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公開番号2024041241
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-27
出願番号2022145940
出願日2022-09-14
発明の名称基地局装置、ウエイト生成方法、及び無線通信システム
出願人日本電信電話株式会社,学校法人福岡大学,国立大学法人京都大学
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類H04B 7/0456 20170101AFI20240319BHJP(電気通信技術)
要約【課題】低演算量で効率的に干渉抑圧を行うこと。
【解決手段】
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と複数の端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行う無線通信システムにおける基地局装置は、端末装置のアンテナ素子又は該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と基地局装置の備えるアンテナ素子との間のチャネル情報により生成されるチャネルベクトルと、チャネルベクトルとは異なる端末装置のアンテナ素子に関連する追加のチャネルベクトルとを並べたチャネル行列に基づいて複数の端末装置に対して空間多重伝送を行うためのウエイトベクトルを算出し、追加のチャネルベクトルとして第1チャネルベクトルより前に取得された一つまたは複数の第2チャネルベクトルの中から第1チャネルベクトルとの相互の類似度が低い第2チャネルベクトルを選択してウエイトベクトルを算出する。
【選択図】図12
特許請求の範囲【請求項１】
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける前記基地局装置であって、
前記端末装置のアンテナ素子又は該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と前記基地局装置の備えるアンテナ素子との間のチャネル情報により生成されるチャネルベクトルと、前記チャネルベクトルとは異なる前記端末装置のアンテナ素子に関連する追加のチャネルベクトルとを並べたチャネル行列に基づいて、複数の前記端末装置に対して空間多重伝送を行うためのウエイトベクトルを算出するウエイト算出部
を備え、
前記ウエイト算出部は、前記端末装置の前記追加のチャネルベクトルとして、前記端末装置の前記チャネルベクトルである第１チャネルベクトルより前に取得された一つまたは複数の第２チャネルベクトルの中から、前記第１チャネルベクトルとの相互の類似度が低い前記第２チャネルベクトルを選択して、前記ウエイトベクトルを算出する
基地局装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記ウエイト算出部は、前記第１チャネルベクトルと前記第２チャネルベクトルとの内積の絶対値に基づいて、又は、前記内積の絶対値を前記第１チャネルベクトルのノルムと前記第２チャネルベクトルのノルムとの積で除した相互相関値に基づいて、前記第１チャネルベクトルと前記第２チャネルベクトルとの前記相互の類似度を算出する
請求項１に記載の基地局装置。
【請求項３】
前記ウエイト算出部は、前記第１チャネルベクトルと前記第２チャネルベクトルとの内積の絶対値を、前記第１チャネルベクトル及び前記第２チャネルベクトルのうちいずれか一方のノルム、又は、前記一方のノルムの自乗で除した近似相関値に基づいて、前記第１チャネルベクトルと前記第２チャネルベクトルとの前記相互の類似度を算出する
請求項１に記載の基地局装置。
【請求項４】
前記ウエイト算出部は、前記第１チャネルベクトルと前記第２チャネルベクトルとの差分ベクトルのノルムに基づいて、又は、前記差分ベクトルのノルムを前記第１チャネルベクトル及び前記第２チャネルベクトルのうちいずれか一方のノルムで除した値に基づいて、前記第１チャネルベクトルと前記第２チャネルベクトルとの前記相互の類似度を算出する
請求項１に記載の基地局装置。
【請求項５】
前記ウエイト算出部は、所定値より高い値の前記相互の類似度が所定回数を超えて出現する時点より前に算出されたウエイトベクトルを除いて、前記ウエイトベクトルを決定する
請求項１から４のうちいずれか一項に記載の基地局装置。
【請求項６】
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける前記基地局装置が実行するウエイト生成方法であって、
