、送信信号生成部３００２が生成したベースバンド信号のサウンディングフレームを無線信号に変換し、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ａは、時刻ｔ１のタイミングでサウンディングフレーム５０１を端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１、および端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２へ送信する。
【００６５】
サウンディングフレーム５０１を受信した端末局２００１、および端末局２００２は、アンテナ素子４００１−１〜４００１−Ｂによりサウンディングフレーム５０１を受信し、無線部４００２−１〜４００２−Ｂは、アンテナ素子４００１−１〜４００１−Ｂが受信したサウンディングフレーム５０１をベースバンド信号に変換し、受信信号復調部４００５へ出力する。サウンディングフレーム５０１を受信した端末局２００２の無線部４００２−１〜４００２−Ｂはさらに、ベースバンド信号に変換したサウンディングフレーム５０１を受信感度測定部４００６に出力する。
【００６６】
サウンディングフレーム５０１を受信した端末局２００１、および端末局２００２の受信信号復調部４００５は、ベースバンド信号のサウンディングフレーム５０１を復調してＣＳＩ推定部４００７に出力する。また、サウンディングフレーム５０１を受信した端末局２００２の受信感度測定部４００６は、ベースバンド信号のサウンディングフレーム５０１に基づいて測定したＲＳＳＩ値をＣＳＩ推定部４００７に出力する。端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１、および、受信感度測定部４００６により測定されたＲＳＳＩが閾値ＰＴｈ以上であると判定した端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２のＣＳＩ推定部４００７は、受信信号復調部４００５から入力されたサウンディングフレーム５０１を用いて基地局１００１との間のＣＳＩを推定する。なお、端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２は、ＣＳＩ推定部４００７においてＲＳＳＩが閾値ＰＴｈに満たないと判定されるため、ＣＳＩを推定しない。
【００６７】
次に、基地局１００２は、基地局１００１がサウンディングフレーム５０１を送信したときと同様の処理を行い、時刻ｔ２のタイミングでサウンディングフレーム５０２を端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１および端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２へ送信する。サウンディングフレーム５０２を受信した端末局２００１、および端末局２００２は、サウンディングフレーム５０１を受信したときと同様の処理を行う。これにより、端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２、および、ＲＳＳＩが閾値ＰＴｈ以上であると判定した端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１は、サウンディングフレーム５０２を用いて基地局１００２との間のＣＳＩを推定する。一方、端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１は、ＲＳＳＩが閾値ＰＴｈに満たないと判定されるため、ＣＳＩを推定しない。
【００６８】
端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１のＣＳＩ推定部４００７は、推定したＣＳＩを送信信号生成部４００３に出力する。端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１の送信信号生成部４００３は、推定したＣＳＩを設定したベースバンド信号のＣＳＩフレームを生成し、無線部４００２−１〜４００２−Ｂは、送信信号生成部４００３が生成したベースバンド信号のＣＳＩフレームを無線信号に変換する。端末局２００１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ１）のアンテナ素子４００１−１〜４００１−Ｂは、時刻ｔ３のタイミングでＣＳＩフレーム５０３−１−ｉを送信する。
【００６９】
このようにして、端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１で推定されたＣＳＩは、時刻ｔ３のタイミングでＣＳＩフレーム５０３−１−１〜５０３−１−Ｎ１として基地局１００１および基地局１００２へフィードバックされる。ここで、端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１はそれぞれ、基地局１００１と自端末局間および基地局１００２と自端末局間のＣＳＩの推定値をＣＳＩフレーム５０３−１−１〜５０３−１−Ｍ１に設定してフィードバックする。一方、端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１はそれぞれ、基地局１００１と自端末局間のＣＳＩの推定値のみをＣＳＩフレーム５０３−（Ｍ１＋１）−１〜５０３−１−Ｎ１に設定してフィードバックする。そのため、端末局２００１−（Ｍ１＋１）〜２００１−Ｎ１のＣＳＩフレーム５０３−１−（Ｍ１＋１）〜５０３−１−Ｎ１は、端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１のＣＳＩフレーム５０３−１−１〜５０３−１−Ｍ１よりも短くなり、ＣＳＩフィードバックによるオーバーヘッドが削減される。
