JP6342618B2 - 無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法 - Google Patents

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、ユーザ端末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、図１に示すように、Ｗ−ＣＤＭＡやＬＴＥの後継としてＦＲＡ（Future Radio Access）等と呼ばれる無線通信方式が検討されている。ＦＲＡでは、下りリンクの無線リソースの割当方式として、ＯＦＤＭＡに加えて受信側での干渉除去（Interference Cancellation）を前提する非直交多重アクセス（ＮＯＭＡ：Non-Orthogonal Multiple Access）が想定される。

非直交多重アクセスでは、ＯＦＤＭＡによって割り当てられる同一の無線リソースに対して、複数のユーザ端末に対する下り信号が重畳（superpose）され、各ユーザ端末のチャネルゲインに応じて異なる送信電力で送信される。受信側では、他のユーザ端末に対する下り信号をＳＩＣ（Successive Interference Cancellation）等でキャンセルすることで、自端末に対する下り信号が適切に抽出される。

また、各無線通信方式におけるリンクアダプテーションとして、Ｗ−ＣＤＭＡでは送信電力制御（Ｆａｓｔ ＴＰＣ）、ＬＴＥでは変調方式と符号化率とを適応的に調整する適応変調符号化（ＡＭＣ：Adaptive Modulation and Coding）が用いられている。ＦＲＡでは多ユーザに対する送信電力割当と適応変調符号化（ＭＵＰＡ：Multi-User Power Allocation／ＡＭＣ）を用いることが検討されているが、更なるリンクアダプテーションの改善が求められている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、将来の無線通信システムに最適なリンクアダプテーションを実現できる無線基地局、ユーザ端末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、異なるチャネルゲインに対応した複数のグループにそれぞれ対応する送信電力を用いて、前記複数のグループにそれぞれ対応する複数のユーザ端末に対して下りリンク信号を電力多重する制御部と、前記電力多重された下りリンク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、ユーザグループに応じて送信電力が固定されているため、ユーザ端末が同一のユーザグループに属している間は送信電力が変動することがない。よって、送信電力制御のバタツキによって、不適切な変調方式及び符号化方式が選択されることを抑制できる。また、各ユーザグループからユーザを選択してユーザセットを決定するため、全ユーザからユーザセットを決定する構成と比較して、ユーザセットを決定する際の演算量を減らすことができる。

種々な無線通信システムで用いられる無線アクセス方式の説明図である。 ＮＯＭＡ（非直交多重アクセス）の説明図である。 ＮＯＭＡの送信処理を説明するためのフローチャートである。 ユーザ端末のグループ化と送信電力の割り当て方法の説明図である。 ＮＯＭＡにおける通信手順を示すシーケンス図である。 無線通信システムの概略構成図である。 無線基地局の構成例を示すブロック図である。 ユーザ端末の構成例を示すブロック図である。 無線基地局及びユーザ端末が有するベースバンド信号処理部の構成例を示すブロック図である。

図２は、下りリンクにおけるＮＯＭＡ（非直交多重アクセス）の説明図である。図２には、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ＵＥ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、チャネルゲイン（例えば、受信ＳＩＮＲ、ＲＳＲＰ等）やパスロス等に応じて送信電力を異ならせることで、同一の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２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の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２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、同一の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、下りリンクにおいてＮＯＭＡを適用する場合、同一の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及びＵＥ２を多重できるので、周波数利用効率を向上させることができる。

ここで、ＮＯＭＡの送信処理について説明する。図３は、ＮＯＭＡの送信処理を説明するためのフローチャートである。先ず、各ユーザ端末ＵＥは、無線基地局ＢＳから参照信号を受信して、この参照信号に基づいてチャネルゲインを推定する。そして、各ユーザ端末ＵＥは、チャネルゲインを無線基地局ＢＳにフィードバックする（ステップＳＴ０１）。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、サブバンド毎にカバレッジエリア内に属する全ユーザから１組の候補ユーザセット（candidate user set）を選択する（ステップＳＴ０２）。候補ユーザセットとは、サブバンドに非直交多重されるユーザ端末の候補の組み合わせを示している。サブバンド毎の候補ユーザセットの総数は、非直交多重されるユーザ数をＮ_ｍａｘ、カバレッジエリア内に属するユーザ端末ＵＥの総数をＭとして、下記式（１）で表わされる。なお、以下の一連の演算処理（ステップＳＴ０３−ＳＴ０６）は、全ての候補ユーザセットに対して実施される（全探索（Exhaustive search））。

次に、無線基地局ＢＳは、各ユーザ端末ＵＥからフィードバックされたチャネルゲインに基づいて、各候補ユーザセットのユーザ端末ＵＥに割当てられる送信電力を算出する（ステップＳＴ０３）。次に、無線基地局ＢＳは、送信電力に基づいて非直交多重の適用下で想定される各ユーザ端末ＵＥのＳＩＮＲ（スケジューリング用のＳＩＮＲ）を算出する（ステップＳＴ０４）。次に、無線基地局装置ＢＳは、ＳＩＮＲからＭＣＳセットのブロック誤り率（ＢＬＥＲ：Block Error Rate）を求め、各ユーザ端末ＵＥのＰＦメトリック用のスループットを算出する（ステップＳＴ０５）。

