(57)【要約】【課題】DPC-BF処理による通信品質のユーザ間格差の低減や、システムスループットの向上を図る。【解決手段】ユーザ選択部２０は、複数の移動局に対してどのような送信ビームを形成しどのようなＤＰＣを行うかを示すDPC-BF処理パターンを複数作成し、作成した複数のDPC-BF処理パターンの中からユーザ間の公平性またはシステムスループットの向上を基準にしてDPC-BF処理パターンを選択し、選択したDPC-BF処理パターンを"DPC encoding"部１３および"Beam forming"部１６へ指示する。【選択図】図１
2013038595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局が、空間多重する複数の移動局に関する到来方向推定値を用いて前記複数の移動局に各各対応する送信ビームを形成する際に、送信ビームによって移動局間の電波干渉を起こさせないようにする移動局の数を前記複数の移動局の総数未満に限定し、移動局間の電波干渉が起こり得る移動局に対し事前処理として送信信号にＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を行うマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、前記ＤＰＣ及び送信ビーム形成処理（DPC-BF処理）を制御するＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置であり、
前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、前記複数の移動局に対してどのような送信ビームを形成しどのようなＤＰＣを行うかを示すDPC-BF処理パターンを複数作成し、作成した複数のDPC-BF処理パターンの中からユーザ間の公平性またはシステムスループットの向上を基準にしてDPC-BF処理パターンを選択し、選択したDPC-BF処理パターンをＤＰＣ処理の実行部および送信ビーム形成処理の実行部へ指示する、
ことを特徴とするＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置。
【請求項２】
前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、ＤＰＣが理想的に動作した場合の信号電力（真値）とパスロス（真値）の積についての分散が最小になるDPC-BF処理パターンを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置。
【請求項３】
前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、ＤＰＣが理想的に動作した場合の信号電力（真値）とパスロス（真値）の積についての和が最大になるDPC-BF処理パターンを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置。
【請求項４】
前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、所定の通信品質条件を満たす移動局のみに、空間多重する移動局を限定する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置。
【請求項５】
前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、所定のＳＮＲを満たす移動局のみに、空間多重する移動局を限定する、
ことを特徴とする請求項４に記載のＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置。
【請求項６】
空間多重する複数の移動局に関する到来方向推定値を用いて前記複数の移動局に各各対応する送信ビームを形成する際に、送信ビームによって移動局間の電波干渉を起こさせないようにする移動局の数を前記複数の移動局の総数未満に限定し、移動局間の電波干渉が起こり得る移動局に対し事前処理として送信信号にＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を行うマルチユーザＭＩＭＯシステムの基地局装置において、
請求項１から５のいずれか１項に記載のＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置を備えたことを特徴とする基地局装置。
【請求項７】
基地局が、空間多重する複数の移動局に関する到来方向推定値を用いて前記複数の移動局に各各対応する送信ビームを形成する際に、送信ビームによって移動局間の電波干渉を起こさせないようにする移動局の数を前記複数の移動局の総数未満に限定し、移動局間の電波干渉が起こり得る移動局に対し事前処理として送信信号にＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を行うマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、前記ＤＰＣ及び送信ビーム形成処理（DPC-BF処理）を制御するＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置を備え、
前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、前記複数の移動局に対してどのような送信ビームを形成しどのようなＤＰＣを行うかを示すDPC-BF処理パターンを複数作成し、作成した複数のDPC-BF処理パターンの中からユーザ間の公平性またはシステムスループットの向上を基準にしてDPC-BF処理パターンを選択し、選択したDPC-BF処理パターンをＤＰＣ処理の実行部および送信ビーム形成処理の実行部へ指示する、
ことを特徴とするＤＰＣ−ＢＦ処理制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＰＣ（Dirty Paper Coding）−ＢＦ（Beam Forming）処理制御装置、基地局装置およびＤＰＣ−ＢＦ処理制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の無線通信システムでは、複数の送受信アンテナを用いるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムが幅広く用いられようとしている。ＭＩＭＯシステムでは、送信側で伝搬チャネルの状態に応じた事前処理を行うことで、ＭＩＭＯシステムの性能を大幅に向上させることができる。特に複数の移動局が空間多重されるマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいては、送信側で伝搬チャネルの状態に応じた事前処理を行うことが必須である。
