JP4806449B2 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の送信ビームを形成する無線通信装置及び無線通信方法に関する。

近年、無線通信技術において高速大容量通信を実現する技術としてＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）が注目されている。ＭＩＭＯは、送受信双方において複数のアンテナを使ってデータを伝送する技術である。複数の送信アンテナから異なるデータを送信することにより、時間・周波数リソースを拡大することなく伝送容量を向上させることができる。

このＭＩＭＯにおいて、複数のアンテナから送信する際に、各アンテナから重み付けしたデータを送信することによりビームを形成するビーム送信方法がある。ビーム送信では、ビーム利得により端末の受信電力を増大させる効果がある。

また、複数のビームを使った空間多重も可能であり、この場合、伝搬路の状況に適したビーム送信を行うことにより、アンテナによる空間多重に対して伝送容量を改善することができる。この場合、受信側の伝搬路状況に適したビームの情報を送信側に通知する必要がある。

また、現在、携帯電話の国際的な標準化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）において、現行の第３世代携帯電話より高速大容量通信を実現するシステムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムの標準化活動が行われている。このＬＴＥにおいても、高速大容量伝送の要求条件を実現するために、ＭＩＭＯが必須技術として位置付けられている。また、このＬＴＥでは、送信ビーム技術のことをプリコーディング（Pre-coding）という技術として議論されている。

一般的なビーム送信方法として、端末の伝搬路状況に応じて送信ビームを制御する閉ループ制御のビーム送信方法が知られている。例えば、端末において、伝搬路状況に応じて高い品質が得られる送信ビームを選択し、その送信ビーム情報を基地局にフィードバックして、基地局ではフィードバックされたビーム情報に基づいてビーム送信する方法である。

このような閉ループ制御のビーム送信方法では、基地局と通信している端末が切り替わると、それに連動してその送信ビームも切り替わるため、隣接セルに与える干渉量が変動してしまう。これにより、隣接セルの端末では、品質測定時点とデータ送信時点の間でこのビーム切り替えが発生すると、データ送信時の品質が品質測定時の品質と異なるので、リンクアダプテーションが機能しなくなってしまう。

以下、送信ビームの切り替えによって隣接セルに与える干渉量が変動する場合について具体的に説明する。図１は、ビーム切り替えの様子を示す。この図において、基地局１（ＢＳ１）は、端末１（ＵＥ１）と端末２（ＵＥ２）に対してそれぞれ別々のビームを使って送信しており、端末３（ＵＥ３）は隣接セルの基地局２（ＢＳ２）に接続している。ＢＳ１は、はじめＵＥ１に対してビーム１を使って送信して、次に、ＵＥ２に対してビーム２を使って送信する。

図２は、図１に示したビーム切り替えの前後における、ＵＥ３の受信状況を示した例である。隣接セル干渉であるＢＳ１からの干渉としては、ビームが切り替わる前（ｔ０〜ｔ
３）では、ビーム１による干渉が見えており、ＵＥ３において品質測定が行われている。ビームが切り替わった後（ｔ３〜ｔ６）では、ビーム２による干渉が見えており、ＵＥ３においてｔ０〜ｔ３における品質測定結果を用いたデータ送信が行われている。このように、品質測定時点とビーム送信時点の間において干渉量が変化することでＵＥ３におけるＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）が変わり品質が変動してしまう。これにより、この品質に基づいて制御するリンクアダプテーションが機能しなくなる。

そこで、このようなビーム送信による与干渉の変動を抑制する技術として、例えば、非特許文献１に記載のビームをランダム化する方法がある。この非特許文献１に記載の技術は、送信信号がＯＦＤＭ信号のようなマルチキャリア伝送方式を用いる場合に、サブキャリア毎にビームをランダムに切り替える技術である。これにより、隣接セルに与える干渉において、伝送帯域の平均的な干渉量を小さくして、ビームが切り替わっても平均的な干渉量の変動を抑えることができる。

以下、非特許文献１に記載の技術について具体的に説明する。図３は、複数ビームによるビーム送信の様子を示す。このときの、ＢＳ１に接続しているＵＥ１と、隣接セル端末であるＵＥ３の受信状態を図４に示す。ここで、各ＵＥの受信状態として、周波数応答を示している。図４Ａに示すＵＥ１の受信状態によると、ビーム１を用いた場合の品質が最も良い。また、図４Ｂに示すＵＥ３の受信状態によると、ＢＳ１から受ける干渉量がビームによって異なる。

次に、ＢＳ１において送信信号のサブキャリア毎にビーム１からビーム４を切り替えて送信した場合、ＵＥ１とＵＥ３の受信状態を図５に示す。図５Ｂに示すＵＥ３の受信状態によると、サブキャリア毎にビームをランダムに切り替えることにより、干渉量もランダム化されるので帯域内の平均レベルが低くなる。また、図５Ａに示すビームパターンとは異なるビームパターンで送信しても、同様に干渉量はランダム化される。このように、周波数方向で送信ビームをランダムに切り替えることにより、隣接セルに与える干渉の変動を小さくすることができる。
3GPP TSG-RAN WG1 #44 R1-060457 "Description of Single and Multi Codeword Schemes with Precoding"February 13-17, 2006, Denver, USA.

