JP2011101291A - 無線基地局、マルチユーザｍｉｍｏシステム、及びユーザ選択方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける効率的なユーザ選択方法の提供。
【解決手段】自セル内のユーザを、自セルに隣接する隣接セルと自セルとの境界付近に位置する境界ユーザと、当該境界ユーザ以外の内部ユーザと、に分類するユーザ分類部と、境界ユーザ及び内部ユーザのそれぞれについて、ユーザ分類部により分類されたユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１のユーザを選択し、第１のユーザとは異なる第２のユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における第１のユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２のユーザをリソースブロック毎に選択するユーザ選択部と、第１ユーザ選択部により選択された第１のユーザ及び第２のユーザに対し、当該第１及び第２ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信する送信部と、を備える基地局が提供される。
【選択図】図４

Description

本発明は、基地局、マルチユーザＭＩＭＯシステム、及びユーザ選択方法に関する。特に、ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるユーザスケジューリング方法に関する。

無線装置間の通信速度を高速化する技術の一つとして、多入力・多出力伝送（ＭＩＭＯ；Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式が知られている。この方式は、文字通り、複数のアンテナを用いた信号の入出力を基本としている。この方式の特徴は、異なる複数のアンテナを利用して、同じタイミング、かつ、同じ周波数で複数の送信データを一度に送信することが可能な点にある。そのため、同時に送信可能なチャネルの数が増加するにつれ、増加したチャネルの分だけ単位時間当たりに送信可能な情報量を増加させることが可能になる。また、この方式は、通信速度を向上させるに当たって、占有される周波数帯域が増加しないという利点も有する。

しかし、同一周波数の搬送波成分を有する複数の変調信号が同時に送信されるため、受信側において混信した変調信号を分離する手段が必要になる。そこで、受信側において、無線伝送路の伝送特性を表すチャネル行列が推定され、そのチャネル行列に基づき、受信信号から各サブストリームに対応する送信信号が分離される。尚、チャネル行列は、参照信号を用いて推定される。また、推定されたチャネル行列を用いて信号を検出する方法としては、例えば、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）検波方式やＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）検波方式を用いる方法が知られている。

最近では、複数の無線端末に向けて無線基地局に設置された複数のアンテナにより信号を送信して空間多重させ、受信して各信号を分離することにより、システム全体のスループットを向上させるマルチユーザＭＩＭＯシステムが利用されつつある。また、１つのセル内に複数のアンテナを分散して配置し、これら複数のアンテナを用いて無線基地局と無線端末との間で無線通信を実現する分散アンテナ無線アクセスシステム（以下、分散アンテナシステム）の利用が企図されている。例えば、下記の非特許文献１には、ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ（以下、ＺＦＢＦ） ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ伝送方式を適用した分散アンテナシステムのシステム構成が記載されている。また、下記の非特許文献２には、ＺＦＢＦマルチユーザＭＩＭＯ伝送方式における効果的なユーザ選択方法が記載されている。

C.B.Peel, B.M. Hochwald, and A.L. Swindlehurst",A vector-perturbation technique for near-capacity multiantennamultiuser communication Part I: channel inversion and regulation," IEEETrans. Commun., vol.53, no.1, pp.195-202, January2005 G.Dimic and N.D. Sidiropoulos,"On downlink beamforming with greedy userselection: performance analysis and a simple new algorithm", IEEE Trans.Signal Processing, vol.53, no.10, pp.3857-3868, October 2005

上記の非特許文献１に記載の技術は、ある無線基地局が管理する自セル内に複数のユーザが存在する環境において、自セル内の各ユーザに向けて送信される信号が互いに直交するようにＺＦＢＦを施すというものである。このような構成にすることにより、下り回線における各ユーザ向け信号の干渉を抑制することができる。しかしながら、同文献に記載の技術は、自セルに隣接する他セル（以下、隣接セル）との間の干渉を考慮したものではない。しかし、実際には、自セル内のユーザが隣接セルの近傍に位置する場合、自セルの分散アンテナシステムは、隣接セルの伝送信号による干渉の影響を被る。特に、セル境界を隔てて複数のユーザが近接している場合には、相互に干渉の影響を及ぼし合い、いずれのユーザにおいても伝送特性が大幅に劣化してしまう。

また、上記の非特許文献２に記載の技術は、受信信号電力が最大となるユーザ及び他の各ユーザのチャネルベクトルに基づいてチャネルキャパシティが大きくなるような他のユーザを順次選択するというものである。このような構成にすることにより、スループットの高いユーザの組み合わせが選択される。しかし、セル境界に位置するチャネルキャパシティの小さいユーザは、ほとんど選択されなくなってしまう。そのため、ユーザに対する公平性が保てなくなってしまう。また、この技術には演算量が多いという問題もある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ユーザの公平性をある程度保ちつつ、スループットを向上させることが可能な、新規かつ改良された基地局、マルチユーザＭＩＭＯシステム、及びユーザ選択方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、自セル内のユーザを、前記自セルに隣接する隣接セルと前記自セルとの境界付近に位置する境界ユーザと、当該境界ユーザ以外の内部ユーザと、に分類するユーザ分類部と、前記ユーザ分類部により分類された境界ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の境界ユーザを選択する第１境界ユーザ選択部と、前記ユーザ分類部により分類された内部ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の内部ユーザを選択する第１内部ユーザ選択部と、前記第１の境界ユーザとは異なる第２の境界ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の境界ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の境界ユーザをリソースブロック毎に選択する第２境界ユーザ選択部と、前記第１の内部ユーザとは異なる第２の内部ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の内部ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の内部ユーザをリソースブロック毎に選択する第２内部ユーザ選択部と、前記第１境界ユーザ選択部により選択された第１の境界ユーザ及び前記第２境界ユーザ選択部により選択された第２の境界ユーザに対し、当該第１及び第２境界ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信し、前記第１内部ユーザ選択部により選択された第１の内部ユーザ及び前記第２内部ユーザ選択部により選択された第２の内部ユーザに対し、当該第１及び第２の内部ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信する送信部と、を備える、無線基地局が提供される。

このように、セル内部ユーザと、セル境界ユーザとを分類し、分類毎にリソースブロックの割り当て、及び各リソースブロックに対する空間多重ユーザの選択を行うことにより、ユーザの公平性を保ちつつ、空間多重によるスループットの向上効果を得られる。

また、上記の無線基地局は、リソースブロック毎にチャネルベクトルを推定するチャネル推定部をさらに備えていてもよい。この場合、前記第１境界ユーザ選択部は、前記チャネル推定部により推定されたチャネルベクトルから計算されるリソースブロック毎の受信電力を用いて、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の境界ユーザを選択し、前記第１内部ユーザ選択部は、前記チャネル推定部により推定されたチャネルベクトルから計算されるリソースブロック毎の受信電力を用いて、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の内部ユーザを選択する。リソースブロック毎にチャネルベクトルを推定し、推定したチャネルベクトルを用いてユーザの分類を行うことにより、雑音の影響を抑制することが可能となるため、より効果的にセル境界ユーザとセル内部ユーザとを分類することができる。

また、前記第２境界ユーザ選択部は、前記チャネル推定部により推定された前記第１の境界ユーザに対応するチャネルベクトルと、前記チャネル推定部により推定された前記第２の境界ユーザに対応するチャネルベクトルと、により形成されるチャネル行列の逆行列を算出し、当該逆行列の対角成分に基づいてチャネルキャパシティが最大となる第２の境界ユーザを選択するように構成されていてもよい。さらに、前記第２内部ユーザ選択部は、前記チャネル推定部により推定された前記第１の内部ユーザに対応するチャネルベクトルと、前記チャネル推定部により推定された前記第２の内部ユーザに対応するチャネルベクトルと、により形成されるチャネル行列の逆行列を算出し、当該逆行列に基づいてチャネルキャパシティが最大となる第２の内部ユーザを選択するように構成されていてもよい。

