JP2015041941A - 無線基地局、中継局及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線基地局と中継局との間のバックホールリンクの大容量化を図ること。
【解決手段】無線基地局（ＢＳ）が、少なくとも１つの中継局を含む複数の通信装置に対する下り信号を、異なる送信電力で同一無線リソースに非直交多重し、複数の通信装置に対して異なる送信電力で下り信号を送信し、中継局（ＲＳ）が、無線基地局において同一無線リソースに異なる送信電力で非直交多重された他の通信装置に対する下り信号の干渉を除去して、自局に対する下り信号として自局に接続された下位の通信装置に対する下り信号を受信し、無線基地局で非直交多重された無線リソースとは異なる無線リソースで、下位の通信装置に対して下り信号を送信する構成にした。
【選択図】図２

Description

本発明は、次世代移動通信システムにおける無線基地局、中継局及び無線通信方法に関する。

従来、無線通信システムでは、様々な無線通信方式が用いられている。例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）とも呼ばれるＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）では、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）が用いられる。また、ＬＴＥ（Long Term Evolution）では、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が用いられる（例えば、非特許文献１）。

3GPP TR 25.913"Requirements for Evolved UTRA and Evolved UTRAN"

ところで、無線通信システムでは、ＯＦＤＭＡによる高速・大容量通信の実現に加え、セル端のユーザ端末のスループット向上を課題としている。この解決手段として、無線基地局とユーザ端末の無線通信を中継するリレー技術が検討されている。リレー技術を用いることで、有線バックホールリンクの確保が困難な場所等で、効率的にカバレッジを拡大可能なことが期待される。このような中継局を介して通信される無線通信システムにおいては、無線バックホールリンクの更なる大容量化が求められている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、無線基地局と中継局との間の無線バックホールリンクの大容量化を図ることができる無線基地局、中継局及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線基地局は、バックホールリンクを介して中継局に接続され、当該中継局を中継してユーザ端末と通信する無線基地局であって、少なくとも１つの中継局を含む複数の通信装置に対する下り信号を、異なる送信電力で同一無線リソースに非直交多重する多重部と、前記複数の通信装置に対して異なる送信電力で下り信号を送信する送信部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、無線基地局とユーザ端末とを結ぶアクセスリンクだけでなく、無線基地局と中継局とを結ぶバックホールリンクに、異なる送信電力で同一無線リソースに非直交多重する非直交多元接続が適用される。これにより、アクセスリンクだけでなく、バックホールリンクの大容量化を図ることができる。また、バックホールリンクを含む様々なシステム形態に非直交多元接続を適用させることで、ネットワーク全体の大容量化を図ることができる。

ＮＯＭＡ（非直交多元接続）の説明図である。 ＮＯＭＡを適用するシステム構成の説明図である。 中継局に高度な受信機（Advanced receiver）を適用する一例を示す図である。 無線基地局とユーザ端末及び中継局との間の通信手順の一例を示す図である。 中継局とマルチホップ中継局との間の通信手順の一例を示す図である。 ＮＯＭＡにおける制御信号の下り制御情報の一例を示す図である。 ＮＯＭＡにおける制御信号の上り制御情報の一例を示す図である。 無線基地局の送信側の機能ブロック構成図である。 中継局の受信側の機能ブロック構成図である。

図１は、下りリンクにおける非直交多元接続（ＮＯＭＡ：Non-Orthogonal Multiple Access）の説明図である。図１では、無線基地局ＢＳのカバレッジエリア内で、無線基地局ＢＳの近辺にユーザ端末ＵＥ１が位置し、無線基地局ＢＳの遠方にユーザ端末ＵＥ２が位置する場合が示されている。無線基地局ＢＳから各ユーザ端末ＵＥ１、ＵＥ２への下り信号のパスロスは、無線基地局ＢＳから離れるのに伴って増加する。このため、無線基地局ＢＳから遠いユーザ端末ＵＥ２の受信ＳＩＮＲは、無線基地局ＢＳの近くのユーザ端末ＵＥ１の受信ＳＩＮＲよりも低くなる。

ＮＯＭＡでは、受信ＳＩＮＲやＲＳＲＰ等のチャネルゲインやパスロス等に応じて送信電力を異ならせることで、同一無線リソースに対して複数のユーザ端末ＵＥが非直交多重される。例えば、図１では、ユーザ端末ＵＥ１、ＵＥ２に対する下り信号が異なる送信電力で同一無線リソースに多重される。受信ＳＩＮＲが高いユーザ端末ＵＥ１に対する下り信号には相対的に小さい送信電力が割り当てられ、受信ＳＩＮＲが低いユーザ端末ＵＥ２に対する下り信号には相対的に大きな送信電力が割り当てられている。

また、ＮＯＭＡでは、逐次干渉キャンセラ型の信号分離法であるＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）により受信信号から干渉信号を除去することで、自端末に対する下り信号が抽出される。自端末に対する下り信号にとっては、同一無線リソースに非直交多重された自端末よりも送信電力が大きな他端末に対する下り信号が干渉信号になる。このため、自端末よりも送信電力の大きな他端末に対する下り信号をＳＩＣによって受信信号から除去することで、自端末に対する下り信号が抽出される。

例えば、図１において、ユーザ端末ＵＥ２の受信ＳＩＮＲは、ユーザ端末ＵＥ１の受信ＳＩＮＲよりも低いので、ユーザ端末ＵＥ２に対する下り信号は、ユーザ端末ＵＥ１に対する下り信号より大きな送信電力で送信される。このため、無線基地局ＢＳに近いユーザ端末ＵＥ１は、自端末に対する下り信号だけでなく、同一無線リソースに非直交多重されたユーザ端末ＵＥ２に対する下り信号を干渉信号として受信する。ユーザ端末ＵＥ１は、ユーザ端末ＵＥ２に対する下り信号をＳＩＣにより除去することで、自端末に対する下り信号を抽出して適切に復号する。

