JP2019004277A - 通信装置、通信制御方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】指向性ビームによる走査の設定を、複数の前記指向性ビームからなるビームグループ毎に変化させる制御部を備え、前記制御部は、前記ビームグループがカバーする範囲の状況に応じて各前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの走査の設定を調整する、通信装置が提供される。
【選択図】図10
Description
1.本開示の実施の形態
1.1.経緯
1.2.構成例及び動作例
2.応用例
3.まとめ
[1.1.経緯]
まず、本開示の実施の形態について詳細に説明する前に、本開示の実施の形態に至った経緯を説明する。
上述したように、3GPP(Third Generation Partnership Project)では、爆発的に増加するトラフィックを収容するために、セルラーシステムの容量を向上するための様々な技術が検討されている。その3GPPにおいて検討が進められている将来の無線通信システム(5G)では、基地局から発せられるビームを無段階に変化させて、端末に追従するビームを作り直すような仕組みができる可能性は低い。新たなビームを作り直す計算コストが発生するからである。基地局からあらゆる方向に向けたビームを事前に作って起き、その事前に作っておいたビーム中からその端末に必要なビームを選択して提供するといった方法は、3GPP Rel13のFD−MIMOでも採用されている。このようなビームをcodebook based beam formingと呼ぶ。水平方向の360度の角度の1度刻みにビームを用意するとなると、360種類のビームが必要となる。ビーム同士が半分重なるようにする場合には、その倍の720個のビームを用意すれば、水平方向のcodebook basedのビームとしては十分である。さらに垂直方向の180度の1度刻みに、かつビーム同士が半分重なるようにビームを用意する場合、水平方向を0度として、−90度から+90度まで180度分を360個のビームで用意できることになる。
基地局には、256本(周波数帯域は、30GHz)や1000本(周波数帯域は70GHz)といった非常に多数のアンテナ素子を搭載することが可能になってくる。このように、アンテナ素子の数が多くなってくると、そのアンテナを用いてビームフォーミング処理を行った時に、非常に鋭いビームを作ることが可能になってくる。例えば、半値幅(利得が3dB落ちるレベルが何度以上で起きるかを示す)が1度以下といった非常に鋭いビームを基地局から端末に提供することが可能になってくる。
基地局から複数のビーム候補をスイーピング(ビームスイーピング)することにより、ビーム候補を観測している端末は、基地局がどのビームを使用すると、その端末にとって受信し易いかを決定することができる。一方、端末がULのRS(Reference Signal)を送信して、RSを基地局がビームスイーピングしながら受信すると、基地局は、端末からの信号の受信に最適な受信ビームを決定することができる。
図1は、ビームフォーミングにおいてアンテナの重みを全てデジタル部で構成する場合の基地局の例である。このようにビームフォーミングにおいてアンテナの重みを全てデジタル部で構成する場合のことをフルデジタルのアンテナアーキテクチャーと呼ぶ。フルデジタルの場合には、Tx Sweeping(送信スイーピング)を行う時には、ビームの数だけ異なるリソースが必要である。一方、Rx Sweeping(受信スイーピング)を行う時には、1つのリソース内で、全てのビームを同時に受信することが可能である。従って、フルデジタルのアンテナアーキテクチャーでは、受信スイーピング時のリソースを少なくすることができる。つまり、基地局で、フルデジタルの受信スイーピングを行う時には、端末は、1リソース分のULのRS(Resource Signal)を送信すれば良いので、電力消費は少ない。ここでいうリソースとは、周波数または時間を使用した直交リソースのことを言う。例えば、LTEのResource BlockやResource elementは、ここでいうリソースに相当する。
水平方向の360度の方向に対してビーム1度刻みで用意した場合に、360個のリソースを使ってビームスイーピングを行い、ビームを一つずつ評価していたのでは、時間もかかり、またリソースも多く必要となり、さらには、端末の電力消費も大きくなる。そこで、基地局が10度の粗いビーム(Rough Beam)を作り、36個のリソースを使って、レゾルーションが10度のビームの中から最適なものを見つけ、その後に、その10度の範囲で1度刻みの細かいビーム(Accurate Beam)を用いたビームスイーピングを行って最適なビームを見つけようという技術が考えられる。この場合には、基地局は36+10=46のリソースを用いれば最適なビームを決定することができるため、360から46へリソースを大きく減らすことが可能になる。図3は、Rough Beamを用いたビームスイーピングの例を示す説明図である。また図4は、Accurate Beamを用いたビームスイーピングの例を示す説明図である。基地局は、Accurate Beamを複数束ねて、Accurate Beamを同時に使用することで、Rough beamとして扱っても良い。その場合には、例えば、隣り合うAccurate Beamを複数本(例えば3本)同時に使うことで、Rough beamとして使用することになる。基地局は、図5に示したRough Beamを作るために、図6に示したように、3つのAccurate Beamを束ねて提供しても良い。この図6の3つのビームは、同時刻、同一周波数で送信することにより、図5と同様のRough beamの提供を実現できる。