しかしながら、図５ＡのＵＥ１の受信状態が示すように、送信ビームによるビーム利得が下がってしまうことになる。このように、上述した非特許文献１に記載のビームランダム化方法では、隣接セルに与える干渉の変動を抑えることができるものの、ビーム利得を向上させるべき所望のＵＥ（自セルのＵＥ）に対してもビーム利得が下がってしまうという問題がある。

本発明の目的は、送信ビームを切り替える場合においても、自セルのＵＥに対するビーム利得を維持しつつ、隣接セルに与える干渉の変動を抑制する無線通信装置及び無線通信方法を提供することである。

本発明の無線通信装置は、通信相手装置から送信されたフィードバック情報に基づいて、複数の送信ビームをランダム化させるランダム化パターンを設定する制御手段と、設定された前記ランダム化パターンを用いて、前記複数の送信ビームを形成するビーム形成手段と、を具備し、前記フィードバック情報は、自装置と前記通信相手装置との間の伝搬路状況の推定値を用いて測定した複数のランダム化パターン毎のＣＱＩのうち、ＣＱＩが最大となる所望ビームの情報およびランダム化パターンの情報を含む、構成を採る。

本発明の無線通信方法は、通信相手である受信装置から送信されたフィードバック情報に基づいて、複数の送信ビームをランダム化させるランダム化パターンを設定する制御工程と、設定された前記ランダム化パターンを用いて、前記複数の送信ビームを形成するビーム形成工程と、を具備し、前記フィードバック情報は、前記複数の送信ビームを送信する送信装置と前記受信装置との間の伝搬路状況の推定値を用いて測定した複数のランダム化パターン毎のＣＱＩのうち、ＣＱＩが最大となる所望ビームの情報およびランダム化パターンの情報を含むようにした。

本発明によれば、送信ビームを切り替える場合においても、自セルのＵＥに対するビーム利得を維持しつつ、隣接セルに与える干渉の変動を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施の形態１）
図６は、本発明の実施の形態１に係る送信装置１００の構成を示すブロック図である。送信装置１００は、送信アンテナが２本の場合を示しており、例えば、基地局装置等の無線通信装置に搭載されている。

送信装置１００では、送信データが送信処理部１０１に入力される。送信処理部１０１は、入力された送信データに誤り訂正符号化処理及び変調処理などの送信処理を施し、送
信処理を施した信号をビーム形成部１０４に出力する。

ランダム化パターン記憶部１０２は、サブキャリアとビームとを対応付けたランダム化パターンを記憶し、記憶したランダム化パターンをビーム形成制御部１０３に出力する。

ビーム形成制御部１０３は、後述する受信装置１５０から送信されたフィードバック情報を取得し、取得したフィードバック情報に基づいて、ランダム化パターン記憶部１０２からランダム化パターンを読み出す。ビーム形成制御部１０３は、読み出したランダム化パターンに従って、サブキャリア毎のウェイトを決定し、決定したウェイトをビーム形成部１０４に出力する。

ビーム形成部１０４は、送信処理部１０１から出力された送信信号にビーム形成制御部１０３から出力されたウェイトを乗算し、送信信号に重み付けを行う。重み付けされた送信信号は、ＯＦＤＭ変調部１０５−１，１０５−２に出力される。

ＯＦＤＭ変調部１０５−１，１０５−２は、ビーム形成部１０４から出力された送信信号にＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理及びＧＩ（Guard Interval）挿入などのＯＦＤＭ変調を施し、ＯＦＤＭ変調を施した送信信号を対応する送信ＲＦ部１０６−１，１０６−２に出力する。

送信ＲＦ部１０６−１，１０６−２は、ＯＦＤＭ変調部１０５−１，１０５−２から出力された送信信号にＤ／Ａ変換、アップコンバート等の無線送信処理を施し、無線送信処理を施した信号を対応するアンテナ１０７−１，１０７−２を介して無線送信する。

なお、送信装置１００は、複数のビームを用いてビーム多重送信する場合には、送信データと送信処理部が複数必要となるが、基本的な処理は同じである。また、送信アンテナ数が３本以上の場合においても、ＯＦＤＭ変調部、送信ＲＦ部、アンテナの数が増加するが、基本的な処理は同じである。

図７は、本発明の実施の形態１に係る受信装置１５０の構成を示すブロック図である。受信装置１５０は、受信アンテナが２本の場合を示しており、例えば、携帯端末等の無線通信装置に搭載されている。

受信装置１５０では、図６に示した送信装置１００から送信された信号をアンテナ１５１−１，１５１−２を介して受信ＲＦ部１５２−１，１５２−２が受信する。受信ＲＦ部１５２−１，１５２−２は、受信した信号にダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の無線受信処理を施し、無線受信処理を施した信号を対応するＯＦＤＭ復調部１５３−１，１５３−２に出力する。

ＯＦＤＭ復調部１５３−１，１５３−２は、受信ＲＦ部１５２−１，１５２−２から出力された信号に対して、ＧＩ除去及びＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などのＯＦＤＭ復調を施し、ＯＦＤＭ復調を施した信号をチャネル推定部１５４及び受信処理部１５５に出力する。

チャネル推定部１５４は、ＯＦＤＭ復調部１５３−１，１５３−２から出力された信号に基づいて、送信アンテナ（アンテナ１０７−１，１０７−２）及び受信アンテナ（アンテナ１５１−１，１５１−２）間の伝搬路状況を推定し、この推定結果、すなわち、チャネル推定値を受信処理部１５５及び送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７に出力する。なお、ここでは、サブキャリア毎のチャネル推定を行う。

受信処理部１５５は、チャネル推定部１５４から出力されたチャネル推定値を用いて、ＯＦＤＭ復調部１５３−１，１５３−２から出力された信号に復調処理及び復号処理を施し、受信データを出力する。

ランダム化パターン記憶部１５６は、図６に示した送信装置１００のランダム化パターン記憶部１０２が有するランダム化パターンと同じパターンを記憶し、記憶したランダム化パターンを送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７に出力する。

