JP2018037718A - 無線装置および基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない配線で無線制御装置と接続しつつも、複数のアンテナ素子を用いて通信端末と適切に通信できる無線装置を提供する。【解決手段】無線装置９０２は、ビームパラメータ導出部９３０と、ビーム形成部９２０と、Ｎ（Ｎ≧２）個のアンテナ素子９０６とを備えている。ビームパラメータ導出部９３０は、送信用のウェイトおよび受信用のウェイトの各々を、送信データおよび受信データに基づいて算出する。ビーム形成部９２０は、送信用のウェイトを用いた重み付けを含む送信処理を送信データに行い、受信用のウェイトを用いた重み付けを含む受信処理を受信データに行う。アンテナ素子９０６は、送信処理が行われた後の送信データを複数の通信端末へと送信し、複数の通信端末からの受信処理が行われる前の受信データを受信してビーム形成部９２０へ出力する。【選択図】図９

Description

本発明は、無線装置および基地局に関する。

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）と称され、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１〜７参照）。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）の長さ（時間）は１０ｍｓである。無線フレームは１０個の等しい長さ(時間）のサブフレーム（Subframe）に分割される。サブフレームは、２個の等しい長さ(時間）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 Signals：ＣＲＳｓ）、ＭＢＳＦＮ参照信号（MBSFN reference signals）、ＵＥ固有参照信号（UE-specific reference signals）であるデータ復調用参照信号（Demodulation Reference Signals：ＤＭ−ＲＳｓ）、位置決定参照信号（Positioning Reference Signals：ＰＲＳｓ）、チャネル情報参照信号（Channel-State Information Reference Signals：ＣＳＩ−ＲＳｓ）。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（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network 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（Radio Resource Control 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端末の普及によって、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）。非特許文献１１には、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）が開示されている。

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ターゲットとした第５世代（以下「５Ｇ」という場合がある）無線アクセス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無線アクセスシステムでは、ＬＴＥシステムに対して、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。

このような要求を満たすために、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や、周波数利用効率を上げてデータ伝送速度を上げるため、空間多重を可能とする、多素子アンテナを用いたＭＩＭＯやビームフォーミングなどの技術が検討されている。

一方、例えば、非特許文献１１のように、無線・アンテナ部制御部ＲＥＣ(Radio Equipment Controller)と、無線・アンテナ部ＲＥ（Radio Equipment）との間のインタフェースの検討が始まっている。以下では、無線・アンテナ部制御部を無線制御装置とも呼び、無線・アンテナ部を無線装置とも呼ぶ。無線制御装置と無線装置とは光配線を介して相互に接続されている。無線制御装置は光配線を介してデータを無線装置へと送信し、無線装置はこのデータを通信端末へと無線で送信する。

また本願に関連する技術として、特許文献１，２を掲示する。

特許第５７９９８１６号公報 特開２００１−２９２０７９号公報

３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１１．７．０、[online]、［平成２８年６月２３日検索］、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.300/36300-b70.zip> ３ＧＰＰ Ｓ１−０８３４６１、[online]、［平成２８年６月２３日検索］、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/tsg_sa/WG1_Serv/TSGS1_42_Seoul/tdocs/S1-083461.zip> ３ＧＰＰ Ｒ２−０８２８９９、[online]、［平成２８年６月２３日検索］、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG2_RL2/TSGR2_62/Docs/R2-082899.zip> ３ＧＰＰ ＴＲ ３６．８１４ Ｖ９．０．０、[online]、［平成２８年６月２３日検索］、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.814/36814-900.zip> ３ＧＰＰ ＴＲ ３６．９１２ Ｖ１０．０．０、[online]、［平成２８年６月２３日検索］、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.912/36912-a00.zip> ３ＧＰＰ ＴＲ ３６．８１９ Ｖ１１．１．０、[online]、［平成２８年６月２３日検索］、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.819/36819-b10.zip> ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．１４１ Ｖ１１．１．０、[online]、［平成２８年６月２３日検索］、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.141/36141-b10.zip> ３ＧＰＰ ＴＲ ３６．８４２ Ｖ０．２．０、[online]、［平成２８年６月２３日検索］、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.842/36842-020.zip> "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２６年１０月２０日検索］、インターネット< URL：https://www.metis2020.com/wp-content/uploads/deliverables/METIS_D1.1_v1.pdf> ＥＴＳＩ ＧＳ ＯＲＩ ００２−１ Ｖ４．１．１、[online]、［平成２７年１０月２７日検索］、インターネット<URL：http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/ORI/001_099/00201/04.01.01_60/gs_ori00201v040101p.pdf> ＥＴＳＩ ＧＳ ＯＲＩ ００１ Ｖ４．１．１、[online]、2014年10月、[平成２８年６月２３日]、インターネット<URL：http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/ORI/001_099/001/04.01.01_60/gs_ORI001v040101p.pdf> ＥＴＳＩ ＧＳ ＯＲＩ ００２−２ Ｖ４．１．１、[online]、2014年10月、[平成２８年６月２３日]、インターネット<URL：http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/ORI/001_099/00202/04.01.01_60/gs_ORI00202v040101p.pdf> ３ＧＰＰ ＴＳ３６．２１３ Ｖ１３．０．１、[online]、2016年1月、 [平成２８年６月２３日]、インターネット<URL：http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/36.213/36213-d01.zip>

スループットの向上を目的として、無線装置に複数のアンテナ素子を設けることが考えられている。無線装置は、複数のアンテナ素子毎に異なるデータを送信することで、スループットを向上できる。しかしながら、複数のアンテナ素子毎に送信するデータを、無線制御装置から無線装置へと伝送する場合には、多くの光配線が必要になる。ＬＴＥ−Ａの例では、１００ＭＨｚ帯域幅で１アンテナ素子あたり５Ｇｂｐｓの光配線が１本必要になるので、非特許文献９に記載されている５Ｇの要件で必要となる１０Ｇｂｐｓを実現するために、５００ＭＨｚ帯域幅使用した場合、３２素子のアレーアンテナでは、３２×５＝１６０本の光配線が必要となる。

そこで、本発明は、少ない配線で無線制御装置と接続しつつも、複数のアンテナ素子を用いて通信端末と適切に通信できる無線装置を提供することを目的とする。

無線装置は、無線通信の基地局に設けられ、基地局の無線制御装置からの送信データを複数の通信端末へとビームフォーミングを適用して無線で送信し、無線で受信した複数の通信端末からの受信データを無線制御装置へとビームフォーミングを適用して与える。無線装置は、ビームパラメータ導出部と、ビーム形成部と、Ｎ（Ｎ≧２）個のアンテナ素子とを備える。ビームパラメータ導出部は、ビームフォーミングで用いる送信用のウェイトおよび受信用のウェイトの各々を、送信データおよび受信データに基づいて算出する。ビーム形成部は、送信用のウェイトを用いた重み付けを含む送信処理を送信データに行い、受信用のウェイトを用いた重み付けを含む受信処理を受信データに行う。Ｎ個のアンテナ素子は、送信処理が行われた後の送信データを複数の通信端末へと送信し、複数の通信端末からの受信処理が行われる前の受信データを受信してビーム形成部へ出力する。

無線装置によれば、少ない配線で無線制御装置と接続しつつも、複数のアンテナ素子を用いて通信端末と適切に通信できる。

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に示す通信端末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。 従来の無線装置および無線制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態にかかる無線装置および無線制御装置の構成の一例を概略的に示すブロック図である。 ビーム形成部およびビームパラメータ導出部の内部構成の一例を概略的に示すブロック図である。 送信処理部、受信処理部および導出部の内部構成の一例を概略的に示すブロック図である。 ビームパラメータ導出部の動作の一例を示すフローチャートである。 無線フレームの構成の一例を概略的に示す図である。 ビームの指向性を説明するための図である。 ビームの指向性を説明するための図である。 ビームの指向性を説明するための図である。

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（以下、単に「通信端末」と表記）２０２は、基地局装置（以下「基地局」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。図２の例示では、通信端末２０２は、移動端末装置（以下「移動端末（User Equipment：ＵＥ）」という）である。

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、センサーなどの移動しないデバイスも含んでいる。

通信端末２０２に対する制御プロトコル、例えばＲＲＣ（Radio Resource Control）と、ユーザプレーン、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−ＵＴＲＡＮ２０１は１つあるいは複数の基地局２０３によって構成される。

通信端末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と通信端末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、ｅＮＢ（E-UTRAN NodeB）２０７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、通信端末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、カバレッジ内で通信端末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、通信端末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って図２に示す通信端末２０２として採用される通信端末３００の構成を示すブロック図である。通信端末３００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へ送信信号が送信される。

また、通信端末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。通信端末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３０１〜３０６，３０８，３０９及びアンテナ３０７と接続している。

図４は、本発明に係る基地局であって図２に示す基地局２０３として採用される基地局４００の構成を示すブロック図である。基地局４００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通信端末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通信端末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４０１〜４０７，４０９，４１０及びアンテナ４０８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ＭＭＥ５００の構成を示す。ＰＤＮ ＧＷ通信部５０１は、ＭＭＥ５００とＰＤＮ ＧＷ（Packet data network gateway：不図示）との間のデータの送受信を行う。基地局通信部５０２は、ＭＭＥ部２０４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、ユーザプレーン通信部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、ユーザプレーン通信部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から制御プレーン制御部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から制御プレーン制御部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、ＭＭＥ部２０４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から制御プレーン制御部５０５へ渡される。制御プレーン制御部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、制御プレーン制御部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。

