JP2020043609A - 通信システム - Google Patents

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正幸 中澤
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Kuniyuki Suzuki
邦之 鈴木
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Mitsuru Mochizuki
満 望月
公士 大野
Hiroshi Ono
公士 大野
隆之 野並
Takayuki Nonami
隆之 野並
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史樹 長谷川
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Abstract

【課題】比較的高速で、かつ比較的小さい遅延でデータ伝送を実現可能であり、また、種々の通信端末装置を収容可能な通信システムを提供する。【解決手段】通信システムは、複数の通信端末装置と、通信端末装置と無線通信可能なセルを構成する基地局装置とを備える。基地局装置は、通信端末装置との間で送受信する信号の無線フォーマットおよびサブキャリア間隔を、通信端末装置毎に設定可能に構成される。サブキャリア間隔は通信端末装置の移動速度に応じて設定されるものである。【選択図】図１２

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 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（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）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。
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、および周波数利用効率を上げてデータの伝送容量を上げ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は、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無線アクセスシステムに収容されることで、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 ＴＳ３６．３０４ Ｖ１１．２．０ 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 Ｒ１−１３４４９６ ３ＧＰＰ Ｒ１−１３２２３６ 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２６年１０月２０日検索］、インターネット<https://www.metis2020.com/documents/deliverables/>
前述の５Ｇ無線アクセス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（１ｍｓ）単位でデータが処理されるので、ＬＴＥに対して、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。
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の無線アクセスシステムに適用することは不可能である。
本発明の目的は、比較的高速で、かつ比較的小さい遅延でデータ伝送を実現可能であり、また、種々の通信端末装置を収容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、複数の通信端末装置と、前記通信端末装置と無線通信可能なセルを構成する基地局装置とを備える通信システムであって、前記基地局装置は、前記通信端末装置との間で送受信する信号の無線フォーマットおよびサブキャリア間隔を、前記通信端末装置毎に設定可能に構成され、前記サブキャリア間隔は前記通信端末装置の移動速度に応じて設定されるものであることを特徴とする。
本発明の通信システムによれば、比較的高速で、かつ比較的小さい遅延でデータ伝送を実現可能であり、また、種々の通信端末装置を収容可能な通信システムを得ることができる。
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
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。 本発明の実施の形態１で用いられる信号の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１で用いられる信号の他の例を示す図である。 時間単位にＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させた場合の信号の一例を示す図である。 周波数単位にＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させた場合の信号の一例を示す図である。 時間単位および周波数単位でＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させた場合の信号の一例を示す図である。 時間単位および周波数単位でＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させた場合の信号の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態２で用いられるフォーマットの一例を示す図である。 通信端末の直接波および反射波による遅延分散の光速伝搬距離の一例を示す図である。 既知系列が挿入されたリソースブロックの一例を示す図である。 既知系列が挿入されたリソースブロックの一例を示す図である。 第二の方法の変形例を説明するための図である。 セル＃１およびセル＃２の無線フォーマットの一例を示す図である。 セル＃１およびセル＃２の無線フォーマットのパラメータの一例を示す図である。 セル＃１〜セル＃３の無線フォーマットの一例を示す図である。 セル＃１〜セル＃３の無線フォーマットのパラメータの一例を示す図である。 独立した異なる基地局のセルが隣接するシステムを示す図である。 １つの基地局が複数のセルを集中管理するシステムを示す図である。 マクロセルにスモールセルがオーバレイされるシステムを示す図である。 データシンボル長を変更するタイミングを説明するための図である。 セル固有参照信号（ＣＲＳ）の挿入割合の一例を示す図である。 セル固有参照信号（ＣＲＳ）の挿入間隔の一例を示す図である。 ＯＦＤＭシンボル長が異なる場合のＣＲＳの挿入間隔および挿入割合の一例を示す図である。 実施の形態５の通信システムにおける制御動作の一例を示す図である。 ＵＥ＃１およびＵＥ＃２のＴＴＩの周期の一例を示す図である。 