一方で、ユーザ端末ＵＥ１の受信ＳＩＮＲは、ユーザ端末ＵＥ２の受信ＳＩＮＲよりも高いので、ユーザ端末ＵＥ１に対する下り信号は、ユーザ端末ＵＥ２に対する下り信号よりも小さな送信電力で送信される。このため、無線基地局ＢＳから遠いユーザ端末ＵＥ２は、同一無線リソースに非直交多重されたユーザ端末ＵＥ１に対する下り信号を無視して、自端末に対する下り信号を適切に受信できる。ユーザ端末ＵＥ２は、ユーザ端末ＵＥ１に対する下り信号による干渉を無視できるため、ＳＩＣによる干渉除去を行うことなく、自端末に対する下り信号を抽出して適切に復号する。

このように、ＮＯＭＡでは、送信側で同一無線リソースに対してチャネルゲイン（受信ＳＩＮＲ等）が異なる複数のユーザ端末ＵＥ１、ＵＥ２を多重し、受信側に干渉キャンセラを適用することで周波数利用効率を向上させている。

上記した無線通信システムでは、主にアクセスリンクの大容量化にＮＯＭＡが用いられており、アクセスリンク以外の大容量化にＮＯＭＡを用いることについてまでは十分に検討されていない。そこで、本発明者らは、リレー技術が適用された無線通信システムの無線バックホールリンクにＮＯＭＡを適用して、様々のシステム形態の大容量化に対応できるように、本発明に至った。すなわち、本発明の骨子は、少なくとも１つのバックホールリンクを含む複数のリンクの多重にＮＯＭＡを適用することである。このような構成により、アクセスリンクだけでなくバックホールリンクを含む様々なシステム形態において、無線ネットワーク全体の大容量化を図っている。

図２を参照して、ＮＯＭＡの適用が想定される無線通信システム１のシステム構成について説明する。図２は、リレー技術が適用された無線通信システム１を示している。なお、図２に示す無線通信システム１は一例であり、この構成に限定されるものではない。少なくとも１つのバックホールリンクを含む無線システムであればよい。無線通信システム１では、無線基地局ＢＳとユーザ端末ＵＥとが中継局ＲＳを中継して通信する構成と、無線基地局ＢＳとユーザ端末ＵＥとが直に通信する構成とが想定される。また、中継局ＲＳとしては、通常の中継局ＲＳ１、ＲＳ２に加え、移動中継局ＲＳ３、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５が想定される。

無線基地局ＢＳには、アクセスリンクを介してユーザ端末ＵＥ１が接続され、バックホールリンクを介して中継局ＲＳ１、ＲＳ２と鉄道車両等の移動中継局ＲＳ３が接続されている。中継局ＲＳ１にはアクセスリンクを介してユーザ端末ＵＥ２、ＵＥ３が接続されている。中継局ＲＳ２には、アクセスリンクを介してユーザ端末ＵＥ４が接続され、バックホールリンクを介してマルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５が接続されている。各マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５にはアクセスリンクを介してユーザ端末ＵＥ５、ＵＥ６がそれぞれ接続されている。移動基地局ＲＳ３にはアクセスリンクを介してユーザ端末ＵＥ７、ＵＥ８が接続されている。

この無線通信システム１では、ユーザ端末ＵＥ１と通常の中継局ＲＳ１がＮＯＭＡによって非直交多重され、通常の中継局ＲＳ２と移動中継局ＲＳ３がＮＯＭＡによって非直交多重される。このように、アクセスリンク同士だけでなく、アクセスリンクとバックホールリンクにＮＯＭＡが適用される他、バックホールリンク同士にもＮＯＭＡが適用される。さらに、中継局ＲＳ２の下位の通信装置であるマルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５はＮＯＭＡによって非直交多重されており、マルチホップ用のバックホールリンク同士にもＮＯＭＡが適用されている。

ＮＯＭＡが適用される場合には、無線基地局ＢＳにおいて、ユーザ端末ＵＥ１に対する下り信号と中継局ＲＳ１に対する下り信号が同一無線リソースに非直交多重され、中継局ＲＳ２に対する下り信号と移動中継局ＲＳ３に対する下り信号が同一無線リソースに非直交多重される。また、中継局ＲＳ２において、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５に対する下り信号が同一無線リソースに非直交多重される。そして、同一無線リソースに非直交多重された下り信号は、異なる送信電力で送信される。なお、下り信号と同様に上り信号についても、同一無線リソースに異なる送信電力で非直交多重することも可能である。

ところで、各中継局ＲＳには通常のユーザ端末ＵＥよりも高度な受信機（Advanced receiver）が適用し易い。高度な受信機としては、無線基地局ＢＳで使用されるような多数の受信アンテナ数を備えた受信機や、繰り返し（ターボ）キャンセラ等の高度なアルゴリズムが適用可能な受信機を使用してもよい。例えば、図３に示すように、バックホールリンクをＬＴＥ等のセルラー、アクセスリンクを高周波数帯やＷｉＦｉ等として移動中継局でリレーする無線通信システムにおいて、バックホール用の受信機としてＩＲＣ（Interference Rejection Combining）と干渉キャンセラを使用する構成が想定される。

