JP4558452B2 - マルチキャリア通信装置およびセル選択方法 - Google Patents

マルチキャリア通信装置およびセル選択方法 Download PDF

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Description

本発明は、マルチキャリア通信装置およびセル選択方法に関し、特に、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）通信が適用されるシステムにおいて通信相手となる基地局装置のセルをスロットなどの短時間周期で選択するマルチキャリア通信装置およびセル選択方法に関する。
近年、移動局装置が複数のセルの境界付近の領域に位置する際に、通信相手となる基地局装置を瞬時の受信レベル変動に応じて、例えばスロットなどの短時間周期で高速に切り替える高速セル選択（ＦＣＳ：Fast Cell Selection）を行うことが検討されている（例えば非特許文献１参照）。
図１１（ａ）は、ＦＣＳによるセルの選択動作の例を示す図である。同図に示すように、移動局装置１０は、基地局装置２０および基地局装置３０を先頭スロット４０から順に通信相手を切り替えている。
具体的には、移動局装置１０は、基地局装置２０および基地局装置３０から送信されている共通パイロットチャネルの信号（以下、「共通パイロット信号」という）を受信し、受信ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio：信号波対干渉波比）を測定する。この測定結果を図１１（ｂ）に示す。同図においては、実線が基地局装置２０からの信号の受信ＳＩＲを示し、点線が基地局装置３０からの信号の受信ＳＩＲを示している。
そして、移動局装置１０は、スロットごとに受信ＳＩＲが大きい基地局装置を選択し、選択された基地局装置（以下、「選択基地局装置」という）に関する情報を基地局装置２０および基地局装置３０へ送信する。ここで、スロットごとの選択基地局装置を図１１（ｂ）の下段に実線（すなわち基地局装置２０）および点線（すなわち基地局装置３０）で示す。
基地局装置２０および基地局装置３０は、選択基地局装置に関する情報を移動局装置１０から受信し、スロットごとの選択基地局装置がそれぞれ図１１（ａ）に斜線で示すスロットで個別チャネルや高速パケットチャネルなどのデータ信号（以下、「個別データ信号」という）を送信する。
このようにセルの境界付近の領域に位置する移動局装置１０が短時間周期で選択基地局装置を切り替える（すなわち、セルを選択する）ことにより、移動局装置１０における受信品質およびスループットを改善することができる。
一方、スループットを改善する技術としては、複数のアンテナから異なるデータ系列が同時に送信されるＭＩＭＯ通信なども盛んに検討されている。特に、互いに周波数が異なる複数のキャリア（以下、「サブキャリア」という）を用いたマルチキャリアＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多元接続）通信などのマルチキャリア通信とＭＩＭＯ通信とを組み合わせた方式によって、さらにスループットを向上することが期待されている（例えば、非特許文献２参照）。
"Physical layer aspects of UTRA High Speed Downlink Packet Access"(6.4節)、3GPP TR25.848 V4.4.0(2001-03) 「ＯＦＣＤＭ ＭＩＭＯ多重におけるパイロットチャネル推定・ランキングを用いるシンボルレプリカ候補削減型ＱＲ分解-ＭＬＤの構成」、ＮＴＴ ＤｏＣｏＭｏ、ＲＣＳ２００３−３１２、２００４年３月
しかしながら、ＭＩＭＯ通信においては、上述したようなＦＣＳによって選択基地局装置を切り替えても、必ずしも受信品質およびスループットを改善することができるとは限らない。
すなわち、互いに相関が低い複数のパスを用いて信号を伝送するＭＩＭＯ通信においては、受信信号中にすべてのパスの信号が混在しているため、各パスの信号が互いに弱め合ったり強め合ったりすることがある。したがって、単に受信信号の受信ＳＩＲを基準として基地局装置を選択しても、受信品質やスループットの改善が図られないことがあるという問題がある。そして、受信品質やスループットの改善が図られなければ、目標とするスループットを達成することができる基地局装置からの距離が大きくならず、結果として各基地局装置がカバーする領域（以下、「セルカバレッジ」という）の拡大が困難となる。
さらに、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合には、受信信号に複数のサブキャリアが含まれているため、高速セル選択を行うための復調処理が複雑になり、回路規模が増大するという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合に、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行し、スループットを確実に改善してセルカバレッジを拡大することができるマルチキャリア通信装置およびセル選択方法を提供することを目的とする。
本発明に係るマルチキャリア通信装置は、現在の時間単位における通信相手がカバーする接続セルの信号および前記接続セルに隣接する観測セルの信号を複数のアンテナから受信する受信手段と、前記接続セルの信号を用いて前記接続セルのチャネル容量を算出する第１算出手段と、前記観測セルの信号を構成する複数のサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択するサブキャリア選択手段と、選択されたサブキャリアを対象として前記観測セルのチャネル容量を算出する第２算出手段と、前記接続セルのチャネル容量および前記観測セルのチャネル容量を比較し、チャネル容量が最大のセルを次の時間単位における接続セルとして選択するセル選択手段と、を有する構成を採る。
本発明に係るセル選択方法は、現在の時間単位における通信相手がカバーする接続セルの信号および前記接続セルに隣接する観測セルの信号を複数のアンテナから受信するステップと、前記接続セルの信号を用いて前記接続セルのチャネル容量を算出するステップと、前記観測セルの信号を構成する複数のサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択するステップと、選択されたサブキャリアを対象として前記観測セルのチャネル容量を算出するステップと、前記接続セルのチャネル容量および前記観測セルのチャネル容量を比較し、チャネル容量が最大のセルを次の時間単位における接続セルとして選択するステップと、を有するようにした。
これらによれば、接続セルのチャネル容量を算出するとともに、観測セルの信号を構成するサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択して観測セルのチャネル容量を算出し、チャネル容量が最大のセルを次の接続セルとするため、観測セルのチャネル容量算出に必要とする処理量を削減することができ、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合に、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行し、スループットを確実に改善してセルカバレッジを拡大することができる。
本発明によれば、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合に、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行し、スループットを確実に改善してセルカバレッジを拡大することができる。
本発明の骨子は、マルチキャリア信号を構成する全サブキャリアから受信電力が大きいサブキャリアを選択し、選択されたサブキャリアのみを用いてＭＩＭＯ通信に利用可能な互いに独立したパスが多いセルの基地局装置を選択することである。
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。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムの構成の一例を示す図である。同図に示すように、基地局装置２００がカバーするセル２００ａと基地局装置３００がカバーするセル３００ａとの境界付近の領域に位置するマルチキャリア通信装置１００は、基地局装置２００および基地局装置３００双方から送信される共通パイロットチャネルの信号（共通パイロット信号）を受信している。また、マルチキャリア通信装置１００は、例えばスロットなどの短い時間単位ごとに基地局装置２００および基地局装置３００のいずれか一方を通信相手として切り替えている。