このように、空間多重ユーザを選択する際に、チャネルキャパシティの大きいユーザを順次選択することにより、セルスループットを向上させることができる。また、分類毎に空間多重ユーザの選択を行っているため、全ユーザを対象に空間多重ユーザの選択を行う場合に比べ、選択処理の対象となるユーザ数が少ない分だけユーザの組み合わせ数が少なくなり、結果として、分類毎に空間多重ユーザを選択する方が演算量を少なくすることができる。つまり、上記構成を適用することにより、空間多重ユーザの選択処理に要する演算量を低減することができる。

また、前記第２境界ユーザ選択部は、ｋ＝１〜ｎ_１（ｎ_１＜境界ユーザの数）について、前記チャネルキャパシティがｋ番目に大きい第２の境界ユーザＵｋを選択する工程と、前記第１の境界ユーザに対応するチャネルベクトルと、前記第２の境界ユーザＵ_ｐ（ｐ＝１〜ｋ）に対応するチャネルベクトルと、前記チャネル推定部により推定された前記第２の境界ユーザＵ_ｐとは異なる第２の境界ユーザに対応するチャネルベクトルと、により形成されるチャネル行列の逆行列を算出し、当該逆行列の対角成分に基づいてチャネルキャパシティが（ｋ＋１）番目に大きい第２の境界ユーザＵ_{（ｋ＋１）}を選択する工程と、を繰り返し実行し、前記第２内部ユーザ選択部は、ｌ＝１〜ｎ_２（ｎ_２＜内部ユーザの数）について、前記チャネルキャパシティがｋ番目に大きい第２の内部ユーザＵ_ｌを選択する工程と、前記第１の内部ユーザに対応するチャネルベクトルと、前記第２の内部ユーザＵ_ｑ（ｑ＝１〜ｌ）に対応するチャネルベクトルと、前記チャネル推定部により推定された前記第２の内部ユーザＵ_ｑとは異なる第２の内部ユーザに対応するチャネルベクトルと、により形成されるチャネル行列の逆行列を算出し、当該逆行列の対角成分に基づいてチャネルキャパシティが（ｋ＋１）番目に大きい第２の内部ユーザＵ_{（ｋ＋１）}を選択する工程と、を繰り返し実行するように構成されていてもよい。このような構成にすることで、空間多重ユーザを順次選択しながら、選択したユーザのチャネル状態を考慮して所定数の空間多重ユーザを選択することが可能になる。

また、前記ユーザ分類部は、自セルのセル固有下り参照信号に基づいて計算される希望信号電力と、自セルの信号送信に利用していないリソースブロックで受信された信号電力に基づいて計算される干渉電力と、を用いて各ユーザにより推定されるリソースブロック全体の平均ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を利用して前記境界ユーザと前記内部ユーザとを分類するように構成されていてもよい。リソースブロック全体の平均ＳＩＲがユーザ毎に得られると、平均ＳＩＲを利用してセル境界ユーザとセル内部ユーザとを容易に分類することができる。また、平均ＳＩＲを利用することにより、基地局からの物理的な距離でユーザを分類する場合に比べ、チャネル環境を考慮した、より実際的な分類が可能になる。

また、前記ユーザ分類部は、前記平均ＳＩＲが所定の閾値を上回るユーザを前記内部ユーザに設定し、当該内部ユーザ以外のユーザを前記境界ユーザに設定するか、或いは、前記平均ＳＩＲが大きい順に所定割合のユーザを前記内部ユーザに設定し、当該内部ユーザ以外のユーザを前記境界ユーザに設定するように構成されていてもよい。例えば、セル内部ユーザの割合を多くし、セル境界ユーザの割合を少なく調整することができると、セル境界ユーザへの影響を抑えつつ、セル境界ユーザに割り当てる部分帯域を小さくすることが容易にできる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、自セル内のユーザから帰還された平均ＳＩＲを利用して、自セル内のユーザを、前記自セルに隣接する隣接セルと前記自セルとの境界付近に位置する境界ユーザと、当該境界ユーザ以外の内部ユーザと、に分類するユーザ分類部と、前記ユーザ分類部により分類された境界ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の境界ユーザを選択する第１境界ユーザ選択部と、前記ユーザ分類部により分類された内部ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の内部ユーザを選択する第１内部ユーザ選択部と、前記第１の境界ユーザとは異なる第２の境界ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の境界ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の境界ユーザをリソースブロック毎に選択する第２境界ユーザ選択部と、前記第１の内部ユーザとは異なる第２の内部ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の内部ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の内部ユーザをリソースブロック毎に選択する第２内部ユーザ選択部と、前記第１境界ユーザ選択部により選択された第１の境界ユーザ及び前記第２境界ユーザ選択部により選択された第２の境界ユーザに対し、当該第１及び第２境界ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信し、前記第１内部ユーザ選択部により選択された第１の内部ユーザ及び前記第２内部ユーザ選択部により選択された第２の内部ユーザに対し、当該第１及び第２の内部ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信する送信部と、を有する、基地局と、自セルのセル固有下り参照信号に基づいて希望信号電力を計算し、自セルの信号送信に利用していないリソースブロックで受信された信号電力に基づいて干渉電力を計算し、前記希望信号電力及び前記干渉電力を用いてリソースブロック全体の平均ＳＩＲを算出するＳＩＲ算出部と、前記ＳＩＲ算出部により算出された平均ＳＩＲを前記基地局に帰還する帰還部と、を有する、ユーザ端末と、を含む、マルチユーザＭＩＭＯシステムが提供される。

このように、セル内部ユーザと、セル境界ユーザとを分類し、分類毎にリソースブロックの割り当て、及び各リソースブロックに対する空間多重ユーザの選択を行うことにより、ユーザの公平性を保ちつつ、空間多重によるスループットの向上効果を得られる。また、平均ＳＩＲに基づいてユーザを分類することにより、物理的な距離に基づいてユーザを分類する場合に比べ、より実際的なユーザの分類が可能になる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、自セル内のユーザを、前記自セルに隣接する隣接セルと前記自セルとの境界付近に位置する境界ユーザと、当該境界ユーザ以外の内部ユーザと、に分類するユーザ分類工程と、前記ユーザ分類工程で分類された境界ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の境界ユーザを選択する第１境界ユーザ選択工程と、前記ユーザ分類工程で分類された内部ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の内部ユーザを選択する第１内部ユーザ選択工程と、前記第１の境界ユーザとは異なる第２の境界ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の境界ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の境界ユーザをリソースブロック毎に選択する第２境界ユーザ選択工程と、前記第１の内部ユーザとは異なる第２の内部ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の内部ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の内部ユーザをリソースブロック毎に選択する第２内部ユーザ選択工程と、を含む、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法が提供される。

このように、セル内部ユーザと、セル境界ユーザとを分類し、分類毎にリソースブロックの割り当て、及び各リソースブロックに対する空間多重ユーザの選択を行うことにより、ユーザの公平性を保ちつつ、空間多重によるスループットの向上効果を得られる。

以上説明したように本発明によれば、ユーザの公平性をある程度保ちつつ、スループットを向上させることが可能になる。

Ｒｏｕｎｄ ｒｏｂｉｎユーザ選択方法の原理を示す説明図である。 Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｕｓｅ（ＦＦＲ）の原理を示す説明図である。 Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｂｅａｍｆｒｏｍｉｎｇ ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ方式用のｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ（ＺＦＳ）の原理を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る基地局の機能構成例を示す説明図である。 同実施形態に係るＣｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ＲＳの割り当て方法の一例を示す説明図である。 同実施形態に係るＣｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ＲＳの割り当て方法の一例を示す説明図である。 同実施形態に係るユーザ端末の機能構成例を示す説明図である。 同実施形態に係るＣｅｌｌ内部ユーザ／Ｃｅｌｌ境界ユーザの分類方法を示す説明図である。 同実施形態に係る周波数帯域のＣｅｌｌへの割り当て方法を示す説明図である。 同実施形態に係るユーザ毎のＲＢ選択方法を示す説明図である。 同実施形態に係る空間多重ユーザの選択方法を示す説明図である。 同実施形態の一応用例（分散アンテナシステムへの応用）に係るＣｅｌｌ構成例及びアンテナ配置例を示す説明図である。 同応用例に係る基地局の機能構成例（一部）を示す説明図である。 同応用例に係る基地局の機能構成例（全体）を示す説明図である。 同実施形態に係るシステムと従来システムとの間の平均Ｃｅｌｌスループットを比較したシミュレーション結果を示す説明図である。 同実施形態に係るシステムと従来システムとの間の平均ユーザスループットを比較したシミュレーション結果を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［説明の流れについて］
ここで、以下に記載する本発明の実施形態に関する説明の流れについて簡単に述べる。まず、図１を参照しながら、Ｒｏｕｎｄ ｒｏｂｉｎ方式（以下、ＲＲ方式）のユーザ選択方法について説明する。次いで、図２を参照しながら、Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｕｓｅ方式（以下、ＦＦＲ方式）の概念について説明する。次いで、図３を参照しながら、ＺＦＢＦマルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法（以下、ＺＦＳ；Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）について説明する。

