JP2016201677A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、比較的高い通信品質およびスループットで通信を行うことが可能な通信システムを提供する。【解決手段】基地局装置および通信端末装置は、信号の処理単位としてコードワードを生成し、生成したコードワードをスクランブリング部８１１および変調マッピング部８１２で処理して、レイヤマッピング部８１３で複数のレイヤに分割して各レイヤにマッピングする。プリコーディング部８１４、リソースエレメントマッピング部８１５およびＯＦＤＭ信号生成部８１６による処理を経て、複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、信号の送受信が行われる。基地局装置および通信端末装置は、各アンテナ素子から出力されるビームの通信品質に基づいて、コードワードを分割するレイヤの個数を決定する。【選択図】図９

Description

本発明は、移動端末装置などの通信端末装置と基地局装置との間で無線通信を行う通信システムに関する。

移動体通信システムの規格化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）において、無線区間についてはロングタームエボリューション（Long Term Evolution：ＬＴＥ）と称し、コアネットワークおよび無線アクセスネットワーク（以下、まとめて、ネットワークとも称する）を含めたシステム全体構成については、システムアーキテクチャエボリューション（System Architecture Evolution：ＳＡＥ）と称される通信方式が検討されている（例えば、非特許文献１〜１２参照）。この通信方式は３．９Ｇ（3.9 Generation）システムとも呼ばれる。

ＬＴＥのアクセス方式としては、下り方向はＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、上り方向はＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）が用いられる。また、ＬＴＥは、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）とは異なり、回線交換を含まず、パケット通信方式のみになる。

非特許文献１（５章）に記載される、３ＧＰＰでの、ＬＴＥシステムにおけるフレーム構成に関する決定事項について、図１を用いて説明する。図１は、ＬＴＥ方式の通信システムで使用される無線フレームの構成を示す説明図である。図１において、１つの無線フレーム（Radio frame）は１０ｍｓである。無線フレームは１０個の等しい大きさのサブフレーム（Subframe）に分割される。サブフレームは、２個の等しい大きさのスロット（slot）に分割される。無線フレーム毎に１番目および６番目のサブフレームに下り同期信号（Downlink Synchronization Signal）が含まれる。同期信号には、第一同期信号（Primary Synchronization Signal：Ｐ−ＳＳ）と、第二同期信号（Secondary Synchronization Signal：Ｓ−ＳＳ）とがある。

３ＧＰＰでの、ＬＴＥシステムにおけるチャネル構成に関する決定事項が、非特許文献１（５章）に記載されている。ＣＳＧ（Closed Subscriber Group）セルにおいてもｎｏｎ−ＣＳＧセルと同じチャネル構成が用いられると想定されている。

物理報知チャネル（Physical Broadcast Channel：ＰＢＣＨ）は、基地局装置（以下、単に「基地局」という場合がある）から移動端末装置（以下、単に「移動端末」という場合がある）などの通信端末装置（以下、単に「通信端末」という場合がある）への下り送信用のチャネルである。ＢＣＨトランスポートブロック（transport block）は、４０ｍｓ間隔中の４個のサブフレームにマッピングされる。４０ｍｓタイミングの明白なシグナリングはない。

物理制御フォーマットインジケータチャネル（Physical Control Format Indicator Channel：ＰＣＦＩＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＣＦＩＣＨは、ＰＤＣＣＨｓのために用いるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）シンボルの数を、基地局から通信端末へ通知する。ＰＣＦＩＣＨは、サブフレーム毎に送信される。

物理下り制御チャネル（Physical Downlink Control Channel：ＰＤＣＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＤＣＣＨは、後述のトランスポートチャネルの１つである下り共有チャネル（Downlink Shared Channel：ＤＬ−ＳＣＨ）のリソース割り当て（allocation）情報、後述のトランスポートチャネルの１つであるページングチャネル（Paging Channel：ＰＣＨ）のリソース割り当て（allocation）情報、ＤＬ−ＳＣＨに関するＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）情報を通知する。ＰＤＣＣＨは、上りスケジューリンググラント（Uplink Scheduling Grant）を運ぶ。ＰＤＣＣＨは、上り送信に対する応答信号であるＡｃｋ（Acknowledgement）／Ｎａｃｋ（Negative Acknowledgement）を運ぶ。ＰＤＣＣＨは、Ｌ１／Ｌ２制御信号とも呼ばれる。

物理下り共有チャネル（Physical Downlink Shared Channel：ＰＤＳＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＤＳＣＨには、トランスポートチャネルである下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）、およびトランスポートチャネルであるＰＣＨがマッピングされている。

物理マルチキャストチャネル（Physical Multicast Channel：ＰＭＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＭＣＨには、トランスポートチャネルであるマルチキャストチャネル（Multicast Channel：ＭＣＨ）がマッピングされている。

物理上り制御チャネル（Physical Uplink Control Channel：ＰＵＣＣＨ）は、通信端末から基地局への上り送信用のチャネルである。ＰＵＣＣＨは、下り送信に対する応答信号（response signal）であるＡｃｋ／Ｎａｃｋを運ぶ。ＰＵＣＣＨは、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）レポートを運ぶ。ＣＱＩとは、受信したデータの品質、もしくは通信路品質を示す品質情報である。またＰＵＣＣＨは、スケジューリングリクエスト（Scheduling Request：ＳＲ）を運ぶ。

物理上り共有チャネル（Physical Uplink Shared Channel：ＰＵＳＣＨ）は、通信端末から基地局への上り送信用のチャネルである。ＰＵＳＣＨには、トランスポートチャネルの１つである上り共有チャネル（Uplink Shared Channel：ＵＬ−ＳＣＨ）がマッピングされている。

物理ＨＡＲＱインジケータチャネル（Physical Hybrid ARQ Indicator Channel：ＰＨＩＣＨ）は、基地局から通信端末への下り送信用のチャネルである。ＰＨＩＣＨは、上り送信に対する応答信号であるＡｃｋ／Ｎａｃｋを運ぶ。物理ランダムアクセスチャネル（Physical Random Access Channel：ＰＲＡＣＨ）は、通信端末から基地局への上り送信用のチャネルである。ＰＲＡＣＨは、ランダムアクセスプリアンブル（random access preamble）を運ぶ。

下り参照信号（リファレンスシグナル（Reference Signal）：ＲＳ）は、ＬＴＥ方式の通信システムとして既知のシンボルである。以下の５種類の下りリファレンスシグナルが定義されている。セル固有参照信号（Cell-specific Reference Signal：ＣＲＳ）、ＭＢＳＦＮ参照信号（MBSFN Reference Signal）、ＵＥ固有参照信号（UE-specific Reference Signal）であるデータ復調用参照信号（Demodulation Reference Signal：ＤＭ−ＲＳ）、位置決定参照信号（Positioning Reference Signal：ＰＲＳ）、チャネル状態情報参照信号（Channel State Information Reference Signal：ＣＳＩ−ＲＳ）。通信端末の物理レイヤの測定として、リファレンスシグナルの受信電力（Reference Signal Received Power：ＲＳＲＰ）測定がある。

非特許文献１（５章）に記載されるトランスポートチャネル（Transport channel）について、説明する。下りトランスポートチャネルのうち、報知チャネル（Broadcast Channel：ＢＣＨ）は、その基地局（セル）のカバレッジ全体に報知される。ＢＣＨは、物理報知チャネル（ＰＢＣＨ）にマッピングされる。

下り共有チャネル（Downlink Shared Channel：ＤＬ−ＳＣＨ）には、ＨＡＲＱ（Hybrid ARQ）による再送制御が適用される。ＤＬ−ＳＣＨは、基地局（セル）のカバレッジ全体への報知が可能である。ＤＬ−ＳＣＨは、ダイナミックあるいは準静的（Semi-static）なリソース割り当てをサポートする。準静的なリソース割り当ては、パーシステントスケジューリング（Persistent Scheduling）ともいわれる。ＤＬ−ＳＣＨは、通信端末の低消費電力化のために通信端末の間欠受信（Discontinuous reception：ＤＲＸ）をサポートする。ＤＬ−ＳＣＨは、物理下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）へマッピングされる。

ページングチャネル（Paging Channel：ＰＣＨ）は、通信端末の低消費電力を可能とするために通信端末のＤＲＸをサポートする。ＰＣＨは、基地局（セル）のカバレッジ全体への報知が要求される。ＰＣＨは、動的にトラフィックに利用できる物理下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）のような物理リソースへマッピングされる。

マルチキャストチャネル（Multicast Channel：ＭＣＨ）は、基地局（セル）のカバレッジ全体への報知に使用される。ＭＣＨは、マルチセル送信におけるＭＢＭＳ（Multimedia Broadcast Multicast Service）サービス（ＭＴＣＨとＭＣＣＨ）のＳＦＮ合成をサポートする。ＭＣＨは、準静的なリソース割り当てをサポートする。ＭＣＨは、ＰＭＣＨへマッピングされる。

上りトランスポートチャネルのうち、上り共有チャネル（Uplink Shared Channel：ＵＬ−ＳＣＨ）には、ＨＡＲＱ（Hybrid ARQ）による再送制御が適用される。ＵＬ−ＳＣＨは、ダイナミックあるいは準静的（Semi-static）なリソース割り当てをサポートする。ＵＬ−ＳＣＨは、物理上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）へマッピングされる。

ランダムアクセスチャネル（Random Access Channel：ＲＡＣＨ）は、制御情報に限られている。ＲＡＣＨは、衝突のリスクがある。ＲＡＣＨは、物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）へマッピングされる。

ＨＡＲＱについて説明する。ＨＡＲＱとは、自動再送要求（Automatic Repeat reQuest：ＡＲＱ）と誤り訂正（Forward Error Correction）との組合せによって、伝送路の通信品質を向上させる技術である。ＨＡＲＱには、通信品質が変化する伝送路に対しても、再送によって誤り訂正が有効に機能するという利点がある。特に、再送にあたって初送の受信結果と再送の受信結果との合成をすることで、更なる品質向上を得ることも可能である。

