(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信システムであって、
隣接する又は近隣のセル同士で空間的、時間的並びに周波数が同一のチャンネルが共用されており、
受信側の局は、セル内及びセル外の送信側の各局から送信され且つ各伝搬路を経て伝搬されたすべての到来信号をいずれも希望信号とみなして各到来信号と雑音との和からなる受信信号を受信し、到来信号の受信電力が大きな送信局との伝搬路特性を用いて受信信号を復調して当該送信局からの送信信号を検出とともに、該送信信号から伝搬路特性を基に該当局からの到来信号のレプリカを作成し、該レプリカを受信信号からキャンセルし、前記の到来信号の受信電力が大きな送信局からの送信信号を検出する処理を該レプリカがキャンセルされた受信信号に対して繰り返すことにより、受信したすべての到来信号から送信信号を検出する、
ことを特徴とする多元接続通信システム。
【請求項２】
送信側の局は非拡散方式で送信信号を送出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の多元接続システム。
【請求項３】
各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信方法であって、
隣接する又は近隣のセル同士で空間的、時間的並びに周波数が同一のチャンネルが共用されており、
受信側の局は、セル内及びセル外の送信側の各局から送信され且つ各伝搬路を経て伝搬されたすべての到来信号をいずれも希望信号とみなして各到来信号と雑音との和からなる受信信号を受信し、到来信号の受信電力が大きな送信局との伝搬路特性を用いて受信信号を復調して当該送信局からの送信信号を検出とともに、該送信信号から伝搬路特性を基に該当局からの到来信号のレプリカを作成し、該レプリカを受信信号からキャンセルし、前記の到来信号の受信電力が大きな送信局からの送信信号を検出する処理を該レプリカがキャンセルされた受信信号に対して繰り返すことにより、受信したすべての到来信号から送信信号を検出する、
ことを特徴とする多元接続通信方法。
【請求項４】
送信側の局は非拡散方式で送信信号を送出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の多元接続方法。
【請求項５】
各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信システムであって、
隣接する又は近隣のセル同士で空間的、時間的並びに周波数が同一のチャンネルが共用されており、
基地局及び移動局はそれぞれ、セル内及びセル外の送信側の各局から送信され且つ各伝搬路を経て伝搬されたすべての到来信号をいずれも希望信号とみなして各到来信号と雑音との和からなる受信信号を受信し、到来信号の受信電力が大きな送信局との伝搬路特性を用いて受信信号を復調して当該送信局からの送信信号を検出とともに、該送信信号から伝搬路特性を基に該当局からの到来信号のレプリカを作成し、該レプリカを受信信号からキャンセルし、前記の到来信号の受信電力が大きな送信局からの送信信号を検出する処理を該レプリカがキャンセルされた受信信号に対して繰り返すことにより、受信したすべての到来信号から送信信号を検出し、
基地局は、他の基地局のセルからハンドオフしてくる移動局のために新たな周波数資源を割り当てることなく、前記の複数ユーザの検出により該移動局からの信号の受信を続行する、
ことを特徴とする多元接続通信システム。
【請求項６】
移動局は、前記の複数ユーザの検出により得られる受信信号の品位の劣化が予期される場合に，通信中の基地局に対して自移動局に割り当てられている周波数資源の変更を要求する、
ことを特徴とする請求項５に記載の多元接続通信システム。
【請求項７】
各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信方法であって、
隣接する又は近隣のセル同士で空間的、時間的並びに周波数が同一のチャンネルが共用されており、
基地局及び移動局はそれぞれ、セル内及びセル外の送信側の各局から送信され且つ各伝搬路を経て伝搬されたすべての到来信号をいずれも希望信号とみなして各到来信号と雑音との和からなる受信信号を受信し、到来信号の受信電力が大きな送信局との伝搬路特性を用いて受信信号を復調して当該送信局からの送信信号を検出とともに、該送信信号から伝搬路特性を基に該当局からの到来信号のレプリカを作成し、該レプリカを受信信号からキャンセルし、前記の到来信号の受信電力が大きな送信局からの送信信号を検出する処理を該レプリカがキャンセルされた受信信号に対して繰り返すことにより、受信したすべての到来信号から送信信号を検出し、
基地局は、他の基地局のセルからハンドオフしてくる移動局のために新たな周波数資源を割り当てることなく、前記の複数ユーザの検出により該移動局からの信号の受信を続行する、
ことを特徴とする多元接続通信方法。
【請求項８】
移動局は、前記の複数ユーザの検出により得られる受信信号の品位の劣化が予期される場合に，通信中の基地局に対して自移動局に割り当てられている周波数資源の変更を要求する、
ことを特徴とする請求項７に記載の多元接続通信方法。
【請求項９】
各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信環境下で動作する無線基地局装置であって、
自セル内及びセル外の各移動局から送信され且つ各伝搬路を経て伝搬されたすべての到来信号をいずれも希望信号とみなして各到来信号と雑音との和からなる受信信号を受信し、到来信号の受信電力が大きな送信局との伝搬路特性を用いて受信信号を復調して当該送信局からの送信信号を検出とともに、該送信信号から伝搬路特性を基に該当局からの到来信号のレプリカを作成し、該レプリカを受信信号からキャンセルし、前記の到来信号の受信電力が大きな送信局からの送信信号を検出する処理を該レプリカがキャンセルされた受信信号に対して繰り返すことにより、受信したすべての到来信号から送信信号を検出するとともに、