なお、無線通信システム１は、例えば、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄと呼ばれても良いし、４Ｇ、ＦＲＡ（Future Radio Access）と呼ばれても良い。また、無線基地局ＢＳ及び中継局ＲＳは、送信ポイント又は送受信ポイントと呼ばれてもよい。また、ユーザ端末ＵＥは、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａなどの各種通信方式に対応した端末であり、移動通信端末だけでなく固定通信端末を含んでよい。さらに、図２において図示を省略しているが、無線基地局ＢＳは、不図示の上位局装置を介してコアネットワークに接続される。上位局装置には、例えば、アクセスゲートウェイ装置、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）等が含まれるが、これに限定されるものではない。

ここで、上記した無線通信システム１における通信手順の一例について説明する。まず、図４を参照して、アクセスリンクとバックホールリンクにＮＯＭＡが適用される場合について説明する。ここでは、図２に示す無線基地局ＢＳとユーザ端末ＵＥ１、中継局ＲＳ１との間の通信手順を例示して説明する。

ユーザ端末ＵＥ１及び中継局ＲＳ１は、非直交多重をサポートしているか否かを示すサポート情報として、非直交多重用の干渉キャンセラを備えるか否かを示すＣａｐａｂｉｌｉｔｙを無線基地局ＢＳに送信する（ステップＳ０１）。なお、通常のユーザ端末ＵＥの受信機よりも高度な受信機をＣａｐａｂｉｌｉｔｙとして通知してもよいし、通常の中継局と移動中継局とを識別する情報をＣａｐａｂｉｌｉｔｙとして通知してもよい。なお、Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙを通知するタイミングは、無線基地局ＢＳに対する接続開始時でもよいし、後述するチャネルゲインのフィードバック時でもよい。

また、ユーザ端末ＵＥ１及び中継局ＲＳ１は、無線基地局ＢＳから参照信号を受信して、この参照信号からチャネルゲインを算出してＣＳＩ（Channel State Information）として無線基地局ＢＳにフィードバックする（ステップＳ０２）。この場合、ユーザ端末ＵＥ１は中継局ＲＳ１よりもパスロスが小さく、ユーザ端末ＵＥ１のチャネルゲインが中継局ＲＳ１よりも高くなっている。なお、参照信号としては、ＣＳＩ−ＲＳ（Channel State Information Reference Signal）、ＤＭ−ＲＳ（DeModulation Reference Signal）、ＣＲＳ（Cell-Specific Reference Signal）等を用いてもよい。

次に、無線基地局ＢＳは、カバレッジエリア内に属する通信装置から受信したＣａｐａｂｉｌｉｔｙとＣＳＩに基づいて、同一無線リソースに非直交多重されるユーザセットを決定する（ステップＳ０３）。また、ユーザセットとして決定された各通信装置には、異なる送信電力が設定される。ここでは、ユーザ端末ＵＥ１と中継局ＲＳ１がユーザセットとして決定され、ユーザ端末ＵＥ１に対する下り信号と中継局ＲＳ１に対する下り信号が同一無線リソースに非直交多重される。また、中継局ＲＳ１よりもユーザ端末ＵＥ１のチャネルゲインが高いため、中継局ＲＳ１よりもユーザ端末ＵＥ１の送信電力が低く設定される。

次に、無線基地局ＢＳは、非直交多重用の制御信号をユーザ端末ＵＥ１及び中継局ＲＳ１に送信する（ステップＳ０４）。制御信号には、下り制御情報として、非直交多重されているかを示す判定情報と、復調及び復号時に干渉を除去するために必要な情報とが含まれている。干渉を除去するために必要な情報としては、同一無線リソースで干渉除去対象となる他の通信装置（干渉ユーザ）の制御信号を検出するための情報、例えば干渉除去対象のユーザＩＤ（RNTI）やＣＣＥ（Control Channel Element） ｉｎｄｅｘ等が含まれる。また、制御信号には、上り制御情報として、複数の通信装置に同一の無線リソースを用いて無線基地局ＢＳに上り信号を送信させる情報が含まれてもよい。

ここで、ユーザ端末ＵＥ１の下り信号に対しては、送信電力の大きな中継局ＲＳ１に対する下り信号が干渉になっている。よって、ユーザ端末ＵＥ１には、判定情報によって非直交多重されることが通知され、干渉を除去するために必要な情報によって干渉除去対象となる中継局ＲＳ１のユーザＩＤ等が通知される。これに対し、中継局ＲＳ１に対する下り信号に対しては、送信電力の小さなユーザ端末ＵＥ１の下り信号が干渉にならない。よって、中継局ＲＳ１には、判定情報によって非直交多重されることが通知され、干渉を除去するために必要な情報は通知されない。なお、中継局ＲＳ１に判定情報が通知されない構成としてもよい。

次に、無線基地局ＢＳは、ユーザ端末ＵＥ１及び中継局ＲＳ１に対して、同一無線リソースに非直交多重された下り信号を異なる送信電力で送信する（ステップＳ０５）。次に、ユーザ端末ＵＥ１及び中継局ＲＳ１は、下り信号を受信して自装置に対する下り信号を復調及び復号する（ステップＳ０６）。この場合、ユーザ端末ＵＥ１は、判定情報に基づいて非直交多重されていると判定し、干渉を除去するために必要な情報に基づいて干渉除去対象となる中継局ＲＳ１を認識する。そして、ユーザ端末ＵＥ１は、同一無線リソースに非直交多重された中継局ＲＳ１に対する下り信号の干渉を干渉キャンセラによって除去して、自装置に対する下り信号を復調及び復号する。

