JP2014195144A - マルチユーザｍｉｍｏシステムにおけるフィードバック情報の制御方法、及びマルチユーザｍｉｍｏシステムの移動局及び基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、移動局から基地局に送信されるフィードバック情報を伝搬状態に基づいて制御する方法を提供する。
【解決手段】移動局が、基地局からの希望信号チャネルの伝搬状態を測定し、測定された伝搬状態の情報を基地局に送信し、基地局が、伝搬状態情報を移動局より受信し、伝搬状態情報に基づいて、フィードバックビット数を決定し、決定したフィードバックビット数を移動局に通知し、移動局が、通知されたフィードバックビット数に応じて、フィードバック情報を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチユーザMIMOシステムにおけるフィードバック情報の制御方法に関し、特に伝搬状態に基づいてフィードバック情報を制御する方法と、マルチユーザMIMOシステムを構成する移動局及び基地局に関する。

無線通信の送信及び受信に複数のアンテナを用いて、複数のデータを空間的に多重して通信を行うMIMO（Multiple-Input Multiple-Output）伝送方法を適用したMIMOシステムが実現されている。特定の移動局に対する下り回線のデータレートを増大させるため、シングルユーザMIMOシステムでは、２×２MIMO又は４×４MIMOがあり、更にLTE（Long Term Evolution）-Advancedにおいては、８×８MIMOも想定されている。

シングルユーザMIMOにおいては、受信SINR（Signal-to-Interference plus Noise power Ratio）を向上させるため、基地局からの送信データに予め重み付けを行うプリコーディングが適用される。プリコーディングに用いられる送信アンテナウェイトは、移動局において、送信レイヤ毎のチャネル推定の結果から算出され、基地局にフィードバックされる。しかし、プリコーディング用送信アンテナウェイトのフィードバックは、上り回線における無線リソースを消費することになることから、フィードバック情報量の削減のため、予め決められたウェイト候補（コードブックと呼ばれる）の中から最適な候補を選択し、その候補を示す指示子を基地局にフィードバックしている。

一方、特定移動局に対するピークデータレートの増大を目的としたシングルユーザMIMOに対し、システム全体のスループット増大を目的としたマルチユーザMIMOが提案されている。マルチユーザMIMOでは、１又は複数の基地局が複数の移動局に対してMIMO通信を行う。このため、マルチユーザMIMOにおいては、ユーザ間の干渉を抑制するよう、送信アンテナウェイトを用いて、送信信号のプリコーディングを行う。送信アンテナウェイトは、移動局において測定されるチャネル推定値に基づくものであり、移動局から基地局にフィードバック情報としてフィードバックされる。

上記のように、基地局への送信アンテナウェイトのフィードバックは、上り回線の無線リソースを消費するために、送信する情報量を制限してフィードバックすることが求められる。このため、送信アンテナウェイトを量子化して、情報量を削減すると共に、フィードバックする送信アンテナウェイトを時間及び周波数上で間引くことで、送信量を低減させている。

送信アンテナウェイトは、所定のビット数により量子化される。例えば、非特許文献１では、13ビットの量子化を行っている。ここでは、ウェイトベクトルに対し、振幅成分を６ビット、位相成分を７ビットで量子化する。

齊藤他、「LTE-Advanced下りリンク4-by-2 MU-MIMOにおけるユーザ間角度差を考慮したスループット特性の屋外実験評価」、電子情報通信学会、信学技報RCS2012-224

量子化ビット数を一定とした場合、ビット数が小さい値に固定されたときには、ユーザ間干渉の抑制効果が小さくなる。逆に、ビット数が大きな値に固定されたときには、干渉抑制効果は向上する。

送信アンテナウェイトの量子化に使用するビット数が大きいほど、より正確な送信アンテナウェイトが生成されるため、プリコーディング送信によるユーザ間干渉の干渉抑制効果は向上する。また、基地局にフィードバックする送信アンテナウェイトの時間間隔及び周波数間隔が小さくなるほど、基地局において、より正確な送信アンテナウェイトの復元が可能となる。しかし、このように、量子化ビット数を大きな値に設定すること、あるいは送信アンテナウェイトの時間間隔及び周波数間隔を小さい値に設定することは、フィードバック情報量の増大となり、上り回線の無線リソースを大きく消費させる。更に、量子化ビット数を上げて、時間及び周波数間隔を小さくしても大きな干渉抑制効果を期待できない場合、フィードバック情報量が無駄になってしまう。

例えば、受信SNR（Signal-to-Noise Ratio）が悪い移動局を想定する。ここで、ノイズ（N）は、移動局の熱雑音に加えて、干渉抑制の対象外の基地局からの干渉を含むとする。このような低受信SNR状態には、信号電力が非常に小さい場合や干渉抑制の対象となっていない干渉電力が非常に大きい場合が考えられる。受信SNRが悪い場合、正確な送信アンテナウェイトを用いたプリコーディングによるユーザ間干渉抑制を行ったとしても、依然として受信SNRは悪い状態であるため、スループットの向上は期待できない。このため、量子化ビット数の増大による改善効果は小さく、大きな量子化ビット数は無駄となる。

逆に、受信SNRが良い状態では、より正確な送信アンテナウェイトによるプリコーディングを行うことで、ユーザ間干渉が高精度に抑制され、干渉抑制後の受信SINRが高くなるため、スループットの向上が可能となる。より正確な送信アンテナウェイトを送信するためには量子化ビット数を増加させる方法と、フィードバックの時間及び周波数間隔を狭くする方法がある。