【００７０】
基地局１００１、および基地局１００２は、アンテナ素子３００４−１〜３００４−ＡによりＣＳＩフレーム５０３−１−１〜５０３−１−Ｎ１を受信し、無線部３００３−１〜３００３−Ｂは、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ｂが受信したＣＳＩフレーム５０３−１−１〜５０３−１−Ｎ１をベースバンド信号に変換し、受信信号復調部３００５へ出力する。基地局１００１、および基地局１００２の受信信号復調部３００５は、ベースバンド信号のＣＳＩフレーム５０３−１−１〜５０３−１−Ｎ１を復調して各端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１で推定されたＣＳＩを取得すると、送信ウェイト算出部３００６に出力する。なお、基地局１００２は、ＣＳＩフレーム５０３−１−（Ｍ１＋１）〜５０３−１−Ｎ１については受信できなくてもよい。
【００７１】
端末局２００２−ｊ（ｊ＝１〜Ｎ２）は、端末局２００１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ１）がＣＳＩフレーム５０３−１−ｉを送信したときと同様の処理を行い、自端末局で推定されたＣＳＩを、時刻ｔ４のタイミングでＣＳＩフレーム５０３−２−ｊとして送信する。これにより、端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２で推定されたＣＳＩは、時刻ｔ４のタイミングでＣＳＩフレーム５０３−２−１〜５０３−２−Ｎ２として基地局１００１および基地局１００２へフィードバックされる。ここで、端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２はそれぞれ、基地局１００１と自端末局間および基地局１００２と自端末局間のＣＳＩの推定値をＣＳＩフレーム５０３−２−１〜５０３−２−Ｍ２に設定してフィードバックする。一方、端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２はそれぞれ、基地局１００２と自端末局間のＣＳＩの推定値のみをＣＳＩフレーム５０３−２−（Ｍ２＋１）〜５０３−２−Ｎ２に設定してフィードバックする。そのため、端末局２００２−（Ｍ２＋１）〜２００２−Ｎ２のＣＳＩフレーム５０３−２−（Ｍ２＋１）〜５０３−２−Ｎ２は、端末局２００１−１〜２００１−Ｍ２のＣＳＩフレーム５０３−２−１〜５０３−２−Ｍ２よりも短くなり、ＣＳＩフィードバックによるオーバーヘッドが削減される。
【００７２】
基地局１００１、および基地局１００２は、ＣＳＩフレーム５０３−１−１〜５０３−１−Ｎ１を受信したときと同様の処理を行い、各端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２において推定されたＣＳＩをＣＳＩフレーム５０３−２−１〜５０３−２−Ｍ２から取得する。なお、基地局１００１は、ＣＳＩフレーム５０３−２−（Ｍ２＋１）〜５０３−２−Ｎ２については受信できなくてもよい。
【００７３】
基地局１００１の送信ウェイト算出部３００６は、端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１、および端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２からフィードバックされたＣＳＩ推定値を用いて、データ送信先の端末局２００１に応じて式（３）の左辺の結合行列を得ると、上記の式（３）〜式（５）により協調伝送のための送信ウェイトを算出し、送信信号生成部３００２に出力する。
また、基地局１００２の送信ウェイト算出部３００６は、端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１、および端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２からフィードバックされたＣＳＩ推定値を用いて、データ送信先の端末局２００２に応じて式（６）の左辺の結合行列を得ると、上記の式（６）〜式（８）により協調伝送のための送信ウェイトを算出し、送信信号生成部３００２に出力する。
【００７４】
基地局１００１、および基地局１００２の送信信号生成部３００２は、ネットワーク１０００から入力された送信データに、送信ウェイト算出部３００６から入力された送信ウェイトを用いて送信ビームフォーミングを行い、データ送信信号を生成する。送信信号生成部３００２において送信ビームフォーミングが行われたデータ送信信号は、無線部３００３−１〜３００３−Ａ、およびアンテナ素子３００４−１および３００４−Ａを介して基地局１００１からは基地局連携送信フレーム５０４−１として、基地局１００２からは基地局連携送信フレーム５０４−２として送信される。
【００７５】