送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７は、チャネル推定部１５４から出力されたチャネル推定値を用いて、ランダム化パターン記憶部１５６に記憶された全てのランダム化パターン毎にＣＱＩを測定し、測定したＣＱＩのうちＣＱＩが最大となるランダム化パターンと、そのランダム化パターンにおける所望送信ビームを選択する。選択したランダム化パターンと所望送信ビームはフィードバック情報として図６に示した送信装置１００のビーム形成制御部１０３に送信する。

なお、受信装置１５０は、送信装置１００から複数のビームを用いてビーム多重送信された場合には、受信処理部１５５がＭＩＭＯ受信処理を行う。ＭＩＭＯ受信処理としては、例えば、空間フィルタリング、ＳＩＣ（Successive Interference Canceller）、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）などの方法がある。また、受信アンテナ数が３本以上の場合には、アンテナ、受信ＲＦ部、ＯＦＤＭ復調部の数が増加するが、基本的な処理は同じである。

次に、図７に示した受信装置１５０の送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７の選択処理について図８を用いて説明する。ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）２０１では、複数の送信ビームの中から１つの送信ビームを選択し、ＳＴ２０２では、ランダム化パターン記憶部１５６から１つのパターンを選択する。

ＳＴ２０３では、ＳＴ２０１において選択した送信ビームを所望ビームとし、ＳＴ２０２において選択したランダム化パターンを用いた場合のＣＱＩを測定する。測定されたＣＱＩは選択された送信ビーム及びランダム化パターンと関連付けて記憶する。

ＳＴ２０４では、ＳＴ２０１において選択した送信ビームについて、全てのランダム化パターンのＣＱＩを測定したか否かを判定する。全てのランダム化パターンを測定した（Ｙｅｓ）と判定されたらＳＴ２０５に移行し、測定していない（Ｎｏ）と判定されたらＳＴ２０２に戻る。

ＳＴ２０５では、複数の送信ビームの全てについて測定したか否かを判定し、全てのビームを測定した（Ｙｅｓ）と判定したらＳＴ２０６に移行し、測定していない（Ｎｏ）と判定したらＳＴ２０１に戻る。

ＳＴ２０６では、ＳＴ２０３において測定したＣＱＩのうち最大ＣＱＩとなる送信ビーム及びランダム化パターンを選択し、ＳＴ２０７では、ＳＴ２０６において選択した送信ビームとランダム化パターンをフィードバック情報として送信装置１００に送信する。

次に、送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７が選択するランダム化パターンについて説明する。ここでは、図３に示した関係、すなわち、ＢＳ１に接続しているＵＥ１と、隣接セル端末であるＵＥ３との関係を用いて説明する。なお、ＢＳ１は送信装置１００に相当し、ＵＥ１は受信装置１５０に相当する。

送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７は、ＵＥ１の伝搬路状況に応じたラン
ダム化パターンを選択する。ここで、伝搬路状況としては、例えば、周波数応答が挙げられる。周波数応答は受信信号における遅延波成分により決定されるので、ＵＥ１とＵＥ３では、遅延波成分が異なるのでそれぞれ異なる周波数応答特性を示す。したがって、送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７は、ＵＥ１の周波数応答に応じたランダム化パターンを選択するにより、ＵＥ１に対してはビーム利得を確保しつつ、ＵＥ３に対しては干渉の変動を抑制するランダム化効果を得ることができる。

このような選択方法を実現するため、例えば、ランダム化パターンとして図９のようなパターンをランダム化パターン記憶部１０２及び１５６に用意しておく。この例では、ランダム化パターン数は、パターンＡからパターンＤまでの４つとする。各パターンでは、それぞれ４つのビーム（図中、１〜４はビーム１〜４を示す）を用いてランダム化している。

ここで、ビーム１は所望ビームとし、ビーム２からビーム４まではランダム化するためのビームとする。また、ビームを切り替えるサブキャリア数は８とし、所望ビームは８サブキャリア中３つのサブキャリアを用いることにする。各パターンは、異なる周波数応答に対応したパターンとなっている。

パターンＡは、帯域全体に所望ビームが配置されるようなパターンであり、帯域全体で平坦な周波数応答特性の場合に利得を確保することができる。また、パターンＢは周波数が低い方に所望ビームが配置されるようなパターンであり、パターンＣは周波数が高い方に所望ビームが配置されるようなパターンである。さらに、パターンＤは帯域の中心に所望ビームが配置されるようなパターンであり、それぞれの周波数応答特性に対してパターンＡ〜Ｄのいずれかを選択することにより、利得を確保することができる。

ＵＥ１において、各ランダム化パターンを適用した場合のＣＱＩ測定結果を図１０に示す。この図では、パターンＢを適用した場合に、最大ＣＱＩとなっている。よって、所望ビームはビーム１が、ランダム化パターンはパターンＢが選択される。

一方、各パターンを適用してビーム送信した場合のＵＥ３における受信状態を図１１に示す。ここで、ビーム１からビーム４の各ビームで送信した場合のＵＥ１とＵＥ３における受信状態は、図４の受信状態と同じとする。図１１から分かるように、ＢＳ１からどのパターンでビーム送信されたとしても、ランダム化効果により干渉の平均レベルを小さく抑えることができ、パターン間では干渉の平均レベルの変動が小さく抑えられている。そして、図１０に示すようにＵＥ１の伝搬路状況によりパターンＢが選択されたとしても、ＵＥ３に対してはランダム化効果があるので、干渉の平均レベルは他のパターンから大きく変動していない。