次に、無線基地局ＢＳは、各ユーザ端末のスループットと平均スループットとから、候補ユーザセットのＰＦスケジューリングメトリックを算出する（ステップＳＴ０６）。ＰＦスケジューリングメトリックＭ_ｓｊ,ｂは、平均スループットをＴ_ｋ、スループットをＲ_ｋ、ｂとして、下記式（２）で表わされる。なお、ＰＦスケジューリングメトリックＭ_ｓｊ,ｂは、ｂ番目のサブバンドにおけるｊ番目の候補ユーザセットのＰＦスケジューリングメトリックであることを示している。また、ｋは、候補ユーザセット内のｋ番目のユーザ端末であることを示している。

次に、無線基地局ＢＳは、各サブバンドにおいてＰＦスケジューリングメトリックを最大化するユーザセットを選択する（ステップＳＴ０７）。そして、ユーザセットを構成する各ユーザ端末ＵＥに対する下り信号を同一のサブバンドに割り当て、異なる送信電力で非直交多重する。次に、無線基地局ＢＳは、サブバンド毎に平均ＳＩＮＲを算出して（ステップＳＴ０８）、サブバンドのユーザ端末に共通ＭＣＳを選択する（ステップＳＴ０９）。次に、無線基地局ＢＳは、ユーザセットの各ユーザ端末ＵＥ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ＳＴ１０）。

次に、基地局装置ＢＳにユーザセットとして選択された各ユーザ端末ＵＥは、自端末に対する下り信号だけでなく、同一の無線リソースに非直交多重された他端末に対する下り信号を受信する（ステップＳＴ１１）。そして、各ユーザ端末ＵＥは、自端末よりもチャネルゲインが低く、送信電力が大きな他端末に対する下り信号をＳＩＣで除去し、自端末に対する信号を抽出（分離）する。この場合、自端末よりもチャネルゲインが高く、送信電力の小さな他端末に対する下り信号については、干渉信号にならないため無視される。

ところで、上記したＰＦスケジューリングメトリックの算出処理は、全ての候補ユーザセットに対して実施される。このため、スケジューリングの対象となるユーザ端末数、送信ビーム数が多くなると全探索の演算量が膨大になる。具体的には、候補ユーザセット数に比例して全探索の演算量が指数的に増加する。

また、ＯＬＬＡ（Outer-Loop Link Adaptation）を用いて、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ）プロセスによりフィードバックされるＡＣＫ／ＮＡＣＫに応じてＭＣＳ選択閾値を制御する場合、ＮＯＭＡとＯＬＬＡによるＭＣＳ制御との相性が悪い。ＭＣＳ選択閾値はデータの受信品質に応じて適応制御されるため、ＮＯＭＡによって各ユーザ端末ＵＥの送信電力が周波数／時間方向でダイナミックに制御されると、ＭＣＳ選択閾値が変動してＭＣＳ制御精度が劣化する。

そこで、本発明者らは、ユーザセットを決定する際の全探索の演算量を削減させると共に、電力制御の変動を抑えるために、本発明に至った。すなわち、本発明の骨子は、ユーザ端末のチャネルゲインに応じて複数のユーザグループを規定して、各グループ内からユーザ端末を選択することで、候補ユーザセットの総数を減らすことである。また、ユーザグループ毎に対して送信電力を固定的に割り当てることで、送信電力の変動を抑えてＭＣＳ制御精度を向上させることである。このような構成により、最適なリンクアダプテーションを実現することが可能になる。

図４を参照して、ユーザ端末のグループ化と送信電力の割り当て方法について説明する。なお、以下の説明では、複数のユーザグループからそれぞれ１つのユーザ端末を選択して非直交多重する場合を示す。また、１つの無線リソース（リソースブロック等）に対して、２つのユーザ端末を非直交多重する場合について説明するが、１つの無線リソースに対して、３つ以上のユーザ端末を非直交多重してもよい。さらに、グループ化と送信電力の割り当て方法はあくまでも一例であり、以下の構成に限定されるものではない。

図４Ａは、カバレッジエリア（セル）内のユーザ端末を第１、第２のユーザグループにグループ化する場合を示している。この場合、カバレッジエリア内の各ユーザ端末のチャネルゲインの大きさに応じて、各ユーザ端末がグループ分けされる。各ユーザ端末では、チャネルゲインとして例えばＣＱＩ（Channel Quality Indicator）が算出される。なお、ＣＱＩは、瞬時又は長期平均のＣＱＩでもよいし、狭帯域又は広帯域のＣＱＩでもよい。また、チャネルゲインは、チャネルの受信品質を示す指標であればよく、例えば、受信ＳＩＮＲでもよいし、ＲＳＲＰでもよい。