異なるＴＴＩが混在した場合のＨＡＲＱ周期の一例を示す図である。 ＴＴＩ内のＯＦＤＭシンボルへのデータ割当ての一例を示す図である。 同期信号（ＳＳ）およびデータの割当ての一例を示す図である。 周波数帯域における同期信号（ＳＳ）の配置の一例を示す図である。 周波数帯域における同期信号（ＳＳ）の配置の他の例を示す図である。 同期信号検出処理に関る通信端末の処理手順を示すフローチャートである。 周波数方向の同期信号（ＳＳ）の配置方法の一例を示す図である。 本発明の実施の形態８の通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施の形態８の通信システムの構成を示すブロック図である。 バックホール信号伝送方式を用いる場合の基地局送信処理部５１０１の構成を示すブロック図である。 デュアルコネクティビティ信号伝送方式を用いる場合の基地局送信処理部５１０１の構成を示すブロック図である。 フロントホール信号伝送方式を用いる場合の基地局送信処理部５１０１の構成を示すブロック図である。 バックホール信号伝送方式を用いる場合の基地局受信処理部５１０２の構成を示すブロック図である。 デュアルコネクティビティ信号伝送方式を用いる場合の基地局受信処理部５１０２の構成を示すブロック図である。 フロントホール信号伝送方式を用いる場合の基地局受信処理部５１０２の構成を示すブロック図である。 基地局モード受信処理部５１０５の構成を示すブロック図である。 バックホール信号伝送方式を用いる場合の移動端末モード受信処理部５１０６の構成を示すブロック図である。 デュアルコネクティビティ信号伝送方式を用いる場合の移動端末モード受信処理部５１０６の構成を示すブロック図である。 フロントホール信号伝送方式を用いる場合の移動端末モード受信処理部５１０６の構成を示すブロック図である。 バックホール信号伝送方式を用いる場合の基地局モード送信処理部５１０８の構成を示すブロック図である。 デュアルコネクティビティ信号伝送方式を用いる場合の基地局モード送信処理部５１０８の構成を示すブロック図である。 フロントホール信号伝送方式を用いる場合の基地局モード送信処理部５１０８の構成を示すブロック図である。 移動端末モード送信処理部５１０９の構成を示すブロック図である。
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ＳＴ６０１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、下りシステム帯域幅（downlink system bandwidth；略称：dl-bandwidth）、送信アンテナ数、システムフレーム数（System Frame Number：ＳＦＮ）などがある。下りシステム帯域幅は、送信帯域幅設定（transmission bandwidth configuration）とも呼ばれる。
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。
また、２０１８年〜２０２０年で商用化を目指す第５世代の無線アクセス方式としては、非特許文献１２に開示されるように、種々の通信端末を収容する方式が考えられている。
例えば、ＩＣＴ−３１７６６９−ＭＥＴＩＳ／Ｄ６．１１（９．２章）、および非特許文献１２（８章）に記載のＤｅｎｓｅ Ｕｒｂａｎのシナリオ（ＴＣ２）では、１つの通信端末あたり、下り３００Ｍｂｐｓ、上り６０Ｍｂｐｓで、通信端末数を考慮した単位面積あたりの通信容量は７００Ｇｂｐｓ／ｋｍ２、屋内で使用するときの移動速度はほぼ０ｋｍ／ｈ、屋外で移動時に使用するときの移動速度は３〜５０ｋｍ／ｈ、許容遅延時間はウェブ閲覧（web browsing）でウェブページ（web page）あたり０．５秒（ｓ）、拡張現実（augmented reality）の立ち上げで２〜５ｍｓが必要となっている。
また、非特許文献１２（１４章）に記載の高速移動端末のシナリオ（ＴＣ８）では、１つの通信端末あたり、下り１００Ｍｂｐｓ、上り２０Ｍｂｐｓで、通信端末数を考慮した単位面積あたりの通信容量は６０Ｇｂｐｓ／ｋｍ２、移動速度は３５０ｋｍ／ｈ、許容遅延時間は１０ｍｓが必要になっている。
このように、使用形態に応じて要件が異なるので、周波数利用効率を高めるためには、各々の通信形態にあった最適な無線フォーマットが必要となる。しかしながら、現状のＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａの無線フォーマットでは、同時に送信するＯＦＤＭサブキャリア間隔は一定であり、使用形態によっては、周波数利用効率が悪化するという問題がある。
以上の問題を解決するために、本実施の形態では、基地局が、新たに通信端末と通信を開始するとき、通信端末の移動速度の通知を受け、当該移動速度に応じたＯＦＤＭサブキャリア間隔を設定する技術を開示する。この技術を用いることによって、周波数利用効率を向上させることができる。
ここでいう基地局とは、３ＧＰＰのｅＮＢ（evolved NodeB）であってもよいし、デュアルコネクティビティ時のＭｅＮＢ（Master eNB）またはＳｅＮＢ（Secondary eNB）であってもよい。また、無線中継装置（Relay Node：ＲＮ）、リモート無線ヘッド（Remote Radio Head：ＲＲＨ）、コンセントレータ（concentrator）と呼ばれるものであってもよい。また、キャリアアグリゲーション時のコンポーネントキャリアＣＣ（Component Carrier：ＣＣ）であってもよい。
移動体特有のドップラーフェージングでは、移動速度に応じて搬送波オフセットが生じることが知られている。搬送波オフセットは、移動体の移動速度をｖ、搬送波周波数をｆ、光速をｃとして、以下の式「ｖ×ｆ／ｃ」で表される。すなわち、高速で移動しているときほど、搬送波オフセットが大きくなる。
図８は、本発明の実施の形態１で用いられる信号の一例を示す図である。図９は、本発明の実施の形態１で用いられる信号の他の例を示す図である。図８では、一例として、ＯＦＤＭサブキャリア間隔がＫ１（Ｈｚ）の場合の信号を示している。図９では、比較のために、ＯＦＤＭサブキャリア間隔がＫ１の２倍であるＫ２（Ｈｚ）の場合の信号を示している。図８および図９では、既知系列信号にハッチングを付して示す。
図８（ａ）および図９（ａ）の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。また、図８（ｂ）および図９（ｂ）の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は電力Ｐを表す。図８および図９のいずれの場合も、同じエネルギーになる分、すなわち図面上で同一面積になる分の既知系列信号、例えば参照信号（Reference Signal）を送信し、同期検波に使用している。このとき、ＯＦＤＭサブキャリア間隔がＫ１（Ｈｚ）の場合には、既知系列信号間隔がＪ１となるが、ＯＦＤＭサブキャリア間隔が、Ｋ１の２倍であるＫ２（Ｈｚ）の場合には、既知系列信号間隔は、Ｊ１の２分の１（Ｊ１／２）であるＪ２となる。