再送の方法の一例を説明する。受信側にて、受信データが正しくデコードできなかった場合、換言すればＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）エラーが発生した場合（ＣＲＣ＝ＮＧ）、受信側から送信側へ「Ｎａｃｋ」を送信する。「Ｎａｃｋ」を受信した送信側は、データを再送する。受信側にて、受信データが正しくデコードできた場合、換言すればＣＲＣエラーが発生しない場合（ＣＲＣ＝ＯＫ）、受信側から送信側へ「Ａｃｋ」を送信する。「Ａｃｋ」を受信した送信側は次のデータを送信する。

非特許文献１（６章）に記載される論理チャネル（ロジカルチャネル：Logical channel）について、説明する。報知制御チャネル（Broadcast Control Channel：ＢＣＣＨ）は、報知システム制御情報のための下りチャネルである。論理チャネルであるＢＣＣＨは、トランスポートチャネルである報知チャネル（ＢＣＨ）、あるいは下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）へマッピングされる。

ページング制御チャネル（Paging Control Channel：ＰＣＣＨ）は、ページング情報（Paging Information）およびシステム情報（System Information）の変更を送信するための下りチャネルである。ＰＣＣＨは、通信端末のセルロケーションをネットワークが知らない場合に用いられる。論理チャネルであるＰＣＣＨは、トランスポートチャネルであるページングチャネル（ＰＣＨ）へマッピングされる。

共有制御チャネル（Common Control Channel：ＣＣＣＨ）は、通信端末と基地局との間の送信制御情報のためのチャネルである。ＣＣＣＨは、通信端末がネットワークとの間でＲＲＣ接続（connection）を有していない場合に用いられる。下り方向では、ＣＣＣＨは、トランスポートチャネルである下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）へマッピングされる。上り方向では、ＣＣＣＨは、トランスポートチャネルである上り共有チャネル（ＵＬ−ＳＣＨ）へマッピングされる。

マルチキャスト制御チャネル（Multicast Control Channel：ＭＣＣＨ）は、１対多の送信のための下りチャネルである。ＭＣＣＨは、ネットワークから通信端末への１つあるいはいくつかのＭＴＣＨ用のＭＢＭＳ制御情報の送信のために用いられる。ＭＣＣＨは、ＭＢＭＳ受信中の通信端末のみに用いられる。ＭＣＣＨは、トランスポートチャネルであるマルチキャストチャネル（ＭＣＨ）へマッピングされる。

個別制御チャネル（Dedicated Control Channel：ＤＣＣＨ）は、１対１にて、通信端末とネットワークとの間の個別制御情報を送信するチャネルである。ＤＣＣＨは、通信端末がＲＲＣ接続（connection）である場合に用いられる。ＤＣＣＨは、上りでは上り共有チャネル（ＵＬ−ＳＣＨ）へマッピングされ、下りでは下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）にマッピングされる。

個別トラフィックチャネル（Dedicated Traffic Channel：ＤＴＣＨ）は、ユーザ情報の送信のための個別通信端末への１対１通信のチャネルである。ＤＴＣＨは、上りおよび下りともに存在する。ＤＴＣＨは、上りでは上り共有チャネル（ＵＬ−ＳＣＨ）へマッピングされ、下りでは下り共有チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）へマッピングされる。

マルチキャストトラフィックチャネル（Multicast Traffic channel：ＭＴＣＨ）は、ネットワークから通信端末へのトラフィックデータ送信のための下りチャネルである。ＭＴＣＨは、ＭＢＭＳ受信中の通信端末のみに用いられるチャネルである。ＭＴＣＨは、マルチキャストチャネル（ＭＣＨ）へマッピングされる。

ＣＧＩとは、セルグローバル識別子（Cell Global Identifier）のことである。ＥＣＧＩとは、Ｅ−ＵＴＲＡＮセルグローバル識別子（E-UTRAN Cell Global Identifier）のことである。ＬＴＥ、後述のＬＴＥ−Ａ（Long Term Evolution Advanced）およびＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunication System）において、ＣＳＧ（Closed Subscriber Group）セルが導入される。

ＣＳＧ（Closed Subscriber Group）セルとは、利用可能な加入者をオペレータが特定しているセル（以下「特定加入者用セル」という場合がある）である。特定された加入者は、ＰＬＭＮ（Public Land Mobile Network）の１つ以上のセルにアクセスすることが許可される。特定された加入者がアクセスを許可されている１つ以上のセルを「ＣＳＧセル（ＣＳＧ ｃｅｌｌ（ｓ））」と呼ぶ。ただし、ＰＬＭＮにはアクセス制限がある。

ＣＳＧセルは、固有のＣＳＧアイデンティティ（CSG identity：ＣＳＧ ＩＤ；ＣＳＧ−ＩＤ）を報知し、ＣＳＧインジケーション（CSG Indication）にて「ＴＲＵＥ」を報知するＰＬＭＮの一部である。予め利用登録し、許可された加入者グループのメンバーは、アクセス許可情報であるところのＣＳＧ−ＩＤを用いてＣＳＧセルにアクセスする。

ＣＳＧ−ＩＤは、ＣＳＧセルまたはセルによって報知される。ＬＴＥ方式の通信システムにＣＳＧ−ＩＤは複数存在する。そして、ＣＳＧ−ＩＤは、ＣＳＧ関連のメンバーのアクセスを容易にするために、通信端末（ＵＥ）によって使用される。

通信端末の位置追跡は、１つ以上のセルからなる区域を単位に行われる。位置追跡は、待受け状態であっても通信端末の位置を追跡し、通信端末を呼び出す、換言すれば通信端末が着呼することを可能にするために行われる。この通信端末の位置追跡のための区域をトラッキングエリアと呼ぶ。

３ＧＰＰにおいて、Ｈｏｍｅ−ＮｏｄｅＢ（Ｈｏｍｅ−ＮＢ；ＨＮＢ）、Ｈｏｍｅ−ｅＮｏｄｅＢ（Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ；ＨｅＮＢ）と称される基地局が検討されている。ＵＴＲＡＮにおけるＨＮＢ、およびＥ−ＵＴＲＡＮにおけるＨｅＮＢは、例えば家庭、法人、商業用のアクセスサービス向けの基地局である。非特許文献３には、ＨｅＮＢおよびＨＮＢへのアクセスの３つの異なるモードが開示されている。具体的には、オープンアクセスモード（Open access mode）と、クローズドアクセスモード（Closed access mode）と、ハイブリッドアクセスモード（Hybrid access mode）とが開示されている。

各々のモードは、以下のような特徴を有する。オープンアクセスモードでは、ＨｅＮＢおよびＨＮＢは、通常のオペレータのノーマルセルとして操作される。クローズドアクセスモードでは、ＨｅＮＢおよびＨＮＢは、ＣＳＧセルとして操作される。このＣＳＧセルは、ＣＳＧメンバーのみアクセス可能なＣＳＧセルである。ハイブリッドアクセスモードでは、ＨｅＮＢおよびＨＮＢは、非ＣＳＧメンバーも同時にアクセス許可されているＣＳＧセルとして操作される。言い換えれば、ハイブリッドアクセスモードのセル（ハイブリッドセルとも称する）は、オープンアクセスモードとクローズドアクセスモードとの両方をサポートするセルである。

３ＧＰＰでは、全ての物理セル識別子（Physical Cell Identity：ＰＣＩ）のうち、ＣＳＧセルで使用するためにネットワークによって予約されたＰＣＩ範囲がある（非特許文献１ １０．５．１．１章参照）。ＰＣＩ範囲を分割することをＰＣＩスプリットと称することがある。ＰＣＩスプリットに関する情報（ＰＣＩスプリット情報とも称する）は、システム情報によって基地局から傘下の通信端末に対して報知される。基地局の傘下とは、該基地局をサービングセルとすることを意味する。

非特許文献４は、ＰＣＩスプリットを用いた通信端末の基本動作を開示する。ＰＣＩスプリット情報を有していない通信端末は、全ＰＣＩを用いて、例えば５０４コード全てを用いて、セルサーチを行う必要がある。これに対して、ＰＣＩスプリット情報を有する通信端末は、当該ＰＣＩスプリット情報を用いてセルサーチを行うことが可能である。

また３ＧＰＰでは、リリース１０として、ロングタームエボリューションアドヴァンスド（Long Term Evolution Advanced：ＬＴＥ−Ａ）の規格策定が進められている（非特許文献５、非特許文献６参照）。ＬＴＥ−Ａは、ＬＴＥの無線区間通信方式を基本とし、それにいくつかの新技術を加えて構成される。

ＬＴＥ−Ａシステムでは、１００ＭＨｚまでのより広い周波数帯域幅（transmission bandwidths）をサポートするために、二つ以上のコンポーネントキャリア（Component Carrier：ＣＣ）を集約する（「アグリゲーション（aggregation）する」とも称する）、キャリアアグリゲーション（Carrier Aggregation：ＣＡ）が検討されている。

ＣＡが構成される場合、ＵＥはネットワーク（Network：ＮＷ）と唯一つのＲＲＣ接続（RRC connection）を有する。ＲＲＣ接続において、一つのサービングセルがＮＡＳモビリティ情報とセキュリティ入力を与える。このセルをプライマリセル（Primary Cell：ＰＣｅｌｌ）と呼ぶ。下りリンクで、ＰＣｅｌｌに対応するキャリアは、下りプライマリコンポーネントキャリア（Downlink Primary Component Carrier：ＤＬ ＰＣＣ）である。上りリンクで、ＰＣｅｌｌに対応するキャリアは、上りプライマリコンポーネントキャリア（Uplink Primary Component Carrier：ＵＬ ＰＣＣ）である。

ＵＥの能力（ケーパビリティ（capability））に応じて、セカンダリセル（Secondary Cell：ＳＣｅｌｌ）が、ＰＣｅｌｌとサービングセルとの組を形成するために構成される。下りリンクで、ＳＣｅｌｌに対応するキャリアは、下りセカンダリコンポーネントキャリア（Downlink Secondary Component Carrier：ＤＬ ＳＣＣ）である。上りリンクで、ＳＣｅｌｌに対応するキャリアは、上りセカンダリコンポーネントキャリア（Uplink Secondary Component Carrier：ＵＬ ＳＣＣ）である。