この場合、ＣＱＩが所定の閾値よりも大きなユーザ端末は第１のユーザグループ、ＣＱＩが所定の閾値以下のユーザ端末は第２のユーザグループにそれぞれ属する。すなわち、カバレッジエリアの中心付近は第１のユーザグループのエリアが形成され、第１のユーザグループのエリアの外側に第２のユーザグループのエリアが形成される。第１、第２のユーザグループには、無線基地局によって固定的に送信電力が割り当てられる。第１のユーザグループには第１の送信電力Ｐ１が割り当てられ、第２のユーザグループには総送信電力Ｐから第１の送信電力Ｐ１を減算した第２の送信電力Ｐ２が割り当てられる。

この場合、カバレッジエリアの中心付近の第１のユーザグループには、相対的に小さな送信電力Ｐ１が割り当てられ、カバレッジエリアから遠い第２のユーザグループには、相対的に大きな送信電力Ｐ２が割り当てられる。このように、任意の無線リソースに対する総送信電力Ｐが、チャネルゲインの大きなユーザグループに対しては小さく、チャネルゲインの小さなユーザグループに対しては大きくなるような比率で配分される。そして、第１、第２のユーザグループからそれぞれ１つのユーザ端末が選択されて、異なる送信電力Ｐ１、Ｐ２で同一の無線リソースに非直交多重される。

図４Ｂは、カバレッジエリア（セル）内のユーザ端末を第１−第３のユーザグループにグループ化する場合を示している。この場合、ＣＱＩが第１の閾値よりも大きなユーザ端末は第１のユーザグループ、ＣＱＩが第２の閾値以下のユーザ端末は第２のユーザグループ、ＣＱＩが第１の閾値以下で第２の閾値よりも大きなユーザ端末は第３のユーザグループにそれぞれ属する。すなわち、カバレッジエリアの中心から外側に向かって同心円状に、第１のユーザグループ、第３のユーザグループ、第２のユーザグループのエリアが形成される。

第１のユーザグループには第１の送信電力Ｐ１が割り当てられ、第２のユーザグループには総送信電力Ｐから第１の送信電力Ｐ１を減算した第２の送信電力Ｐ２が割り当てられる。第３のユーザグループには総送信電力Ｐが割り当てられる。そして、第１、第２のユーザグループからそれぞれ１つのユーザ端末が選択されて、異なる送信電力Ｐ１、Ｐ２で同一無線リソースに非直交多重される。また、第３のユーザグループから１つのユーザ端末が選択されて、送信電力Ｐで第１、第２のユーザグループとは別の無線リソースに直交多重される。

図４Ｃは、カバレッジエリア（セル）内のユーザ端末を第１−第４のユーザグループにグループ化する場合を示している。この場合、ＣＱＩが第１の閾値よりも大きなユーザ端末は第１のユーザグループ、ＣＱＩが第２の閾値以下で第３の閾値よりも大きなユーザ端末は第２のユーザグループにそれぞれ属する。また、ＣＱＩが第１の閾値以下で第２の閾値よりも大きなユーザ端末は第３のユーザグループ、ＣＱＩが第３の閾値以下のユーザ端末は第４のユーザグループにそれぞれ属する。すなわち、カバレッジエリアの中心から外側に向かって同心円状に、第１のユーザグループ、第３のユーザグループ、第２のユーザグループ、第４のユーザグループの各エリアが形成される。

第１のユーザグループには第１の送信電力Ｐ１が割り当てられ、第２のユーザグループには総送信電力Ｐから第１の送信電力Ｐ１を減算した第２の送信電力Ｐ２が割り当てられる。第３のユーザグループには第３の送信電力Ｐ３が割り当てられ、第４のユーザグループには総送信電力Ｐから第３の送信電力Ｐ３を減算した第４の送信電力Ｐ４が割り当てられる。そして、第１、第２のユーザグループからそれぞれ１つのユーザ端末が選択されて、異なる送信電力Ｐ１、Ｐ２で同一無線リソースに非直交多重される。また、第３、第４のユーザグループからそれぞれ１つのユーザ端末が選択されて、異なる送信電力Ｐ３、Ｐ４で、第１、第２のユーザグループとは別の無線リソースに非直交多重される。

ここでは、各ユーザのチャネルゲインに基づいて、できるだけ距離の離れたユーザグループのユーザ端末が選択され非直交多重される。なお、非直交多重されるユーザグループは、上記構成に限定されない。例えば、図４Ｃに示す場合には、第１、第４のユーザグループのユーザ端末が非直交多重され、第２、第３のユーザグループのユーザ端末が非直交多重されてもよい。また、直交多重されるユーザグループは、異なる無線リソースに多重される構成に限定されない。例えば、図４Ｂに示す場合には、第１、第２のユーザグループのユーザ端末が同一の無線リソースに非直交多重され、この無線リソースに第３のユーザグループのユーザ端末がコード多重されてもよい。