このように実施の形態１によれば、サブキャリアと送信ビームとをランダムに対応付けたランダム化パターンのうち、受信装置においてＣＱＩが最大となるランダム化パターンと送信ビームとを選択することにより、送信ビームを切り替える場合においても、自セルのＵＥに対するビーム利得を維持しつつ、隣接セルに与える干渉の変動を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、ランダム化パターンを受信装置が決定する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、伝搬路状況自体をフィードバックして、ランダム化パターンを送信装置が決定するようにしてもよい。この方法では、受信装置から伝搬路状況をフィードバックし、送信装置では、フィードバックされた伝搬路状況に適したランダム化パターンを選択し、このランダム化パターンを使って送信ビーム形成を行う。この際、送信装置で選択したランダム化パターンは、制御情報などを使って、受信装置に通知する。
この方法では、伝搬路状況自体のフィードバックによりフィードバック情報量が増加するが、受信状態に対して適応性の高いランダム化パターンを選択できる。

また、本実施の形態では、ランダム化パターンをテーブル化して、送信装置及び受信装置の双方で共有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ランダム化パターンをダイナミックに変化させるようにしてもよい。この方法では、ランダム化パターンを多く用意しておく。その中から、複数のパターンを取り出して、１つのグループとする。そのグループの中のパターンをあらかじめ通知することで、送信装置及び受信装置の双方で共有する。グループを決定するには、ＵＥの受信状態に応じたパターンを選択してグループを決定する方法や、ＢＳで任意のパターンを組合せてグループを決定する方法がある。そして、ＵＥでは、そのグループの中からランダム化パターンを選択して、ＢＳにフィードバックする。その際、上記同様にインジケータをフィードバックする。この方法では、ＵＥでグループを決定して通知する場合、フィードバック情報量が増加するが、受信状態に対して適応性の高いランダム化パターンを選択できる。

また、本実施の形態では、送信ビームのランダム化方法として、周波数方向のランダム化について説明したが、本発明はこれに限らず、異なる軸からいずれかの軸を伝搬路状況に応じて選択し、選択した軸におけるランダム化方法を用いるようにしてもよい。

例えば、周波数方向でのランダム化と、時間方向でのランダム化を用意しておき、伝搬路状況に応じて周波数方向と時間方向のいずれかを選択する。具体的には、伝搬路の時間変動が大きい場合には、複数時間シンボルで同じビームを用いても、その時間変動により利得が小さくなる。そこで、このような時間変動が大きい場合には、時間方向のランダム化を選択することにより、所望ビームとなる時間シンボルでは、周波数の全帯域に対して所望ビームとなるのでビーム利得を向上させることができる。この場合、時間方向でのランダム化により、複数シンボル内の平均的な干渉量を抑えることができる。

また、異なる軸を組み合わせたランダム化方法として、異なる軸を伝搬路状況に応じて選択するようにしてもよい。例えば、先に示した周波数方向と時間方向を組み合わせたランダム化パターンを用意しておき、伝搬路状況に応じてランダム化パターンを選択する。選択方法は、上記同様に、時間変動が大きい場合には、時間方向を優先したランダム化を行う。

また、本実施の形態では、ランダム化パターンとして、パイロット信号の配置に関連したランダム化パターンを用いてもよい。伝搬路特性において周波数応答や時間応答の変動が大きい場合には、パイロット信号から離れたサブキャリアやシンボルでは、チャネル推定誤差が大きくなる。一方で、チャネル推定誤差が小さいほど得られるビーム利得は高くなる。そこで、周波数応答や時間応答の変動が予め設定された閾値より大きい場合には、パイロット信号の周辺に主ビームが配置されるようなランダム化パターンとする。逆に、周波数応答や時間応答の変動が予め設定された閾値より小さい場合には、パイロット信号の配置とは関係なく主ビームが配置されるようなランダム化パターンとする。

また、本実施の形態では、所望ビームを１つ選択する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、２つ以上のビームを所望ビームとしてもよい。この場合、複数の送信ビームから、ビーム利得が高い２つ以上のビームを所望ビームとする。

（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係る受信装置２５０の構成を示すブロック図である。図１２が図７と異なる点は、隣接セルトラフィック量推定部２５１を追加した点と、送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７を送信ビーム及びランダム化パターン選択
部２５２に変更した点である。

隣接セルトラフィック量推定部２５１は、ＯＦＤＭ復調部１５３−１，１５３−２から出力された信号に基づいて、隣接セルからの干渉量を検出し、検出した隣接セルの干渉量から隣接セルのトラフィック量を推定する。例えば、隣接セルからの干渉量が大きい場合には、隣接セルにおいて常にデータを送信しており、トラフィック量が多いと推定し、逆に、隣接セルからの干渉量が小さい場合には、隣接セルにおいてデータの送信がまばらであり、トラフィック量が少ないと推定する。なお、隣接セルからの干渉量は、隣接セルトラフィック量推定部２５１が自セル信号の受信電力強度を用いて、隣接セルからの距離を推定し、その距離減衰を隣接セルの干渉量にオフセットすることにより検出される。推定された隣接セルのトラフィック量は送信ビーム及びランダム化パターン選択部２５２に出力される。

送信ビーム及びランダム化パターン選択部２５２は、隣接セルトラフィック量推定部２５１から出力された隣接セルのトラフィック量に応じたランダム化パターンをランダム化パターン記憶部１５６から選択する。そして、送信ビーム及びランダム化パターン選択部２５２は、チャネル推定部１５４から出力されたチャネル推定値を用いて、選択したランダム化パターンのうち、最大ＣＱＩとなる送信ビームを選択する。