他の基地局のセルからハンドオフしてくる移動局のために新たな周波数資源を割り当てることなく、前記の複数ユーザの検出により該移動局からの信号の受信を続行する、
ことを特徴とする無線基地局装置。
【請求項１０】
通信中の移動局から使用周波数資源の変更要求を受信したことに応答して、新たな周波数資源を割り当てる、
ことを特徴とする請求項９に記載の無線基地局装置。
【請求項１１】
各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信環境下で動作する無線移動局装置であって、
セル内及びセル外の基地局から送信され且つ各伝搬路を経て伝搬されたすべての到来信号をいずれも希望信号とみなして各到来信号と雑音との和からなる受信信号を受信し、到来信号の受信電力が大きな送信局との伝搬路特性を用いて受信信号を復調して当該送信局からの送信信号を検出とともに、該送信信号から伝搬路特性を基に該当局からの到来信号のレプリカを作成し、該レプリカを受信信号からキャンセルし、前記の到来信号の受信電力が大きな送信局からの送信信号を検出する処理を該レプリカがキャンセルされた受信信号に対して繰り返すことにより、受信したすべての到来信号から送信信号を検出する、
ことを特徴とする無線移動局装置。
【請求項１２】
前記の複数ユーザの検出により得られる受信信号の品位の劣化が予期される場合に，通信中の基地局に対して自移動局に割り当てられている周波数資源の変更を要求する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の無線移動局装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の移動端末が１つの基地局と同時に通信を行なうための多元接続通信システム及び多元接続通信方法に係り、特に、セル内外での干渉を除去してキャパシティ（通信容量）を拡張したマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、極力短い周波数繰り返しで運用してキャパシティを増大させるマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法に係り、特に、非拡散方式により１周波数繰り返しを実現してキャパシティを増大させるマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
移動体通信は、そもそも電磁波の発見に由来し、その後、船舶・航空機や列車に対する通信の必要性から研究開発が進められてきた。さらに通信する対象が自動車や人なども拡大してきた。伝送データも、電信や電話だけでなく、コンピュータ・データや、画像などのマルチメディア・コンテンツも伝送することができるようになってきた。
【０００４】
最近では、製造技術の向上などにより、移動体端末の小型化、低価格化が急速に進んでいる。また、情報通信サービスの拡充などにより、携帯電話のように移動体端末はパーソナライズ化していきている。さらに、通信の自由化や通信料金の引き下げなどにより、ユーザ層がますます拡大してきている。
【０００５】
移動体通信は、車載電話や携帯電話などの移動局が最寄の基地局を見つけて、移動局〜基地局間で電波のやり取りをすることを基本とする。１つの基地局からの電波が届く通信可能範囲のことを、「セル（Ｃｅｌｌ）」と呼ぶ。セルは、通常、基地局アンテナを中心とした所定半径の円となる。そして、セルを隙間なく配置していくことにより、通信サービス・エリアが構成される。
【０００６】
図６には、セルラーシステムに代表されるような複数の基地局によりサービス・エリアを面展開する移動体無線通信システムにおけるセル構成を模式的に図解している。ある一定の場所間隔に基地局（図示しない）を設置して、同図に示すように、各基地局が提供する複数のセルを途切れなく敷設していくことによって、広域的なサービス・エリアが構築される。
【０００７】
このように移動体通信システムがセルを使用しているのは、セル中にしか基地局の電波がと届かないようにすることで、他のセルでも同じ周波数を繰り返して使用して、限られた周波数資源を有効に利用できることや、セルに区切ることにより、通信のための電波出力を小さくして、通常はバッテリ駆動の携帯機として実装される移動体の小型化や省電力化を図ること、などのメリットがあるからである。最近では、携帯電話ユーザ数の増加などにより、ますますセルの小型化が進められている。
【０００８】
ところで、１つのセル内には複数の移動端末が存在し、これらが１つの基地局と同時に通信することになる。すなわち、基地局側から見れば、多元接続（マルチプル・アクセス）、すなわち無線信号を多重化して、どの信号がどのユーザのものかを検出する必要がある（マルチ・ユーザ・ディテクション）。
【０００９】
従来、無線通信における多元接続技術としては、時間分割多重（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）や、第２世代のＰＤＣ（Personal Digital Cellular）において採用されている周波数分割多重（ＦＤＭＡ：Frequency Division Multiple Access）、同第３世代において採用されている符号分割多重（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）などが知られている。
【００１０】
ＴＤＭＡは、通信チャンネルを時間軸上のタイム・スロットであらかじめ分割しておき、同時に通信する各移動端末毎に異なるタイム・スロットを割り当てる通信方式であり、ディジタル方式が前提である。日本国内のディジタル携帯電話方式では３チャンネル又は６チャンネルの時分割多重を行なう。
