JP4679161B2 - 移動局装置および通信相手選択方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動局装置および通信相手選択方法に関し、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を選択する移動局装置および通信相手選択方法に関する。

近年、移動局装置が複数のセルやセクタの境界付近の領域（以下、「ハンドオーバ領域」という）に位置する際に、通信相手となる基地局装置やアンテナ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９（ａ）は、ＦＣＳによる基地局装置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９（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９（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９（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。

このようにハンドオーバ領域に位置する移動局装置１０がスロットなどの短時間周期で選択基地局装置を切り替えることにより、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。

また、例えば特許文献１では、基地局装置がトラフィック量を報知し、ハンドオーバ領域に位置する移動局装置は、各基地局装置から報知されるトラフィック量に基づいて選択基地局装置を切り替える技術が記載されている。
"Physical layer aspects of UTRA High Speed Downlink Packet Access"(6.4節)、3GPP TR25.848 V4.4.0(2001-03) 特開２００３−２６４８６９号公報

しかしながら、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やトラフィック量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。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ＭＩＭＯ通信において、ハンドオーバ領域におけるスループットを確実に改善し、セルカバレッジを拡大することができる移動局装置および通信相手選択方法を提供することを目的とする。

本発明に係る移動局装置は、ＭＩＭＯ通信を適用する移動体通信システムにおいて通信相手を選択する移動局装置であって、複数の通信相手候補から送信される信号を受信する受信手段と、受信された信号を用いて前記信号が伝搬されるパスの受信品質またはパス数を示す通信相手候補ごとのチャネル容量を取得する取得手段と、取得されたチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する選択手段と、を有し、前記受信手段は、複数の通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行うか否かを示すＭＩＭＯ適用／非適用情報を受信し、前記選択手段は、前記複数の通信相手候補すべてがＭＩＭＯ通信を行う場合にチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する一方、１つの通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行わない場合に受信品質が最大の通信相手候補を通信相手として選択する。

本発明に係る通信相手選択方法は、ＭＩＭＯ通信を適用する移動体通信システムにおいて通信相手を選択する通信相手選択方法であって、複数の通信相手候補から送信される信号を受信する受信ステップと、受信された信号を用いて前記信号が伝搬されるパスの受信品質またはパス数を示す通信相手候補ごとのチャネル容量を取得する取得ステップと、取得されたチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する選択ステップと、を有し、前記受信ステップは、複数の通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行うか否かを示すＭＩＭＯ適用／非適用情報を受信し、前記選択ステップは、前記複数の通信相手候補すべてがＭＩＭＯ通信を行う場合にチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する一方、１つの通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行わない場合に受信品質が最大の通信相手候補を通信相手として選択する。

これらによれば、受信信号を用いてパスの受信品質またはパス数を示すチャネル容量が最大のセルまたはセクタに対応する基地局装置やアンテナを通信相手として選択するため、独立したパスごとの品質または量が大きい基地局装置またはアンテナと通信することになり、移動局装置において、空間多重された信号を正確に分離することが可能となる。したがって、ＭＩＭＯ通信において、ハンドオーバ領域におけるスループットを確実に改善し、セルカバレッジを拡大することができる。加えて、通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行うか否かに応じて選択されたチャネル容量および受信品質のいずれか一方から通信相手が選択されるため、ＭＩＭＯ通信を行わない基地局装置がある場合でも、移動局装置は、確実かつ高速にセル選択を行うことができる。

本発明によれば、ＭＩＭＯ通信において、ハンドオーバ領域におけるスループットを確実に改善し、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、移動局装置がＭＩＭＯ通信に利用可能な互いに独立したパスが多いセルまたはセクタの基地局装置またはアンテナ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（ハンドオーバ領域）に位置する移動局装置１００は、通信相手候補である基地局装置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信号を受信している。また、移動局装置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移動局装置１００の要部構成を示すブロック図である。図２に示す移動局装置１００は、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）受信部１０１、復調部１０２、誤り訂正復号部１０３、チャネル推定部１０４−１、１０４−２、特異値分解処理部１０５−１、１０５−２、チャネル容量算出部１０６−１、１０６−２、セル選択部１０７、多重部１０８、誤り訂正符号化部１０９、変調部１１０、およびＲＦ送信部１１１を有している。なお、本実施の形態においては、移動局装置１００がセル２００ａおよびセル３００ａの２つのセルの境界付近に位置することを想定しているため、通信相手候補の２つの基地局装置に対応してチャネル推定部からチャネル容量算出部までの各処理部を２つずつ有している。したがって、３つ以上のセルの境界付近に位置することを想定する場合は、通信相手候補の３つ以上の基地局装置に対応して上記の各処理部を設ければ良い。

ＲＦ受信部１０１は、複数のアンテナを介して受信された信号に対して無線受信処理（ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換など）を施し、選択基地局装置から送信された個別データ信号をＭＩＭＯ受信処理（空間分離など）して復調部１０２へ出力するとともに、基地局装置２００から送信された共通パイロット信号をチャネル推定部１０４−１へ出力し、基地局装置３００から送信された共通パイロット信号をチャネル推定部１０４−２へ出力する。