次いで、図４を参照しながら、本発明の一実施形態に係る基地局１０の機能構成について説明する。この中で、図５Ａ、図５Ｂを参照しながら、セル固有下り参照信号（Ｃｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ＲＳ）の割り当て方法について説明する。また、図６を参照しながら、本実施形態に係るユーザ端末２０の機能構成について説明する。さらに、図７を参照しながら、セル内部ユーザとセル境界ユーザとの分類方法について説明する。そして、図８を参照しながら、周波数帯域へのセルの割り当て方法について説明する。また、図９を参照しながら、各ユーザに対するリソースブロック（ＲＢ）の割り当て方法について説明する。さらに、図１０を参照しながら、空間多重伝送の対象となるユーザの選択方法について説明する。

次いで、本実施形態の一応用例として、分散アンテナシステムへの応用について説明する。まず、図１１を参照しながら、分散アンテナシステムにおけるセル構成及び分散アンテナの配置について説明する。次いで、図１２、図１３を参照しながら、本応用例に係る基地局３０の機能構成について説明する。次いで、図１４、図１５を参照しながら、本実施形態に係る技術を適用することにより得られる効果について説明する。

［課題の整理］
まず、本発明の一実施形態に係る技術について詳細な説明をするに先立ち、同実施形態が解決しようとする課題について簡単に整理する。

（ＲＲ方式について）
まず、図１を参照しながら、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおけるＲＲ方式のユーザ選択方法について説明する。図１の例では、各ＲＢにおいて６ユーザを空間多重するものと仮定している。ＲＲ方式では、ＲＢのインデックス（ＲＢ ｉｎｄｅｘ；以下、ＲＢインデックス）が１増加する毎に６ユーザのインデックス（例えば、｛１，２，３，４，５，６｝；以下、ユーザインデックス）が１つシフト（例えば、｛２，３，４，５，６，７｝）する構成となっている。なお、ＲＢインデックスが１増加するに連れてユーザインデックスが巡回置換されるように構成されていてもよい。

このような構成にすることにより、全てのユーザがＲＢに対して均等に割り当てられる。そのため、ユーザへの高い公平性が実現される。しかし、ＲＲ方式の場合、ユーザとの間のチャネル状態が考慮されていないため、スループットの向上効果は見込めない。

（ＦＦＲ方式について）
次に、図２を参照しながら、ＦＦＲ方式について説明する。ＦＦＲ方式は、セル端又はセル境界に位置するユーザの伝送品質を改善するために考案された技術である。セル端又はセル境界に位置するユーザは、隣接セルによるセル間干渉の影響を大きく受けてしまう。そのため、セル端又はセル境界に位置するユーザの伝送品質は、セル間干渉による影響を受けて大幅に劣化してしまう。そして、Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌにより誤り訂正符号の符号化率や変調次数が下げられ、スループットが大きく低下してしまう。

そこで、ＦＦＲ方式では、セル端やセル境界に位置するユーザに対し、セル毎に予め決められた部分帯域を使用するように制限を課すことでセル間干渉を抑制する。ＦＦＲ方式の場合、原理的には周波数利用効率が犠牲になるが、セル間干渉が大幅に低減するため、結果として伝送品質が改善され、実際には周波数利用効率の向上効果が得られる。

図２の例では、セル内部のユーザにＦＲＦ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｕｓｅ Ｆａｃｔｏｒ）＝１、セル境界に位置するユーザにＦＲＦ＝３が設定されている。ＦＲＦは、周波数繰り返しの数に相当する。図２の例では、（Ａ）に示すようにセルの内部に位置するユーザ（以下、セル内部ユーザ）と、セルの境界に位置するユーザ（以下、セル境界ユーザ）とが分類され、（Ｂ）に示すように周波数帯域が分割して割り当てられている。

しかし、ＦＦＲ方式の場合、セル内部ユーザとセル境界ユーザとを分類した後、それぞれのユーザに対するスケジューリングが必要になる。また、セル境界ユーザに割り当てられる部分帯域は、多くの場合、セル内部ユーザに割り当てられる部分帯域よりも小さく設定されるため、セル境界ユーザに対する公平性が保てないという問題がある。

（ＺＦＳ方式について）
次に、図３を参照しながら、ＺＦＳ方式について説明する。ＺＦＳ方式は、ＺＦＢＦマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいてスループットを向上させるために考案されたユーザ選択技術である。なお、図３において、Ｎ_Ｔは基地局アンテナの本数、Ｎ_Ｕは空間多重するユーザの数を示す。

図３に示すように、ＺＦＳ方式では、まず、各ユーザとの間のチャネルベクトルに基づいて受信信号電力を計算し、受信信号電力が最大となるユーザ（以下、第１ユーザ）を選択する（Ｓ２１）。さらに、第１ユーザのチャネルベクトルを選択する（Ｓ２１）。次いで、残りのユーザの中から１ユーザを選択し、そのユーザのチャネルベクトルと、第１ユーザのチャネルベクトルとを用いてチャネル行列を生成する（Ｓ２２）。

次いで、生成してチャネル行列の逆行列を計算し（Ｓ２３）、計算した逆行列の各対角成分の逆数をＺＦＢＦ後のチャネル利得としてＳｕｍ Ｒａｔｅ（ユーザ数分のチャネルキャパシティの合計）を計算する（Ｓ２４）。次に、ステップＳ２２〜Ｓ２４の操作を上記の残りのユーザ全てについて実施し（Ｓ２７）、Ｓｕｍ ｒａｔｅが最大となるユーザ（以下、第２ユーザ）を検出する（Ｓ２５、Ｓ２６）。

同様に、第１及び第２ユーザのチャネルベクトルと、第１及び第２ユーザ以外の１ユーザのチャネルベクトルとを用いてチャネル行列を生成し（Ｓ２２）、逆行列計算（Ｓ２３）、Ｓｕｍ ｒａｔｅ計算（Ｓ２４）、最大Ｓｕｍ ｒａｔｅのユーザ検出（Ｓ２５、Ｓ２６）を行う。これら一連の操作を繰り返し実行し、チャネルキャパシティが大きくなるＮＵユーザの組み合わせを選択する（Ｓ２８）。

上記ステップＳ２１〜Ｓ２８の操作を行うことにより、チャネルキャパシティを大きくするユーザの組み合わせが選択されるため、スループットの向上効果が見込める。しかし、ほとんど選択されないユーザが存在するため、ユーザの公平性が保たれなくなる。

＜実施形態＞
上記のような問題に鑑み、本件発明者は、ユーザの公平性を保ちつつ、スループットを向上させることが可能な方法を考案した。以下、このような方法に係る本発明の一実施形態について説明する。

［基地局１０の構成］
まず、図４を参照しながら、本実施形態に係る基地局１０の機能構成について説明する。図４は、本実施形態に係る基地局１０の機能構成例を示す説明図である。なお、基地局１０は、マルチユーザＭＩＭＯシステムに含まれる無線基地局の一例である。また、以下の説明では、一例として図５Ａに示すセル配置、及び図５Ｂに示すＲＢ構成（下り参照信号の割り当て構成）を想定する。