【００１１】
また、ＦＤＭＡは、同時に通信する各移動端末間で（すなわち通話チャンネル毎に）異なる周波数を割り当てることにより通信を行なう方式である。すなわち、通信に用いるチャンネルを周波数軸上で多数並べて、空いているチャンネルを適宜割り当てて使用する。ＦＤＭＡは、アナログ、デジタルいずれの通信方式にも対応することができる。日本国内では、アナログ方式の自動車電話及び携帯電話にＦＤＭＡが採用されている。
【００１２】
また、ＣＤＭＡは、スペクトル拡散を用いて広い周波数を複数の移動端末で共用する方式である。移動端末は、通信の都度、スペクトル拡散用の拡散系列が割り当てられ、この拡散系列により通信信号を拡散して送信する。移動端末が共通の周波数を用いるので、自局にとって他局の通信信号はすべて干渉になり、干渉の中から受信信号を取り出す性能が受信レベルを大きく左右する。
【００１３】
移動体通信が急速且つ広汎に普及し、同じセル内に多数の移動局が存在するような無線通信環境下においては、少ない資源でいかにして通信容量（キャパシティ）を拡大するかが最大の課題となる。
【００１４】
ここで、上述した各多元接続方式について、マルチ・ユーザ・ディテクション並びにキャパシティ（通信容量）の問題について考察する。
【００１５】
ＦＤＭＡは、周波数分割のため問題はない。しかしながら、１セルに収容できるユーザ数は、使用可能な周波数帯域を分割してできたチャンネル数を上限とするので少ない。また、同じ周波数を隣接するセル間で繰り返すことは不可能であり、通信サービス全体としてもキャパシティが小さい。
【００１６】
また、ＣＤＭＡは、直交、並びに擬似直交符号からなる拡散系列を用いて符号分割を行なうが、セル内のユーザは同じ周波数を共有するので、他のユーザの信号はすべて干渉波となる。基地局側では各移動端末に対して使用する拡散系列を知ることができるので、基地局は各ユーザの信号を検出することができるが、逆に、移動端末側では他の移動端末が使用する拡散系列を知り得ないので、ユーザの検出は実現しない。また、拡散系列がすべて直交していればよいが直交していない成分は干渉成分となるので、擬似直交符号が作るチャンネルの数に対して収容できるユーザ数は少ない。また、ＣＤＭＡは拡散により広い周波数帯域を使用してしまうので、１周波数繰り返しが実現できても、キャパシティは小さい。
【００１７】
他方、図６に示したように小規模なセルが隙間なく配置してなるサービス・エリア内では、移動局がセル間を移動することに伴って、接続先となる基地局を変更しなければならなくなる。このような移動局の接続基地局の切り替えのことを、「ハンド・オーバー」又は「ハンドオフ」と呼ぶ。
【００１８】
図７には、移動局がハンドオフする様子を模式的に図解している。同図の上段では、基地局ＢＳ−Ａは移動局ＭＳ−Ｘと通信し、また、基地局ＢＳ−Ｂは移動局ＭＳ−Ｙと通信している。
【００１９】
ここで、移動局ＭＳ−Ｙが基地局ＢＳ−Ａ側のセルに近づくにつれ、移動局ＭＳ−Ｙは基地局ＢＳ−Ａからの送信信号をも受信できるようになる。通常は、この時点でハンドオフの手順を開始して、基地局ＢＳ−Ａは移動局ＭＳ−Ｙをセル内に収容するための準備を始める（図７中段）。
【００２０】
その後、移動局ＭＳ−Ｙが完全にＢＳ−Ａの所管エリアすなわちセル内に突入すると、移動局ＭＳ−Ｙは接続基地局をＢＳ−Ａに変更し、最終的に移動局ＭＳ−Ｙは基地局ＢＳ−Ａに収容される（図７下段）。
【００２１】
従来の非拡散系のセルラーシステムとしては、ＴＤＭＡによる多元接続を行うものが広く知られている。ＴＤＭＡあるいはＦＤＭＡにより多元接続を行う通信システムにおいては、異なる周波数資源を隣接する又は近隣の各基地局に配置している。このため、ハンドオフにより接続基地局が変更されると、使用する周波数資源を変更することによりチャネルを提供している。ここで、図８を参照しながら隣接する基地局間における周波数資源アサインについて説明する。
【００２２】
図８において、網掛け表示された部分が上記の基地局ＢＳ−Ａにアサインされている周波数資源であり、網掛けされていない部分が上記の基地局ＢＳ−Ｂにアサインされている周波数資源であるとする。ここでは、説明の簡素化のため、３ＴＤＭＡ構造で４個の周波数チャネルがこれら２つの基地局に割り当てられている場合を想定している。この場合、各基地局とも６チャネルまで収容可能である。
【００２３】
各基地局は、ある移動局から通信を行いたい旨の連絡が到来したとき、自基地局にアサインされた周波数資源の中から未使用であるものを使用する。図７に示した例で言えば、基地局ＢＳ−Ａが移動局ＭＳ−Ｘとの通信に周波数資源ＣＨ（０，０）を用いており、且つ、基地局ＢＳ−Ｂが移動局ＭＳ−Ｙとの通信に周波数資源ＣＨ（１，０）を使用していているとする。
【００２４】
このとき、移動局ＭＳ−Ｙがハンドオフする際には、基地局ＢＳ−Ａは、未使用のチャネルすなわちＣＨ（０，１）、ＣＨ（０，２）、ＣＨ（２，０）、ＣＨ（２，１）、ＣＨ（２，２）のうちいずれかを選択する。そして、移動局ＭＳ−Ｙは、基地局ＢＳ−Ａと通信を開始する際に、周波数チャネル並びタイムスロットを基地局ＢＳ−Ａから指示されたものに変更する。
【００２５】
このように非拡散系の移動体無線通信システムにおいては、ハンドオフ時に通信に用いる周波数資源を変更する作業が強要されており、これを即時的に行えない場合には回線断などが生じる危険性がある。
【００２６】
また、同一の周波数資源を隣接する基地局間で用いると混信することから、通信システムに割り当てられた周波数資源を分割してアサインする必要がある。このため、各基地局で使用可能な周波数資源が制限されてしまい、通信システム全体のキャパシティが制限されるという問題がある。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、セル内外での干渉を除去してキャパシティを増大させることができる、優れたマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法を提供することにある。