【０００３】
特許文献１に記載される従来のマルチユーザＭＩＭＯシステムでは、基地局は、移動局から送信される信号の到来方向を推定し、空間多重する複数の移動局に関する到来方向推定値を用いて該複数の移動局に各各対応する送信ビームを形成する。このとき、基地局は、送信ビームによって移動局間の電波干渉を起こさせないようにする移動局の数を一つに限定する。そして、基地局は、移動局間の電波干渉が起こり得る移動局に対し事前処理として送信信号にＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を行うことによって、電波干渉による通信品質への影響を除去するようにしている。
【０００４】
図６は、従来のマルチユーザＭＩＭＯシステムの概略構成図である。図６において、各移動局（ＭＳ１〜Ｎ）２００では、"Uplink user data generation"部２１１が上り送信信号を生成して送信する。この上り送信信号は、上り伝搬チャネルを介して基地局１００で受信される。
【０００５】
基地局１００では、"DOA estimation by MUSIC"部１１が、受信した上り送信信号を用いて、ＭＵＳＩＣ（Multiple signal classification）アルゴリズムにより、各移動局（ＭＳ１〜Ｎ）２００からの上り送信信号の到来方向を推定する。各移動局（ＭＳ１〜Ｎ）２００の到来方向推定値（DOA Information）は、"DPC encoding"部１３及び"Beam forming"部１６に通知される。"DPC encoding"部１３は、"Downlink user data generation"部１２が生成した各移動局（ＭＳ１〜Ｎ）２００宛の下り送信信号に対し、"DOA Information"に基づいてＤＰＣ処理を行う。
【０００６】
"Modulo Operation"部１４は、"DPC encoding"部１３から出力された下り送信信号に対し、Modulo処理を行う。"Pilot multiplexing"部１５は、"Modulo Operation"部１４から出力された下り送信信号に対し、パイロット信号を多重する。"Beam forming"部１６は、"Pilot multiplexing"部１５から出力された下り送信信号に対し、送信ビーム形成処理を行う。"OFDM modulation"部１７は、"Beam forming"部１６から出力された下り送信信号に対し、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調処理を行う。ＯＦＤＭ変調処理後の下り送信信号は、下り伝搬チャネルを介して各移動局（ＭＳ１〜Ｎ）２００で受信される。各移動局（ＭＳ１〜Ｎ）２００では、"MS receiver"部２２０、"Channel estimation and FDE"部２２１、"Modulo Operation"部２２２及び"Detection and BER cal."部２２３によって、受信した下り送信信号に対し、信号検出処理が行われる。
【０００７】
図６の従来の基地局１００における、ＤＰＣ及び送信ビーム形成処理（DPC-BF処理）では、多重するユーザ間で通信品質に差が出る。例えば、空間多重数が４であり、同一周波数かつ同一時間リソースで通信している４台の移動局（ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４）２００宛ての各送信データをu1、u2、u3、u4とする。この場合のDPC-BF処理は以下に示すようになる。
u1に対して、他ユーザとの干渉を無くすように送信ビームを形成する。
u2に対して、u1がユーザ間干渉として残るように送信ビームを形成し、ユーザ間干渉を取り除くようにＤＰＣを行う。
u3に対して、u1とu2がユーザ間干渉として残るように送信ビームを形成し、ユーザ間干渉を取り除くようにＤＰＣを行う。
u4に対して、u1、u2及びu3がユーザ間干渉として残るように送信ビームを形成し、ユーザ間干渉を取り除くようにＤＰＣを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１５７８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上述した従来のDPC-BF処理では、ＤＰＣが理想的に動作しない場合に、上述の例（u1、u2、u3、u4）ではu1、u2、u3、u4の順で通信品質が劣化してくる。ＤＰＣが理想的に動作しない場合としては、各移動局の到来方向推定値（DOA Information）に誤差がある場合や、到来角広がりが大きい場合などがある。また、ＤＰＣによるユーザ間干渉除去が理想的に動作した場合であっても、DPC-BF処理の特性上、u1、u2、u3、u4の信号電力に差が生じる。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、DPC-BF処理による通信品質のユーザ間格差の低減や、システムスループットの向上を図ることができるＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置、基地局装置およびＤＰＣ−ＢＦ処理制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明に係るＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、基地局が、空間多重する複数の移動局に関する到来方向推定値を用いて前記複数の移動局に各各対応する送信ビームを形成する際に、送信ビームによって移動局間の電波干渉を起こさせないようにする移動局の数を前記複数の移動局の総数未満に限定し、移動局間の電波干渉が起こり得る移動局に対し事前処理として送信信号にＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を行うマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、前記ＤＰＣ及び送信ビーム形成処理（DPC-BF処理）を制御するＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