一方、中継局ＲＳ１は、判定情報に基づいて非直交多重されていると判定する。そして、中継局ＲＳ１は、同一無線リソースに非直交多重されたユーザ端末ＵＥ１に対する下り信号の干渉を無視して、自局に対する下り信号を復調及び復号する。また、中継局ＲＳ１は、自局に対する下り信号として受信したユーザ端末ＵＥ２、ＵＥ３に対する下り信号を、無線基地局ＢＳで非直交多重された無線リソースとは異なる無線リソースに多重して送信する（ステップＳ０７）。

また、ユーザ端末ＵＥ１及び中継局ＲＳ１は、制御信号に含まれる上り制御情報に基づいて、同一無線リソースで無線基地局ＢＳに上り信号を送信する。無線基地局ＢＳの受信機では、受信した上り信号を干渉キャンセラで信号分離して、それぞれの上り信号を復調及び復号する。また、制御信号は、上り制御情報として、アクセスリンクのトラヒック量が含まれていてもよい。

図５を参照して、マルチホップ用のバックホールリンク同士にＮＯＭＡが適用される場合について説明する。ここでは、図２に示す中継局ＲＳ２とマルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５との間の通信手順を例示して説明する。なお、無線基地局ＢＳと中継局ＲＳ２、移動中継局ＲＳ３との間の通信処理については、図４に示す通信処理と同様であるので、説明を省略する。中継局ＲＳ２は、無線基地局ＢＳから自局に対する下り信号として、自局に接続された下位の通信装置に対する下り信号を受信する（ステップＳ１１）。ここでは、自局に対する下り信号として、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５に対する下り信号が受信される。

マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５は、非直交多重のサポート情報として非直交多重用の干渉キャンセラを備えるか否かを示すＣａｐａｂｉｌｉｔｙを中継局ＲＳ２に送信する（ステップＳ１２）。なお、通常のユーザ端末ＵＥよりも高度な受信機をＣａｐａｂｉｌｉｔｙとして通知してもよいし、通常の中継局と移動中継局とを識別する情報をＣａｐａｂｉｌｉｔｙとして通知してもよい。なお、Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙを通知するタイミングは、中継局ＲＳ２に対する接続開始時でもよいし、後述するチャネルゲインのフィードバック時でもよい。

また、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５は、中継局ＲＳ２から参照信号を受信して、この参照信号からチャネルゲインを算出してＣＳＩとして中継局ＲＳ２にフィードバックする（ステップＳ１３）。この場合、マルチホップ中継局ＲＳ４はマルチホップ中継局ＲＳ５よりもパスロスが小さく、マルチホップ中継局ＲＳ４のチャネルゲインがマルチホップ中継局ＲＳ５よりも高くなっている。なお、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５は、無線基地局ＢＳから参照信号を受信する構成としてもよい。

次に、中継局ＲＳ２は、カバレッジエリア内に属する通信装置から受信したＣａｐａｂｉｌｉｔｙとＣＳＩに基づいて、同一無線リソースに多重されるユーザセットを決定する（ステップＳ１４）。また、ユーザセットとして決定された各通信装置には、異なる送信電力が設定される。ここでは、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５がユーザセットとして決定され、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５に対する下り信号が同一無線リソースに非直交多重される。また、マルチホップ中継局ＲＳ５よりもマルチホップ中継局ＲＳ４のチャネルゲインが高いため、マルチホップ中継局ＲＳ５よりもマルチホップ中継局ＲＳ４の送信電力が低く設定される。

次に、中継局ＲＳ２は、非直交多重用の制御信号をマルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５に送信する（ステップＳ１５）。この場合、マルチホップ中継局ＲＳ４の下り信号に対しては、送信電力の大きなマルチホップ中継局ＲＳ５に対する下り信号が干渉になっている。よって、マルチホップ中継局ＲＳ４には、制御信号内の判定情報によって非直交多重されることが通知され、制御信号内の干渉を除去するために必要な情報によって干渉除去対象となるマルチホップ中継局ＲＳ５のユーザＩＤ等が通知される。これに対し、マルチホップ中継局ＲＳ５に対する下り信号に対しては、送信電力の小さなマルチホップ中継局ＲＳ４の下り信号が干渉にならない。よって、マルチホップ中継局ＲＳ５には、制御信号内の判定情報によって非直交多重されることが通知され、干渉を除去するために必要な情報は通知されない。

次に、中継局ＲＳ２は、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５に対して、同一無線リソースに非直交多重された下り信号を異なる送信電力で送信する（ステップＳ１６）。次に、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５は、下り信号を受信して自局に対する下り信号を復調及び復号する（ステップＳ１７）。この場合、マルチホップ中継局ＲＳ４は、判定情報に基づいて非直交多重されていると判定し、干渉を除去するために必要な情報に基づいて干渉除去対象となるマルチホップ中継局ＲＳ５を認識する。そして、マルチホップ中継局ＲＳ４は、同一無線リソースに非直交多重されたマルチホップ中継局ＲＳ５に対する下り信号の干渉を干渉キャンセラによって除去して、自局に対する下り信号を復調及び復号する。

一方、マルチホップ中継局ＲＳ５は、判定情報に基づいて非直交多重されていると判定する。そして、マルチホップ中継局ＲＳ５は、同一無線リソースに非直交多重されたマルチホップ中継局ＲＳ４に対する下り信号の干渉を無視して、自局に対する下り信号を復調及び復号する。そして、各マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５は、それぞれ自局に対する下り信号をユーザ端末ＵＥ５、ＵＥ６に対する下り信号として、中継局ＲＳ２で非直交多重された無線リソースとは異なる無線リソースに多重して送信する（ステップＳ１８）。