上記説明では、基地局１００１、および基地局１００２がサウンディングフレームを送信してから、ＣＳＩフレームを各端末局２００１、２００２からフィードバックしているが、必ずしも上記フレームシーケンスである必要はない。たとえば、基地局１００１からサウンディングフレーム５０１を送信した後、端末局２００１−１〜２００１−Ｎ１および端末局２００２−１〜２００２−Ｍ２が、そのサウンディングフレーム５０１を用いて推定した基地局１００１と自端末局との間のＣＳＩ推定値をまずＣＳＩフレームでフィードバックし、続いて、基地局１００２からサウンディングフレーム５０２を送信した後、端末局２００２−１〜２００２−Ｎ２および端末局２００１−１〜２００１−Ｍ１がそのサウンディングフレーム５０２を用いて推定した基地局１００２と自端末局との間のＣＳＩ推定値をＣＳＩフレームでフィードバックすることもできる。
【００７６】
［信号処理手順例］
図５は、端末局２００１において、基地局１００２と自端末局間のＣＳＩをフィードバックするか否かを判定するための処理手順例のフローチャートを示す。なお、端末局２００２において、基地局１００１と自端末局間のＣＳＩをフィードバックするか否かを判定する場合も同様の処理である。
【００７７】
端末局２００１の無線部４００２−１〜４００２−Ｂは、アンテナ素子４００１−１〜４００１−Ｂが基地局１００２から送信されたビーコンやサウンディングフレームなどの既知信号をベースバンド信号に変換し、受信信号復調部４００５及び受信感度測定部４００６に出力する。受信感度測定部４００６は、無線部４００２−１〜４００２−Ｂから出力されたベースバンドの既知信号を用いて、基地局１００２からの信号のＲＳＳＩ値を測定する（ステップＳ４０１）。ここで、前述したようにＲＳＳＩ値の代わりに、ＳＮＲやＣＮＲを測定してもよい。次に、ＣＳＩ推定部４００７は、受信感度測定部４００６において測定されたＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上か否かを判定する（ステップＳ４０２）。
【００７８】
測定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上であると判断した場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、ＣＳＩ推定部４００７は、基地局１００２から送信されたサウンディングフレームを用いて基地局１００２と自端末局との間のＣＳＩを推定する（ステップＳ４０３）。送信信号生成部４００３は、無線部４００２−１〜４００２−Ａ、アンテナ素子４００１−１〜４００１−Ｂを介して、ＣＳＩ推定部４００７によるＣＳＩの推定結果を送信信号生成部４００３に出力し、送信信号生成部４００３は、基地局１００２と自端末局との間のＣＳＩを設定したＣＳＩフレームを生成し、基地局１００２にフィードバックする（ステップＳ４０４）。
【００７９】
一方、ＣＳＩ推定部４００７は、測定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈより小さいと判断した場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、ステップＳ４０３〜Ｓ４０４の処理は行わず、処理を終了する。
【００８０】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態との差分を中心に説明し、第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００８１】
第２実施形態による無線通信システムの構成は、図１に示す第１実施形態の無線通信システムの基地局１００１、基地局１００２をそれぞれ、後述する図６に示す構成の基地局１１０１、基地局１１０２に置き換え、端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１、端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２をそれぞれ、後述する図７に示す構成の端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１、端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２に置き換えたものである。以下、端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１を総称して端末局２１０１と記載し、端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２を総称して端末局２１０２と記載する。
【００８２】
第２実施形態では、まず、基地局１１０１、および基地局１１０２が、端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１および端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２のそれぞれから送信されたビーコン信号や制御信号などの無線信号を受信し、ＲＳＳＩ値を測定する。続いて、各基地局１１０１、及び基地局１１０２は、測定したＲＳＳＩ値をもとに、端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１、及び端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２を、ＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局群とそれ閾値ＰＴｈより小さい端末局群に分ける。