復調部１０２は、個別データ信号を復調して、得られた復調信号を誤り訂正復号部１０３へ出力する。

誤り訂正復号部１０３は、復調信号に対して誤り訂正復号を行い、受信データを出力する。

チャネル推定部１０４−１、１０４−２は、それぞれ基地局装置２００および基地局装置３００から送信された共通パイロット信号を用いて複数のアンテナ間のパスごとのチャネル推定を行う。ここで、移動局装置１００（受信側）のアンテナ数をＭ_R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Ｍ_T（≧Ｍ_R）本とすれば、チャネル推定の結果として、サイズがＭ_R×Ｍ_Tのチャネル行列Ａが得られる。すなわち、基地局装置からの送信信号ベクトルをｘ(t)、伝搬路における雑音信号ベクトルをｎ(t)とすれば、移動局装置１００における受信信号ベクトルｒ(t)は、チャネル行列Ａを用いて以下の式（１）のように表すことができる。

ｒ(t)＝Ａｘ(t)＋ｎ(t) ・・・（１）
チャネル推定部１０４−１、１０４−２は、基地局装置２００および基地局装置３００に対応するセル２００ａおよびセル３００ａそれぞれについて上式（１）を満たすチャネル行列Ａ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Ｍ_T個のアンテナを有しているものとする。

特異値分解処理部１０５−１、１０５−２は、それぞれのセルに対応するチャネル行列Ａを用いて、基地局装置２００および基地局装置３００それぞれに関する特異値分解処理を行う。ここで、特異値とは、ＭＩＭＯ通信における独立したパスそれぞれの受信品質を示す指標である。具体的には、特異値分解処理部１０５−１、１０５−２は、以下の式（２）によって特異値を算出する。

上式（２）において、Ａ^Hはチャネル行列Ａの共役転置行列、Ｕは固有ベクトルを並べて得られるユニタリ行列、Ｕ^Hはユニタリ行列Ｕ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Λの対角成分にＭ_R個の特異値λ₁〜λ_ＭRが現れている。なお、ここではＭ_T≧Ｍ_Rと仮定したため、Ｍ_R個の特異値が求められるが、Ｍ_T＜Ｍ_Rの場合は、Ｍ_T個の特異値が求められる。

チャネル容量算出部１０６−１、１０６−２は、それぞれ特異値分解処理部１０５−１、１０５−２によって求められた特異値λ₁〜λ_ＭRを所定の閾値と比較し、所定の閾値以上の特異値の数を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１０６−１、１０６−２は、算出したチャネル容量（すなわち、所定の閾値以上の特異値の数）をセル選択部１０７へ通知する。

セル選択部１０７は、チャネル容量算出部１０６−１、１０６−２から通知されるチャネル容量の大小を比較し、より大きいチャネル容量に対応する基地局装置を選択基地局装置とする。そして、セル選択部１０７は、選択基地局装置に関する選択情報を多重部１０８へ出力する。

多重部１０８は、選択情報と送信データを多重し、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、多重データに対して誤り訂正符号化を行い、得られた誤り訂正符号化データを変調部１１０へ出力する。

変調部１１０は、誤り訂正符号化データを変調し、得られた変調データをＲＦ送信部１１１へ出力する。

ＲＦ送信部１１１は、変調データをＭＩＭＯ送信処理（空間多重など）し、所定の無線送信処理（Ｄ／Ａ変換、アップコンバートなど）を施した上でアンテナを介して送信する。

次いで、上記のように構成された移動局装置１００による基地局装置選択動作について、図３に示すシーケンス図を参照しながら説明する。

まず、図３に示すように、基地局装置２００からは共通パイロット信号４０１が送信されており、同様に、基地局装置３００からは共通パイロット信号４０２が送信されている。これらの共通パイロット信号４０１、４０２は、移動局装置１００のアンテナを介してＲＦ受信部１０１に受信される。受信された共通パイロット信号４０１、４０２は、ＲＦ受信部１０１によって所定の無線受信処理（ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換など）が施された後、共通パイロット信号４０１は、チャネル推定部１０４−１へ出力され、共通パイロット信号４０２は、チャネル推定部１０４−２へ出力される。

そして、チャネル推定部１０４−１、１０４−２によってチャネル推定が行われ（４０３）、それぞれ基地局装置２００および基地局装置３００に対応するセル２００ａおよびセル３００ａにおけるチャネル行列Ａが求められる。求められたセル２００ａおよびセル３００ａそれぞれのチャネル行列Ａは、特異値分解処理部１０５−１、１０５−２へ出力され、上式（２）が用いられることにより、それぞれのセルにおける複数の特異値が算出される。上述したように、特異値は、送信側（すなわち、基地局装置２００および基地局装置３００）のアンテナ数または受信側（すなわち、移動局装置１００）のアンテナ数のうち、いずれか小さい方の数と同じだけ算出される。