図２は、本実施の形態に係るマルチキャリア通信装置１００の要部構成を示すブロック図である。図２に示すマルチキャリア通信装置１００は、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）受信部１０１−１、１０１−２、ＧＩ（Guard Interval：ガードインターバル）除去部１０２−１、１０２−２、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部１０３−１、１０３−２、セル分離部１０４、接続セル受信処理部１０５、観測セル受信処理部１０６、セル選択部１０７、多重部１０８、誤り訂正符号化部１０９、変調部１１０、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）部１１１−１、１１１−２、ＧＩ挿入部１１２−１、１１２−２、およびＲＦ送信部１１３−１、１１３−２を有している。なお、本実施の形態においては、マルチキャリア通信装置１００が２本のアンテナを有する構成としているが、アンテナが３本以上の場合は、ＲＦ受信部からＦＦＴ部までの各処理部とＩＦＦＴ部からＲＦ送信部までの各処理部とがアンテナに対応して設けられる構成となる。
ＲＦ受信部１０１−１、１０１−２は、それぞれ対応するアンテナから信号を受信し、受信信号に対して所定の無線受信処理（ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換など）を施す。なお、本実施の形態における受信信号は、周波数が異なる複数のサブキャリアに信号が重畳されたマルチキャリア信号である。
ＧＩ除去部１０２−１、１０２−２は、受信信号の各シンボル間に、シンボル間干渉を防止するために挿入されているガードインターバルを除去する。
ＦＦＴ部１０３−１、１０３−２は、ガードインターバル除去後の受信信号を高速フーリエ変換し、複数のサブキャリアに重畳されている信号を抽出する。
セル分離部１０４は、各サブキャリアの信号をセルごとの信号に分離する。具体的には、セル分離部１０４は、現在マルチキャリア通信装置１００の通信相手となっている基地局装置のセル（以下、「接続セル」という）の信号と、接続セルに隣接しておりマルチキャリア通信装置１００の位置付近に接続セルとの境界があるセル（以下、「観測セル」という）の信号とに各サブキャリアの信号を分離する。なお、セル分離部１０４は、複数の観測セルがある場合には、各サブキャリアの信号をそれぞれの観測セルの信号に分離する。
接続セル受信処理部１０５は、接続セルの信号に対して受信処理を施し、受信データを出力する。また、接続セル受信処理部１０５は、接続セルの信号から無線品質を測定し、無線品質情報を多重部１０８へ出力する。さらに、接続セル受信処理部１０５は、接続セルの信号に対する受信処理の過程で特異値分解処理を行うとともに、接続セルのチャネル容量を算出してセル選択部１０７へ出力する。
ここで、特異値とは、ＭＩＭＯ通信において空間多重された信号が伝送される独立したパスごとの受信品質を示す指標であり、特異値分解処理とは、ＭＩＭＯ通信における受信処理の過程で、チャネル推定結果を用いて独立したパスごとの特異値を算出する処理のことをいう。また、チャネル容量とは、各セルがＭＩＭＯ通信を行うのに適しているか否かを示す指標である。ＭＩＭＯ通信においては、互いに相関が無く受信品質が高い独立したパスが多いほど、空間多重された信号を受信側で分離できる可能性が高くなる。したがって、特異値が大きいパスが多いセルほどチャネル容量が大きくなり、ＭＩＭＯ通信に適したセルと言える。なお、特異値、チャネル容量、および接続セル受信処理部１０５の詳細な構成については、後に詳述する。
観測セル受信処理部１０６は、観測セルの信号に対して受信処理を施し、観測セルのチャネル容量を算出してセル選択部１０７へ出力する。ここで、観測セルの基地局装置はマルチキャリア通信装置１００の通信相手ではないため、観測セル受信処理部１０６は、観測セルにおける共通パイロット信号に対する受信処理を施す。また、観測セルに関しては、すべてのサブキャリアに関してチャネル容量を求めるのではなく、総受信電力が大きいサブキャリアについてのみチャネル容量を算出する。このため、観測セル受信処理部１０６におけるチャネル容量算出の処理負荷を軽減することができる。なお、観測セル受信処理部１０６の詳細な構成については、後に詳述する。
セル選択部１０７は、接続セルのチャネル容量および観測セルのチャネル容量を大小比較し、チャネル容量が大きいセルの基地局装置を通信相手の基地局装置（選択基地局装置）とする。すなわち、セル選択部１０７は、チャネル容量が最大のセルを次の時間単位における接続セルとする。そして、セル選択部１０７は、選択基地局装置に関するセル選択情報を多重部１０８へ出力する。
多重部１０８は、セル選択情報、無線品質情報、および送信データなどを多重し、得られた多重データを誤り訂正符号化部１０９へ出力する。
誤り訂正符号化部１０９は、多重データを誤り訂正符号化し、得られた符号化データを変調部１１０へ出力する。
変調部１１０は、符号化データを変調し、得られた変調データをＩＦＦＴ部１１１−１、１１１−２へ出力する。
ＩＦＦＴ部１１１−１、１１１−２は、変調データを逆高速フーリエ変換し、複数のサブキャリアに変調データを重畳し、得られたマルチキャリア信号をＧＩ挿入部１１２−１、１１２−２へ出力する。
ＧＩ挿入部１１２−１、１１２−２は、マルチキャリア信号の各シンボル間に、ガードインターバルを挿入する。
ＲＦ送信部１１３−１、１１３−２は、ガードインターバル挿入後のマルチキャリア信号に対して所定の無線送信処理（Ｄ／Ａ変換、アップコンバートなど）を施し、それぞれ対応するアンテナから送信する。
図３は、本実施の形態に係る接続セル受信処理部１０５の内部構成を示すブロック図である。
チャネル推定部１０５１は、接続セルの共通パイロット信号を用いて送受信側のアンテナ対に対応するパスごとのチャネル推定を行う。ここで、マルチキャリア通信装置１００（受信側）のアンテナ数をＭR本、基地局装置２００および基地局装置３００（送信側）のアンテナ数をＭT（≧ＭR）本とすれば、チャネル推定の結果として、サブキャリアごとにサイズがＭR×ＭTのチャネル行列が得られる。すなわち、サブキャリアｉについて、基地局装置からの送信信号ベクトルをｘi(t)、伝搬路における雑音信号ベクトルをｎi(t)とすれば、マルチキャリア通信装置１００における受信信号ベクトルｒi(t)は、チャネル行列Ａiを用いて以下の式（１）のように表すことができる。
ｒi(t)＝Ａiｘi(t)＋ｎi(t) ・・・（１）
チャネル推定部１０５１は、接続セルについて上式（１）を満たすサブキャリアごとのチャネル行列Ａiを求める。なお、基地局装置２００のアンテナ数と基地局装置３００のアンテナ数とは異なっていても良いが、ここでは説明の便宜上、いずれの基地局装置もＭT個のアンテナを有しているものとする。
復調部１０５２は、特異値分解処理部１０５２ａを有しており、接続セルの個別データ信号を復調する。復調部１０５２は、送信側（基地局装置２００または基地局装置３００）におけるＭＩＭＯ多重方式および変調方式に対応した空間分離および復調の処理を行うとともに、復調後の個別データ信号を誤り訂正復号部１０５３および無線品質測定部１０５５へ出力する。特異値分解処理部１０５２ａは、復調の過程でチャネル行列Ａiを用いた特異値分解処理を行い、すべてのサブキャリアに関して、接続セルにおける独立したパスごとの特異値を算出する。具体的には、特異値分解処理部１０５２ａは、サブキャリアｉに関する接続セルの独立したパスごとの特異値を以下の式（２）によって算出する。
Figure 0004558452
 上式（２）において、Ａi Hはチャネル行列Ａiの共役転置行列、Ｕiは固有ベクトルを並べて得られるユニタリ行列、Ｕi Hはユニタリ行列Ｕiの共役転置行列を示している。また、diag（）は対角行列を示しており、上式（２）においては行列Λiの対角成分にＭR個の特異値λi,1〜λi,ＭRが現れている。なお、ここではＭT≧ＭRと仮定したため、ＭR個の特異値が求められるが、ＭT＜ＭRの場合は、ＭT個の特異値が求められる。
誤り訂正復号部１０５３は、復調後の個別データ信号を送信側（基地局装置２００または基地局装置３００）における符号化率に対応して誤り訂正復号し、誤り訂正復号後の個別データ信号を分離部１０５４へ出力する。
分離部１０５４は、誤り訂正復号後の個別データ信号を受信データと送信側（基地局装置２００または基地局装置３００）における変調方式および符号化率を示す無線リソース割当情報とに分離し、受信データを出力するとともに無線リソース割当情報を復調部１０５２および誤り訂正復号部１０５３へ出力する。
無線品質測定部１０５５は、接続セルの共通パイロット信号を用いて接続セルにおける無線品質を測定し、無線品質情報を多重部１０８へ出力する。
特異値加工部１０５６は、サブキャリアごと、かつ独立したパスごとに求められた特異値を加工し、それぞれの独立したパスを代表する特異値を算出する。すなわち、特異値加工部１０５６は、例えばＮ個のサブキャリア１〜Ｎに関して求められたすべての特異値λ1,1〜λ1,ＭR、λ2,1〜λ2,ＭR、・・・、λi,1〜λi,ＭR、・・・、λN,1〜λN,ＭRについて、独立したパスｊごとの特異値λ1,j〜λN,jの和を総サブキャリア数Ｎで除算して平均値を求めることにより、それぞれの独立したパスを代表する特異値λ1〜λＭRを算出する。これにより、１つの独立したパスｊには、１つの特異値λjが対応することになる。
チャネル容量算出部１０５７は、特異値加工部１０５６によって求められた独立したパスごとの特異値λ1〜λＭRを所定の閾値と比較し、所定の閾値以上の特異値の数を接続セルのチャネル容量として算出する。上述したように、特異値は、ＭＩＭＯ通信において独立したパスそれぞれの受信品質を示している。そして、ＭＩＭＯ通信においては、受信品質が高いパスが多いほど、複数のアンテナから同時に送信された信号を正確に分離することができるため、所定の閾値以上の特異値の数が多いほど、スループットが高いことになる。チャネル容量算出部１０５７は、算出した接続セルのチャネル容量（すなわち、所定の閾値以上の特異値の数）をセル選択部１０７へ出力する。