一つのＵＥに対して、一つのＰＣｅｌｌと、一つ以上のＳＣｅｌｌからなるサービングセルとの組が構成される。

また、ＬＴＥ−Ａでの新技術としては、より広い帯域をサポートする技術（Wider bandwidth extension）、および多地点協調送受信（Coordinated Multiple Point transmission and reception：ＣｏＭＰ）技術などがある。３ＧＰＰでＬＴＥ−Ａのために検討されているＣｏＭＰについては、非特許文献７に記載されている。

モバイルネットワークのトラフィック量は、増加傾向にあり、通信速度も高速化が進んでいる。ＬＴＥおよびＬＴＥ−Ａが本格的に運用を開始されると、更に通信速度が高速化され、トラフィック量が増加することが見込まれる。

また、スマートフォンおよびタブレット型端末装置の普及によって、セルラー系無線通信によるトラフィック量が爆発的に増加しており、世界中で無線リソースの不足が懸念されている。

トラフィック量の増加の問題に対して、３ＧＰＰにおいて、リリース１２版の規格書の策定が進められている。リリース１２版の規格書では、将来の膨大なトラフィック量に対応するために、スモールｅＮＢを用いることが検討されている。例えば、多数のスモールｅＮＢを設置して、多数のスモールセルを構成することによって、周波数利用効率を高めて、通信容量の増大を図る技術などが検討されている。

その中で、マクロセルとスモールセルとがオーバラップしている場合に、通信端末がマクロセルとスモールセルとの両方に接続する技術として、デュアルコネクティビティ（dual connectivity）が議論されている（非特許文献１１参照）。

さらに、高度化する移動体通信に対して、２０２０年以降にサービスを開始することを目標とした第５世代（以下「５Ｇ」という場合がある）移動体通信システムが検討されている。例えば、欧州では、ＭＥＴＩＳという団体で５Ｇの要求事項がまとめられている（非特許文献１２参照）。

５Ｇ移動体通信システムでは、ＬＴＥシステムと比較して、システム容量は１０００倍、データ伝送速度は１００倍、データ処理遅延は１０分の１（１／１０）、通信端末の同時接続数は１００倍として、更なる低消費電力化、および装置の低コスト化を実現することが要件として挙げられている。

上記の要件を満足するために、周波数を広帯域で使用してデータの伝送容量を増やすこと、および周波数効率を上げてデータの伝送容量を増やして空間多重を可能とするアンテナビームフォーミング技術などの採用が検討されている。また、広帯域の周波数を確保するために、無線アクセスに用いられる周波数として、３〜３０ＧＨｚのマイクロ波（Super High Frequency：ＳＨＦ）帯といった高周波数を使用することが検討されている。

高周波数を使用した場合、波長が短くなるので、電波の減衰量が大きくなり、これまでの通信システムと比較して、電波の伝搬距離が短くなるという問題がある。さらに、ドップラーシフトの影響が大きくなり、通信端末の移動速度が通信性能に大きく影響することがある。

また、種々の通信端末が５Ｇ移動体通信システムに収容されることによって、無線アクセス方式としては、４Ｋデジタルテレビなどの高速データ伝送に対応した通信端末から、センサなどの超低速データ伝送のみに対応した通信端末までを同一のシステムで扱う必要が生じる。

したがって、従来のＬＴＥの通信方式では、５Ｇの要求事項を満足することが困難であるので、５Ｇの無線アクセス方式として新しい方式が検討されている。

３ＧＰＰ ＴＳ３６．３００ Ｖ１１．７．０ ３ＧＰＰ ＴＳ３６．２１１ Ｖ１２．３．０ ３ＧＰＰ Ｓ１−０８３４６１ ３ＧＰＰ Ｒ２−０８２８９９ ３ＧＰＰ ＴＲ ３６．８１４ Ｖ９．０．０ ３ＧＰＰ ＴＲ ３６．９１２ Ｖ１０．０．０ ３ＧＰＰ ＴＲ ３６．８１９ Ｖ１１．１．０ ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．１４１ Ｖ１１．１．０ ３ＧＰＰ ＴＳ３６．２１２ Ｖ１２．２．０ IEEE Global Telecommunications Conference(GLOBECOM),Antenna Array Calibration Using Frequency Selection in OFDMA/TDD Systems pp.1-5,Nov.30 - Dec.4 2008. ３ＧＰＰ ＴＲ３６．８４２ Ｖ０．２．０ "Scenarios, requirements and KPIs for 5G mobile and wireless system"、［online］、平成２５（２０１３）年４月３０日、ＩＣＴ−３１７６６９−ＭＥＴＩＳ／Ｄ１．１、［平成２７年３月３０日検索］、インターネット<https://www.metis2020.com/documents/deliverables/>

前述の５Ｇ移動体通信システムの要求条件を、ＬＴＥで使用されている無線アクセス方式で実現しようとした場合、満足できない項目がある。

例えば、高周波数を使用した場合、ＬＴＥ仕様のＯＦＤＭサブキャリア間隔である１５ｋＨｚでは、高速移動したときに、ドップラーシフトの影響が大きくなり、通信性能が大きく劣化してしまう。また、広周波数帯域を処理した場合、ＯＦＤＭ変復調用の高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）サイズが大きくなり、回路規模およびソフトウェア処理量などの実装面で問題が生じる。ここで、ＦＦＴサイズとは、ＦＦＴを行うときに用いる時間領域のサンプリングデータ数をいう。

また、ＬＴＥの仕様では、サブフレーム単位、例えば１ｍｓ単位でデータが処理されるので、ＬＴＥシステムと比較して１０分の１（１／１０）の低遅延の要求事項を満足するためには、無線フレームを小さくする必要がある。

また、広帯域の通信に、まとまった周波数を確保する必要があるので、搬送波周波数が高い領域となる。これに対応するために、複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナによる信号対雑音比（Signal-to-Noise Ratio；略称：ＳＮＲ）の改善が検討されている。

したがって、従来のＬＴＥの無線アクセス方式を何の工夫もなく、５Ｇ移動体通信システムの無線アクセス方式に適用することは不可能である。

本発明の目的は、複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、比較的高い通信品質およびスループットで通信を行うことが可能な通信システムを提供することである。

本発明の通信システムは、複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、信号の送受信を行う基地局装置と通信端末装置とを備える通信システムであって、前記基地局装置および前記通信端末装置は、前記信号の処理単位としてコードワードを生成し、生成した前記コードワードを複数のレイヤに分割してマッピングすることによって、前記信号の送受信を行い、前記コードワードを複数のレイヤに分割するときには、各前記アンテナ素子から出力されるビームの通信品質に基づいて、前記コードワードを分割するレイヤの個数を決定することを特徴とする。

本発明の通信システムによれば、基地局装置と通信端末装置とを備えて、通信システムが構成される。基地局装置と通信端末装置とは、複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、信号の送受信を行う。基地局装置および通信端末装置によって、信号の処理単位としてコードワードが生成され、生成されたコードワードが複数のレイヤに分割されてマッピングされることによって、信号の送受信が行われる。コードワードが分割されるレイヤの個数は、各アンテナ素子から出力されるビームの通信品質に基づいて決定される。これによって、コードワードを、通信可能なレベルとなるようにレイヤに分割することができるので、スループットを向上させることができる。したがって、複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、比較的高い通信品質およびスループットで通信を行うことが可能な通信システムを実現することができる。

ＬＴＥ方式の通信システムで使用される無線フレームの構成を示す説明図である。 ３ＧＰＰにおいて議論されているＬＴＥ方式の通信システム２００の全体的な構成を示すブロック図である。 本発明に係る通信端末である図２に示す移動端末２０２の構成を示すブロック図である。 本発明に係る基地局である図２に示す基地局２０３の構成を示すブロック図である。 本発明に係るＭＭＥの構成を示すブロック図である。 ＬＴＥ方式の通信システムにおいて通信端末（ＵＥ）が行うセルサーチから待ち受け動作までの概略を示すフローチャートである。 マクロｅＮＢとスモールｅＮＢとが混在する場合のセルの構成の概念を示す図である。 実施の形態１の通信システムにおける基地局装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の通信システムにおける基地局装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 多素子アンテナの一例を示す図である。 ＯＦＤＭ信号にチャープ信号を割り付けた場合の周波数と時間との関係の一例を示す図である。 ヌルを挟んだ場合の周波数と時間との関係の一例を示す図である。 ヌルを挟んだ場合の周波数と時間との関係の他の例を示す図である。 特定の時間のサブフレームでＰＤＳＣＨを送信することに代えて、全データとしてＣＲＳと同じ信号を送信する場合の周波数と時間との関係の一例を示す図である。 下り信号で既知の信号を送信してキャリブレーションする場合のハーフサブフレーム（ＨＳＦ）の構成の一例を示す図である。

実施の形態１．
図２は、３ＧＰＰにおいて議論されているＬＴＥ方式の通信システム２００の全体的な構成を示すブロック図である。図２について説明する。無線アクセスネットワークは、Ｅ−ＵＴＲＡＮ（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network）２０１と称される。通信端末装置である移動端末装置（以下「移動端末（User Equipment：ＵＥ）」という）２０２は、基地局装置（以下「基地局（E-UTRAN NodeB：ｅＮＢ）」という）２０３と無線通信可能であり、無線通信で信号の送受信を行う。

ここで、「通信端末装置」とは、移動可能な携帯電話端末装置などの移動端末装置だけでなく、センサなどの移動しないデバイスも含んでいる。以下の説明では、「通信端末装置」を、単に「通信端末」という場合がある。

移動端末２０２に対する制御プロトコル、例えばＲＲＣ（Radio Resource Control）と、ユーザプレイン、例えばＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）、ＲＬＣ（Radio Link Control）、ＭＡＣ（Medium Access Control）、ＰＨＹ（Physical layer）とが基地局２０３で終端するならば、Ｅ−ＵＴＲＡＮは１つあるいは複数の基地局２０３によって構成される。

移動端末２０２と基地局２０３との間の制御プロトコルＲＲＣ（Radio Resource Control）は、報知（Broadcast）、ページング（paging）、ＲＲＣ接続マネージメント（RRC connection management）などを行う。ＲＲＣにおける基地局２０３と移動端末２０２との状態として、ＲＲＣ＿ＩＤＬＥと、ＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤとがある。