また、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５は、制御信号に含まれる上り制御情報に基づいて、同一無線リソースで中継局ＲＳ２に上り信号を送信する。中継局ＲＳ２の受信機では、受信した上り信号を干渉キャンセラで信号分離して、それぞれの上り信号を復調及び復号する。また、制御信号は、上り制御情報として、アクセスリンクのトラヒック量が含まれていてもよい。

ところで、非直交多重される中継局及びユーザ端末は、受信信号から干渉除去対象の通信装置に対する信号を除去するために、干渉除去対象の通信装置の信号を復調及び復号する必要がある。このため、非直交多重される中継局及びユーザ端末においては、干渉除去対象の通信装置に対する無線リソースの割り当て情報、変調方式、符号化率等の情報を認識する必要がある。そこで、本実施の形態では、制御信号を用いて干渉除去対象の通信装置に対する無線リソースの割り当て情報、変調方式、符号化率等を認識するようにしている。以下、図６及び図７を参照して、ＮＯＭＡにおける制御信号の一例について説明する。

図６には、ＮＯＭＡに対応した中継局が、干渉除去対象の通信装置（ここでは、既存のＬＴＥ端末）を復調及び復号できる制御チャネル構成例が示されている。この制御チャネル構成例は、下りリンクのリソース割り当てに用いる下り制御情報、すなわちＤＬ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔを想定したものである。制御信号は、干渉を除去するための情報、無線リソースブロックの割り当て情報、変調方式、トランスポートブロックサイズ（符号化率）、送信電力比、その他の制御情報、識別情報を含んで構成されている。

干渉を除去するための情報は、干渉除去対象となる下位レベルの通信装置の制御信号を復調するための情報、すなわち自装置よりもパスロスが大きな他の通信装置の制御信号を復調するための情報が含まれている。干渉を除去するための情報は、干渉除去対象のユーザＩＤ（RNTI）に限定されず、無線リソースの位置（CCE index）等の干渉除去対象の通信装置の制御信号を復調できる情報であればよい。また、制御信号には、非直交多重されているか否かを示す判定情報が含まれていてもよいし、送信電力比の有無によって非直交多重されているか否かが判定されてもよい。

図６に示す制御チャネル構成例では、中継局は、自局用の制御信号を受信することで、干渉除去対象となるユーザ端末のユーザＩＤ又はＣＣＥ ｉｎｄｅｘを認識する。そして、中継局は、ユーザＩＤ又はＣＣＥ ｉｎｄｅｘに関連付けられた複数のＬＴＥ端末の制御信号を読み込み、干渉対象となる複数のＬＴＥ端末の下り信号を復調及び復号して干渉をキャンセルしている。このように、干渉除去対象となる複数の通信装置の制御信号を一度に読み込むことができるように構成されている。

図７には、各通信装置（ここでは、中継局＃１−＃３）に一括して無線リソースを割り当てる制御チャネル構成例が示されている。この制御チャネル構成例は、上りリンクのリソース割り当てに用いる上り制御情報、すなわちＵＬ ｇｒａｎｔを想定したものであるが、下りリンクのリソース割り当てに用いるＤＬ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔに適用することも可能である。制御信号は、各通信装置で個別の個別制御情報と、各通信装置で共通の共通制御情報とを含んで構成される。

個別制御情報としては、変調方式、トランスポートブロックサイズ（符号化率）、参照信号番号、送信電力が含まれている。共通制御情報としては、無線リソースブロックの割り当て情報、その他の制御情報、共通の識別情報を含まれている。共通の識別情報は、例えば、同一無線リソースに非直交多重される中継局で共通のグループＩＤである。

図７に示す制御チャネル構成例では、中継局＃１−＃３は、制御信号を受信することで、共通制御情報に含まれる共通の識別情報（グループＩＤ）により同一無線リソースで上り信号を送信する。また、このチャネル構成例を下り制御情報に用いた場合には、共通制御情報に含まれる共通の識別情報（グループＩＤ）から干渉除去対象となる他の中継局を認識させて、干渉除去対象となる他の中継局の下り信号を復調及び復号して干渉をキャンセルすることも可能である。また、制御信号には、非直交多重されているか否かを示す判定情報が含まれていてもよいし、共通の識別情報の有無によって非直交多重されているか否かが判定されてもよい。

なお、制御信号は、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）、ＥＰＤＣＣＨ（Enhanced Physical Downlink Control Channel）、ＲＰＤＣＣＨ（RN-specific Physical Downlink Control Channel）のいずれで送信されてもよい。また、制御信号の制御情報は、ハイヤレイヤシグナリング（ＲＲＣシグナリングなど)で通知される上位制御情報に含まれてもよい。なお、上記した各制御チャネル構成例はバックホールリンクに限らず、アクセスリンクやユーザ端末同士が直接通信するＤ２Ｄ等に適用してもよい。

続いて、本実施の形態に係る無線通信システム１のバックホールリンク及びアクセスリンクで使用される無線アクセス方式について説明する。下りリンクについてはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）及びＮＯＭＡが適用され、上りリンクについてはＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）及びＮＯＭＡが適用される。ＯＦＤＭＡは、送信帯域をサブバンドに分割してユーザ端末ＵＥを直交多重するマルチキャリア伝送方式であり、ＳＣ−ＦＤＭＡは、周波数方向の連続した無線リソースにユーザ端末ＵＥを割り当てるシングルキャリア伝送方式である。ＮＯＭＡは、サブバンド毎にユーザ端末ＵＥを異なる送信電力で非直交多重するマルチキャリア伝送方式である。