このことから、ＯＦＤＭサブキャリア間隔が大きいほど、既知系列信号間隔が短くなり、搬送波オフセットの時間変動を検出しやすくなるので、高速移動に耐性がある、すなわち、受信側において高速移動でも復調できることが分かる。
この性質を利用し、屋内などで低速移動する通信端末に対しては、ＯＦＤＭサブキャリア間隔を小さくし、新幹線などで高速移動する通信端末に対しては、ＯＦＤＭサブキャリア間隔を大きくする。
また、センサのような１２５バイト（byte）／５分程度（ＩＣＴ−３１７６６９−ＭＥＴＩＳ／Ｄ６．１ ４．１１章参照）の通信端末のときに、ＯＦＤＭサブキャリア間隔を小さくすると、通信端末の送信アンプを狭帯域化することができ、低消費電力化を図ることができる。
本実施の形態では、前述のように、種々のＯＦＤＭサブキャリア間隔の信号を混在可能とする。図１０は、時間単位にＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させた場合の信号の一例を示す図である。図１０の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。時刻ｔ９〜時刻ｔ１４の範囲では、ＯＦＤＭサブキャリア間隔はＫ１（Ｈｚ）であり、残りの時刻範囲では、ＯＦＤＭサブキャリア間隔は、Ｋ１の２倍であるＫ２（Ｈｚ）である。
図１０に示すように時間単位でＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させることによって、時間的に単一のＦＦＴサイズでＯＦＤＭ信号の変調および復調が可能となる。これによって、通信端末および基地局のハードウェアの規模、あるいは、処理量を低減することができる。
図１１は、周波数単位にＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させた場合の信号の一例を示す図である。図１１（ａ）の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。また、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は電力Ｐを表す。周波数ｆ３〜周波数ｆ６の範囲では、ＯＦＤＭサブキャリア間隔はＫ１（Ｈｚ）であり、残りの周波数範囲では、ＯＦＤＭサブキャリア間隔は、Ｋ１の２倍であるＫ２（Ｈｚ）である。
図１１に示すように周波数単位でＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させることによって、周波数毎にＯＦＤＭ信号の変調および復調が同一の処理で可能となる。このとき、混在させるＯＦＤＭサブキャリア間隔が互いにｎ倍またはｎ分の１（１／ｎ）倍とすると、離れた周波数に配置したＯＦＤＭサブキャリアを同一の逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）または高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で処理することが可能となる。これによって、ハードウェアの規模、あるいは、処理量を低減することができる。
また、ｆ３＋ｆ４、ｆ５＋ｆ６の電力を割当てないで、図１１の破線の部分も含めたＩＦＦＴを行い、送信することが可能である。同様に、受信処理としては、図１１の破線の部分も含めたＦＦＴを行い、ｆ３＋ｆ４、ｆ５＋ｆ６のデータを破棄することが可能である。
また、隣接する、異なるＯＦＤＭサブキャリア間隔の境界で、シンボル間干渉が発生する周波数については、データの割り当てを行わない方法が有効である。ｆ１＋ｆ２の信号とｆ３の信号は干渉している。つまり、図１１の矢印で示されるｆ３のピークの個所で、ｆ１＋ｆ２の信号の電力が０になっておらず、ｆ３にとって干渉電力Ｐ１となる。したがって、ｆ３は使用しない、あるいは、ｆ１＋ｆ２は使用しない、ことも有効である。使用できない周波数帯を少なくするために、ＯＦＤＭサブキャリア間隔が小さいｆ３を使用しないことが、より望ましい。
また、隣接する、異なるＯＦＤＭサブキャリア間隔の境界で、干渉が発生する場合であっても、隣接しないときと同じデータを送信することによって、処理を簡素化することも有効である。ｆ３の信号電力が干渉電力より大きいとき、あるいは、受信側に干渉除去機能が搭載されているときに有効である。
図１２は、時間単位および周波数単位でＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させた場合の信号の一例を示す図である。図１２の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１２では、通信端末毎にＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を時間単位および周波数単位の配置において混在させる例を示す。
リソースブロック（以下「ＲＢ」という場合がある）１１，２３は、ＯＦＤＭサブキャリア間隔が、Ｋ１の２倍であるＫ２（Ｈｚ）であり、「６サブキャリア×１４ＯＦＤＭシンボル」を１つのリソースブロックとしている。その他は、ＯＦＤＭサブキャリア間隔がＫ１（Ｈｚ）であり、「１２サブキャリア×７ＯＦＤＭシンボル」を１つのリソースブロックとしている。図１２に示す例では、２種類のリソースブロックが混在しているが、３つ以上の種類のリソースブロックが混在してもよい。
ここで、「リソースブロック」とは、複数の通信端末の情報が含まれることがなく、通信端末が通信を行うための最小単位である。したがって、リソースブロックは、受信側で伝搬路推定を行うための既知系列の信号を含めたデータの最小単位となっている。また、リソースブロックは、誤り訂正符号化するデータを伝送するための最小単位であってもよい。また、リソースブロックは、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）の良否によって、ＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest）、ＨＡＲＱ（Hybrid ARQ）などの送達確認を行う最小単位であってもよい。
図１３は、時間単位および周波数単位でＯＦＤＭサブキャリア間隔の異なる信号を混在させた場合の信号の他の例を示す図である。図１３の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１２では、各リソースブロックの周波数幅Ｋ１，Ｋ２の合計、およびＯＦＤＭシンボル長（ＳＬ）の合計がそれぞれ同一になる例を示したが、図１３に示すように、１イベントあたりに発生するデータ量に合わせたものをリソースブロックと定義してもよい。
１イベントあたりに発生するデータ量の例としては、前述のセンサが送信するデータの一塊として、１２５バイト（byte）が挙げられる。これに合わせたリソースブロックの例としては、例えば４サブキャリア×１４ＯＦＤＭシンボル、１サブキャリア×７ＯＦＤＭシンボルなどが挙げられる。