【００２８】
本発明のさらなる目的は、極力短い周波数繰り返しで運用してキャパシティを増大させることができる、優れたマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法を提供することにある。
【００２９】
本発明のさらなる目的は、非拡散方式により１周波数繰り返しを実現してキャパシティを増大させることができる、優れたマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法を提供することにある。
【００３０】
本発明のさらなる目的は、ハンドオフ時に回線断などの危険が生じない、非拡散方式の優れたマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、各基地局が１以上の移動局と通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信システム又は多元接続通信方法であって、
隣接する又は近隣のセル同士で空間的、時間的並びに周波数が同一のチャンネルが共用されており、
受信側の局は、セル内及びセル外の送信側の各局からの到来信号をいずれも希望信号とみなして複数ユーザの検出を行う、
ことを特徴とする多元接続通信システム又は多元接続通信方法である。
【００３２】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００３３】
本発明の第１の側面に係る多元接続通信システム又は多元接続通信方法によれば、受信側の局は、セル内及びセル外の送信側の各局からの到来信号をいずれも希望信号とみなして検出するので、隣接又は近隣のセル同士で空間的、時間的並びに周波数が同一のチャンネルが共用することができる。
【００３４】
したがって、１周波数繰り返しによるマルチセル構成を実現することができ、周波数の利用効率が高まるとともに、同じ利用効率においてはキャパシティ（通信容量）が拡大する。
【００３５】
ここで、送信側の局は非拡散方式で送信信号を送出するようにしてもよい。非拡散方式で無線通信を行うことから、１つのチャンネルが使用する周波数帯域が小さくて済むので、周波数の利用効率が高まる。この結果、例えばＣＤＭＡのような通信方式に比し、キャパシティが拡大する。
【００３６】
また、受信側の局は、例えばＳＩＣ（Successive Interference Cancellaer）などの干渉除去技術を適用して、各信号の検出すなわちマルチユーザ・ディテクションを行うようにしてもよい。ＳＩＣは、セル内及びセル外の送信側の各局から送信され且つ各伝搬特性を経て伝搬された到来信号と雑音との和からなる受信信号を、受信電力が大きい順に復調して、且つ、自身の信号をキャンセルする処理を繰り返すことにより、受信したすべての信号を検出することができる。
【００３７】
なお、セル内とは、自分（移動局）が属している（又は登録されている）基地局のセル範囲のことを言う。セルの境界にいる場合のみならず、他局からの干渉は小さくなるが、セルの中央部に存在する場合にも、マルチユーザ・ディテクションは行なわれる。「自分宛ての信号」と「それ以外の信号」という捉え方もできる。移動局がセルの周縁に存在し、ハンドオフしようとしているときは、２つの基地局からの自分宛ての信号と、それ以外の信号をいずれも希望信号として受信することになる。（稀なケースであるが、２以上の基地局からの信号を受信することも有り得る。）
【００３８】
また、本発明の第２の側面は、各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信システム又は多元接続通信方法であって、
隣接する又は近隣のセル同士で空間的、時間的並びに周波数が同一のチャンネルが共用されており、
基地局及び移動局はそれぞれ、セル内及びセル外の送信側の各局からの到来信号をいずれも希望信号とみなして複数ユーザの検出を行い、
基地局は、他の基地局のセルからハンドオフしてくる移動局のために新たな周波数資源を割り当てることなく、前記の複数ユーザの検出により該移動局からの信号の受信を続行する、
ことを特徴とする多元接続通信システム又は多元接続通信方法である。
【００３９】
本発明の第２の側面に係る多元接続通信システム又は多元接続通信方法によれば、無線通信の受信側においてマルチユーザ・ディテクションを行うことを前提とすることにより、非拡散方式であっても基地局へアサインする周波数資源を分割する必要がなくなり、この結果、通信システム全体のキャパシティが制限されるという問題を解消することができる。
【００４０】
また、本発明の第２の側面に係る多元接続通信システム又は多元接続通信方法によれば、１周波数繰り返しの実現により、ハンドオフに起因する通信チャネル切り替えを行わないで済む。この結果、ハンドオフに要する処理過程数を減らすことが可能となり、ハンドオフを高い成功率でスムーズに行うことが可能となる。
【００４１】
さらに、移動局は、前記の複数ユーザの検出により得られる受信信号の品位の劣化が予期される場合に，通信中の基地局に対して自移動局に割り当てられている周波数資源の変更を要求するようにしてもよい。すなわち、移動局における受信状況が芳しくない場合に通信チャネル切り替えを行うことにより、セル境界などに位置する移動局においても好適な通信品位にてサービスを提供することが可能となる。
【００４２】
また、本発明の第３の側面は、各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信環境下で動作する無線基地局装置であって、