また、移動局の移動速度が速く、ドップラー周波数が高い場合、伝搬路の時間変動が大きいため、送信アンテナウェイトのフィードバック時におけるフィードバックビット数を増やすことで、伝搬路の時間変動に対する追従性を確保して、スループットの劣化を抑制することができる。ここで、フィードバックビット数の増加は、量子化ビット数を増やす方法と、フィードバックする送信アンテナウェイトの時間間隔を短くする方法がある。逆に、移動局の移動速度が遅い場合には、伝搬路の時間変動が小さいため、フィードバックビット数増加に伴う干渉抑制効果の改善が少ないため、フィードバックビット数を減らすことで、上り回線の無線リソースを節約することができる。

更に、基地局から移動局への伝搬路の遅延スプレッドが大きく、使用する周波数帯域内の周波数選択性フェージングが大きい場合、フィードバックビット数を増やすことで、周波数領域での追従性を確保し、スループットの劣化を抑制できる。ここで、フィードバックビット数の増加は、量子化ビット数を増やす方法と、フィードバックする送信アンテナウェイトの周波数間隔を短くする方法がある。逆に、伝搬路の遅延スプレッドが小さい場合には、フィードバックビット数を減らすことで、上り回線の無線リソースを節約することができる。

このように、受信SNR、ドップラー周波数、遅延スプレッドなどの伝搬状態に応じて、フィードバック情報に用いるビット数を制御することで、より効率的なフィードバックビット数の割当てが可能となる。

本発明の目的は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、伝搬状態に基づいてフィードバック情報を制御する方法を提供することである。

本発明のその他の目的は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、伝搬状態に基づいて制御されたフィードバック情報を基地局に送信する移動局を提供することである。

本発明の更なる目的は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、伝搬状態に基づいて制御されたフィードバック情報を移動局から受信する基地局を提供することである。

本発明は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、移動局から基地局に送信されるフィードバック情報を伝搬状態に基づいて制御する方法であって、前記移動局が、前記基地局からの希望信号チャネルの伝搬状態を測定するステップと、前記移動局が、前記測定された伝搬状態の情報を前記基地局に送信するステップと、前記基地局が、前記伝搬状態情報を前記移動局より受信するステップと、前記基地局が、前記伝搬状態情報に基づいて、フィードバックビット数を決定するステップと、前記基地局が、前記決定したフィードバックビット数を前記移動局に通知するステップと、前記移動局が、前記通知されたフィードバックビット数に応じて、前記フィードバック情報を生成するステップと、を有する。

また、本発明は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、伝搬状態に基づいて制御されたフィードバック情報を基地局に送信する移動局であって、前記基地局からの希望信号チャネルの伝搬状態を測定する伝搬状態測定部と、前記測定された伝搬状態の情報を前記基地局に送信する伝搬状態情報送信部と、前記基地局が前記伝搬状態情報に基づいて決定したフィードバックビット数を、前記基地局から受信するフィードバックビット数受信部と、希望信号及び干渉信号の各チャネル推定を行い、該チャネル推定の結果から、送信アンテナウェイトを算出する送信アンテナウェイト算出部と、前記フィードバックビット数に応じて、前記算出した送信アンテナウェイトの量子化を行う送信アンテナウェイト量子化部と、前記量子化された送信アンテナウェイトをフィードバック情報として、前記基地局に送信するフィードバック情報送信部と、を有する。

更に、本発明は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、伝搬状態に基づいて制御されたフィードバック情報を移動局から受信する基地局であって、前記移動局から、前記移動局が測定した希望信号チャネルの伝搬状態情報を受信する伝搬状態情報受信部と、前記受信した伝搬状態情報に基づいて、前記フィードバックビット数を決定するフィードバックビット数決定部と、前記決定したフィードバックビット数を制御情報として前記移動局に通知するようにフレーム処理を行うフレーム処理部と、前記移動局が前記フィードバックビット数に応じて生成した前記フィードバック情報を、前記移動局から受信するフィードバック情報受信部と、前記受信したフィードバック情報に基づき生成される送信アンテナウェイトを用いて、送信信号のプリコーディングを行うプリコーディング部と、を有する。

マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、伝搬状態に基づいて、移動局から基地局に送信されるフィードバック情報を制御することで、効率的なフィードバックビット数の割当てが可能となり、上り回線におけるフィードバック情報の情報量を削減することができる。

本発明の動作を説明するフローチャートである。 マルチユーザMIMOの動作を説明するフローチャートである。 本発明による移動局の構成を示す図である。 本発明による基地局の構成を示す図である。 単一基地局マルチユーザMIMOシステムを説明する図である。 基地局間協調マルチユーザMIMOシステムを説明する図である。 送信アンテナウェイトが計算されるリソース要素を説明する図である。

以下図面を参照して、マルチユーザMIMOシステムにおけるフィードバック情報の制御方法について説明する。しかしながら、本発明が、図面又は以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。

まず、マルチユーザMIMOについて説明する。マルチユーザMIMOは、MIMO技術のうちで、１又は複数の基地局から複数の信号を複数の移動局（マルチユーザ）に同時に送信する技術である。複数の移動局に対し、同一時間、同一周波数で信号を送信するため、移動局では、受信した信号の中から自局向け信号を分離する必要がある。このとき、移動局での信号分離が可能となるよう、基地局では予めプリコーディングを行った信号を送信する。

マルチユーザMIMOとして、１つの基地局から複数の移動局に信号送信する単一基地局MIMOと、複数の基地局が複数の移動局に信号送信する基地局間協調マルチユーザMIMOが想定される。