このように、カバレッジエリア内のユーザ端末が複数のユーザグループに割り振られ、各グループから１つずつユーザ端末が選択されるため、候補ユーザセットの総数を減らすことができる。サブバンド毎の候補ユーザセットの総数は、非直交多重するユーザ数をＮ_ｍａｘ、カバレッジエリア内に属するユーザ端末ＵＥの総数をＭ、ユーザグループ数をＲとして、下記式（３）で表わされる。ここでは、説明の便宜上、ユーザ端末の総数をグループ数で除算して、ユーザ端末数が各ユーザグループに等しく割り振られる場合について説明するが、ユーザグループ毎にユーザ端末数が異なっていてもよい。

例えば、カバレッジエリア内のユーザ端末の総数が１０から２つのユーザ端末を選択する場合を考える。カバレッジエリアがグループ分けされない場合には、候補ユーザセット数は４５（_１０Ｃ_２）になる。一方、カバレッジエリアが２つのユーザグループにグループ分けされる場合には、各ユーザグループから１つずつユーザ端末を選択すればよいので、候補ユーザセット数は２５（_５Ｃ_１×_５Ｃ_１）になる。このため、候補ユーザセット数を減らして、ユーザセットを決定する際の全探索の演算量を削減することができる。

また、ユーザグループ毎に固定的に送信電力が割り当てられているため、ユーザ端末が同一のユーザグループ内に属する間は送信電力が変動することがない。よって、ＭＣＳ制御においてＯＬＬＡを適用する場合であっても、不適切な変調方式及び符号化方式を選択されるのを避けることができ、ＭＣＳ制御精度を向上させることができる。なお、ユーザ端末がいずれのユーザグループに属するかの判断は、ユーザ端末側で判断してもよいし、無線基地局側で判断してもよい。

以下、図５を参照して、ＮＯＭＡにおける通信手順について説明する。なお、図５Ａは、ユーザ端末側で自端末が属するユーザグループを判断する場合の一例を示している。また、図５Ｂは、無線基地局側で各ユーザ端末が属するユーザグループを判断する場合の一例を示している。

先ず、ユーザ端末側で自端末が属するユーザグループを判断する場合について説明する。図５Ａに示すように、無線基地局からユーザ端末に対して、チャネルゲインの大きさとユーザグループの関係を示す関係テーブルが通知される（ステップＳＴ２１）。関係テーブルは、ユーザ端末に格納される（ステップＳＴ２２）。ユーザグループには固定的に送信電力が設定されているため、関係テーブルによってチャネルゲインとユーザグループだけでなく、チャネルゲインと送信電力の電力値が関連付けられる。

なお、関係テーブルは、ユーザ端末がいずれのユーザグループに属するかを判断可能であればよく、チャネルゲインの大きさと送信電力の割り当てとの関係を示すものでもよい。また、各ユーザ端末に予め関係テーブルが記憶されている場合には、ステップＳＴ２１−２２の処理は省略可能である。

次に、無線基地局からユーザ端末に対して参照信号が送信される（ステップＳＴ２３）。ユーザ端末では、参照信号からチャネルゲインの大きさが推定され、関係テーブルを参照して自端末が属するユーザグループ及び下り信号の電力値が決定される（ステップＳＴ２４）。ユーザ端末から無線基地局に対して、ユーザ端末が決定したユーザグループを示すグループ情報がフィードバックされる（ステップＳＴ２５）。なお、グループ情報は、ユーザグループでもよいし、各ユーザ端末に割り当てられる電力値でもよい。

次に、無線基地局では、ユーザ端末からフィードバックされたグループ情報に基づいてスケジューリングが実施される（ステップＳＴ２６）。すなわち、グループ化によって全探索による演算量が抑えられた状態で、複数の候補ユーザセットからＰＦスケジューリングメトリックを最大化するユーザセットが決定される。そして、ユーザセットを構成する各ユーザ端末が非直交多重され、異なる送信電力で無線基地局から各ユーザ端末に対して下り信号が送信される（ステップＳＴ２７）。

この構成によれば、ユーザ端末が自端末に割り当てられる電力値を決定するため、無線基地局からユーザ端末に対して電力値を通知する必要がなく、通信手順を簡略化することができる。なお、無線基地局がユーザ端末からグループ情報を受信することで、ユーザ端末に要求された送信電力に設定する構成としたが、この構成に限定されない。無線基地局は、ユーザ端末から要求された送信電力よりも無線基地局で決定した送信電力を優先させてもよい。

続いて、無線基地局側でユーザ端末が属するユーザグループを判断する場合について説明する。図５Ｂに示すように、無線基地局からユーザ端末に対して参照信号が送信される（ステップＳＴ３１）。ユーザ端末では参照信号からチャネルゲインの大きさが推定され（ステップＳＴ３２）、ユーザ端末から無線基地局に対してチャネルゲインがフィードバックされる（ステップＳＴ３３）。