自セル内及びセル外の各移動局からの到来信号をいずれも希望信号とみなして複数ユーザの検出を行うとともに、
他の基地局のセルからハンドオフしてくる移動局のために新たな周波数資源を割り当てることなく、前記の複数ユーザの検出により該移動局からの信号の受信を続行する、
ことを特徴とする無線基地局装置である。
【００４３】
本発明の第３の側面に係る無線基地局装置は、本発明の第２の側面に係る多元接続の無線通信環境下で動作することができる。この無線基地局装置は、自セル内及びセル外の各移動局からの到来信号をいずれも希望信号とみなして複数ユーザの検出を行うことにより、１周波数繰り返しを実現する。また、他の基地局のセルからハンドオフしてくる移動局のために新たな周波数資源を割り当てることなく、前記の複数ユーザの検出により該移動局からの信号の受信を続行することにより、ハンドオフに起因する通信チャネル切り替えを行わないで済む。この結果、ハンドオフに要する処理過程数を減らすことが可能となり、ハンドオフを高い成功率でスムーズに行うことが可能となる。
【００４４】
また、本発明の第３の側面に係る無線基地局装置は、通信中の移動局から使用周波数資源の変更要求を受信したことに応答して、新たな周波数資源を割り当てるようにしてもよい。すなわち、移動局における受信状況が芳しくない場合に通信チャネル切り替えを行うことにより、セル境界などに位置する移動局においても好適な通信品位にてサービスを提供することが可能となる。
【００４５】
また、本発明の第４の側面は、各基地局が通信可能なセルが隣接又は近接して存在するマルチセル・マルチユーザ構成の多元接続通信環境下で動作する無線移動局装置であって、
セル内及びセル外の移動局からの到来信号をいずれも希望信号とみなして複数ユーザの検出を行う、
ことを特徴とする無線移動局装置である。
【００４６】
本発明の第４の側面に係る無線移動局装置は、本発明の第２の側面に係る多元接続の無線通信環境下で動作することができる。この無線移動局装置は、セル内及びセル外の各基地局からの到来信号をいずれも希望信号とみなして複数ユーザの検出を行うことにより、１周波数繰り返しを実現する。
【００４７】
本発明の第２の側面に係る多元接続の無線通信環境下では、基地局は、複数ユーザの検出により該移動局からの信号の受信を続行することにより、ハンドオフに起因する通信チャネル切り替えを行わないようになっている。これに対し移動局は、複数ユーザの検出により得られる受信信号の品位の劣化が予期される場合に，通信中の基地局に対して自移動局に割り当てられている周波数資源の変更を要求するようにしてもよい。すなわち、移動局における受信状況が芳しくない場合に通信チャネル切り替えを行うことにより、セル境界などに位置する移動局においても好適な通信品位にてサービスを提供することが可能となる。
【００４８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００５０】
Ａ．多元接続システムにおけるマルチユーザ・ディテクション
図１には、本実施形態に係るマルチセル多元接続通信システムの構成を模式的に示している。
【００５１】
図１に示す例では、説明の簡素化と図面の錯綜を回避するために、１つのセル内に各１台の移動端末しか描いていないが、実際には多数の移動端末がセル内に存在していてもよい。また、セルＸ及びセルＹの周りにもさらに隣接するセルが多数配置されて、より広大な通信サービス・エリアが構成されているものと理解されたい。
【００５２】
図示のマルチセル多元接続通信システム上では、基地局ＢＳ−Ｘの通信可能範囲であるセルＸ内に１台の移動端末ＭＳ−Ａが存在するとともに、基地局ＢＳ−Ｙによって提供されるセルＹ内に１台の移動端末ＭＳ−Ｂが存在する。ここで、セルＸ及びセルＹは隣接して配置しているものとする。
【００５３】
また、図示のマルチセル多元接続通信システムでは、多元接続に拡散系列を用いない（すなわちＣＤＭＡを行なわない）非拡散方式を採用している。１周波数繰り返しなど、小さな周波数繰り返し数で移動体通信を運用した場合、同一チャンネル干渉が起こる。まず、このマルチセル多元接続通信システム全体での通信オペレーションについて説明する。
【００５４】
但し、互いに隣接又は近い位置に配置されたセルＸ、Ｙの基地局であるＢＳ−Ｘ、ＢＳ−Ｙはともに同じ周波数ｆ1を用いて、同一時刻に移動局と接続できるものとする。
【００５５】
図示の時刻には、基地局ＢＳ−Ｘには移動局ＭＳ−Ａが属し、基地局ＢＳ−Ｙには移動局ＭＳ−Ｂが属している。いずれの基地局〜移動局の間でも、同一周波数を使用し、同一時刻に接続状態にある。
【００５６】
下り回線で移動局ＭＳ−Ａが受信する信号は、自ら属している基地局ＢＳ−ＸからＭＳ−Ａに送信され伝播特性ＨXAで到達する信号(希望波)と、セル外の基地局ＢＳ−Ｙから他の移動局ＭＳ−Ｂ宛てに送信され伝播特性ＨYAでＭＳ−Ａに届く信号(干渉波)との和になる。
【００５７】
同様に、移動局ＭＳ−Ｂが受信する信号は、基地局ＢＳ−Ｙから移動局ＭＳ−Ｂに送信され伝播特性ＨYBで移動局ＭＳ−Ｂに届く信号(希望波)と、セル外の基地局ＢＳ−Ｘから他の移動局ＭＳ−Ａ宛てに送信され伝播特性ＨXBでＭＳ−Ｂに届く信号(干渉波)の和になる。
【００５８】
また、上り回線で基地局ＢＳ−Ｘが受信する信号は、セル内の移動局ＭＳ−Ａから基地局ＢＳ−Ｘ宛てに送信され伝播特性ＨAXで基地局ＢＳ−Ｘに届く信号(希望波)と、セル外の移動局ＭＳ−Ｂから他の基地局ＢＳ−Ｙ宛てに送信され伝播特性ＨBXで基地局ＢＳ−Ｘに届く信号(干渉波)の和になる。
【００５９】
同様に、基地局ＢＳ−Ｙが受信する信号は、セル内の移動局ＭＳ−Ｂから基地局ＢＳ−Ｙ宛てに送信され伝播特性ＨBYで基地局ＢＳ−Ｙに届く信号(希望波)と、セル外の移動局ＭＳ−Ａから他の基地局ＢＳ−Ｘ宛てに送信され伝播特性ＨAYで基地局ＢＳ−Ｙに届く信号(干渉波)の和になる。