単一基地局MIMOについて、図５を用いて説明する。本図において、参照番号７１は単一基地局MIMOシステム、４１は基地局ＢＳ１、５５〜５８はMIMO用アンテナ、７２は基地局４１がカバーするセル領域、１１は基地局４１とマルチユーザMIMO通信を行う１つの移動局ＭＳ１、７３はＭＳ１（１１）のMIMO用アンテナ、７４は基地局４１とマルチユーザMIMO通信を行う他の１つの移動局ＭＳ２、７５はＭＳ２（７４）のMIMO用アンテナである。図５において、基地局４１は、４つのMIMOアンテナを有し、２つの移動局ＭＳ１（１１）とＭＳ２（７４）は、それぞれ２つのMIMOアンテナを有し、基地局４１と各移動局との間では、２×２MIMO通信を行う。ここで、下り回線において、基地局アンテナ５５と５６は、ＭＳ１（１１）向け信号を送信し、ＭＳ１（１１）の２つのアンテナ７３が基地局４１からの信号を受信する。また、基地局アンテナ５７と５８は、ＭＳ２（７４）向け信号を送信し、ＭＳ２（７４）の２つのアンテナ７５が基地局４１からの信号を受信する。ただし、この単一基地局によるマルチユーザMIMOシステムは１つの例であり、例えば、基地局のアンテナ数を６として、３つの移動局に対して２×２MIMO通信を行うマルチユーザMIMOシステムとすることもできる。あるいは、基地局のアンテナ数を８、各移動局のアンテナ数を４として、４×４MIMO通信を行う２つの移動局を想定することもできる。また、基地局アンテナ５５〜５８がＭＳ１（１１）、ＭＳ２（７４）の各ユーザに４×２MIMO通信を行う場合を想定することもできる。

図５において、参照番号７６は、基地局４１のアンテナ５５、５６から移動局ＭＳ１（１１）のアンテナ７３に対し送信される信号の無線伝搬路（チャネル）を表し、その伝搬路は２×２の行列H₁₁で示されるとする。参照番号７７は、基地局４１のアンテナ５７、５８から移動局ＭＳ２（７４）のアンテナ７５に対し送信される信号の無線伝搬路を表し、その伝搬路行列はH₂₂で示される。参照番号７８は基地局４１のアンテナ５７、５８から移動局ＭＳ２（７４）に対し送信される信号の移動局ＭＳ１（１１）に対する干渉伝搬路を表し、その伝搬路行列はH₁₂で示される。参照番号７９は移動局ＭＳ１（１１）から基地局４１にフィードバックされる送信アンテナウェイト情報Wを表す。また参照番号８０は、基地局４１が接続する移動通信ネットワーク、８１は、基地局４１が通信ネットワーク８０と接続するネットワーク端子を表す。

ここで、マルチユーザMIMOにおける干渉抑圧方法について、図５に示すシステムを用いて説明する。ただし、以下に説明する方法は、干渉抑圧方法の１つの例である。基地局４１から移動局ＭＳ１（１１）に信号s₁（図示せず）が送信されるとする。信号s₁は、基地局４１の２つのアンテナ５５、５６から送信され、２×１行列で表される信号である。また、基地局４１の２つのアンテナ５７、５８から移動局ＭＳ２（７４）に信号s₂（図示せず）が送信されるとする。基地局４１において、送信信号のプリコーディングを行わないとすると、ＭＳ１（１１）での受信信号r₁とＭＳ２（７４）での受信信号r₂は、式（１）で示される。

ここで、H₂₁は、基地局４１からのＭＳ１（１１）向け信号s₁のＭＳ２（７４）に対する干渉の伝搬路行列である。また、nは各移動局における雑音である。ここで、nは熱雑音の他、図５に示されていないその他の基地局からの干渉を含めることもできる。ＭＳ１（１１）においては、H₁₂・s₂が干渉となり、ＭＳ２（７４）においては、H₂₁・s₁が干渉となる。

式（１）で示されるように、同一基地局から送信される他移動局向け信号は、干渉となり、受信信号品質を劣化させる。移動局において、自局向け信号と他移動局向けの信号とが干渉しないように分離することができれば、受信信号品質の劣化を抑制することができる。信号分離の１つの方法として、移動局において干渉信号を除去する干渉キャンセリング方式がある。一方、移動局においてユーザ間干渉が生じないように、送信側において、予め処理された信号を送信する方法がある。このように、送信信号に予め処理を施すことをプリコーディングと呼ぶ。本発明は、プリコーディングによる信号分離に基づく。

そこで、プリコーディングによる信号分離方法を説明する。以下、簡単化のため移動局ＭＳ１（１１）で受信する干渉を除去するためのプリコーディングを行うものとする。一方、ＭＳ２（７４）で受信する干渉を除去する場合も同様の処理で実現できる。また、マルチユーザMIMOシステムを構成する移動局数が２より多くなった場合、４×４MIMO（あるいは、その他のアンテナ構成）とした場合も同様である。

移動局ＭＳ１（１１）において、ＭＳ２（７４）向け信号による干渉（H₁₂・s₂）を抑圧するために、この干渉信号と逆位相の信号（‐H₁₂・s₂）が同時に受信されるようプリコーディングを行う。その時の移動局ＭＳ１（１１）での受信信号r₁’は、下記