そして、チャネル容量算出部１０６−１、１０６−２によって、複数の特異値がそれぞれ所定の閾値と比較され、所定の閾値以上の特異値の数がセル２００ａおよびセル３００ａのチャネル容量として算出される（４０４）。上述したように、特異値はＭＩＭＯ通信における独立したパスごとの受信品質を示しており、比較的大きな値の特異値が多ければ多いほど、送信側で空間多重された信号を受信側で正確に分離することができる。つまり、所定の閾値以上の特異値の数が多いセル、換言すればチャネル容量が大きいセルの方がＭＩＭＯ通信を行う場合のスループットが高い。

チャネル容量算出部１０６−１、１０６−２によって算出されたセル２００ａおよびセル３００ａのチャネル容量は、セル選択部１０７へ出力され、より大きい方のチャネル容量に対応するセルが選択される（４０５）。これにより、移動局装置１００の通信相手となる選択基地局装置が決定されたことになる。そして、選択基地局装置に関する選択情報が多重部１０８へ出力される。

以上のような特異値分解およびチャネル容量算出による選択基地局装置の決定は、例えばスロットなどの短時間周期で行われる。このため、ＭＩＭＯ通信においても、伝搬環境の変化に追従して、常にスループットがより高い基地局装置を選択基地局装置とすることができる。したがって、目標とするスループットを達成できる基地局装置との距離を最大限まで広げることができ、セルカバレッジを拡大することができる。

選択情報は、多重部１０８によって送信データと多重され、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によって変調される。そして、変調後の変調データは、ＲＦ送信部１１１によって、ＭＩＭＯ送信処理（空間多重など）され、所定の無線送信処理（Ｄ／Ａ変換、アップコンバートなど）が施された上で送信される（４０６）。なお、図３において、選択情報４０７が基地局装置２００へ送信され、選択情報４０８が基地局装置３００へ送信されている。選択情報４０７および選択情報４０８の内容はいずれも同一であり、どちらの基地局装置が選択基地局装置となったかを通知するものである。ここでは、基地局装置２００が選択基地局装置になったものとして説明を進める。

選択情報４０７および選択情報４０８により、それぞれ基地局装置２００および基地局装置３００は、自装置が選択基地局装置であるか否かを判定することができる。そして、選択基地局装置となった基地局装置２００は、移動局装置１００に対してデータを送信すると判定し（４０９）、所定の送信処理を行った上で（４１１）、個別データ信号４１２を移動局装置へ送信する。一方、選択基地局装置とならなかった基地局装置３００は、移動局装置１００に対するデータの送信を行わない（４１０）。基地局装置２００から送信された個別データ信号は、移動局装置１００のＲＦ受信部１０１、復調部１０２、および誤り訂正復号部１０３によって受信処理され（４１３）、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、短時間周期で複数の基地局装置から送信される共通パイロット信号を用い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、移動局装置は、常にスループットがより高い基地局装置を通信相手とすることができ、ＭＩＭＯ通信において、ハンドオーバ領域におけるスループットを確実に改善し、セルカバレッジを拡大することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の特徴は、特異値分解処理を行うのではなく、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。

図４は、本実施の形態に係る移動局装置１００の要部構成を示すブロック図である。同図において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図４に示す移動局装置１００は、図２に示す移動局装置１００から特異値分解処理部１０５−１、１０５−２を削除し、チャネル容量算出部１０６−１、１０６−２をチャネル容量算出部５０１−１、５０１−２に代えた構成を有している。

チャネル容量算出部５０１−１、５０１−２は、それぞれのセルに対応するチャネル行列Ａを用いて、基地局装置２００および基地局装置３００それぞれに関するチャネル容量を以下の式（３）によって算出する。

上式（３）において、det（）は行列式を示し、Ｉ_ＭRはＭ_R×Ｍ_R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チャネル容量Ｃは、スカラー量であり、ＭＩＭＯ通信において受信品質が高い独立したパスが多ければ多いほど大きくなる数値である。したがって、チャネル容量Ｃが大きいほど、スループットが高いことになる。チャネル容量算出部５０１−１、５０２−２は、算出したチャネル容量Ｃをセル選択部１０７へ通知する。

そして、セル選択部１０７は、実施の形態１と同様に、チャネル容量の大小を比較し、より大きいチャネル容量に対応する基地局装置を選択基地局装置とする。

本実施の形態においては、特異値分解処理などを行わず、スカラー量のチャネル容量をチャネル行列Ａから算出するため、実施の形態１と比較して演算量を削減し、移動局装置における消費電力の低減を図ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、短時間周期で複数の基地局装置から送信される共通パイロット信号を用いてスカラー量のチャネル容量を算出し、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、移動局装置は、演算量および消費電力を低減しつつ、スループットがより高い基地局装置を通信相手とすることができる。

なお、移動局装置の通信待ち受け時（アイドルモード時）に、実施の形態２のチャネル容量を比較することによって、処理負荷を高めることなく通信開始時に通信を行う選択基地局装置をあらかじめ決定しておくことができる。さらに、通信開始後は、実施の形態１のチャネル容量を比較するように切り替えることにより、選択基地局装置の決定の精度を向上するようにしても良い。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の特徴は、特異値分解処理を行うのではなく、チャネル容量としてパス数を用い、パス数の大小によって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。

