(57)【要約】【課題】ユーザ間干渉を低減し、スループット性能を向上すること。【解決手段】基地局装置は、複数の端末装置それぞれが第１のグループ及び第２のグループのいずれに属するか決定する決定部と、前記複数の端末装置のうち前記第１のグループに属する端末装置のみを考慮した形状の送信ビームを形成するための送信ウェイトを生成する生成部と、前記生成部によって生成された送信ウェイトを前記複数の端末装置宛ての信号に乗算する乗算部と、前記乗算部によって送信ウェイトが乗算された信号を複数のアンテナから同時に送信する送信部とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の端末装置それぞれが第１のグループ及び第２のグループのいずれに属するか決定する決定部と、
前記複数の端末装置のうち前記第１のグループに属する端末装置のみを考慮した形状の送信ビームを形成するための送信ウェイトを生成する生成部と、
前記生成部によって生成された送信ウェイトを前記複数の端末装置宛ての信号に乗算する乗算部と、
前記乗算部によって送信ウェイトが乗算された信号を複数のアンテナから同時に送信する送信部と
を有することを特徴とする基地局装置。
【請求項２】
前記決定部は、
前記複数の端末装置それぞれが前記第１のグループと前記第１のグループよりも移動速度が速い第２のグループとのいずれに属するか決定することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項３】
前記生成部は、
前記第１のグループに属する１つの端末装置用の送信ビームであって、前記第１のグループに属する他の端末装置に対してヌルが向けられた送信ビームを形成するための送信ウェイトを生成することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項４】
前記生成部は、
前記第２のグループに属する端末装置用の送信ビームであって、前記第１のグループに属するすべての端末装置に対してヌルが向けられた送信ビームを形成するための送信ウェイトを生成することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項５】
前記第１のグループに属する端末装置用の送信ビームに割り当てられる電力を制限し、制限により得られた余剰電力を前記第２のグループに属する端末装置用の送信ビームに割り当てる電力割当部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項６】
前記複数の端末装置における受信データレートの合計が最大になるように、前記複数の端末装置それぞれの送信ビームに割り当てられる電力を決定する電力割当部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項７】
自装置を含む複数の端末装置それぞれが第１のグループ及び第２のグループのいずれに属するか決定された結果に基づいて、前記複数の端末装置のうち前記第１のグループに属する端末装置のみを考慮した形状の送信ビームを形成するための送信ウェイトが乗算された信号を受信する受信部と、
前記受信部によって受信された受信信号を復調する復調部と
を有することを特徴とする端末装置。
【請求項８】
前記受信部は、
第１のグループと前記第１のグループよりも移動速度が速い第２のグループとのうち前記第１のグループに属する端末装置のみを考慮した形状の送信ビームを形成するための送信ウェイトが乗算された信号を受信することを特徴とする請求項７記載の端末装置。
【請求項９】
基地局装置と複数の端末装置とを有する無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記複数の端末装置それぞれが第１のグループ及び第２のグループのいずれに属するか決定する決定部と、
前記複数の端末装置のうち前記第１のグループに属する端末装置のみを考慮した形状の送信ビームを形成するための送信ウェイトを生成する生成部と、
前記生成部によって生成された送信ウェイトを前記複数の端末装置宛ての信号に乗算する乗算部と、
前記乗算部によって送信ウェイトが乗算された信号を複数のアンテナから同時に送信する送信部と
を有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
複数の端末装置それぞれが第１のグループ及び第２のグループのいずれに属するか決定し、
前記複数の端末装置のうち前記第１のグループに属する端末装置のみを考慮した形状の送信ビームを形成するための送信ウェイトを生成し、
生成された送信ウェイトを前記複数の端末装置宛ての信号に乗算し、
前記送信ウェイトが乗算された信号を複数のアンテナから同時に送信する
処理を有することを特徴とする無線送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局装置、無線通信システム及び無線送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の送信アンテナを備える基地局装置から複数のユーザ端末装置（User  Equipment：以下「ＵＥ」と略記する）へ同時にデータを送信するマルチユーザＭＩＭＯ（Multi  Input  Multi  Output）技術が注目されている。マルチユーザＭＩＭＯ（以下「ＭＵ−ＭＩＭＯ」と略記する）によって、同一周波数を用いて同時に複数のＵＥへデータを送信することが可能になるため、無線通信システムのスループットを向上することができる。
【０００３】
ＭＵ−ＭＩＭＯにおいては、複数のＵＥ宛てのデータが互いに干渉しないように、送信信号に送信ウェイトを乗算するゼロフォーシング（Zero  Forcing：ＺＦ）やブロック対角化等の対策が採られることがある。送信ウェイトは、送信信号の位相と振幅を調整するウェイトであり、基地局装置とＵＥの間のチャネルに応じて送信ウェイトを決定することにより、複数のＵＥ宛ての送信信号を互いに直交させて干渉を低減することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Q.H.Spencer,  A.L.Swindlehurst,  M.Haardt,  “Zero-Forcing  Methods  for  Downlink  Spatial  Multiplexing  in  Multiuser  MIMO  Channels”,  IEEE  Trans.  Signal  Process.,  vol.52,  no.2,  pp.461-471,  ２００４年２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えばＵＥが移動したり、ＵＥ周辺の電波散乱体が移動したりする場合、基地局装置とＵＥの間のチャネルは、フェージングにより時々刻々と変動する。したがって、チャネルの変動によってＵＥに最適な送信ウェイトも変動し、ユーザ間干渉が十分に低減されないことがあるという問題がある。すなわち、送信ウェイトが算出される時点と実際に送信データが送信される時点とでチャネルの状態が異なるため、送信データが送信される時点においては、送信ウェイトに応じた送信ビームが最適なものではないことがある。
【０００６】