となり、ＭＳ２（７４）向け信号s₂による干渉成分が相殺されている。

このように、移動局ＭＳ１（１１）において、干渉信号と逆位相の信号が受信されるように、移動局ＭＳ１（１１）向け信号にプリコーディングを行う。基地局４１では、下記式（３）のように、ＭＳ１（１１）向け信号s₁に干渉除去信号cを加えて、プリコーディングされた送信信号s₁’を生成する。

上記送信信号s₁’は、上記式（２）から、次式（４）のように表すことができる。

このため、干渉除去信号cは、次式（５）となる。

ここで、s₂はＭＳ２（７４）向け信号であり、同一基地局（４１）内で生成されて、提供される。また、Wは送信アンテナウェイトであり、ＭＳ１（１１）における希望信号の伝搬路行列の逆行列と干渉信号の伝搬路行列を掛けて、マイナスとしたものである。希望信号及び干渉信号の伝搬路行列は、移動局において推定されるため、送信アンテナウェイトW７９は、移動局よりフィードバックにより提供される。

また、上記の説明では、移動局が、推定した希望信号及び干渉信号の伝搬路行列から送信アンテナウェイトWを算出して、基地局にフィードバックするものとしたが、移動局から、伝搬路行列値をフィードバックして、基地局において、送信アンテナウェイトWを算出することもできる。

次に、図６を用いて、基地局間協調マルチユーザMIMOについて説明する。図６の参照番号９１は基地局間協調マルチユーザMIMOシステム、９２は基地局ＢＳ１、９３は基地局ＢＳ１（９２）のMIMO用アンテナ、９４は基地局ＢＳ１（９２）のセル領域、９５は基地局ＢＳ２、９６は基地局ＢＳ２（９５）のMIMO用アンテナ、９７は基地局ＢＳ２（９５）のセル領域である。基地局ＢＳ２（９５）は、基地局ＢＳ１（９２）に隣接し、基地局ＢＳ１（９２）と共に基地局間協調マルチユーザMIMOを行う基地局である。また、参照番号１１はセル９４内の移動局ＭＳ１、９８は移動局ＭＳ１（１１）のMIMO用アンテナ、９９はセル９７内の移動局ＭＳ２、１００は移動局ＭＳ２（９９）のMIMO用アンテナを示す。ここで、基地局ＢＳ１（９２）、基地局ＢＳ２（９５）、移動局ＭＳ１（１１）、移動局ＭＳ２（９９）は、それぞれ２本のアンテナを有し、基地局ＢＳ１（９２）と移動局ＭＳ１（１１）が２×２MIMO通信を行い、基地局ＢＳ２（９５）と移動局ＭＳ２（９９）が２×２MIMO通信を行うものとする。ただし、単一基地局マルチユーザMIMOシステムにおいて説明したように、各々４×４MIMO通信を行うこともできる。また、その他の隣接する基地局とその基地局に無線接続するその他の移動局を基地局間協調マルチユーザMIMOシステムに含めることもできる。

図６の参照番号１０１は基地局ＢＳ１（９２）のアンテナ９３から移動局ＭＳ１（１１）のアンテナ９８に対し送信される信号の無線伝搬路を表し、その伝搬路行列は２×２の行列H₁₁で示される。参照番号１０２は基地局ＢＳ２（９５）のアンテナ９６から移動局ＭＳ２（９９）のアンテナ１００に対し送信される信号の無線伝搬路を表し、その伝搬路行列はH₂₂で示される。参照番号１０３は、基地局ＢＳ２（９５）のアンテナ９６から移動局ＭＳ２（９９）に対し送信される信号による移動局ＭＳ１（１１）に対する干渉伝搬路を表し、その伝搬路行列はH₁₂で示される。参照番号１０４は、移動局ＭＳ１（１１）から基地局ＢＳ１（９２）にフィードバックされる送信アンテナウェイトWを表す。また、参照番号１０５は、基地局ＢＳ１（９２）及び基地局ＢＳ２（９５）が接続する移動通信ネットワークを表し、１０７、１０８は、各基地局９２、９５が移動通信ネットワーク１０５に接続するネットワーク端子を表す。

移動局ＭＳ１（１１）における干渉抑制方法は、上記した単一基地局マルチユーザMIMOにおける干渉抑制方法と同じである。ただし、単一基地局マルチユーザMIMOでは、ＭＳ１（１１）に対して干渉となる信号データs2は、同一基地局内で通知されていたのに対し、基地局間協調マルチユーザMIMOでは、干渉信号s2は、他方の基地局から送信される。このため、例えば、干渉信号データs2は、移動通信ネットワーク１０５を介して、基地局ＢＳ２（９５）から基地局ＢＳ１（９２）に伝送される。

干渉抑制方法に関し、単一基地局マルチユーザMIMOと基地局間協調マルチユーザMIMOとの間の違いは、上記のように、干渉信号の送信データを同一基地局内で提供するか、移動通信ネットワークを介して提供するかの違いのみである。このため、以下では、本発明によるフィードバック情報の制御方法について、単一基地局マルチユーザMIMOシステムの場合を説明する。ただし、本発明は、基地局間協調マルチユーザMIMOシステムにおいても同様に適用できる。