無線通信システム１では、下りリンクの通信チャネルとして、各ユーザ端末ＵＥで共有される下り共有データチャネル（ＰＤＳＣＨ）、下りＬ１／Ｌ２制御チャネル（ＰＤＣＣＨ、ＰＣＦＩＣＨ、ＰＨＩＣＨ）、報知チャネル（ＰＢＣＨ）等が用いられる。ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）により、ユーザデータ及び上位制御情報が伝送される。ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）により、ＰＤＳＣＨ及びＰＵＳＣＨのスケジューリング情報が伝送される。ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator Channel）により、ＰＤＣＣＨに用いるＯＦＤＭシンボル数が伝送される。ＰＨＩＣＨ（Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel）により、ＰＵＳＣＨに対するＨＡＲＱのＡＣＫ／ＮＡＣＫが伝送される。

また、無線通信システム１では、上りリンクの通信チャネルとして、各ユーザ端末ＵＥで共有される上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）、上り制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）、ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）等が用いられる。ＰＵＳＣＨ(Physical Uplink Shared Channel)により、ユーザデータや上位制御情報が伝送される。ＰＵＣＣＨ(Physical Uplink Control Channel)又はＰＵＳＣＨにより、下りリンクのチャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ等が伝送される。

次に、無線通信システムの機能ブロック構成について説明する。図８は、無線基地局ＢＳの機能ブロック構成を示し、図９は、中継局ＲＳ（中継局ＲＳ１、ＲＳ２、移動中継局ＲＳ３、マルチホップ中継局ＲＳ４、ＲＳ５）の機能ブロック構成を示している。なお、図８及び図９では、一部の構成のみを示しているが、無線基地局ＢＳ及び中継局ＲＳは、必要な構成を不足なく備えているものとする。また、ユーザ端末ＵＥについては中継局ＲＳと同一の構成であるため、説明を省略する。

図８に示すように、無線基地局ＢＳは、基地局スケジューラ１０１、分割部１０２、チャネルコーディングデータ変調部１０３、電力設定部１０４、リソースブロック割当部１０５、ハイブリッド直交／非直交多重部１０６、制御信号生成部１０７、制御信号リソース割当部１０８、物理チャネル多重部１０９、ＩＦＦＴ部１１０、ＣＰ追加部１１１を備えている。

基地局スケジューラ１０１は、中継局ＲＳ及びユーザ端末ＵＥからのＣＳＩフィードバックやパスロス等に基づいて無線基地局ＢＳの各機能ブロックを制御する。基地局スケジューラ１０１は、非直交多重される下り信号を同一無線リソースに割り当て、直交多重される送信データを異なる無線リソースに割り当てるようにスケジューリングする。同一無線リソースに非直交多重される送信データは、パルロス差が大きくなるようにスケジューリングされる。また、基地局スケジューラ１０１は、中継局ＲＳ及びユーザ端末ＵＥに対する送信電力、トランスポートブロックサイズ（符号化率）、変調方式を決定する。

分割部１０２は、基地局スケジューラ１０１に制御されて、サブバンド毎に送信データを分割する。チャネルコーディングデータ変調部１０３は、基地局スケジューラ１０１に制御されて、ユーザｋのサブバンドｂ毎にデータ信号に符号化及び変調を実施する。電力設定部１０４は、基地局スケジューラ１０１に制御されて、ユーザｋのサブバンドｂ毎にデータ信号と共に復調ＲＳの電力設定を実施する。この場合、同一無線リソースで非直交多重されるデータ信号については、当該無線リソースの総送信電力をパスロス等に応じた比率で配分される。リソースブロック割当部１０５は、基地局スケジューラ１０１に制御されて、ユーザｋ毎にデータ信号をリソースブロックに割り当てる。

ハイブリッド直交／非直交多重部１０６は、基地局スケジューラ１０１に制御されて、リソースブロック割当部１０５から出力されたデータ信号を多重する。非直交多重用のデータ信号については、同一リソースブロックに多重され、直交多重用のデータ信号については、異なるリソースブロックに多重される。

制御信号生成部１０７は、中継局ＲＳ及びユーザ端末ＵＥに対する制御信号を生成する。例えば、制御信号生成部１０７は、干渉ユーザのデータ信号を復調及び復号するための下り制御情報を含む制御信号を生成してもよい（図６参照）。下り制御情報は、干渉を除去するための情報、リソースブロックの割り当て情報、変調方式、トランスポートブロックサイズ（符号化率）、送信電力比、その他の制御情報、識別情報を含んで構成されている。干渉を除去するための情報は、干渉ユーザの制御信号を検出可能な情報であり、ユーザＩＤ（RNTI）や無線リソースの位置（CCE index）等である。

また、制御信号生成部１０７は、中継局ＲＳ及びユーザ端末ＵＥに一括して無線リソースを割り当てる上り制御情報を含む制御信号を生成してもよい（図７参照）。この制御信号は、中継局ＲＳ及びユーザ端末ＵＥで個別の個別制御情報と、中継局ＲＳ及びユーザ端末ＵＥで共通の共通制御情報を含んで構成される。個別制御情報としては、変調方式、トランスポートブロックサイズ（符号化率）、参照信号番号、送信電力が含まれ、共通制御情報としては、無線リソースブロックの割り当て情報、その他の制御情報、共通の識別情報を含まれている。共通の識別情報は、同一無線リソースに非直交多重される中継局で共通のグループＩＤでもよい。

なお、制御信号生成部１０７は、上記２種類の制御信号のうちいずれか一方を生成してもよいし、両方を生成してもよい。制御信号リソース割当部１０８は、制御信号生成部１０７から出力された制御信号をリソースブロックに割り当てる。