具体的に、例えば図１６に示すように、基地局装置１０がＵＥ２０ａ、２０ｂへ同時にデータを送信する際に、図中の曲線Ｂで示すＵＥ２０ａ用の送信ビームが形成される場合について説明する。図１６においては、曲線Ｂの山がビーム利得の高い方向を示し、曲線Ｂの谷がビーム利得が０になるヌルの方向を示す。
【０００７】
この図に示すように、ＵＥ２０ａ用の送信ビームでは、ＵＥ２０ａの方向でビーム利得が高くなっている。一方、ＵＥ２０ｂに対して干渉を与えないように、ＵＥ２０ａ用の送信ビームでは、ＵＥ２０ｂの方向にはヌルが向けられる。しかし、送信ビームを形成するための送信ウェイトが算出された時点から実際に送信ビームが形成される時点までの間にＵＥ２０ｂが移動している。この結果、実際に送信ビームが形成されて信号が送信される際には、ＵＥ２０ｂはＵＥ２０ａ用の送信ビームのヌルの方向には位置せず、ＵＥ２０ａ宛ての信号がＵＥ２０ｂに干渉を与える。つまり、送信ウェイトによるＵＥ間の直交化が崩れ、ユーザ間干渉が発生する。そして、ユーザ間干渉が発生する結果、無線通信システムのスループット性能が劣化してしまう。
【０００８】
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、ユーザ間干渉を低減し、スループット性能を向上することができる基地局装置、無線通信システム及び無線送信方法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】
【０００９】
本願が開示する基地局装置は、１つの態様において、複数の端末装置それぞれが第１のグループ及び第２のグループのいずれに属するか決定する決定部と、前記複数の端末装置のうち前記第１のグループに属する端末装置のみを考慮した形状の送信ビームを形成するための送信ウェイトを生成する生成部と、前記生成部によって生成された送信ウェイトを前記複数の端末装置宛ての信号に乗算する乗算部と、前記乗算部によって送信ウェイトが乗算された信号を複数のアンテナから同時に送信する送信部とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本願が開示する基地局装置、無線通信システム及び無線送信方法の１つの態様によれば、ユーザ間干渉を低減し、スループット性能を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る基地局装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、ユーザデータ生成部の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、送信処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、ダウンリンク制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係るユーザ端末装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る無線送信方法を示すフロー図である。
【図８】図８は、ウェイト行列生成処理を示すフロー図である。
【図９】図９は、送信ビームの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、送信ビームの他の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、送信ビームのさらに他の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１に係る電力行列生成処理を示すフロー図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２に係る電力行列生成処理を示すフロー図である。
【図１４】図１４は、基地局装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、ユーザ端末装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、送信ビームの具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願が開示する基地局装置、無線通信システム及び無線送信方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。図１に示すように、無線通信システムは、基地局装置１００と、複数のユーザ端末装置（ＵＥ）２００とを有する。
【００１４】
基地局装置１００は、複数のＵＥ２００との間でＭＵ−ＭＩＭＯによる無線通信を実行する。すなわち、基地局装置１００は、複数のアンテナを備え、同一周波数を用いて同時に複数のＵＥ２００と無線通信する。このとき、基地局装置１００は、複数のＵＥ２００を移動速度が所定の閾値未満の低速ＵＥのグループと、移動速度が所定の閾値以上の高速ＵＥのグループとにグループ分けし、低速ＵＥの方向を考慮する一方で高速ＵＥの方向を考慮せずに送信ウェイトを決定する。
【００１５】
換言すれば、基地局装置１００は、低速ＵＥ用の送信ビーム形成時に、他の低速ＵＥの方向へヌルが向くように送信ウェイトを決定する。また、基地局装置１００は、高速ＵＥ用の送信ビーム形成時には、すべての低速ＵＥの方向へヌルが向くように送信ウェイトを決定する。したがって、基地局装置１００は、高速ＵＥ及び低速ＵＥのうち低速ＵＥの方向のみを考慮して送信ウェイトを決定する。
【００１６】
ＵＥ２００は、基地局装置１００から送信された信号を受信する。ＵＥ２００が受信する受信信号には、自ＵＥ宛てのユーザデータが含まれており、自ＵＥが低速で移動している場合には、他のＵＥ２００宛てのユーザデータによる干渉が十分に低減されている。また、ＵＥ２００は、例えばダウンリンクの信号の受信成否を示すＡＣＫ／ＮＡＣＫやダウンリンクのチャネル状態を示すチャネル状態情報などを含む信号を基地局装置１００へ送信する。
【００１７】
図２は、実施の形態１に係る基地局装置１００の構成を示すブロック図である。図２に示す基地局装置１００は、ユーザデータ生成部１１０−１〜１１０−Ｍ（Ｍは２以上の整数）、ウェイト乗算部１２０、制御信号生成部１３０、送信処理部１４０−１〜１４０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）、無線送信処理部１５０−１〜１５０−Ｎ、無線受信処理部１６０−１〜１６０−Ｎ、チャネル推定部１７０、受信処理部１８０及びダウンリンク制御部１９０を有する。
【００１８】
ユーザデータ生成部１１０−１〜１１０−Ｍは、ダウンリンク制御部１９０からの指示に従って、それぞれ異なるＵＥ２００宛てのユーザデータを生成する。すなわち、ユーザデータ生成部１１０−１〜１１０−Ｍは、ダウンリンク制御部１９０によって同時に送信先になると決定された、最大でＭ個のＵＥ２００宛てのユーザデータを生成する。具体的には、ユーザデータ生成部１１０−１〜１１０−Ｍは、例えば図３に示すように、それぞれ誤り訂正符号化部１１１及び変調部１１２を有する。
【００１９】
誤り訂正符号化部１１１は、ＵＥ２００宛ての個別のデータを誤り訂正符号化し、得られた符号化データを変調部１１２へ出力する。
【００２０】