図４に示すように、基地局１０は、主に、ユーザ分類部１０２（ＦＦＲ用ｕｓｅｒ分類部）と、ＲＢ選択部１０４（Ｕｓｅｒ ｆａｉｒｎｅｓｓ用ＲＢ選択部）と、ユーザ選択部１０６（Ｈｉｇｈ ｃａｐａｃｉｔｙ用ｕｓｅｒ選択部）と、空間多重部１０８、１１０（ＲＢ毎ＺＦＢＦ ＭＵ−ＭＩＭＯ用ＮＵ ｕｓｅｒ空間多重部）と、ＯＦＤＭ部１１２（Ａｎｔｅｎｎａ毎ＯＦＤＭ部）とにより構成される。また、基地局１０は、ＮＴ本のアンテナを有する。

（ユーザ分類部１０２）
まず、ユーザ分類部１０２について説明する。ユーザ分類部１０２は、セル境界ユーザが受けるセル間干渉の影響を低減させる手段である。ユーザ分類部１０２は、ＦＦＲ方式に基づいて自セル内のユーザをセル内部ユーザ（ｉｎｎｅｒ−ｃｅｌｌ ｕｓｅｒ ｓｅｔ）と、セル境界ユーザ（Ｃｅｌｌ−ｅｄｇｅ ｕｓｅｒ ｓｅｔ）と、に分類する。なお、ユーザ分類部１０２には、各ユーザのユーザ端末２０（後述）から帰還された平均ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ；ｋ番目のユーザから帰還された平均ＳＩＲをＳＩＲ_ｋと表現する。）が入力される。

ユーザ分類部１０２は、図７に示すように、ユーザ端末２０から帰還された平均ＳＩＲが大きい順にユーザをランク付けする（Ｓ３１）。さらに、ユーザ分類部１０２は、ランクが高いユーザをセル内部ユーザに分類し（Ｓ３２）、その他のユーザをセル境界ユーザに分類する（Ｓ３３）。但し、分類は、所定の閾値を用いてもよいし、所定の配分比を用いてもよい。

例えば、平均ＳＩＲが所定の閾値を越えるユーザをセル内部ユーザに分類し、それ以外のユーザをセル境界ユーザに分類する。また、所定の配分比によりセル内部ユーザを設定し、その数だけ平均ＳＩＲが高いユーザをセル内部ユーザに分類し、それ以外のユーザをセル境界ユーザに分類してもよい。なお、図７（Ｂ）には、距離に応じてセル内部ユーザとセル境界ユーザとが分類されているように見えるが、実際には必ずしも地理的な距離により分類されるわけではない点に注意されたい。

（ＲＢ選択部１０４）
次に、ＲＢ選択部１０４について説明する。ＲＢ選択部１０４は、ユーザの公平性を保つための手段である。ユーザ分類部１０２によりユーザが分類されると、ＲＢ選択部１０４は、各分類のユーザ毎にＲＢを選択する。なお、ＲＢ選択部１０４には、ＦＦＲ用セル固有部分帯域の情報が入力される。例えば、セル内部ユーザに関する部分帯域の情報として、図８に示す帯域ｆ、ＦＲＦ＝１の情報が入力され、セル境界ユーザに関する部分帯域の情報として、図８に示す帯域ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３、ＦＲＦ＝３の情報が入力される。

ＲＢ選択部１０４は、図９（Ａ）に示すように、セル内部ユーザについて、各ユーザによりＳｏｕｎｄｉｎｇ参照信号から推定されたチャネルベクトルの推定値を用いてＲＢ毎の受信信号電力を計算する（Ｓ４１）。次いで、ＲＢ選択部１０４は、図９（Ｂ）に示すように、各ＲＢの帯域における受信信号電力の最大値（以下、最大受信信号電力）をユーザ毎に比較し、最大受信信号電力が大きい順にユーザをランク付けする（Ｓ４２）。

次いで、ＲＢ選択部１０４は、最も高いランクのユーザからランクが大きい順に、各ユーザの最大受信信号電力をＲＢ間で比較し、最大受信信号電力が最大となるＲＢを選択する（Ｓ４３）。但し、選択したＲＢが他のユーザのＲＢとして選択されている場合、ＲＢ選択部１０４は、２番目に大きな最大受信信号電力となるＲＢを選択する（Ｓ４４）。なお、ＲＢ選択部１０４は、選択したＲＢが他のユーザのＲＢとして選択されている場合に重複してＲＢを選択するように構成されていてもよい。

同様に、ＲＢ選択部１０４は、図９（Ａ）に示すように、セル境界ユーザについて、各ユーザによりＳｏｕｎｄｉｎｇ参照信号から推定されたチャネルベクトルの推定値を用いてＲＢ毎の受信信号電力を計算する（Ｓ４５）。次いで、ＲＢ選択部１０４は、図９（Ｂ）に示すように、各ＲＢの帯域における最大受信信号電力をユーザ毎に比較し、最大受信信号電力が大きい順にユーザをランク付けする（Ｓ４６）。

次いで、ＲＢ選択部１０４は、最も高いランクのユーザからランクが大きい順に、各ユーザの最大受信信号電力をＲＢ間で比較し、最大受信信号電力が最大となるＲＢを選択する（Ｓ４７）。但し、選択したＲＢが他のユーザのＲＢとして選択されている場合、ＲＢ選択部１０４は、２番目に大きな最大受信信号電力となるＲＢを選択する（Ｓ４８）。なお、ＲＢ選択部１０４は、選択したＲＢが他のユーザのＲＢとして選択されている場合に重複してＲＢを選択するように構成されていてもよい。

ステップＳ４１〜Ｓ４４、Ｓ４５〜Ｓ４８の操作により、各ＲＢに対して１ユーザの割り当てが完了する。このように、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）の上り回線で推定されたＲＢ毎のチャネルベクトルから受信信号電力を計算し、その計算結果に基づいて各ユーザで最大受信信号電力が得られているＲＢを選択することにより、スループットの向上に寄与する。また、対象とするユーザが全て選択されるため、ユーザの公平性を保つことができる。

（ユーザ選択部１０６）
次に、ユーザ選択部１０６について説明する。ユーザ選択部１０６は、スループットを向上させるための手段である。ユーザ選択部１０６は、ＺＦＳにより、ＲＢ毎にＲＢ選択部１０４により選択されたユーザのチャネルベクトルを基準に、そのチャネルベクトルに直交し、かつ、チャネル利得の大きいチャネルベクトルを持つユーザを選択する。

図１０に示すように、ＲＢ選択部１０４により、ＲＢ毎に選択されたユーザ（第１ユーザ）、及び第１ユーザのチャネルベクトルが選択されている（Ｓ５１）。まず、ユーザ選択部１０６は、他ユーザのチャネルベクトルを候補として選択し（Ｓ５７）、第１ユーザのチャネルベクトルと候補のチャネルベクトルとによりチャネル行列を生成する（Ｓ５２）。この段階では、２ユーザのチャネル行列が生成される。次いで、ユーザ選択部１０６は、生成したチャネル行列の逆行列を計算する（Ｓ５３）。次いで、ユーザ選択部１０６は、計算した逆行列の対角成分の逆数からＳｕｍ ｒａｔｅを計算する（Ｓ５４）。

次いで、ユーザ選択部１０６は、第１ユーザとは異なる他ユーザのチャネルベクトルの候補に対し、上記ステップＳ５２〜Ｓ５４の操作を繰り返してＳｕｍ ｒａｔｅを計算する（Ｓ５７）。そして、ユーザ選択部１０６は、計算したＳｕｍ ｒａｔｅの最大値を検出し、その最大値に対応するユーザを第２ユーザに選択する（Ｓ５５、Ｓ５６）。