なお、本発明の実施の形態２に係る送信装置は、実施の形態１の図６に示した構成と同様であるので、送信装置１００として、図６を援用して説明する。ただし、送信装置１００のランダム化パターン記憶部１０２は、受信装置２５０のランダム化パターン記憶部１５６と同じランダム化パターンを記憶しているものとする。

次に、図１２に示した受信装置２５０の送信ビーム及びランダム化パターン選択部２５２の選択処理について図１３を用いて説明する。ＳＴ３０１では、隣接セルトラフィック量推定部２５１によって推定された隣接セルのトラフィック量に応じたランダム化パターンをランダム化パターン記憶部１５６から選択する。

ＳＴ３０２では、複数の送信ビームの中から１つの送信ビームを選択し、ＳＴ３０３では、ＳＴ３０２において選択した送信ビームを所望ビームとし、ＳＴ３０１において選択したランダム化パターンを用いた場合のＣＱＩを測定する。測定されたＣＱＩは選択された送信ビーム及びランダム化パターンと関連付けて記憶する。

ＳＴ３０４では、複数の送信ビームの全てについてＣＱＩを測定したか否かを判定し、全てのビームを測定した（Ｙｅｓ）と判定したらＳＴ３０５に移行し、測定していない（Ｎｏ）と判定したらＳＴ３０２に戻る。

ＳＴ３０５では、ＳＴ３０３において測定したＣＱＩのうち最大ＣＱＩとなる送信ビームを選択し、ＳＴ３０６では、ＳＴ３０１において選択したランダム化パターンとＳＴ３０５において選択した送信ビームとをフィードバック情報として送信装置１００に送信する。

次に、送信ビーム及びランダム化パターン選択部２５２が選択するランダム化パターンについて説明する。ここでは、図３に示した関係、すなわち、ＢＳ１に接続しているＵＥ１と、隣接セル端末であるＵＥ３との関係を用いて説明する。なお、ＢＳ１は送信装置１００に相当し、ＵＥ１は受信装置２５０に相当する。

送信ビーム及びランダム化パターン選択部２５２は、隣接セルの干渉量に応じたランダム化パターンを選択する。例えば、隣接セルのトラフィック量が低い場合には、自セルに
おいて送信ビーム形成により影響を受ける隣接セルユーザは少ない。このような場合では、送信ビームのランダム化はそれほど必要ないので、ランダム化効果を小さくし、自セルに対するビーム利得を高めることが考えられる。

したがって、このような選択方法を実現するため、例えば、ランダム化パターンとして図１４に示すようなパターンをランダム化パターン記憶部１０２及び１５６に用意しておく。この例では、ランダム化パターン数は、パターンＡからパターンＤまでの４つとする。各パターンでは、それぞれ４つのビーム（図中、１〜４はビーム１〜４を示す）を用いてランダム化している。

ここで、ビーム１は所望ビームとし、ビーム２からビーム４まではランダム化するためのビームとする。各パターンは、所望ビームが配置されている割合が異なっている。

パターンＡは、８サブキャリア中の６サブキャリアに所望ビームを配置して、所望ビームの割合を高くしている。パターンＢ、パターンＣ、パターンＤでは、それぞれ８サブキャリア中所望ビームを４サブキャリア、３サブキャリア、２サブキャリアに配置しており、所望ビームの割合が順に小さくなっている。これらのパターンにより、ビーム利得の異なるパターンを選択することができる。

このように実施の形態２によれば、隣接セルのトラフィック量が多いほど、所望ビームが配置された割合が少ないランダム化パターンを選択し、隣接セルのトラフィック量が少ないほど、所望ビームが配置された割合が高いランダム化パターンを選択することにより、隣接セルのトラフィック量が少ない場合には、自セルのＵＥに対するビーム利得をより向上させることができる。

なお、隣接セルのトラフィック量に応じて切り替えるランダム化方法としては、例えば、複数ビーム（２つのビーム）を用いて空間多重する送信において、隣接セルのトラフィック量が少ない場合には、一方のビームではランダム化を行い、他方のビームではランダム化を行わないようにすることにより、ランダム化を行わないビームでは、ビーム利得を向上させることができる。

（実施の形態３）
図１５は、本発明の実施の形態３に係る受信装置３５０の構成を示すブロック図である。図１５が図７と異なる点は、隣接セルランダム化パターン検出部３５１を追加した点と、送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７を送信ビーム及びランダム化パターン選択部３５２に変更した点である。

隣接セルランダム化パターン検出部３５１は、ＯＦＤＭ復調部１５３−１，１５３−２から出力された信号に基づいて、隣接セルにおいて用いられているランダム化パターンを検出する。なお、各ＢＳでは、使用しているランダム化パターンを報知情報によって報知するものとし、隣接セルランダム化パターン検出部３５１では、受信信号から隣接セルの報知情報を抽出し、隣接セルで用いられているランダム化パターンを検出する。検出された隣接セルのランダム化パターンは送信ビーム及びランダム化パターン選択部３５２に出力される。

送信ビーム及びランダム化パターン選択部３５２は、隣接セルランダム化パターン検出部３５１から出力された隣接セルにおいて用いられているランダム化パターン以外のランダム化パターンをランダム化パターン記憶部１５６から選択する。そして、送信ビーム及びランダム化パターン選択部３５２は、チャネル推定部１５４から出力されたチャネル推定値を用いて、選択したランダム化パターンのうち、最大ＣＱＩとなる送信ビームを選択
する。

なお、本発明の実施の形態２に係る送信装置は、実施の形態１の図６に示した構成と同様であるので、送信装置１００として、図６を援用して説明する。ただし、送信装置１００のランダム化パターン記憶部１０２は、受信装置３５０のランダム化パターン記憶部１５６と同じランダム化パターンを記憶しているものとする。