【００８３】
その後、基地局１１０１が、ＣＳＩ推定のためのサウンディングフレームを、ＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１および端末局２１０２−１〜２１０２−Ｍ２宛に無線伝送する。なお、基地局１１０１、および基地局１１０２は、自基地局配下の端末局については、ＲＳＳＩ値の測定を行なうことなく全てをサウンディングフレームの送信対象としてもよい。端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１、および端末局２１０２−１〜２１０２−Ｍ２は、受信したサウンディングフレームを用いて基地局１１０１と自端末局の間のＣＳＩを推定する。続いて、基地局１１０２が、ＣＳＩ推定のためのサウンディングフレームを、ＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２および端末局２１０１−１〜２１０１−Ｍ１宛に無線伝送する。端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２、および端末局２１０１−１〜２１０１−Ｍ１は、受信したサウンディングフレームを用いて基地局１１０２と自端末局の間のＣＳＩを推定する。
【００８４】
その後、端末局２１０１、および端末局２１０２は、推定したＣＳＩを基地局１１０１、及び基地局１１０２へフィードバックする。ただし、基地局１１０１とのＣＳＩの推定を行わなかった端末局２１０２−（Ｍ２＋１）〜２１０２−Ｎ２については基地局１１０１へのＣＳＩのフィードバックを行わず、基地局１１０２とのＣＳＩの推定を行わなかった端末局２１０１−（Ｍ１＋１）〜２１０１−Ｎ１については基地局１１０２へのＣＳＩのフィードバックを行わない。最後に、各基地局１１０１、および基地局１１０２は、フィードバックされたＣＳＩをもとに、自基地局配下の端末局とＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の他基地局配下の端末局とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを第１の実施形態と同様に算出し、その算出した送信ウェイトを用いて基地局協調伝送を行う。
【００８５】
［第２実施形態における基地局構成］
図６は、第２実施形態における基地局１１０１の内部構成を示す概略ブロック図である。なお、本実施形態における基地局１１０２の構成も同じものを用いることができることから、ここでは、基地局１１０１についてのみ説明する。
【００８６】
同図に示すように、基地局１１０１が、図２に示す第１実施形態の基地局１００１と異なる点は、制御信号生成部３００１、送信ウェイト算出部３００６に代えて制御信号生成部３００１ａ、送信ウェイト算出部３００６ａを備える点、受信感度測定部３１０１を新たに備える点である。受信感度測定部３１０１は、無線部３００３−１〜３００３−Ａより出力された受信信号から、端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１および端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２から送信され、自基地局で受信した信号のＲＳＳＩの値を測定する。ＲＳＳＩ値の測定法としては、従来の無線ＬＡＮのように、ビーコンや制御信号を用いて測定することができる。また、ＲＳＳＩ値の代わりに、受信ＣＮＲや受信ＳＮＲ、受信ＳＩＮＲ、受信ＳＩＲを測定してもよく、これらの任意の組み合わせを用いてもよい。
【００８７】
受信感度測定部３１０１は、測定したＲＳＳＩ値を、制御信号生成部３００１ａおよび送信ウェイト算出部３００６ａに出力する。制御信号生成部３００１ａは、測定されたＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局群をＣＳＩ推定の対象とし、対象となる端末局群に対してサウンディングフレームを生成する。送信ウェイト算出部３００６ａは、受信感度測定部３１０１により測定されたＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局群からフィードバックされたＣＳＩを用いて送信ウェイトを生成する。
【００８８】
［第２実施形態における端末局構成］
図７は、第２実施形態における端末局２１０１の内部構成を示す概略ブロック図である。なお、本実施形態における端末局２１０２の構成も同じものを用いることができることから、ここでは、端末局２１０１についてのみ説明する。
【００８９】
同図に示すように、端末局２１０１が、図３に示す第１実施形態の端末局２００１と異なる点は、受信感度測定部４００６を備えていない点、ＣＳＩ推定部４００７に代えてＣＳＩ推定部４００７ａを備える点である。