図５は、本実施の形態に係る移動局装置１００の要部構成を示すブロック図である。同図において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図５に示す移動局装置１００は、ＲＦ受信部１０１、復調部１０２、誤り訂正復号部１０３、遅延プロファイル生成部６０１−１、６０１−２、受信品質測定部６０２−１、６０２−２、閾値処理部６０３、パス数計数部６０４−１、６０４−２、セル選択部１０７、多重部１０８、誤り訂正符号化部１０９、変調部１１０、およびＲＦ送信部１１１を有している。

遅延プロファイル生成部６０１−１、６０１−２は、それぞれ基地局装置２００および基地局装置３００から送信された共通パイロット信号を用いて基地局装置ごとの遅延プロファイルを生成する。具体的には、例えばＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多元接続）方式による通信が行われている場合、遅延プロファイル生成部６０１−１、６０１−２は、それぞれ基地局装置２００および基地局装置３００に固有の拡散符号によって受信信号を逆拡散することにより、直接波および遅延波の移動局装置への到来タイミングを測定し、直接波および遅延波に対応するパスのタイミングを示す遅延プロファイルを生成する。

受信品質測定部６０２−１、６０２−２は、それぞれ基地局装置２００および基地局装置３００から送信された共通パイロット信号の受信品質（例えばＳＩＲなど）を測定する。

閾値処理部６０３は、受信品質測定部６０２−１、６０２−２によって測定された受信品質を所定の閾値と比較し、所定の閾値以上の受信品質に対応する基地局装置をパス数計数部６０４−１、６０４−２へ通知する。例えば、閾値処理部６０３は、基地局装置２００から送信された共通パイロット信号の受信品質のみが所定の閾値以上である場合は、パス数計数部６０４−１、６０４−２へその旨を通知する。

パス数計数部６０４−１、６０４−２は、遅延プロファイルを参照して、受信品質が所定の閾値以上である基地局装置に対応するパス数を計数する。すなわち、例えば基地局装置２００から送信された共通パイロット信号の受信品質のみが所定の閾値以上である場合は、パス数計数部６０４−１のみが基地局装置２００に対応するパス数を計数し、パス数計数部６０４−２は基地局装置３００に対応するパス数を計数しない。

本実施の形態においては、パス数計数部６０４−１、６０４−２によって計数されるパス数がチャネル容量となる。すなわち、ＭＩＭＯ通信においては、独立したパスが多いほど、複数のアンテナから同時に送信された信号を分離できる可能性が高いため、セルごとのパス数は、ＭＩＭＯ通信のチャネル容量を示す値として用いることができる。

また、たとえパス数が多くても、各パスの受信品質が劣悪では、信号を正確に分離できなくなるため、本実施の形態においては、受信品質が所定の閾値以上である基地局装置に対応するパス数のみを計数している。

そして、セル選択部１０７は、実施の形態１と同様に、チャネル容量（すなわち、パス数）の大小を比較し、より大きいチャネル容量に対応する基地局装置を選択基地局装置とする。

次いで、上記のように構成された移動局装置１００による基地局装置選択動作について、図６に示すシーケンス図を参照しながら説明する。なお、図６において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

まず、図６に示すように、基地局装置２００および基地局装置３００からそれぞれ共通パイロット信号４０１、４０２が送信される。これらの共通パイロット信号４０１、４０２は、移動局装置１００のアンテナを介してＲＦ受信部１０１に受信される。受信された共通パイロット信号４０１、４０２は、ＲＦ受信部１０１によって所定の無線受信処理（ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換など）が施された後、共通パイロット信号４０１は、遅延プロファイル生成部６０１−１へ出力され、共通パイロット信号４０２は、遅延プロファイル生成部６０１−２へ出力される。

そして、遅延プロファイル生成部６０１−１、６０２−１によって、それぞれ基地局装置２００および基地局装置３００に対応するセル２００ａおよびセル３００ａの遅延プロファイルが生成される（７０１）。生成された遅延プロファイルは、それぞれパス数計数部６０４−１、６０４−２へ出力される。

一方、遅延プロファイル生成後、共通パイロット信号は受信品質測定部６０２−１、６０２−２へ出力され、それぞれ基地局装置２００および基地局装置３００に対応する受信品質が測定される（７０２）。測定された受信品質は、閾値処理部６０３へ出力され、所定の閾値と比較される。この結果、所定の閾値以上の受信品質に対応する基地局装置のセルがパス数を計数する対象のセルに決定される（７０３）。そして、受信品質が所定の閾値以上である基地局装置がパス数計数部６０４−１、６０４−２へ通知される。

この通知を受け、受信品質が所定の閾値以上である基地局装置に対応するパス数計数部のみが動作し、パス数計数部６０４−１、６０４−２によって遅延プロファイルが参照され、受信品質が所定の閾値以上である基地局装置に対応するセルのパス数が計数される（７０４）。例えば基地局装置２００から送信された共通パイロット信号の受信品質のみが所定の閾値以上である場合は、パス数計数部６０４−１のみが動作して、遅延プロファイル生成部６０１−１によって生成された遅延プロファイルが参照され、セル２００ａにおけるパス数が計数される。