以上のように定義したリソースブロック毎に、移動端末などの通信端末の移動速度の変化に対してＯＦＤＭサブキャリア間隔を適切に割り当てることによって、時間および周波数に対して柔軟に対応することができ、周波数利用効率を向上することができる。
以上を実現するために、本実施の形態では、移動端末などの通信端末において、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて自装置の移動速度を測定し、基地局では、ＲＲＣなどによって通信端末から受信した測定結果を用いて、ＯＦＤＭサブキャリア間隔を決定する。移動速度は、移動端末などの通信端末から、ＧＰＳなどの位置情報のみを基地局に通知して、基地局で前回の位置情報との差分から算出してもよい。また、移動速度は、基地局において、ラウンドトリップタイム（Round-Trip Time）、例えばランダムアクセス信号を用いたラウンドトリップタイム、または到来波の角度情報を測定し、その変化量から算出してもよい。
あるいは、通信端末において、既知系列の位相回転量からドップラー周波数を測定し、測定したドップラー周波数を基地局に報告する方法も有効である。基地局では、ＲＲＣなどによって通信端末から受信した測定結果を用いて、ＯＦＤＭサブキャリア間隔を決定する。あるいは、通信端末において、１スロット、１サブフレームなどの規定時間内での既知系列の位相回転量そのもの、または、その平均値を基地局に報告する方法も有効である。
あるいは、通信端末性能（以下「ＵＥ性能（capability）」という場合がある）として、高速移動対応可否を設ける。基地局は、実際に高速移動している通信端末でなくても、ＵＥ性能が高速移動可である場合には、ＯＦＤＭサブキャリア間隔が大きいものを設定する。同様に、ＵＥ性能が低速あるいは移動不可であるときには、ＯＦＤＭサブキャリア間隔が小さいものを設定する。
前述の移動速度、ドップラー周波数、規定時間における既知系列位相回転量、あるいは、対応可能な移動速度（UE capability）は、いくつかの段階に分類して報告することが好ましい。これによって、情報量を低減することができる。例えば、高速［新幹線／電車／車］、低速［歩行者］、固定の３段階に分類しておくことも有効である。あるいは、移動、固定の２段階とするのも有効である。
この報告値に応じて、通信に使用するＯＦＤＭサブキャリア間隔を決定する。実際の移動速度、あるいは、対応移動速度の逆数に比例したＯＦＤＭサブキャリア間隔、あるいは、それに近い値に設定にするとよい。
また、ＣＲＳ（Cell-specific Reference Signal）のように、通信端末の周辺セルのモニタおよび共通の制御に使用する信号については、通信端末の移動速度によらず、固定のＯＦＤＭサブキャリア間隔にする。これによって、通信端末と基地局との間で、制御情報のやりとりをしなくても、送受信が可能となり、有効である。
以上の通信端末の周辺セルのモニタおよび共通の制御に使用する信号と同様に、共通チャネルは、移動速度によらず、サブキャリア間隔が長い固定のＯＦＤＭサブキャリア間隔を使用し、個別チャネルは、移動速度に応じてＯＦＤＭサブキャリア間隔を変えることができるようにすることも有効である。
また、個別チャネルにおいても、個別チャネルに付随している共通チャネル（ＬＴＥにおけるＰＤＣＣＨ）は、移動速度によらず、サブキャリア間隔が長い固定のＯＦＤＭサブキャリア間隔を使用し、データ部のチャネル（ＬＴＥにおけるＰＤＳＣＨ）を通信端末毎に変更できるようにすることも有効である。
また、放送チャネル（ＬＴＥにおけるＰＭＣＨ）は、移動速度によらず、サブキャリア間隔が長い固定のＯＦＤＭサブキャリア間隔を使用するようにすることも有効である。
通信端末の周辺セルのモニタおよび共通の制御用に固定にするＯＦＤＭサブキャリア間隔は、相対的にＯＦＤＭサブキャリア間隔を大きくするものであり、例えば、通信品質を確保するために、高速移動に対応したＯＦＤＭサブキャリア間隔にする。これによって、移動速度によらず、送受信が可能となり、有効である。
また、低速移動に対応したＯＦＤＭサブキャリア間隔は、相対的にＯＦＤＭサブキャリア間隔を小さくするものであるが、以下のようにしてもよい。送信電力を大きくする、あるいは、変調方式をＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）のように変調度が少ないものを使用する、あるいは、誤り訂正符号化の誤り訂正能力を高いものにする、例えば符号化率を下げる、あるいは、アダマール符号およびＺａｄｏｆｆ−ｃｈｕなどの符号利得によって、高速移動している通信端末への通信品質を補償する。これによって、ＯＦＤＭサブキャリア間隔を小さくすることができ、通信端末の低消費電力化が可能となる。
次に、通信端末、例えば移動端末が、基地局に、自装置の位置、前述の移動速度、ドップラー周波数、および規定時間における既知系列位相回転量のうち、少なくとも１つを通知する方法を説明する。
以下に、ランダムアクセス時の例を示す。初期接続時、あるいは、ハンドオーバによって移動先の基地局と通信を開始するとき、通信端末が基地局に、同期用の信号、例えば非特許文献１（３ＧＰＰ ＴＳ３６．３００）１０．１．５．１章、１０．１．５．２章におけるランダムアクセスプリアンブルを送信する。
基地局は、通信端末から送信された同期用の信号を受け取ると、ランダムアクセスレスポンスとして、同期用の信号を受け取ったことを通知する信号を送信するとともに、通信端末の送信タイミングの補正を行い、基地局の待ち受けているタイミングに通信端末が送信できるように調整する。
基地局から送信された信号を受け取った通信端末は、通信端末個別の通信ができるようにするための制御情報として、ＲＲＣ（Radio Resource Control）接続要求を送信する。このＲＲＣ接続要求に、前述の通信端末の移動速度、ドップラー周波数、および規定時間における既知系列位相回転量などを含ませるとよい。
ＲＲＣ接続要求を受け取った基地局は、他の通信端末向けに使用している基地局の無線リソースの状況、例えば空きリソースがあるか否かを考慮した上で、移動速度に対応した無線フォーマット変更指示、例えばＯＦＤＭサブキャリア間隔の変更指示を送信する。基地局は、変更指示を送信した後、通信端末から変更指示了承の応答が返ってきた後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。
通信端末では、ＣｏＭＰのように、同時に他の基地局とも通信を行っており、同一の信号を送信するために無線フォーマットを変更できない場合がある。したがって、通信端末は、通信状況を考慮して、基地局に変更指示了承または否認の応答を返す。
以上の手順では、確実に無線フォーマットを変更することが可能であるが、基地局と通信端末との間でのやり取りの回数が多くなる。これを回避するために、基地局が通信端末に無線フォーマット変更指示を送り次第、基地局は、変更指示した無線フォーマットで送受信を開始してもよい。この場合、通信端末が基地局からの変更指示を受信できたかどうかが不明であり、受信できたが通信端末の通信状況によって変更が了承されていないことがあり得る。