まず、マルチユーザMIMOの一般的な動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。移動局では、ステップＳ３０１において、希望信号チャネルの推定を行う。希望信号チャネルは、移動局向け信号が送信される基地局アンテナからこの移動局のアンテナまでの伝搬路であり、図５において、伝搬路行列H₁₁（７６）で示される。基地局からは、アンテナ毎の参照信号が送信されており、この参照信号を用いてチャネル推定が行われる。また、Ｓ３０２において、干渉信号チャネルの推定が行われる。干渉信号チャネルは、干渉信号が送信される基地局アンテナからこの移動局のアンテナまでの伝搬路であり、図５において、伝搬路行列H₁₂（７８）で示される。希望信号チャネルと同様に、参照信号を用いてチャネル推定が行われる。希望信号チャネル及び干渉信号チャネルの推定値から伝搬路行列を算出し、Ｓ３０３において、上記式（５）に示される送信アンテナウェイトWを算出する。

しかし、この移動局に割り当てられた下り回線無線リソースの全時間及び全周波数に対して、高精度の送信アンテナウェイトWを算出し、基地局にフィードバックすることは、上り回線での無線リソースを大きく消費させる。このため、下り回線無線リソースのうち、所定の時間間隔及び周波数間隔で、送信アンテナウェイトWが算出される。更に、Ｓ３０４において、送信アンテナウェイトを所定のビット数で量子化して、送信するビット数を抑制する。所定時間及び所定周波数の間隔毎に量子化された送信アンテナウェイトは、Ｓ３０５において、基地局にフィードバックするためのフィードバック情報を生成する。この様に生成されたフィードバック情報は、Ｓ３０６において、基地局にフィードバックされる。

基地局では、Ｓ３０７において、移動局から送信されたフィードバック情報を受信する。Ｓ３０８において、そのフィードバック情報に基づいた送信アンテナウェイトが生成される。フィードバック情報は、所定の時間間隔及び周波数間隔毎の情報であるため、補間等の方法を用いて、この移動局に割当てられた下り回線の全無線リソース領域に拡張され、送信アンテナウェイトを生成する。Ｓ３０９において、算出された送信アンテナウェイト及び干渉信号の送信データを用いて、上記式（５）のように干渉除去信号cが生成される。干渉信号の送信データは、単一基地局MIMOであれば、基地局内で通知され、基地局間協調MIMOであれば、ネットワーク１０５を介して通知される。Ｓ３１０において、上記式（３）で示されるように、干渉除去信号を用いて、送信信号のプリコーディングが行われる。Ｓ３１１において、プリコーディングされた信号が基地局のMIMOアンテナから送信される。

移動局では、Ｓ３１２において、基地局から送信された信号のMIMO受信を行う。このとき、上記式（２）に示されるように、干渉信号は抑圧されて受信される。ただし、送信アンテナウェイトの量子化の影響やチャネル推定時の誤差等により、干渉は完全には抑圧されない。最後に、Ｓ３１３において、送信アンテナ毎の信号の復号化及び復調が行われ、受信データが生成される。

次に、本発明におけるフィードバック情報の制御方法について、図１のフローチャートを用いて説明する。移動局では、Ｓ２０１において、希望信号チャネルの推定が行われる。この処理は、図２におけるＳ３０１と同様である。続いて、希望信号チャネルの推定値を用いて、Ｓ２０２において、希望信号チャネルの伝搬状態が推定される。

希望信号チャネルの伝搬状態として、受信SNR、遅延スプレッド、ドップラー周波数などが想定される。受信SNRは、マルチユーザMIMOにおける干渉信号が除去された後の受信信号品質とすることができる。受信SNRの測定は、雑音成分を含む瞬時的なチャネル推定値と、雑音成分を取り除いた平均的なチャネル推定値との差分から求めることができる。

遅延スプレッドは、マルチパスフェージングにおけるパスの時間的広がりを表す尺度であり、受信信号の到来時間及びパスの電力から算出することができる。

ドップラー周波数は、移動局の移動速度と関連するため、移動速度や受信信号の周波数ずれ等から推定することができる。移動局の移動速度は、例えば、移動局がGPS機能を備えている場合には、単位時間当たりに進んだ移動距離から算出することができる。また、移動局が加速度センサを備えている場合には、直接測定することができる。このため、ドップラー周波数の測定においては、Ｓ２０１のチャネル推定を必要としない。

Ｓ２０２において推定された希望信号チャネルの伝搬状態は、Ｓ２０３において、伝搬状態情報として基地局に送信される。報告する伝搬状態情報は、受信SNR、ドップラー周波数、遅延スプレッドの測定結果の少なくとも１つとすることができる。あるいは、これらの伝搬状態の測定結果を総合的に判断した結果の指標値を報告することもできる。例えば、受信SNR、ドップラー周波数、遅延スプレッドの測定結果をそれぞれ５段階で評価し、これら評価結果の合計点数を総合の指標値として報告することもできる。

基地局では、Ｓ２０４において、移動局から希望信号チャネルの伝搬状態情報を受信する。受信した伝搬状態情報に基づいて、Ｓ２０５において、移動局が基地局にフィードバック情報を送信する際に使用されるフィードバックビット（ＦＢ）数を決定する。

ここで、移動局から送信されるフィードバック情報に対するフィードバックビット数について説明する。移動局では、基地局から下り回線信号を受信し、下り回線信号内に含まれる参照信号を用いて、リソース要素毎に希望信号チャネルと干渉信号チャネルの各チャネル推定を行う。リソース要素は、１サブキャリア（周波数方向）×１シンボル（時間方向）で構成される。送信アンテナウェイトWは、リソース要素毎に算出することができる。しかし、上り回線における送信情報量を考慮し、周波数方向及び時間方向において、所定の間隔で間引いて、所定のビット数で量子化が行われる。