変調部１１２は、誤り訂正符号化部１１１から出力される符号化データを変調し、得られたユーザデータをウェイト乗算部１２０へ出力する。
【００２１】
誤り訂正符号化部１１１における符号化率や変調部１１２における変調方式は、ダウンリンク制御部１９０から指示される。すなわち、ユーザデータに適用されるＭＣＳ（Modulation  and  Coding  Scheme）がダウンリンク制御部１９０によって指定される。
【００２２】
図２に戻って、ウェイト乗算部１２０は、ユーザデータ生成部１１０−１〜１１０−Ｍによって生成された最大でＭ個のＵＥ２００宛てのユーザデータに送信ウェイトを乗算する。具体的には、ウェイト乗算部１２０は、ダウンリンク制御部１９０によって生成されるウェイト行列及び電力行列を取得し、取得した行列から得られる送信ウェイトをユーザデータに乗算する。
【００２３】
制御信号生成部１３０は、ダウンリンク制御部１９０からの指示に従って、ＵＥ２００宛ての制御信号を生成する。すなわち、制御信号生成部１３０は、ダウンリンク制御部１９０によるスケジューリングの結果やＭＣＳの情報などを含む制御信号を生成する。
【００２４】
送信処理部１４０−１〜１４０−Ｎは、それぞれ異なるアンテナから送信されるストリームを生成する。すなわち、送信処理部１４０−１〜１４０−Ｎは、ＭＵ−ＭＩＭＯに用いられるＮ本のアンテナから送信されるストリームを生成する。具体的には、送信処理部１４０−１〜１４０−Ｎは、例えば図４に示すように、それぞれチャネル多重部１４１、ＩＦＦＴ（Inverse  Fast  Fourier  Transform）部１４２及びＣＰ（Cyclic  Prefix）付加部１４３を有する。
【００２５】
チャネル多重部１４１は、送信ウェイトが乗算されたユーザデータと制御信号とを多重し、得られた多重データをＩＦＦＴ部１４２へ出力する。
【００２６】
ＩＦＦＴ部１４２は、チャネル多重部１４１から出力される多重データを逆高速フーリエ変換し、周波数が異なる複数のサブキャリアそれぞれに多重データが重畳された有効シンボルを生成する。
【００２７】
ＣＰ付加部１４３は、ＩＦＦＴ部１４２から出力される有効シンボルの末尾部分をＣＰとして有効シンボルの先頭に付加し、ＯＦＤＭシンボルを生成する。ＣＰ付加部１４３がＣＰを付加して得られるＯＦＤＭシンボルは、それぞれのアンテナから送信されるストリームとなる。
【００２８】
図２に戻って、無線送信処理部１５０−１〜１５０−Ｎは、それぞれ送信処理部１４０−１〜１４０−Ｎから出力されるストリームに対して所定の無線送信処理を施す。具体的には、無線送信処理部１５０−１〜１５０−Ｎは、ストリームを例えばＤ／Ａ（Digital/Analog）変換及びアップコンバートし、アンテナを介して送信する。
【００２９】
無線受信処理部１６０−１〜１６０−Ｎは、それぞれ対応するアンテナを介して信号を受信し、受信信号に対して所定の無線受信処理を施す。具体的には、無線受信処理部１６０−１〜１６０−Ｎは、受信信号を例えばダウンコンバート及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換し、チャネル推定部１７０へ出力する。受信信号は、各ＵＥ２００から送信された信号であり、例えばダウンリンクの信号の受信成否を示すＡＣＫ／ＮＡＣＫやダウンリンクのチャネル状態を示すチャネル状態情報などを含む。
【００３０】
チャネル推定部１７０は、無線受信処理部１６０−１〜１６０−Ｎから受信信号を取得し、ＵＥ２００と基地局装置１００の間のチャネル推定を実行する。具体的には、チャネル推定部１７０は、受信信号に含まれる例えばＳＲＳ（Sounding  Reference  Signal）及びＤＲＳ（Demodulation  Reference  Signal）などの参照信号を用いて、各ＵＥ２００から基地局装置１００へ向かうアップリンクのチャネル推定を実行する。そして、チャネル推定部１７０は、チャネル推定の結果得られるチャネル推定値を受信処理部１８０及びダウンリンク制御部１９０へ出力する。ここでは、ＴＤＤ（Time  Division  Duplex）におけるチャネル相反性に基づき、ＳＲＳなどから推定されるアップリンクのチャネルがダウンリンクのチャネルと同等であることを想定しているが、ＦＤＤ（Frequency  Division  Duplex）の場合には、各ＵＥ２００からフィードバックされたダウンリンクのチャネル状態を示すチャネル状態情報を用いても良い。
【００３１】
受信処理部１８０は、チャネル推定部１７０から出力されるチャネル推定値を用いて受信信号を復調し、受信信号に含まれるＡＣＫ／ＮＡＣＫ及びチャネル状態情報を取得する。そして、受信処理部１８０は、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ及びチャネル状態情報をダウンリンク制御部１９０へ出力する。
【００３２】
ダウンリンク制御部１９０は、チャネル状態情報に基づいて、同時に送信先となるＵＥ２００の組み合わせを決定するスケジューリングを実行する。また、ダウンリンク制御部１９０は、チャネル推定値に基づいて、移動速度が所定の閾値以上の高速ＵＥと移動速度が所定の閾値未満の低速ＵＥとにＵＥ２００をグルーピングする。そして、ダウンリンク制御部１９０は、低速ＵＥの方向に対してはヌルが向く送信ビームを形成するためのＵＥ２００ごとのウェイトを算出する。さらに、ダウンリンク制御部１９０は、低速ＵＥ宛てのストリームの電力を制限することにより得られる余剰電力を高速ＵＥ宛てのストリームに割り当てる。
【００３３】
具体的には、ダウンリンク制御部１９０は、例えば図５に示すように、スケジューラ部１９１、グループ決定部１９２、ウェイト算出部１９３及び電力割当算出部１９４を有する。
【００３４】
スケジューラ部１９１は、受信処理部１８０からチャネル状態情報を取得し、基地局装置１００と各ＵＥ２００との間のチャネル状態に基づいてスケジューリングを実行する。すなわち、スケジューラ部１９１は、ダウンリンクのチャネル状態に基づいて、同時に送信先となる複数のＵＥ２００の組み合わせを決定する。そして、スケジューラ部１９１は、決定した組み合わせのＵＥ２００宛てのユーザデータを生成するようにユーザデータ生成部１１０−〜１１０−Ｍへ指示するとともに、制御信号を生成するように制御信号生成部１３０へ指示する。また、スケジューラ部１９１は、決定したＵＥ２００の組み合わせをウェイト算出部１９３へ通知する。
【００３５】
グループ決定部１９２は、チャネル推定部１７０からチャネル推定値を取得し、チャネル推定値から各ＵＥ２００の移動速度を推定することにより、ＵＥ２００が低速ＵＥと高速ＵＥのどちらのグループに属するか決定する。具体的には、グループ決定部１９２は、例えばチャネル推定値からＵＥ２００ごとに所定時間のチャネル変動量を求め、チャネル変動量が所定の閾値以上のＵＥ２００を高速ＵＥと決定し、チャネル変動量が所定の閾値未満のＵＥ２００を低速ＵＥと決定する。また、グループ決定部１９２は、チャネル変動量から最大ドップラー周波数を推定し、最大ドップラー周波数に対応する移動速度によってＵＥ２００のグループを決定しても良い。さらに、グループ決定部１９２は、各ＵＥ２００から移動速度の報告を受け、報告された移動速度によってＵＥ２００のグループを決定しても良い。