パス数計数部６０４−１、６０４−２によって計数されたパス数は、各セルのチャネル容量としてセル選択部１０７へ出力され、より大きい方のチャネル容量に対応するセルが選択される（７０５）。これにより、移動局装置１００の通信相手となる選択基地局装置が決定されたことになる。そして、選択基地局装置に関する選択情報が多重部１０８へ出力される。

以上のような遅延プロファイル生成およびパス数計数による選択基地局装置の決定は、例えばスロットなどの短時間周期で行われる。このため、ＭＩＭＯ通信においても、伝搬環境の変化に追従して、常にスループットがより高い基地局装置を選択基地局装置とすることができる。さらに、本実施の形態においては、特異値分解処理などを行わず、遅延プロファイルから計数されるパス数をチャネル容量とするため、実施の形態１と比較して処理量を削減し、移動局装置における消費電力の低減を図ることができる。

以下、実施の形態１と同様に、選択情報が基地局装置２００および基地局装置３００へ送信され、チャネル容量（すなわち、パス数）が大きい方の基地局装置（図６では、基地局装置２００）のみから個別データ信号４１２が送信される。

以上のように、本実施の形態によれば、短時間周期で複数の基地局装置から送信される共通パイロット信号を用いてセルごとの遅延プロファイルを生成し、各セルにおけるパス数を計数してセルごとのチャネル容量とし、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、移動局装置は、容易な処理で消費電力を低減しつつ、スループットがより高い基地局装置を通信相手とすることができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の特徴は、基地局装置がＭＩＭＯ通信を行うか否かの情報に応じてチャネル容量または受信品質を選択し、選択されたチャネル容量または受信品質のいずれかを用いて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。ただし、本実施の形態においては、基地局装置２００および基地局装置３００は、それぞれがＭＩＭＯ通信を行うか否かを示すＭＩＭＯ適用／非適用情報を送信している。基地局装置２００および基地局装置３００は、複数のアンテナを有しているが、伝搬環境によっては、各アンテナから異なる信号が同時に送信されるＭＩＭＯ通信ではなく、各アンテナから同一の信号が同時に送信されるダイバーシチ通信を行うことがある。そこで、本実施の形態の基地局装置２００および基地局装置３００は、報知チャネルなどを用いてＭＩＭＯ適用／非適用情報を送信する。

図７は、本実施の形態に係る移動局装置１００の要部構成を示すブロック図である。同図において、図２および図５と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図７に示す移動局装置１００は、ＲＦ受信部１０１、復調部１０２、ＭＩＭＯ適用／非適用情報抽出部８０１、誤り訂正復号部１０３、チャネル推定部１０４−１、１０４−２、切替部８０２、受信品質測定部６０２−１、６０２−２、特異値分解処理部１０５−１、１０５−２、チャネル容量算出部１０６−１、１０６−２、セル選択部１０７、多重部１０８、誤り訂正符号化部１０９、変調部１１０、およびＲＦ送信部１１１を有している。

ＭＩＭＯ適用／非適用情報抽出部８０１は、基地局装置２００および基地局装置３００それぞれから送信された、各基地局装置がＭＩＭＯ通信を行うか否かを示すＭＩＭＯ適用／非適用情報を受信信号から抽出する。そして、ＭＩＭＯ適用／非適用情報抽出部８０１は、基地局装置２００および基地局装置３００がそれぞれＭＩＭＯ通信を行うか否かを切替部８０２へ通知する。

切替部８０２は、基地局装置２００および基地局装置３００がＭＩＭＯ通信を適用しているか否かに応じて、チャネル推定部１０４−１、１０４−２からの信号の出力先を切り替える。具体的には、切替部８０２は、基地局装置２００および基地局装置３００双方がＭＩＭＯ通信を行う場合は、それぞれのセルに対応するチャネル行列を特異値分解処理部１０５−１、１０５−２へ出力する一方、基地局装置２００および基地局装置３００のいずれか一方でもＭＩＭＯ通信を行わない場合は、それぞれのセルに対応するチャネル推定後の受信信号を受信品質測定部６０２−１、６０２−２へ出力する。

そして、セル選択部１０７は、基地局装置２００および基地局装置３００双方がＭＩＭＯ通信を行う場合は、実施の形態１と同様にチャネル容量の大小を比較し、基地局装置２００および基地局装置３００のいずれか一方でもＭＩＭＯ通信を行わない場合は、受信品質の大小を比較し、より大きいチャネル容量または受信品質に対応する基地局装置を選択基地局装置とする。

次いで、上記のように構成された移動局装置１００による基地局装置選択動作について、図８に示すシーケンス図を参照しながら説明する。なお、図８において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