図４は、本実施の形態に係る観測セル受信処理部１０６の内部構成を示すブロック図である。
チャネル推定部１０６１は、観測セルの共通パイロット信号を用いて送受信側のアンテナ対に対応するパスごとのチャネル推定を行い、観測セルのチャネル行列を求める。
サブキャリア選択部１０６２は、チャネル推定部１０６１によるチャネル推定結果からマルチキャリア通信装置１００（受信側）のアンテナと観測セルの基地局装置（送信側）のアンテナとの各アンテナ対におけるサブキャリアごとの受信電力を算出し、すべてのアンテナ対の総受信電力が最も大きいサブキャリアを特異値分解処理用のサブキャリアとして選択する。すなわち、サブキャリア選択部１０６２は、１つのサブキャリアについて、ＭR本の受信側のアンテナにおいてそれぞれ受信されるＭT本の送信側のアンテナからの信号の受信電力（すなわち、１つのサブキャリアについてＭR×ＭT通りの受信電力）を加算してサブキャリアごとの総受信電力を算出し、総受信電力が最も大きいサブキャリアを選択する。
接続セルの信号とは異なり観測セルの信号としては、共通パイロット信号のみが受信されており、復調が行われないので、観測セルの信号の受信処理の段階で特異値分解処理が行われることはない。したがって、観測セルについては、セル選択のためだけに特異値分解処理を行う必要がある。このとき、上述したように総受信電力が最も大きいサブキャリアを選択し、このサブキャリアについてのみ特異値分解処理を行うことにより、特異値分解処理の処理負荷を軽減することができる。
また、総受信電力が最も大きいサブキャリアに関しては、チャネル行列が最も正確に求められているため、特異値分解処理の結果も正確になると考えられる。結果として、観測セルのチャネル容量を少ない処理量で正確に算出することができる。
なお、サブキャリア選択部１０６２は、総受信電力が最も大きいサブキャリア１つのみを選択するのではなく、総受信電力が大きい方から所定数のサブキャリアを選択したり、総受信電力が所定の閾値より大きいサブキャリアを選択したりしても良い。これらの場合には、特異値分解処理の対象とするサブキャリアの数が増加し、１つのサブキャリアのみを対象とする場合より処理負荷は大きくなるものの、特異値分解処理に用いられる情報量が多くなり、特異値の異常値を排除することができる。
特異値分解処理部１０６３は、観測セルのチャネル行列を用いて接続セルと同様に式（２）による特異値分解処理を行い、サブキャリア選択部１０６２によって選択されたサブキャリアのみに関して、観測セルにおける独立したパスごとの特異値を算出する。
なお、特異値分解処理部１０６３は、サブキャリア選択部１０６２によって１つのサブキャリアのみが選択された場合は、特異値分解処理によって得られる独立したパスごとの特異値をそのままチャネル容量算出部１０６４へ出力するが、複数のサブキャリアが選択された場合は、接続セル受信処理部１０５の特異値加工部１０５６と同様に、独立したパスを代表する特異値を算出してチャネル容量算出部１０６４へ出力する。
チャネル容量算出部１０６４は、特異値分解処理部１０６３から出力された独立したパスごとの特異値を所定の閾値と比較し、所定の閾値以上の特異値の数を観測セルのチャネル容量として算出する。
図５は、本実施の形態に係る基地局装置２００の要部構成を示すブロック図である。図５に示す基地局装置２００は、ＲＦ受信部２０１−１、２０１−２、ＧＩ除去部２０２−１、２０２−２、ＦＦＴ部２０３−１、２０３−２、復調部２０４、誤り訂正復号部２０５、分離部２０６、リソース割当部２０７、送信制御部２０８、多重部２０９、誤り訂正符号化部２１０、変調部２１１、ＩＦＦＴ部２１２−１、２１２−２、ＧＩ挿入部２１３−１、２１３−２、およびＲＦ送信部２１４−１、２１４−２を有している。なお、基地局装置３００も基地局装置２００と同様の構成を有している。
ＲＦ受信部２０１−１、２０１−２は、それぞれ対応するアンテナから信号を受信し、受信信号に対して所定の無線受信処理（ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換など）を施す。
ＧＩ除去部２０２−１、２０２−２は、受信信号の各シンボル間に挿入されているガードインターバルを除去する。
ＦＦＴ部２０３−１、２０３−２は、ガードインターバル除去後の受信信号を高速フーリエ変換し、複数のサブキャリアに重畳されている信号を抽出する。
復調部２０４は、各サブキャリアの信号を復調し、得られた復調信号を誤り訂正復号部２０５へ出力する。
誤り訂正復号部２０５は、復調信号を誤り訂正復号し、誤り訂正復号後の信号を分離部２０６へ出力する。
分離部２０６は、誤り訂正復号後の信号を受信データとセル選択情報および無線品質情報とに分離し、受信データを出力するとともにセル選択情報および無線品質情報をリソース割当部２０７へ出力する。
リソース割当部２０７は、セル選択情報を参照して自装置（基地局装置２００）が選択基地局装置となったか否かを判定し、選択基地局装置となっていれば無線品質情報を参照してマルチキャリア通信装置１００宛ての送信データに対して割り当てる無線リソースを決定する。
送信制御部２０８は、マルチキャリア通信装置１００および他のマルチキャリア通信装置などに対する送信データの送信順序を制御し、送信データに対応する変調方式および符号化率を示す無線リソース割当情報を生成する。
多重部２０９は、送信データ、無線リソース割当情報、および図示しない共通パイロット信号などを多重し、得られた多重データを誤り訂正符号化部２１０へ出力する。
誤り訂正符号化部２１０は、それぞれの送信先に応じた符号化率で多重データを誤り訂正符号化し、得られた符号化データを変調部２１１へ出力する。
変調部２１１は、それぞれの送信先に応じた変調方式で符号化データを変調し、得られた変調データをＩＦＦＴ部２１２−１、２１２−２へ出力する。
ＩＦＦＴ部２１２−１、２１２−２は、変調データを逆高速フーリエ変換し、複数のサブキャリアに変調データを重畳し、得られたマルチキャリア信号をＧＩ挿入部２１３−１、２１３−２へ出力する。
ＧＩ挿入部２１３−１、２１３−２は、マルチキャリア信号の各シンボル間に、ガードインターバルを挿入する。
ＲＦ送信部２１４−１、２１４−２は、ガードインターバル挿入後のマルチキャリア信号に対して所定の無線送信処理（Ｄ／Ａ変換、アップコンバートなど）を施し、それぞれ対応するアンテナから送信する。
次いで、上記のように構成されたマルチキャリア通信装置１００によるセルの選択について、通信開始時および通信中の動作に分けて図６（ａ）、（ｂ）に示すシーケンス図を参照しながら説明する。
まず、マルチキャリア通信装置１００の電源投入時など、通信開始時の動作について図６（ａ）を参照して説明する。マルチキャリア通信装置１００が基地局装置２００のセル２００ａと基地局装置３００のセル３００ａとの境界付近に位置する時、マルチキャリア通信装置１００のＲＦ受信部１０１−１、１０１−２には基地局装置２００からの共通パイロット信号４０１および個別データ信号４０２と基地局装置３００からの共通パイロット信号４０３および個別データ信号４０４とが受信される。
受信信号は、ＲＦ受信部１０１−１、１０１−２によって所定の無線受信処理が施され、ＧＩ除去部１０２−１、１０２−２によってガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部１０３−１、１０３−２によって高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳されている信号が抽出される。
各サブキャリアの信号は、セル分離部１０４によって接続セルの信号と観測セルの信号とに分離されるが、ここでは、通信開始時であるため接続セルはなく、セル２００ａおよびセル３００ａの双方が観測セルである。したがって、セル２００ａおよびセル３００ａ双方の信号が観測セル受信処理部１０６のチャネル推定部１０６１へ出力される。
そして、チャネル推定部１０６１によって、セル２００ａのチャネル行列およびセル３００ａのチャネル行列がそれぞれ求められ、サブキャリア選択部１０６２によって、それぞれのセルにおいて総受信電力が最も大きいサブキャリアが選択される（４０５）。
具体的には、例えば基地局装置２００が送信アンテナ＃１および送信アンテナ＃２の２本のアンテナを有し、マルチキャリア通信装置１００が受信アンテナ＃１および受信アンテナ＃２の２本のアンテナを有している場合、サブキャリア選択部１０６２によって、図７に示すように、各送信アンテナと受信アンテナとの対のサブキャリアごとの受信電力が加算され、総受信電力が求められる。そして、サブキャリア選択部１０６２によって、総受信電力が最も大きいサブキャリアＰが選択される。同様に、サブキャリア選択部１０６２によって、基地局装置３００のセル３００ａについても総受信電力が最も大きいサブキャリアが選択される。
それぞれのセルについて選択されたサブキャリアは、特異値分解処理部１０６３へ通知され、特異値分解処理部１０６３によって、選択されたサブキャリアに対応するチャネル行列が用いられて式（２）による特異値分解処理が行われ、セル２００ａおよびセル３００ａそれぞれについて、独立したパスごとの特異値が求められる。