【００３６】
ウェイト算出部１９３は、スケジューラ部１９１から同時に送信先となるＵＥ２００の組み合わせが通知されると、これらのＵＥ２００それぞれについて、送信ビームを形成するためのウェイトを算出する。具体的には、ウェイト算出部１９３は、グループ決定部１９２によって低速ＵＥのグループに属すると決定されたＵＥ２００については、当該ＵＥ以外の低速ＵＥの方向へヌルが向く送信ビームを形成するためのウェイトを算出する。また、ウェイト算出部１９３は、高速ＵＥのグループに属すると決定されたＵＥ２００については、すべての低速ＵＥの方向へヌルが向く送信ビームを形成するためのウェイトを算出する。このとき、ウェイト算出部１９３は、高速ＵＥの方向は考慮せずにウェイトを算出する。
【００３７】
換言すれば、ウェイト算出部１９３は、低速ＵＥについてのウェイトを算出する際には、当該ＵＥ以外の低速ＵＥの方向を考慮する一方で高速ＵＥの方向を考慮せずに送信ビームのヌルの向きを決定する。また、ウェイト算出部１９３は、高速ＵＥについてのウェイトを算出する際には、すべての低速ＵＥの方向を考慮する一方で高速ＵＥの方向を考慮せずに送信ビームのヌルの向きを決定する。つまり、ウェイト算出部１９３は、高速ＵＥ及び低速ＵＥのうち低速ＵＥの方向のみを考慮したヌルを有する送信ビームを形成するためのウェイトを算出する。このため、ウェイト算出部１９３は、高速ＵＥの方向に対してヌルを向ける必要がなく、その分送信ビームの形状の自由度が上昇する。結果として、ウェイト算出部１９３は、ある低速ＵＥ用のウェイトを算出する際に、当該低速ＵＥの方向に送信ビームの最大利得方向を向けやすくなり、低速ＵＥ宛ての信号電力が向上する。また、各低速ＵＥの方向には、他のＵＥ２００用の送信ビームのヌルが向くため、低速ＵＥにおけるユーザ間干渉を低減することができる。
【００３８】
このように、ウェイト算出部１９３は、低速ＵＥに対して送信ビームのヌルが向く送信ビームを形成するウェイトを算出する。したがって、例えば低速ＵＥであるＵＥ＃１、ＵＥ＃２と高速ＵＥであるＵＥ＃３とについてのウェイトを算出する場合、ウェイト算出部１９３は、以下の式（１）を満たすウェイトＷ1〜Ｗ3を求める。
【数１】
2018046442.tif 000003
【００３９】
ただし、式（１）において、Ｈ1〜Ｈ3は、それぞれＵＥ＃１〜＃３のチャネル行列である。このため、式（１）の右辺の各列は、各ＵＥ＃１〜＃３用に形成される送信ビームを表している。ここでは、ＵＥ＃１、＃２が低速ＵＥであるため、ＵＥ＃１、＃２の方向にヌルが向けられるように、式（１）の右辺においてＵＥ＃１、＃２に対応する成分を０とするウェイトＷ1〜Ｗ3が求められる。このようなウェイトの求め方は、後に詳述する。
【００４０】
なお、ウェイト算出部１９３は、ＵＥ２００ごとのウェイトを求めると、各ウェイトを並べたウェイト行列を生成し、生成したウェイト行列をウェイト乗算部１２０へ出力する。
【００４１】
電力割当算出部１９４は、ウェイトが算出されたＵＥ２００それぞれに対する電力割当を算出する。具体的には、電力割当算出部１９４は、まず、すべてのＵＥ２００のすべてのストリームの電力を初期電力に設定する。そして、電力割当算出部１９４は、低速ＵＥのストリームの初期電力がそれぞれ所定の上限電力より大きいか否かを判定し、初期電力が所定の上限電力より大きいストリームについては、電力を上限電力に設定する。これにより、低速ＵＥのストリームの電力は、すべて所定の上限電力以下となる。そして、電力割当算出部１９４は、基地局装置１００における総電力から低速ＵＥのストリームの電力の合計を減算し、高速ＵＥに割り当て可能な合計電力を算出する。電力割当算出部１９４は、算出した合計電力を高速ＵＥのストリームに分配し、各ストリームの電力を決定する。結果として、高速ＵＥのストリームの電力は、低速ＵＥのストリームの電力より大きくなる。このような電力割当の算出は、後に詳述する。
【００４２】
なお、電力割当算出部１９４は、ＵＥ２００ごとの各ストリームの電力を求めると、各ストリームの電力を並べた電力行列を生成し、生成した電力行列をウェイト乗算部１２０へ出力する。
【００４３】
図６は、実施の形態１に係るユーザ端末装置２００の構成を示すブロック図である。図６に示すユーザ端末装置２００は、無線受信処理部２１０−１〜２１０−Ｌ（Ｌは２以上の整数）、受信処理部２２０−１〜２２０−Ｌ、チャネル推定部２３０、復調部２４０、誤り訂正復号部２５０、受信確認生成部２６０、送信処理部２７０−１〜２７０−Ｌ及び無線送信処理部２８０−１〜２８０−Ｌを有する。
【００４４】
無線受信処理部２１０−１〜２１０−Ｌは、それぞれ対応するアンテナを介して信号を受信し、受信信号に対して所定の無線受信処理を施す。具体的には、無線受信処理部２１０−１〜２１０−Ｌは、受信信号を例えばダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換し、チャネル推定部２３０及び復調部２４０へ出力する。受信信号は、基地局装置１００から送信された信号であり、各ＵＥ２００宛てのユーザデータ及び制御信号などを含む。
【００４５】
受信処理部２２０−１〜２２０−Ｌは、各アンテナの受信信号からＣＰを除去し、高速フーリエ変換する。すなわち、受信処理部２２０−１〜２２０−Ｌは、受信信号に対して所定の受信処理を施すことにより、受信信号の各サブキャリアに重畳されたデータを取得する。
【００４６】
チャネル推定部２３０は、受信処理部２２０−１〜２２０−Ｌから受信信号を取得し、基地局装置１００とＵＥ２００の間のチャネル推定を実行する。具体的には、チャネル推定部２３０は、受信信号に含まれる例えばＳＲＳ及びＤＲＳなどの参照信号を用いて、基地局装置１００から自ＵＥへ向かうダウンリンクのチャネル推定を実行する。そして、チャネル推定部２３０は、チャネル推定の結果に基づいてチャネル状態情報を生成し、送信処理部２７０−１〜２７０−Ｌへ出力する。また、チャネル推定部２３０は、チャネル推定の結果得られるチャネル推定値を復調部２４０へ出力する。
【００４７】
復調部２４０は、チャネル推定部２３０から出力されるチャネル推定値を用いて、受信信号を復調し、得られた復調信号を誤り訂正復号部２５０へ出力する。
【００４８】
誤り訂正復号部２５０は、復調部２４０から出力される復調信号を誤り訂正復号し、自ＵＥ宛てのユーザデータを取得する。
【００４９】
受信確認生成部２６０は、誤り訂正復号部２５０における復号結果を確認し、ユーザデータが正常に受信されたか否かを判定する。そして、受信確認生成部２６０は、ユーザデータが正常に受信された場合にはＡＣＫを生成し、ユーザデータの再送が必要な場合にはＮＡＣＫを生成し、送信処理部２７０−１〜２７０−Ｌへ出力する。すなわち、受信確認生成部２６０は、受信確認であるＡＣＫ／ＮＡＣＫを生成し、送信処理部２７０−１〜２７０−Ｌへ出力する。
【００５０】
送信処理部２７０−１〜２７０−Ｌは、基地局装置１００宛ての送信信号を生成する。すなわち、送信処理部２７０−１〜２７０−Ｌは、ユーザデータの他にチャネル状態情報及びＡＣＫ／ＮＡＣＫなどを符号化及び変調して送信信号を生成し、さらに、送信信号に対して逆高速フーリエ変換及びＣＰ付加などの送信処理を施す。
【００５１】