図７に送信アンテナウェイトが計算されるリソース要素の例を示す。この図では、時間軸上では４シンボル毎、周波数軸上では５サブキャリア毎のリソース要素において、送信アンテナウェイトが計算される。

フィードバック情報のフィードバックビット数は、例えば、所定時間当たりのフィードバックビット数とすることができる。簡単な例として、量子化に使用されるビット数を10ビットとし、周波数方向には２つの情報を送り、時間方向の間隔を5 msとしたとする。所定時間を10 msとすると、フィードバックビット数は、40ビットとなる。フィードバックビット数を小さく設定することは、量子化に使用されるビット数を減らす、あるいは時間又は周波数間隔を増やすことで行われる。

また、上記の送信アンテナウェイトWは、ベクトルで表される。このため、送信アンテナウェイトWを量子化する際には、大きさ成分と方向成分を考慮する必要がある。上記のように、量子化に使用されるビット数を10ビットとした場合、例えば、振幅を４ビットで量子化し、位相を６ビットで量子化することができる。あるいは、ＩＱ空間でのＩ成分を５ビットで量子化し、Ｑ成分を５ビットで量子化することができる。

移動局から受信した伝搬状態情報が、受信SNRに関する情報であるとき、受信SNRが良好な場合、フィードバック情報に対するフィードバックビット数を大きく設定し、受信SNRが劣悪な場合、フィードバックビット数を小さく設定する。また、移動局から受信した伝搬状態情報が、ドップラー周波数に関する情報であるとき、ドップラー周波数が高い場合、フィードバックビット数を大きく設定し、ドップラー周波数が低い場合、フィードバックビット数を小さく設定する。更に、移動局から受信した伝搬状態情報が、遅延スプレッドに関する情報であるとき、遅延スプレッドが大きい場合、フィードバックビット数を大きく設定し、遅延スプレッドが小さい場合、フィードバックビット数を小さく設定する。

上記のように決定されたフィードバックビット数は、Ｓ２０６において、基地局から移動局に送信されて通知される。あるいは、フィードバックビット数そのものを通知する代わりに、基地局と移動局とで共通の参照テーブルを持ち、フィードバックビット数に相当するフラグ値を通知することもできる。簡単な例を表１に示す。

基地局は、上記表１に示されるフラグ値を移動局に通知する。移動局では、同じ参照テーブルを用いて、通知されたフラグ値に相当する量子化ビット数、時間間隔及び周波数間隔を抽出することができる。

移動局では、Ｓ２０７において、フィードバックビット数を受信する。そして、Ｓ２０８において、通知されたフィードバックビット数に従い、送信アンテナウェイトを算出するリソース要素を決定し、そのリソース要素において算出した送信アンテナウェイトを量子化する。Ｓ２０９において、量子化された送信アンテナウェイトから、フィードバック情報が生成される。Ｓ２１０において、フィードバック情報が基地局に送信される。

基地局では、Ｓ２１１において、移動局よりフィードバック情報を受信する。この際、移動局に通知したフィードバックビット数に基づいて、フィードバック情報から送信アンテナウェイト情報を抽出する。抽出された送信アンテナウェイト情報は、図２のＳ３０８において、アンテナ送信ウェイトの算出に使用される。

上記の実施例においては、移動局より通知される伝搬状態情報に基づき、基地局がフィードバックビット数を決定するものとしたが、移動局がフィードバックビット数を決定することもできる。上記表１に示すような参照テーブルを基地局と移動局が共通に備え、移動局では、移動局で測定した希望信号チャネルの伝搬状態に基づいて、フィードバックビット数の組み合わせを決定する。移動局は、決定したフィードバックビット数の組み合わせに対応するフラグ値を基地局に通知する。基地局は、通知されたフラグ値に対応するフィードバックビット数の組み合わせの承認を再度移動局に通知するものである。

次に、本発明に関する移動局の構成を図３により説明する。なお、図３に示す装置の構成は、マルチユーザMIMOに関する構成を抜粋したものであり、その他の移動無線通信に必要な構成は省略したものである。図３において、参照番号１１は移動局、１２は移動局アンテナ１、１３は移動局アンテナ２を示す。移動局アンテナ１（１２）、移動局アンテナ２（１３）は、基地局アンテナとの間でMIMOを構成する。参照番号１４はアンテナ１（１２）に対応する受信部、１５はアンテナ２（１３）に対応する受信部であり、受信部１４と受信部１５は、同じ構成である。

受信部１４内において、参照番号１６はRF受信部、１７はフレーム処理部、１８は参照信号抽出部を示す。RF受信部１６は、アンテナ１（１２）を介してRF信号を受信する。フレーム処理部１７では、受信した信号をデータ信号や各種の制御信号に分離する。制御信号には、本発明に関するフィードバックビット数も含まれる。参照信号抽出部１８は、受信信号内に挿入された参照信号を抽出する。参照信号は、チャネル推定に使用されるため、チャネル推定部に送られる。

図３において、参照番号１９はMIMO処理部、２０は復号化／復調部を表す。MIMO処理部１９では、移動局アンテナ１（１２）及び移動局アンテナ２（１３）で受信されたMIMO信号の空間分離処理を行い、送信アンテナ毎の信号に変換する。復号化／復調部２０は、送信アンテナ毎に空間分離された信号の復号及び復調を行う。図３では、２×２MIMO通信を想定しているため、２つの基地局送信アンテナに対応する２つの復号化／復調部を有する。また、参照番号２１は並列―直列変換器、２２は受信データを表す。送信アンテナ毎に復号及び復調された信号は、並列―直列変換器２１において、直列変換されて、受信データ２２となる。