端末の周囲に複数の基地局が存在する場合に、その端末のために、複数の基地局の送信ビームと受信ビームを決定する必要がある。図7は、端末の周囲に複数の基地局が存在する場合の例を示す説明図である。図7に示した例では、端末10にとって最適なビームは、基地局1aではビーム2a、基地局1bではビーム2b、基地局1cではビーム2cである。最適なビームの決定は、端末10からの情報を基に、最終的には、複数の基地局1a〜1cの中で、端末10に一番近い基地局、または、主要な基地局が決定し、その他の基地局に指示を行う方法が考えられる。この場合、ある一つの基地局が、複数の基地局の送信ビームと受信ビームを決定する必要があるので、端末の負担が増えるということである。
Channel Reciprocityとは、基地局と端末の間のULのチャネルとDLのチャネルが同じということである。TDD(Time Division Duplex)システムでは、ULとDLとで使用する周波数帯が同じなので、基本的には、ULとDLのChannel Reciprocityが成り立つ。ただし、基地局と端末のアナログ部のTX/RXが同じ特性になるようにキャリブレーションという操作を行うことにより、端末のアナログ部と空間のチャネルの双方でReciprocityが成り立つようにする必要がある。
図8は、基地局と端末によるDLのビームスイーピング手順の例を示す説明図である。まず、基地局から端末に対し、Rough beamを用いた送信スイーピングを実施する(ステップS11)。この送信スイーピングは、基地局固有のスイーピングパターンにより行われる。言い換えれば、送信スイーピングはBase Station-specificまたはCell Specificともいう。
上記のビームスイーピング手順が完了すると、基地局と端末との間で使用する、基地局側での最適な送信ビームが決定できる。決定した送信ビームを用いた時のチャネルの品質と干渉状況を把握するのがDL CQI acquisitionである。DL CQI acquisitionは、端末側でどのような変調方式やコーディングレートを用いてDLのData Transmissionを基地局にしてもらいたいかをCQI(Channel Quality Indicator) feedbackという、ULを使ったフィードバックで端末から基地局に通知するために必要となる。このフィードバックを行うためには、DLリファレンス信号をDL CQI acquisitionのために基地局から端末側へ送信してもらい、そのDL CQI acquisitionのためのDLリファレンス信号を受信して、チャネルの状況を評価する。これにより、端末は、望ましいCQI(変調方式と個コーディングレートの組合せ)を決定することができる。
まず、図面を参照して、本開示の実施形態に係るシステムの概略的な構成を説明する。図9は、本開示の実施形態に係るシステムの概略的な構成の一例を示す説明図である。図9を参照すると、本開示の実施形態に係るシステムは、基地局100及び端末装置200を含む。システム1は、例えば、LTE、LTE−Advanced、第5世代移動通信システム(5G)又はこれらに準ずる通信規格に準拠したシステムである。
基地局100は、端末装置200との無線通信を行う。例えば、基地局100は、基地局100のセル101内に位置する端末装置200との無線通信を行う。
端末装置200は、基地局100との無線通信を行う。例えば、端末装置200は、基地局100のセル101内に位置する場合に、基地局100との無線通信を行う。
アンテナ部110は、無線通信部120により出力された信号を電波として空間に放射する。また、アンテナ部110は、空間の電波を信号に変換し、当該信号を無線通信部120へ出力する。
無線通信部120は、信号を送受信する。例えば、無線通信部120は、端末装置200へのダウンリンク信号を送信し、端末装置200からのアップリンク信号を受信する。
ネットワーク通信部130は、情報を送受信する。例えば、ネットワーク通信部130は、他のノードへの情報を送信し、他のノードからの情報を受信する。例えば、上記他のノードは、他の基地局及びコアネットワークノードを含む。
記憶部140は、基地局100の動作のためのプログラム及びデータを記憶する。
処理部150は、基地局100の様々な機能を提供する。処理部150は、情報取得部151及び制御部153を含む。なお、処理部150は、これらの構成要素以外の他の構成要素をさらに含み得る。即ち、処理部150は、これらの構成要素の動作以外の動作も行い得る。
アンテナ部210は、無線通信部220により出力された信号を電波として空間に放射する。また、アンテナ部210は、空間の電波を信号に変換し、当該信号を無線通信部220へ出力する。
無線通信部220は、信号を送受信する。例えば、無線通信部220は、基地局100からのダウンリンク信号を受信し、基地局100へのアップリンク信号を送信する。
記憶部230は、端末装置200の動作のためのプログラム及びデータを記憶する。