次に、無線基地局では、ユーザ端末からフィードバックされたチャネルゲインに基づいて、ユーザ端末が属するユーザグループ及び下り信号の電力値が決定されて、スケジューリングが実施される（ステップＳＴ３４）。すなわち、グループ化によって全探索による演算量が抑えられた状態で、複数の候補ユーザセットからＰＦスケジューリングメトリックを最大化するユーザセットが決定される。無線基地局においてユーザセットとしてユーザ端末が選択されると、無線基地局からユーザ端末に対して、ユーザ端末に割り当てられた電力値が送信される（ステップＳＴ３５）。そして、ユーザセットを構成する各ユーザ端末が非直交多重され、異なる送信電力で無線基地局から各ユーザ端末に対して下り信号が送信される（ステップＳＴ３６）。

この構成によれば、無線基地局でユーザグループが決定されるため、ユーザ端末にチャネルゲインの大きさとユーザグループの関係を示すテーブルを送信する必要がない。なお、ステップＳＴ２５において、無線基地局からユーザ端末に電力値が送信される構成の代わりに、ユーザグループを示すグループインデックスが通知される構成としてもよい。この場合、破線の矢印で示すように、ステップＳＴ３１よりも前に、無線基地局からユーザ端末に対して、ユーザグループのインデックスと送信電力の割り当てとの関係を示す関係テーブルを通知するようにする。

以下、本実施の形態に係る無線通信システムの構成について説明する。この無線通信システムでは、上記したユーザ端末のグルーピングと送信電力の割り当て方法が適用される。

図６は、本実施の形態に係る無線通信システムの概略構成図である。なお、図６に示す無線通信システムは、例えば、ＬＴＥシステム又はＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced）システムが包含されるシステムである。この無線通信システムは、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄと呼ばれても良いし、４Ｇ、ＦＲＡ（Future Radio Access）と呼ばれても良い。

図６に示す無線通信システム１は、無線基地局１０（１０Ａ、１０Ｂ）と、この無線基地局１０と通信する複数のユーザ端末２０（２０Ａ、２０Ｂ）とを含んでいる。無線基地局１０は、上位局装置３０と接続され、この上位局装置３０は、コアネットワーク４０に接続される。各ユーザ端末２０は、セルＣ１、Ｃ２において無線基地局１０と通信を行うことができる。なお、上位局装置３０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。

なお、無線基地局１０は、マクロセルを形成するｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）であってもよいし、スモールセルを形成するＲＲＨ（Remote Radio Head）、フェムト基地局、ピコ基地局などのいずれであってもよい。また、無線基地局１０は、送受信ポイントなどと呼ばれていてもよい。各ユーザ端末２０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。

無線通信システム１においては、無線アクセス方式として、下りリンクについてはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）及びＮＯＭＡ（Non-Orthogonal Multiple Access）が適用され、上りリンクについてはＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）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２０を直交多重するマルチキャリア伝送方式であり、ＮＯＭＡはサブバンド毎にユーザ端末２０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。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２０を割り当てるシングルキャリア伝送方式である。

また、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２０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、拡張ＰＤＣＣＨ）、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）、ＥＰＤＣＣＨ（Enhanced 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２０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。

図７は、本実施の形態に係る無線基地局の構成例を示すブロック図である。無線基地局１０は、送受信アンテナ１０１と、アンプ部１０２と、送受信部（送信部、受信部）１０３と、ベースバンド信号処理部１０４と、呼処理部１０５と、伝送路インターフェース１０６とを備えている。

下りリンクにより無線基地局１０からユーザ端末２０に送信されるユーザデータは、上位局装置３０から伝送路インターフェース１０６を介してベースバンド信号処理部１０４に入力される。

ベースバンド信号処理部１０４は、入力されたユーザデータに対して、ＰＤＣＰレイヤの処理、ユーザデータの分割・結合、ＲＬＣ（Radio Link Control）再送制御の送信処理などのＲＬＣレイヤの送信処理、ＭＡＣ（Medium Access Control）再送制御、例えば、ＨＡＲＱの送信処理、スケジューリング、伝送フォーマット選択、チャネル符号化、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理、プリコーディング処理を行い、各送受信部１０３に転送する。また、下りリンクの制御データに対して、チャネル符号化や逆高速フーリエ変換等の送信処理を行い、各送受信部１０３に転送する。

各送受信部１０３は、ベースバンド信号処理部１０４からアンテナ毎にプリコーディングして出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。アンプ部１０２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ１０１により送信する。

一方、上りリンクによりユーザ端末２０から無線基地局１０に送信されるデータについては、各送受信アンテナ１０１で受信されてアンプ部１０２に入力される。アンプ部１０２は、各送受信アンテナ１０１から入力される無線周波数信号を増幅して各送受信部１０３に送る。増幅された無線周波数信号は、各送受信部１０３で周波数変換されてベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部１０４に入力される。