次いで、ユーザ選択部１０６は、第１及び第２ユーザとは異なる他ユーザのチャネルベクトルを候補として選択し（Ｓ５７、Ｓ５８）、第１及び第２ユーザのチャネルベクトルと、候補のチャネルベクトルとによりチャネル行列を生成し（Ｓ５２）、逆行列計算（Ｓ５３）、Ｓｕｍ ｒａｔｅ計算（Ｓ５４）、及びＳｕｍ ｒａｔｅが最大になるユーザの選択（Ｓ５５、Ｓ５６）を実行する。同様にして、ユーザ選択部１０６は、上記のステップＳ５２〜Ｓ５８を逐次実行することにより、Ｎ_Ｕユーザの組み合わせを選択する。

このような操作により、各ＲＢについてＲＢ選択部１０４により選択されたユーザのチャネルベクトルを基準として、空間多重した際にスループットが最大になると予想されるユーザの組み合わせが選択される。この組み合わせを用いて空間多重信号を送信することにより、スループットの向上効果が期待される。また、ユーザを予めセル内部ユーザとセル境界ユーザとに分類し、分類毎にＺＦＳを実施しているため、ＺＦＳの対象ユーザ数が少ない分だけユーザの組み合わせ数が大幅に少なくなり、全ユーザに対してＺＦＳを適用する場合に比べて全体の演算量が大幅に低減される。

（空間多重部１０８、１１０、ＯＦＤＭ部１１２）
次に、空間多重部１０８、１１０、ＯＦＤＭ部１１２について説明する。ユーザ選択部１０６により、分類毎、ＲＢ毎にユーザの組み合わせが選択されると、空間多重部１０８、１１０は、各ユーザに送信すべきデータに対してＲＢ毎にチャネル符号化及び変調処理を施し、さらに、送信ビームフォーミングを施して空間多重する。次いで、ＯＦＤＭ部１１２は、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により、全てのＲＢに関するリソース要素を直交周波数分割多重して送信する。

以上、本実施形態に係る基地局１０の構成について説明した。上記の通り、基地局１０は、平均ＳＩＲに基づくユーザ分類、各分類におけるユーザ毎のＲＢ選択、ＲＢ毎の空間多重ユーザ選択の３要素を含むユーザ選択方法を実現することができる。ユーザ分類を行い、分類毎にＲＢ及び空間多重ユーザの組み合わせを選択するため、ユーザの公平性を維持しつつ、スループットを向上させることが可能になる。

ところで、セル内部ユーザとセル境界ユーザとを分類する際に配分比を用いる場合、セル境界ユーザに分類されるユーザ数を少なくすることで、セル境界ユーザ用の部分帯域に割り当てられるユーザ数が減少するため、セル境界ユーザ用の部分帯域を小さく設定しても、セル境界ユーザの低い公平性を補うことができる。また、空間多重されるセル境界ユーザのユーザ数を増やすことにより、セル境界ユーザ用の部分帯域を小さく設定しても、セル境界ユーザの低い公平性を補うことができる。その結果、セル境界ユーザが受けるセル間干渉を低減し、各ユーザへのリソース割り当ての公平性を保ちつつ、空間多重によるスループットの向上効果を得ることができる。

［補足：参照信号の割り当て方法について］
ここで、図５Ａ、図５Ｂを参照しながら、参照信号の割り当て方法について説明する。なお、図５Ａに例示したセル配置（図５Ａ、図５Ｂ、図６で同じ濃度のハッチングが付された構成要素は互いに対応関係を有する点に注意されたい。）を想定する。また、ＴＤＤによる通信を前提とする。この前提により、上り回線と下り回線とで同じ周波数を利用して参照信号が送信可能となる。また、ＴＤＤの下り回線においては全基地局アンテナに共通の下り参照信号が用いられるものとする。このような構成にすることで、基地局アンテナの本数が増加してもフレーム効率が低下せずに済む。

図５Ｂに示すように、本実施形態においては、隣接セルにおいて時間・周波数空間（リソース）の異なる位置にセル固有下り参照信号（Ｃｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ＲＳ）を割り当てるように制限を課している。さらに、隣接セルでセル固有下り参照信号が割り当てられている時間・周波数空間の位置に一切信号を割り当てないように制限を課している。このような制限を課すことにより、隣接セルでセル固有下り参照信号が割り当てられた位置には何も送信されない。そのため、隣接セルからセル間干渉の影響を受けずに済むようになる。後述するように、このようなセル固有下り参照信号の割り当て方法を適用することにより、平均ＳＩＲの推定が容易になる。

［ユーザ端末２０の構成］
次に、図６を参照しながら、本実施形態に係るユーザ端末２０の機能構成について説明する。図６は、本実施形態に係るユーザ端末２０の機能構成例を示す説明図である。ユーザ端末２０の機能構成は、上記のユーザ分類に用いる平均ＳＩＲの推定方法に関する。

図６に示すように、ユーザ端末２０は、主に、ＧＩ除去＆ＦＦＴ部２０２と、チャネルベクトル推定部２０４と、平均電力推定部２０６と、干渉波平均電力推定部２０８と、平均ＳＩＲ推定部２１０と、量子化部２１２とにより構成される。

まず、ユーザ端末２０は、複数の端末アンテナ（＃１〜＃ｎ_Ｒ）を用いて、基地局１０により送信されたＯＦＤＭ信号を受信する。このＯＦＤＭ信号は、ＧＩ除去＆ＦＦＴ部２０２に入力される。ＧＩ除去＆ＦＦＴ部２０２は、入力されたＯＦＤＭ信号にガードインターバルが付加されている場合に、そのガードインターバルを除去する。さらに、ＧＩ除去＆ＦＦＴ部２０２は、ＯＦＤＭ信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を施してサブキャリア信号に変換する。

ＧＩ除去＆ＦＦＴ部２０２における変換処理の出力は、チャネルベクトル推定部２０４に入力される。サブキャリア信号が入力されると、チャネルベクトル推定部２０４は、入力されたサブキャリア信号に多重されたセル固有下り参照信号を用いてチャネルベクトルを推定する。自セル（例えば、Ｃｅｌｌ＃１）のセル固有下り参照信号を用いて推定されたチャネルベクトルは、平均電力推定部２０６の希望波平均電力推定部に入力される。一方、他セル（例えば、Ｃｅｌｌ＃２、＃３、＃４）のセル固有下り参照信号を用いて推定されたチャネルベクトルは、それぞれ対応する平均電力推定部２０６の干渉波平均電力推定部に入力される。

希望波平均電力推定部は、チャネルベクトル推定部２０４から入力されたサブキャリア毎のチャネルベクトルに基づいて希望波の受信電力を推定する。同様に、各干渉波平均電力推定部は、チャネルベクトル推定部２０４から入力されたサブキャリア毎のチャネルベクトルに基づいて干渉波の受信電力を推定する。

先に述べた通り、自セルにおいて何も送信されないＲＢには隣接セルのセル固有下り参照信号が割り当てられている。例えば、Ｃｅｌｌ＃１において何も送信されないＲＢにはＣｅｌｌ＃２、＃３、＃４のセル固有下り参照信号が割り当てられている。この場合、Ｃｅｌｌ＃１のセル固有下り参照信号が割り当てられたＲＢでの受信信号電力は、希望波の信号電力と、隣接していないＣｅｌｌ＃１４〜＃１９から受ける干渉信号の電力との和となる。また、Ｃｅｌｌ＃１のセル固有下り参照信号が割り当てられていないＲＢでの受信信号電力は、隣接するＣｅｌｌ＃３、＃６、＃８、＃１１から受ける干渉信号の電力と、Ｃｅｌｌ＃４、＃７、＃９、＃１２から受ける干渉信号の電力との和となる。

希望波平均電力推定部は、自セルのセル固有下り参照信号が割り当てられているＲＢで受信された信号電力を希望波信号電力と近似して平均ＳＩＲ推定部２１０に入力する。また、各干渉波平均電力推定部は、自セルのセル固有下り参照信号が割り当てられていない各ＲＢで受信された受信電力の和を干渉波平均電力推定部２０８に入力する。干渉波平均電力推定部２０８は、各干渉波平均電力推定部から入力された受信電力の和を全ＲＢで平均した平均値を他セルから受けた干渉信号の電力（以下、他セル干渉信号電力）と近似して平均ＳＩＲ推定部２１０に入力する。平均ＳＩＲ推定部２１０は、希望波信号電力、及び他セル干渉信号電力から平均ＳＩＲを算出し、量子化部２１２に入力する。量子化部２１２は、平均ＳＩＲを帰還用に量子化して基地局１０へと帰還する。