制御プレーン制御部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、制御プレー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つあるいは複数の通信端末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。

ＭＭＥ５００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、ＭＭＥ５００は、待受け状態（Idle State）のモビリティ制御（Mobility control）を行う。ＭＭＥ５００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。ＭＭＥ５００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。ＭＭＥ部２０４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端末の普及によって、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。

図８は、従来の無線・アンテナ部（以下、「無線装置」とも呼ぶ）８０２の構成の一例を概略的に示す図である。この無線装置８０２は、例えば、基地局２０３に属している。

無線・アンテナ部制御部(以下、「無線制御装置」とも呼ぶ)８０１は、非特許文献１１に記載されているＲＥＣ(Radio Equipment Controller)に相当し、無線装置８０２は、非特許文献１１に記載されているＲＥ(Radio Equipment)に相当する。無線制御装置８０１と無線装置８０２とは、例えば光配線などの配線８００を介して相互に接続される。無線制御装置８０１と無線装置８０２とは、互いに隣り合って近くに設置されてもよいし、あるいは、互いに遠く離れて設置されてもよい。

無線装置８０２は配線８００を介して無線制御装置８０１とデータを送受信し、また、無線で通信端末２０２とデータを送受信する。具体的には、無線装置８０２は無線制御装置８０１から送信されたデータを通信端末２０２へと無線で送信し、通信端末２０２から無線で送信されたデータを受信して、受信したデータを無線制御装置８０１へと送信する。

無線装置８０２は、インタフェース部８０３，８０９と、送信機８０４と、送受分離部８０５と、アンテナ素子８０６と、受信機８０８とを備えている。

インタフェース部８０３は、配線８００を介して入力された入力信号にデジタル／アナログ変換などの処理を行った上で、処理後の入力信号から送信データを抜き取り、この送信データを送信機８０４へと出力する。送信機８０４は、送信データを所望の搬送波にアップコンバートし、アップコンバートされた信号を送受分離部８０５へと出力する。送受分離部８０５は、アイソレータまたはサーキュレータなどのユニットを有しており、このユニットを用いて送信データと受信データとを互いに分離する。送受分離部８０５は、送信データをアンテナ素子８０６から放射させる。

アンテナ素子８０６は例えばセクタアンテナである。この場合、セクタの反射板に応じた範囲内において、無制御の指向性の放射が行われる。或いは、例えばアンテナ素子８０６がダイポールアンテナである場合には、オムニ指向性で放射が行われる。

受信と送信とにおいて、同じビームが形成される例を説明する。アンテナ素子８０６は、図８にその指向性が模式的に示されたビーム８０７を受信する。送受分離部８０５は、アンテナ素子８０６で受信した受信データをアイソレータまたはサーキュレータなどのユニットに経由させて、送信データと受信データとを互いに分離し、受信データを受信機８０８に出力する。受信機８０８は受信データをダウンコンバートし、ダウンコンバートされた受信データをインタフェース部８０９へと出力する。インタフェース部８０９は、この受信データに対してアナログ／デジタル変換などの処理を行い、処理後の受信データを、配線８００を介して無線制御装置８０１へ送信する。

以上のように、無線装置８０２がアンテナ素子８０６から１本分のデータを送受信している場合、無線制御装置８０１はアンテナ素子８０６の１本分のデータしか送受信できない。そのため、セクタアンテナまたはオムニ指向性のアンテナのように、アンテナ素子８０６の固有の指向性でデータを送信することしかできなかった。

図９は、本実施の形態にかかる無線・アンテナ部（無線装置）および無線・アンテナ部制御部（無線制御装置）の構成の一例を概略的に示すブロック図である。無線制御装置９０１は、非特許文献１１に記載されているＲＥＣに相当し、無線装置９０２は、非特許文献１１に記載されているＲＥに相当する。無線制御装置９０１および無線装置９０２は例えば光配線などの配線９００を介して相互に接続される。無線制御装置９０１と無線装置９０２とは、互いに隣り合って近くに設置されてもよく、あるいは互いに遠くに離れて設置されてもよい。

無線装置９０２は配線９００を介して無線制御装置９０１とデータを送受信し、また、無線で通信端末２０２とデータを送受信する。この点は無線装置８０２と同様である。一方で、無線装置９０２は、無線装置８０２とは異なって、ビームフォーミングに関する処理を行う。

＜無線装置の概要＞
以下では、まず無線装置９０２の概要を説明し、その後に詳述する。図９に示すように、無線装置９０２は、ビーム形成部９２０と、ビームパラメータ導出部９３０と、Ｎ（Ｎは２以上の自然数）個の送受信処理部９１０−１〜９１０−Ｎと、Ｎ個のアンテナ素子９０６−１〜９０６−Ｎとを備えている。なお、以下では、送受信処理部９１０−１〜９１０−Ｎの各々を、単に送受信処理部９１０と呼ぶことがある。アンテナ素子９０６−１〜９０６−Ｎについても同様である。

ビーム形成部９２０は、無線制御装置９０１からの送信データ、および、通信端末２０２からの受信データに対して、それぞれ、ビームフォーミング処理を行う。ビームフォーミングとは、複数のアンテナ素子９０６から送信される複数の送信データの振幅および位相を、アンテナ素子９０６毎に調整することにより、所望の指向性で送信データを放射する技術をいう。また、このビームフォーミングは、複数のアンテナ素子９０６で受信された複数の受信データの振幅および位相を、アンテナ素子８０６毎に調整し、調整後の複数の受信データを合成することにより、所望の指向性で送信された受信データを適切に受信する技術も含む。

ビームパラメータ導出部９３０は、通信端末２０２からの受信データ、および、無線制御装置９０１からの送信データを、ビーム形成部９２０を介してモニタする。ビームパラメータ導出部９３０は、受信データおよび送信データに基づいて、上記ビームフォーミング処理に必要なビームパラメータを導出し、そのビームパラメータをビーム形成部９２０へと出力する。なお、ここでいうビームパラメータは、ビームフォーミング処理に用いるウェイト（振幅および位相）を含む。このウェイトを送信データに乗算することにより、送信データの振幅および位相を調整することができる。受信データについても同様である。

なおビーム形成部９２０およびビームパラメータ導出部９３０の機能は、ハードウェア回路によって実装されてもよく、あるいは、ソフトウェアによって実装されてもよい。後者の場合、例えば無線装置９０２は、演算処理装置と、記憶媒体とを備えていてもよい。演算処理装置は例えばＣＰＵ(Central processing unit)などの処理装置である。記憶媒体は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ(Read Only Memory)を備えている。この記憶媒体（具体的には例えばＲＯＭ）には、プログラムが記憶されている。また記憶媒体（具体的には例えばＲＡＭ）は演算処理装置に作業領域を提供することができる。演算処理装置は、記憶媒体に格納されたプログラムを読み出し、当該作業領域上で、当該プログラムを実行する。これにより、演算処理部装置が、ビーム形成部９２０およびビームパラメータ導出部９３０の機能を実行することができる。

ビーム形成部９２０には、配線９００を介して無線制御装置９０１から、送信データを含む入力信号が入力される。ビーム形成部９２０はこの入力信号から送信データを分離する。無線制御装置９０１から入力される送信データは、例えば、セクタアンテナへの送信データと同一、すなわち、例えば、アレーアンテナにおける１素子分のデータである。簡単に説明すれば、この送信データはビームフォーミング処理が行われる前のデータである。

次に、ビーム形成部９２０は、ビームパラメータ導出部９３０からの制御にしたがって、送信データにビームフォーミング処理を行って、ビーム形成を行う。このビーム形成の結果として、ビーム形成部９２０はＮ個のアンテナ素子９０６のそれぞれに対応するＮ個の送信データを生成する。ビーム形成部９２０は、これらの送信データをそれぞれ送受信処理部９１０へと出力する。

Ｎ個の送受信処理部９１０はＮ個のアンテナ素子９０６に個別に対応して設けられている。Ｎ個の送受信処理部９１０の各々には、ビーム形成部９２０から、対応するアンテナ素子９０６から放射すべき送信データが入力される。

各送受信処理部９１０は、ＤＡ変換部９１１と、ＡＤ変換部９１５と、送信機９１２と、送受分離部９１３と、受信機９１４とを備えている。ＤＡ変換部９１１には、ビーム形成部９２０からの送信データが入力される。ＤＡ変換部９１１は、この送信データに対してデジタル／アナログ変換を行い、変換後の送信データを送信機９１２へと出力する。

送信機９１２はこのアナログの送信データを、所望の搬送波にアップコンバートし、アップコンバート後の送信データを送受分離部９１３に出力する。送受分離部９１３はアイソレータまたはサーキュレータなどのユニットを有している。送信データはこのユニットを経由して、アンテナ素子９０６によって放射される。

図９の例示では、Ｎ個のアンテナ素子９０６によって、指向性が模式的に示された２本のビーム９０７１，９０７２が形成されている。無線装置９０２が送信データを複数の通信端末２０２へと同時に送信する場合、ビームの数はその通信端末２０２の数（以下、ユーザ数とも呼ぶ）であってもよい。また以下で詳述するように、ビームの数は、必ずしもユーザ数と一致する必要はなく、送り先に応じて決定してもよい。