まず、図８に示すように、基地局装置２００および基地局装置３００からそれぞれＭＩＭＯ適用／非適用情報を含む報知信号９０１、９０２が送信される。これらの報知信号９０１、９０２は、移動局装置１００のアンテナを介してＲＦ受信部１０１に受信される。受信された報知信号９０１、９０２は、ＲＦ受信部１０１によって所定の無線受信処理（ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換など）が施された後、復調部１０２へ出力されると同時に、報知信号９０１は、チャネル推定部１０４−１へ出力され、報知信号９０２は、チャネル推定部１０４−２へ出力される。

そして、復調部１０２によって、報知信号９０１、９０２が復調され、ＭＩＭＯ適用／非適用情報抽出部８０１によって、基地局装置２００および基地局装置３００それぞれのＭＩＭＯ適用／非適用情報が抽出される（９０３）。抽出されたＭＩＭＯ適用／非適用情報から、ＭＩＭＯ適用／非適用情報抽出部８０１によって、基地局装置２００および基地局装置３００がそれぞれＭＩＭＯ通信を行うか否かが切替部８０２へ通知される。

そして、切替部８０２によって、切替部８０２への入力信号の出力先が切り替えられる（９０４）。すなわち、基地局装置２００および基地局装置３００双方がＭＩＭＯ通信を行う場合は、出力先が特異値分解処理部１０５−１、１０５−２となり、基地局装置２００および基地局装置３００のいずれか一方でもＭＩＭＯ通信を行わずダイバーシチ通信などを行う場合は、出力先が受信品質測定部６０２−１、６０２−２となる。

これにより、１つでもＭＩＭＯ通信を行わない基地局装置があれば、各基地局装置に対応する受信品質が測定されることになり、特異値算出が不要な場合のセル選択を高速に実行することができる。

一方、実施の形態１と同様に、チャネル推定部１０４−１、１０４−２によってチャネル推定が行われ（４０３）、セル２００ａおよびセル３００ａにおけるチャネル行列Ａが求められる。求められたセル２００ａおよびせる３００ａそれぞれのチャネル行列Ａおよびチャネル推定後の受信信号は、切替部８０２へ入力される。このとき、切替部８０２からの出力先は、特異値分解処理部１０５−１、１０５−２および受信品質測定部６０２−１、６０２−２のいずれかとなっており、切替部８０２からは、チャネル行列Ａが特異値分解処理部１０５−１、１０５−２へ出力されるか、チャネル推定後の受信信号が受信品質測定部６０２−１、６０２−２へ出力されることになる。ここでは、切替部８０２によって、出力先が特異値分解処理部１０５−１、１０５−２に切り替えられたものとして説明を進める。

切替部８０２から特異値分解処理部１０５−１、１０５−２へ出力されたセル２００ａおよびセル３００ａそれぞれのチャネル行列Ａは、上式（２）が適用されることにより、それぞれのセルにおける複数の特異値が算出される。そして、チャネル容量算出部１０６−１、１０６−２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のチャネル容量として算出される（４０４）。以下、実施の形態１と同様に、セル選択部１０７によって、チャネル容量が最大のセルが選択され、選択基地局装置による送信処理が行われる。

なお、切替部８０２によって、出力先が受信品質測定部６０２−１、６０２−２へ切り替えられている場合は、受信品質測定部６０２−１、６０２−２によってセル２００ａおよびセル３００ａそれぞれに対応する受信品質が測定され、セル選択部１０７によって受信品質が最大のセルが選択される。

以上のように、本実施の形態によれば、基地局装置がＭＩＭＯ通信を行うか否かに応じてチャネル容量および受信品質のいずれか一方を選択し、選択されたチャネル容量または受信品質が最大の基地局装置を選択基地局装置とする。このため、ＭＩＭＯ通信を行わない基地局装置がある場合でも、移動局装置は、確実かつ高速にセル選択を行うことができる。

なお、上記各実施の形態においては、通信相手となる基地局装置を選択する動作について説明したが、１つの基地局装置が複数のセクタをカバーするような場合にも本発明を適用することができる。すなわち、移動局装置がセクタの境界付近に位置する際に、チャネル容量が最大のセクタに対応するアンテナを通信相手として選択するようにすれば良い。

また、上記各実施の形態においては、スロットなどの短時間周期で通信相手となる基地局装置を選択するものとして説明したが、本発明を通常のハンドオーバに適用することもできるのは明らかである。

本発明の第１の態様に係る移動局装置は、ＭＩＭＯ通信を適用する移動体通信システムにおいて通信相手を選択する移動局装置であって、複数の通信相手候補から送信される信号を受信する受信手段と、受信された信号を用いて前記信号が伝搬されるパスの受信品質またはパス数を示す通信相手候補ごとのチャネル容量を取得する取得手段と、取得されたチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する選択手段と、を有する構成を採る。

この構成によれば、受信信号を用いてパスの受信品質またはパス数を示すチャネル容量が最大のセルまたはセクタに対応する基地局装置またはアンテナを通信相手として選択するため、独立したパスごとの品質または量が大きい基地局装置またはアンテナと通信することになり、移動局装置において、空間多重された信号を正確に分離することが可能となる。したがって、ＭＩＭＯ通信において、ハンドオーバ領域におけるスループットを確実に改善し、セルカバレッジを拡大することができる。