無線送信処理部２８０−１〜２８０−Ｌは、それぞれ送信処理部２７０−１〜２７０−Ｌから出力される送信信号に対して所定の無線送信処理を施す。具体的には、無線送信処理部２８０−１〜２８０−Ｌは、送信信号を例えばＤ／Ａ変換及びアップコンバートし、アンテナを介して送信する。
【００５２】
次いで、基地局装置１００による無線送信方法について、図７に示すフロー図を参照しながら説明する。
【００５３】
基地局装置１００においては、複数のＵＥ２００それぞれから送信された信号が受信される（ステップＳ１０１）。受信信号は、無線受信処理部１６０−１〜１６０−Ｎによって無線受信処理され、チャネル推定部１７０によるチャネル推定が実行される（ステップＳ１０２）。また、受信処理部１８０によって、受信信号の受信処理が実行され（ステップＳ１０３）、各ＵＥ２００から報告されるチャネル状態情報及びＡＣＫ／ＮＡＣＫがダウンリンク制御部１９０へ通知される。
【００５４】
そして、ダウンリンク制御部１９０のスケジューラ部１９１によって、チャネル状態情報及びＡＣＫ／ＮＡＣＫに基づくスケジューリングが実行される。すなわち、同時に送信先となるＵＥ２００の組み合わせが決定される。そして、スケジューラ部１９１からの生成指示により、決定された組み合わせのＵＥ２００宛てのユーザデータがユーザデータ生成部１１０−１〜１１０−Ｍによって生成されるとともに、制御信号が制御信号生成部１３０によって生成される。
【００５５】
一方、ダウンリンク制御部１９０のグループ決定部１９２によって、チャネル推定値に基づくグルーピングが行われる（ステップＳ１０４）。このグルーピングは、ＵＥ２００を移動速度に応じて高速ＵＥ又は低速ＵＥに分類するグルーピングであり、例えばチャネル推定値に応じたチャネル変動量が所定の閾値以上のＵＥ２００が高速ＵＥのグループに属すると決定され、チャネル変動量が所定の閾値未満のＵＥ２００が低速ＵＥのグループに属すると決定される。
【００５６】
スケジューリング及びグルーピングが実行されると、ウェイト算出部１９３によって、同時に送信先となる複数のＵＥ２００それぞれについてウェイトが算出される。すなわち、同時に送信先となるＵＥ２００のうち、低速ＵＥそれぞれに対しては他のＵＥ２００用の送信ビームのヌルが向けられるように、各ＵＥ２００のウェイトが決定される。そして、決定されたウェイトを含むウェイト行列が生成され（ステップＳ１０５）、ウェイト行列がウェイト乗算部１２０へ出力される。なお、ウェイト行列の生成については、後に詳述する。
【００５７】
ウェイト算出部１９３によって各ＵＥ２００のウェイトが算出されると、電力割当算出部１９４によって、低速ＵＥ及び高速ＵＥそれぞれのストリームの電力が決定される。このとき、低速ＵＥのストリームの電力が所定の上限電力以下に抑制され、抑制された電力が高速ＵＥのストリームに割り当てられる。そして、決定されたストリームごとの電力を含む電力行列が生成され（ステップＳ１０６）、電力行列がウェイト乗算部１２０へ出力される。なお、電力行列の生成については、後に詳述する。
【００５８】
ウェイト行列及び電力行列は、ウェイト乗算部１２０によって取得され、ウェイト行列及び電力行列からユーザデータに乗算される送信ウェイトが決定される。そして、ウェイト乗算部１２０によって、ユーザデータに送信ウェイトが乗算され（ステップＳ１０７）、ＵＥ２００ごとの送信ビームが設定される。いずれの送信ビームにおいても、低速ＵＥの方向にはヌルが向けられている。また、低速ＵＥ用の送信ビームにおいては、当該低速ＵＥの方向と送信ビームの最大利得方向とが略一致する。
【００５９】
送信ビームが設定されたユーザデータは、送信処理部１４０−１〜１４０−Ｎによって送信処理され（ステップＳ１０８）、各ＵＥ２００宛てのストリームが生成される。そして、各ストリームが無線送信処理部１５０−１〜１５０−Ｎによって無線送信処理され、それぞれ対応するアンテナから送信される（ステップＳ１０９）。
【００６０】
次に、上記のウェイト算出部１９３によるウェイト行列生成処理について、図８に示すフロー図を参照しながら、具体的に説明する。以下においては、スケジューラ部１９１によってＫ個のＵＥ２００に対して同時に信号を送信することが決定され、このうち１〜Ｋ1番目までのＵＥ２００が低速ＵＥであり、Ｋ1＋１〜Ｋ番目までのＵＥ２００が高速ＵＥであるものとする。
【００６１】
ウェイト算出部１９３は、まず低速ＵＥそれぞれについてのウェイトを算出する。具体的には、ウェイト算出対象の低速ＵＥである１つのＵＥ＃ｋ（ｋ＝１〜Ｋ1）を除く、他の低速ＵＥの連結チャネル行列Ｌkが下記の式（２）のように生成される（ステップＳ２０１）。
【数２】
2018046442.tif 000004
【００６２】
上式（２）において、Ｈ1〜ＨK1は、それぞれ基地局装置１００からＵＥ＃１〜＃Ｋ1までのチャネルを示し、ＡTは、行列Ａの転置行列であることを示す。したがって、上式（２）の連結チャネル行列Ｌkは、ウェイト算出対象のＵＥ＃ｋを除く低速ＵＥのチャネルを並べて得られる行列である。ここでは、ウェイト算出対象のＵＥ＃ｋが低速ＵＥであるため、このＵＥ＃ｋ以外の低速ＵＥの方向にヌルを向けるウェイトが算出される。このため、連結チャネル行列Ｌkには、ヌルが向けられる、ＵＥ＃ｋ以外の低速ＵＥのチャネル行列が配置される。
【００６３】
連結チャネル行列Ｌkは、特異値分解され（ステップＳ２０２）、下記の式（３）のように変形される。
【数３】
2018046442.tif 000005
【００６４】
ただし、Ｕkは連結チャネル行列Ｌkの左特異ベクトルを並べた行列であり、Ｓk(1)は連結チャネル行列Ｌkの特異値を対角成分に並べた対角行列であり、Ｏはすべての成分が０の零行列である。また、∨k(1)は連結チャネル行列Ｌkの信号部分空間の基底を並べた行列であり、∨k(0)は連結チャネル行列Ｌkのヌル空間の基底を並べた行列である。なお、ＡHは、行列Ａの複素共役転置行列であることを示す。
【００６５】
上式（３）をさらに変形すると、下記の式（４）が得られ、
【数４】
2018046442.tif 000006
Ｌk∨k(0)＝Ｏとなることがわかる。したがって、行列∨k(0)をＵＥ＃ｋのウェイトとすれば、基地局装置１００からＵＥ＃ｋ以外の低速ＵＥまでのチャネルを零行列と見なすことが可能となり、これらの低速ＵＥにヌルを向けることができる。そこで、行列∨k(0)からＵＥ＃ｋ宛てに送信されるストリーム数νkに応じたウェイトを生成するために、ＵＥ＃ｋのチャネル行列Ｈkと行列∨k(0)との積が特異値分解される（ステップＳ２０３）。この結果を下記の式（５）に示す。
【数５】
2018046442.tif 000007
【００６６】
上式（５）において、Ａkは積の行列Ｈk∨k(0)の左特異ベクトルを並べた行列であり、Ｂkは積の行列Ｈk∨k(0)の特異値を大きい順に左上から対角成分に並べた対角行列である。また、Ｃk(1)は積の行列Ｈk∨k(0)の信号部分空間の基底を並べた行列であり、Ｃk(0)は積の行列Ｈk∨k(0)のヌル空間の基底を並べた行列である。
【００６７】
上式（５）より、積の行列Ｈk∨k(0)の信号部分空間の基底を並べた行列Ｃk(1)が得られるため、行列∨k(0)と行列Ｃk(1)を構成するνk個の列ベクトルを並べた行列との積であるＵＥ＃ｋのウェイトが生成される（ステップＳ２０４）。すなわち、ＵＥ＃ｋのウェイトＷkは、下記の式（６）で表される。
【数６】