したがって、タイマを設けて、無線フォーマットを変更した後で通信が確立できない場合は、元の無線フォーマットに戻して送受信を行うことが有効である。タイマは、具体的には、基地局が通信端末に無線フォーマット変更指示を送った後、通信端末から、無線フォーマット変更後の変更了承メッセージ（ＲＲＣ）が新しい無線フォーマットを用いて基地局に送信され、基地局において、変更了承メッセージが受信できるまでの時間を計測するタイマとするのが有効である。
また、前述の例とは別の例として、ランダムアクセスレスポンスを受け取るところまでは、前述の例と同一であるが、ランダムアクセスレスポンスを受け取った後のＲＲＣ接続要求に、通信端末で移動速度、ドップラー周波数、規定時間における既知系列位相回転量などから算出した無線フォーマットの変更を含ませてもよい。
前述のランダムアクセスの例では、通信端末とのやり取りで、通信端末の位置、移動速度、ドップラー周波数、および規定時間における既知系列位相回転量のうち、少なくとも１つを通知する方法を示したが、以下のようにしてもよい。例えば、移動元の基地局から、移動先の基地局にＸ２インタフェース経由で、ハンドオーバリクエスト（Handover Request）を送信するときに、通信端末の位置、移動速度、ドップラー周波数、および規定時間における既知系列位相回転量の少なくとも１つ、あるいは、ここから決定した無線フォーマット、例えばＯＦＤＭシンボル間隔を通知してもよい。
Ｘ２インタフェース経由の代わりに、Ｓ１インタフェース経由、すなわちＭＭＥ経由のハンドオーバリクワイヤード（Handover Required）で通知してもよい。または、デュアルコネクティビティ時のＸｎインタフェース経由のハンドオーバリクエスト（Handover Request）で通知してもよい。
移動先の基地局では、通信端末が移動先の基地局に送信した同期用の信号に対するランダムアクセスレスポンスとして、無線チャネルを設定するときに、各物理チャネルの設定値、具体的にはフィジカルコンフィグレーション（physical configuration）の設定値として、移動元の基地局からハンドオーバリクエスト（Handover Request）またはハンドオーバリクワイヤード（Handover Required）で指示された無線フォーマット、例えばＯＦＤＭシンボル間隔を通知するとよい。このとき、移動先の基地局では、他の通信端末向けに使用している基地局の無線リソースの状況、例えば空きリソースがあるか否かを考慮し、空きリソースがある場合、指示された無線フォーマットを通知する。
次に、メジャメントコンフィグレーション（measurement configuration）の例を示す。基地局と通信端末とが通信をしているとき、基地局からメジャメントコンフィグレーション（measurement configuration）（ＲＲＣ）を送信し、通信端末が、この設定に従い、メジャメントレポート（measurement report）（ＲＲＣ）を送信する方法も有効である。
通信端末は、メジャメントレポートで、自装置の位置、移動速度、ドップラー周波数、および規定時間における既知系列位相回転量のうち、少なくとも１つを報告する。これを受け取った基地局は、他の通信端末向けに使用している基地局の無線リソースの状況、例えば空きリソースがあるか否かを考慮した上で、移動速度に対応した無線フォーマット変更指示、例えばリコンフィグレーション（reconfiguration）を送信する。
通信端末は、変更指示を受信した後、他の基地局との通信状況、例えばＣｏＭＰをしているかどうかなどを考慮し、他の基地局と通信をしていないか、あるいは、同じ無線フォーマットを使用している場合、変更指示了承応答を送信し、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。基地局は、変更指示了承応答を受信した後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。
基地局は、変更指示を送信した後、通信端末から変更指示了承応答が返ってきた後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。通信端末は、変更指示了承応答を送信した後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。
次に、通信端末から無線フォーマットの変更要求を送信する例を示す。ランダムアクセスおよびメジャメントコンフィグレーション（measurement configuration）とは別に、通信端末が自装置の位置、移動速度、ドップラー周波数、および規定時間における既知系列位相回転量などから移動速度を検出し、無線フォーマット、例えばＯＦＤＭシンボル間隔の変更要求を送信してもよい。
基地局は、変更要求を受信した後、他の通信端末向けに使用している基地局の無線リソースの状況、例えば空きリソースがあるか否かを考慮し、空きリソースがある場合、変更了承応答を送信し、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。通信端末は、変更了承応答を受信した後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。
また、上記では、ＲＲＣによる無線フォーマット、例えばＯＦＤＭサブキャリア間隔の変更を指示する例を示したが、より高速に切替を行うために、ＭＡＣで無線フォーマットの種別を送受信するのも有効である。また、物理シグナルで、送信データに付随して無線フォーマットの種別を通知するのも有効である。
また、上記では、通信端末毎に、無線フォーマット、例えばＯＦＤＭサブキャリア間隔を設定する例を記載したが、通信端末グループ毎に無線フォーマットを設定するのも有効である。
通信端末のグループ分けとして、前述のように高速、低速、固定の３種類とするのも有効である。例えば、チャネル確立時に通知する各物理チャネルの設定に、３種類の無線フォーマットを通知し、通信端末が自装置の移動速度に応じて無線フォーマットを切り替えて使用し、基地局がブラインドで３種類から復号し、ＣＲＣがＯＫとなる無線フォーマットを使用する方法も有効である。
あるいは、チャネル確立時に通知する各物理チャネルの設定に、３種類の無線フォーマットを通知し、通信端末が自装置の移動速度に応じて無線フォーマットを切り替えるとき、使用している無線フォーマットの番号を物理シグナルでデータに付随させる方法も有効である。このとき、物理シグナルは、無線フォーマットを固定とするのが有効である。
以上のように本実施の形態によれば、基地局装置は、通信端末装置との間で送受信する信号の無線フォーマットを、通信端末装置毎に設定可能に構成される。無線フォーマットは、例えば通信端末装置の移動速度を含む使用形態に応じて、通信端末装置毎に設定される。したがって、比較的高速で、かつ比較的小さい遅延でデータ伝送を実現可能であり、また、種々の通信端末装置を収容可能な通信システムを得ることができる。