以上、本実施形態に係るユーザ端末２０の機能構成について説明した。上記の通り、本実施形態においては、隣接セルのセル固有下り参照信号が干渉しないよう、セル固有下り参照信号の割り当て方法が工夫されているため、容易に平均ＳＩＲを推定することができる。結果として、基地局１０においてセル内部ユーザとセル境界ユーザとを容易に分類することが可能になる。なお、セル固有下り参照信号には、送信ビームフォーミングが施されないため、送信ビームフォーミングが施されたデータ伝送用のチャネルとはチャネル特性が異なっている。しかし、本実施形態に係る技術を用いることにより、潜在的にセル間干渉を受けやすいユーザを検出することが可能になる。このようにして検出されたユーザは、ＦＲＦ≧２の部分周波数帯域に割り当てられ、セル間干渉の影響が低減される。

［応用例：分散アンテナシステムへの応用］
次に、図１１〜図１３を参照しながら、本実施形態の技術を分散アンテナシステムに適用した応用例について説明する。図１１は、分散アンテナシステムにおけるセル構成及びアンテナ配置例を示す説明図である。図１２、図１３は、本応用例に係る基地局３０の機能構成例を示す説明図である。

まず、図１１を参照する。図１１に示すように、本応用例で想定する分散アンテナシステムにおいては、多数の基地局アンテナがセル内に満遍なく配置される。また、各セルは、セル内部の領域とセル境界の領域とに分けられる。但し、セル内部とセル境界との分類は、必ずしも地理的な距離によるものではなく、例えば、先に説明した平均ＳＩＲに基づいて分類される。なお、図１１の例で、同じハッチングが施された部分は同じ周波数帯域が用いられ、異なるハッチングが施された部分は互いに異なる周波数帯域が用いられる。また、セル境界ユーザに割り当てられる部分帯域は、一例として、３セル周波数繰り返しで重複しないように設定されているものと仮定する。

次に、図１２を参照する。図１２には、基地局３０が有する機能構成のうち、ユーザ選択に関する機能構成（後述するユーザ選択部３１２）が詳細に記載されている。図１２に示すように、ユーザ選択部３１２は、ユーザ分類部３０２（ＦＦＲ用ｕｓｅｒ分類部）と、ＲＢ選択部３０４（Ｕｓｅｒ ｆａｉｒｎｅｓｓ用ＲＢ選択部）と、ユーザ選択部３０６（Ｈｉｇｈ−ｃａｐａｃｉｔｙ用ｕｓｅｒ選択部）とにより構成されている。なお、基本的な構成は、上記の基地局１０と同じである。

ユーザ分類部３０２は、各ユーザから帰還された平均ＳＩＲを用いてランキングを行い、ランキング上位のユーザをセル内部ユーザに分類し、ランキング下位のユーザをセル境界ユーザに分類する。また、ユーザ分類部３０２は、セル内部ユーザのランキング情報、及びセル境界ユーザのランキング情報をＲＢ選択部３０４に通知する。ＲＢ選択部３０４は、各ＲＢについて受信信号電力を計算し、計算した受信信号電力に基づいて各ＲＢに割り当てるユーザを選択する。このとき、ユーザ分類部３０２から通知されたランキング情報を利用し、ＲＢをランキング上位のユーザから順番に選択することで、ＲＢ選択の処理を簡略化することができる。

ＲＢ選択部３０４によりＲＢ毎に１ユーザが選択されると、ユーザ選択部３０６は、各ＲＢにおいて空間多重されるユーザの組み合わせを選択する。ユーザ選択部３０６は、ＲＢ選択部３０４により選択されたユーザのチャネルベクトルを基準に、他のユーザのチャネルベクトルを用いてＳｕｍ Ｒａｔｅが最大となるユーザを順次選択し、チャネルキャパシティが大きいＮ_Ｕユーザの組み合わせを選択する。ユーザ選択部３０６により選択されたＮ_Ｕユーザの組み合わせ（Ｎ_Ｕ ｕｓｅｒ ｉｎｄｅｘｅｓ）は、分類毎、ＲＢ毎に後段の処理部へと出力される。

次に、図１３を参照する。図１３に示すように、基地局３０は、ユーザ選択部３１２（Ｕｓｅｒ選択部）と、ＡＭＣ部３１４と、ユーザ固有参照信号多重部３１６（Ｕｓｅｒ固有ＲＳ多重部）と、ＺＦＢＦ部３１８と、アンテナ共通セル固有下り参照信号多重部３２０と、ＯＦＤＭ部３２２と、ＦＦＴ部３２４と、チャネルベクトル推定部３２６（Ｋ ｕｓｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ｖｅｃｔｏｒ推定部）とにより構成される。ここではＺＦＢＦマルチユーザＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムを想定している。

まず、アンテナ共通セル固有下り参照信号多重部３２０において、Ｎ_Ｔ本の基地局アンテナ間で共通の下り参照信号が生成される。そして、アンテナ共通セル固有下り参照信号多重部３２０は、送信データに下り参照信号を多重して送信フレームを生成する。アンテナ共通セル固有下り参照信号多重部３２０で生成された送信フレームは、各基地局アンテナに対応するＯＦＤＭ部３２２に入力される。ＯＦＤＭ部３２２は、送信フレームを直並列変換し、並列化されたビット列を互いに直交する複数のサブキャリア信号に変換した後、そのサブキャリア信号にＩＦＦＴを施してＯＦＤＭ信号を生成する。ＯＦＤＭ部３２２で生成されたＯＦＤＭ信号は、それぞれ対応する基地局アンテナから送信される。

基地局アンテナから送信されたＯＦＤＭ信号は、複数の端末アンテナを有する各ユーザ端末により受信される。複数の端末アンテナで受信されたＯＦＤＭ信号は、各ユーザ端末においてガードインターバルが除去され、ＦＦＴが施されてサブキャリア信号に変換される。さらに、各ユーザ端末は、サブキャリア信号に多重されている下り参照信号に基づいてチャネルベクトルを推定する。チャネルベクトルが推定されると、チャネルベクトルの複素共役が算出され、さらに電力正規化されて上り参照信号用のビームフォーミングウェイトベクトル（以下、ＢＦウェイトベクトル）が生成される。

また、各ユーザ端末では、上り参照信号としてＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列が生成される。Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列は、自己相関特性に優れた系列の一例である。また、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列を循環シフトして得られる複数の系列は、相互相関特性に優れた系列の一例である。各ユーザ端末は、上り参照信号としてＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列を生成する際、自セルと同じサブキャリアが利用される他セルが存在する場合に、他セルと異なる系列インデックスを持つ系列を上り参照信号に利用する。そして、同一セル内のユーザ毎に異なるシフトインデックスを持つ系列を上り参照信号として生成する。

次に、このようにして生成された上り参照信号に対し、ＢＦウェイトベクトルが乗積される。そして、この乗積演算の出力にＩＦＦＴが施され、ガードインターバルが付加されて分散ＦＤＭＡ信号が生成される。そして、生成された分散ＦＤＭＡ信号（上り参照信号）は、複数の端末アンテナを介してＴＤＤの上り回線で基地局３０に送信される。

各ユーザ端末から送信された上り参照信号は、基地局３０が有する複数の基地局アンテナを介して受信される。基地局アンテナを介して受信された上り参照信号は、ＦＦＴ部３２４に入力され、ＦＦＴが施された後、チャネルベクトル推定部３２６に入力される。チャネルベクトル推定部３２６では、複数のユーザ端末から受信した上り参照信号をユーザ毎に分離し、周波数方向に沿ってリソースブロック毎のチャネル推定を行う。チャネルベクトル推定部３２６によるチャネル推定で得られたチャネルベクトルは、ユーザ選択部３１２に入力される。また、ユーザ選択部３１２には、各ユーザ端末から帰還された平均ＳＩＲの情報が入力される。