物理チャネル多重部１０９は、ハイブリッド直交／非直交多重部１０６から出力されたデータ信号、制御信号リソース割当部１０８から出力された制御信号、ＣＳＩ−ＲＳ等の参照信号を物理チャネルに多重する。物理チャネル多重部１０９から出力された無線信号は、ＩＦＦＴ部１１０でＩＦＦＴ処理が施されて、ＣＰ追加部１１１でＣｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘが追加されて送信アンテナ１１２から中継局ＲＳ及びユーザ端末ＵＥに向けて送信される。この場合、無線基地局ＢＳから中継局ＲＳには無線信号がバックホールリンクを介して送信され、無線基地局ＢＳからユーザ端末ＵＥには無線信号がアクセスリンクを介して送信される。

図９に示すように、中継局ＲＳは、ＣＰ除去部２０１、ＦＦＴ部２０２、物理チャネル分離部２０３、目的ユーザ制御信号検出部２０４、干渉ユーザ制御信号検出部２０５を備えている。また、中継局ＲＳは、干渉ユーザ（干渉除去対象）用にリソースブロック抽出部２０６、干渉キャンセラ２０７、チャネル推定部２０８、復調復号部２０９を備え、目的ユーザ（自局）用にリソースブロック抽出部２１０、干渉キャンセラ２１１、チャネル推定部２１２、復調復号部２１３、連結部２１４を備えている。受信アンテナ２１５で受信された無線信号は、ＣＰ除去部２０１でＣｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘが除去され、ＦＦＴ部２０２でＦＦＴ処理が施されて物理チャネル分離部２０３に入力される。

物理チャネル分離部２０３は、ＣＰ除去部２０１から出力された無線信号を物理チャネル毎に分離する。分離された信号は、目的ユーザ制御信号検出部２０４、干渉ユーザ用のリソースブロック抽出部２０６、目的ユーザ用のリソースブロック抽出部２１０に入力される。目的ユーザ制御信号検出部２０４は、目的ユーザ、すなわち自局に対する制御信号を検出する。目的ユーザ制御信号検出部２０４は、自局の制御信号に含まれる各制御情報を目的ユーザ用のリソースブロック抽出部２１０、干渉キャンセラ２１１、チャネル推定部２１２、復調復号部２１３、連結部２１４に提供する。また、目的ユーザ制御信号検出部２０４は、自局の制御信号を干渉ユーザ制御信号検出部２０５に出力する。

干渉ユーザ制御信号検出部２０５は、自局に対するデータ信号に含まれる干渉を除去するための情報、すなわち、干渉ユーザのユーザＩＤ、ＣＣＥ ｉｎｄｅｘ、グループＩＤ等から干渉ユーザの制御信号を検出する。干渉ユーザ制御信号検出部２０５は、干渉ユーザの制御信号に含まれる各制御情報を干渉ユーザ用のリソースブロック抽出部２０６、干渉キャンセラ２０７、チャネル推定部２０８、復調復号部２０９に提供する。

干渉ユーザ用のリソースブロック抽出部２０６は、干渉ユーザ制御信号検出部２０５から提供される干渉ユーザ用の制御情報に基づいて、干渉ユーザのデータ信号が割り当てられたリソースブロックを抽出する。干渉キャンセラ２０７は、ユーザｋのサブバンドｂ毎に下位レベルの干渉レプリカ、すなわちパスロスが大きく送信電力が大きな他の干渉ユーザのデータ信号を除去する。この場合、干渉キャンセラ２０７は、最下位レベルの場合、すなわち他の干渉ユーザの干渉レプリカよりも送信電力が大きな場合には処理をスキップする。チャネル推定部２０８は、ユーザｋのサブバンドｂ毎にデータ信号をチャネル推定し、復調復号部２０９は、これを復調及び復号して干渉レプリカを生成する。この干渉レプリカの生成処理は、干渉ユーザの数だけ繰り返される。

自局用のリソースブロック抽出部２１０は、目的ユーザ制御信号検出部２０４から提供される自局の制御情報に基づいて、自局のデータ信号が割り当てられたリソースブロックを抽出する。干渉キャンセラ２１１は、ユーザｋのサブバンドｂ毎に干渉ユーザの干渉レプリカ、すなわち干渉ユーザのデータ信号を除去する。この場合、干渉キャンセラ２１１は、自局が最下位レベルの場合、すなわち他の干渉ユーザよりも送信電力が大きな場合には処理をスキップする。チャネル推定部２１２は、ユーザｋのサブバンドｂ毎にデータ信号をチャネル推定し、復調復号部２１３は、これを復調及び復号してデータ信号を生成する。そして、連結部２１４は各サブバンドのデータ信号を連結して受信データを生成する。

また、中継局ＲＳは、無線基地局ＢＳから受信した受信データを、無線基地局ＢＳで割り当てられた無線リソースとは異なる無線リソースに割り当てる。そして、中継局ＲＳは、自局に接続された下位の通信装置（例えば、ユーザ端末、マルチホップ中継局）に対して送信する。したがって、ここでは詳述しないが、中継局ＲＳは、下位の通信装置に対して下り信号を多重する多重部と、下位の通信装置に対して下り信号を送信する送信部とを備えている。また、中継局ＲＳは、非直交多重をサポートしているか否かを示すＣａｐａｂｉｌｉｔｙ等のサポート情報を無線基地局ＢＳに通知する構成を備えている。