このように、特異値分解処理の対象とするサブキャリアを選択して限定することにより、特異値分解処理による処理負荷の増大を最低限に抑制することができ、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行することができる。また、サブキャリアの選択に際して、総受信電力が最も大きいサブキャリアを選択することにより、正確なチャネル行列を用いた特異値分解処理を行うことができ、求められた特異値も正確なものになる。
そして、チャネル容量算出部１０６４によって、所定の閾値以上の特異値の数がセル２００ａおよびセル３００ａそれぞれのチャネル容量として算出される（４０６）。算出されたチャネル容量は、セル選択部１０７へ出力され、セル２００ａおよびセル３００ａのうちチャネル容量が大きい方が次の時間単位における接続セルとして選択され（４０７）、接続セルに対応する基地局装置が選択基地局装置となる。そして、セル選択部１０７によって、接続セルに選択されたセルに関するセル選択情報が多重部１０８へ出力される。ここでは、セル２００ａが接続セルとして選択され、基地局装置２００が選択基地局装置となったものとして説明を続ける。
ここで、本実施の形態においては、上述したように総受信電力が最も大きいサブキャリアを対象として特異値分解処理を行っているため、求められる特異値が正確なものとなり、結果としてチャネル容量の信頼度も高くなる。したがって、接続セルとして選択されたセル２００ａは、確実にセル３００ａよりもＭＩＭＯ通信に適しており、スループットを改善してセルカバレッジを拡大することができる。
セル選択情報が多重部１０８へ入力されると、多重部１０８によって、送信データとセル選択情報とが多重され、多重データが生成される。そして、多重データは、誤り訂正符号化部１０９によって誤り訂正符号化され、変調部１１０によって変調され、変調データが得られる。
変調データは、ＩＦＦＴ部１１１−１、１１１−２によって逆高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳され、ＧＩ挿入部１１２−１、１１２−２によってガードインターバルが挿入され、ＲＦ送信部１１３−１、１１３−２によって所定の無線送信処理が施され、送信データおよびセル選択情報を含むマルチキャリア信号４０８がアンテナを介して送信される。なお、図６（ａ）では、選択されなかった基地局装置３００への送信を省略しているが、基地局装置３００に対してもセル選択情報が送信されるようにしても良い。
マルチキャリア通信装置１００から送信されたマルチキャリア信号４０８は、基地局装置２００のＲＦ受信部２０１−１、２０１−２によってアンテナを介して受信される。そして、受信信号は、ＲＦ受信部２０１−１、２０１−２によって所定の無線受信処理が施され、ＧＩ除去部２０２−１、２０２−２によってガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部２０３−１、２０３−２によって高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳されている信号が抽出される。
各サブキャリアの信号は、復調部２０４によって復調され、誤り訂正復号部２０５によって誤り訂正復号され、分離部２０６によって送信データとセル選択情報に分離される。そして、セル選択情報がリソース割当部２０７へ出力されると、リソース割当部２０７によって、自装置（基地局装置２００）がマルチキャリア通信装置１００の選択基地局装置となったと判断され、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データに対して割り当てる変調方式および符号化率などの無線リソースが決定される（４０９）。決定された無線リソースの情報は、送信制御部２０８へ出力され、マルチキャリア通信装置１００宛ての信号の送信処理が開始される（４１０）。
すなわち、送信制御部２０８によって、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データとマルチキャリア通信装置１００に割り当てられる符号化率および変調方式を示す無線リソース情報とが多重部２０９へ出力される。
そして、多重部２０９によって、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データと無線リソース情報とが多重され、多重データが生成される。そして、多重データは、誤り訂正符号化部２１０によって誤り訂正符号化され、変調部２１１によって変調され、変調データが得られる。
変調データは、ＩＦＦＴ部２１２−１、２１２−２によって逆高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳され、ＧＩ挿入部２１３−１、２１３−２によってガードインターバルが挿入され、ＲＦ送信部２１４−１、２１４−２によって所定の無線送信処理が施され、送信データおよび無線リソース情報を含む個別データ信号４１１がアンテナを介して送信される。
このようにして選択基地局装置である基地局装置２００から送信された信号は、マルチキャリア通信装置１００によって受信され、接続セル受信処理部１０５によって受信処理されることにより受信データが得られる。
次に、マルチキャリア通信装置１００が基地局装置２００を選択基地局装置として通信している（すなわち、セル２００ａが接続セル、セル３００ａが観測セル）状態の動作について図６（ｂ）を参照して説明する。マルチキャリア通信装置１００がセル２００ａを接続セルとしている時、マルチキャリア通信装置１００のＲＦ受信部１０１−１、１０１−２には基地局装置２００からの共通パイロット信号４５１および個別データ信号４５２が受信される。
受信信号は、ＲＦ受信部１０１−１、１０１−２によって所定の無線受信処理が施され、ＧＩ除去部１０２−１、１０２−２によってガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部１０３−１、１０３−２によって高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳されている信号が抽出される。
各サブキャリアの信号は、セル分離部１０４によって接続セルの信号と観測セルの信号とに分離されるが、ここでは、接続セルであるセル２００ａの信号が接続セル受信処理部１０５へ出力され、接続セルの信号の受信処理が行われる（４５３）。
すなわち、チャネル推定部１０５１によって、セル２００ａのサブキャリアごとのチャネル行列が求められ、復調部１０５２によって、基地局装置２００においてマルチキャリア通信装置１００に割り当てられたＭＩＭＯ多重方式および変調方式で受信信号が復調され、この復調の過程で特異値分解処理部１０５２ａによる特異値分解処理が行われる。特異値分解処理によって得られた接続セルにおける独立したパスごとの特異値は、特異値加工部１０５６へ出力される一方、復調された個別データ信号が誤り訂正復号部１０５３へ出力され、共通パイロット信号が無線品質測定部１０５５へ出力される。
誤り訂正復号部１０５３へ出力された個別データ信号は、基地局装置２００においてマルチキャリア通信装置１００に割り当てられた符号化率で誤り訂正復号され、分離部１０５４によって受信データと無線リソース情報とに分離され、無線リソース情報が復調部１０５２および誤り訂正復号部１０５３へ出力される。
また、特異値加工部１０５６へは、すべてのサブキャリアに関して独立したパスごとの特異値が出力されているが、特異値加工部１０５６によって、例えば独立したパスごとの平均値が求められることにより、それぞれの独立したパスを代表する特異値が算出される。
そして、チャネル容量算出部１０５７によって、所定の閾値以上の特異値の数がセル２００ａのチャネル容量として算出され、セル選択部１０７へ出力される。以上で、接続セルの信号の受信処理が完了する。
なお、無線品質測定部１０５５へ出力された共通パイロット信号は、接続セルであるセル２００ａの無線品質測定に用いられ、無線品質測定部１０５５によって無線品質情報が生成される。生成された無線品質情報は、受信確認応答などと多重され、受信確認応答信号４５４として基地局装置２００へ送信されるようにしても良い。
一方、観測セルであるセル３００ａの基地局装置３００から送信されている共通パイロット信号４５５は、ＲＦ受信部１０１−１、１０１−２によって随時受信され、所定の無線受信処理が施され、ＧＩ除去部１０２−１、１０２−２によってガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部１０３−１、１０３−２によって高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳されている信号が抽出される。
各サブキャリアの信号は、セル分離部１０４によって接続セルの信号と観測セルの信号とに分離されるが、ここでは、観測セルであるセル３００ａの信号が観測セル受信処理部１０６のチャネル推定部１０６１へ出力される。
そして、チャネル推定部１０６１によって、セル３００ａのチャネル行列が求められ、サブキャリア選択部１０６２によって、図７に示したように、セル３００ａにおいて総受信電力が最も大きいサブキャリアが選択される（４５６）。
選択されたサブキャリアは、特異値分解処理部１０６３へ通知され、特異値分解処理部１０６３によって、選択されたサブキャリアに対応するチャネル行列が用いられて式（２）による特異値分解処理が行われ、セル３００ａについて、独立したパスごとの特異値が求められる。