このように、隣接セルにおいて用いられているランダム化パターン以外のパターンを選択することにより、例えば、自セルの受信電力が小さく、隣接セルからの干渉が大きい隣接セルに近いセルエッジ付近のユーザでは、隣接セルのランダム化効果を確実に得ることができ、ビーム利得を向上させることができる。ちなみに、セルエッジ付近のユーザは、隣接セルに近いことから、隣接セルの報知情報を容易に受信することができる。

このように実施の形態３によれば、隣接セルにおいて用いられているランダム化パターン以外のパターンを選択することにより、隣接セルからの干渉を確実にランダム化してビーム利得を向上させることができ、また、隣接セルに与える干渉量も確実にランダム化することができるので、送信ビームを切り替える場合においても、隣接セルに与える干渉の変動を抑制することができる。

なお、ランダム化パターンの選択方法として、ランダム化効果の高いパターンを予めセットにしておき、そのセットの中から優先的に選択するようにしてもよい。例えば、所望ビームを偶数サブキャリアに配置するパターンと、奇数サブキャリアに配置するパターンとをセットにし、隣接セル間で異なるパターンを選択するようにすると、所望ビームでは確実にランダム化効果が得られるので、ビーム利得を向上させることができる。

（実施の形態４）
ＬＴＥの標準化では、ＭＩＭＯ伝送において周波数スケジューリング効果を高めるため、閉ループで遅延量を制御するCDD based precodingが検討されている。CDDとは、１つのアンテナからＯＦＤＭ信号を送信し、Cyclic Delayを施したＯＦＤＭ信号を別のアンテナから送信することにより、受信信号に周波数選択性を発生させる方法である。

3GPP R1-063345には、短い遅延量（short delay）のCDDを用いて、測定帯域に対して緩やかに変化する周波数選択性を発生させることにより、所望ユーザの周波数スケジューリング効果を高める方法が記載されている。このときの所望ユーザにおける受信状態を図１６Ａに示す。

しかしながら、CDDを用いることにより、隣接セルユーザは、周波数選択性がある送信ビームの干渉を受ける。通信しているユーザが切り替わり送信ビームが切り替わったり、所望ユーザにおける送信ビーム又は周波数選択性が切り替わったりすることにより、隣接セルユーザが受ける干渉量が変動してしまう。このときの隣接セルユーザにおける受信状態を図１６Ｂに示す。

本発明の実施の形態４では、プリコーディングにCDD (Cyclic Delay Diversity)を組み合わせたCDD based precodingを用いた場合について説明する。

図１７は、本発明の実施の形態４に係る送信装置４００の構成を示すブロック図である。図１７が図６と異なる点は、遅延量組合せパターン記憶部４０１、遅延量制御部４０２及び位相回転部４０３を追加した点と、アンテナ数を３本に増やした点である。

遅延量組合せパターン記憶部４０１は、アンテナ毎に送信する信号の遅延量を対応付け
たパターン（遅延量組合せパターン）を記憶し、記憶した遅延量組合せパターンを遅延量制御部４０２に出力する。遅延量組合せパターンの具体例として、以下の表１に示す。表１において、アンテナ１〜３は、図１７におけるアンテナ１０７−１〜１０７−３にそれぞれ相当する。また、０は遅延量なしを表し、Ｓは短い遅延量（Short Delay）を表し、Ｌは長い遅延量（Long Delay）を表す。

表１において、例えば、パターンＣは、アンテナ１からShort Delayの信号を、アンテナ２から遅延なしの信号を、アンテナ３からLong Delayの信号を送信することを表している。なお、Short Delay及びLong Delayの遅延量は、それぞれ固定値を用いることとする。固定値としては、例えば、Short Delayでは、ユーザの送信帯域において周波数選択性が０．５周程度、つまり、ピークが１つ発生する程度の遅延量に固定しておき、一方、Long Delayでは、ユーザの送信帯域において複数のピークが発生する遅延量に固定しておく。

遅延量制御部４０２は、後述する受信装置４５０から送信されたフィードバック情報に含まれる遅延量組合せパターン情報に基づいて、遅延量組合せパターン記憶部４０１から遅延量の組合せパターンを読み出す。遅延量制御部４０２は、読み出した遅延量の組合せパターンに応じて、各送信アンテナの遅延量を決定し、決定した遅延量を位相回転部４０３に出力する。

位相回転部４０３は、遅延量制御部４０２から出力された各送信アンテナの遅延量に応じて、ビーム形成部１０４から出力された送信信号にサブキャリア毎に位相回転を行い、ＯＦＤＭ変調部１０５−１〜１０５−３に出力する。なお、位相回転部４０３を設けずに、ＯＦＤＭ変調後の信号に対して、各送信アンテナの遅延量に応じたCyclic Delayを与えてもよい。

図１８は、本発明の実施の形態４に係る受信装置４５０の構成を示すブロック図である。図１８が図７と異なる点は、ランダム化パターン記憶部１５６を遅延量組合せパターン記憶部４５１に変更し、送信ビーム及びランダム化パターン選択部１５７を送信ビーム及び遅延量組合せパターン選択部４５２に変更した点である。

遅延量組合せパターン記憶部４５１は、図１７に示した送信装置４００の遅延量組合せパターン記憶部４０１が有する遅延量組合せパターンと同じパターンを記憶し、記憶した遅延量組合せパターンを送信ビーム及び遅延量組合せパターン選択部４５２に出力する。