置であり、前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、前記複数の移動局に対してどのような送信ビームを形成しどのようなＤＰＣを行うかを示すDPC-BF処理パターンを複数作成し、作成した複数のDPC-BF処理パターンの中からユーザ間の公平性またはシステムスループットの向上を基準にしてDPC-BF処理パターンを選択し、選択したDPC-BF処理パターンをＤＰＣ処理の実行部および送信ビーム形成処理の実行部へ指示する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置において、前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、ＤＰＣが理想的に動作した場合の信号電力（真値）とパスロス（真値）の積についての分散が最小になるDPC-BF処理パターンを選択する、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置において、前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、ＤＰＣが理想的に動作した場合の信号電力（真値）とパスロス（真値）の積についての和が最大になるDPC-BF処理パターンを選択する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置において、前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、所定の通信品質条件を満たす移動局のみに、空間多重する移動局を限定する、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置において、前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、所定のＳＮＲを満たす移動局のみに、空間多重する移動局を限定する、ことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る基地局装置は、空間多重する複数の移動局に関する到来方向推定値を用いて前記複数の移動局に各各対応する送信ビームを形成する際に、送信ビームによって移動局間の電波干渉を起こさせないようにする移動局の数を前記複数の移動局の総数未満に限定し、移動局間の電波干渉が起こり得る移動局に対し事前処理として送信信号にＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を行うマルチユーザＭＩＭＯシステムの基地局装置において、前述のＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るＤＰＣ−ＢＦ処理制御方法は、基地局が、空間多重する複数の移動局に関する到来方向推定値を用いて前記複数の移動局に各各対応する送信ビームを形成する際に、送信ビームによって移動局間の電波干渉を起こさせないようにする移動局の数を前記複数の移動局の総数未満に限定し、移動局間の電波干渉が起こり得る移動局に対し事前処理として送信信号にＤＰＣ（Dirty Paper Coding）を行うマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、前記ＤＰＣ及び送信ビーム形成処理（DPC-BF処理）を制御するＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置を備え、前記ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置は、前記複数の移動局に対してどのような送信ビームを形成しどのようなＤＰＣを行うかを示すDPC-BF処理パターンを複数作成し、作成した複数のDPC-BF処理パターンの中からユーザ間の公平性またはシステムスループットの向上を基準にしてDPC-BF処理パターンを選択し、選択したDPC-BF処理パターンをＤＰＣ処理の実行部および送信ビーム形成処理の実行部へ指示する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、DPC-BF処理による通信品質のユーザ間格差の低減や、システムスループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るマルチユーザＭＩＭＯシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るDPC-BF制御処理のフローチャートである。
【図３】本発明に係るDPC-BF制御処理の実施例１である。
【図４】移動局の選択処理を説明するためのＳＮＲの図表である。
【図５】本発明に係るDPC-BF制御処理の実施例２である。
【図６】従来のマルチユーザＭＩＭＯシステムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るマルチユーザＭＩＭＯシステムの概略構成図である。この図１において図６の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図１に示すマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、図６に示す従来のマルチユーザＭＩＭＯシステムと異なる点は、ユーザ選択部２０（ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置）を基地局１０に設けてDPC-BF処理を制御するようにした点である。
【００２１】
図２は、本実施形態に係るDPC-BF制御処理のフローチャートである。
ステップＳ１：ユーザ選択部２０は、ＰＦ（Proportional Fairness）法を用いて、ある周波数および時間リソースで通信する移動局２００を選択する。ＰＦ法は、従来のＳＩＳＯ（Single-Input Single-Output） ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式などで用いられている。なお、ＰＦ法以外のユーザ選択法を用いてもよい。
【００２２】
ステップＳ２：ユーザ選択部２０は、DPC-BF処理の対象にする移動局２００を選択する。このステップＳ２で選択された移動局２００は、ステップＳ１で選択された移動局２００と、DPC-BF処理により同一周波数かつ同一時間リソースで空間多重される。