ＣＳＩ推定部４００７ａは、基地局１１０１から送信され、自端末局において受信されたサウンディングフレームの入力を受信信号復調部４００５から受ける。ＣＳＩ推定部４００７ａは、入力されたサウンディングフレームを用いて、基地局１１０１と自端末局との間のＣＳＩを推定し、送信信号生成部４００３に出力する。また、ＣＳＩ推定部４００７ａは、基地局１１０２から送信され、自端末局において受信されたサウンディングフレームを用いて、基地局１１０２と自端末局との間のＣＳＩを推定し、送信信号生成部４００３に出力する。
【００９０】
［第２実施形態における通信手順］
図８は、本発明の第２実施形態におけるフレームシーケンスの一例を示す図である。第１実施形態と異なる点は、時刻ｔ０のタイミングで、各端末局２１０１、および端末局２１０２から、基地局１１０１、および基地局１１０２に向けて、ビーコンなどの制御信号を送信する点にある。
【００９１】
まず、各端末局２１０１、および端末局２１０２の制御信号生成部４００４はビーコンなどの制御信号を生成し、送信信号生成部４００３、無線部４００２−１〜４００２−Ｂを介して、アンテナ素子４００１−１〜４００１−Ｂから送信する。このとき、端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１、および端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２は、このビーコンなどの制御信号を時刻ｔ０からｔ１の間で順番に送信する。基地局１１０１、および基地局１１０２は、各端末局２１０１、および端末局２１０２から受信したビーコンなどの制御信号を用いてＲＳＳＩ値を推定する。
【００９２】
その後、基地局１１０１は、推定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局群をＣＳＩの推定対象とし、時刻ｔ１のタイミングで、推定対象となる端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１、および端末局２１０２−１〜２１０２−Ｍ２宛にサウンディングフレーム５０１を送信する。同様にして、基地局１１０２は、推定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局群をＣＳＩの推定対象とし、時刻ｔ２のタイミングで、推定対象となる端末局２１０１−１〜２１０１−Ｍ１および端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２宛にサウンディングフレーム５０２を送信する。
【００９３】
基地局１１０１、基地局１１０２がそれぞれ、サウンディングフレーム５０１、サウンディングフレーム５０２を送信する際、サウンディングフレーム５０１、サウンディングフレーム５０２の先頭に、推定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上である、すなわち、ＣＳＩを推定しフィードバックする必要がある端末局２１０１、２１０２の情報を設定してもよい。また、基地局１１０１、基地局１１０２が、サウンディングフレームを送信する前に予め制御信号などを送信し、推定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上、すなわち、ＣＳＩを推定しフィードバックする必要がある端末局の情報を端末局２１０１、２１０２に伝達してもよい。
【００９４】
端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１は、図４と同様の処理を行い、自端末局で推定したＣＳＩを、時刻ｔ３のタイミングでＣＳＩフレーム５０３−１−１〜５０３−１−Ｎ１として基地局１１０１および基地局１１０２へフィードバックする。また、端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２は、図４と同様の処理を行い、自端末局で推定したＣＳＩを、時刻ｔ４のタイミングでＣＳＩフレーム５０３−２−１〜５０３−２−Ｎ２として基地局１１０１および基地局１１０２へフィードバックする。
ただし、端末局２１０１、および端末局２１０２は、ＲＳＳＩ値を算出せず、ＣＳＩ推定部４００７ａは、自端末局がＣＳＩを推定しフィードバックする必要があることを通知した基地局との間のＣＳＩを推定する。
【００９５】
［信号処理手順例］
図９は、基地局１１０１において、端末局２１０２に対してＣＳＩのフィードバックを要求するか否かを判定するための処理手順例のフローチャートを示している。なお、基地局１１０２において、端末局２１０１に対してＣＳＩのフィードバックを要求するか否かを判定する場合も、同様の処理である。
【００９６】
基地局１１０１は、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ａにより端末局２１０２−ｎ２（１≦ｎ２≦Ｎ２、ｎ２は整数）から送信されたビーコンなどの制御信号を受信する。無線部３００３−１〜３００３−Ｂは、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ｂが受信した制御信号をベースバンド信号に変換し、受信信号復調部３００５へ出力する。基地局１１０１の受信信号復調部３００５は、ベースバンド信号の制御信号を復調し、受信感度測定部３１０１に出力する。受信感度測定部３１０１は、受信信号復調部３００５から入力された制御信号を用いて、端末局２１０２−ｎからの信号のＲＳＳＩ値を測定する（ステップＳ６０１）。ここで、前述したようにＲＳＳＩ値の代わりに、ＳＮＲやＣＮＲ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲなどを測定してもよい。