【００６０】
本実施形態に係るマルチセル多元接続通信システムにおいては、隣り合うセル同士で拡散系列を用いずに同一周波数を用いているので、いずれの基地局〜移動局間における下り回線及び上り回線の双方において、隣り合う基地局・移動局は互いに干渉を与え、希望信号の受信を妨げることになる。
【００６１】
本実施形態においては、基地局及び移動局は、セル内からの希望信号だけでなく、セル外からの干渉信号も希望信号とみなして、マルチユーザ・ディテクションを行なう点に特徴がある。以下、下り回線で移動局ＭＳ−Ａが受信処理を行なう場合を例にとって説明する。
【００６２】
図２には、移動局ＭＳ−Ａが受信するチャンネル構成を模式的に示している。図１を参照しながら既に説明したように、移動局ＭＳ−Ａは、下り回線において、自ら属している基地局ＢＳ−Ｘからの希望信号と、セル外の基地局ＢＳ−Ｙから他の移動局ＭＳ−Ｂ宛てに送信された干渉信号を受信する。
【００６３】
基地局ＢＳ−Ｘは、送信情報ＩXA（００１）を送信する際、送信機（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｘ）１１によって変調並びにアップコンバートなどの信号処理を行なって、送信信号ＴXA（００２）に変換して、送出する。
【００６４】
一方、基地局ＢＳ−Ｙは、送信情報ＩYB（０１１）を送信する際、送信機（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｙ）２１によって変調並びにアップコンバートなどの信号処理を行なって、送信信号ＴYB（０１２）に変換して、送出する。
【００６５】
送信信号ＴXA（００２）は伝搬特性ＨXAを経て移動局ＢＳ−Ｘに伝搬され、送信信号ＴYB（０１２）は伝搬特性ＨYAを経て移動局ＢＳ−Ｘに伝搬され、また、これらの途中で熱雑音ｎｏｉｓｅが加わる。この結果、移動局ＭＳ−Ａにおいて受信される受信信号ＲA（０２０）は以下の通りとなる。
【００６６】
【数１】
0003864785.tif 000002
【００６７】
この受信信号ＲAを受信する受信側（この場合は移動局ＭＳ−Ａ）は、２つの情報源である基地局ＢＳ−Ｘ及びＢＳ−Ｙの情報をともに検出するため、ユーザ数を２とみなした場合の干渉キャンセルを行なう。
【００６８】
図３には、２つの送信信号ＲXA及びＲYAと雑音の和からなる受信信号ＲAを受信する受信機側の機能構成を模式的に示している。
【００６９】
受信機側は、受信信号ＲA（０２０）からユーザ検出を行なうマルチユーザ検出器（ＭＵＤ：Multi-User Detection Entity）３１と、受信信号から取り出された２つの信号を硬判定して送信情報ＩXA及びＩYBを推定する硬判定器３２，３３とで構成される。
【００７０】
マルチユーザ検出器３１は、ユーザ数を２とみなした場合の干渉キャンセルを行なう。一般に、受信信号の強いユーザがより信頼性が高いと推定される。本実施形態では、受信信号の強度を基にマルチユーザ・ディテクションを行なう手法の１つとして、ＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）を適用する。ＳＩＣは、受信電力が大きい順に復調して、且つ、自身の信号をキャンセルする処理を繰り返すことにより、受信したすべての信号を検出することを可能にする技術である。
【００７１】
図４には、ＳＩＣを適用して構成されたマルチユーザ検出器３１の内部構成を詳細に示している。
【００７２】
図示の通り、マルチユーザ検出器３１は、伝搬特性ＨXAを基に受信信号ＲAを補正して、復調並びに軟判定（あるいは硬判定）して基地局ＢＳ−Ｘからの送信信号ＴXAを推定するフィルタ（Ｄｅｍｏｄ  Ａ）４１と、送信信号ＴXAの推定結果を基に基地局ＢＳ−Ｘからの受信信号を全受信信号から引き算処理する干渉キャンセラ（ＩＣ：Interference Cancelleration）４２と、この干渉キャンセル結果を伝搬特性ＨYAを基に補正して、復調並びに軟判定（あるいは硬判定）して基地局ＢＳ−Ｙからの送信信号ＴYBを推定するフィルタ（Ｄｅｍｏｄ  Ｂ）４３と、送信信号ＴYBの推定結果を基に基地局ＢＳ−Ｙからの受信信号を引き算処理する干渉キャンセラ（ＩＣ）４４とを干渉除去処理の基本単位として構成されている。そして、信号処理の精度や処理コストなどを勘案して、この基本単位の繰り返し個数が決められる。
【００７３】
以下、このマルチユーザ検出器３１の動作特性について説明する。
【００７４】
各伝搬路を経てＲAを受信すると（ステップＳ１）、フィルタ４１−１は、伝搬特性ＨXAの推定値を用いて、基地局ＢＳ−Ｘから当該移動局ＭＳ−Ａへの送信信号ＴXAのレプリカ（０２１）を出力する（ステップＳ２）。
【００７５】
基地局ＢＳ−Ｘから当該移動局ＭＳ−Ａへの送信信号ＴXAのレプリカ（０２１）は、乗算器４５−１により伝搬特性ＨXAの推定値と掛け合わされて、基地局ＢＳ−Ｘから移動局ＭＳ−Ａへの伝送路出力のレプリカ（０２２）が生成される（ステップＳ３）。
【００７６】
基地局ＢＳ−Ｘから移動局ＭＳ−Ａへの伝送路出力のレプリカ（０２２）は、移動局ＭＳ−Ｂにとっての干渉成分である。干渉キャンセラ４２−１は、受信信号ＲA（０２０）から干渉成分であるレプリカ（０２２）を引き算して、その引き算結果（０２３）をフィルタ４３−１に入力する（ステップＳ４）。
【００７７】
フィルタ４３−１は、伝搬特性ＨYBの推定値を用いて、基地局ＢＳ−Ｙから当該移動局ＭＳ−Ｂへの送信信号ＴYBのレプリカ（０２４）を出力する（ステップＳ５）。
【００７８】
基地局ＢＳ−Ｙから当該移動局ＭＳ−Ｂへの送信信号ＴYBのレプリカ（０２４）は、乗算器４６−１により伝搬特性ＨYBの推定値と掛け合わされて、基地局ＢＳ−Ｙから移動局ＭＳ−Ｂへの伝送路出力のレプリカ（０２５）が生成される（ステップＳ６）。
【００７９】