ＲＲＣ＿ＩＤＬＥでは、ＰＬＭＮ（Public Land Mobile Network）選択、システム情報（System Information：ＳＩ）の報知、ページング（paging）、セル再選択（cell re-selection）、モビリティなどが行われる。ＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤでは、移動端末はＲＲＣ接続（connection）を有し、ネットワークとのデータの送受信を行うことができる。またＲＲＣ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤでは、ハンドオーバ（Handover：ＨＯ）、隣接セル（Neighbour cell）の測定（メジャメント（measurement））などが行われる。

基地局２０３は、ｅＮＢ２０７と、Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６とに分類される。通信システム２００は、複数のｅＮＢ２０７を含むｅＮＢ群２０３−１と、複数のＨｏｍｅ−ｅＮＢ２０６を含むＨｏｍｅ−ｅＮＢ群２０３−２とを備える。またコアネットワークであるＥＰＣ（Evolved Packet Core）と、無線アクセスネットワークであるＥ−ＵＴＲＡＮ２０１とで構成されるシステムは、ＥＰＳ（Evolved Packet System）と称される。コアネットワークであるＥＰＣと、無線アクセスネットワークであるＥ−ＵＴＲＡＮ２０１とを合わせて、「ネットワーク」という場合がある。

ｅＮＢ２０７は、移動管理エンティティ（Mobility Management Entity：ＭＭＥ）、あるいはＳ−ＧＷ（Serving Gateway）、あるいはＭＭＥおよびＳ−ＧＷを含むＭＭＥ／Ｓ−ＧＷ部（以下「ＭＭＥ部」という場合がある）２０４とＳ１インタフェースにより接続され、ｅＮＢ２０７とＭＭＥ部２０４との間で制御情報が通信される。一つのｅＮＢ２０７に対して、複数のＭＭＥ部２０４が接続されてもよい。ｅＮＢ２０７間は、Ｘ２インタフェースにより接続され、ｅＮＢ２０７間で制御情報が通信される。

Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６は、ＭＭＥ部２０４とＳ１インタフェースにより接続され、Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６とＭＭＥ部２０４との間で制御情報が通信される。一つのＭＭＥ部２０４に対して、複数のＨｏｍｅ−ｅＮＢ２０６が接続される。あるいは、Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６は、ＨｅＮＢＧＷ（Home-eNB GateWay）２０５を介してＭＭＥ部２０４と接続される。Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６とＨｅＮＢＧＷ２０５とは、Ｓ１インタフェースにより接続され、ＨｅＮＢＧＷ２０５とＭＭＥ部２０４とはＳ１インタフェースを介して接続される。

一つまたは複数のＨｏｍｅ−ｅＮＢ２０６が一つのＨｅＮＢＧＷ２０５と接続され、Ｓ１インタフェースを通して情報が通信される。ＨｅＮＢＧＷ２０５は、一つまたは複数のＭＭＥ部２０４と接続され、Ｓ１インタフェースを通して情報が通信される。

ＭＭＥ部２０４およびＨｅＮＢＧＷ２０５は、上位装置、具体的には上位ノードであり、基地局であるｅＮＢ２０７およびＨｏｍｅ−ｅＮＢ２０６と、移動端末（ＵＥ）２０２との接続を制御する。ＭＭＥ部２０４は、コアネットワークであるＥＰＣを構成する。基地局２０３およびＨｅＮＢＧＷ２０５は、Ｅ−ＵＴＲＡＮ２０１を構成する。

さらに３ＧＰＰでは、以下のような構成が検討されている。Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６間のＸ２インタフェースはサポートされる。すなわち、Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６間は、Ｘ２インタフェースにより接続され、Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６間で制御情報が通信される。ＭＭＥ部２０４からは、ＨｅＮＢＧＷ２０５はＨｏｍｅ−ｅＮＢ２０６として見える。Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６からは、ＨｅＮＢＧＷ２０５はＭＭＥ部２０４として見える。

Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６が、ＨｅＮＢＧＷ２０５を介してＭＭＥ部２０４に接続される場合および直接ＭＭＥ部２０４に接続される場合のいずれの場合も、Ｈｏｍｅ−ｅＮＢ２０６とＭＭＥ部２０４との間のインタフェースは、Ｓ１インタフェースで同じである。

基地局２０３は、１つのセルを構成してもよいし、複数のセルを構成してもよい。各セルは、移動端末２０２と通信可能な範囲であるカバレッジとして予め定める範囲を有し、カバレッジ内で移動端末２０２と無線通信を行う。１つの基地局２０３が複数のセルを構成する場合、１つ１つのセルが、移動端末２０２と通信可能に構成される。

図３は、本発明に係る通信端末である図２に示す移動端末２０２の構成を示すブロック図である。図３に示す移動端末２０２の送信処理を説明する。まず、プロトコル処理部３０１からの制御データ、およびアプリケーション部３０２からのユーザデータが、送信データバッファ部３０３へ保存される。送信データバッファ部３０３に保存されたデータは、エンコーダー部３０４へ渡され、誤り訂正などのエンコード処理が施される。エンコード処理を施さずに、送信データバッファ部３０３から変調部３０５へ直接出力されるデータが存在してもよい。エンコーダー部３０４でエンコード処理されたデータは、変調部３０５にて変調処理が行われる。変調されたデータは、ベースバンド信号に変換された後、周波数変換部３０６へ出力され、無線送信周波数に変換される。その後、アンテナ３０７から基地局２０３に送信信号が送信される。

また、移動端末２０２の受信処理は、以下のように実行される。基地局２０３からの無線信号がアンテナ３０７により受信される。受信信号は、周波数変換部３０６にて無線受信周波数からベースバンド信号に変換され、復調部３０８において復調処理が行われる。復調後のデータは、デコーダー部３０９へ渡され、誤り訂正などのデコード処理が行われる。デコードされたデータのうち、制御データはプロトコル処理部３０１へ渡され、ユーザデータはアプリケーション部３０２へ渡される。移動端末２０２の一連の処理は、制御部３１０によって制御される。よって制御部３１０は、図３では省略しているが、各部３０１〜３０９と接続している。

図４は、本発明に係る基地局である図２に示す基地局２０３の構成を示すブロック図である。図４に示す基地局２０３の送信処理を説明する。ＥＰＣ通信部４０１は、基地局２０３とＥＰＣ（ＭＭＥ部２０４など）、ＨｅＮＢＧＷ２０５などとの間のデータの送受信を行う。他基地局通信部４０２は、他の基地局との間のデータの送受信を行う。ＥＰＣ通信部４０１および他基地局通信部４０２は、それぞれプロトコル処理部４０３と情報の受け渡しを行う。プロトコル処理部４０３からの制御データ、ならびにＥＰＣ通信部４０１および他基地局通信部４０２からのユーザデータおよび制御データは、送信データバッファ部４０４へ保存される。

送信データバッファ部４０４に保存されたデータは、エンコーダー部４０５へ渡され、誤り訂正などのエンコード処理が施される。エンコード処理を施さずに、送信データバッファ部４０４から変調部４０６へ直接出力されるデータが存在してもよい。エンコードされたデータは、変調部４０６にて変調処理が行われる。変調されたデータは、ベースバンド信号に変換された後、周波数変換部４０７へ出力され、無線送信周波数に変換される。その後、アンテナ４０８より一つもしくは複数の移動端末２０２に対して送信信号が送信される。

また、基地局２０３の受信処理は以下のように実行される。一つもしくは複数の移動端末２０２からの無線信号が、アンテナ4０８により受信される。受信信号は、周波数変換部４０７にて無線受信周波数からベースバンド信号に変換され、復調部４０９で復調処理が行われる。復調されたデータは、デコーダー部４１０へ渡され、誤り訂正などのデコード処理が行われる。デコードされたデータのうち、制御データはプロトコル処理部４０３あるいはＥＰＣ通信部４０１、他基地局通信部４０２へ渡され、ユーザデータはＥＰＣ通信部４０１および他基地局通信部４０２へ渡される。基地局２０３の一連の処理は、制御部４１１によって制御される。よって制御部４１１は、図４では省略しているが、各部４０１〜４１０と接続している。

図５は、本発明に係るＭＭＥの構成を示すブロック図である。図５では、前述の図２に示すＭＭＥ部２０４に含まれるＭＭＥ２０４ａの構成を示す。ＰＤＮ ＧＷ通信部５０１は、ＭＭＥ２０４ａとＰＤＮ ＧＷとの間のデータの送受信を行う。基地局通信部５０２は、ＭＭＥ２０４ａと基地局２０３との間のＳ１インタフェースによるデータの送受信を行う。ＰＤＮ ＧＷから受信したデータがユーザデータであった場合、ユーザデータは、ＰＤＮ ＧＷ通信部５０１から、ユーザプレイン通信部５０３経由で基地局通信部５０２に渡され、１つあるいは複数の基地局２０３へ送信される。基地局２０３から受信したデータがユーザデータであった場合、ユーザデータは、基地局通信部５０２から、ユーザプレイン通信部５０３経由でＰＤＮ ＧＷ通信部５０１に渡され、ＰＤＮ ＧＷへ送信される。

ＰＤＮ ＧＷから受信したデータが制御データであった場合、制御データは、ＰＤＮ ＧＷ通信部５０１から制御プレイン制御部５０５へ渡される。基地局２０３から受信したデータが制御データであった場合、制御データは、基地局通信部５０２から制御プレイン制御部５０５へ渡される。

ＨｅＮＢＧＷ通信部５０４は、ＨｅＮＢＧＷ２０５が存在する場合に設けられ、情報種別によって、ＭＭＥ２０４ａとＨｅＮＢＧＷ２０５との間のインタフェース（ＩＦ）によるデータの送受信を行う。ＨｅＮＢＧＷ通信部５０４から受信した制御データは、ＨｅＮＢＧＷ通信部５０４から制御プレイン制御部５０５へ渡される。制御プレイン制御部５０５での処理の結果は、ＰＤＮ ＧＷ通信部５０１経由でＰＤＮ ＧＷへ送信される。また、制御プレイン制御部５０５で処理された結果は、基地局通信部５０２経由でＳ１インタフェースにより１つあるいは複数の基地局２０３へ送信され、またＨｅＮＢＧＷ通信部５０４経由で１つあるいは複数のＨｅＮＢＧＷ２０５へ送信される。

