マルチセル分散アンテナネットワークにおけるMIMO空間多重の周波数利用効率

摘要

マルチアンテナ（MIMO）空間多重は帯域幅を拡大させずに伝送速度を向上できる.しかし，同一周波数を繰り返し利用するセルラネットワーク（CN）においては，隣接セルからの同一周波数干渉（CCI）によって受信信号対（干渉＋雑音）電力比（SINR）が低下してしまうため，セル端に近いユーザの伝送速度が極端に低下してしまう.多数のアンテナを無線セル内に分散配置する分散アンテナネットワーク（DAN）では無線セル全域に亘って受信SINRを向上できるから，MIMO空間多重を用いて伝送速度を向上できると期待できる.本稿では，マルチセル環境におけるDAN-MIMO空間多重において，周波数繰り返し数が下りリンクチャネル容量に及ぼす影響について検討し，CNとの比較を行っている.サイクリックプレフィックス（CP）を挿入するブロック伝送を対象に，1セルあたりのチャネル容量の数式表現を導出し，これを最大にする送信電力配分を明らかにする.モンテカルロ数値計算によって1セルあたりのチャネル容量分布を求め，DANが周波数繰り返し数をCNよりも小さくでき，1セルあたりのチャネル容量を大幅に向上できることを示す.%Multiple-input multiple-output (MIMO) spatial multiplexing can increase the transmission rate without bandwidth expansion. However, in cellular networks (CNs), the transmission rate of a user close to the cell edge significantly degrades because the received signal-to-interference plus noise power ratio (SINR) degrades due to the presence of strong co-channel interference (CCI) from neighboring cells. Distributed antenna network (DAN), in which many antennas are spatially distributed over the cell, is suitable for MIMO spatial multiplexing because the received SINR improves over the entire cell. In this paper, we discuss the impact of the frequency reuse factor on the downlink channel capacity of DAN-MIMO spatial multiplexing in a multi-cell environment and compare the channel capacity with CN. Assuming the block transmission with cyclic prefix (CP), we derive a channel capacity expression and then, derive the optimal transmit power allocation for DAN-MIMO spatial multiplexing. We evaluate the channel capacity distribution by Monte Carlo numerical computation method to show that DAN can reduce the frequency reuse factor and achieves higher cell channel capacity compared to CN.