【００９７】
次に、受信感度測定部３１０１は、測定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上か判定する（ステップＳ６０２）。もし、受信感度測定部３１０１が、測定したＲＳＳＩ値は閾値ＰＴｈより小さいと判定した場合（ステップＳ６０２：ＮＯ）、基地局１１０１は、端末局２１０２−ｎ２に対して、ＣＳＩの推定およびその値のフィードバックを要求しない（ステップＳ６０３）。
【００９８】
一方、受信感度測定部３１０１が、測定したＲＳＳＩ値は閾値ＰＴｈ以上であると判定した場合（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）、端末局２１０２−ｎ２に対して、ＣＳＩの推定およびその値のフィードバックを要求する（ステップＳ６０４）。具体的には、受信感度測定部３１０１は、測定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上である端末局２１０２−ｎ２の情報を制御信号生成部３００１ａに通知する。制御信号生成部３００１ａは、端末局２１０２−ｎ２を特定する情報を先頭に含んだサウンディングフレームを生成する。制御信号生成部３００１ａにおいて生成されたサウンディングフレームは、送信信号生成部３００２、無線部３００３−１〜３００３−Ａを介して、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ａから無線信号により送信される。
あるいは、制御信号生成部３００１ａは、測定したＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上である端末局２１０２−ｎ２に対して、ＣＳＩを推定しフィードバックするよう指示する制御信号を生成し、送信信号生成部３００２、無線部３００３−１〜３００３−Ａを介して、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ａから無線信号により送信する。制御信号送信後、基地局１１０１は、さらにサウンディングフレームを送信する。
【００９９】
基地局１１０１は、ＣＳＩの推定およびその値のフィードバックを要求した端末局２１０２−ｎ２からＣＳＩの推定値のフィードバックを受信した場合、送信ウェイトの算出にそのフィードバックされたＣＳＩを用いると判断する（ステップＳ６０５）。具体的には、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ａが端末局２１０２−ｎ２から送信されたＣＳＩフレームを受信し、無線部３００３−１〜３００３−Ｂは、アンテナ素子３００４−１〜３００４−Ｂが受信したＣＳＩフレームをベースバンド信号に変換し、受信信号復調部３００５へ出力する。受信信号復調部３００５は、ベースバンド信号のＣＳＩフレームを復調して各端末局２１０２で推定されたＣＳＩを取得し、送信ウェイト算出部３００６ａに出力する。送信ウェイト算出部３００６ａは、各端末局２１０１−１〜２１０１−Ｎ１、および端末局２１０２−１〜２１０２−Ｍ２からフィードバックされたＣＳＩの推定値を得ると、第１の実施形態の送信ウェイト算出部３００６と同様に協調伝送のための送信ウェイトを算出し、送信信号生成部３００２に出力する。
【０１００】
なお、上記説明では、基地局１１０１、および基地局１１０２は、予めビーコンなどの制御信号でＲＳＳＩ値を測定し、端末局２１０１、および端末局２１０２からＣＳＩをフィードバックするか否かを判定したが、サウンディングフレームを送信する段階では決定せず、第１の実施形態と同様にサウンディングフレームを送信してもよい。端末局２１０１、および端末局２１０２のＣＳＩ推定部４００７ａは、基地局１１０１との間のＣＳＩ、および基地局１１０２との間のＣＳＩを推定し、送信信号生成部４００３に出力して端末局２１０１、および端末局２１０２にＣＳＩフレームをフィードバックする。基地局１１０１、および基地局１１０２の送信ウェイト算出部３００６ａは、フィードバックされたＣＳＩフレームに基づいて受信感度測定部３１０１が測定したＲＳＳＩ値の閾値判定を行い、ＲＳＳＩ値が閾値以上であったＣＳＩフレームから受信信号復調部３００５が得たＣＳＩを送信ウェイトの算出に利用する。これにより、基地局１１０１、および基地局１１０２の送信ウェイト算出部３００６ａは、自基地局配下の端末局と受信感度が閾値以上であった他基地局配下の端末局とに対して干渉制御を行う送信ウェイトを、第１の実施形態と同様に算出する。この場合、ビーコン信号は不要になり、ＲＳＳＩ値はＣＳＩフレームによって測定される。
【０１０１】
また、上記実施形態では、基地局１１０１、および基地局１１０２は、ＲＳＳＩ値をもとに端末局２１０１、および端末局２１０２からＣＳＩをフィードバックするか否かを判定していたが、実際には、算出された送信ウェイトを用いて送信すると、通信セルの範囲が変わる、つまりは電波干渉の度合いが変わってしまう。そのため、基地局１１０１、および基地局１１０２は、算出された送信ウェイトをもとに閾値以下の電力になっているか否かを再度判定してもよい。
【０１０２】