通信端末２０２と無線装置９０２とが受信データおよび送信データをやり取りするときには、送受において同じビームを形成してもよい。ここでは、主として同じビームが形成される場合について説明する。ビーム９０７２，９０７１が合成された受信データをＮ個のアンテナ素子９０６で受信する。各アンテナ素子９０６で受信された受信データは、対応する送受信処理部９１０の送受分離部９１３に入力される。送受分離部９１３は、アイソレータまたはサーキュレータ等のユニットを用いて、受信データと送信データとを互いに分離し、受信データを受信機９１４に出力する。受信機９１４は受信データをダウンコンバートし、ダウンコンバート後の受信データをＡＤ変換部９１５へと出力する。ＡＤ変換部９１５は、この受信データに対してアナログ／デジタル変換を行い、変換後の受信データをビーム形成部９２０へと送信する。

ビーム形成部９２０は、複数の送受信処理部９１０から入力された複数の受信データにビームフォーミング処理を行って合成する。より具体的には、ビーム形成部９２０は、受信用のウェイトを用いた重み付けを含む受信処理を複数の受信データに行った上で、これらを合成する。受信用のウェイトはビームパラメータ導出部９３０によって算出される。そしてビーム形成部９２０は、合成後の受信データを、配線９００を介して無線制御装置９０１へと送信する。

なお配線９００は例えば光配線であり、ＬＴＥ−Ａの例では、１００ＭＨｚ帯域幅に応じて、５Ｇｂｐｓの光配線で１本（送受）を必要とする。

＜無線装置９０２の詳細＞
図１０および図１１は、ビーム形成部およびビームパラメータ導出部の内部構成の一例を概略的に示すブロック図である。ビーム形成部９２０は、ユーザ分離部９２１と、送信処理部９２２と、受信処理部９２３と、ユーザ多重部９２４とを備えている。ビームパラメータ導出部９３０は複数の導出部９３１を備えている。

＜送信＞
ユーザ分離部９２１には、無線制御装置９０１からの送信データＴＤ１が入力される。ユーザ分離部９２１は、どのリソース（周波数および時間）にどのユーザ（送信先）宛のデータが割り当てられているか、送信データＴＤ１および受信データＲＤ３（後述）を解析して見つけ出す。例えば、後述の導出部９３１に記載のように、通信端末２０２が自分宛てのデータがどのリソースに割り当てられているか見出す方法と同じ手順（３ＧＰＰによって規定されたシーケンス）を使用する。

ユーザ分離部９２１は送信データＴＤ１を、複数の送信データＴＤ２に分離し、複数の送信データＴＤ２を送信処理部９２２へ出力する。後に述べるように、送信処理部９２２はこの複数の送信データＴＤ２の各々に対して、ビームフォーミング処理を行う。なお、図１０では送信データ毎にビームフォーミング処理を行っているが、伝搬路行列を直交させるためにＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）、ＢＤ（Ｂｌｏｃｋ Ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）等を用いて、下りの同時間に送信しているＵＥ（通信端末２０２）間の伝送路がトータルで直交（独立）するようなウェイトを一括で算出する方法としてもよい。

例えばユーザ分離部９２１はユーザ（通信端末２０２）ごとに送信データＴＤ１を分離するが、送信データＴＤ１が、通信方式としてＬＴＥ−Ａで採用されているようなＣＣ(Component Carrier)に分かれて送信されている場合には、ユーザ分離部９２１はユーザ毎に加えて、ＣＣ(Component Carrier)、あるいは、リソースブロック毎に送信データＴＤ１を分離してもよい。伝送される周波数に応じて伝搬環境が異なるため、周波数毎に異なるビームを形成することでさらに伝送容量を上げることができる。

また送信データＴＤ１に制御チャネル（報知チャネル、ページングチャネル、または、セル（あるいはセクタ）内の全チャネル共通制御用のチャネル）が含まれている場合、ユーザ分離部９２１は送信データＴＤ１から制御チャネルを分離してもよい。要するに、ユーザ分離部９２１は、同じ指向性で無線送信すべきデータを一つのグループとして送信データＴＤ１から分離してもよい。例えばユーザ分離部９２１は、全エリアにオムニ指向性で送信される報知チャネル、ページングチャネル、および、共通制御チャネルを、１つのグループとして送信データＴＤ１から分離してもよい。

これにより、グループ（送信データＴＤ２）毎に後述のビームパラメータ（例えばウェイト）を共通にすることができる。したがって、処理量・制御量を削減できる。

あるいは、複数の送信先をいくつかのグループに分け、送信データＴＤ１からそのグループ（送信データＴＤ２）を分離してもよい。これによれば、グループ毎にビームパラメータを共通にすることができる。例えば、無線装置９０２は、各通信端末２０２が自分宛の信号の有無を識別するための情報を、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）で送信する。このＰＤＣＣＨは複数の通信端末２０２に対して共通に送信される。この場合、ＰＤＣＣＨを一つのグループとすることで、１つのビームでＰＤＣＣＨを送信することができる。これによれば、異なるビームでそれぞれの通信端末２０２にＰＤＣＣＨを送信する場合に比べて、ビーム間の干渉を低減でき、通信品質を向上できる。

また、特に、ＮＯＭＡ(Non-Orthogonal Multiple Access)を採用する場合、当該グループをＮＯＭＡにおける直交リソースのセット［周波数、時間または拡散符号等が直交するリソースのセット］とするのが有効である。直交しないリソースを使用するときは、各セットを異なるグループとすることでビーム間の干渉を低減でき、ＮＯＭＡ受信機において非直交成分が少なくなり、通信容量を増加できる。

ところで、無線制御装置９０１と無線装置９０２との間のデータは、例えば非特許文献１０のようにユーザ毎のデータが多重されたＩＱ（In-plane Quadrature）信号であってもよい。あるいは、伝送速度が速くなるにつれて無線制御装置９０１および無線装置９０２は、ＩＱ信号ではなく、より伝送速度が遅くできる誤り訂正による符号化後のデータを送受信してもよい。あるいは、無線制御装置９０１は、アンテナ素子９０６毎に分離する前のデータを伝送する方法等、ユーザ毎に分離されたまま（ユーザデータの多重前）の中間処理状態のデータを伝送してもよい。送信データＴＤ１がＩＱ信号以外であるときには、ユーザ分離部９２１は、すでにデータが分離されているので、無線制御装置９０１と無線装置９０２間でユーザを識別するユーザＩＤを設定し、そのユーザＩＤに基づき分離すればよい。

例えば、あるユーザが２[Mbps]のデータを送信したいとき、従来の無線制御装置８０１と無線装置８０２との間のデータやり取りでは、送りたい送信データによらず無線送信するためのサンプリングレートで伝送速度が決定する。２０[MHz]の帯域幅で送信する場合、３ＧＰＰではサンプリングレートは３０．７２[MHz]となり、Ｉ成分、Ｑ成分が各１５[bit]のときには、３０．７２×１５×２（IQ）＝９８３．０４[Mbps]のデータを無線装置９０２に送信する必要がある。一方、中間処理状態の例として、誤り訂正後のデータを送信する場合、誤り訂正で符号化率１／２の符号化を行い１６ユーザ（１６個の通信端末２０２）へ同時送信しても、２[Mbps]×（１/（１／２[符号化率]）×１６[ユーザ数]＝５６[Mbps]のデータを無線装置８０２に送ればよいことになる。別途、ユーザ毎に変調方式や送信電力を指定するための制御情報がオーバヘッドとして必要になるが、ユーザデータに比べると小さく、ユーザデータの１０[％]にも満たない程度である。

このように送信データＴＤ１がＩＱ信号として多重されておらず、ユーザ毎に分離されたデータである場合、ユーザ分離部９２１は次のように動作すればよい。即ち、ユーザ分離部９２１は、無線制御装置９０１からの上記制御情報にしたがって、送信データＴＤ１からビット抽出（抜取）のみを行うことにより、送信データＴＤ１を複数の送信データＴＤ２に分離する。この場合、ユーザ分離のためのＦＦＴ(Fast Fourier Transform)は不要となり、ＦＦＴ処理は実行されない。送信データＴＤ１がＩＱ信号として多重されている信号である場合、ユーザ分離部９２１は、例えばＣＣ(Component Carrier)単位に、送信データＴＤ１に対してＦＦＴを行う。ＯＦＤＭシンボルのどのビットがユーザ、制御チャネルおよび制御グループに対応しているかは、後述のビームパラメータ導出部９３０（具体的には後述のシーケンサ３０）によって通知される。シーケンサ３０は、無線制御装置９０１と通信端末２０２との間の通信をモニタすることで、ユーザ、制御チャネルおよび制御グループの識別信号を生成する。このように通信をモニタして識別信号を生成する処理シーケンスは、例えば３ＧＰＰによって規定されたシーケンスを利用することができる。

送信処理部９２２は、複数の送信形成部９２５と、複数のユーザ多重部９２６とを備えている。複数の送信形成部９２５には、それぞれ個別に送信データＴＤ２が入力される。つまり、例えば、第１のユーザに対して送信される情報を有する第１の送信データＴＤ２が第１の送信形成部９２５に入力され、第２のユーザに対して送信される情報を有する第２の送信データＴＤ２が第２の送信形成部９２５に入力される。以下、同様である。

送信形成部９２５の各々は、入力された送信データＴＤ２に対して、ビームフォーミング用の送信重み付けを含む送信処理を行って、Ｎ個の（送信処理が行われた後の）送信データＴＤ３を生成する。具体的には、送信データＴＤ２と、第ｉ（ｉは１からＮまでの自然数）の送信用のウェイトＷｉを乗算することで、第ｉの送信データＴＤ３（＝Ｗｉ・ＴＤ２）を生成する。この送信用のウェイトＷｉの個数はアンテナ素子９０６の個数と同じであり、ウェイトＷｉはビームパラメータ導出部９３０によって算出される。つまり、ビームパラメータ導出部９３０は、複数の送信データＴＤ２の各々につき、Ｎ個の送信用のウェイトＷｉを算出する。