そして、チャネル容量算出部１０６４によって、所定の閾値以上の特異値の数が観測セルであるセル３００ａのチャネル容量として算出される（４５７）。算出されたセル３００ａのチャネル容量は、セル選択部１０７へ出力され、セル２００ａおよびセル３００ａのうちチャネル容量が大きい方が次の時間単位における接続セルとして選択され（４５８）、接続セルに対応する基地局装置が選択基地局装置となる。そして、セル選択部１０７によって、接続セルに選択されたセルに関するセル選択情報が多重部１０８へ出力される。ここでは、観測セルであったセル３００ａが接続セルとして選択され、基地局装置３００が選択基地局装置となったものとして説明を続ける。
セル選択情報が多重部１０８へ入力されると、多重部１０８によって、送信データとセル選択情報とが多重され、多重データが生成される。そして、多重データは、誤り訂正符号化部１０９によって誤り訂正符号化され、変調部１１０によって変調され、変調データが得られる。
変調データは、ＩＦＦＴ部１１１−１、１１１−２によって逆高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳され、ＧＩ挿入部１１２−１、１１２−２によってガードインターバルが挿入され、ＲＦ送信部１１３−１、１１３−２によって所定の無線送信処理が施され、送信データおよびセル選択情報を含むマルチキャリア信号４５９がアンテナを介して送信される。なお、図６（ｂ）では、選択されなかった基地局装置２００へは何の信号も送信されていないが、基地局装置２００に対してセル選択情報が送信されるようにしても良い。
マルチキャリア通信装置１００から送信されたマルチキャリア信号４５９は、基地局装置３００のＲＦ受信部２０１−１、２０１−２によってアンテナを介して受信される。そして、受信信号は、ＲＦ受信部２０１−１、２０１−２によって所定の無線受信処理が施され、ＧＩ除去部２０２−１、２０２−２によってガードインターバルが除去され、ＦＦＴ部２０３−１、２０３−２によって高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳されている信号が抽出される。
各サブキャリアの信号は、復調部２０４によって復調され、誤り訂正復号部２０５によって誤り訂正復号され、分離部２０６によって送信データとセル選択情報に分離される。そして、セル選択情報がリソース割当部２０７へ出力されると、リソース割当部２０７によって、自装置（基地局装置３００）がマルチキャリア通信装置１００の選択基地局装置となったと判断され、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データに対して割り当てる変調方式および符号化率などの無線リソースが決定される（４６０）。決定された無線リソースの情報は、送信制御部２０８へ出力され、マルチキャリア通信装置１００宛ての信号の送信処理が開始される（４６１）。
すなわち、送信制御部２０８によって、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データとマルチキャリア通信装置１００に割り当てられる符号化率および変調方式を示す無線リソース情報とが多重部２０９へ出力される。
そして、多重部２０９によって、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データと無線リソース情報とが多重され、多重データが生成される。そして、多重データは、誤り訂正符号化部２１０によって誤り訂正符号化され、変調部２１１によって変調され、変調データが得られる。
変調データは、ＩＦＦＴ部２１２−１、２１２−２によって逆高速フーリエ変換されることにより、複数のサブキャリアに重畳され、ＧＩ挿入部２１３−１、２１３−２によってガードインターバルが挿入され、ＲＦ送信部２１４−１、２１４−２によって所定の無線送信処理が施され、送信データおよび無線リソース情報を含む個別データ信号４６２がアンテナを介して送信される。
このようにして選択基地局装置である基地局装置３００から送信された信号は、マルチキャリア通信装置１００によって受信され、接続セル受信処理部１０５によって受信処理されることにより受信データが得られる。
以上のように、本実施の形態によれば、通信相手となっていない基地局装置から送信された共通パイロット信号に含まれるサブキャリアのうち、最も総受信電力が大きいサブキャリアを対象として特異値分解処理を行い、所定の閾値以上の特異値の数をチャネル容量として、チャネル容量が最大の基地局装置を選択基地局装置とする。このため、高速セル選択のための特異値分解処理による処理負荷の増大を最低限に抑制することができ、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合に、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行し、スループットを確実に改善してセルカバレッジを拡大することができる。
なお、本実施の形態においては、マルチキャリア通信装置１００から選択基地局装置に対して、セル選択情報を含むマルチキャリア信号（例えば図６（ａ）のマルチキャリア信号４０８）が送信されるものとしたが、上り回線の信号は、マルチキャリア信号に限定されず例えばＣＤＭＡ信号などでも良い。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の特徴は、セル選択に用いるチャネル容量として行列式を用い、行列式の大小によって通信相手となる基地局装置を選択する点である。
本実施の形態に係る移動体通信システムの構成は、図１に示す移動体通信システムと同様であるため、その説明を省略する。また、本実施の形態に係るマルチキャリア通信装置１００および基地局装置２００の要部構成は図２および図５に示すマルチキャリア通信装置１００および基地局装置２００の要部構成と同様であるため、その説明を省略する。
本実施の形態においては、マルチキャリア通信装置１００の接続セル受信処理部１０５および観測セル受信処理部１０６の内部構成のみが実施の形態１と異なっている。したがって、接続セル受信処理部１０５および観測セル受信処理部１０６の内部構成について説明する。
図８は、本実施の形態に係る接続セル受信処理部１０５の内部構成を示すブロック図である。同図において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図８に示す接続セル受信処理部１０５は、図３の特異値加工部１０５６およびチャネル容量算出部１０５７に代えて行列式算出部５００１および行列式加工部５００２を有する構成を採る。
行列式算出部５００１は、接続セルのサブキャリアｉに関するチャネル行列Ａiを用いて、すべてのサブキャリアに関して、接続セルにおける独立したパスごとの行列式を算出する。具体的には、行列式算出部５００１は、接続セルの独立したパスごとの受信品質の総和の指標となる行列式Ｃiを以下の式（３）によって算出する。
Figure 0004558452
 上式（３）において、det（）は行列式を示し、ＩＭRはＭR×ＭRのサイズの単位行列を示している。上式（３）によって求められる行列式Ｃiは、サブキャリアごとに求められるスカラー量であり、ＭＩＭＯ通信における独立したパスの受信品質の総和を示す数値である。したがって、セル内に受信品質が高い独立したパスが多ければ多いほど行列式Ｃiは大きくなり、行列式Ｃiが大きいセルほど、スループットが高いことになる。
行列式加工部５００２は、サブキャリアごとに求められる行列式Ｃiを加工し、接続セルを代表する行列式を算出して接続セルのチャネル容量とする。すなわち、行列式加工部５００２は、例えばＮ個のサブキャリア１〜Ｎに関して求められたすべての行列式Ｃ1〜ＣNの和を総サブキャリア数Ｎで除算して平均値を求めることにより、接続セルを代表する行列式Ｃを算出する。上述したように、算出された行列式Ｃが大きければ接続セルの独立したパスの受信品質が高く、ＭＩＭＯ通信に適していることになるため、行列式加工部５００２は、行列式Ｃを接続セルのチャネル容量としてセル選択部１０７へ出力する。
図９は、本実施の形態に係る観測セル受信処理部１０６の内部構成を示すブロック図である。同図において、図４と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図９に示す観測セル受信処理部１０６は、図４の特異値分解処理部１０６３およびチャネル容量算出部１０６４に代えて特異値分解処理部１０６３ａおよび行列式算出部５００３を有し、さらに空間多重情報生成部５００４を追加した構成を採る。
行列式算出部５００３は、観測セルのチャネル行列を用いて接続セルと同様に式（３）の演算を行い、サブキャリア選択部１０６２によって選択されたサブキャリアのみに関する行列式を観測セルのチャネル容量として算出する。
なお、行列式算出部５００３は、サブキャリア選択部１０６２によって１つのサブキャリアのみが選択された場合は、算出された行列式をそのままチャネル容量としてセル選択部１０７へ出力するが、複数のサブキャリアが選択された場合は、接続セル受信処理部１０５の行列式加工部５００２と同様に、接続セルを代表する行列式をチャネル容量として算出してセル選択部１０７へ出力する。