チャネルベクトルが入力されると、ユーザ選択部３１２は、入力されたチャネルベクトルを用いて、下り送信ビームフォーミング後のデータ伝送スループットが最大となるように、Ｎ_Ｕユーザを選択する。このとき、ユーザ選択部３１２は、チャネルベクトル推定部３２６により入力されたチャネルベクトル、及び各ユーザ端末から帰還された平均ＳＩＲの情報に基づき、図１２に例示した構成により、ユーザの公平性を保ちつつ、スループットが向上するようなＮ_Ｕユーザの組み合わせを選択する。ユーザ選択部３１２により選択されたユーザの組み合わせは、ＺＦＢＦ部３１８に入力される。

ＺＦＢＦ部３１８は、ユーザ選択部３１２により選択されたＮ_Ｕユーザの組み合わせに対する送信ビームフォーミングウェイト行列を算出する。また、ＺＦＢＦ部３１８には、ユーザ固有参照信号多重部３１６により生成されたユーザ毎に固有の下り参照信号が入力される。ユーザ固有参照信号多重部３１６により生成される下り参照信号は、アンテナ共通セル固有下り参照信号多重部３２０で生成される下り参照信号とは異なり、ユーザ選択部３１２で選択された各ユーザに固有の下り参照信号である。ＺＦＢＦ部３１８は、先に算出した送信ビームフォーミング行列を用いて下り参照信号に送信ビームフォーミングを施し、ＯＦＤＭ部３２２を介して複数の基地局アンテナから送信する。

基地局３０から送信されたＯＦＤＭ信号は、各ユーザ端末が有する複数の端末アンテナで受信され、ガードインターバルが除去され、サブキャリア信号に変換される。そして、自ユーザに向けて送信されたユーザ固有の下り参照信号、及び他ユーザに向けて送信されたユーザ固有の下り参照信号から、ビームフォーミング後のチャネル行列が推定される。ここで推定されたチャネル行列は、チャネル推定値の推定精度不足及びチャネル時変動によるユーザ間干渉を除去するためのＭＭＳＥ受信ビームフォーミングウェイトベクトル（以下、受信ＢＦウェイトベクトル）の算出に利用される。

チャネル行列を利用して受信ＢＦウェイトベクトルが算出されると、受信ＢＦウェイトベクトルから受信ビームフォーミング後のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）が推定される。そして、推定されたＳＩＮＲは、誤り無く復号可能であり、かつ、最大の伝送速度を達成することが可能なＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｓｅｔ（ＭＣＳ）の選択に利用される。そして、ＳＩＮＲの推定値を利用して選択されたＭＣＳの情報（ＭＣＳインデックス）は、基地局３０に帰還される。

各ユーザ端末から帰還されたＭＣＳインデックスは、ＡＭＣ部３１４に入力される。ＭＣＳインデックスが入力されると、ＡＭＣ部３１４は、入力されたＭＣＳインデックスに基づいて送信データに誤り訂正符号化及び変調マッピングを施し、ＺＦＢＦ部３１８に入力する。なお、ＡＭＣは、Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇの略である。また、誤り訂正符号としては、例えば、Ｔｕｒｂｏ符号が用いられる。ＺＦＢＦ部３１８は、ＡＭＣ部３１４で誤り訂正符号化及び変調マッピングが施された送信データに送信ビームフォーミングを施し、ＯＦＤＭ部３２２を介して送信する。このとき、ＯＦＤＭ部３２２では、全てのＲＢのリソース要素をＩＦＦＴにより直交周波数分割多重して送信する。

以上、本実施形態の一応用例について説明した。上記応用例を含め、本実施形態に係る技術を適用することにより、ＺＦＢＦマルチユーザＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいて、周波数多重に係る各ＲＢと空間多重に係る各ストリームにユーザを割り当てる際、セル境界付近に位置するユーザに対するセル間干渉の低減、ユーザへのリソース割り当ての公平性、空間多重によるスループットの向上という３つの要求を満たすことが可能になる。その結果、システムの効果的な運用に寄与する。

［効果］
最後に、図１４、図１５を参照しながら、本実施形態に係る構成を適用することにより得られる効果について説明する。図１４は、ＺＦＳ方式及びＲＲ方式の適用により得られる平均セルスループット特性と本実施形態に係るユーザ選択方式（Ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｕｓｅｒ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ；以下、ＰＲ方式）の適用により得られる平均セルスループット特性との比較に関するシミュレーション結果を示したものである。図１５は、ＺＦＳ方式及びＲＲ方式の適用により得られる平均ユーザスループット特性とＰＲ方式の適用により得られる平均ユーザスループット特性との比較に関するシミュレーション結果を示したものである。シミュレーションの条件は、ユーザ数２４、ＲＢ数１００（ＦＲＦ＝１のＲＢ数７６、ＦＲＦ＝３のＲＢ数＝８）、空間多重数６である。

図１４に示すように、平均セルスループット特性は、ＺＦＳ方式、ＰＲ方式、ＲＲ方式の順で良好な結果が得られる。ＲＲ方式の場合、チャネル状態が考慮されないため、平均セルスループットは当然に低くなる。一方、ＺＦＳ方式の場合、チャネルキャパシティが大きなユーザの組み合わせを最優先に選択しているため、チャネル状態の悪いユーザがほとんど選択されなくなり、平均セルスループットが非常に高くなる。しかし、図１５に示すように、ＺＦＳ方式の場合、平均ユーザスループットの差は著しいものとなる。

図１５に示したグラフの横軸は、ユーザインデックスを示す。また、ユーザスループットの高いユーザから順にユーザインデックスを割り振っている。そのため、ユーザインデックスが１番のユーザが最もユーザスループットの高いユーザとなり、ユーザインデックスが２４番のユーザが最もユーザスループットの低いユーザとなる。つまり、ユーザインデックス１のユーザ（以下、ユーザ＃１）とユーザインデックス２４のユーザ（以下、ユーザ＃２４）との間で平均ユーザスループットを比較することで、ユーザの公平性の度合いを評価することができる。

上記の通り、ＺＦＳ方式の場合、チャネルキャパシティの高いユーザを優先的に選択するため、高いセルスループットが得られるものの、ユーザ＃１のユーザスループットとユーザ＃２４のユーザスループットとの差は、１０万倍程度になっている。一方、ＲＲ方式の場合、セルスループットは低いものの、ユーザ＃１のユーザスループットとユーザ＃２４のユーザスループットとの差は、１０倍程度に抑えられている。一方、ＰＲ方式の場合、ユーザ＃１のユーザスループットとユーザ＃２４のユーザスループットとの差は、３０倍程度に抑えられている。また、平均セルスループットについてもＺＦＳ方式には及ばないものの、ＲＲ方式に比べて非常に良好な特性が得られている。

このように、本実施形態に係る技術を適用することにより、ユーザの公平性を保ちつつ、スループットを向上させることが可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０ 基地局
１０２ ユーザ分類部
１０４ ＲＢ選択部
１０６ ユーザ選択部
１０８、１１０ 空間多重部
１１２ ＯＦＤＭ部
２０ ユーザ端末
２０２ ＧＩ除去＆ＦＦＴ部
２０４ チャネルベクトル推定部
２０６ 平均電力推定部
２０８ 干渉波平均電力推定部
２１０ 平均ＳＩＲ推定部
２１２ 量子化部
３０ 基地局
３０２ ユーザ分類部
３０４ ＲＢ選択部
３０６、３１２ ユーザ選択部
３１４ ＡＭＣ部
３１６ ユーザ固有参照信号多重部
３１８ ＺＦＢＦ部
３２０ アンテナ共通セル固有下り参照信号多重部
３２２ ＯＦＤＭ部
３２４ ＦＦＴ部
３２６ チャネルベクトル推定部