また、無線基地局ＢＳに干渉キャンセラを適用することも可能である。この場合、無線基地局ＢＳは、複数の通信装置（中継局ＲＳ及びユーザ端末ＵＥ）から同一無線リソースを用いて送信された上り信号の相互の干渉を除去して、各通信装置の上り信号を受信する受信部を備えている。この場合、無線基地局ＢＳは、図７に示す制御信号をＵＬ ｇｒａｎｔで送信して、各通信装置に同一無線リソースを用いて上り信号を送信させるように指示する。また、本実施の形態では、バックホールリンク及びアクセスリンクにＮＯＭＡを適用する構成について説明したが、ユーザ端末同士が直接通信するＤ２ＤにＮＯＭＡを適用することも可能である。

以上のように、本実施の形態に係る無線通信システム１によれば、無線基地局ＢＳとユーザ端末ＵＥとを結ぶアクセスリンクだけでなく、無線基地局ＢＳと中継局ＲＳとを結ぶ無線バックホールリンクに、異なる送信電力で同一無線リソースに非直交多重する非直交多元接続が適用される。これにより、アクセスリンクだけでなく、無線バックホールリンクの大容量化を図ることができる。また、バックホールリンクを含む様々なシステム形態に非直交多元接続を適用させることで、無線ネットワーク全体の大容量化を図ることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、様々変更して実施することが可能である。例えば、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、上記説明におけるキャリア数、キャリアの帯域幅、シグナリング方法、処理部の数、処理手順については適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することが可能である。

１ 無線通信システム
１０１ 基地局スケジューラ
１０４ 電力設定部
１０５ リソースブロック割当部
１０６ ハイブリッド直交／非直交多重部（多重部）
１０７ 制御信号生成部
１０８ 制御信号リソース割当部
１０９ 物理チャネル多重部
１１２ 送信アンテナ（送信部）
２０３ 物理チャネル分離部
２０４ 目的ユーザ制御信号検出部
２０５ 干渉ユーザ制御信号検出部
２０６ リソースブロック抽出部
２０７ 干渉キャンセラ
２０８ チャネル推定部
２０９ 復調復号部
２１５ 受信アンテナ（受信部）
ＢＳ 無線基地局
ＲＳ 中継局（通信装置）
ＵＥ ユーザ端末（通信装置）

Claims (10)

1. バックホールリンクを介して中継局に接続され、当該中継局を中継してユーザ端末と通信する無線基地局であって、
   少なくとも１つの中継局を含む複数の通信装置に対する下り信号を、異なる送信電力で同一無線リソースに非直交多重する多重部と、
   前記複数の通信装置に対して異なる送信電力で下り信号を送信する送信部とを備えたことを特徴とする無線基地局。
2. 前記複数の通信装置から同一無線リソースを用いて送信された上り信号の相互の干渉を除去して、各通信装置に対する上り信号を受信する受信部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
3. 通信装置にとって干渉除去対象となる他の通信装置の制御信号を検出可能な情報を含めて制御信号を生成する制御信号生成部を備え、
   前記送信部が前記複数の通信装置に制御信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
4. 前記制御信号生成部は、干渉除去対象となる他の通信装置の制御信号を検出可能な情報として、前記他の通信装置の個々のユーザＩＤ又はＣＣＥ ｉｎｄｅｘを含めて制御信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の無線基地局。
5. 同一無線リソースに非直交多重される複数の通信装置で個別の個別制御情報と、当該複数の通信装置で共通の共通制御情報とを含めて制御信号を生成する制御信号生成部を備え、
   前記共通制御情報は、前記複数の通信装置で共通の識別情報を含み、
   前記送信部が前記複数の通信装置に制御信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
6. 前記共通制御情報は、前記複数の通信装置の上り信号に対する同一無線リソースの割り当て情報を含むことを特徴とする請求項５に記載の無線基地局。
7. 前記多重部は、前記複数の通信装置から取得した非直交多重をサポートしているか否かを示すサポート情報に基づいて、前記複数の通信装置を非直交多重することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
8. バックホールリンクを介して無線基地局に接続され、当該無線基地局とユーザ端末との通信を中継する中継局であって、
   前記無線基地局において同一無線リソースに異なる送信電力で非直交多重された他の通信装置に対する下り信号の干渉を除去して、自局に対する下り信号として自局に接続された下位の通信装置に対する下り信号を受信する受信部と、
   前記無線基地局で非直交多重された無線リソースとは異なる無線リソースに、前記下位の通信装置に対する下り信号を多重する多重部と、
   前記下位の通信装置に対して下り信号を送信する送信部とを備えたことを特徴とする中継局。
9. 前記多重部は、前記無線基地局で非直交多重された無線リソースとは異なる同一無線リソースに、少なくとも１つの下位の中継局を含む前記下位の通信装置に対する下り信号を異なる送信電力で非直交多重し、
   前記送信部は、前記下位の通信装置に対して異なる送信電力で下り信号を送信することを特徴とする中継局。
10. バックホールリンクを介して無線基地局と中継局が接続され、前記無線基地局とユーザ端末とが前記中継局を中継して通信する無線通信方法であって、
    前記無線基地局が、少なくとも１つの中継局を含む複数の通信装置に対する下り信号を、異なる送信電力で同一無線リソースに非直交多重するステップと、
    前記無線基地局が、前記複数の通信装置に対して異なる送信電力で下り信号を送信するステップと、
    前記中継局が、前記無線基地局において同一無線リソースに異なる送信電力で非直交多重された他の通信装置に対する下り信号の干渉を除去して、自局に対する下り信号として自局に接続された下位の通信装置に対する下り信号を受信するステップと、
    前記中継局が、前記無線基地局で非直交多重された無線リソースとは異なる無線リソースで、前記下位の通信装置に対して下り信号を送信するステップとを有することを特徴とする無線通信方法。

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