【００２３】
ステップＳ３：ユーザ選択部２０は、DPC-BF処理により空間多重される移動局２００に対して、DPC-BF処理パターンを決定する。DPC-BF処理パターンとは、上述の背景技術で説明したu1、u2、u3、u4に対するDPC-BF処理のように、どの移動局２００に対して他ユーザとの干渉を無くすように送信ビームを形成し、これ以外の移動局２００に対してどのような送信ビームを形成し且つどのようなＤＰＣを行うか、を示す情報である。
【００２４】
ユーザ選択部２０は、ステップＳ３で決定したDPC-BF処理パターン及び該当する到来方向推定値（DOA Information）を"DPC encoding"部１３及び"Beam forming"部１６へ指示する。"DPC encoding"部１３は、DPC-BF処理パターンに従って、該当する移動局２００宛の下り送信信号に対し、"DOA Information"に基づいてＤＰＣ処理を行う。"Beam forming"部１６は、DPC-BF処理パターンに従って、"Pilot multiplexing"部１５から出力された下り送信信号に対し、送信ビーム形成処理を行う。
【００２５】
以下、本発明に係るDPC-BF制御処理について、各実施例を説明する。
【実施例１】
【００２６】
図３は本発明に係るDPC-BF制御処理の実施例１である。
ステップＳ１１：ユーザ選択部２０は、図２のステップＳ１と同様に、ＰＦ法を用いて、ある周波数および時間リソースで通信する移動局（ＭＳ１）２００を選択する。
【００２７】
ステップＳ１２：ユーザ選択部２０は、ステップＳ１１で選択された移動局（ＭＳ１）２００と、該移動局（ＭＳ１）２００に対して空間多重することができる移動局２００との組合せ毎に、全てのDPC-BF処理パターンを作成する。
【００２８】
ステップＳ１３：ユーザ選択部２０は、ステップＳ１２で作成されたDPC-BF処理パターン毎に、ＤＰＣが理想的に動作した場合（ＤＰＣによるユーザ間干渉の除去が理想的に行われた場合）の、信号電力（真値）とパスロス（真値）の積についての分散を計算する。次いで、ユーザ選択部２０は、該分散が最小になるDPC-BF処理パターンを選択する。これにより、ユーザ間の公平性を重視したDPC-BF処理を行うことができるので、DPC-BF処理による通信品質のユーザ間格差の低減に寄与することができる。
【００２９】
ここで、信号電力（真値）とパスロス（真値）の積を計算する方法を説明する。
あるDPC-BF処理パターンについてのウェイト行列Ｗは、式（１）となる。
【００３０】
【数１】
2013038595.tif 000003
【００３１】
但し、θkは移動局（ＭＳk）２００の到来角である。ｗ（θk）は移動局（ＭＳk）２００に関するウェイトである。Ｋは当該DPC-BF処理パターンで空間多重する移動局２００の台数である。ｔは転置行列を示す。
【００３２】
次いで、ウェイト行列ＷをＬＱ分解する。これにより、例えば式（２）が得られる。式（２）では、Ｋは２であり、移動局（ＭＳ１）２００と移動局（ＭＳ２）２００が空間多重されるとする。
【００３３】
【数２】
2013038595.tif 000004
【００３４】
式（２）において、ｌ１１が移動局（ＭＳ１）２００の信号電力（真値）に相当し、ｌ２２が移動局（ＭＳ２）２００の信号電力（真値）に相当する。移動局（ＭＳ１）２００のパスロス（真値）がｐ１であり、移動局（ＭＳ２）２００のパスロス（真値）がｐ２であるとすると、信号電力（真値）とパスロス（真値）の積は、「ｐ１ｌ１１＋ｌ２２ｐ２」である。
【００３５】
なお、空間多重される移動局の台数が多いためにDPC-BF処理パターン数が多くなり、演算量が大きくなる場合には、対象とする移動局を所定の条件を満たすものだけに限定するようにしてもよい。例えば、ＳＮＲ（信号対雑音電力比）が所定値以上である移動局だけを対象にするようにしてもよい。これは、空間多重する場合には、ＳＮＲがある程度高くないと、空間多重による効果を得ることができないためである。図４において、４台の移動局（ＭＳ１、ＭＳ２、ＭＳ３、ＭＳ４）２００に対し、ステップＳ１１で移動局（ＭＳ１）２００が選択されたとする。このとき、ＳＮＲの所定値が２０ｄＢであるとすると、移動局（ＭＳ１）２００と空間多重するものとして移動局（ＭＳ２、ＭＳ３）２００の２台だけが選ばれる。これにより、移動局（ＭＳ１）２００と共にDPC-BF処理パターンを形成する対象は、移動局（ＭＳ２、ＭＳ３）２００のみとなる。
【実施例２】
【００３６】
図５は本発明に係るDPC-BF制御処理の実施例２である。この図５において図３の各ステップに対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
【００３７】
実施例２では、ステップＳ２０において、ユーザ選択部２０は、ステップＳ１２で作成されたDPC-BF処理パターン毎に、ＤＰＣが理想的に動作した場合（ＤＰＣによるユーザ間干渉の除去が理想的に行われた場合）の、信号電力（真値）とパスロス（真値）の積についての和を計算する。次いで、ユーザ選択部２０は、該和が最大になるDPC-BF処理パターンを選択する。これにより、空間多重される移動局のＳＮＲの和が最大となるようにDPC-BF処理を行うことができるので、システムスループットの向上に寄与することができる。
【００３８】
なお、信号電力（真値）とパスロス（真値）の積の計算方法は実施例１と同様である。また、実施例１と同様に、対象とする移動局を所定の条件（例えば所定のＳＮＲ）を満たすものだけに限定するようにしてもよい。
【００３９】
以上、本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、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…基地局、１３…"DPC encoding"部（ＤＰＣ処理の実行部）、１６…"Beam forming"部（送信ビーム形成処理の実行部）、２０…ユーザ選択部（ＤＰＣ−ＢＦ処理制御装置）
【図１】
2013038595.tif 000005
【図２】
2013038595.tif 000006
【図３】
2013038595.tif 000007
【図４】
2013038595.tif 000008
【図５】
2013038595.tif 000009
【図６】
2013038595.tif 000010