また本実施の形態では、無線フォーマットは、通信端末装置の移動速度を含む使用形態に基づいて、通信端末装置毎に設定される。これによって、各通信端末装置の使用形態に応じた適切な無線フォーマットを設定することができる。したがって、より高速で、かつより小さい遅延でデータ伝送を実現可能な通信システムを得ることができる。
また本実施の形態では、基地局装置と通信端末装置とは、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）で無線通信を行う。基地局装置と通信端末装置との間で送受信される信号は、ＯＦＤＭにおける信号のシンボルの長さであるＯＦＤＭシンボル長（ＳＬ）、およびサイクリックプレフィックス（Cyclic Prefix：ＣＰ）の長さであるＣＰ長（ＣＰ length：ＣＰＬ）の少なくとも一方が異なる複数の無線フォーマットを含む。これによって、前述のように比較的高速で、かつ比較的小さい遅延でデータ伝送が可能であり、また、種々の通信端末装置を収容可能な通信システムを、簡易な構成で実現することができる。
実施の形態２．
ＯＦＤＭアクセス方式におけるＣＰ長（ＣＰＬ）は、通信端末と基地局との間の距離が近い場合には、短くすることができる。また、ＣＰ長は、通信端末と基地局との間の伝送路における遅延分散の広がりが小さい場合には、短くすることができる。
２０１８年〜２０２０年で商用化を目指す第５世代の無線アクセス方式では、広帯域にするために、使われていない周波数を見込めるマイクロ波（ＳＨＦ）帯〜ミリ波（Extra High Frequency：ＥＨＦ）帯が必要となり、周波数が高くなるので、伝搬損失が大きくなる。さらに、単に伝搬損失が大きくなるだけでなく、単位面積あたりの通信可能容量を増やすために、基地局のサービスエリアをより小さくすることが必要となっている。したがって、第５世代でＯＦＤＭが使われる場合、以上の状況から、ＣＰ長は短くできる可能性がある。
しかし、農村などの比較的人口の少ないルーラルエリア（rural area）では、大容量かつセルの半径が大きい基地局が必要と予想され、例えば多素子アンテナを用いて、可能な限り遠くまで伝送できる技術も検討されている。
また、搬送波の周波数が高くなると、ドップラー周波数への耐性確保のために、ＯＦＤＭサブキャリア間隔をＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａよりも長くする必要がある。言い換えると、ＯＦＤＭシンボル長は、ＯＦＤＭサブキャリア間隔の逆数であるので、ＯＦＤＭシンボル長を短くする必要がある。したがって、ＣＰ長のオーバヘッドが周波数利用効率に大きく影響するようになる。
さらに、ＣＰ長が短すぎると、（１）シンボル間で干渉を起こし、通信品質が悪化する、（２）通信端末が間欠受信などの低消費電力モードで動作するときに、不十分な同期精度で通信品質が悪化する、などの問題が生じる。
以上のように、種々の使用形態が考えられる中、現状のＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａの無線フォーマットでは、同時に送信する下りＰＤＳＣＨのＣＰ長は、１つのセルで固定となっている。この場合、例えば、通信端末が、基地局から送信されている第二同期信号Ｓ−ＳＳを用いて、ブラインドでＣＰ長を検出している。このように下りＣＰ長が１つのセルで固定される場合、通信品質、あるいは、周波数利用効率が大きく悪化する可能性がある。
このような悪化を防ぐ技術として、本実施の形態では、ＯＦＤＭアクセス方式のときに、通信端末毎に、使用形態に応じてＣＰ長が異なる信号を用いる技術を開示する。この技術を用いることによって、周波数利用効率を向上させることができる。
図１４は、本発明の実施の形態２で用いられるフォーマットの一例を示す図である。図１４の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１４では、通信端末が基地局から離れている距離に応じて、ＣＰ長が異なるリソースブロックを用いる例を示す。図１５は、通信端末の直接波（ＤＷ）および反射波（ＲＷ）による遅延分散の光速伝搬距離の一例を示す図である。
図１４に示すように、リソースブロック（ＲＢ）１は、８サブキャリア×１１ＯＦＤＭシンボル＝８８ＯＦＤＭシンボルで構成される。クロック周波数の逆数であるクロック周期Ｔｓを１／２４５．７６ＭＨｚとしたときに、ＯＦＤＭサブキャリア間隔を１２０ｋＨｚとすると、例えば、ＯＦＤＭシンボル長（ＳＬ）は２０４８Ｔｓ（＝２４５．７６ＭＨｚ／１２０ｋＨｚ）、リソースブロックの先頭のＣＰ長（ＣＰＬ）は７６８Ｔｓ、他のＣＰ長（ＣＰＬ）は１２８Ｔｓ、リソースブロック合計で２４５７６Ｔｓ＝０．１ｍｓとなる。
対応できる遅延分散の広がりは最小のＣＰ長と等しくなるので、１２８Ｔｓ＝０．５２μｓ、すなわち光速で約１５０ｍまで使用できるフォーマットである。図１５に示す通信端末Ａ（ＵＥ Ａ）の直接波（ＤＷ）および反射波（ＲＷ）による遅延分散の光速伝搬距離が、通信端末Ａ（ＵＥ Ａ）と基地局（ＢＳ）との間の距離となるので、対応可能なセル半径の目安が１５０ｍとみなせる。図１４に示すリソースブロック（ＲＢ）１は、１５０ｍよりも近い距離に存在する通信端末用である。
また、リソースブロック（ＲＢ）２は、８サブキャリア×１０ＯＦＤＭシンボル＝８０ＯＦＤＭシンボルで構成され、ＯＦＤＭシンボル長（ＳＬ）が２０４８Ｔｓ、リソースブロックの先頭のＣＰ長（ＣＰＬ）が５１２Ｔｓ、他のＣＰ長（ＣＰＬ）が３８４Ｔｓ、リソースブロックの合計で２４５７６Ｔｓ＝０．１ｍｓとなる。
対応できる遅延分散の広がりは最小のＣＰ長と等しくなるので、３８４Ｔｓ＝１．５６μｓ、すなわち光速で約４５０ｍまで使用できるフォーマットである。図１５に示す通信端末Ｂ（ＵＥ Ｂ）の直接波（ＤＷ）および反射波（ＲＷ）による遅延分散の光速伝搬距離が、通信端末Ｂ（ＵＥ Ｂ）と基地局（ＢＳ）との間の距離となるので、対応可能なセル半径の目安が４５０ｍとみなせる。図１４に示すリソースブロック（ＲＢ）２は、４５０ｍよりも近い距離に存在する通信端末用である。
このように、通信端末が基地局から離れている距離に応じて、適切なリソースブロックの構成にすると、画一的にリソースブロック（ＲＢ）２のみを使用する場合に比べて、リソースブロック（ＲＢ）１では、同じリソースブロックの大きさでも、伝送できるデータ数を１０％多くすることができる。
以上のように本実施の形態では、２種類のＣＰ長のリソースブロックを、周波数を変えて送信しているが、リソースブロックのＣＰ長は３種類以上であってもよい。また、時間毎に異なるＣＰ長のリソースブロックを使用してもよい。
また、図１４のフォーマットの例では、ＣＰ長（ＣＰＬ）、ＯＦＤＭシンボル長（ＳＬ）ともに１２８Ｔｓの整数倍になっている。これは、２４５．７６ＭＨｚ／１．９２ＭＨｚ＝１２８に対応したもので、ＬＴＥでの１．４ＭＨｚ帯域幅の通信端末のサンプリングクロック（以下「基準クロック」という場合がある）である１．９２ＭＨｚの整数倍になることを意味する。また、これは、同時に５ＭＨｚ帯域幅のサンプリングクロック７．６８ＭＨｚ、１０ＭＨｚ帯域幅のサンプリングクロック１５．３６ＭＨｚ、２０ＭＨｚ帯域幅のサンプリングクロック３０．７２ＭＨｚの整数倍になっていることも意味する。