更に、図３において、参照番号２３はフィードバックビット数受信部、２４は干渉信号チャネル推定部、２５は希望信号チャネル推定部、２６は端末状態測定部、２７はウェイト算出部、２８はウェイト量子化部、２９はフィードバックビット情報送信部、３０は伝搬状態測定部、３１は伝搬状態情報送信部、３２はRF送信部を表す。フィードバックビット数受信部２３は、フレーム処理部１７で抽出されたフィードバックビット数を受信する。干渉信号チャネル推定部２４では、マルチユーザMIMOとして干渉抑圧される干渉信号のチャネルが推定される。図５に示す例では、基地局アンテナ５７及び５８から送信され移動局１（１１）のアンテナ７３で受信される干渉信号のチャネルH₁₂（７８）が推定される。希望信号チャネル推定部２５では、希望信号チャネルが推定される。図５に示す例では、基地局アンテナ５５及び５６から送信され移動局１（１１）のアンテナ７３で受信される信号のチャネルH₁₁（７６）が推定される。

端末状態測定部２６では、例えば、移動端末の移動速度が測定される。ウェイト算出部２７では、希望信号チャネル及び干渉信号チャネルの各推定値から送信アンテナウェイトを算出する。この際、送信アンテナウェイトの算出対象となるリソース要素は、フィードバックビット数受信部２３から得られたフィードバックビット数に基づく時間間隔及び周波数間隔から決定することができる。ウェイト量子化部２８では、フィードバックビット数に応じて、算出された送信アンテナウェイトの量子化を行う。量子化された送信アンテナウェイトは、フィードバック情報送信部２９において、フィードバック情報に生成されて、送信信号に変換される。伝搬状態測定部３０では、希望信号チャネル推定値から伝搬状態（例えば、受信SNR、遅延スプレッド）を測定することができる。あるいは、端末状態測定部からの移動局の移動速度情報に基づき、ドップラー周波数を推定することができる。測定された伝搬状態は、伝搬状態情報送信部３１において、伝搬状態情報に生成され、送信信号に変換される。RF送信部３２では、フィードバック情報信号及び伝搬状態情報信号をRF信号に変換して、移動局アンテナ１２及び１３の両方又はどちらか一方を用いて、基地局に送信する。フィードバック情報は、所定の間隔毎に基地局に送信される。一方、伝搬状態情報の送信は、所定間隔毎とすることもでき、あるいは、伝搬状態が変動して、前回送信時との差分が所定のしきい値を超えたときに送信することもできる。

次に、本発明に関する基地局の構成を図４により説明する。ここでの基地局は、図５に示す単一基地局マルチユーザMIMOシステムの基地局４１に相当する。図４において、参照番号４１は基地局、４２は移動局ＭＳ１用送信データ部、４３は移動局ＭＳ２用送信データ部、４４は送信データ部４２内の送信データ、４５は直列―並列変換器を表す。送信データ部４３は送信データ部４２と同じ構成となる。送信データ４４は、移動局ＭＳ１に送信するデータである。直列―並列変換器４５は、２送信アンテナによるMIMO通信のために、送信データ４４を２ストリームの信号に並列変換する。

図４において、参照番号４６はアンテナ１用送信部、４７はアンテナ２用送信部、４８はアンテナ３用送信部、４９はアンテナ４用送信部を表す。アンテナ１用送信部４６では、アンテナ１から送信される信号の信号処理が行われる。その他の送信部４７、４８、４９も同じ構成を有する。また、参照番号５５はアンテナ１、５６はアンテナ２、５７はアンテナ３、５８はアンテナ４を表す。アンテナ１（５５）とアンテナ２（５６）は、移動局ＭＳ１向け信号を送信するMIMOアンテナ、アンテナ３（５７）とアンテナ４（５８）は、移動局ＭＳ２向け信号を送信するMIMOアンテナである。

図４の送信部４６において、参照番号５０は符号化／変調部、５１はプリコーディング部、５２はフレーム処理部、５３は参照信号生成部、５４はRF送信部を表す。符号化／変調部５０では、アンテナ１用送信データの符号化及び変調を行う。プリコーディング部５１は、移動局より送られるフィードバック情報に基づいて生成される送信アンテナウェイトにより送信信号のプリコーディングを行う。プリコーディングは、例えば、上記式（３）により行われる。移動局ＭＳ１用信号のプリコーディングにおいては、上記式（５）に示されるように、ユーザ間干渉信号となる移動局ＭＳ２向け信号の送信データを必要とする。この送信データは、図４の構成において、移動局ＭＳ２用送信データ部４３から提供される。参照信号生成部５３では、アンテナ１から送信される参照信号が生成される。フレーム処理部５２では、信号のフレーム処理を行い、送信データ、参照信号、フィードバックビット数などの制御信号がフレームとして形成される。RF送信部５４は、アンテナ１（５５）から信号を送信するためにRF信号に変換する。