特異値分解処理部１０６３ａは、セル選択部１０７によって接続セルおよび観測セルのチャネル容量が比較された結果、観測セルが次の時間単位における接続セルとして選択された場合にのみ、式（２）による特異値分解処理を行い、サブキャリア選択部１０６２によって選択されたサブキャリアのみに関して、独立したパスごとの特異値を算出する。すなわち、特異値分解処理部１０６３ａは、セル選択部１０７から出力されるセル選択情報を参照して、観測セルが接続セルとなる場合にのみ、独立したパスごとの受信品質を判定するために特異値分解処理を行う。
空間多重情報生成部５００４は、特異値分解処理部１０６３ａによって特異値分解処理が行われると、特異値分解処理の結果に応じてＭＩＭＯ通信またはＳＴＣ（Space Time Coding：時空間符号化）通信のいずれを行うかを示す空間多重情報を生成する。
ここで、ＭＩＭＯ通信は、複数のアンテナから異なるデータ系列が同時に送信されるのに対し、ＳＴＣ通信は、複数のアンテナから同一のデータ系列が同時に送信される。したがって、たとえ行列式の比較によって選択された接続セルの独立したパスごとの受信品質が比較的低く、ＭＩＭＯ通信を行うことができないと考えられる場合でも、ＳＴＣ通信に切り替えることで受信品質の劣化を防止し、ダイバーシチ利得を得ることができる。
本実施の形態においては、セル選択に用いる観測セルのチャネル容量算出において、特異値分解処理よりも処理負荷が大幅に小さい行列式の演算が行われる。そして、観測セルが次の時間単位における接続セルに選択された場合にのみ、特異値分解処理が行われるため、観測セルのチャネル容量算出のために常に特異値分解処理が必要となる実施の形態１よりも処理負荷を軽減することができる。
次いで、上記のように構成されたマルチキャリア通信装置１００によるセルの選択について、図１０に示すシーケンス図を参照しながら説明する。なお、本実施の形態においては、マルチキャリア通信装置１００が基地局装置２００を選択基地局装置として通信している（すなわち、セル２００ａが接続セル、セル３００ａが観測セル）状態の動作について説明する。図１０において、図６（ｂ）と同じ部分には同じ符号を付し、詳しい説明を省略する。マルチキャリア通信装置１００がセル２００ａを接続セルとしている時、マルチキャリア通信装置１００のＲＦ受信部１０１−１、１０１−２には基地局装置２００からの共通パイロット信号４５１および個別データ信号４５２が受信される。
受信信号は、ＧＩ除去部１０２−１、１０２−２およびＦＦＴ部１０３−１、１０３−２を経て、複数のサブキャリアに重畳されている信号が抽出される。
各サブキャリアの信号は、セル分離部１０４によって接続セルの信号と観測セルの信号とに分離されるが、ここでは、接続セルであるセル２００ａの信号が接続セル受信処理部１０５へ出力され、接続セルの信号の受信処理が行われる（６０１）。
すなわち、チャネル推定部１０５１によって、セル２００ａのサブキャリアごとのチャネル行列が求められ、復調部１０５２によって、基地局装置２００においてマルチキャリア通信装置１００に割り当てられた変調方式で受信信号が復調される。復調された個別データ信号は、誤り訂正復号部１０５３によって、基地局装置２００においてマルチキャリア通信装置１００に割り当てられた符号化率で誤り訂正復号され、分離部１０５４によって受信データと無線リソース情報とに分離される。
これらの処理と並行して、チャネル推定部１０５１によって求められたチャネル行列は、行列式算出部５００１へ出力され、行列式算出部５００１によって、サブキャリアごとの行列式が算出され、行列式加工部５００２によって、サブキャリアごとの行列式が加工され、例えばサブキャリアごとの行列式の平均値などの接続セルを代表する行列式が算出される。算出された行列式は、接続セルのチャネル容量としてセル選択部１０７へ出力される。以上で、接続セルの信号の受信処理が完了する。
なお、復調部１０５２から無線品質測定部１０５５へ出力された共通パイロット信号は、接続セルであるセル２００ａの無線品質測定に用いられ、無線品質測定部１０５５によって無線品質情報が生成される。生成された無線品質情報は、受信確認応答などと多重され、受信確認応答信号４５４として基地局装置２００へ送信されるようにしても良い。
一方、観測セルであるセル３００ａの基地局装置３００から送信されている共通パイロット信号４５５は、ＲＦ受信部１０１−１、１０１−２によって随時受信され、ＧＩ除去部１０２−１、１０２−２およびＦＦＴ部１０３−１、１０３−２を経て、複数のサブキャリアに重畳されている信号が抽出される。
各サブキャリアの信号は、セル分離部１０４によって接続セルの信号と観測セルの信号とに分離されるが、ここでは、観測セルであるセル３００ａの信号が観測セル受信処理部１０６のチャネル推定部１０６１へ出力される。
そして、実施の形態１と同様に、サブキャリア選択部１０６２によって、セル３００ａにおいて総受信電力が最も大きいサブキャリアが選択される（４５６）。
選択されたサブキャリアは、行列式算出部５００３へ通知され、行列式算出部５００３によって、選択されたサブキャリアに対応するチャネル行列が用いられて式（３）の演算が行われ、セル３００ａの行列式が求められる（６０２）。求められた行列式は、観測セルのチャネル容量としてセル選択部１０７へ出力され、セル２００ａおよびセル３００ａのうちチャネル容量が大きい方が次の時間単位における接続セルとして選択され（４５８）、接続セルに対応する基地局装置が選択基地局装置となる。そして、セル選択部１０７によって、接続セルに選択されたセルに関するセル選択情報が特異値分解処理部１０６３ａおよび多重部１０８へ出力される。ここでは、観測セルであったセル３００ａが接続セルとして選択され、基地局装置３００が選択基地局装置となったものとして説明を続ける。
観測セルであったセル３００ａが接続セルに選択された旨のセル選択情報が特異値分解処理部１０６３ａへ出力されると、特異値分解処理部１０６３ａによって、サブキャリア選択部１０６２によって選択されたサブキャリアに対応するチャネル行列が用いられて式（２）による特異値分解処理が行われる（６０３）。なお、引き続きセル２００ａが接続セルに選択された場合は、特異値分解処理は行われない。
特異値分解処理の結果、所定の閾値より大きい特異値が所定数より多ければ、空間多重情報生成部５００４によって、セル３００ａにおけるＭＩＭＯ通信が可能であると判断され、ＭＩＭＯ通信を行う旨の空間多重情報が生成される。また、所定の閾値より大きい特異値が所定数より少なければ、空間多重情報生成部５００４によって、セル３００ａにおいてはＳＴＣ通信を行う方が良いと判断され、ＳＴＣ通信を行う旨の空間多重情報が生成される。生成された空間多重情報は、セル選択部１０７を経由して、多重部１０８へ出力される。
セル選択情報および空間多重情報が多重部１０８へ入力されると、多重部１０８によって、送信データ、セル選択情報、および空間多重情報が多重され、多重データが生成される。そして、多重データは、誤り訂正符号化部１０９からＲＦ送信部１１３−１、１１３−２を経て、送信データ、セル選択情報、および空間多重情報を含むマルチキャリア信号６０４がアンテナを介して送信される。なお、図１０では、選択されなかった基地局装置２００へは何の信号も送信されていないが、基地局装置２００に対してセル選択情報が送信されるようにしても良い。
マルチキャリア通信装置１００から送信されたマルチキャリア信号６０４は、基地局装置３００のＲＦ受信部２０１−１、２０１−２によってアンテナを介して受信される。そして、受信信号は、ＧＩ除去部２０２−１、２０２−２およびＦＦＴ部２０３−１、２０３−２を経て、複数のサブキャリアに重畳されている信号が抽出される。
各サブキャリアの信号は、復調部２０４によって復調され、誤り訂正復号部２０５によって誤り訂正復号され、分離部２０６によって送信データ、セル選択情報、および空間多重情報に分離される。そして、セル選択情報および空間多重情報がリソース割当部２０７へ出力されると、リソース割当部２０７によって、自装置（基地局装置３００）がマルチキャリア通信装置１００の選択基地局装置となったと判断され、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データに対して割り当てる変調方式および符号化率などの無線リソースが決定される（４６０）。本実施の形態においては、無線リソースの決定に際して空間多重情報が参照され、ＭＩＭＯ通信またはＳＴＣ通信のいずれが行われるかが考慮される。決定された無線リソースの情報は、送信制御部２０８へ出力され、マルチキャリア通信装置１００宛ての信号の送信処理が開始される（６０５）。
すなわち、送信制御部２０８によって、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データとマルチキャリア通信装置１００に割り当てられる符号化率および変調方式を示す無線リソース情報とが多重部２０９へ出力される。また、送信制御部２０８によって、空間多重情報に従ってＭＩＭＯ通信またはＳＴＣ通信のいずれの空間多重を行うかが判断される。
そして、多重部２０９によって、マルチキャリア通信装置１００宛ての送信データと無線リソース情報とが多重され、多重データが生成される。そして、多重データは、誤り訂正符号化部２１０によって誤り訂正符号化され、変調部２１１によって変調され、変調データが得られる。
変調データは、ＩＦＦＴ部２１２−１、２１２−２からＲＦ送信部２１４−１、２１４−２を介して個別データ信号４６２としてアンテナから送信される。このとき、個別データ信号４６２は、空間多重情報に応じてＭＩＭＯ通信またはＳＴＣ通信によって送信される。