このことから、図１４に示すフォーマットを用いることによって、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａとのデュアルモードの通信端末を単一のクロック源で作ることができ、通信端末の低コスト化を実現することができることがわかる。
基地局と通信端末との間の距離を決定する方法は、以下のようにすることが有効である。
例えば、通信端末が、通信端末に搭載されたＧＰＳの位置情報を基地局に通知する。基地局は、基地局の設置時に、基地局内、または、基地局を保守監視する装置内のメモリに書き込んだ自局位置情報と、通信端末から通知されたＧＰＳの位置情報との差分から、基地局と通信端末との間の距離を算出する。あるいは、基地局は、基地局に備えてあるＧＰＳの位置情報と、通信端末から通知されたＧＰＳの位置情報との差分から、基地局と通信端末との間の距離を算出する。
例えば、通信端末からの送信信号を用いて、規定時間からのずれを距離に換算する方法も有効である。この場合、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａにおけるタイミングアドバーンスの制御と同様に、ランダムアクセス信号を基地局で受信して規定時間からのずれを距離に換算すればよい。
また、例えば、通信端末と基地局との間の実際の距離に依らず、通信端末において下り信号の遅延分散を測定した結果を基地局に報告する方法でもよい。この場合、基地局から比較的遠い距離にある通信端末でも、基地局から見通しがよく、反射波も比較的少ない環境であれば、ＣＰ長を短く設定し、周波数利用効率を向上させることができる。
上り信号のフォーマットについては、基地局で遅延分散を測定し、その結果に応じて上り信号のＣＰ長を決定し、基地局から通信端末にＣＰ長を指示すればよい。これによって、周波数利用効率を上げることができる。あるいは、時分割複信（Time Division Duplex：ＴＤＤ）のように上り下りが同一の周波数であるときには、基地局で通信端末からの上り信号の遅延分散を測定し、それに応じた下り信号のＣＰ長を設定してもよい。
また、例えば、通信端末と基地局との間の実際の距離に依らず、同一基地局、あるいは、同一セル内の多素子アンテナによるビーム毎にＣＰ長を決定してもよい。この場合、例えば、仰角方向のビームの指向性制御を行い、基地局から比較的近いところにビームの指向性が絞られているときには、ＣＰ長を短くする。逆に、基地局から比較的遠いところまで届くビームになっているときには、ＣＰ長を長くする。
また、例えば、多くの素子アンテナが使用されてビームが非常に細くなっている場合には、遅延分散が低減するので、通信端末からの遅延分散報告値を用いて、通信端末が基地局から遠くてもＣＰ長を短くできるかどうかについて、判断し、制御することができる。
次に、ＣＰ長を設定する方法について説明する。本実施の形態では、ＣＰ長を設定する方法として、以下の第一〜第三の方法を開示する。
第一の方法は、メッセージを通知しないで受信側でＣＰ長を検出する方法である。図１６および図１７は、既知系列が挿入されたリソースブロックの一例を示す図である。図１６および図１７の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１６および図１７では、８サブキャリア×１１ＯＦＤＭシンボルのリソースブロックに既知系列が挿入された場合を示す。
図１６に示す例では、２つのリソースブロックそれぞれの先頭のｔ１、ｔ１２の全ＯＦＤＭサブキャリアが既知系列となっている。この場合、受信側の装置は、リソースブロックの１シンボル目を受信したときに、ＣＰ長を算出可能となる。これによって、リソースブロック単位にＣＰ長を変えることも可能となる。
図１７に示す例では、ｆ４の周波数のｔ１、およびｆ８の周波数のｔ１のみ、間欠で既知系列を送信しているので、受信側は、この信号からＣＰ長を検出する。これによって、送信データを増やし、周波数利用効率を高めることができる。
第二の方法は、ＣＰ長制御情報を含むメッセージを通知するリソースのＣＰ長を、固定または相対的に長いＣＰ長とし、データの送受信を行うリソースのＣＰ長を、ＣＰ長制御情報に合わせたＣＰ長とする方法である。ＣＰ長制御情報は、送信するデータのＣＰ長、および通信端末が使用するＣＰ長の情報を含む。
ＣＰ長制御情報を含むメッセージを通知するリソースの割り当ては、周期的、例えば１０ｍｓ毎に、送信するＯＦＤＭサブキャリアの中央付近の周波数を含むリソースブロックとするとよい。これによって、ＯＦＤＭサブキャリアの中央付近のみを使用する狭帯域の通信端末でも、同一周波数で制御情報のやりとりができる。
特に、ビーム毎にＣＰ長を設定する場合には、報知チャネルなどのようにビーム毎の共通チャネルのＣＰ長を、固定または相対的に長いＣＰ長として、ＣＰ長制御情報を通知するとよい。これによって、このビームを使用する通信端末は、共通チャネルを受信することで、データの授受に使用するＣＰ長が分かる。したがって、基地局から近い位置にビームの指向性を向けるなどのビームの設定状況に合わせてＣＰ長を設定することができるので、周波数利用効率を向上させることができる。
図１８は、第二の方法の変形例を説明するための図である。図１８の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。図１８では、第二の方法の変形例として、予め、通信に使用する時間リソースの配置に応じてＣＰ長を指定する場合を示す。図１８に示す例では、周波数ｆの方向に２４個のリソースブロックがあり、時間ｔの方向には１０個のリソースブロック単位で繰り返し同一設定としている。図１８では、ＣＰ長設定の繰り返し周期をＴｃｐで表している。
例えば、リソースブロック群（ＲＢＧ）１、３はＣＰ長＝１２８Ｔｓ、リソースブロック群（ＲＧＢ）２，４はＣＰ長＝３８４Ｔｓとする。これらのリソース配置情報、および設定の繰り返し周期を、報知チャネルを使用して通信端末に通知する。
基地局のそばの通信端末には、ＭＡＣスケジューラで通信端末にリソースを割り当てるときに、リソースブロック群（ＲＢＧ）１，３の中から選択する。例えば、ｆ２，ｔ２を使用するように指定する。
割り当てられた通信端末は、報知情報と、スケジューラからの割り当てリソース位置情報とからＣＰ長を特定できる。当該通信端末が大きく移動して、次にスケジューラから割り当てるときにＣＰ長を長くする必要がある場合には、リソースブロック群（ＲＢＧ）２，４の中から選択する。
以上のように、リソース配置を指定するだけでＣＰ長を設定することができ、ＣＰ長設定のための制御情報を毎回やりとりする必要がなくなる。図１８では、時間リソースで説明したが、周波数リソース、またはリソースブロック単位にＣＰ長を指定しておく方法も有効である。
また以上に述べた例では、２通りのＣＰ長の例で説明したが、３つ以上でも有効である。
上記で説明したＣＰ長設定繰り返し周期は、報知情報の繰り返し周期の整数分の１になっていることが望ましい。