基地局ＢＳ−Ｙから移動局ＭＳ−Ｂへの伝送路出力のレプリカ（０２５）は、移動局ＭＳ−Ａにとっての干渉成分である。干渉キャンセラ４４−１は、干渉キャンセラ４２−１の引き算結果（０２３）から干渉成分であるレプリカ（０２５）を引き算する（ステップＳ７）。
【００８０】
そして、基地局ＢＳ−Ｘから移動局ＭＳ−Ａへの伝送路出力のレプリカ（０２２）と干渉キャンセラ４４−１の引き算結果（０２６）が加算器４７−２によって加算されて、次段の干渉除去処理単位４０−２への入力（０２７）となり、同様の干渉除去処理が繰り返し実行される（ステップＳ８）。
【００８１】
干渉除去処理の繰り返し回数が所定数Ｎに到達したら、移動局ＭＳ−Ａのフィルタ４１−Ｎの出力（０２８）を、復号器・復調器（Ｄｅｃｏｄｅｒ  Ａ）５１に入力して、移動局ＭＳ−Ａへの送信情報ＩXAのレプリカ（０４０）を出力する（ステップＳ９）。
【００８２】
また同様にして、基地局ＭＳ−Ｂのフィルタ４３−Ｎの出力（０３０）を復号器・復調器（Ｄｅｃｏｄｅｒ  Ｂ）５２に入力して、移動局ＭＳ−Ｂへの送信情報ＩYBのレプリカ（０４１）を出力する（ステップＳ１０）。
【００８３】
上述したステップＳ１〜Ｓ１０までのマルチユーザ・ディテクション（ＭＵＤ）の処理が終了したら、各基地局ＢＳ−Ｘ及びＢＳ−Ｙからの情報信号のレプリカ（０４０）及び（０４１）を硬判定処理して、それぞれを（０４２）及び（０４３）とする（ステップＳ１１）。
【００８４】
移動局ＭＳ−Ａは、（０４２）及び（０４３）のうち、ＩXAの判定値（０４１）を利用する（ステップＳ１２）。同様に、移動局ＭＳ−Ｂ側では、（０４２）及び（０４３）のうち、ＩYBの判定値（０４３）を利用する。
【００８５】
したがって、各基地局ＢＳ−Ｘ及びＢＳ−Ｙは、同じ周波数ｆ1を用いているが、同一時刻に各移動局ＭＳ−Ａ及びＭＳ−Ｂと接続することができる。すなわち、１周波数繰り返しを実現することができるので、キャパシティが大幅に増大する。また、拡散系列を用いない非拡散方式を用いることから、使用する周波数帯域が小さくて済むことからも、キャパシティの増大を期待することができる。
【００８６】
なお、移動局ＭＳ−Ａは、自分が属するセルの基地局ＢＳ−Ｘからの受信信号だけでなく、隣接するセルの基地局ＢＳ−Ｙからの受信信号もともに希望信号として送信情報を取り出すようにしているので、移動局がセル間を移る際にハンドオフ（基地局の切り替え）を的確に扱うことができる。
【００８７】
また、上述したマルチユーザ・ディテクションの説明は、基地局から移動局への下り回線を例に採ったが、移動局から基地局へ向かう上り回線の場合であっても、各基地局が同様にＳＩＣなどの干渉キャンセル方法を実装することにより、マルチユーザ・ディテクションを実現することができる。
【００８８】
なお、本実施形態において、セル内とは、自分（移動局）が属している（又は登録されている）基地局のセル範囲のことを言う。セルの境界にいる場合のみならず、他局からの干渉は小さくなるが、セルの中央部に存在する場合にも、マルチユーザ・ディテクションは行なわれる。「自分宛ての信号」と「それ以外の信号」という捉え方もできる。移動局がセルの周縁に存在し、ハンドオフしようとしているときは、２つの基地局からの自分宛ての信号と、それ以外の信号をいずれも希望信号として受信することになる。（稀なケースであるが、２以上の基地局からの信号を受信することも有り得る。）
【００８９】
Ｂ．ハンドオフ
次いで、本実施形態に係る多元接続通信システムにおける移動局のセル間移動に伴うハンドオフ動作について説明する。
【００９０】
上述したように、基地局並び移動局の受信機では、同一の周波数資源上で受信された複数の信号を各々別個に復調する手段が備わっており、マルチ・ユーザディテクションが行われている。また、マルチユーザ・ディテクションにより、同一の周波数資源を用いて到来する複数の無線チャネルを受信し復号することから、複数ユーザが同一の周波数資源を共有することが可能となっている。
【００９１】
以下では、図７に示したような状況をトレースしながら，基地局によるハンドオフ動作について説明する。なお、説明の便宜上、各基地局ＢＳ−Ａ並びにＢＳ−Ｂはそれぞれ図８に示した周波数資源のすべてを利用可能なものとする。
【００９２】
基地局ＢＳ−Ａは、移動局ＭＳ−Ｘと周波数資源ＣＨ（０，０）を用いて通信中であり、また、基地局ＢＳ−Ｂは移動局ＭＳ−Ｙと周波数資源ＣＨ（０，０）を用いて通信中である（図７上段）。
【００９３】
ここで、移動局ＭＳ−Ｙは移動して、基地局ＢＳ−Ａからの送信信号も受信できるようになる（図７中段）。そして、移動局ＭＳ−Ｙにおいては、基地局ＢＳ−Ｂから移動局ＭＳ−Ｙ宛てに送信されてくる信号に加え、基地局ＢＳ−Ａから移動局ＭＳ−Ｘ宛てに送信されてくる信号も加算された状態で受信することになる。
【００９４】
このとき、移動局ＭＳ−Ｙの受信機においては、マルチユーザ・ディテクション（前述）を行うことにより、基地局ＢＳ−Ｂから移動局ＭＳ−Ｙ宛ての信号を復号するとともに、基地局ＢＳ−Ａから他の移動局ＭＳ−Ｘ宛ての信号も同様に復号するが、同一チャネル干渉に起因する信号劣化は生じない。
【００９５】
その後、移動局ＭＳ−Ｙはさらに基地局ＢＳ−Ａの近傍に移動して、最終的に基地局ＢＳ−Ａのセル内に収容されることになる。基地局ＢＳ−Ａでは、移動局ＭＳ−Ｙとの通信チャネルとして元のＣＨ（０，０）を継続して割り当てる。すなわち、接続基地局の変更に伴うチャネルの変更を行わない。
【００９６】
このとき、基地局ＢＳ−Ａの受信機では、移動局ＭＳ−Ｘからの信号と移動局ＭＳ−Ｙからの信号の両方を受信するが、マルチユーザ・ディテクション（前述）を行っているので、移動局ＭＳ−Ｘからの信号と移動局ＭＳ−Ｙからの信号の両方を受信復号することが可能であり、問題とはならない。
【００９７】