制御プレイン制御部５０５には、ＮＡＳセキュリティ部５０５−１、ＳＡＥベアラコントロール部５０５−２、アイドルステート（Idle State）モビリティ管理部５０５−３などが含まれ、制御プレインに対する処理全般を行う。ＮＡＳセキュリティ部５０５−１は、ＮＡＳ（Non-Access Stratum）メッセージのセキュリティなどを行う。ＳＡＥベアラコントロール部５０５−２は、ＳＡＥ（System Architecture Evolution）のベアラの管理などを行う。アイドルステートモビリティ管理部５０５−３は、待受け状態（アイドルステート（Idle State）；ＬＴＥ−ＩＤＬＥ状態、または、単にアイドルとも称される）のモビリティ管理、待受け状態時のページング信号の生成および制御、傘下の１つあるいは複数の移動端末２０２のトラッキングエリアの追加、削除、更新、検索、トラッキングエリアリスト管理などを行う。

ＭＭＥ２０４ａは、１つまたは複数の基地局２０３に対して、ページング信号の分配を行う。また、ＭＭＥ２０４ａは、待受け状態（Idle State）のモビリティ制御（Mobility control）を行う。ＭＭＥ２０４ａは、移動端末が待ち受け状態のとき、および、アクティブ状態（Active State）のときに、トラッキングエリア（Tracking Area）リストの管理を行う。ＭＭＥ２０４ａは、ＵＥが登録されている（registered）追跡領域（トラッキングエリア：Tracking Area）に属するセルへ、ページングメッセージを送信することで、ページングプロトコルに着手する。ＭＭＥ２０４ａに接続されるＨｏｍｅ−ｅＮＢ２０６のＣＳＧの管理およびＣＳＧ−ＩＤの管理、そしてホワイトリスト管理は、アイドルステートモビリティ管理部５０５−３で行われてもよい。

次に通信システムにおけるセルサーチ方法の一例を示す。図６は、ＬＴＥ方式の通信システムにおいて通信端末（ＵＥ）が行うセルサーチから待ち受け動作までの概略を示すフローチャートである。通信端末は、セルサーチを開始すると、ステップＳＴ６０１で、周辺の基地局から送信される第一同期信号（Ｐ−ＳＳ）、および第二同期信号（Ｓ−ＳＳ）を用いて、スロットタイミング、フレームタイミングの同期をとる。

Ｐ−ＳＳとＳ−ＳＳとを合わせて、同期信号（Synchronization Signal：ＳＳ）という。同期信号（ＳＳ）には、セル毎に割り当てられたＰＣＩに１対１に対応するシンクロナイゼーションコードが割り当てられている。ＰＣＩの数は５０４通りが検討されている。この５０４通りのＰＣＩを用いて同期をとるとともに、同期がとれたセルのＰＣＩを検出（特定）する。

次に同期がとれたセルに対して、ステップＳＴ６０２で、基地局からセル毎に送信される参照信号（リファレンスシグナル：ＲＳ）であるセル固有参照信号（Cell-specific Reference Signal：ＣＲＳ）を検出し、ＲＳの受信電力（Reference Signal Received Power：ＲＳＲＰ）の測定を行う。参照信号（ＲＳ）には、ＰＣＩと１対１に対応したコードが用いられている。そのコードで相関をとることによって他セルと分離できる。ステップＳＴ１で特定したＰＣＩから、該セルのＲＳ用のコードを導出することによって、ＲＳを検出し、ＲＳの受信電力を測定することが可能となる。

次にステップＳＴ６０３で、ステップＳＴ６０２までで検出された一つ以上のセルの中から、ＲＳの受信品質が最もよいセル、例えば、ＲＳの受信電力が最も高いセル、つまりベストセルを選択する。

次にステップＳＴ６０４で、ベストセルのＰＢＣＨを受信して、報知情報であるＢＣＣＨを得る。ＰＢＣＨ上のＢＣＣＨには、セル構成情報が含まれるＭＩＢ（Master Information Block）がマッピングされる。したがってＰＢＣＨを受信してＢＣＣＨを得ることで、ＭＩＢが得られる。ＭＩＢの情報としては、例えば、ＤＬ（ダウンリンク）システム帯域幅（送信帯域幅設定（transmission bandwidth configuration：dl-bandwidth）とも呼ばれる）、送信アンテナ数、ＳＦＮ（System Frame Number）などがある。

次にステップＳＴ６０５で、ＭＩＢのセル構成情報をもとに該セルのＤＬ−ＳＣＨを受信して、報知情報ＢＣＣＨの中のＳＩＢ（System Information Block）１を得る。ＳＩＢ１には、該セルへのアクセスに関する情報、セルセレクションに関する情報、他のＳＩＢ（ＳＩＢｋ；ｋ≧２の整数）のスケジューリング情報が含まれる。また、ＳＩＢ１には、トラッキングエリアコード（Tracking Area Code：ＴＡＣ）が含まれる。

次にステップＳＴ６０６で、通信端末は、ステップＳＴ６０５で受信したＳＩＢ１のＴＡＣと、通信端末が既に保有しているトラッキングエリアリスト内のトラッキングエリア識別子（Tracking Area Identity：ＴＡＩ）のＴＡＣ部分とを比較する。トラッキングエリアリストは、ＴＡＩリスト（TAI list）とも称される。ＴＡＩはトラッキングエリアを識別するための識別情報であり、ＭＣＣ（Mobile Country Code）と、ＭＮＣ（Mobile Network Code）と、ＴＡＣ（Tracking Area Code）とによって構成される。ＭＣＣは国コードである。ＭＮＣはネットワークコードである。ＴＡＣはトラッキングエリアのコード番号である。

通信端末は、ステップＳＴ６０６で比較した結果、ステップＳＴ６０５で受信したＴＡＣがトラッキングエリアリスト内に含まれるＴＡＣと同じならば、該セルで待ち受け動作に入る。比較して、ステップＳＴ６０５で受信したＴＡＣがトラッキングエリアリスト内に含まれなければ、通信端末は、該セルを通して、ＭＭＥなどが含まれるコアネットワーク（Core Network，ＥＰＣ）へ、ＴＡＵ（Tracking Area Update）を行うためにトラッキングエリアの変更を要求する。

コアネットワークを構成する装置（以下「コアネットワーク側装置」という場合がある）は、ＴＡＵ要求信号とともに通信端末から送られてくる該通信端末の識別番号（ＵＥ−ＩＤなど）をもとに、トラッキングエリアリストの更新を行う。コアネットワーク側装置は、通信端末に更新後のトラッキングエリアリストを送信する。通信端末は、受信したトラッキングエリアリストに基づいて、通信端末が保有するＴＡＣリストを書き換える（更新する）。その後、通信端末は、該セルで待ち受け動作に入る。

スマートフォンおよびタブレット型端末装置の普及によって、セルラー系無線通信によるトラフィックが爆発的に増大しており、世界中で無線リソースの不足が懸念されている。これに対応して周波数利用効率を高めるために、小セル化し、空間分離を進めることが検討されている。

従来のセルの構成では、ｅＮＢによって構成されるセルは、比較的広い範囲のカバレッジを有する。従来は、複数のｅＮＢによって構成される複数のセルの比較的広い範囲のカバレッジによって、あるエリアを覆うように、セルが構成されている。

小セル化された場合、ｅＮＢによって構成されるセルは、従来のｅＮＢによって構成されるセルのカバレッジに比べて範囲が狭いカバレッジを有する。したがって、従来と同様に、あるエリアを覆うためには、従来のｅＮＢに比べて、多数の小セル化されたｅＮＢが必要となる。

以下の説明では、従来のｅＮＢによって構成されるセルのように、カバレッジが比較的大きいセルを「マクロセル」といい、マクロセルを構成するｅＮＢを「マクロｅＮＢ」という。また、小セル化されたセルのように、カバレッジが比較的小さいセルを「スモールセル」といい、スモールセルを構成するｅＮＢを「スモールｅＮＢ」という。

マクロｅＮＢは、例えば、非特許文献８に記載される「ワイドエリア基地局（Wide Area Base Station）」であってもよい。

スモールｅＮＢは、例えば、ローパワーノード、ローカルエリアノード、ホットスポットなどであってもよい。また、スモールｅＮＢは、ピコセルを構成するピコｅＮＢ、フェムトセルを構成するフェムトｅＮＢ、ＨｅＮＢ、ＲＲＨ（Remote Radio Head）、ＲＲＵ（Remote Radio Unit）、ＲＲＥ（Remote Radio Equipment）またはＲＮ（Relay Node）であってもよい。また、スモールｅＮＢは、非特許文献８に記載される「ローカルエリア基地局（Local Area Base Station）」または「ホーム基地局（Home Base Station）」であってもよい。

図７は、マクロｅＮＢとスモールｅＮＢとが混在する場合のセルの構成の概念を示す図である。マクロｅＮＢによって構成されるマクロセルは、比較的広い範囲のカバレッジ７０１を有する。スモールｅＮＢによって構成されるスモールセルは、マクロｅＮＢ（マクロセル）のカバレッジ７０１に比べて範囲が小さいカバレッジ７０２を有する。

複数のｅＮＢが混在する場合、あるｅＮＢによって構成されるセルのカバレッジが、他のｅＮＢによって構成されるセルのカバレッジ内に含まれる場合がある。図７に示すセルの構成では、参照符号「７０４」または「７０５」で示されるように、スモールｅＮＢによって構成されるスモールセルのカバレッジ７０２が、マクロｅＮＢによって構成されるマクロセルのカバレッジ７０１内に含まれる場合がある。

また、参照符号「７０５」で示されるように、複数、例えば２つのスモールセルのカバレッジ７０２が、１つのマクロセルのカバレッジ７０１内に含まれる場合もある。移動端末（ＵＥ）７０３は、例えばスモールセルのカバレッジ７０２内に含まれ、スモールセルを介して通信を行う。

また図７に示すセルの構成では、参照符号「７０６」で示されるように、マクロｅＮＢによって構成されるマクロセルのカバレッジ７０１と、スモールｅＮＢによって構成されるスモールセルのカバレッジ７０２とが複雑に重複する場合が生じる。