ベースバンド信号処理部１０４は、入力されたベースバンド信号に含まれるユーザデータに対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理、ＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）処理、誤り訂正復号、ＭＡＣ再送制御の受信処理、ＲＬＣレイヤ、ＰＤＣＰレイヤの受信処理を行い、伝送路インターフェース１０６を介して上位局装置３０に転送する。呼処理部１０５は、通信チャネルの設定や解放等の呼処理や、無線基地局１０の状態管理や、無線リソースの管理等を行う。

図８は、本実施の形態に係るユーザ端末の構成例を示すブロック図である。ユーザ端末２０は、複数の送受信アンテナ２０１と、アンプ部２０２と、送受信部（受信部）２０３と、ベースバンド信号処理部２０４と、アプリケーション部２０５とを備えている。

下りリンクのデータは、複数の送受信アンテナ２０１で受信されてアンプ部２０２に入力される。アンプ部２０２は、各送受信アンテナ２０１から入力される無線周波数信号を増幅して各送受信部２０３に送る。無線周波数信号は、各送受信部２０３でベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部２０４に入力される。ベースバンド信号処理部２０４では、ベースバンド信号に対して、ＦＦＴ処理、誤り訂正復号、再送制御の受信処理等が行われる。下りリンクのデータに含まれるユーザデータは、アプリケーション部２０５に転送される。アプリケーション部２０５は、物理レイヤやＭＡＣレイヤより上位のレイヤに関する処理等を行う。また、下りリンクのデータの内、報知情報もアプリケーション部２０５に転送される。

一方、上りリンクのユーザデータについては、アプリケーション部２０５からベースバンド信号処理部２０４に入力される。ベースバンド信号処理部２０４は、入力されたユーザデータに対して、再送制御（Ｈ−ＡＲＱ （Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ））の送信処理、チャネル符号化、プリコーディング、ＤＦＴ処理、ＩＦＦＴ処理等を行い、各送受信部２０３に転送する。各送受信部２０３は、ベースバンド信号処理部２０４から出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。その後、アンプ部２０２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ２０１により送信する。

図９は、本実施の形態に係る無線基地局及びユーザ端末が有するベースバンド信号処理部の構成例を示すブロック図である。なお、図９では、一部の構成のみを示しているが、無線基地局１０及びユーザ端末２０は、必要な構成を不足なく備えているものとする。

図９に示すように、無線基地局１０は、スケジューリング部（制御部）３０１、下り制御情報生成部３０２、下り制御情報符号化・変調部３０３、下り送信データ生成部３０４、下り送信データ符号化・変調部３０５、下り参照信号生成部３０６、下りチャネル多重部３０７を備えている。

スケジューリング部３０１は、各ユーザ端末２０のチャネルゲインに応じて定められた各ユーザグループからユーザ端末２０を選択して、任意の無線リソースに直交多重されるユーザセットを決定する。ユーザ端末２０側でグルーピングが判断される場合（図５Ａ参照）には、送受信部１０３（図７参照）でユーザ端末２０からフィードバックされたグループ情報が受信される。スケジューリング部３０１は、グループ情報に基づいて各ユーザ端末２０が属するユーザグループを判断する。なお、グループ情報は、各ユーザ端末２０が属するユーザグループを特定可能な情報であればよく、ユーザグループであってもよいし、各ユーザ端末２０に割り当てられる電力値でもよい。

また、無線基地局１０側でグルーピングが判断される場合（図５Ｂ参照）には、送受信部１０３（図７参照）でユーザ端末２０からフィードバックされたチャネルゲインが受信される。スケジューリング部３０１は、チャネルゲインに基づいて各ユーザ端末２０が属するユーザグループを認識する。なお、チャネルゲインは、チャネルの受信品質を示すものであればよく、ＣＱＩ、受信ＳＩＮＲ、ＲＳＲＰでもよく、また瞬時値でもよいし、長期平均値でもよい。スケジューリング部３０１は、各ユーザ端末２０からフィードバックされたチャネルゲインの大きさと所定の閾値とを比較することで、ユーザ端末２０が属するユーザグループを判断する。

スケジューリング部３０１は、各ユーザグループからユーザ端末２０を選択して複数の候補ユーザセットを作り、複数の候補ユーザセットからＰＦスケジューリングメトリックを最大化するユーザセットを決定する。そして、このユーザセットの各ユーザ端末２０に対する下り信号を同一の無線リソースに割り当て非直交多重する。この場合、カバレッジエリアが複数のユーザグループに分けられ、各グループから１つずつユーザ端末が選択されるため、候補ユーザセットの総数が少なくなっている。よって、ユーザセットを決定する際の全探索の演算量が削減されている。

また、スケジューリング部３０１は、無線リソース毎に非直交多重されるユーザ端末２０の各々に対して、ユーザグループ毎に固定的に定められた送信電力を割り当てる。このとき、スケジューリング部３０１は、任意の無線リソースに対する総送信電力を、チャネルゲインの大きなユーザ端末２０が属するユーザグループには小さく、チャネルゲインの大きなユーザ端末２０が属するユーザグループには大きくなるような比率で配分する。また、スケジューリング部３０１は、ユーザ端末２０からのチャネル状態情報に基づいて、下りデータの符号化率及び変調方式を決定する。