表１は、送信データＴＤ２と送信データＴＤ３とを示す表である。

表１においては、複数の送信データＴＤ２として、送信データＴＤ２[１]〜ＴＤ２［Ｍ］が示されており、第ｊの送信データＴＤ２［ｊ］に対するＮ個のウェイトＷｉの各々として、ウェイトＷｉｊが示されており、送信データＴＤ２［ｊ］とウェイトＷｉｊとの積（＝Ｗｉｊ・ＴＤ２［ｊ］）たる送信データＴＤ３として、送信データＴＤ３［ｉ，ｊ］が示されている。

表１に示されるように、第ｊの送信データＴＤ２に基づいて、Ｎ個の送信データＴＤ３［１，ｊ］〜ＴＤ３［Ｎ，ｊ］が生成される。

表１では、対応するアンテナ素子９０６も示されている。例えば、アンテナ素子９０６−１に対応した送信用のウェイトＷ１１〜Ｗ１Ｍを用いて生成される一組の送信データＴＤ３［１，１］〜ＴＤ３［１，Ｍ］は、アンテナ素子９０６−１に対応する。またアンテナ素子９０６−２に対応した送信用のウェイトＷ２１〜Ｗ２Ｍを用いて生成される一組の送信データＴＤ３［２，１］〜ＴＤ３［２，Ｍ］は、アンテナ素子９０６−２に対応する。以下、同様である。つまり、Ｎ個のアンテナ素子９０６にＮ組の送信データＴＤ３が個別に対応することになる。

また一組の送信データＴＤ３［１，１］〜ＴＤ３［１，Ｍ］は、それぞれ送信データＴＤ２［１］〜ＴＤ２［Ｍ］に基づいて生成されるので、一組の送信データＴＤ３［１，１］〜ＴＤ３［１，Ｍ］はそれぞれ送信データＴＤ２［１］〜ＴＤ２［Ｍ］に対応するデータである、とも説明できる。同様に、一組の送信データＴＤ３［２，１］〜ＴＤ３［２，Ｍ］も送信データＴＤ２［１］〜ＴＤ２［Ｍ］に対応するデータである。以下、同様である。

なお、送信形成部９２５は、複数種のウェイトを乗算してもよい。つまり、表１の各要素の「Ｗｉｊ・ＴＤ２」に対して、更にウェイトＷｉｊ’を乗算してもよい。例えば、ウェイトＷｉｊは、後述する選択用のＩＤに基づくウェイトであってもよく、ウェイトＷｉｊ’は、後述のように、どこにヌルを向けるのかを決めるウェイトであってもよい。

送信形成部９２５の各々は、上記Ｎ組の送信データＴＤ３をそれぞれＮ個のユーザ多重部９２６へと送信する。Ｎ個のユーザ多重部９２６はＮ個のアンテナ素子９０６に個別に対応して設けられている。各ユーザ多重部９２６は、同じアンテナ素子９０６に対応した送信データＴＤ３を、複数の送信形成部９２５から一つずつ受け取る。例えば第１のユーザ多重部９２６は、送信データＴＤ３［１，１］〜ＴＤ［１，Ｍ］を受け取る。よって、ユーザ多重部９２６の各々は、ユーザ分離部９２１から出力された送信データＴＤ２と同じ数（Ｍ個）の送信データＴＤ３を受け取る。

ユーザ多重部９２６の各々は、受け取った送信データＴＤ３を多重して、送信データＴＤ４を生成する。ユーザ多重部９２６の各々はこの送信データＴＤ４を、対応するＤＡ変換部９１１を介して、対応する送信機９１２へと出力する。つまり、Ｎ個のユーザ多重部９２６からＮ個の送信機９１２へと一対一で送信データＴＤ４が送信される。送信機９１２は、対応するアンテナ素子９０６から送信データＴＤ４を放射させる。

以上のように、ビーム形成部９２０は、ユーザ分離部９２１において分離したグループ毎に指向性を制御することができる。したがって、各グループに適したビームで、当該グループを送信できる。

次に図１１を参照して、送信形成部９２５及び導出部９３１の具体的な内部構成の一例について説明する。複数の送信形成部９２５（図１０も参照）の各々は、第１ビーム形成部１１と、選択用ビーム形成部１２と、Ｎ個の多重部１３と、Ｎ個のＩＦＦＴ部１４と、Ｎ個のＣＣ合成部１５とを備えている。なお、図１１の例示では、ユーザ分離部９２１によって生成された複数の送信データＴＤ２のうち、一つの送信データＴＤ２に関する機能部が示されている。

複数の導出部９３１（図１０も参照）の各々は、シーケンサ３０と、ＳＳ検出部３１と、報知受信部３２と、制御ＣＨ検出部３３と、制御ＣＨ解析部３４と、ビーム形成パラメータ導出部３５と、ＲＥマッピング部３６と、ビーム選択部３７とを備えている。

第１ビーム形成部１１には、ユーザ分離部９２１からの送信データＴＤ２が入力される。また第１ビーム形成部１１には、ビーム形成パラメータ導出部３５から指定される送信用のウェイト（位相、振幅）が入力される。この送信用のウェイトは、アンテナ素子９０６の個数（Ｎ個）分のウェイトである。

導出部９３１には、ユーザ分離部９２１から送信データＴＤ２が入力される。例えば、導出部９３１（具体的には、例えばＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａの仕様においては、ＳＳ検出部３１（ＳＳ検出部３１においてフレームタイミングを把握できるとＳＳに対する固定的に規定されているリソースに報知チャネル（ＰＢＣＨ）が割り付けられる））が、この送信データＴＤ２が報知チャネルのデータであると判断した場合、ビーム形成パラメータ導出部３５は、無制御の指向性（例えばオムニ指向性）を実現するための送信用のウェイトを生成してもよい。具体的には、ビーム形成パラメータ導出部３５は、一つのアンテナ素子９０６に対応する送信用のウェイトを所定値とし、他のアンテナ素子９０６に対応する送信用のウェイトを零とする。これにより、当該一つのアンテナ素子９０６を用いて送信データＴＤ４が送信される。またその際には、ビーム形成パラメータ導出部３５は、ビームのアンテナ利得が不足しないような送信用のウェイトを算出することが望ましい。例えば、一つのアンテナ素子９０６から送信される電波の振幅値にアンテナ素子９０６の総数を乗算した値（１素子あたりの送信電力とアンテナ利得との積を一定にするため）が、当該一つのアンテナ素子９０６についての振幅値となるように、ウェイトを算出してもよい。

また例えば、送信データＴＤ２がＰＤＳＣＨ(Physical Downlink Shared Channel)を経由して送信されるデータである場合には、ビーム形成パラメータ導出部３５は次のように送信用のウェイトを算出してもよい。即ち、ビーム形成パラメータ導出部３５は、その送信データＴＤ２の送信先（通信端末２０２）からの過去の受信データに基づいて、ＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)が高くなる指向性を予め算出しておき、その指向性を実現するための送信用のウェイトを算出する。受信データの受信については後に詳述する。

また、ビーム形成パラメータ導出部３５は、送信データの送信先の各々と無線装置９０２との間で採用される伝送路が互いに直交（独立）するように、送信用のウェイトを算出してもよい。

第１ビーム形成部１１は、入力されたＮ個の送信用のウェイトの各々を送信データＴＤ２に乗算し、その結果をＮ個の多重部１３へと出力する。

選択用ビーム形成部１２は、通信端末２０２（図９も参照）とのＣＮＲ(Carrier to Noise Ratio)、ＳＮＲ、あるいは、ＳＩＮＲ(Signal to Interference and Noise Ratio)が高くなるビームを選択するための、選択用ビームを形成する機能部である。通信端末２０２が選択するための既知系列の信号を、無線装置９０２が予め当該選択用ビームで送信する（上りの場合は、通信端末２０２が既知系列の信号を、無制御の指向性で送信する）。ここでいう既知系列の信号は、基地局の受信アンテナで受信するビーム毎に伝送路を推定するために用いられる。つまり、選択用ビーム形成部１２は、予め設定された信号に対して、選択用ビームのウェイトを乗算する。

ビームの選択候補は、アンテナ素子９０６の配置および数と、通信端末２０２のアンテナ素子の配置および数とを考慮し、導出部９３１のビーム形成パラメータ導出部３５で決定される。なお、導出部９３１は、周辺の基地局のアンテナ素子の配置および数をも考慮して、選択候補を決定してもよい。例えば、制御チャネルのような送信データに対しては、アンテナ利得が最大〜最大−３ｄＢになるエリアが全エリアになり、もれなくエリアをカバレッジできるように、選択候補を決定してもよい。具体的な動作は、後述のステップＳＴ７に記載する。この場合、カバレッジが広くなる分、無線装置９０２は送信周波数を減らし振幅の大きな信号を送信するとよい。

選択用ビーム形成部１２は、選択候補と、その指向性を示すウェイトとを、ビームパラメータ導出部９３０から受け取り、当該ウェイトで当該選択候補を重みづけて、ビーム形成を行い、無線装置９０２がこれを送信する。重みづけられた信号が既知系列の信号である。