また、参照符号「７０７」で示されるように、マクロｅＮＢによって構成されるマクロセルのカバレッジ７０１と、スモールｅＮＢによって構成されるスモールセルのカバレッジ７０２とが重複しない場合も生じる。

さらには、参照符号「７０８」で示されるように、多数のスモールｅＮＢによって構成される多数のスモールセルのカバレッジ７０２が、１つのマクロｅＮＢによって構成される１つのマクロセルのカバレッジ７０１内に構成される場合も生じる。

以上の構成において、第５世代移動体通信システムで必要となる多素子アンテナを用いる場合、以下の（１），（２）の２つの問題がある。

（１）１つの通信端末またはｅＮＢに対して、複数のアンテナで異なるデータを送受信するシングルユーザＭＩＭＯ（Single User-Multiple Input Multiple Output；略称：ＳＵ−ＭＩＭＯ）を使用して、ユーザスループットを向上させる技術が知られている。しかし、ＳＵ−ＭＩＭＯを行うとき、反射または回折して見えるマルチパスの中で、見通し線（Line Of Sight；略称：ＬＯＳ）の場合、主波の受信電力および信号対雑音比（Signal to Noise Ratio；略称：ＳＮＲ）が大きく、他のマルチパスのレベルが低くなり、スループットが上がらない。

（２）現状の３ＧＰＰでは、１つの誤り訂正を行う塊であるコードワード（codeword）を分割可能なレイヤ（多素子アンテナのときには、各アンテナ素子で形成されるビームに相当）の個数は限られており、その他のレイヤ（ビーム）では送信できない。また、コードワードは、各レイヤに均等数の割り当てとなっている。例えば、下りにおいて、レイヤの個数（以下「レイヤ数」という場合がある）が４のときは、１コードワードあたり２つのレイヤまでとなっている（非特許文献２ 表６．３．３．２−１参照）。ここで、コードワードとは、信号の処理を行う処理単位である。

本実施の形態では、１つのコードワードを自由に複数のレイヤに分けて送信可能とする方法を開示する。図８および図９は、実施の形態１の通信システムにおける基地局装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。図８は、信号処理部の前段のコードワードを生成する部分（以下「コードワード生成部」という場合がある）の構成を示すブロック図である。

基地局装置の信号処理部の前段を構成するコードワード生成部は、トランスポートブロック（transport brock；略称：ＴＢ）ＣＲＣ付与部８０１、コードブロック（code brock；略称：ＣＢ）分割・ＣＢ ＣＲＣ付与部８０２、チャネルコーディング部８０３、レートマッチング部８０４、およびＣＢ連結部８０５を備えて構成される。

ＴＢ ＣＲＣ付与部８０１は、不図示のＭＡＣレイヤから入力されるトランスポートブロック（transport block）に、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）を付与する。ＴＢ ＣＲＣ付与部８０１は、ＣＲＣを付与したトランスポートブロックを、ＣＢ分割・ＣＢ ＣＲＣ付与部８０２に与える。

ＣＢ分割・ＣＢ ＣＲＣ付与部８０２は、ＴＢ ＣＲＣ付与部８０１から与えられたトランスポートブロックを、コードブロック（codeblock）と呼ばれる単位に分割するとともに、各コードブロックにＣＲＣを付与する。ＣＢ分割・ＣＢ ＣＲＣ付与部８０２は、ＣＲＣを付与したコードブロックを、チャネルコーディング部８０３に与える。

チャネルコーディング部８０３は、ＣＢ分割・ＣＢ ＣＲＣ付与部８０２から与えられたコードブロックに対して、ターボ符号化または畳込み符号化などのチャネルコーディング（channel coding）処理を施す。チャネルコーディング部８０３は、チャネルコーディング処理を施したコードブロックを、レートマッチング部８０４に与える。

レートマッチング部８０４は、チャネルコーディング部８０３から与えられたコードブロックに対して、レートマッチング（rate matching）処理を施し、コードブロックを無線フレームの送信ビット数に調整する。レートマッチング部８０４は、レートマッチング処理を施したコードブロックを、ＣＢ連結部８０５に与える。

ＣＢ連結部８０５は、レートマッチング部８０４から与えられたコードブロックの連結を行う。

以上のＴＢ ＣＲＣ付与部８０１、ＣＢ分割・ＣＢ ＣＲＣ付与部８０２、チャネルコーディング部８０３、レートマッチング部８０４およびＣＢ連結部８０５による処理によって、コードワードと呼ばれる単位のデータが生成される。

生成されたコードワードは、通信端末またはｅＮＢによって測定される既知系列信号のビーム毎の通信品質に基づいて、いくつのレイヤに分けるかが決定される。ここで、既知系列信号は、通信端末またはｅＮＢにとって、既知であればよい。既知系列信号は、例えば、下りの場合はセル固有参照信号（Cell-specific Reference Signal：ＣＲＳ）、アンテナ素子毎のチャネル状態情報参照信号（Channel State Information Reference Signal：ＣＳＩ−ＲＳ）、ＭＢＳＦＮ参照信号（MBSFN Reference Signal）またはＵＥ固有参照信号（UE-specific Reference Signal）である。既知系列信号は、例えば、上りの場合はデータ復調用参照信号（Demodulation Reference Signal：ＤＭ−ＲＳ）またはサウンディング（Sounding）信号である。各ビームの通信品質は、例えば、既知系列信号が理想信号からずれている分をノイズとして算出されるＳＮＲによって表される。

図９は、信号処理部の後段のコードワードを処理する部分（以下「コードワード処理部」という場合がある）の構成を示すブロック図である。基地局装置の信号処理部の後段を構成するコードワード処理部は、スクランブリング部８１１、変調マッピング部８１２、レイヤマッピング部８１３、プリコーディング部８１４、リソースエレメントマッピング部８１５、およびＯＦＤＭ信号生成部８１６を備えて構成される。

図９では、生成されたコードワードを６つのレイヤで送信すると決定した場合の例を示している。したがって、リソースエレメントマッピング部８１５およびＯＦＤＭ信号生成部８１６は、６個ずつ設けられる。

前述のようにして生成されたコードワードは、スクランブリング部８１１に与えられる。スクランブリング部８１１は、与えられたコードワードのスクランブルを行う。スクランブリング部８１１は、スクランブルを行ったコードワードを、変調マッピング部８１２に与える。

変調マッピング部８１２は、スクランブリング部８１１から与えられたコードワードを変調フォーマットにマッピングする。変調マッピング部８１２は、変調フォーマットにマッピングしたコードワードを、レイヤマッピング部８１３に与える。

レイヤマッピング部８１３は、変調マッピング部８１２から与えられたコードワードを、複数、具体的には６つのレイヤに分割して、各レイヤにマッピングする。レイヤマッピング部８１３は、各レイヤにマッピングしたコードワードを、プリコーディング部８１４に与える。

プリコーディング部８１４は、レイヤマッピング部８１３から与えられたコードワードのプリコーディング（precoding）を行う。プリコーディング部８１４は、プリコーディングを行ったコードワードを、各リソースエレメントマッピング部８１５に与える。

各リソースエレメントマッピング部８１５は、プリコーディング部８１４から与えられたコードワードの周波数・時間リソースへの割り当てを行う。各リソースエレメントマッピング部８１５は、周波数・時間リソースへの割り当てを行ったコードワードを、対応するＯＦＤＭ信号生成部８１６に与える。

各ＯＦＤＭ信号生成部８１６は、リソースエレメントマッピング部８１５から与えられたコードワードに対してＯＦＤＭ処理を施し、ＯＦＤＭ信号を生成する。各ＯＦＤＭ信号生成部８１６は、生成したＯＦＤＭ信号を、多素子アンテナを構成する複数のアンテナ素子のうち、対応するアンテナ素子に与える。

例えば、レイヤ１のビームのＳＮＲが２３ｄＢであり、レイヤ２〜レイヤ６のビームのＳＮＲが９ｄＢであるとき、平均的なＳＮＲは１６ｄＢとなり、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）で６個のレイヤ分が通信可能なレベルとなり、スループットが向上する。

このように本実施の形態では、コードワードが分割されるレイヤの個数は、各アンテナ素子から出力されるビームの通信品質に基づいて決定される。これによって、コードワードを、通信可能なレベルとなるようにレイヤに分割することができるので、スループットを向上させることができる。したがって、複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、比較的高い通信品質およびスループットで通信を行うことが可能な通信システムを実現することができる。

また本実施の形態では、各アンテナ素子から出力されるビームの通信品質は、基地局装置であるｅＮＢ、または通信端末によって、各ビームの既知系列信号を用いて測定される。これによって、各ビームの通信品質を容易に測定することができる。

前述のように、本実施の形態では、通信端末またはｅＮＢが、各ビームの既知系列信号を用いて通信品質を測定し、その測定値を、対向するｅＮＢまたは通信端末に送信する構成について示したが、このような構成に限らない。

例えば、測定した通信品質は、多段階に設けた指標で表されてもよい。通信品質を多段階に設けた指標で表すことによって、通信端末とｅＮＢとの間で送受信される情報量を削減することができる。

通信品質の指標は、例えば以下のように８段階に分けられる。第１段階は０ｄＢ未満、第２段階は０ｄＢ以上４ｄＢ未満、第３段階は４ｄＢ以上８ｄＢ未満、第４段階は８ｄＢ以上１２ｄＢ未満、第５段階は１２ｄＢ以上１６ｄＢ未満、第６段階は１６ｄＢ以上２０ｄＢ未満、第７段階は２０ｄＢ以上２４ｄＢ未満、第８段階は２４ｄＢ以上とする。

通信端末に送信する通信品質は、ビーム毎の値でもよいし、全てのビームの平均値でもよいし、両方でもよい。ビーム毎の値を送信する場合は、精度良く送信データ量を決定することができる。全てのビームの平均値を送信する場合は、対向側の装置での計算を省略することができる。

また、全てのビームの平均値および予め定める閾値以上の通信品質を有するビームを特定する情報、例えばビームＩＤ（Identifier）などの識別情報を送信してもよい。これによって、通信端末とｅＮＢとの間で送受信される情報量を削減することができる。