前記端末装置のアンテナ素子又は該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と前記基地局装置の備えるアンテナ素子との間のチャネル情報により生成されるチャネルベクトルと、前記チャネルベクトルとは異なる前記端末装置のアンテナ素子に関連する追加のチャネルベクトルとを並べたチャネル行列に基づいて、複数の前記端末装置に対して空間多重伝送を行うためのウエイトベクトルを算出するステップと、
前記端末装置の前記追加のチャネルベクトルとして、前記端末装置の前記チャネルベクトルである第１チャネルベクトルより前に取得された一つまたは複数の第２チャネルベクトルの中から、前記第１チャネルベクトルとの相互の類似度が低い前記第２チャネルベクトルを選択して、前記ウエイトベクトルを算出するステップと、
を有するウエイト生成方法。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と前記端末装置とが同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記端末装置のアンテナ素子又は該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と前記基地局装置の備えるアンテナ素子との間のチャネル情報により生成されるチャネルベクトルと、前記チャネルベクトルとは異なる前記端末装置のアンテナ素子に関連する追加のチャネルベクトルとを並べたチャネル行列に基づいて、複数の前記端末装置に対して空間多重伝送を行うためのウエイトベクトルを算出するウエイト算出部
を備え、
前記ウエイト算出部は、前記ウエイト算出部は、前記端末装置の前記追加のチャネルベクトルとして、前記端末装置の前記チャネルベクトルである第１チャネルベクトルより前に取得された一つまたは複数の第２チャネルベクトルの中から、前記第１チャネルベクトルとの相互の類似度が低い前記第２チャネルベクトルを選択して、前記ウエイトベクトルを算出する
無線通信システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局装置、ウエイト生成方法、及び無線通信システムに関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
増え続ける無線通信の需要に対応するため、同一空間・同一時間・同一周波数上に複数の端末向けの信号を多重して伝送するマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）技術の実装が進められている（例えば非特許文献１参照）。マルチユーザＭＩＭＯでは、基地局のアンテナ素子数と比べて端末のアンテナ素子数が少ないことが想定される。このとき、端末側では複数の端末向けの信号を分離することが困難であるため、複数の端末間で干渉が発生しないよう基地局側で干渉抑圧の処理（以下、「ヌル形成」という。）を行って信号を送信することが一般的である。
【０００３】
このヌル形成を行うためには、信号を送信する基地局のアンテナ素子と、信号を受信する端末のアンテナ素子の間の伝搬路の状態を正確に把握することが必要である。そのため、予め送受信間で既知の信号を送信して、その信号がどれだけ変化したかという情報に基づいて伝搬路の状態を推定する伝搬路推定（以下、「チャネル推定」ともいう。）が必要となる。この伝搬路推定は、既知信号を送信する必要があることから、通信のオーバヘッドとなるため、通信の必要が発生した際や、通信規格で定められた一定周期等で、離散的に行うことが一般的である。
【０００４】
無線通信において利用する周波数帯の拡張に伴い、増大する距離減衰や広帯域伝送に伴う雑音電力の増加を補償するため、送受信アンテナに多数のアンテナ素子を用いるＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ技術の検討も進められている（例えば非特許文献２参照）。ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯでは、アンテナ素子を多数具備することから従来よりも柔軟な信号制御が可能となる、高いアンテナ自由度を具備している。
【０００５】
一方、無線通信の伝搬路は、端末の移動や周囲の環境変化に伴い時々刻々と変化する。よって、伝搬路推定を行って取得した伝搬路と、実際に通信を行う伝搬路が変化してしまうと、ヌル形成の効果が薄れユーザ間干渉となって伝送特性を劣化させる。そのため、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯの高いアンテナ自由度に着目し、一つの端末アンテナに対して一つのヌル形成であった従来の空間多重伝送から、一つの端末アンテナに多数のヌルを形成することでユーザ間干渉を抑圧するヌル空間拡張技術が検討されている（例えば非特許文献３、４、及び特許文献１参照）。ヌル空間拡張技術では、従来、必要最低限のヌル形成が行われた後に余ったアンテナ自由度を所望信号の利得獲得に使用していたところ追加のヌル形成を行うことによって、伝搬路の変化にロバストなマルチユーザＭＩＭＯ伝送を実現することができる。