本発明の第２の態様に係る移動局装置は、上記第１の態様において、前記取得手段は、受信信号を用いて通信相手候補ごとにチャネル推定を行うチャネル推定部と、チャネル推定結果からパスごとの受信品質を示す特異値を算出する特異値分解処理部と、算出され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通信相手候補ごと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。

この構成によれば、通信相手候補ごとのチャネル推定結果からパスごとの特異値を算出し、所定の閾値以上の特異値の数を通信相手候補ごとのチャネル容量とするため、各パスの受信品質を個別に求めて、受信品質が高いパスが多い基地局装置またはアンテナを通信相手とすることになり、スループットを改善できる基地局装置またはアンテナを正確に選択することができる。

本発明の第３の態様に係る移動局装置は、上記第１の態様において、前記取得手段は、受信信号を用いて通信相手候補ごとにチャネル推定を行うチャネル推定部と、チャネル推定によって得られるチャネル行列に基づく行列の行列式を通信相手候補ごと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。

この構成によれば、通信相手候補ごとのチャネル行列を用いて行列式を算出し、算出された行列式を基地局装置またはアンテナごとのチャネル容量とするため、特異値分解処理を行う必要がなく、演算量を削減し、移動局装置における消費電力の低減を図ることができる。

本発明の第４の態様に係る移動局装置は、上記第３の態様において、前記取得手段は、通信待ち受け時に前記チャネル行列に基づく行列の行列式を通信相手候補ごとのチャネル容量として算出する一方、通信開始後はチャネル推定結果からパスごとの特異値を算出し、所定の閾値以上の特異値の数を通信相手候補ごとのチャネル容量として算出する構成を採る。

この構成によれば、通信待ち受け時には行列式をチャネル容量とする一方、通信開始後は特異値分解処理によってチャネル容量を算出するため、通信待ち受け時の処理負荷を増加させずにあらかじめ選択基地局装置または通信相手のアンテナを決定しておくことができるとともに、通信開始後は選択基地局装置または通信相手のアンテナの決定の精度を向上することができる。

本発明の第５の態様に係る移動局装置は、上記第１の態様において、前記取得手段は、受信信号を用いて通信相手候補ごとに遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、生成された遅延プロファイルを参照して、各通信相手候補に対応するパス数を通信相手候補ごとのチャネル容量として計数するパス数計数部と、を有する構成を採る。

この構成によれば、通信相手候補ごとの遅延プロファイルを参照して、各通信相手候補に対応するパス数を通信相手候補ごとのチャネル容量とするため、特異値分解処理を行う必要がなく、容易な処理で選択基地局装置または通信相手のアンテナを決定し、移動局装置における消費電力の低減を図ることができる。

本発明の第６の態様に係る移動局装置は、上記第５の態様において、前記取得手段は、受信信号を用いて通信相手候補ごとの受信品質を測定する受信品質測定部、をさらに有し、前記パス数計数部は、測定された受信品質が所定の閾値以上である通信相手候補のみに対応するパス数を計数する構成を採る。

この構成によれば、受信品質が所定の閾値以上である通信相手候補のみに対応するパス数を計数するため、受信品質が劣悪である基地局装置やアンテナが選択基地局装置や通信相手のアンテナとならないように除外しておくことができ、より確実にスループットを改善できる通信相手を選択することができる。

本発明の第７の態様に係る移動局装置は、上記第１の態様において、前記選択手段は、スロット周期で通信相手を選択する構成を採る。

この構成によれば、スロット周期で通信相手を選択するため、ハンドオーバ領域に移動局装置が位置する場合にＦＣＳを行って、常にスループットが高い状態に保つことができる。

本発明の第８の態様に係る移動局装置は、上記第１の態様において、前記受信手段は、複数の通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行うか否かを示すＭＩＭＯ適用／非適用情報を受信し、前記選択手段は、前記複数の通信相手候補すべてがＭＩＭＯ通信を行う場合にチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する一方、１つの通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行わない場合に受信品質が最大の通信相手候補を通信相手として選択する構成を採る。

この構成によれば、通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行うか否かに応じて選択されたチャネル容量および受信品質のいずれか一方から通信相手が選択されるため、ＭＩＭＯ通信を行わない基地局装置がある場合でも、移動局装置は、確実かつ高速にセル選択を行うことができる。

本発明の第９の態様に係る通信相手選択方法は、ＭＩＭＯ通信を適用する移動体通信システムにおいて通信相手を選択する通信相手選択方法であって、複数の通信相手候補から送信される信号を受信するステップと、受信された信号を用いて前記信号が伝搬されるパスの受信品質またはパス数を示す通信相手候補ごとのチャネル容量を取得するステップと、取得されたチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手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、受信信号を用いてパスの受信品質またはパス数を示すチャネル容量が最大のセルまたはセクタに対応する基地局装置またはアンテナを通信相手として選択するため、独立したパスごとの品質または量が大きい基地局装置またはアンテナと通信することになり、移動局装置において、空間多重された信号を正確に分離することが可能となる。したがって、ＭＩＭＯ通信において、ハンドオーバ領域におけるスループットを確実に改善し、セルカバレッジを拡大することができる。