送信先の通信端末２０２は、選択候補の中から選択したビームのＩＤ(Identification)をＰＵＣＣＨで無線装置９０２へ送信してもよいし、ＲＲＣで通知してもよい。ＰＵＣＣＨを用いた場合は、ビーム選択速度を速くできるため、通信端末２０２の移動に対して有効である。ＲＲＣで行う場合は、誤り訂正・再送制御等品質が良好な回線で、ＩＤを通知できるため、少ない誤動作で通信が可能となる。無線装置９０２において、第１ビーム形成部２３から受信した信号が制御ＣＨ検出部３３に入力され、ＰＵＣＣＨを検出後、制御ＣＨ解析部３４がビームのＩＤを解析し、ビーム形成パラメータ導出部３５がこのＩＤに基づいて第１ビーム形成部１１にビームウェイトを通知する。なお、ビーム形成パラメータ導出部３５から選択用ビーム形成部１２へと入力されている信号と同じものを、第１ビーム形成部１１，２３に繋げてもよい。この信号は、どんな選択用ビームを選んだか（各アンテナ素子に乗算するウェイト）を指定する信号として機能し得る。

多重部１３は、Ｎ個のアンテナ素子９０６に個別に対応してＮ個設けられている。選択用ビーム形成部１２はＮ個のアンテナ素子毎に、既知系列をウェイト乗算した信号を一対一で対応させて多重部１３へと出力する。多重部１３は第１ビーム形成部１１からの出力（送信データＴＤ２と送信用のウェイトとの積）と、選択用ビーム形成部１２からの出力とを多重して（例えば、既知系列はＣＤＭ拡散した信号で主信号の妨げにならない振幅の信号にして加算、あるいは、ビーム形成パラメータ導出部３５では、制御ＣＨ解析部３４で、主信号で送信していない時間、周波数を検出し、その結果に基づき選択用ビームの既知系列を送信する。）、送信データＴＤ３を生成する。つまり、多重部１３は、あるアンテナ素子９０６に対応した第１ビーム形成部１１の出力と、そのアンテナ素子９０６に対応した選択用ビーム形成部１２の出力とを多重する。多重部１３は、この送信データＴＤ３を、対応するＩＦＦＴ部１４へと出力する。Ｎ個のＩＦＦＴ部１４も、Ｎ個のアンテナ素子９０６に個別に対応して設けられている。これにより、無線制御装置９０１からの送信データとともに、無線装置９０２における送信データ（つまり既知系列）を、通信端末２０２へと送信することができる。

ＩＦＦＴ部１４は、入力された送信データＴＤ３に対してＩＦＦＴ（Inverse fast Fourier transform：逆（高速）フーリエ変換）を行って、送信データＴＤ３を再度時間領域のデータに変換する。ＩＦＦＴ部１４は、その変換後の送信データＴＤ３を、対応するＣＣ合成部１５へと出力する。Ｎ個のＣＣ合成部１５も、Ｎ個のアンテナ素子９０６に個別に対応して設けられている。

ＣＣ合成部１５は、複数のＣＣに分割されている送信データＴＤ３を加算（センター周波数へのオフセット付与、および、必要に応じてＬＰＦ（Low pass filter）による不要波除去も含む）する。そしてＣＣ合成部１５は、加算後の送信データＴＤ３を、ユーザ多重部９２６へと出力する（図１０も参照）。以下では、複数のＣＣに分割されている送信データＴＤ３を加算する処理を、ＣＣの合成とも呼ぶ。

このＣＣの合成は、送信機９１２によってアナログで行われてもよい。これによれば、ＣＣの合成を行うまでの回路を狭帯域回路で構成できる。したがって、コストの低い部品を使用することができる。一方で、上述のようにＣＣ合成部１５がデジタルでＣＣの合成を行う場合には、周波数特性なしで広帯域の合成ができる。

図１０も参照して、Ｎ個のユーザ多重部９２６の各々には、複数の送信形成部９２５のそれぞれから一つの送信データＴＤ３が入力される。ユーザ多重部９２６の各々は、複数の送信データＴＤ３を多重して、送信データＴＤ４を生成し、この送信データＴＤ４を、対応するＤＡ変換部９１１へ出力する。

ＤＡ変換部９１１は送信データＴＤ４に対してデジタル／アナログ変換を行い、変換後の送信データＴＤ４を、対応する送信機９１２へ出力する。送信機９１２は、送信データＴＤ４を搬送波にアップコンバートして、これを、対応するアンテナ素子９０６へと出力する。これにより、Ｎ個のアンテナ素子９０６から、所望の指向性で送信データＴＤ４が放射される。

以上のように、本ビーム形成部９２０によれば、ユーザ分離部９２１が一旦、送信データＴＤ１を複数の送信データＴＤ２に分離し、送信処理部９２２がこれらの複数の送信データＴＤ２に対してそれぞれに適した送信処理を行い、処理後の複数の送信データＴＤ３を多重して、送信データＴＤ４を生成している。これにより、複数の送信データＴＤ２のそれぞれに対して適切なビームフォーミングを行うことができる。ひいては、アンテナ利得の向上、干渉低減によってＳＮＲを改善でき、スループット向上を図ることができる。

しかも、本ビーム形成部９２０によれば、無線制御装置９０１は無線制御装置８０１と同じ送信データを無線装置９０２へと送信してもよい。したがって、配線９００を配線８００よりも増やす必要がない。言い換えれば、無線装置９０２は少ない配線９００で無線制御装置９０１と接続しつつも、複数のアンテナ素子９０６を用いて通信端末２０２へと適切に信号を送信することができる。

なお、本実施の形態は、デジタルベースバンドでも、デジタルＩＦ(Intermediate Frequency)でも、デジタルＲＦ(Radio Frequency)にも適用可能である。

＜受信＞
Ｎ個の受信機９１４の各々には、対応するアンテナ素子９０６から受信データＲＤ１が入力される（図１０も参照）。この受信データＲＤ１には、その送信元である通信端末２０２の情報が含まれている。受信機９１４は受信データＲＤ１をダウンコンバートし、処理後の受信データＲＤ１を、対応するＡＤ変換部９１５へと出力する。ＡＤ変換部９１５は受信データＲＤ１に対してアナログ／デジタル変換を行い、変換後の受信データＲＤ１をビーム形成部９２０の受信処理部９２３へ出力する。つまり、ビーム形成部９２０の受信処理部９２３には、Ｎ個の受信データＲＤ１が入力される。

受信処理部９２３は、Ｎ個の信号複製部９２８と、複数の受信形成部９２９とを含んでいる。Ｎ個の信号複製部９２８は、Ｎ個のアンテナ素子９０６に個別に対応して設けられている。この信号複製部９２８の各々には、対応するＡＤ変換部９１５から受信データＲＤ１が入力される。信号複製部９２８の各々は、入力された受信データＲＤ１を複製して、複数の受信形成部９２９へと出力する。よって、受信形成部９２９の各々には、Ｎ個のアンテナ素子９０６を介して受信されるＮ個の受信データＲＤ２が入力される。

受信形成部９２９は、Ｎ個の受信データＲＤ２に対して、ビームフォーミング用の受信重み付けを含む受信処理を行って、受信データＲＤ３を生成し、この受信データＲＤ３をユーザ多重部９２４へと出力する。

図１１を参照して、例えば、受信形成部９２９は、Ｎ個のＣＣ分離部２１と、Ｎ個のＦＦＴ／ＩＤＦＴ部２２と、第１ビーム形成部２３と、第２ビーム形成部２４と、選択用ビーム形成部２５とを備えている。

Ｎ個のＣＣ分離部２１はＮ個のアンテナ素子９０６に個別に対応して設けられている。Ｎ個のＦＦＴ／ＩＤＦＴ部２２も、Ｎ個のアンテナ素子９０６に個別に対応して設けられている。ＣＣ分離部２１には、対応するアンテナ素子９０６を経由した受信データＲＤ２が入力される。ＣＣ分離部２１の各々は受信データＲＤ２をＣＣ毎に分離（具体的には例えばＣＣのセンターを０にし、隣接ＣＣをＬＰＦで除去）して、処理後の受信データＲＤ２を、対応するＦＦＴ／ＩＤＦＴ部２２へ出力する。

ＦＦＴ／ＩＤＦＴ部２２の各々は、入力された受信データＲＤ２を、周波数領域のデータに変換する。３ＧＰＰのようにＳＣ−ＦＤＭＡ(Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access)という変調方式が採用されている場合は、ＦＦＴ／ＩＤＦＴ部２２はＦＦＴ(Fast Fourier Transform)の後にＩＤＦＴ(Inverse Discrete Fourier Transform)を行う。なお、受信データＲＤ２を復調してシンボルデータを抽出できる限り、変調方式は他のどのような方式でも構わない。

通常、特にＴＤＤ(Time Division Duplex)を採用する場合、上りの伝送路（送信データが経由する伝送路）と下りの伝送路（受信データが経由する伝送路）とが互いに類似、あるいは、同一である。本実施の形態では、上りの伝送路と下りの伝送路が同一である場合を例にとって、第１ビーム形成部２３を説明する。ただし、ＦＤＤ(Frequency Division Duplex)が用いられていることを検知したり、あるいは、通信端末２０２または無線装置９０２が送受別のアンテナ素子を用いてデータを送信していることを検知した場合には、第１ビーム形成部２３は、送信と受信とで異なるビームを形成するビームフォーミング処理を実行してもよい。このようなビームフォーミング処理としては公知な手法を採用すればよい。例えば、通信端末２０２および無線装置９０２の一方が他方へ信号を送信し、他方がこの信号に基づいて伝送路を推定し、その推定結果を当該一方へと送信し、当該一方がこの推定結果に基づいてビームを決定してもよい。