このようにして選択基地局装置である基地局装置３００から送信された信号は、マルチキャリア通信装置１００によって受信され、接続セル受信処理部１０５によって受信されることにより受信データが得られる。
以上のように、本実施の形態によれば、通信相手となっていない基地局装置から送信された共通パイロット信号に含まれるサブキャリアのうち、最も総受信電力が大きいサブキャリアを対象として行列式を求め、この行列式をチャネル容量として、チャネル容量が最大の基地局装置を選択基地局装置とする。このため、高速セル選択のための特異値分解処理による処理負荷の増大を最低限に抑制することができ、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合に、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行し、スループットを確実に改善してセルカバレッジを拡大することができる。また、セル選択に際して、常に特異値分解処理を行うよりも処理負荷を軽減することができる。
なお、本実施の形態においては、マルチキャリア通信装置１００から選択基地局装置に対して、セル選択情報を含むマルチキャリア信号（すなわち図１０のマルチキャリア信号６０４）が送信されるものとしたが、上り回線の信号は、マルチキャリア信号に限定されず例えばＣＤＭＡ信号などでも良い。
また、上記各実施の形態においては、送受信側のすべてのアンテナ対における総受信電力を用いてチャネル容量算出に用いるサブキャリアを選択するものとしたが、送信側または受信側のアンテナを限定した総受信電力を用いても良い。すなわち、例えば送信側のアンテナをいずれか１つに固定して、当該アンテナからのみの受信電力を用いてサブキャリアを選択するようにしても良い。こうすることにより、セル選択に必要な処理負荷をさらに軽減することができる。
本発明の第１の態様に係るマルチキャリア通信装置は、現在の時間単位における通信相手がカバーする接続セルの信号および前記接続セルに隣接する観測セルの信号を複数のアンテナから受信する受信手段と、前記接続セルの信号を用いて前記接続セルのチャネル容量を算出する第１算出手段と、前記観測セルの信号を構成する複数のサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択するサブキャリア選択手段と、選択されたサブキャリアを対象として前記観測セルのチャネル容量を算出する第２算出手段と、前記接続セルのチャネル容量および前記観測セルのチャネル容量を比較し、チャネル容量が最大のセルを次の時間単位における接続セルとして選択するセル選択手段と、を有する構成を採る。
この構成によれば、接続セルのチャネル容量を算出するとともに、観測セルの信号を構成するサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択して観測セルのチャネル容量を算出し、チャネル容量が最大のセルを次の接続セルとするため、観測セルのチャネル容量算出に必要とする処理量を削減することができ、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合に、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行し、スループットを確実に改善してセルカバレッジを拡大することができる。
本発明の第２の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第１の態様において、前記サブキャリア選択手段は、前記複数のサブキャリアのうち、受信電力が最大のサブキャリアを選択する構成を採る。
この構成によれば、受信電力が最大のサブキャリアを選択するため、チャネル容量の算出に用いるチャネル行列が正確に求められており、観測セルのチャネル容量を正確に算出することができる。
本発明の第３の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第１の態様において、前記サブキャリア選択手段は、前記複数のサブキャリアのうち、受信電力が大きい方から所定数のサブキャリアを選択する構成を採る。
この構成によれば、受信電力が大きい方から所定数のサブキャリアを選択するため、チャネル容量の算出の対象となるサブキャリア数が多くなるため、情報量が多くなり、チャネル容量の異常値を排除することができる。
本発明の第４の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第１の態様において、前記サブキャリア選択手段は、前記複数のサブキャリアのうち、受信電力が所定の閾値以上のサブキャリアを選択する構成を採る。
この構成によれば、受信電力が所定の閾値以上のサブキャリアを選択するため、受信電力の相対比較ではなく、受信電力が絶対的に大きいサブキャリアを選択することができ、観測セルのチャネル容量をより正確に算出することができる。
本発明の第５の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第１の態様において、前記サブキャリア選択手段は、前記複数のアンテナのうちいずれか１つのアンテナにおける受信電力に応じてサブキャリアを選択する構成を採る。
この構成によれば、１つのアンテナにおける受信電力に応じてサブキャリアを選択するため、受信電力の算出などの演算量が削減され、セル選択に必要な処理負荷をさらに軽減することができる。
本発明の第６の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第１の態様において、前記第１算出手段は、前記接続セルの信号を構成する複数のサブキャリアそれぞれを対象に特異値分解処理を行って、前記接続セルにおける独立したパスごとの受信品質を示す特異値を前記独立したパスごとに前記複数のサブキャリア数ずつ求める特異値分解処理部と、求められた特異値に対して所定の加工を施し、前記接続セルにおける独立したパスごとに１つの特異値を得る特異値加工部と、前記特異値加工部によって得られた前記接続セルにおける独立したパスごとの特異値のうち、所定の閾値以上の特異値の数を前記接続セルのチャネル容量として算出するチャネル容量算出部と、を有する構成を採る。
本発明の第７の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第１の態様において、前記第２算出手段は、前記選択されたサブキャリアを対象に特異値分解処理を行って、前記観測セルにおける独立したパスごとに１つの特異値を求める特異値分解処理部と、前記観測セルにおける独立したパスごとの特異値のうち、所定の閾値以上の特異値の数を前記観測セルのチャネル容量として算出するチャネル容量算出部と、を有する構成を採る。
これらの構成によれば、特異値分解処理結果から独立したパスごとの特異値を求め、所定の閾値以上の特異値の数をセルのチャネル容量とするため、受信品質が高い独立したパスが多いセルほどチャネル容量が大きくなる。このため、チャネル容量が大きいセルほどＭＩＭＯ通信に適していることになり、スループットを確実に改善できるセルを選択することができる。
本発明の第８の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第１の態様において、前記第１算出手段は、前記接続セルの信号を構成する複数のサブキャリアそれぞれを対象に演算を行って、前記接続セルにおける独立したパスごとの受信品質の総和を示す行列式を前記独立したパスごとに前記複数のサブキャリア数ずつ算出する行列式算出部と、算出された行列式に対して所定の加工を施し、前記接続セルにおける独立したパスごとに１つの行列式を前記接続セルのチャネル容量として得る行列式加工部と、を有する構成を採る。
本発明の第９の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第１の態様において、前記第２算出手段は、前記選択されたサブキャリアを対象に演算を行って、前記観測セルにおける独立したパスごとに１つの行列式を前記観測セルのチャネル容量として算出する行列式算出部、を有する構成を採る。
これらの構成によれば、独立したパスごとの受信品質の総和を示す行列式をセルのチャネル容量とするため、独立したパスの受信品質の総和が大きいセルほどチャネル容量が大きくなる。このため、特異値分解処理を行わずにＭＩＭＯ通信に適したセルを選択することができ、セル選択に必要な処理負荷を軽減することができる。
本発明の第１０の態様に係るマルチキャリア通信装置は、上記第９の態様において、前記セル選択手段によって現在の時間単位における観測セルが次の時間単位における接続セルとして選択された場合に、前記サブキャリア選択手段によって選択されたサブキャリアを対象に特異値分解処理を行って、前記観測セルにおける独立したパスごとの１つの特異値を求める特異値分解処理手段と、前記観測セルにおける独立したパスごとの特異値のうち、所定の閾値以上の特異値の数が所定数以上であればＭＩＭＯ通信を行う旨の空間多重情報を生成し、所定の閾値以上の特異値の数が所定数未満であればＳＴＣ通信を行う旨の空間多重情報を生成する生成手段と、をさらに有する構成を採る。