例えば、端末局２１０１−ｎ１（１≦ｎ１≦Ｎ１、ｎ１は整数）における基地局１１０２からの干渉となる信号電力は以下の式（１１）により、端末局２１０２−ｎ２（１≦ｎ２≦Ｎ１、ｎ２は整数）における基地局１１０１からの干渉となる信号電力は以下の式（１２）により算出される。
【０１０３】
【数１１】
2014027368.tif 000013
【０１０４】
【数１２】
2014027368.tif 000014
【０１０５】
送信ウェイト算出部３００６ａは、式（１１）から得られた干渉電力Ｑ１，ｎ１（もしくは、式（１２）から得られた干渉電力Ｑ２，ｎ２）を閾値Ｐ’Ｔｈと比較する。閾値より小さい場合、送信ウェイトはそのままでよい。一方、干渉電力Ｑ１，ｎ１（もしくは、干渉電力Ｑ２，ｎ２）が閾値以上になってしまった場合は、端末局２１０１−ｎ１（もしくは端末局２１０２−ｎ２）において基地局１１０２（もしくは基地局１１０１）からの干渉電力が大きくなっている。そこで、基地局１１０１、および基地局１１０２の送信ウェイト算出部３００６ａは、フィードバックされた端末局２１０１−ｎ１と基地局１１０２との間（もしくは端末局２１０２−ｎ２と基地局１１０１の間）のＣＳＩも加えて、再度送信ウェイトを計算する。ここで、閾値Ｐ’Ｔｈは、ＲＳＳＩ値の判定で用いた閾値ＰＴｈと同じ値を用いてもよいし、異なる値でもよい。
【０１０６】
図１０に、送信ウェイトが閾値以下の電力になっているかを再度判定する場合の基地局１１０１の送信ウェイト算出におけるフローチャートの一例を示す。以下、基地局１１０１について説明するが、基地局１１０２についても同様である。
【０１０７】
まず、基地局１１０１の送信ウェイト算出部３００６ａは、他セルの端末局２１０２−１〜２１０２−Ｎ２の中から、受信感度測定部３１０１から出力されたＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈより小さい端末局２１０２を探索する（ステップＳ７０１）。もし、ない場合は（ステップＳ７０１：ＮＯ）、送信ウェイト算出部３００６ａは、処理を終了し、ある場合は（ステップＳ７０１：ＹＥＳ）、ＲＳＳＩ値が閾値より小さい他セルの端末局２１０２からの干渉電力を、式（１１）を用いて算出する（ステップＳ７０２）。
【０１０８】
ここで、送信ウェイト算出部３００６ａは、ＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈより小さい端末局２１０２の中で、算出した干渉電力が閾値Ｐ’Ｔｈ以上になる他セルの端末局２１０２が存在するか否かを探索する（ステップＳ７０３）。もし存在しない場合（ステップＳ７０３：ＮＯ）、送信ウェイト算出部３００６ａは処理を終了する。一方、干渉電力が閾値Ｐ’Ｔｈ以上になる他セルの端末局２１０２が存在する場合（ステップＳ７０３：ＹＥＳ）、送信ウェイト算出部３００６ａは、その端末局２１０２をＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局とみなし、その端末局２１０２からフィードバックされた基地局１１０１との間のＣＳＩの推定値をさらに加えて、送信ウェイトを再計算する（ステップＳ７０４）。送信ウェイト算出部３００６ａは、このさらにＣＳＩの推定値を加えて送信ウェイトを再計算した他セルの端末局２１０２については、ＲＳＳＩ値が閾値ＰＴｈ以上の端末局としてみなして区分けを行い（ステップＳ７０５）、再度ステップＳ７０１に戻って処理を行う。
【０１０９】
以上の操作を行うことで、送信ウェイトを用いることで通信セルの形状が変わってしまった場合でも、干渉電力を閾値以下に設定することができる。
【０１１０】
また、基地局において送信電力制御を行うことで、任意に通信セルのサイズを変えることができる。そのため、基地局１１０１、１１０２の無線部３００３−１〜３００３−Ａにおいて、自基地局と他セルの端末局間のＲＳＳＩ値が閾値Ｐ”Ｔｈ以下になるように送信電力制御を行ったうえで、上述した処理を実施してもよい。
【０１１１】
以上の説明では、全セルにおいて、共通の閾値ＰＴｈ、Ｐ’Ｔｈ、もしくはＰ”Ｔｈを用いていたが、必ずしも同じにする必要はなく、セルごとに閾値を異なるものにしてもよい。
【０１１２】
なお、以上の説明では、一例として特異値分解を用いて干渉を制御する方法を示したが、必ずしも上記のような送信ウェイトにする必要はなく、たとえばＱＲ分解などにより送信ウェイトを導出することもできるし、他の方法を用いて干渉を与えないような送信ウェイトを生成してもよい。
【０１１３】
また、以上の説明では、各基地局がネットワークと接続された形態を取っているが、必ずしもネットワークに接続されている必要はなく、それぞれの基地局が独自にデータを生成し、各配下の端末群に信号を送信する無線通信システムでも適用可能である。
【０１１４】
［本実施形態の効果］
図１１に、上述した第１実施形態の無線通信システムについて計算機シミュレーションを行ったときの諸元を示す。基地局および端末局のアンテナ素子はそれぞれＡ＝８およびＢ＝１とし、基地局あたりの端末局数をＮ１＝Ｎ２＝４とした。送信信号フォーマットはＩＥＥＥ８０２．１１ａｃドラフト（参考文献３）に準拠したパラメータとした。なお、同図において、ＡＰは基地局、ＳＴＡは端末局を表す。
【０１１５】
（参考文献３）  IEEE802.11ac Draft D3.0, July 2012.