以下では、上述のとおり、上りの伝送路と下りの伝送路が互いに同一であると仮定する。通信端末２０２は、既知系列の信号を無線装置９０２へ送信する。

無線装置９０２が受信データを受信するための、第１ビーム形成部２３でのビームフォーミング用のウェイトは、ビーム形成パラメータ導出部３５によって生成される。この受信用のウェイトを計算するための必要情報としては、例えば、選択用ビームの中で、通信端末２０２が送信する上記既知系列の信号を無線装置９０２で受信したときのＣＮＲが最も高くなるビームそのものを形成するウェイトを採用してもよい。なお送信と受信とで同一ビームを採用する場合には、選択用ビームは、選択用ビーム形成部１２の選択用ビームと同一である。あるいは、通信端末２０２に送信する選択候補の中でＣＮＲが最も高くなるビームを採用したときに発生するビーム間の干渉を、ＺＦ(Zero Forcing)、ＭＭＳＥ(Minimum Mean Squared Error)またはＢＤ(Block Diagonalization)等で除去することを条件として導出されるウェイトを採用してもよい。

第１ビーム形成部２３は、Ｎ個の受信データＲＤ２に対して、送信重み付けに対する逆演算となる受信重み付けを、受信用のウェイトを用いて行って、受信処理が行われた後の受信データＲＤ３を生成する。具体的には、受信処理が行われる前の、Ｎ個の受信データＲＤ２にＮ個の受信用ウェイトＷｋを乗算し、その結果（＝ＲＤ２・Ｗｋ）を互いに加算して、受信データＲＤ３を生成する。そして、第１ビーム形成部２３は受信データＲＤ３をユーザ多重部９２４へ出力する。

ユーザ多重部９２４には、複数の受信処理部９２３から複数の受信データＲＤ３が入力される（図１０）。ユーザ多重部９２４は、複数の受信データＲＤ３を多重して（加えて）受信データＲＤ４を生成し、この受信データＲＤ４を無線制御装置９０１へと送信する。

例えば無線制御装置９０１と無線装置９０２との間のインタフェースにおいて、受信データＲＤ４がＩＱ信号として多重されていない信号（レイヤＬ１の中間処理状態のデータ）である場合には、ユーザ多重部９２４は、このインタフェースの規定（フォーマット）にしたがって、ビット組立のみを行う。この場合、ＤＦＴ／ＩＦＦＴは不要となり、この処理は実行されない。受信データＲＤ４がＩＱ信号として多重されている信号である場合には、ユーザ多重部９２４は、例えばＣＣ単位に、ＤＦＴ／ＩＦＦＴを行う。ＯＦＤＭシンボルのどのビットがユーザ、制御チャネルまたは制御グループに対応しているかは、導出部９３１のシーケンサ３０の指示に従う。

上述のように、通常、特にＴＤＤ（Time Division Duplex）を採用する場合、上りの伝送路と下りの伝送路とが互いに類似、あるいは、互いに同一である。よって、選択用ビーム形成部２５も、第１ビーム形成部２３と同様に、送受で同一であってもよい。もちろん、ＦＤＤ(Frequency Division Duplex)が用いられていることを検知したり、あるいは、通信端末２０２または無線装置９０２が送受別のアンテナ素子を用いてデータを送信していることを検知した場合には、選択用ビーム形成部２５は、送信と受信とで別々のビームフォーミング処理を実行してもよい。

選択用ビーム形成部２５には、ＦＦＴ／ＩＤＦＴ部２２から受信データＲＤ２が入力される。選択用ビーム形成部２５は、受信データＲＤ２に対してビームフォーミング処理を行う。この受信データＲＤ２に、ビームのＩＤまたはウェイトを指定する行列が含まれている場合、選択用ビーム形成部２５はこれを復調し、ビーム選択部３７へと出力する。ビーム選択部３７は、シーケンサ３０を介して、ビーム形成パラメータ導出部３５へ指示を出力する。例えば、ビーム選択部３７はビームのＩＤまたはウェイトを指定する行列を、シーケンサ３０を介して、ビーム形成パラメータ導出部３５へと出力する。ビーム形成パラメータ導出部３５は、ユーザのＩＤまたは行列に基づいて、送信用のウェイトおよび受信用のウェイトを導出する。

第２ビーム形成部２４は、ＰＲＡＣＨを専用に待ち受けるためのビームフォーミング処理（ビーム形成）と、そのデータの復調とを行う。ビームフォーミングで用いるウェイトは、ビーム形成パラメータ導出部３５から与えられる。例えばビーム形成パラメータ導出部３５はオムニ指向性を示すウェイトを第２ビーム形成部２４へと出力する。

ＰＲＡＣＨを受信するためのパラメータは、報知受信部３２により復号したＭＩＢ(Master Information Block)、ＳＩＢ(System Information Block)１およびＳＩＢ(System Information Block)２の情報を使用して、無線制御装置９０１が待ち受けているＲＡＣＨ(Random Access Channel)を知り、設定される。ここでいうパラメータとは、無線装置９０２がＰＲＡＣＨを受信可能なタイミング、周波数、拡散符号などのリソースを意味する。

第２ビーム形成部２４の出力データはＲＥマッピング部３６に入力される。ＲＥマッピング部３６は、シーケンサ３０から入力されたＭＩＢ、ＳＩＢ１およびＳＩＢ２からマッピング情報を抽出し、当該リソースのＳＮＲ測定により、通信端末２０２がＰＲＡＣＨのプリアンブルを送信したかどうかを判別する。ＲＥマッピング部３６は、その判別結果をシーケンサ３０へ出力する。

また、送信データＴＤ２としてユーザデータがいつ送信されたかを知るために、制御ＣＨ検出部３３は、ＲＲＣで通知されるＰＲＡＣＨ完了を示す信号、または、ＰＤＣＣＨを、無線制御装置９０１から受信する。

制御ＣＨ検出部３３が送信データＴＤ２からＰＤＣＣＨを検出したときには、制御ＣＨ解析部３４はこのＰＤＣＣＨを解析し、その解析結果から次の送信タイミングでどのユーザのデータが送信されるかを知ることができる。この結果を、シーケンサ３０を介してビーム形成パラメータ導出部３５へと出力する。ビーム形成パラメータ導出部３５は送信用のウェイトおよび受信用のウェイトを計算する。ビーム形成パラメータ導出部３５は、例えば、上記結果およびビーム選択部３７からの指示（ビームのＩＤまたはウェイトを指定する行列）に基づいて、ウェイトを導出する。

ビーム形成パラメータ導出部３５は、前回に導出したウェイトと、今回に導出したウェイトとが大きく相違すると判断した場合には、ウェイトを時間に対して緩やかに変更する処理（例えばＲＡＭＰ処理：特許文献２参照）を実行してもよい。

第１ビーム形成部１１は、ＰＤＣＣＨとＰＤＳＣＨとの間の時間的なずれに合わせてウェイトを計算する期間での送信データを蓄積し、送信データと送信用のウェイトのタイミングを合わせる。第１ビーム形成部２３も、同様にして、受信データと受信用のウェイトのタイミングを合わせる。

図１２は、ビームパラメータ導出部９３０の動作の一例を示すフローチャートである。図１２を用いて、送信用のウェイトの算出について、ビームパラメータ導出部９３０の動作の一例を説明する。

＜ＳＴ１ スロット同期＞
まずステップＳＴ１にて、シーケンサ３０は、無線制御装置９０１とクロック同期を確立する。例えばＣＰＲＩ(Common Public Radio Interface)を利用する場合、公知のようにデータからクロックを再生することができる。これにより、ＯＲＩ（非特許文献１２参照）等に定義されているＬＯＳ(Loss of Signal)およびＬＯＦ(Loss of Frame)がなくなる。

図１３は、無線フレームの構成の一例を概略的に示している。図１３の例示では１フレームの長さ（時間）は１０[ｍｓ]であり、この１フレームは１０個のサブフレームによって構成されている。各サブフレームの長さ（時間）は１[ｍｓ]である。各サブフレームは２のスロットによって構成されている。各スロットの長さ（時間）は０．５[ｍｓ]である。各スロットは７つのＯＦＤＭシンボルによって構成されている。各シンボルの長さ（時間）は互いに等しい。

図１３の例示では、１番目のサブフレームおよび６番目のサブフレームの各々に、Ｐ−ＳＳ(Primary Synchronization Signal)およびＳ−ＳＳ(Secondary Synchronization Signal)が配置されている。具体的には、１番目のサブフレームおよび６番目のサブフレームの各々において、最初のスロットの６番目のシンボルにＳ−ＳＳが配置され、その次のシンボルにＰ−ＳＳが配置される。

ＳＳ検出部３１は、送信データＴＤ２とＰ−ＳＳにＩＦＦＴを行ったパターンとで、相関をとる。この際、最大の相関値を与えるＰ−ＳＳは振幅を調整すると、理想的には、送信データＴＤ２と同一となる。無線送信前の送信データＴＤ２は、無線送信による劣化が生じない理想的なデジタル信号であることから、同一にならない差分は、無線制御装置９０１におけるＩＦＦＴ等の前処理における量子化誤差と考えられる。したがって、この差分が、無線制御装置９０１で生成される量子化誤差の範囲内に入るまで同期確認（後方保護）をするのが有効である。

あるいは、ＯＲＩ（非特許文献１２参照）の１０ｍｓフレームに対する、送信データ（ＰＳＳ，ＳＳＳ）の相対位相（時間差）を、予め無線装置９０２と無線制御装置９０１との間で規定しおくと、Ｐ−ＳＳ、Ｓ−ＳＳ同期をとることが不要となり、簡易に同期を確立できる。