この構成によれば、行列式の比較によって観測セルが接続セルとなる場合にのみ特異値分解処理を行って、この結果に基づいてＭＩＭＯ通信またはＳＴＣ通信のいずれを行うかを示す空間多重情報を生成するため、必要な場合にのみ特異値分解処理を行うことで処理負荷を軽減することができるとともに、ＭＩＭＯ通信が不可能な場合でも受信品質の劣化を防止し、ダイバーシチ利得を得ることができる。
本発明の第１１の態様に係るセル選択方法は、現在の時間単位における通信相手がカバーする接続セルの信号および前記接続セルに隣接する観測セルの信号を複数のアンテナから受信するステップと、前記接続セルの信号を用いて前記接続セルのチャネル容量を算出するステップと、前記観測セルの信号を構成する複数のサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択するステップと、選択されたサブキャリアを対象として前記観測セルのチャネル容量を算出するステップと、前記接続セルのチャネル容量および前記観測セルのチャネル容量を比較し、チャネル容量が最大のセルを次の時間単位における接続セルとして選択するステップと、を有するようにした。
この方法によれば、接続セルのチャネル容量を算出するとともに、観測セルの信号を構成するサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択して観測セルのチャネル容量を算出し、チャネル容量が最大のセルを次の接続セルとするため、観測セルのチャネル容量算出に必要とする処理量を削減することができ、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合に、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行し、スループットを確実に改善してセルカバレッジを拡大することができる。
本発明のマルチキャリア通信装置およびセル選択方法は、ＭＩＭＯ通信とマルチキャリア通信とを組み合わせた場合に、回路規模の増大を防止しつつ高速セル選択を実行し、スループットを確実に改善してセルカバレッジを拡大することができ、例えば通信相手となる基地局装置のセルをスロットなどの短時間周期で選択するマルチキャリア通信装置およびセル選択方法として有用である。
本発明の実施の形態１に係る移動体通信システムの構成を示す図 実施の形態１に係るマルチキャリア通信装置の要部構成を示すブロック図 実施の形態１に係る接続セル受信処理部の内部構成を示すブロック図 実施の形態１に係る観測セル受信処理部の内部構成を示すブロック図 実施の形態１に係る基地局装置の要部構成を示すブロック図 （ａ）通信開始時のマルチキャリア通信装置によるセル選択動作を示すシーケンス図（ｂ）通信中のマルチキャリア通信装置によるセル選択動作を示すシーケンス図 受信電力に基づくサブキャリア選択の例を示す図 本発明の実施の形態２に係る接続セル受信処理部の内部構成を示すブロック図 実施の形態２に係る観測セル受信処理部の内部構成を示すブロック図 通信中のマルチキャリア通信装置によるセル選択動作を示すシーケンス図 （ａ）ＦＣＳによるセル選択動作の一例を示す図（ｂ）受信ＳＩＲの測定結果の一例を示す図
符号の説明
１０４ セル分離部
１０５ 接続セル受信処理部
１０５１ チャネル推定部
１０５２ 復調部
１０５２ａ 特異値分解処理部
１０５３ 誤り訂正復号部
１０５４ 分離部
１０５５ 無線品質測定部
１０５６ 特異値加工部
１０５７ チャネル容量算出部
５００１ 行列式算出部
５００２ 行列式加工部
１０６ 観測セル受信処理部
１０６１ チャネル推定部
１０６２ サブキャリア選択部
１０６３、１０６３ａ 特異値分解処理部
１０６４ チャネル容量算出部
５００３ 行列式算出部
５００４ 空間多重情報生成部
１０７ セル選択部

Claims (11)

  1. 現在の時間単位における通信相手がカバーする接続セルの信号および前記接続セルに隣接する観測セルの信号を複数のアンテナから受信する受信手段と、
    前記接続セルの信号を用いて前記接続セルのチャネル容量を算出する第１算出手段と、
    前記観測セルの信号を構成する複数のサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択するサブキャリア選択手段と、
    選択されたサブキャリアを対象として前記観測セルのチャネル容量を算出する第２算出手段と、
    前記接続セルのチャネル容量および前記観測セルのチャネル容量を比較し、チャネル容量が最大のセルを次の時間単位における接続セルとして選択するセル選択手段と、
    を有することを特徴とするマルチキャリア通信装置。
  2. 前記サブキャリア選択手段は、
    前記複数のサブキャリアのうち、受信電力が最大のサブキャリアを選択することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
  3. 前記サブキャリア選択手段は、
    前記複数のサブキャリアのうち、受信電力が大きい方から所定数のサブキャリアを選択することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
  4. 前記サブキャリア選択手段は、
    前記複数のサブキャリアのうち、受信電力が所定の閾値以上のサブキャリアを選択することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
  5. 前記サブキャリア選択手段は、
    前記複数のアンテナのうちいずれか１つのアンテナにおける受信電力に応じてサブキャリアを選択することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
  6. 前記第１算出手段は、
    前記接続セルの信号を構成する複数のサブキャリアそれぞれを対象に特異値分解処理を行って、前記接続セルにおける独立したパスごとの受信品質を示す特異値を前記独立したパスごとに前記複数のサブキャリア数ずつ求める特異値分解処理部と、
    求められた特異値に対して所定の加工を施し、前記接続セルにおける独立したパスごとに１つの特異値を得る特異値加工部と、
    前記特異値加工部によって得られた前記接続セルにおける独立したパスごとの特異値のうち、所定の閾値以上の特異値の数を前記接続セルのチャネル容量として算出するチャネル容量算出部と、
    を有することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
  7. 前記第２算出手段は、
    前記選択されたサブキャリアを対象に特異値分解処理を行って、前記観測セルにおける独立したパスごとに１つの特異値を求める特異値分解処理部と、
    前記観測セルにおける独立したパスごとの特異値のうち、所定の閾値以上の特異値の数を前記観測セルのチャネル容量として算出するチャネル容量算出部と、
    を有することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
  8. 前記第１算出手段は、
    前記接続セルの信号を構成する複数のサブキャリアそれぞれを対象に演算を行って、前記接続セルにおける独立したパスごとの受信品質の総和を示す行列式を前記独立したパスごとに前記複数のサブキャリア数ずつ算出する行列式算出部と、
    算出された行列式に対して所定の加工を施し、前記接続セルにおける独立したパスごとに１つの行列式を前記接続セルのチャネル容量として得る行列式加工部と、
    を有することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
  9. 前記第２算出手段は、
    前記選択されたサブキャリアを対象に演算を行って、前記観測セルにおける独立したパスごとに１つの行列式を前記観測セルのチャネル容量として算出する行列式算出部、
    を有することを特徴とする請求項１記載のマルチキャリア通信装置。
  10. 前記セル選択手段によって現在の時間単位における観測セルが次の時間単位における接続セルとして選択された場合に、前記サブキャリア選択手段によって選択されたサブキャリアを対象に特異値分解処理を行って、前記観測セルにおける独立したパスごとの１つの特異値を求める特異値分解処理手段と、
    前記観測セルにおける独立したパスごとの特異値のうち、所定の閾値以上の特異値の数が所定数以上であればＭＩＭＯ通信を行う旨の空間多重情報を生成し、所定の閾値以上の特異値の数が所定数未満であればＳＴＣ通信を行う旨の空間多重情報を生成する生成手段と、
    をさらに有することを特徴とする請求項９記載のマルチキャリア通信装置。
  11. 現在の時間単位における通信相手がカバーする接続セルの信号および前記接続セルに隣接する観測セルの信号を複数のアンテナから受信するステップと、
    前記接続セルの信号を用いて前記接続セルのチャネル容量を算出するステップと、
    前記観測セルの信号を構成する複数のサブキャリアから１以上のサブキャリアを選択するステップと、
    選択されたサブキャリアを対象として前記観測セルのチャネル容量を算出するステップと、
    前記接続セルのチャネル容量および前記観測セルのチャネル容量を比較し、チャネル容量が最大のセルを次の時間単位における接続セルとして選択するステップと、
    を有することを特徴とするセル選択方法。
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