【０１１６】
図１２は、図１１の諸元を用い、オーバーラップセル環境において上述した第１実施形態の無線通信システムについて計算機シミュレーションを行った結果得られた伝送容量（Achievable bit rate）を示す。（Ａ）は、チャネル推定誤差なし、（Ｂ）は、チャネル推定誤差ありの場合の結果であり、閾値ＰＴｈは−７５ｄＢｍとした。同図においては、比較のため、（ａ）時間分割して２つの基地局が衝突なく通信を行う場合、および（ｂ）全隣接セルの端末局に対してセル間干渉制御を行う場合（参考文献１）の伝送容量も示している。（Ａ）では、（ｃ）が示す計算機シミュレーション結果より、累積確率分布（ＣＤＦ）の中央値で、（ａ）と比べて１．６４倍、（ｂ）と比べて１．０７倍の伝送容量が得られることがわかる。これは、干渉電力が問題にならない端末局に対しては、ヌル指向性制御を向けずに、自セルのダイバーシチ利得に空間リソースを有効に利用しているためである。さらに、（Ｂ）のように、熱雑音レベルと同等のチャネル推定誤差がある場合には、（ｂ）との伝送容量の差は１．１４倍に広がる。これは、干渉電力が小さい端末局については、チャネル推定を行わず、ヌル指向性制御も行わないことで、チャネル推定誤差による干渉の漏れ込みによる影響を小さくできるためである。
【０１１７】
以上説明したように、基地局は、干渉となる可能性のある隣接セル（他の基地局配下）の端末局のうち、受信感度が予め与えられた閾値以上の端末局に対しては、ＣＳＩフィードバックを行って干渉制御（ヌル指向性制御）を行い、閾値に満たない端末局に対しては、ＣＳＩフィードバックを行わず、干渉制御（ヌル指向性制御）も行わない送信ビームフォーミング法を確立する。これにより、ＣＳＩフィードバックによるオーバーヘッドの削減が可能となる。また、干渉電力の小さい端末局に対してヌルビームフォーミング（干渉制御）を行うよりも、自セル内の端末局に対してＳＮＲを稼ぐようなビームフォーミングをとることで、アンテナダイバーシチ利得の向上により伝送特性が改善され、複数の基地局が同時刻・同一周波数で高いシステムスループットにより特性を劣化させることなく複数の端末局と無線通信できる。
【０１１８】
［補足事項］
なお、上述した実施形態における基地局１００１、１００２、１１０１、１１０２、端末局２００１、２００２、２１０１、２１０２の各機能部は、専用のハードウェア（例えば、ワイヤードロジック等）により実現されてもよく、各機能部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウエアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【０１１９】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【０１２０】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【０１２１】
１００  ネットワーク
１０１、１０２  基地局
２０１−１、２０１−２、２０２−１、２０２−２  端末局
１０００  ネットワーク
１００１、１００２、１１０１、１１０２  基地局（送信局装置）
２００１、２００１−１〜２００１−Ｎ１、２００２、２００２−１〜２００２−Ｎ２、２１０１、２１０１−１〜２１０１−Ｎ１、２１０２、２１０２−１〜２１０２−Ｎ２  端末局（受信局装置）
３００１、３００１ａ  制御信号生成部
３００２  送信信号生成部
３００３−１〜３００３−Ａ  無線部（送信局側無線部）
３００４−１〜３００４−Ｂ  アンテナ素子（送信局側無線部）
３００５  受信信号復調部
３００６、３００６ａ  送信ウェイト算出部
３１０１  受信感度測定部
４００１−１〜４００１−Ｂ  アンテナ素子（受信局側無線部）
４００２−１〜４００２−Ｂ  無線部（受信局側無線部）
４００３  送信信号生成部（チャネル情報送信部）
４００４  制御信号生成部
４００５  受信信号復調部
４００６  受信感度測定部
４００７、４００７ａ  ＣＳＩ推定部（チャネル情報推定部）
【図１】
2014027368.tif 000015
【図２】
2014027368.tif 000016
【図３】
2014027368.tif 000017
【図４】
2014027368.tif 000018
【図５】
2014027368.tif 000019
【図６】
2014027368.tif 000020
【図７】
2014027368.tif 000021
【図８】
2014027368.tif 000022
【図９】
2014027368.tif 000023
【図１０】
2014027368.tif 000024
【図１１】
2014027368.tif 000025
【図１２】
2014027368.tif 000026
【図１３】
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