上記では、ＬＴＥまたはＬＴＥ−ＡのＰ−ＳＳの例で同期する方法を説明したが、Ｐ−ＳＳ以外でも、通信端末２０２が初期補足でスロット同期／フレーム同期する手順と同じ手順を用いることで、無線装置９０２において、無線制御装置９０１からの情報なしでスロット同期／フレーム同期を確立することができる。

たとえば、無線ＬＡＮで使用されるIEEE802.11準拠の通信方式を採用する場合、シーケンサ３０は送信データのプリアンブルを検出することで送信データのフレーム同期を図る。

＜ＳＴ２ フレーム同期＞
次にステップＳＴ２にて、ビームパラメータ導出部９３０は、ＬＴＥまたはＬＴＥ−Ａにおける通信端末２０２が行うように、Ｐ−ＳＳによるスロット同期を確立した後に、Ｓ−ＳＳによるフレーム同期を行う。これにより、無線装置９０２においてデータの初期捕捉が早くできる。

＜ＳＴ３ 報知チャネル抽出・解析＞
次にステップＳＴ３にて、報知受信部３２は、送信データＴＤ２からＭＩＢ、ＳＩＢ１およびＳＩＢ２を抽出し、メッセージの解析を行う。ＭＩＢから帯域幅および４０ｍｓフレームの検出ができ、ＳＩＢ１からＣｅｌｌ−ＩＤが、ＳＩＢ２からランダムアクセスチャネル設定関連の詳細なパラメータが、それぞれ抽出される。

＜ＳＴ４ ランダムアクセスチャネル待受け＞
次にステップＳ４にて、報知受信部３２は、ステップＳＴ３において解析して得られた上記パラメータ（待受けタイミング、周波数およびプリアンブル種別）を、シーケンサ３０を経由して、ＲＥマッピング部３６のプリアンブル検出部３８へ出力する。プリアンブル検出部３８は、この待受けタイミングおよび周波数などのＲＥ(Resource Element)のマッピング情報に基づいて、プリアンブル種別ごとに受信データ（第２ビーム形成部２４の出力）のＳＮＲを測定し、その結果をシーケンサ３０に伝える。シーケンサ３０は、十分大きなＳＮＲを検出したときにプリアンブルを検出したと判断するのが望ましい。

ところで、無線制御装置９０１は無線装置９０２から受信した受信データＲＤ４に基づいて、上記と同じ方法でプリアンブルを検出する。よって、無線装置９０２のシーケンサ３０がプリアンブルを検出できたときには、無線制御装置９０１においてもプリアンブルを検出することになる。そして、無線制御装置９０１は、プリアンブルを検出したことを通信端末２０２に伝えるために、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号を送信データＴＤ１に含めて無線装置９０２へと送信する。

無線装置９０２のシーケンサ３０は、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号を伝送するための信号（ＤＣＩ(Downlink Control Information)相当）を、送信データＴＤ２から制御ＣＨ検出部３３が検出し、制御ＣＨ解析部３４がこれを解析するまで、通信端末２０２からのランダムアクセスの候補の信号を蓄積しておくのも有効である。蓄積しておいた信号はＡＣＫ信号を検出・解析したときに送信ビーム選択に使用できるので、後述するステップＳＴ６のユーザデータを待たずに指向性ビーム制御が可能になる。これは、通信容量が少ない通信端末２０２が多く存在する場合には、送信フレーム数が少ないので、有効である。なお、蓄積しておいた信号に基づく送信ビーム選択の方法としては、後述のステップＳＴ６で説明する方法を採用すればよい。

＜ＳＴ５ データチャネル待受け＞
次にステップＳＴ５にて、シーケンサ３０は、ステップＳＴ４の結果（プリアンプル検出）を受けて、ＰＤＳＣＨ／ＰＵＳＣＨのリンクが確立したことを検出するために、制御ＣＨ検出部３３および制御ＣＨ解析部３４に制御チャネルの検出および解析を行わせる指示を行う。チャネルの設定情報は、ランダムアクセスチャネルと同様に、報知情報（ＳＩＢ２）からの情報を使用する。

なお、ビームパラメータ導出部９３０はランダムアクセスを受信しなくてよい。すなわち、シーケンサ３０はステップＳＴ４を実行せずに、ステップＳＴ５を実行してもよい。ステップＳＴ４を実行しない場合には、ランダムアクセスの受信に関する第２ビーム形成部２４およびＲＥマッピング部３６を除去することができる。

また、ＰＤＣＣＨで送信されるＤＣＩは、ＳＮＲだけでなく、ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)をも備えているので、このＤＣＩをＣＲＣがＯＫであるかＮＧであるかを以って検出するのも有効である。これにより、検出誤りを低減できる。

また、ＬＴＥまたはＬＴＥ−Ａと同様に、ＤＣＩと同時に送信する周波数方向に配置されるＯＦＤＭシンボルに、規定信号(NullまたはReference Signal等）のみがマッピングされていれば、ＤＣＩ以外のデータの影響がなくなるので、検出誤差を小さくすることができる。あるいは、同周波数方向にＤＣＩと多重されている、振幅が大きな信号が存在する場合には、制御ＣＨ検出部３３はその信号を例えばフィルタなどで除去し、除去後の信号を使ってＤＣＩの検出を行ってもよい。これによっても、検出誤りを低減できる。

制御ＣＨ検出部３３および制御ＣＨ解析部３４は、ＰＵＣＣＨおよびＵＣＩ(Uplink Control Information)を、ＳＮＲが基準値よりも高いときに検出・解析する。ＳＮＲが基準値よりも大きいことを抽出して、上りと下りのペアリングが確実にできることが望ましい。

また、シーケンサ３０は、ＲＲＣメッセージから各種の受信データ（例えば各チャネル）用に設定されたタイマ時間を超えて、そのチャネルを検出できないときには、そのチャネルの検出に要する処理リソース（例えば無線リソースやメモリなど）を解放してもよい。これは処理リソースの有効利用という観点で望ましい。

＜ＳＴ６ ユーザデータ抽出＞
次にステップＳＴ６にて、ステップＳＴ５のＤＣＩおよびＵＣＩの解析結果（制御ＣＨ解析部３４の結果出力）に基づいて、シーケンサ３０は、ユーザ分離部９２１に、抽出タイミングおよび周波数を指示する。ユーザ分離部９２１は、それぞれ送信データ（具体的にはＰＤＳＣＨ）、受信データ（具体的にはＰＵＳＣＨ）を復調・復号して、ユーザデータを抽出する。

抽出タイミングの判定方法としては、次の方法を採用してもよい。例えば、ユーザ分離部９２１は、ＣＲＣがＯＫとなることを以て、抽出を行ってもよい。あるいは、ユーザ分離部９２１は、例えば、復調したＲＳ(Reference Signal)を再変調したときの誤差相当を算出し、誤差が基準値以内であることを以て、抽出を行ってもよい。

送信データＴＤ１が、ＩＱ信号として多重されておらず、レイヤＬ１の中間処理状態のデータであるとき、あるいは、ＩＱ信号とレイヤＬ１の中間処理状態のデータが混在する（時間、周波数等リソース的に切り替わる）場合は、送信データＴＤ１が例えばユーザ毎に分離しているか、していないかの信号を無線制御装置９０１から無線装置９０２に伝送（例えば、ＯＲＩ等とは別な他の通信規格［別の配線］、あるいは、ＯＲＩにおけるメーカ独自に使用できる領域等による）することが望ましい。また、ＯＡＭ(Operations, Administration and Maintenance)等の無線制御装置９０１から無線装置９０２への伝送のフォーマット形態を事前に設定しておくことも有効である。また、周期的に無線制御装置９０１から無線装置９０２への伝送のフォーマット形態（ＩＱ信号、レイヤＬ１の中間処理状態のデータ）を切り替え可能としてもよい。

また、ユーザ単位、ＣＣ単位あるいはチャネル種別単位に無線制御装置９０１と、無線装置９０２との間のインタフェースのタイプを変えてもよい。

また、送信データのユーザデータに対応した受信データのユーザデータを蓄積しておくことも有効である。なぜなら、受信データのユーザデータを送信ビームの選択に使用できるからである。

＜ＳＴ７ ビーム形成方法選択＞
ユーザデータまたは制御チャネルを抽出した後、ステップＳＴ７にて、ビーム選択部３７は、抽出後のデータを送信するビームを選択する。第一の方法としては、ビーム選択部３７は、受信データから抽出されたユーザデータ（或いは、ＰＲＡＣＨ）を用いて、規定のいくつかの指向性ビーム（図１４）の中で、最もＳＮＲ、ＣＮＲまたはＳＩＮＲが高くなるビームを選択する。なお、このユーザデータは選択用ビーム形成部２５を経由してビーム選択部３７に入力される。また、送信データの情報はシーケンサ３０からビーム選択部３７へと通知される。このビームは、通信端末２０２によって選択された選択用ビームであってもよい。第一の方法では、ユーザ数が少ないときに個々の通信端末２０２への伝送レートが高められる。

第二の方法としては、ビーム選択部３７は、送信データが複数の通信端末２０２と通信するチャネルかどうか識別する。この識別のための情報はシーケンサ３０から与えられる。制御チャネルのように複数の通信端末２０２と通信する場合には、ビーム選択部３７はカバー領域全体にオムニ指向性のビームを選択する（図１５）。第二の方法では、ビーム間の干渉による無線装置９０２のシステム容量の低減が回避される。