送信ビーム及び遅延量組合せパターン選択部４５２は、チャネル推定部１５４から出力されたチャネル推定値を用いて、遅延量組合せパターン記憶部４５１に記憶された全てのパターン毎にＣＱＩを測定し、測定したＣＱＩが最大となる遅延量組合せパターンと、そのパターンにおける所望送信ビームを選択する。選択した遅延量組合せパターンと所望送信ビームはフィードバック情報として図１７に示した送信装置４００の遅延量制御部４０２及びビーム形成制御部１０３に出力される。なお、送信ビーム及び遅延量組合せパターン選択部４５２の詳細な選択処理は、実施の形態１の図８に示したフローにおいて、ラン
ダム化パターンを遅延量組合せパターンに変更した手順と同一であるので、ここでの説明は省略する。

なお、図１８では、受信アンテナ数が２本であるが、送信装置４００と同様に３本以上用いても構わない。この場合、受信アンテナ数が増える以外は、受信装置４５０の他の部分は同じ構成でよい。送信装置４００から３つのビームを用いて信号を多重する場合には、受信アンテナが３本以上必要となる。

次に、Short DelayとLong Delayを同時に用いたCDD送信方法について説明する。３本の送信アンテナにおいて、遅延量０の信号、遅延量（Short Delay）の短い信号、遅延量（Long Delay）の長い信号をそれぞれ別々のアンテナから送信することにより、Short DelayとLong Delayを同時に用いたCDD送信を実現することができる。以下、CDDの特徴について簡単に説明する。

Short Delay CDDは、緩やかな周波数選択性を発生させることができる。すなわち、ユーザの割り当て帯域に対して１周しない緩やかな周波数選択性を発生させることにより、ユーザ自身が周波数スケジューリング効果を得ることができる。一方、Long Delay CDDは、強い（細かな）周波数選択性を発生させることができる。すなわち、ユーザの割り当て帯域に対して複数のピークを持つ強い周波数選択性を発生させることにより、ユーザ自身は周波数ダイバーシチ効果を得ることができる。

Long DelayのCDDによる強い周波数選択性は、隣接セルユーザの与干渉に対しても発生する。この強い周波数選択性は、隣接セルユーザに対して与干渉のランダム化効果となる。図１９に示すように、Short Delay のCDDとLong DelayのCDDを同時に用いることにより、所望ユーザが周波数スケジューリング効果を得ながら、隣接セルの与干渉をランダム化することができる。これを実現するためには、Short DelayのCDDとLong DelayのCDDを別のアンテナに配置する必要があり、３本以上のアンテナが必要である。

続いて、各送信アンテナと、各送信アンテナから送信する信号の遅延量との組合せパターンとして、表１に示したパターンを例に説明する。

所望ユーザにおいて、表１に示した各パターンを使ってＣＱＩを測定した様子を図２０に示す。また、各パターンを使って送信した場合の隣接セルユーザにおける受信状態を図２１に示す。ただし、図２０Ａ〜Ｃ、図２１Ａ〜Ｃは、パターンＡ〜Ｃについてそれぞれ示しているが、パターンＤ〜Ｆについても同様に考えることができる。

図２０では、各パターンを使ってＣＱＩを測定した結果、図２０Ａに示すパターンＡの場合に最大ＣＱＩとなっている。そこで、図２０では、遅延量組合せパターンは、パターンＡが選択される。ここで、送信ビームに関しても同様に、各送信ビームに対してＣＱＩを測定して、ＣＱＩが最大となる送信ビームを選択する。

このとき、隣接セルユーザでは、図２１に示す受信状態となっている。基地局からどの遅延量組合せパターンで送信されたとしても、長い遅延量のCDDによるランダム化効果により、干渉の平均レベルが小さく抑えられ、パターン間では干渉の平均レベルの変動が小さく抑えられている。

このように実施の形態４によれば、３本以上の送信アンテナを備えた送信装置がShort Delay CDDとLong Delay CDDとを同時に行う際、送信アンテナと遅延量との組合せパターンのうち、受信装置においてＣＱＩが最大となるパターンと送信ビームとを選択することにより、所望ユーザの品質を確保しつつ、CDDの周波数選択性のランダム化効果により隣
接セルに対する平均干渉量が抑えられ、送信ビームや周波数選択性が切り替わっても、隣接セルに与える干渉量の変動を抑えることができる。

なお、送信アンテナが４本の場合の遅延量組合せパターンとして、例えば、表２及び表３に示す組合せパターンがある。表２に示すパターンは、２つのアンテナからLong DelayのCDDを送信する組合せである。この組合せでは、隣接セルユーザは、ランダム化効果があるLong Delayの信号を２つ受信するので、そのダイバーシチ効果が得られる。これにより、与干渉のランダム化効果が高くなる。

一方、表３に示すパターンは、２つのアンテナからShort DelayのCDDを送信する組合せである。この組合せでは、所望ユーザにおいて、周波数選択性が強くなり、測定帯域のＣＱＩ（受信ＳＩＮＲなど）の変動が大きくなる。これにより、周波数スケジューリング効果が高くなる。

また、表２や表３の組合せパターンを１つにまとめてもよい。この場合、組合せ数が表２又は表３に対して倍になるので、受信状態に適した組合せ候補を選択できる可能性が高くなる。

なお、４アンテナ送信時では、図１７に示した送信装置４００及び図１８に示した受信装置４５０において、送受信アンテナ数が４本になる以外は、同じ構成である。また、処理フローについても同じである。

上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

２００６年１０月２４日出願の特願２００６−２８８９５０及び２００７年５月１日出願の特願２００７−１２０８４７の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明にかかる無線通信装置及び無線通信方法は、送信ビームを切り替える場合においても、自セルのＵＥに対するビーム利得を維持しつつ、隣接セルに与える干渉の変動を抑制することができ、例えば、移動通信システムの基地局装置及び通信端末装置等に適用できる。