処理部240は、端末装置200の様々な機能を提供する。処理部240は、情報取得部241及び制御部243を含む。なお、処理部240は、これらの構成要素以外の他の構成要素をさらに含み得る。即ち、処理部240は、これらの構成要素の動作以外の動作も行い得る。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用可能である。例えば、基地局100は、マクロeNB又はスモールeNBなどのいずれかの種類のeNB(evolved Node B)として実現されてもよい。スモールeNBは、ピコeNB、マイクロeNB又はホーム(フェムト)eNBなどの、マクロセルよりも小さいセルをカバーするeNBであってよい。その代わりに、基地局100は、NodeB又はBTS(Base Transceiver Station)などの他の種類の基地局として実現されてもよい。基地局100は、無線通信を制御する本体(基地局装置ともいう)と、本体とは別の場所に配置される1つ以上のRRH(Remote Radio Head)とを含んでもよい。また、後述する様々な種類の端末が一時的に又は半永続的に基地局機能を実行することにより、基地局100として動作してもよい。
(第1の応用例)
図22は、本開示に係る技術が適用され得るeNBの概略的な構成の第1の例を示すブロック図である。eNB800は、1つ以上のアンテナ810、及び基地局装置820を有する。各アンテナ810及び基地局装置820は、RFケーブルを介して互いに接続され得る。
図23は、本開示に係る技術が適用され得るeNBの概略的な構成の第2の例を示すブロック図である。eNB830は、1つ以上のアンテナ840、基地局装置850、及びRRH860を有する。各アンテナ840及びRRH860は、RFケーブルを介して互いに接続され得る。また、基地局装置850及びRRH860は、光ファイバケーブルなどの高速回線で互いに接続され得る。
(第1の応用例)
図24は、本開示に係る技術が適用され得るスマートフォン900の概略的な構成の一例を示すブロック図である。スマートフォン900は、プロセッサ901、メモリ902、ストレージ903、外部接続インタフェース904、カメラ906、センサ907、マイクロフォン908、入力デバイス909、表示デバイス910、スピーカ911、無線通信インタフェース912、1つ以上のアンテナスイッチ915、1つ以上のアンテナ916、バス917、バッテリー918及び補助コントローラ919を備える。
図25は、本開示に係る技術が適用され得るカーナビゲーション装置920の概略的な構成の一例を示すブロック図である。カーナビゲーション装置920は、プロセッサ921、メモリ922、GPS(Global Positioning System)モジュール924、センサ925、データインタフェース926、コンテンツプレーヤ927、記憶媒体インタフェース928、入力デバイス929、表示デバイス930、スピーカ931、無線通信インタフェース933、1つ以上のアンテナスイッチ936、1つ以上のアンテナ937及びバッテリー938を備える。
以上説明したように本開示の実施の形態によれば、ビームスイーピング手順を実行する際にリソースを削減させることが可能な、基地局100または端末装置200が提供される。
(1)
指向性ビームによる走査の設定を、複数の前記指向性ビームからなるビームグループ毎に変化させる制御部を備え、
前記制御部は、前記ビームグループがカバーする範囲の状況に応じて各前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの走査の設定を調整する、通信装置。
(2)
前記制御部は、前記設定として前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの本数を設定する、前記(1)に記載の通信装置。
(3)
前記制御部は、前記設定として前記ビームグループによる前記走査の周期を設定する、前記(1)または(2)に記載の通信装置。
(4)
前記制御部は、前記設定として前記ビームグループを構成する前記指向性ビームからの出力電力を設定する、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の通信装置。
(5)
前記制御部は、前記ビームグループに関する情報を通知させる、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の通信装置。
(6)
前記制御部は、前記ビームグループに関する情報として前記走査の周期に関する情報を通知させる、前記(5)に記載の通信装置。
(7)
前記制御部は、前記ビームグループに関する情報として、前記指向性ビームを受信する端末装置が観測すべきビームグループの情報を通知させる、前記(5)または(6)に記載の通信装置。
(8)
前記制御部は、前記観測すべきビームグループの情報に、前記指向性ビームを出力する基地局の情報を含める、前記(7)に記載の通信装置。
(9)
前記制御部は、前記観測すべきビームグループの情報に、前記端末装置の特性に関する情報を含める、前記(7)または(8)に記載の通信装置。
(10)
前記制御部は、前記端末装置の特性に関する情報として、前記端末装置の移動の状態に関する情報を含める、前記(9)に記載の通信装置。
(11)
前記制御部は、前記ビームグループに関する情報として、前記指向性ビームを受信する端末装置での前記ビームグループの評価に関する情報を通知させる、前記(5)〜(10)のいずれかに記載の通信装置。
(12)