また、通信端末またはｅＮＢが各ビームの既知系列信号を用いて測定した通信品質に代えて、通信端末またはｅＮＢがビーム毎に受信できるデータビット数を送信してもよいし、全てのビームで受信できるデータビット数の合計値を送信してもよい。また、全てのビームの合計値および予め定める閾値以上の通信品質を有するビームを特定する情報、例えばビームＩＤなどの識別情報を送信してもよい。

また、時分割複信（Time Division Duplex；略称：ＴＤＤ）の場合、対向側の装置で、受信信号を用いて通信品質を測定してもよい。

コードワードを分割する方法について、他の例を以下に示す。下りの場合、生成されたコードワードは、通信端末が既知系列信号、例えばセル固有参照信号（Cell-specific Reference Signal：ＣＲＳ）を用いて測定した各ビームの通信品質、および、他の通信端末との通信状況に基づいて、いくつのレイヤに分けるかが決定される。これに加えて、どのくらいのデータ量を送信するか、具体的にはＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭなどの変調方式のいずれにするかが決定される。

例えば、レイヤ１のビームのＳＮＲが２３ｄＢであり、レイヤ２〜レイヤ６のビームのＳＮＲが９ｄＢであるとき、平均的なＳＮＲは１６ｄＢとなり、１６ＱＡＭで６個のレイヤ分が通信可能である。レイヤ１〜レイヤ６の全てを特定の通信端末が使用すると、レイヤ５，６で、多くのユーザの送信を待たせなくてはいけない場合があり得る。このような場合でも、レイヤ５，６で他のレイヤの５０％分のデータ送信が可能であれば、ユーザの送信を待たせずに済むので有効である。

前述のように、レイヤ毎にデータ量を分ける場合、均等割りの１００％、７５％、５０％、２５％のいずれか、または、１００％、５０％のいずれか、のように、分けることができるステップを限定することによって、レートマッチングなどの処理を簡素化してもよい。これによって、通信端末への制御情報として、今回送信するデータの量に関する情報を通知する必要があるときに、その情報のビット数を低減することができる。

他の通信端末との通信状況としては、当該ビームにおける他の通信端末用の、送信待ちバッファのバッファ量が、特定の量に達したかどうか、としてもよい。例えば、ビーム毎のバッファ管理用に、適正閾値と緊急対応閾値とを設ける。適正閾値以下である場合は、早急にデータ送信を行うなどの特別な処理はしない。緊急対応閾値を超えた場合は、早急にデータ送信を行う。緊急対応閾値を超えた場合、他のビームでも送信できるＳＵ−ＭＩＭＯ通信に対するデータ送信量を均等割りの５０％にする。バッファ溢れが発生したときには、データ送信量を０％にする。

他の通信端末との通信状況としては、当該ビームにおける送信待ち時間が特定の閾値を超えた通信端末の有無、または、当該通信端末数としてもよい。この閾値は、例えば、ベアラ毎に設定される処理遅延（latency）の許容時間に対応したタイマ値である。閾値は、ＲＲＣ、例えばＲＲＣ接続セットアップ（RRC Connection Setup）メッセージ、もしくはＲＲＣ接続再設定（RRC Connection Reconfiguration）メッセージ、または、単独の別のメッセージで通信端末から通知されるものであってもよい。

また、他の通信端末との通信状況としては、例えば、Ｓ１インタフェース、Ｘ２インタフェースのリンク設定時に処理遅延の許容時間として設定されるタイマ値としてもよい。当該ビームにおける送信待ち時間が特定の閾値を超えた通信端末がある場合、他のビームでも送信できるＳＵ−ＭＩＭＯ通信に対するデータ通信量を、全てのレイヤに均等割りのデータ量として送信するのではなく、以下のようにしてもよい。例えば、送信待ち時間が特定の閾値を超えたデータ量を同時に送信できるように、７５％、５０％、２５％、０％から選択して送信してもよい。

コードワードを分割する方法について、さらに他の例を以下に示す。生成されたコードワードをいくつかのレイヤに分けるとき、垂直偏波Ｖと水平偏波Ｈとで異なるデータを送信するＭＩＭＯ通信の場合には、垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈの両方を用いる。ｅＮＢ、通信端末ともに、同一のアンテナによる垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈの送信である場合、各ビームの通信品質を報告するのではなく、垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈのいずれか一方の通信品質を報告するようにしてもよい。

このように垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈのいずれか一方の通信品質を報告する場合、ｅＮＢまたは通信端末は、偏波使用時に、セットとできる同一のアンテナから送信している垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈがあるかどうか、どれとどれがセットであるかを、ＲＲＣ接続セットアップ（RRC Connection Setup）もしくはＲＲＣ接続再設定（RRC Connection Reconfiguration）を表すＲＲＣ接続セットアップ／ＲＲＣ接続再設定メッセージ、ＲＲＣ接続セットアップ（RRC Connection Setup）もしくはＲＲＣ接続再設定完了（RRC Connection Reconfiguration Complete）を表すＲＲＣ接続セットアップ／ＲＲＣ接続再設定完了メッセージ、または、単独の別のメッセージで通知しておくとよい。具体的には、前記メッセージの「AntennaInfo」にパラメータを追加するとよい。

また、同一のアンテナで垂直偏波およびＶ水平偏波Ｈの送信を行う場合でも、異なる指向性で送信することが可能である。したがって、下りの場合はＰＤＣＣＨのＤＣＩ（DL Control Information）、上りの場合はＰＵＣＣＨのＵＣＩ（UL Control Information）で、毎回、垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈのセットが同一の方向に向けて送信されているかどうかを通知してもよい。これによって、垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈが同一の指向性になっているときに、垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈのいずれか一方の報告とすることができる。

同一のアンテナによる垂直偏波Ｖおよび水平偏波Ｈの送信であるという、セットを示す情報を通知する場合、セットを指定する情報のビットを低減するために、ビームを同定するＩＤを、例えば偶数、奇数のように分けておくとよい。例えば、ビームＩＤが０とビームＩＤが１とがセット、ビームＩＤが２とビームＩＤが３とがセット、ビームＩＤが４とビームＩＤが５とがセット、・・・と固定にしておくとよい。

実施の形態２．
第５世代の移動体通信で必要となる多素子アンテナでのスループットを向上させるためには、以下の（１），（２）の２つの問題がある。

（１）アンテナ素子間の位相差および振幅差を合わせないと、（ａ）ビームの指向性が、向かわせたい方向に制御できなくなる、（ｂ）等価等方放射電力（Equivalent Isotropic Radiated Power；略称：ＥＩＲＰ）などで表される利得が低下する、（ｃ）サイドローブの電力が増加し、他のユーザへの干渉が増加する、などの問題がある。

（２）アンテナ素子間の位相差および振幅差は、温度変化および経年変化におけるばらつきも無くす必要がある。しかし、広帯域通信となり、周波数帯域幅が増加することになるので、温度変化および経年変化に伴う変化量は、増幅器およびフィルタなどによる影響が大きくなるという問題がある。

本実施の形態では、多素子アンテナのアンテナ素子間の位相差および振幅差を合わせるためのキャリブレーションを精度良く行う方法について開示する。

セルフキャリブレーションは、多素子アンテナのキャリブレーションの方法として知られている方法の一つであり、特別なアンテナを設けることなく、自身のアンテナ素子を用いてキャリブレーションを行う方法である。セルフキャリブレーションを行うことによって、物理的に遠方の対向装置が不要となる。例えば、ｅＮＢのキャリブレーション時であれば、通信端末が不要となり、通信端末のキャリブレーション時であれば、ｅＮＢが不要となる。したがって、セルフキャリブレーションは、比較的低コストで運用時も使用できるので、温度変化および経年変化にも適用できる方法として検討されている。

図１０は、多素子アンテナの一例を示す図である。図１０では、一例として、同一平面に６４個のアンテナ素子を実装する多素子アンテナを示す。図１０に示すように同一平面に複数のアンテナ素子を実装する多素子アンテナにおいて、各アンテナ素子の指向性は、水平方向に向いていない。したがって、１つのアンテナ素子９０１から送信して、他のアンテナ素子９０２で受信する場合には、ＳＮＲが低くなり、キャリブレーションの精度が上がらないという問題がある。

ＳＮＲを改善する第一の方法として、ＰＤＳＣＨの時間および周波数リソースを低減して既知の信号を送信する方法を以下に開示する。

ｅＮＢおよび通信端末は、それぞれ対向装置にキャリブレーションモードの起動を通知する。すなわち、ｅＮＢであれば通信端末に、通信端末であればｅＮＢに、キャリブレーションモードの起動を通知する。

キャリブレーションモードの起動の通知は、例えば、ＲＲＣ接続セットアップ（RRC Connection Setup）／ＲＲＣ接続再設定（RRC Connection Reconfiguration）メッセージ、または、ＲＲＣ接続セットアップ（RRC Connection Setup）／ＲＲＣ接続再設定完了（RRC Connection Reconfiguration Complete）メッセージで、運用時のキャリブレーションのモードを指定することによって行われる。

キャリブレーションモードの１つとして、「コーディングのパラメータを調整してＰＤＳＣＨの送信ビット数を削減し、代わりに既知の信号を送信する」キャリブレーションモードがある。このキャリブレーションモードを指定することによって、非特許文献９の５．１．４章に記載されるレートマッチングにおける１トランスポートブロックで送信できるトータルビット数をＧとし、ダイバーシチのようにビームにまたがって同一データを送信するときのビーム数をＮＬとし、多値変調の次数をＱｍ（Ｑｍ＝２：ＱＰＳＫ、Ｑｍ＝４：１６ＱＡＭ、Ｑｍ＝６：６４ＱＡＭ、Ｑｍ＝８：２５６ＱＡＭ）としたとき、Ｇ／（ＮＬ×Ｑｍ）の値のシンボルが削減される。

このＧ／（ＮＬ×Ｑｍ）の値のシンボルが削減された信号を受信したｅＮＢまたは通信端末は、削減されたシンボルに既知のデータを割り付ける。Ｇ／（ＮＬ×Ｑｍ）の値のシンボルが削減された信号としては、例えばチャープ信号が送信される。チャープ信号とは、低周波から高周波、あるいは、高周波から低周波に、周波数が連続的に変わる信号であり、周波数成分が均一に送信され、定包絡線となる信号である。したがって、チャープ信号は、通常送信されるＰＤＳＣＨなどの信号よりも、増幅器に対する線形性の要求が低いので、チャープ信号を送信することによって、送信電力を大きくする、すなわちブーストすることが可能となる。