2018046442.tif 000008
【００６８】
ただし、上式（６）において、ｃk,1(1)、ｃk,2(1)…は、それぞれ行列Ｃk(1)を構成する列ベクトルを示し、ここでは積の行列Ｈk∨k(0)の大きい順にνk個の特異値に対応する列ベクトルが並べられている。
【００６９】
これにより、低速ＵＥであるＵＥ＃ｋのウェイトＷkが算出されたため、ウェイト算出部１９３によって、すべての低速ＵＥのウェイトの算出が完了したか否かが判断され（ステップＳ２０５）、上記の処理が繰り返されることにより、Ｋ1個の低速ＵＥそれぞれのウェイトが算出される。
【００７０】
そして、すべての低速ＵＥのウェイトの算出が完了すると（ステップＳ２０５Ｙｅｓ）、続いて高速ＵＥのウェイトが算出される。具体的には、すべての低速ＵＥの連結チャネル行列Ｌが下記の式（７）のように生成される（ステップＳ２０６）。
【数７】
2018046442.tif 000009
【００７１】
上式（７）の連結チャネル行列は、すべての低速ＵＥのチャネルを並べて得られる行列である。ここでは、ウェイト算出対象のＵＥ＃ｋが高速ＵＥであるため、すべての低速ＵＥの方向にヌルを向けるウェイトが算出される。このため、連結チャネル行列Ｌには、ヌルが向けられるすべての低速ＵＥのチャネル行列が配置される。
【００７２】
連結チャネル行列Ｌは、特異値分解され（ステップＳ２０７）、下記の式（８）のように変形される。
【数８】
2018046442.tif 000010
【００７３】
ただし、Ｕは連結チャネル行列Ｌの左特異ベクトルを並べた行列であり、Ｓ(1)は連結チャネル行列Ｌの特異値を対角成分に並べた対角行列である。また、∨(1)は連結チャネル行列Ｌの信号部分空間の基底を並べた行列であり、∨(0)は連結チャネル行列Ｌのヌル空間の基底を並べた行列である。
【００７４】
上式（８）をさらに変形すると、下記の式（９）が得られ、
【数９】
2018046442.tif 000011
Ｌ∨(0)＝Ｏとなることがわかる。したがって、行列∨(0)をＵＥ＃ｋのウェイトとすれば、基地局装置１００からすべての低速ＵＥまでのチャネルを零行列と見なすことが可能となり、これらの低速ＵＥにヌルを向けることができる。そこで、行列∨(0)からＵＥ＃ｋ宛てに送信されるストリーム数νkに応じたウェイトを生成するために、ＵＥ＃ｋのチャネル行列Ｈkと行列∨(0)との積が特異値分解される（ステップＳ２０８）。この結果を下記の式（１０）に示す。
【数１０】
2018046442.tif 000012
【００７５】
上式（１０）において、Ｘkは積の行列Ｈk∨(0)の左特異ベクトルを並べた行列であり、Ｙkは積の行列Ｈk∨(0)の特異値を大きい順に左上から対角成分に並べた対角行列である。また、Ｚk(1)は積の行列Ｈk∨(0)の信号部分空間の基底を並べた行列であり、Ｚk(0)は積の行列Ｈk∨(0)のヌル空間の基底を並べた行列である。
【００７６】
上式（１０）より、積の行列Ｈk∨(0)の信号部分空間の基底を並べた行列Ｚk(1)が得られるため、行列∨(0)と行列Ｚk(1)を構成するνk個の列ベクトルを並べた行列との積であるＵＥ＃ｋのウェイトが生成される（ステップＳ２０９）。すなわち、ＵＥ＃ｋのウェイトＷkは、下記の式（１１）で表される。
【数１１】
2018046442.tif 000013
【００７７】
ただし、上式（１１）において、ｚk,1(1)、ｚk,2(1)…は、それぞれ行列Ｚk(1)を構成する列ベクトルを示し、ここでは積の行列Ｈk∨(0)の大きい順にνk個の特異値に対応する列ベクトルが並べられている。なお、高速ＵＥに対してはストリーム数νkを当該高速ＵＥのアンテナ数よりも小さくするのが望ましい。このため、上式（１１）においては、ＵＥ＃ｋのアンテナ数よりも小さい数の列ベクトルが並べられるのが望ましい。
【００７８】
これにより、高速ＵＥであるＵＥ＃ｋのウェイトＷkが算出されたため、ウェイト算出部１９３によって、すべての高速ＵＥのウェイトの算出が完了したか否かが判断され（ステップＳ２１０）、上記の処理が繰り返されることにより、（Ｋ−Ｋ1）個の高速ＵＥそれぞれのウェイトが算出される。
【００７９】
そして、すべての高速ＵＥのウェイトの算出が完了すると（ステップＳ２１０Ｙｅｓ）、同時に送信先となるすべてのＵＥ＃１〜＃Ｋのウェイトを並べたウェイト行列Ｗが下記の式（１２）のように生成される（ステップＳ２１１）。
【数１２】
2018046442.tif 000014
【００８０】
このウェイト行列Ｗは、ウェイト算出部１９３からウェイト乗算部１２０へ出力される。そして、ウェイト行列Ｗと後述する電力行列とから送信ウェイトが求められ、送信信号に乗算される。この結果、低速ＵＥにはヌルが向けられた送信ビームが形成される。
【００８１】
図９は、送信ビームの一例を示す図である。図９においては、低速ＵＥであるＵＥ＃１、＃２と高速ＵＥであるＵＥ＃３とのうち、ＵＥ＃１用の送信ビームが示されている。図９に示すように、送信ビームの最大利得方向が概ねＵＥ＃１の方向を向いているのに対し、ヌルが低速ＵＥであるＵＥ＃２の方向を向いている。このため、ＵＥ＃１宛ての信号がＵＥ＃２に干渉を与えることがなく、ユーザ間干渉を低減することができる。また、高速ＵＥであるＵＥ＃３の方向にはヌルが向いていないが、後述するように、高速ＵＥ用の送信ビームには低速ＵＥ用の送信ビームよりも多くの電力が割り当てられるため、ＵＥ＃３における受信品質劣化を抑制することができる。さらに、ＵＥ＃３の方向へヌルを向ける必要がないため、上述したウェイト行列の生成においてＵＥ＃３の方向を考慮する必要がなく、ウェイト行列算出の自由度が向上する。結果として、ＵＥ＃１用の送信ビームの最大利得方向がＵＥ＃１の方向により近くなり、送信ビームによるスループット向上を実現することができる。
【００８２】
同様に、図１０は、低速ＵＥであるＵＥ＃１、＃２と高速ＵＥであるＵＥ＃３とのうち、ＵＥ＃２用の送信ビームを示す。図１０に示すように、送信ビームの最大利得方向が概ねＵＥ＃２の方向を向いているのに対し、ヌルが低速ＵＥであるＵＥ＃１の方向を向いている。このため、ＵＥ＃２宛ての信号がＵＥ＃１に干渉を与えることがなく、ユーザ間干渉を低減することができる。また、ＵＥ＃３の方向へヌルを向ける必要がないため、ＵＥ＃２用の送信ビームの最大利得方向がＵＥ＃２の方向により近くなり、送信ビームによるスループット向上を実現することができる。
【００８３】
図１１は、低速ＵＥであるＵＥ＃１、＃２と高速ＵＥであるＵＥ＃３とのうち、ＵＥ＃３用の送信ビームを示す。図１１に示すように、ヌルが低速ＵＥであるＵＥ＃１、＃２の方向を向いている。このため、ＵＥ＃３宛ての信号がＵＥ＃１、＃２に干渉を与えることがなく、ユーザ間干渉を低減することができる。また、送信ビームの最大利得方向が高速ＵＥであるＵＥ＃３の方向と一致していないが、後述するように、高速ＵＥ用の送信ビームには低速ＵＥ用の送信ビームよりも多くの電力が割り当てられるため、ＵＥ＃３における受信品質劣化を抑制することができる。
【００８４】
次に、電力割当算出部１９４による電力行列生成処理について、図１２に示すフロー図を参照しながら、具体的に説明する。以下においても、スケジューラ部１９１によってＫ個のＵＥ２００に対して同時に信号を送信することが決定され、このうち１〜Ｋ1番目までのＵＥ２００が低速ＵＥであり、Ｋ1＋１〜Ｋ番目までのＵＥ２００が高速ＵＥであるものとする。