このような構成により、各ユーザ端末２０が同一のユーザグループに属する限り、ユーザ端末２０に割り当てられる送信電力が変動することが防止されている。よって、ＭＣＳ制御においてＯＬＬＡを適用する場合にＭＣＳ制御精度が向上される。また、スケジューリング部３０１は、同一のユーザセットとして選択された各ユーザ端末２０については非直交多重し、異なるユーザセットとして選択された各ユーザ端末２０を直交多重する（図４Ｂ、図４Ｃ参照）。スケジューリング部３０１は、このようにしてユーザグループ内のユーザ端末２０をスケジューリングしている。

下り制御情報生成部３０２は、ＰＤＣＣＨで伝送されるユーザ端末固有の下り制御情報（ＤＣＩ）を生成する。下り制御情報は、下り制御情報符号化・変調部３０３へと出力される。下り制御情報符号化・変調部３０３は、下り制御情報をチャネル符号化して変調する。変調後の下り制御情報は、下りチャネル多重部３０７へと出力される。

ユーザ端末固有の下り制御情報には、ＰＤＳＣＨの割り当て情報であるＤＬアサイメント（DL assignment）や、ＰＵＳＣＨの割り当て情報であるＵＬグラント（UL grant）等が含まれる。また、下り制御情報には、各ユーザ端末２０に対してＣＳＩのフィードバックを要求する制御情報や、非直交多重された信号の受信処理に必要な情報等が含まれる。例えば、無線基地局１０側でグルーピングが判断される場合（図５Ｂ参照）には、下り制御情報にユーザ端末２０の下り信号の送信電力に関する情報（電力値又はグループインデックス）等が含まれてもよい。ただし、下り信号の送信電力に関する情報は、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。

下り送信データ生成部３０４は、ユーザ端末２０毎に下りユーザデータを生成する。下り送信データ生成部３０４で生成された下りユーザデータは、上位制御情報と共に、ＰＤＳＣＨで伝送される下り送信データとして下り送信データ符号化・変調部３０５へ出力される。下り送信データ符号化・変調部３０５は、各ユーザ端末２０に対する下り送信データをチャネル符号化して変調する。下り送信データは、下りチャネル多重部３０７へと出力される。

下り参照信号生成部３０６は、下り参照信号（ＣＲＳ、ＣＳＩ−ＲＳ、ＤＭ−ＲＳ等）を生成する。下り参照信号は、下りチャネル多重部３０７へと出力される。

下りチャネル多重部３０７は、下り制御情報、下り参照信号、下り送信データ（上位制御情報を含む）を合成して下りリンク信号を生成する。具体的には、下りチャネル多重部３０７は、スケジューリング部３０１から通知されるスケジューリング情報に従い、スケジューリング部３０１で選択された複数のユーザ端末２０宛ての下りリンク信号が、所定の送信電力で送信されるように非直交多重する。下りチャネル多重部３０７で生成された下りリンク信号は、各種送信処理を経てユーザ端末２０に向けて送信される。

一方、ユーザ端末２０は、下り制御情報受信部４０１、チャネル推定部（推定部）４０２、ユーザグループ決定部４０３、フィードバック部４０４、干渉除去部４０５、下り送信データ受信部４０６を備えている。無線基地局１０から送信された下りリンク信号は、各種受信処理を経て下り制御情報、下り送信データ（上位制御情報を含む）、下り参照信号に分離される。下り制御情報は下り制御情報受信部４０１に入力され、下り送信データは干渉除去部４０５を介して下り送信データ受信部４０６に入力され、下り参照信号はチャネル推定部４０２に入力される。下り制御情報受信部４０１は、下り制御情報を復調してチャネル推定部４０２、フィードバック部４０４、干渉除去部４０５等に出力する。

チャネル推定部４０２は、下り参照信号に基づいてチャネル推定してチャネルゲインを取得する。ユーザ端末２０側でグルーピングが判断される場合（図５Ａ参照）には、ユーザグループ決定部４０３がチャネルゲインの大きさに基づいて自端末が属するユーザグループを決定する。また、ユーザグループ決定部４０３は、自端末に割り当てられる送信電力の電力値を決定する。この場合、無線基地局１０からユーザ端末２０に予め通知された関係テーブルを参照してユーザグループ及び電力値が決定される。そして、ユーザグループ又は電力値は、グループ情報としてフィードバック部４０４を通じて無線基地局１０にフィードバックされる。

一方、無線基地局１０側でグルーピングが判断される場合（図５Ｂ参照）には、チャネル推定で得られたチャネルゲインがフィードバック部４０４を通じて無線基地局１０にフィードバックされる。上記したように、無線基地局１０においてチャネルゲインの大きさに基づいて、ユーザ端末２０が属するユーザグループとユーザ端末２０に割り当てられる電力値が決定される。