第三の方法としては、ビーム選択部３７は、過去に使用したビームの指向性が使われている頻度、トラヒックおよびＯＡＭからの設定に基づいて、送信される頻度が高いエリアのビームは狭く、送信される頻度が少ないエリアのビームを広くするように、ビームを選択してもよい。図１６に、矢印の方向に道路、住宅街があるときの例を示す。道路や住宅街にはビームが狭くなっていることがわかる。第三の方法では通信端末２０２の使用頻度が統計的に得られる値となったときに、無線装置９０２のシステム容量が最大となる。ユーザ数が少ないところを広いビームでカバーすれば無線装置９０２の変復調のリソースが低減するからである。

同一の通信端末２０２に対して、無線装置９０２が複数のビームで送信データを送信するときには、あえて異なるビームで送信データを送るより、同一のウェイトのビームを選択することにより、通信端末２０２においてビーム間の干渉を除去しやすくなる。ＮＯＭＡと同様に通信端末２０２に送られるデータ同士が完全に同期するからである。これにより、通信端末２０２へのスループットが向上する。

一方、通信端末２０２が複数のアンテナ素子を有し、無線装置９０２から送信される送信データを空間分離できる機能を有する場合は、複数のアンテナビームを用いて通信するとき（複数レイヤが採用されるとき）、無線装置９０２が異なる方向に送信データを送信することで、ビーム間の干渉を除去しやすくなり、通信端末２０２へのスループットが向上する。

＜ＳＴ８ ウェイト算出＞
次にステップＳＴ８にて、ビーム形成パラメータ導出部３５は、ステップＳＴ７において選択したビームを実現できるように、例えば以下の方法でウェイトを算出する。例えば、ビーム形成パラメータ導出部３５は、送信データＴＤ１に含まれる全ての送信先の相互の干渉を低減するために、ＺＦ、ＭＭＳＥ、または、ＢＤ等を用いてウェイトを算出する。

＜プリコーディング＞
通信端末２０２から送信されるＵＣＩに含まれるＰＭＩ(Precoding Matrix Indicator)は、制御ＣＨ検出部３３によって抜き取られ、制御ＣＨ解析部３４によって解析される。現状の３ＧＰＰのように、無線制御装置９０１においてＰＭＩに合わせて複数のアンテナ素子に対応したウェイトを付与して、送信データを送信する場合（非特許文献１３の７．２．４章参照）、ＰＭＩに対応した送信重み付けの逆演算を第１ビーム形成部１１に行わせるのが有効である。これにより、無線制御装置９０１が付与したＰＭＩ対応のプリコーディングよりも飛躍的に多くの多素子のアンテナ素子を用いたプリコーディングに対応することが可能となる。

つまり、無線装置９０２は、無線制御装置９０１において行われた送信重み付けの逆演算たる受信重み付けを行うことで、無線制御装置９０１によるプリコーディングを一旦キャンセルし、改めて、送信データに対するプリコーディングを行うのである。これにより、無線制御装置９０１で対応可能なアンテナ数に制限されずに、より多くのアンテナ素子を用いたプリコーディングに対応できる。

実施の形態２．
無線装置９０２のビーム形成パラメータ導出部３５は、通信端末２０２毎に指向性の履歴を所定の記憶媒体に格納してもよい。また、制御ＣＨ検出部３３は、通信端末２０２の現在位置検出機能（例えばＧＰＳに基づく機能）に基づいた移動速度報告値を検出する機能を有していてもよい。ビームパラメータ導出部９３０（具体的には例えば制御ＣＨ解析部３４）は、この移動速度報告値に基づいて、通信端末２０２が固定型または半固定型の端末であるか否かを判断する。

当該判断の結果が肯定的であるとき、つまり通信端末２０２が固定型または半固定型の端末であると判断したときには、第１ビーム形成部１１に備えた遅延メモリによるビーム形成パラメータ（ウェイト、ビームを送信するタイミング、および、周波数）の導出までの遅延についての許容時間を拡大してもよい。なお、ここでいう遅延は、ビームパラメータ導出部９３０が受信データを受信してから送信用のウェイトを算出するまでの処理時間を意味する。通信端末２０２が固定型または半固定型の装置であるときには、信号を集めることでＳＮＲを向上することができるからである。

また、移動速度報告値の代わりに、無線装置９０２は、通信端末２０２からの既知信号のフェージングピッチ（ドップラー速度）に基づいて、通信端末２０２の移動速度を推定する機能を備えてもよい。あるいは、無線装置９０２は、周辺セルの受信品質（受信電力やＳＩＮＲ等）のモニタ結果が変動する速度に基づいて、通信端末２０２の移動速度を推定する機能を備えてもよい。

また、ビームウェイトが算出できない、または、不明である場合、ビーム形成パラメータ導出部３５は当該通信端末２０２に対してオムニ指向性で送信すべく、送信用のウェイトを算出することが望ましい。

また、通信端末２０２が固定型または半固定型の端末であると判断したときには、ビーム形成パラメータ導出部３５は、これらにヌル（Ｎｕｌｌ）を向けるための送信用のウェイトを算出してもよい。通信端末２０２が例えばリピータであったり、無線バックホールの基地局であるときに有効である。

以上のように、ウェイトが算出できない、または、不明である場合に、ビーム形成パラメータ導出部３５は当該通信端末２０２に対してオムニ指向性で送信用のウェイトを算出することにより、ウェイトの算出能力を小さく抑えたまま、無線装置９０２が指向性ビームを形成できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

２０２ 通信端末、２０３ 基地局、９０１ 無線制御装置、９０２ 無線装置、９０６ アンテナ素子、９２０ ビーム形成部、９２１ ユーザ分離部、９２４，９２６ ユーザ多重部、９２５ 送信形成部、９２８ 複製部、９２９ 受信形成部、９３０ ビームパラメータ導出部。

Claims (7)

1. 無線通信の基地局に設けられ、前記基地局の無線制御装置からの送信データを複数の通信端末へとビームフォーミングを適用して無線で送信し、無線で受信した前記複数の通信端末からの受信データを前記無線制御装置へとビームフォーミングを適用して与える無線装置であって、
   前記ビームフォーミングで用いる送信用のウェイトおよび受信用のウェイトの各々を、前記送信データおよび前記受信データに基づいて算出するビームパラメータ導出部と、
   前記送信用のウェイトを用いた重み付けを含む送信処理を前記送信データに行い、前記受信用のウェイトを用いた重み付けを含む受信処理を前記受信データに行うビーム形成部と、
   前記送信処理が行われた後の前記送信データを前記複数の通信端末へと送信し、前記複数の通信端末からの前記受信処理が行われる前の前記受信データを受信して前記ビーム形成部へ出力する、Ｎ（Ｎ≧２）個のアンテナ素子と
   を備える、無線装置。
2. 前記ビーム形成部は、
   前記無線制御装置から前記送信データとして入力された第１送信データを、前記複数の通信端末に含まれる送信先に基づいて複数の第２送信データに分離する分離部と、
   前記複数の第２送信データの各々に対して前記送信処理を行って、前記Ｎ個のアンテナ素子に個別に対応し、各々が前記複数の第２送信データに対応するＮ組の第３送信データを生成する送信処理部と、
   前記Ｎ組の第３送信データを前記Ｎ個のアンテナ素子毎に多重してＮ個の第４送信データを生成し、前記Ｎ個の第４送信データを前記送信処理が行われた後の前記送信データとして前記Ｎ個のアンテナ素子へと出力する第１多重部と
   を有し、
   前記ビームパラメータ導出部は、前記複数の第２送信データの各々に対応して、前記送信用のウェイトを算出する、請求項１に記載の無線装置。
3. 前記送信処理部は、
   前記複数の第２送信データの各々に対して、前記送信処理を行う第１ビーム形成部と、
   予め設定された信号に対して、選択用ビームのウェイトを乗算する選択用ビーム形成部と、
   前記第１ビーム形成部の出力と、前記選択用ビーム形成部の出力とを多重して、前記Ｎ組の第３送信データを生成する第２多重部と
   を備える、請求項２に記載の無線装置。
4. 前記ビーム形成部は、
   前記Ｎ個のアンテナ素子を介してＮ組の第１受信データが前記受信データとして入力され、前記Ｎ組の第１受信データの各々を、前記Ｎ個の第１受信データの各々につき複数の第２受信データに複製する複製部と、
   前記複数の第２受信データに対して前記受信処理を行って複数の第３受信データを生成し、前記複数の第３受信データを出力する受信処理部と、
   前記複数の第３受信データを多重して得られた第４受信データを前記受信処理が行われた後の前記受信データとして前記無線制御装置へと送信する第３多重部と
   を備える、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の無線装置。
5. 前記ビームパラメータ導出部は、前記通信端末が固定型または半固定型の装置であるか否かの判断を行い、前記判断の結果が肯定的なときに、前記通信端末に対する前記送信用のウェイトの導出に要する時間についての許容時間を拡大する、請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の無線装置。
6. 前記ビームパラメータ導出部は、前記通信端末が固定型または半固定型の装置であるか否かの判断を行い、前記判断の結果が肯定的なときに、前記通信端末に対してヌルを向ける前記送信用のウェイトを算出する、請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の無線装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の無線装置と、前記無線制御装置とを備える前記基地局であって、
   前記無線制御装置は、前記無線装置と光配線で接続され、前記送信処理を行う前の前記送信データを、前記光配線を介して前記無線装置へと送信し、前記受信処理を行った後の前記受信データを、前記光配線を介して前記無線装置から受信する、基地局。

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