【００８５】
電力割当算出部１９４は、同時に送信先となるＫ個のＵＥ２００へ送信されるストリームそれぞれの初期電力を設定する（ステップＳ３０１）。ＵＥ＃ｋ宛てのν番目のストリームに関する初期電力ｐ(0)k,νとしては、例えば下記の式（１３）に示すように、基地局装置１００における総電力Ｐを総ストリーム数で除算した電力などを用いることができる。
【数１３】
2018046442.tif 000015
【００８６】
また、低速ＵＥについては、瞬時データレートに上限が設けられ、この上限を満たすためのストリームの電力が以下のように算出される（ステップＳ３０２）。すなわち、低速ＵＥであるＵＥ＃ｋ宛てのν番目のストリームの瞬時ＳＩＮＲ（Signal  to  Interference  and  Noise  Ratio）γk,νは、以下の式（１４）で表される。
【数１４】
2018046442.tif 000016
【００８７】
ただし、上式（１４）において、ｐk,νはＵＥ＃Ｋ宛てのν番目のストリームの電力を示し、ｂ2k,ν,νは式（５）における行列Ｂkのν行ν列の要素（すなわち、積の行列Ｈk∨k(0)のν番目の特異値）を示し、σ2kはＵＥ＃ｋにおける雑音電力を示す。ここで、瞬時ＳＩＮＲを瞬時データレートへ変換する関数をＲ（γk,ν）で表すと、ＵＥ＃ｋ宛てのν番目のストリームの瞬時データレートが所定値ρlimitになる電力ｐlimitは、以下の式（１５）で表される。
【数１５】
2018046442.tif 000017
【００８８】
ただし、Ｒ-1（ρ）は、ρ＝Ｒ（γ）の逆関数を表す。例えば関数Ｒ（・）としてシャノン容量を用いる場合には、上式（１５）は下記の式（１６）のようになる。
【数１６】
2018046442.tif 000018
【００８９】
なお、関数Ｒ（・）としては、シャノン容量以外にも、相互情報量を用いても良いし、所定のテーブルによって定義された関数を用いても良い。
【００９０】
各ストリームの上限電力ｐlimitが算出されると、低速ＵＥそれぞれについて、各ストリームの初期電力ｐ(0)k,νが上限電力ｐlimitを超えているか否かが判定される（ステップＳ３０３）。この判定の結果、ストリームの初期電力が上限電力を超えている場合には（ステップＳ３０３Ｙｅｓ）、このストリームの電力が上限電力と等しい電力に設定される（ステップＳ３０４）。一方、ストリームの初期電力が上限電力以下である場合には（ステップＳ３０３Ｎｏ）、このストリームの電力が初期電力のまま維持される（ステップＳ３０５）。
【００９１】
そして、すべての低速ＵＥについて、全ストリームの電力の設定が完了したか否かが判断され（ステップＳ３０６）、まだ電力の設定が完了していない低速ＵＥのストリームがある場合には（ステップＳ３０６Ｎｏ）、上記の電力設定が繰り返される。そして、すべての低速ＵＥのストリームの電力設定が完了すると（ステップＳ３０６Ｙｅｓ）、低速ＵＥのストリームの電力は最大でも上限電力に等しくなっている。このように、低速ＵＥのストリームに割り当てられる電力が上限電力に制限されるため、低速ＵＥのストリームが高速ＵＥに対して与える干渉は小さくなる。また、低速ＵＥのストリームに割り当てられる電力を制限した分、余剰の電力が高速ＵＥに割り当てられる。
【００９２】
具体的には、基地局装置１００の総電力Ｐから低速ＵＥの各ストリームに設定された電力の合計が減算されることにより、高速ＵＥに割り当てられる総電力が算出される（ステップＳ３０７）。すなわち、以下の式（１７）によって、高速ＵＥの総電力Ｐhsが算出される。
【数１７】
2018046442.tif 000019
【００９３】
そして、算出された総電力Ｐhsが高速ＵＥの各ストリームに分配され、ストリームごとの電力が算出される（ステップＳ３０８）。例えば高速ＵＥの各ストリームに電力を等分配する場合には、高速ＵＥの各ストリームの電力ｐk,νは、以下の式（１８）のようになる。
【数１８】
2018046442.tif 000020
【００９４】
これにより、低速ＵＥ及び高速ＵＥのすべてのストリームの電力が算出されるため、電力割当算出部１９４によって、ＵＥ＃１〜＃Ｋのストリームの電力を対角成分に並べた電力行列Ｐが生成される（ステップＳ３０９）。この電力行列Ｐは、電力割当算出部１９４からウェイト乗算部１２０へ出力される。そして、ウェイト乗算部１２０によって、上述したウェイト行列Ｗと電力行列Ｐとから送信ウェイトが求められ、送信信号に乗算される。すなわち、ウェイト行列Ｗと電力行列Ｐの平方根行列との積ＷＰ1/2が同時に送信先となるＵＥ＃１〜＃Ｋのユーザデータに乗算されることにより、低速ＵＥにはヌルが向けられるとともに、高速ＵＥにより多くの電力が割り当てられた送信ビームが形成される。
【００９５】
以上のように、本実施の形態によれば、ＵＥを移動速度に応じて低速ＵＥ及び高速ＵＥに分類し、全ＵＥのうち低速ＵＥの方向のみを考慮してヌルの方向が決定され、高速ＵＥにより多くの電力が割り当てられた送信ビームを形成する送信ウェイトを求める。このため、ヌルの方向によって制限される送信ビームの自由度が上昇し、低速ＵＥの方向に最大利得方向及びヌルを向けやすくなる。結果として、ユーザ間干渉を低減し、スループット性能を向上することができる。
【００９６】
なお、上記実施の形態１においては、連結チャネル行列の特異値分解によりウェイト行列を算出するものとして説明したが、一般逆行列を用いてウェイト行列を算出しても良い。
【００９７】
（実施の形態２）
実施の形態２の特徴は、データレートが最大になるように各ＵＥのストリームに対する電力の割り当てを決定する点である。
【００９８】
実施の形態２に係る無線通信システム、基地局装置及びＵＥの構成は、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。また、基地局装置１００におけるウェイト行列生成処理も実施の形態１と同様である。実施の形態２においては、基地局装置１００における電力行列生成処理が実施の形態１とは異なる。
【００９９】
図１３は、実施の形態２に係る電力行列生成処理を示すフロー図である。以下の説明においては、上記実施の形態１と同様に、スケジューラ部１９１によってＫ個のＵＥ２００に対して同時に信号を送信することが決定され、このうち１〜Ｋ1番目までのＵＥ２００が低速ＵＥであり、Ｋ1＋１〜Ｋ番目までのＵＥ２００が高速ＵＥであるものとする。
【０１００】
本実施の形態においては、まずＫ個のＵＥ＃１〜＃Ｋに対して送信されるストリームの電力が初期化された後（ステップＳ４０１）、瞬時データレートの合計が最大になるように、それぞれのストリームの電力が以下のように算出される。すなわち、以下の式（１９）で示される瞬時データレートの重み付き合計ｆを最大化する電力が決定される。
【数１９】
2018046442.tif 000021
【０１０１】
なお、式（１９）において、ｇkはＵＥ＃ｋの優先度を示す重み係数であり、νkはＵＥ＃ｋ宛てのストリーム数を示し、γk,νはＵＥ＃ｋ宛てのν番目のストリームに関する瞬時ＳＩＮＲを示す。また、Ｒ（γk,ν）は、瞬時ＳＩＮＲを瞬時データレートへ変換する関数である。
【０１０２】