干渉除去部４０５は、自端末に割り当てられている送信電力に基づいて、他端末に割り当てられた下り信号による干渉を除去する。なお、ユーザ端末２０側でグルーピングが判断される場合（図５Ａ参照）には、自端末において送信電力が決定されるため、無線基地局１０から下り信号の送信電力に関する情報を受信する必要がない。無線基地局１０側でグルーピングが判断される場合（図５Ｂ参照）には、無線基地局１０から下り信号の送信電力に関する情報として、ユーザグループインデックス又は送信電力の電力値を受信する。

そして、干渉除去部４０５は、自端末より大きい送信電力が割り当てられたユーザ端末２０に対する下り信号を、受信信号から送信電力の大きい順にＳＩＣで除去する。一方、自端末より小さい送信電力が割り当てられたユーザ端末２０に対する下り信号は、ノイズとして扱い除去せずに無視する。

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、ユーザグループに応じて送信電力が固定されているため、ユーザ端末２０が同一のユーザグループに属している間は送信電力が変動することがない。よって、送信電力制御のバタツキによって、不適切な変調方式及び符号化方式が選択されることを抑制できる。また、各ユーザグループからユーザを選択してユーザセットを決定するため、全ユーザからユーザセットを決定する構成と比較して、ユーザセットを決定する際の演算量を減らすことができる。

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
１０ 無線基地局
２０ ユーザ端末
１０３ 送受信部（送信部、受信部）
１０４ ベースバンド信号処理部
２０３ 送受信部（受信部）
２０４ ベースバンド信号処理部
３０１ スケジューリング部（制御部）
３０２ 下り制御情報生成部
３０４ 下り送信データ生成部
３０６ 下り参照信号生成部
４０１ 下り制御情報受信部
４０２ チャネル推定部（推定部）
４０３ ユーザグループ決定部
４０４ フィードバック部
４０５ 干渉除去部
４０６ 下り送信データ受信部

Claims (11)

1. 異なるチャネルゲインに対応した複数のグループにそれぞれ対応する送信電力を用いて、前記複数のグループにそれぞれ対応する複数のユーザ端末に対して下りリンク信号を電力多重する制御部と、
   前記電力多重された下りリンク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. 前記制御部は、前記複数のユーザ端末に対する下りリンク信号の総送信電力を、チャネルゲインの大きなユーザ端末が属するグループに対しては小さく、チャネルゲインの小さなユーザ端末が属するグループに対しては大きくなるような比率で配分することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
3. 前記制御部は、ユーザ端末のチャネルゲインが所定の閾値よりも大きいグループには第１の送信電力を割り当て、ユーザ端末のチャネルゲインが所定の閾値以下のグループには、前記総送信電力から前記第１の送信電力を減算した第２の送信電力を割り当てることを特徴とする請求項２に記載の無線基地局。
4. 前記各ユーザ端末がチャネルゲインに基づいて自端末が属するグループを決定しており、前記各ユーザ端末によって決定されたグループを示すグループ情報を前記各ユーザ端末から受信する受信部を備え、
   前記制御部は、前記各ユーザ端末から送信された前記グループ情報に基づいて前記各ユーザ端末が属する前記各グループを決定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線基地局。
5. 前記受信部は、グループ情報として、前記各ユーザ端末に割り当てられる送信電力の電力値を受信し、
   前記制御部は、電力値に基づいて、前記各ユーザ端末が属する前記各グループを決定すると共に前記各ユーザ端末に送信電力を割り当てることを特徴とする請求項４に記載の無線基地局。
6. 前記各ユーザ端末からチャネルゲインを受信する受信部を備え、
   前記制御部は、前記各ユーザ端末のチャネルゲインに応じて前記各ユーザ端末が属する前記各グループを決定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線基地局。
7. 前記送信部は、前記各ユーザ端末に割り当てられる電力値を前記各ユーザ端末に通知することを特徴とする請求項６に記載の無線基地局。
8. 前記制御部は、同一のユーザセットとして選択された前記各ユーザ端末を非直交多重し、異なるユーザセットとして選ばれた前記各ユーザ端末を直交多重することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線基地局。
9. 前記チャネルゲインとして、チャネル品質を示す情報（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）をユーザ端末から受信する受信部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
10. 異なるチャネルゲインに対応した複数のグループそれぞれに対応する送信電力を用いて電力多重された下りリンク信号であって、自端末を含む複数のユーザ端末であって、前記複数のグループにそれぞれ対応する複数のユーザ端末に対する下りリンク信号を受信する受信部と、
    前記電力多重に関する情報に基づいて、自端末に対する下りリンク信号を復調する復調部とを備えることを特徴とするユーザ端末。
11. 異なるチャネルゲインに対応した複数のグループにそれぞれ対応する送信電力を用いて、前記複数のグループにそれぞれ対応する複数のユーザ端末に対して下りリンク信号を電力多重し、
    前記電力多重された下りリンク信号を送信することを特徴とする、無線基地局における無線通信方法。

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