本発明の移動局装置および通信相手選択方法は、ＭＩＭＯ通信において、ハンドオーバ領域におけるスループットを確実に改善し、セルカバレッジを拡大することができ、例えばＭＩＭＯ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またはアンテナを選択する移動局装置および通信相手選択方法などに有用である。

本発明の実施の形態に係る移動体通信システムの一例を示す図 本発明の実施の形態１に係る移動局装置の要部構成を示すブロック図 実施の形態１に係る移動局装置による基地局装置選択動作を示すシーケンス図 本発明の実施の形態２に係る移動局装置の要部構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３に係る移動局装置の要部構成を示すブロック図 実施の形態３に係る移動局装置による基地局装置選択動作を示すシーケンス図 本発明の実施の形態４に係る移動局装置の要部構成を示すブロック図 実施の形態４に係る移動局装置による基地局装置選択動作を示すシーケンス図 （ａ）ＦＣＳによる基地局装置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

１０１ ＲＦ受信部
１０２ 復調部
１０３ 誤り訂正復号部
１０４−１、１０４−２ チャネル推定部
１０５−１、１０５−２ 特異値分解処理部
１０６−１、１０６−２、５０１−１、５０１−２ チャネル容量算出部
１０７ セル選択部
１０８ 多重部
１０９ 誤り訂正符号化部
１１０ 変調部
１１１ ＲＦ送信部
６０１−１、６０１−２ 遅延プロファイル生成部
６０２−１、６０２−２ 受信品質測定部
６０３ 閾値処理部
６０４−１、６０４−２ パス数計数部
８０１ ＭＩＭＯ適用／非適用情報抽出部
８０２ 切替部

Claims (8)

1. ＭＩＭＯ通信を適用する移動体通信システムにおいて通信相手を選択する移動局装置であって、
   複数の通信相手候補から送信される信号を受信する受信手段と、
   受信された信号を用いて前記信号が伝搬されるパスの受信品質またはパス数を示す通信相手候補ごとのチャネル容量を取得する取得手段と、
   取得されたチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する選択手段と、
   を有し、
   前記受信手段は、
   複数の通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行うか否かを示すＭＩＭＯ適用／非適用情報を受信し、
   前記選択手段は、
   前記複数の通信相手候補すべてがＭＩＭＯ通信を行う場合にチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する一方、１つの通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行わない場合に受信品質が最大の通信相手候補を通信相手として選択する、
   ことを特徴とする移動局装置。
2. 前記取得手段は、
   受信信号を用いて通信相手候補ごとにチャネル推定を行うチャネル推定部と、
   チャネル推定結果からパスごとの受信品質を示す特異値を算出する特異値分解処理部と、
   算出され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通信相手候補ごと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記載の移動局装置。
3. 前記取得手段は、
   受信信号を用いて通信相手候補ごとにチャネル推定を行うチャネル推定部と、
   チャネル推定によって得られるチャネル行列に基づく行列の行列式を通信相手候補ごと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記載の移動局装置。
4. 前記取得手段は、
   通信待ち受け時に前記チャネル行列に基づく行列の行列式を通信相手候補ごとのチャネル容量として算出する一方、
   通信開始後はチャネル推定結果からパスごとの特異値を算出し、所定の閾値以上の特異値の数を通信相手候補ごとのチャネル容量として算出する、ことを特徴とする請求項３記載の移動局装置。
5. 前記取得手段は、
   受信信号を用いて通信相手候補ごとに遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
   生成された遅延プロファイルを参照して、各通信相手候補に対応するパス数を通信相手候補ごとのチャネル容量として計数するパス数計数部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の移動局装置。
6. 前記取得手段は、
   受信信号を用いて通信相手候補ごとの受信品質を測定する受信品質測定部、をさらに有し、
   前記パス数計数部は、
   測定された受信品質が所定の閾値以上である通信相手候補のみに対応するパス数を計数することを特徴とする請求項５記載の移動局装置。
7. 前記選択手段は、
   スロット周期で通信相手を選択することを特徴とする請求項１記載の移動局装置。
8. ＭＩＭＯ通信を適用する移動体通信システムにおいて通信相手を選択する通信相手選択方法であって、
   複数の通信相手候補から送信される信号を受信する受信ステップと、
   受信された信号を用いて前記信号が伝搬されるパスの受信品質またはパス数を示す通信相手候補ごとのチャネル容量を取得する取得ステップと、
   取得されたチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する選択ステップと、
   を有し、
   前記受信ステップは、
   複数の通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行うか否かを示すＭＩＭＯ適用／非適用情報を受信し、
   前記選択ステップは、
   前記複数の通信相手候補すべてがＭＩＭＯ通信を行う場合にチャネル容量が最大の通信相手候補を通信相手として選択する一方、１つの通信相手候補がＭＩＭＯ通信を行わない場合に受信品質が最大の通信相手候補を通信相手として選択する、
   ことを特徴とする通信相手選択方法。

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