【０００６】
［マルチユーザＭＩＭＯ技術について］
（マルチユーザＭＩＭＯの概要）
コヒーレント伝送や、フェーズドアレーアンテナ技術は、基本的に回線利得を改善する技術であり、広域のサービスエリアを一つの基地局装置でカバーする際の回線容量を増大させるためには、別の無線通信技術が必要となる。一方で周波数資源は限りがあるために、ここでは限られた資源を高い周波数利用効率で利用するための技術として、例えば非特許文献１にて検討されているマルチユーザＭＩＭＯ技術について説明をする。
【０００７】
図２は、マルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示す概略図である。同図に示すように、マルチユーザＭＩＭＯシステムは、基地局装置８０１と、端末装置８０２－１、８０２－２、８０２－３（端末装置＃１～＃３）とを具備している。実際に一つの基地局装置８０１が収容する端末装置８０２の数は多数であるが、そのうちの数局を選び出し（同図では端末装置８０２－１～８０２－３）、通信を行う。各端末装置８０２は、基地局装置８０１と比較して送受信アンテナ数が一般に少ない。以下では、基地局装置８０１から端末装置８０２への通信（ダウンリンク）を行う場合について説明する。
【０００８】
基地局装置８０１は、多数のアンテナ素子を用いて複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末装置８０２－１～８０２－３に対してそれぞれ３つのＭＩＭＯチャネルを割り当て、全体として９系統の信号系列を送信する場合を考える。その際、端末装置８０２－１に対して送信する信号は、端末装置８０２－２及び端末装置８０２－３方向には指向性利得が極端に低くなるように（ヌルが形成されるように）調整し、この結果として端末装置８０２－２及び端末装置８０２－３への干渉を抑制する。同様に、端末装置８０２－２に対して送信する信号は、端末装置８０２－１及び端末装置８０２－３方向には指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末装置８０２－３にも施す。このように指向性制御を行う理由は、例えば端末装置８０２－１においては、端末装置８０２－２及び端末装置８０２－３で受信した信号の情報を知る術がないため、端末装置８０２間での協調的な受信処理ができない、つまり、３本のアンテナしかない端末装置８０２－１のみの受信処理において、９系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しいためである。そこで、各端末装置８０２－１～８０２－３には他の端末装置８０２の信号が受信されないように、送信側で干渉分離を事前に行う。以上が既存のマルチユーザＭＩＭＯシステムの概要である。
【０００９】
次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。ここでは、基地局装置８０１が９つのアンテナ素子を備え、各端末装置８０２－１～８０２－３が３つのアンテナ素子を備える場合について説明する。例えば、図２において、基地局装置８０１の第ｊ（ｊ＝１，…，９）のアンテナ素子と、端末装置８０２－１の第１のアンテナ素子との間のチャネル情報をｈ
１ｊ
と表記する。基地局装置８０１の各アンテナ素子（ｊ＝１，…，９）と、端末装置８０２－１の第１のアンテナ素子とのチャネル情報を用いて行ベクトルｈ
１
を（ｈ
１１
，ｈ
１２
，ｈ
１３
，…，ｈ
１８
，ｈ
１９
）と表記する。同様に、基地局装置８０１の第ｊのアンテナ素子と、端末装置８０２－１の第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子との間のチャネル情報をｈ
２ｊ
及びｈ
３ｊ
と表記し、対応する行ベクトルｈ
２
及びｈ
３
を（ｈ
２１
，ｈ
２２
，ｈ
２３
，…，ｈ
２８
，ｈ
２９
）及び（ｈ
３１
，ｈ
３２
，ｈ
３３
，…，ｈ
３８
，ｈ
３９
）と表記する。端末装置８０２－２及び端末装置８０２－３のアンテナ素子に対して同様の連番をふり、行ベクトルｈ
４
～ｈ
９
を（ｈ
４１
，ｈ
４２
，ｈ
４３
，…，ｈ
４８
，ｈ
４９
）～（ｈ
９１
，ｈ
９２
，ｈ
９３
，…，ｈ
９８
，ｈ
９９
）と表記する。
【００１０】
なお、チャネル情報とは、無線通信の伝搬路の状態を表す値、すなわち、送信アンテナと受信アンテナの間の実際の伝搬係数であるチャネルを、送信機または受信機で推定・取得した値（厳密には送受信機内のアンプやフィルタの影響を含む）である。
（【００１１】以降は省略されています）

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