図４において、参照番号５９は移動局ＭＳ１用受信部、６０は移動局ＭＳ２用受信部、６１は移動局１用受信部５９内のRF受信部、６２は伝搬状態情報受信部、６３はフィードバックビット数決定部、６４はフィードバック情報受信部、６５はウェイト生成部を表す。移動局ＭＳ２用受信部６０は、移動局ＭＳ１用受信部５９と同じ構成となる。RF受信部６１は、アンテナ１（５５）とアンテナ２（５６）の両方又はどちらか一方から、マルチユーザMIMOに関する情報を受信する。伝搬状態情報受信部６２は、移動局ＭＳ１から送られる伝搬状態情報を受信する。フィードバックビット数決定部６３は通知された伝搬状態情報に基づいて、フィードバックビット数を決定する。決定されたフィードバックビット数は、フレーム処理部５２において、フレーム処理されて、移動局に通知される。また、フィードバック情報受信部６４において、フィードバック情報を抽出する際に使用される。フィードバック情報受信部６４で受信されたフィードバック情報は、ウェイト生成部６５において、送信アンテナウェイトの生成に用いられる。送信アンテナウェイトは、アンテナ１用送信部４６のプリコーディング部５１とアンテナ２用送信部４７のプリコーディング部（図示なし）に送られ、送信信号のプリコーディングに使用される。

マルチユーザMIMOの干渉抑圧方法については、上記式（１）〜（５）を用いて説明した。しかし、この方法は、干渉抑圧方法の１つである。その他の干渉抑圧方法の１つにブロック対角化方法がある。この方法では、受信信号行列における非対角項がゼロになるよう送信アンテナウェイトが計算される。この送信アンテナウェイトの計算においては、マルチユーザMIMOシステムを構成する他の移動局において測定されてフィードバックされるチャネル情報、あるいはそのチャネル情報から得られるウェイト情報を必要とする（これらをフィードバック情報とする）。単一基地局マルチユーザMIMOにおいては、同一基地局内でフィードバック情報のやり取りが可能である。しかし、基地局間協調マルチユーザMIMOにおいては、移動通信ネットワークを介して、基地局間でフィードバック情報をやり取りする（基地局間でフィードバック情報を共有する）必要が生じる。このため、干渉抑圧方法としてブロック対角化方法を用いた場合、本発明により、伝搬状態に応じてフィードバック情報を制御することは、上り回線におけるフィードバック情報量を削減するだけでなく、移動通信ネットワークの基地局間において伝送される情報量を削減する効果も生じる。

Claims (7)

1. マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、移動局から基地局に送信されるフィードバック情報を伝搬状態に基づいて制御する方法であって、
   前記移動局が、前記基地局からの希望信号チャネルの伝搬状態を測定するステップと、
   前記移動局が、前記測定された伝搬状態の情報を前記基地局に送信するステップと、
   前記基地局が、前記伝搬状態情報を前記移動局より受信するステップと、
   前記基地局が、前記伝搬状態情報に基づいて、フィードバックビット数を決定するステップと、
   前記基地局が、前記決定したフィードバックビット数を前記移動局に通知するステップと、
   前記移動局が、前記通知されたフィードバックビット数に応じて、前記フィードバック情報を生成するステップと、
   を有するフィードバック情報制御方法。
2. 前記フィードバックビット数は、所定時間当たりの総ビット数であり、前記フィードバック情報が生成される時間間隔及び周波数間隔と、前記フィードバック情報の量子化ビット数との組み合わせで決定される、請求項１に記載のフィードバック情報制御方法。
3. 前記希望信号チャネルの伝搬状態の情報は、受信ＳＮＲ、ドップラー周波数、遅延スプレッドの少なくとも１つで表される、請求項１に記載のフィードバック情報制御方法。
4. 前記移動局が、前記伝搬状態情報を前記基地局に送信するステップは、
   前記測定された伝搬状態に基づいて、前記フィードバックビット数を決定するステップと
   前記決定したフィードバックビット数を前記基地局に送信するステップと、
   を含む、請求項１に記載のフィードバック情報制御方法。
5. 前記基地局と前記移動局は、前記フィードバックビット数に関するフラグ情報を格納する共通の参照テーブルを有し、前記基地局は、前記移動局に前記フィードバックビット数に関するフラグ情報を送信する、請求項２に記載のフィードバック情報制御方法。
6. マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、伝搬状態に基づいて制御されたフィードバック情報を基地局に送信する移動局であって、
   前記基地局からの希望信号チャネルの伝搬状態を測定する伝搬状態測定部と、
   前記測定された伝搬状態の情報を前記基地局に送信する伝搬状態情報送信部と、
   前記基地局が前記伝搬状態情報に基づいて決定したフィードバックビット数を、前記基地局から受信するフィードバックビット数受信部と、
   希望信号及び干渉信号の各チャネル推定を行い、該チャネル推定の結果から、送信アンテナウェイトを算出する送信アンテナウェイト算出部と、
   前記フィードバックビット数に応じて、前記算出した送信アンテナウェイトの量子化を行う送信アンテナウェイト量子化部と、
   前記量子化された送信アンテナウェイトをフィードバック情報として、前記基地局に送信するフィードバック情報送信部と、
   を有する移動局。
7. マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、伝搬状態に基づいて制御されたフィードバック情報を移動局から受信する基地局であって、
   前記移動局から、前記移動局が測定した希望信号チャネルの伝搬状態情報を受信する伝搬状態情報受信部と、
   前記受信した伝搬状態情報に基づいて、前記フィードバックビット数を決定するフィードバックビット数決定部と、
   前記決定したフィードバックビット数を制御情報として前記移動局に通知するようにフレーム処理を行うフレーム処理部と、
   前記移動局が前記フィードバックビット数に応じて生成した前記フィードバック情報を、前記移動局から受信するフィードバック情報受信部と、
   前記受信したフィードバック情報に基づき生成される送信アンテナウェイトを用いて、送信信号のプリコーディングを行うプリコーディング部と、
   を有する基地局。

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