Claims (8)

1. 自セル内のユーザを、前記自セルに隣接する隣接セルと前記自セルとの境界付近に位置する境界ユーザと、当該境界ユーザ以外の内部ユーザと、に分類するユーザ分類部と、
   前記ユーザ分類部により分類された境界ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の境界ユーザを選択する第１境界ユーザ選択部と、
   前記ユーザ分類部により分類された内部ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の内部ユーザを選択する第１内部ユーザ選択部と、
   前記第１の境界ユーザとは異なる第２の境界ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の境界ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の境界ユーザをリソースブロック毎に選択する第２境界ユーザ選択部と、
   前記第１の内部ユーザとは異なる第２の内部ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の内部ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の内部ユーザをリソースブロック毎に選択する第２内部ユーザ選択部と、
   前記第１境界ユーザ選択部により選択された第１の境界ユーザ及び前記第２境界ユーザ選択部により選択された第２の境界ユーザに対し、当該第１及び第２境界ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信し、前記第１内部ユーザ選択部により選択された第１の内部ユーザ及び前記第２内部ユーザ選択部により選択された第２の内部ユーザに対し、当該第１及び第２の内部ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信する送信部と、
   を備える
   ことを特徴とする、無線基地局。
2. リソースブロック毎にチャネルベクトルを推定するチャネル推定部をさらに備え、
   前記第１境界ユーザ選択部は、前記チャネル推定部により推定されたチャネルベクトルから計算されるリソースブロック毎の受信電力を用いて、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の境界ユーザを選択し、
   前記第１内部ユーザ選択部は、前記チャネル推定部により推定されたチャネルベクトルから計算されるリソースブロック毎の受信電力を用いて、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の内部ユーザを選択する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の無線基地局。
3. 前記第２境界ユーザ選択部は、
   前記チャネル推定部により推定された前記第１の境界ユーザに対応するチャネルベクトルと、前記チャネル推定部により推定された前記第２の境界ユーザに対応するチャネルベクトルと、により形成されるチャネル行列の逆行列を算出し、当該逆行列の対角成分に基づいてチャネルキャパシティが最大となる第２の境界ユーザを選択し、
   前記第２内部ユーザ選択部は、
   前記チャネル推定部により推定された前記第１の内部ユーザに対応するチャネルベクトルと、前記チャネル推定部により推定された前記第２の内部ユーザに対応するチャネルベクトルと、により形成されるチャネル行列の逆行列を算出し、当該逆行列に基づいてチャネルキャパシティが最大となる第２の内部ユーザを選択する
   ことを特徴とする、請求項２に記載の無線基地局。
4. 前記第２境界ユーザ選択部は、ｋ＝１〜ｎ_１（ｎ_１＜境界ユーザの数）について、
   前記チャネルキャパシティがｋ番目に大きい第２の境界ユーザＵ_ｋを選択する工程と、
   前記第１の境界ユーザに対応するチャネルベクトルと、前記第２の境界ユーザＵ_ｐ（ｐ＝１〜ｋ）に対応するチャネルベクトルと、前記チャネル推定部により推定された前記第２の境界ユーザＵ_ｐとは異なる第２の境界ユーザに対応するチャネルベクトルと、により形成されるチャネル行列の逆行列を算出し、当該逆行列の対角成分に基づいてチャネルキャパシティが（ｋ＋１）番目に大きい第２の境界ユーザＵ_{（ｋ＋１）}を選択する工程と、
   を繰り返し実行し、
   前記第２内部ユーザ選択部は、ｌ＝１〜ｎ_２（ｎ_２＜内部ユーザの数）について、
   前記チャネルキャパシティがｋ番目に大きい第２の内部ユーザＵ_ｌを選択する工程と、
   前記第１の内部ユーザに対応するチャネルベクトルと、前記第２の内部ユーザＵ_ｑ（ｑ＝１〜ｌ）に対応するチャネルベクトルと、前記チャネル推定部により推定された前記第２の内部ユーザＵ_ｑとは異なる第２の内部ユーザに対応するチャネルベクトルと、により形成されるチャネル行列の逆行列を算出し、当該逆行列の対角成分に基づいてチャネルキャパシティが（ｋ＋１）番目に大きい第２の内部ユーザＵ_{（ｋ＋１）}を選択する工程と、
   を繰り返し実行する
   ことを特徴とする、請求項３に記載の無線基地局。
5. 前記ユーザ分類部は、
   自セルのセル固有下り参照信号に基づいて計算される希望信号電力と、自セルの信号送信に利用していないリソースブロックで受信された信号電力に基づいて計算される干渉電力と、を用いて各ユーザにより推定されるリソースブロック全体の平均ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を利用して前記境界ユーザと前記内部ユーザとを分類する
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線基地局。
6. 前記ユーザ分類部は、
   前記平均ＳＩＲが所定の閾値を上回るユーザを前記内部ユーザに設定し、当該内部ユーザ以外のユーザを前記境界ユーザに設定するか、或いは、前記平均ＳＩＲが大きい順に所定割合のユーザを前記内部ユーザに設定し、当該内部ユーザ以外のユーザを前記境界ユーザに設定する
   ことを特徴とする、請求項５のいずれか１項に記載の無線基地局。
7. 自セル内のユーザから帰還された平均ＳＩＲを利用して、自セル内のユーザを、前記自セルに隣接する隣接セルと前記自セルとの境界付近に位置する境界ユーザと、当該境界ユーザ以外の内部ユーザと、に分類するユーザ分類部と、
   前記ユーザ分類部により分類された境界ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の境界ユーザを選択する第１境界ユーザ選択部と、
   前記ユーザ分類部により分類された内部ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の内部ユーザを選択する第１内部ユーザ選択部と、
   前記第１の境界ユーザとは異なる第２の境界ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の境界ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の境界ユーザをリソースブロック毎に選択する第２境界ユーザ選択部と、
   前記第１の内部ユーザとは異なる第２の内部ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の内部ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の内部ユーザをリソースブロック毎に選択する第２内部ユーザ選択部と、
   前記第１境界ユーザ選択部により選択された第１の境界ユーザ及び前記第２境界ユーザ選択部により選択された第２の境界ユーザに対し、当該第１及び第２境界ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信し、前記第１内部ユーザ選択部により選択された第１の内部ユーザ及び前記第２内部ユーザ選択部により選択された第２の内部ユーザに対し、当該第１及び第２の内部ユーザに対応するリソースブロックを利用して信号を送信する送信部と、
   を有する、基地局と、
   自セルのセル固有下り参照信号に基づいて希望信号電力を計算し、自セルの信号送信に利用していないリソースブロックで受信された信号電力に基づいて干渉電力を計算し、前記希望信号電力及び前記干渉電力を用いてリソースブロック全体の平均ＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）を算出するＳＩＲ算出部と、
   前記ＳＩＲ算出部により算出された平均ＳＩＲを前記基地局に帰還する帰還部と、
   を有する、ユーザ端末と、
   を含む
   ことを特徴とする、マルチユーザＭＩＭＯシステム。
8. 自セル内のユーザを、前記自セルに隣接する隣接セルと前記自セルとの境界付近に位置する境界ユーザと、当該境界ユーザ以外の内部ユーザと、に分類するユーザ分類工程と、
   前記ユーザ分類工程で分類された境界ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の境界ユーザを選択する第１境界ユーザ選択工程と、
   前記ユーザ分類工程で分類された内部ユーザの中から、リソースブロック毎に受信電力が最大となる第１の内部ユーザを選択する第１内部ユーザ選択工程と、
   前記第１の境界ユーザとは異なる第２の境界ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の境界ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の境界ユーザをリソースブロック毎に選択する第２境界ユーザ選択工程と、
   前記第１の内部ユーザとは異なる第２の内部ユーザの中から、同じリソースブロックを利用した場合における前記第１の内部ユーザとの間のチャネルキャパシティが大きい第２の内部ユーザをリソースブロック毎に選択する第２内部ユーザ選択工程と、
   を含む
   ことを特徴とする、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるユーザ選択方法。

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