前記制御部は、所定の複数回の走査に1度の割合で前記ビームグループに関する情報を通知させる、前記(5)〜(11)のいずれかに記載の通信装置。
(13)
前記ビームグループは、方向が隣接する複数の指向性ビームからなる、前記(1)〜(12)のいずれかに記載の通信装置。
(14)
前記ビームグループは、複数の基地局からの前記指向性ビームからなる、前記(1)〜(13)のいずれかに記載の通信装置。
(15)
基地局に備えられる、前記(1)〜(14)のいずれかに記載の通信装置。
(16)
前記基地局との間で前記指向性ビームによる無線通信を行う端末装置に設けられる、前記(1)〜(14)のいずれかに記載の通信装置。
(17)
プロセッサが、
指向性ビームによる走査の設定を、複数の前記指向性ビームからなるビームグループ毎に変化させることと、
前記ビームグループがカバーする範囲の状況に応じて各前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの走査の設定を調整することと、
を実行することを含む、通信制御方法。
(18)
コンピュータに、
指向性ビームによる走査の設定を、複数の前記指向性ビームからなるビームグループ毎に変化させることと、
前記ビームグループがカバーする範囲の状況に応じて各前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの走査の設定を調整することと、
を実行させる、コンピュータプログラム。
200 端末装置
Claims (18)
- 指向性ビームによる走査の設定を、複数の前記指向性ビームからなるビームグループ毎に変化させる制御部を備え、
前記制御部は、前記ビームグループがカバーする範囲の状況に応じて各前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの走査の設定を調整する、通信装置。 - 前記制御部は、前記設定として前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの本数を設定する、請求項1に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記設定として前記ビームグループによる前記走査の周期を設定する、請求項1に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記設定として前記ビームグループを構成する前記指向性ビームからの出力電力を設定する、請求項1に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記ビームグループに関する情報を通知させる、請求項1に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記ビームグループに関する情報として前記走査の周期に関する情報を通知させる、請求項5に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記ビームグループに関する情報として、前記指向性ビームを受信する端末装置が観測すべきビームグループの情報を通知させる、請求項5に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記観測すべきビームグループの情報に、前記指向性ビームを出力する基地局の情報を含める、請求項7に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記観測すべきビームグループの情報に、前記端末装置の特性に関する情報を含める、請求項7に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記端末装置の特性に関する情報として、前記端末装置の移動の状態に関する情報を含める、請求項9に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記ビームグループに関する情報として、前記指向性ビームを受信する端末装置での前記ビームグループの評価に関する情報を通知させる、請求項5に記載の通信装置。
- 前記制御部は、所定の複数回の走査に1度の割合で前記ビームグループに関する情報を通知させる、請求項5に記載の通信装置。
- 前記ビームグループは、方向が隣接する複数の指向性ビームからなる、請求項1に記載の通信装置。
- 前記ビームグループは、複数の基地局からの前記指向性ビームからなる、請求項1に記載の通信装置。
- 基地局に備えられる、請求項1に記載の通信装置。
- 前記基地局との間で前記指向性ビームによる無線通信を行う端末に設けられる、請求項1に記載の通信装置。
- プロセッサが、
指向性ビームによる走査の設定を、複数の前記指向性ビームからなるビームグループ毎に変化させることと、
前記ビームグループがカバーする範囲の状況に応じて各前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの走査の設定を調整することと、
を実行することを含む、通信制御方法。 - コンピュータに、
指向性ビームによる走査の設定を、複数の前記指向性ビームからなるビームグループ毎に変化させることと、
前記ビームグループがカバーする範囲の状況に応じて各前記ビームグループを構成する前記指向性ビームの走査の設定を調整することと、
を実行させる、コンピュータプログラム。
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