ここでは、基地局装置１００の総電力がＰであるため、電力割当算出部１９４によって、ＵＥ＃１〜＃Ｋのすべてのストリームの電力の合計が総電力Ｐに等しいという条件の下で、上式（１９）を最大にするストリームごとの電力が算出される（ステップＳ４０２）。この算出にあたっては、例えば条件付き勾配法が用いられる。
【０１０３】
具体的に、例えばすべてのＵＥ＃１〜＃Ｋのアンテナが１本であり、すべてのＵＥ＃１〜＃Ｋ宛てのストリーム数が１である場合、上式（１９）は以下の式（２０）のように簡略化される。
【数２０】
2018046442.tif 000022
【０１０４】
ここで、低速ＵＥ及び高速ＵＥの瞬時ＳＩＮＲは、それぞれ以下の式（２１）、（２２）によって表される。
【数２１】
2018046442.tif 000023
【０１０５】
例えば関数Ｒ（・）としてシャノン容量を用いる場合には、すべてのＵＥ＃１〜＃Ｋ宛てのストリームの電力の合計が基地局装置１００の総電力Ｐに等しくなるという条件の下で、上式（２０）を最大にする瞬時ＳＩＮＲγk,1が求められる。そして、上式（２１）、（２２）により、低速ＵＥ及び高速ＵＥそれぞれのストリームの電力であるｐk,1が算出される。
【０１０６】
これにより、低速ＵＥ及び高速ＵＥのすべてのストリームの電力が算出されるため、電力割当算出部１９４によって、ＵＥ＃１〜＃Ｋのストリームの電力を対角成分に並べた電力行列Ｐが生成される（ステップＳ４０３）。この電力行列Ｐは、電力割当算出部１９４からウェイト乗算部１２０へ出力され、ウェイト行列と電力行列Ｐに基づく送信ウェイトが送信信号に乗算される。
【０１０７】
以上のように、本実施の形態によれば、データレートの合計が最大になるようにそれぞれのＵＥ宛てのストリームの電力を決定するため、無線通信システムのデータレートを最大化し、スループット性能を向上することができる。
【０１０８】
なお、上記実施の形態１、２においては、グループ決定部１９２がＵＥ２００を低速ＵＥ及び高速ＵＥの２グループに分類するものとした。しかし、グループ決定部１９２によるグルーピングは、ＵＥ２００を３以上のグループに分類するものであっても良い。すなわち、例えばＵＥ２００を低速ＵＥ、中速ＵＥ及び高速ＵＥの３グループに分類することが考えられる。この場合、低速ＵＥ用の送信ビームにおいては、他の低速ＵＥにヌルを向け、中速ＵＥ用の送信ビームにおいては、すべての低速ＵＥにヌルを向け、高速ＵＥ用の送信ビームにおいては、すべての低速ＵＥ及び中速ＵＥにヌルを向けるように送信ウェイトを決定する。
【０１０９】
具体的には、例えばスケジューラ部１９１によってＫ個のＵＥ２００に対して同時に信号を送信することが決定され、このうち１〜Ｋ1番目までのＵＥ２００が低速ＵＥであり、Ｋ1＋１〜Ｋ2番目までのＵＥ２００が中速ＵＥであり、Ｋ2＋１〜Ｋ番目までのＵＥ２００が高速ＵＥであるものとする。この場合、各ＵＥ２００のウェイトＷ1〜ＷKは、下記の式を満たすように決定される。
【数２２】
2018046442.tif 000024
【０１１０】
これらのウェイトＷ1〜ＷKを算出するにあたっては、上記実施の形態１と同様に、特異値分解が用いられても良いし、一般逆行列が用いられても良い。
【０１１１】
上記実施の形態１、２に係る基地局装置１００及びＵＥ２００は、例えば図１４、１５に示すハードウェア構成を有する。
【０１１２】
図１４に示すように、基地局装置１００は、ネットワークインタフェース（Network  Interface：ＮＩＦ）回路１０１、プロセッサ１０２、メモリ１０３及び無線処理回路１０４を有する。ＮＩＦ回路１０１は、例えば基幹ネットワークのゲートウェイ装置など上位装置に接続するインタフェース回路である。
【０１１３】
プロセッサ１０２は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）又はＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）などを備え、メモリ１０３を利用して種々の処理を実行する。プロセッサ１０２は、例えば図２に示したユーザデータ生成部１１０−１〜１１０−Ｍ、ウェイト乗算部１２０、制御信号生成部１３０、送信処理部１４０−１〜１４０−Ｎ、受信処理部１８０及びダウンリンク制御部１９０などの処理部に対応する。
【０１１４】
メモリ１０３は、例えばＲＡＭ（Random  Access  Memory）又はＲＯＭ（Read  Only  Memory）などを備え、プロセッサ１０２による処理に用いられる種々の情報を記憶する。
【０１１５】
無線処理回路１０４は、信号に対して無線処理を施す回路であり、アンテナを介して信号を送受信する。無線処理回路１０４は、例えば図２に示した無線送信処理部１５０−１〜１５０−Ｎ、無線受信処理部１６０−１〜１６０−Ｎ及びチャネル推定部１７０などの処理部に対応する。
【０１１６】
また、図１５に示すように、ＵＥ２００は、無線処理回路２０１、プロセッサ２０２及びメモリ２０３を有する。無線処理回路２０１は、信号に対して無線処理を施す回路であり、アンテナを介して信号を送受信する。無線処理回路２０１は、例えば図６に示した無線受信処理部２１０−１〜２１０−Ｌ、受信処理部２２０−１〜２２０−Ｌ、チャネル推定部２３０、送信処理部２７０−１〜２７０−Ｌ及び無線送信処理部２８０−１〜２８０−Ｌなどの処理部に対応する。
【０１１７】
プロセッサ２０２は、例えばＣＰＵ、ＦＰＧＡ又はＤＳＰなどを備え、メモリ２０３を利用して種々の処理を実行する。プロセッサ２０２は、例えば図６に示した復調部２４０、誤り訂正復号部２５０及び受信確認生成部２６０などの処理部に対応する。
【０１１８】
メモリ２０３は、例えばＲＡＭ又はＲＯＭなどを備え、プロセッサ２０２による処理に用いられる種々の情報を記憶する。
【０１１９】
なお、図１４、１５に示したハードウェア構成は一例に過ぎず、基地局装置１００及びＵＥ２００は、他の物理的構成を有していても良い。例えば、基地局装置１００がベースバンド処理部と無線部に分割され、ベースバンド処理部及び無線部が光ファイバで接続される構成にすることなども可能である。この場合、ベースバンド処理部には複数の無線部が接続されても良く、それぞれの無線部が個別にＭＵ−ＭＩＭＯを実行しても良いし、複数の無線部を分散アンテナとしてＭＵ−ＭＩＭＯを実行しても良い。
【符号の説明】
【０１２０】
１１０−１〜１１０−Ｍ  ユーザデータ生成部
１１１  誤り訂正符号化部
１１２  変調部
１２０  ウェイト乗算部
１３０  制御信号生成部
１４０−１〜１４０−Ｎ、２７０−１〜２７０−Ｌ  送信処理部
１４１  チャネル多重部
１４２  ＩＦＦＴ部
１４３  ＣＰ付加部
１５０−１〜１５０−Ｎ、２８０−１〜２８０−Ｌ  無線送信処理部
１６０−１〜１６０−Ｎ、２１０−１〜２１０−Ｌ  無線受信処理部
１７０、２３０  チャネル推定部
１８０、２２０−１〜２２０−Ｌ  受信処理部
１９０  ダウンリンク制御部
１９１  スケジューラ部
１９２  グループ決定部
１９３  ウェイト算出部
１９４  電力割当算出部
２４０  復調部
２５０  誤り訂正復号部
２６０  受信確認生成部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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