図１１は、ＯＦＤＭ信号にチャープ信号を割り付けた場合の周波数と時間との関係の一例を示す図である。図１１において、横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１１における１つ１つの升目は、あるＯＦＤＭ信号のサブキャリアを表している。該当する周波数および時間の升目にＯＦＤＭシンボルを割り付けることができる。例えば、参照符号「１００２」で示される箇所には、参照信号（Reference Signal；略称：ＲＳ）が割り付けられている。

また、参照符号「１００１」の破線で囲まれた箇所には、チャープ信号が割り付けられている。この時間帯で送信したデータは全て、キャリブレーション用のチャープ信号となる例を示している。この場合、対向装置は、参照符号「１００１」で示される時間に受信処理を行わなくて済む。

また、周波数をいくつかに分けて、異なる単一のアンテナ素子で送信すると、効率的にキャリブレーションが可能となる。受信側のフィルタに合わせてヌル（null）を挟むことも有効である。図１２は、ヌルを挟んだ場合の周波数と時間との関係の一例を示す図である。図１２において、横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１２に示す例では、図１１に示す例と同様に、例えば、参照符号「１００２」で示される箇所に、参照信号（ＲＳ）が割り付けられている。

参照符号「１１０１」で示される右下がりの斜線のハッチングを付した箇所は、第１のアンテナ素子から送信している時間および周波数を示している。参照符号「１１０２」で示される左下がりの斜線のハッチングを付した箇所は、第２のアンテナ素子から送信している時間および周波数を示している。

図１２に示す例では、第１のアンテナ素子から送信される信号と、第２のアンテナ素子から送信される信号とがフィルタで分離できるように、参照符号「１１０３」で示される右下がりの破線の斜線のハッチングを付した箇所に、振幅ゼロ（０）のヌル（null）の信号が割り付けられている。

図１３は、ヌルを挟んだ場合の周波数と時間との関係の他の例を示す図である。図１３において、横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１３に示す例では、図１１に示す例と同様に、例えば、参照符号「１００２」で示される箇所に、参照信号（ＲＳ）が割り付けられている。

参照符号「１２０１」で示される右下がりの斜線のハッチングを付した箇所は、第１のアンテナ素子から送信している時間および周波数を示している。参照符号「１２０２」で示される左下がりの斜線のハッチングを付した箇所は、第２のアンテナ素子から送信している時間および周波数を示している。参照符号「１２０３」で示される右下がりの破線の斜線のハッチングを付した箇所には、振幅ゼロ（０）のヌル（null）の信号が割り付けられている。

さらにＳＮＲを改善するためには、図１３において参照符号「１２０１」，「１２０２」，「１２０３」で示されるように、時間（ｔ）方向に複数のシンボルを割り付けるとよい。この場合、チャープ信号は、ＯＦＤＭシンボル毎に繰り返しの信号にするのではなく、図１３に示すように、３シンボルで連続かつ一様になるようにしてもよい。

ｅＮＢまたは通信端末は、自装置で送信に使用するアンテナ素子である自局送信素子を順次切替えるとともに、それに対応して自装置で受信に使用するアンテナ素子である自局受信素子を順次切替えることによって、アンテナ素子間の位相差および振幅差を測定することができる。

また、ｅＮＢまたは通信端末は、事前に温度毎にアンテナ素子間の位相差および振幅差を測定して不揮発性メモリなどに記憶しておいてもよい。また、ｅＮＢまたは通信端末は、温度測定可能な半導体などを搭載して、温度が測定できるようにしておいてもよい。

以上の構成によって、ｅＮＢまたは通信端末は、動作時の温度に対応して、事前に測定されたアンテナ素子間の位相差および振幅差と同一になるように各アンテナ素子の位相および振幅を制御することができる。これによって、ビームの指向性および利得を向上させることができるので、スループットを向上させることができる。

以上のように本実施の形態では、基地局装置であるｅＮＢ、および通信端末は、物理下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）の送信に用いられるシンボルの個数を削減して、削減されたシンボルを用いて既知の信号を送信する。これによって、キャリブレーション時のＳＮＲを改善することができる。

キャリブレーション時のＳＮＲを改善する方法の他の例を以下に示す。前述の図１２および図１３に示す例では、チャープ信号を送信する場合を示したが、チャープ信号の代わりに、下りであればＣＲＳまたはＣＳＩ−ＲＳ、上りであればＤＭ−ＲＳまたはサウンディング（sounding）信号で使用している既知系列信号と同じ信号を送信する方法でもよい。この場合、チャープ信号と同様に、ＰＤＳＣＨの一部に既知系列信号を送信するとよい。

図１４は、特定の時間のサブフレームでＰＤＳＣＨを送信することに代えて、全データとしてＣＲＳと同じ信号を送信する場合の周波数と時間との関係の一例を示す図である。図１４において、横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１４に示す例では、図１１に示す例と同様に、例えば、参照符号「１００２」で示される箇所に、参照信号（ＲＳ）が割り付けられている。

前述のように特定の時間のサブフレームでＰＤＳＣＨを送信することに代えて、図１４に示すように、全データとしてＣＲＳと同じ信号、例えばＲＳを送信してもよい。

ＣＲＳと同じ信号は、定包絡線である。したがって、ＣＲＳと同じ信号のピーク電力対平均電力比（Peak to Average Power Ratio；略称：ＰＡＰＲ）は、ＰＤＳＣＨのＰＡＰＲと比べて６〜７ｄＢ程度低い。この分、送信電力を増加させる、すなわちブーストするとよい。ここで、ＰＡＰＲとは、平均信号電力に対するピーク信号の電力の比を表す。

例えば、基地局装置であるｅＮＢは、ＣＲＳと同じ信号の送信タイミング情報を、ＲＲＣ、例えばＳＩＢなどの報知情報で通知する。これによって、通信端末のセルサーチを容易にすることができるので、スリープ時間間隔を長くすることなどによって、低消費電力化を図ることができる。

また、ｅＮＢは、ＣＳＩ−ＲＳと同じ信号の送信タイミング情報を、ＲＲＣ、例えば報知情報、または、ＲＲＣ接続セットアップ（RRC Connection Setup）／ＲＲＣ接続再設定（RRC Connection Reconfiguration）メッセージなどで通知する。これによって、各ビームの通信品質の測定精度を向上させることができるので、プリコーディングの精度を向上させることができる。

また、ｅＮＢは、ＣＲＳまたはＣＳＩ−ＲＳと同じ信号の送信タイミング情報をＲＲＣで通知する。これによって、通信端末は、比較的高いＳＮＲで信号を受信することができるので、ＡｏＡ（Angle of Arrival）などの測距の精度を向上させることができる。

ｅＮＢまたは通信端末は、自局送信素子を順次切替えて、それに対応する自局受信素子を順次切替えることによって、アンテナ素子間の位相差および振幅差を測定することができる。また、ｅＮＢまたは通信端末は、事前に温度毎にアンテナ素子間の位相差および振幅差を測定して、測定した値を不揮発性メモリなどに記憶しておく。また、ｅＮＢまたは通信端末は、温度の測定が可能な半導体などを搭載し、温度が測定できるようにしておく。

以上のようにすることによって、ｅＮＢまたは通信端末は、動作時の温度に対応した、事前に測定したアンテナ素子間の位相差および振幅差と同一になるように、各アンテナ素子の位相および振幅を制御することができる。これによって、ビームの指向性および利得を向上させ、スループットを向上させることができる。

キャリブレーション時のＳＮＲを改善する方法のさらに他の例を以下に示す。ＴＤＤの場合、スペシャルサブフレームＳＳＦを使用することによって、既知の信号を送信することによる、送信可能なビット数の低減を抑えることができる。

図１５は、下り信号で既知の信号を送信してキャリブレーションする場合のハーフサブフレーム（ＨＳＦ）の構成の一例を示す図である。ハーフサブフレーム（ＨＳＦ）とは、サブフレームの半分の大きさのフレームである。

スペシャルサブフレームＳＳＦのギャップ（gap）が始まる直前のシンボルＳＢに、キャリブレーション用既知系列信号（略称：ｃａｌ−ＴＳＳ）を割り当てる。これによって、通信端末は、既知の信号を送信している下り信号を受信する必要がないので、ＴＤＤの上りおよび下りを切替えるための処理を開始することができる。したがって、ＰＤＳＣＨの送信ビット数を減らすことなく、割当てることができる。

以上の実施の形態１および実施の形態２でＲＲＣの設定および完了のメッセージの例を記載したものについては、既知の信号の停止の際は、ＲＲＣの設定および完了のメッセージを使用することができる。

前述の各実施の形態およびその変形例は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、各実施の形態およびその変形例を自由に組合せることができる。また各実施の形態およびその変形例の任意の構成要素を適宜、変更または省略することができる。

８０１ ＴＢ ＣＲＣ付与部、８０２ ＣＢ分割・ＣＢ ＣＲＣ付与部、８０３ チャネルコーディング部、８０４ レートマッチング部、８０５ ＣＢ連結部、８１１ スクランブリング部、８１２ 変調マッピング部、８１３ レイヤマッピング部、８１４ プリコーディング部、８１５ リソースエレメントマッピング部、８１６ ＯＦＤＭ信号生成部。

Claims (3)

1. 複数のアンテナ素子で構成される多素子アンテナを用いて、信号の送受信を行う基地局装置と通信端末装置とを備える通信システムであって、
   前記基地局装置および前記通信端末装置は、
   前記信号の処理単位としてコードワードを生成し、生成した前記コードワードを複数のレイヤに分割してマッピングすることによって、前記信号の送受信を行い、
   前記コードワードを複数のレイヤに分割するときには、各前記アンテナ素子から出力されるビームの通信品質に基づいて、前記コードワードを分割するレイヤの個数を決定することを特徴とする通信システム。
2. 前記ビームの通信品質は、前記基地局装置または前記通信端末装置によって、各前記ビームの既知系列信号を用いて測定されることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記基地局装置および前記通信端末装置は、物理下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）の送信に用いられるシンボルの個数を削減して、削減された前記シンボルを用いて既知の信号を送信することを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。

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