ビーム切り替えの様子を示す図 図１に示したビーム切り替えの前後における、ＵＥ３の受信状況を示す図 複数ビームによるビーム送信の様子を示す図 ＢＳ１に接続しているＵＥ１及び隣接セル端末ＵＥ３の受信状態を示す図 ＢＳ１において送信信号のサブキャリア毎にビーム１からビーム４を切り替えて送信した場合の、ＵＥ１とＵＥ３の受信状態を示す図 本発明の実施の形態１〜３に係る送信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図 図７に示した受信装置の送信ビーム及びランダム化パターン選択部の選択処理を示すフロー図 本発明の実施の形態１に係るランダム化パターンを示す図 ＵＥ１における各ランダム化パターンを適用した場合のＣＱＩ測定結果を示す図 各パターンを適用してビーム送信した場合のＵＥ３における受信状態を示す図 本発明の実施の形態２に係る受信装置の構成を示すブロック図 図１２に示した受信装置の送信ビーム及びランダム化パターン選択部の選択処理を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係るランダム化パターンを示す図 本発明の実施の形態３に係る受信装置の構成を示すブロック図 測定帯域に対して緩やかに変化する周波数選択性を発生させた場合の所望ユーザにおける受信状態を示す図 本発明の実施の形態４に係る送信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４に係る受信装置の構成を示すブロック図 Short Delay のCDDとLong DelayのCDDを同時に用いた場合の所望ユーザにおける受信状態を示す図 表１に示した各パターンを使ってＣＱＩを測定した様子を示す図 表１に示した各パターンを使って送信した場合の隣接セルユーザにおける受信状態を示す図

Claims (10)

1. 通信相手装置から送信されたフィードバック情報に基づいて、複数の送信ビームをランダム化させるランダム化パターンを設定する制御手段と、
   設定された前記ランダム化パターンを用いて、前記複数の送信ビームを形成するビーム形成手段と、
   を具備し、
   前記フィードバック情報は、自装置と前記通信相手装置との間の伝搬路状況の推定値を用いて測定した複数のランダム化パターン毎のＣＱＩのうち、ＣＱＩが最大となる所望ビームの情報およびランダム化パターンの情報を含む、
   無線通信装置。
2. 通信相手装置から送信された信号に基づいて、前記通信相手装置と自装置との間の伝搬路状況を推定して、チャネル推定値を得る推定手段と、
   得られた前記チャネル推定値を用いて、前記通信相手装置からの複数の送信ビームをランダム化させる複数のランダム化パターン毎のＣＱＩを測定し、測定したＣＱＩが最大となる所望ビームおよびランダム化パターンを選択する選択手段と、
   選択された前記所望ビームおよびランダム化パターンの情報を含むフィードバック情報を、前記通信相手装置へ送信する送信手段と、
   を具備する無線通信装置。
3. 前記複数のランダム化パターンは、周波数方向にランダム化したランダム化パターンと、時間方向にランダム化したランダム化パターンとを含み、
   前記伝搬路状況の時間変動が大きい場合には、前記時間方向にランダム化したランダム化パターンが選択され、前記伝搬路状況の時間変動が小さい場合には、前記周波数方向にランダム化したランダム化パターンが選択される、請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記伝搬路状況の周波数応答又は時間応答の変動が予め設定された閾値より大きい場合、前記所望ビームがパイロット信号に近接して配置されたランダム化パターンが選択される請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
5. 前記ランダム化パターンは、２以上の送信ビームを前記所望ビームとして選択される請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
6. 前記複数のランダム化パターンは、隣接セルのトラフィック量が多いほど前記所望ビームの配置の割合が少ないランダム化パターンが選択され、前記隣接セルのトラフィック量が少ないほど前記所望ビームの配置の割合が高いランダム化パターンが選択される請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
7. 少なくとも２つの送信ビームを用いた空間多重を行う場合であり、かつ、前記隣接セルのトラフィック量が少ない場合には、前記少なくとも２つの送信ビームのうちの１つの送信ビームにのみランダム化パターンが適用される請求項６に記載の無線通信装置。
8. 隣接セルにおいて用いられているランダム化パターン以外のランダム化パターンが、前記ランダム化パターンとして選択される請求項１または請求項２に記載の無線通信装置。
9. 通信相手である受信装置から送信されたフィードバック情報に基づいて、複数の送信ビームをランダム化させるランダム化パターンを設定する制御工程と、
   設定された前記ランダム化パターンを用いて、前記複数の送信ビームを形成するビーム形成工程と、
   を具備し、
   前記フィードバック情報は、前記複数の送信ビームを送信する送信装置と前記受信装置との間の伝搬路状況の推定値を用いて測定した複数のランダム化パターン毎のＣＱＩのうち、ＣＱＩが最大となる所望ビームの情報およびランダム化パターンの情報を含む、
   無線通信方法。
10. 送信装置から送信された信号に基づいて、前記送信装置と受信装置との間の伝搬路状況を推定して、チャネル推定値を得る推定工程と、
    得られた前記チャネル推定値を用いて、前記送信装置からの複数の送信ビームをランダム化させる複数のランダム化パターン毎のＣＱＩを測定し、測定したＣＱＩが最大となる所望ビームおよびランダム化パターンを選択する選択工程と、
    選択された前記所望ビームおよびランダム化パターンの情報を含むフィードバック情報を、前記送信装置へ送信する送信工程と、
    を具備する無線通信方法。

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