また、基地局は、通常移動局よりも小型化や少消費電流化の制約が少ないため、移動局よりも高精度のマルチユーザ・ディテクション処理を行うことができるので、受信信号の取り扱いに困ることはほとんどない。
【００９８】
さらに、この後の処理について、図５を参照しながら説明することにする。
【００９９】
図８上段では、移動局ＭＳ−Ｘ並びに移動局ＭＳ−Ｙが同一の周波数資源ＣＨ（０，０）を用いて基地局ＢＳ−Ａと通信中である場合を想定している。この後、基地局ＢＳ−Ａのセル内に新たな移動局ＭＳ−Ｚが収容された場合を考える。ここで、移動局ＭＳ−Ｚには、移動局ＭＳ−Ｘや移動局ＭＳ−Ｙの通信に対して既に割り当てている周波数資源ＣＨ（０，０）を割り当てることが決定されたとする。
【０１００】
基地局ＢＳ−Ａが移動局ＭＳ−Ｚと通信を開始すると、基地局ＢＳ−Ａの受信機においては、周波数資源ＣＨ（０，０）における受信信号として、各移動局ＭＳ−Ｘ、ＭＳ−Ｙ、並びにＭＳ−Ｚからそれぞれ送信された信号が加算されたものが到達する。基地局ＢＳ−Ａにおいては、ＳＩＣなどの高精度のマルチユーザ・ディテクション処理（前述）を利用して、これらの受信信号を分離、復号することができる。
【０１０１】
一方、各移動局ＭＳ−Ｘ、ＭＳ−Ｙ、並びにＭＳ−Ｚにおいても同様に、基地局ＢＳ−Ａから各移動局ＭＳ−Ｘ、ＭＳ−Ｙ、並びにＭＳ−Ｚ宛てに送信された各信号を受信することになるが、同様にマルチユーザ・ディテクション処理によりこれらの信号について分離、復号を試みる。
【０１０２】
ここで、移動局ＭＳ−Ｘの受信機の性能が低い場合や、移動先のセルにおいて同じ周波数を他の移動局が集中的に使用している場合などには、移動局ＭＳ−Ｘは自移動局宛てに送信されてきた信号の復号精度が悪くなってくる。移動局ＭＳ−Ｘは、このような受信信号の品位の低下をトリガにして、基地局ＢＳ−Ａに対して、自分の通信に割り当てられている周波数資源の変更をリクエストする。
【０１０３】
基地局ＢＳ−Ａは、かかるリクエストに応答して、自基地局で使用可能な他の周波数資源を検索して、移動局ＭＳ−Ｘとの間で用いる新たな周波数資源を割り当てる。
【０１０４】
上述したような手順を実行することにより、より精度の高いマルチユーザ・ディテクション装置を備える移動局は、自移動局で使用する周波数資源を変更することなくハンドオフを行うことが可能となり、より高いクオリティのサービスを享受することが可能となる。
【０１０５】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１０６】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、セル内外での干渉を除去してキャパシティを増大させることができる、優れたマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法を提供することができる。
【０１０７】
また、本発明によれば、極力短い周波数繰り返しで運用してキャパシティを増大させることができる、優れたマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法を提供することができる。
【０１０８】
また、本発明によれば、非拡散方式により１周波数繰り返しを実現するとともにセル内・セル外の干渉を除去することによりキャパシティを増大させることができる、優れたマルチセル多元接続通信システム及びマルチセル多元接続通信方法を提供することができる。
【０１０９】
本発明によれば、無線通信の受信側においてマルチユーザ・ディテクションを行うことを前提とすることにより、非拡散方式であっても基地局へアサインする周波数資源を分割する必要がなくなり、この結果，通信システム全体のキャパシティが制限されるという問題を解消することができる。
【０１１０】
また、本発明によれば、１周波数繰り返しの実現により、ハンドオフに起因する通信チャネル切り替えを行わないこととした。この結果、ハンドオフに要する処理過程数を減らすことが可能となり、ハンドオフを高い成功率でスムーズに行うことが可能となる。
【０１１１】
さらに、移動局における受信状況が芳しくない場合に通信チャネル切り替えを行うことにより、セル境界などに位置する移動局においても好適な通信品位にてサービスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るマルチセル多元接続通信システムの構成を模式的に示した図である。
【図２】移動局ＭＳ−Ａが受信するチャンネル構成を模式的に示した図である。
【図３】２つの送信信号ＲXA及びＲYAと雑音の和からなる受信信号ＲAを受信する受信機側の機能構成を模式的に示した図である。
【図４】ＳＩＣを適用して構成されたマルチユーザ検出器３１の内部構成を詳細に示した図である。
【図５】本実施形態に係るチャンネル管理方式を説明するための図である。
【図６】複数の基地局によりサービス・エリアを面展開する移動体無線通信システムにおけるセル構成を模式的に示した図である。
【図７】移動局がハンドオフする様子を模式的に示した図である。
【図８】非拡散方式により多元接続を行う通信システムにおける周波数資源アサインを説明するための図である。
【符号の説明】
１１，２１…送信機
３１…マルチユーザ検出器
３２，３３…硬判定器
４１，４３…フィルタ
４２，４４…干渉キャンセラ（ＩＣ）
４５，４６…乗算器
４７…加算器
５１，５２…復号器・復調器
【図１】
0003864785.tif 000003
【図２】
0003864785.tif 000004
【図３】
0003864785.tif 000005
【図４】
0003864785.tif 000006
【図５】
0003864785.tif 000007
【図６】
0003864785.tif 000008
【図７】
0003864785.tif 000009
【図８】
0003864785.tif 000010