キャリアアグリゲーションしているときには、キャリアコンポーネント毎に異なる設定でもよい。
第三の方法は、ＣＰ長を長くした無線フォーマットを使用し、使用状況および使用条件を満たした後、ＣＰ長を変更する方法である。
例えば、通信初期段階、ＤＲＸの動作期間（active time）中、ＤＲＸを終了して間もない時点では、ＣＰ長を長くした無線フォーマットを使用し、通信端末が基地局と十分に時間同期が取れた旨を通知し、その後、基地局はＣＰ長を変更する。逆に、ＤＲＸ開始指示に合わせて基地局はＣＰ長を長くする。
以上のように本実施の形態では、基地局装置は、通信端末装置との間の無線通信の環境の変化、および通信端末装置の位置を含む変化情報に応じて、通信端末装置に対する無線フォーマットを変更可能に構成される。これによって、より適切な無線フォーマットを各通信端末装置に設定することができる。したがって、より高速で、かつより小さい遅延でデータ伝送を実現可能な通信システムを得ることができる。
また、現在の３ＧＰＰでのメッセージでは、上りのＣＰ長の変更は、ＲＲＣ接続再設定（RRC Connection Reconfiguration）などで行うことができるが、下りのＣＰ長の変更はできない。これに対し、本実施の形態では、下り信号でも、（１）基地局から通信端末までの距離に応じてＣＰ長を変えること、および（２）通信端末の移動速度によってＯＦＤＭシンボル長を変えることが実現可能になる。したがって、５Ｇ無線アクセスシステムで発生する、周波数が高くなること、およびシンボル長が短くなることによる通信状況の変化に対応して、良好な通信環境を維持することができる。
実施の形態１と同様に、実施の形態２の無線フォーマット（ＣＰ長）の変更の手順について、以下に説明する。
通信端末が、基地局に、自装置の位置、基地局からの距離、および遅延分散測定値のうち、少なくとも１つを通知する方法を説明する。
ランダムアクセス時の例を示す。初期接続時、あるいは、ハンドオーバによって移動先の基地局と通信を開始するとき、通信端末が基地局に、同期用の信号、例えば非特許文献１（３ＧＰＰ ＴＳ３６．３００）１０．１．５．１章、１０．１．５．２章におけるランダムアクセスプリアンブルを送信する。
基地局は、通信端末から送信された同期用の信号を受け取ると、ランダムアクセスレスポンスとして、同期用の信号を受け取ったことを通知する信号を送信するとともに、通信端末の送信タイミングの補正を行い、基地局の待ち受けているタイミングに通信端末が送信できるように調整する。
基地局から送信された信号を受け取った通信端末は、通信端末個別の通信ができるようにするための制御情報として、ＲＲＣ（Radio Resource Control）接続要求を送信する。このＲＲＣ接続要求に、前述の通信端末の位置、基地局からの距離、遅延分散測定値のうち、少なくとも１つを含ませるとよい。
これを受け取った基地局は、他の通信端末向けに使用している基地局の無線リソースの状況、例えば空きリソースがあるか否かを考慮した上で、移動速度に対応した無線フォーマットの変更指示、例えばＯＦＤＭサブキャリア間隔の変更指示を送信する。基地局は、変更指示を送信した後、通信端末から変更指示了承の応答が返ってきた後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。
通信端末では、ＣｏＭＰのように、同時に他の基地局とも通信を行っており、同一の信号を送信するために無線フォーマットを変更できない場合がある。したがって、通信端末は、通信状況を考慮して、基地局に変更指示了承または否認の応答を返す。
以上の手順では、確実に無線フォーマットを変更することが可能であるが、基地局と通信端末との間でのやり取りの回数が多くなる。これを回避するために、基地局が通信端末に無線フォーマット変更指示を送り次第、基地局は、変更指示した無線フォーマットで送受信を開始してもよい。この場合、通信端末が基地局からの変更指示を受信できたかどうかが不明であり、受信できたが通信端末の通信状況によって変更が了承されていないことがあり得る。
したがって、タイマを設けて、無線フォーマットを変更した後で通信が確立できない場合は、元の無線フォーマットに戻して送受信を行うことが有効である。タイマは、具体的には、基地局が通信端末に無線フォーマット変更指示を送った後、通信端末から、無線フォーマット変更後の変更了承メッセージ（ＲＲＣ）が新しい無線フォーマットを用いて基地局に送信され、基地局において、変更了承メッセージが受信できるまでの時間を計測するタイマとするのが有効である。
また、上記と別な例として、ランダムアクセスレスポンスを受け取るところまでは、上記と同一であるが、ランダムアクセスレスポンスを受け取った後のＲＲＣ接続要求に、通信端末の位置、基地局からの距離、遅延分散測定値のうち、少なくとも１つから算出した無線フォーマットの変更、例えばＣＰ長の変更を含ませてもよい。
上記ランダムアクセスの例では、通信端末とのやり取りで、通信端末の位置、基地局からの距離、遅延分散測定値のうち、少なくとも１つを通知する方法を示したが、以下のようにしてもよい。例えば、移動元の基地局から、移動先の基地局にＸ２インタフェース経由で、ハンドオーバリクエスト（Handover Request）を送信するときに、通信端末の位置、基地局からの距離、遅延分散測定値のうち、少なくとも１つ、あるいは、ここから決定した無線フォーマット、例えばＣＰ長を通知してもよい。
Ｘ２インタフェース経由の代わりに、Ｓ１インタフェース経由、すなわちＭＭＥ経由のハンドオーバリクワイヤード（Handover Required）で通知してもよい。または、デュアルコネクティビティ時のＸｎインタフェース経由のハンドオーバリクエスト（Handover Request）で通知してもよい。
移動先の基地局では、通信端末が移動先の基地局に送信した同期用の信号に対するランダムアクセスレスポンスとして、無線チャネルを設定するときに、各物理チャネルの設定値を通知するとよい。具体的にはフィジカルコンフィグレーション（physical configuration）の設定値として、移動元の基地局からハンドオーバリクエスト（Handover Request）またはハンドオーバリクワイヤード（Handover Required）で指示された無線フォーマット、例えばＣＰ長を通知するとよい。このとき、移動先の基地局では、他の通信端末向けに使用している基地局の無線リソースの状況、例えば空きリソースがあるか否かを考慮し、空きリソースがある場合、指示された無線フォーマットを通知する。
次に、メジャメントコンフィグレーション（measurement configuration）の例を示す。基地局と通信端末が通信をしているとき、基地局からメジャメントコンフィグレーション（measurement configuration）（ＲＲＣ）を送信し、通信端末が、この設定に従い、メジャメントレポート（measurement report）（ＲＲＣ）を送信する方法も有効である。
通信端末は、メジャメントレポートで、自装置の位置、基地局からの距離、遅延分散測定値のうち、少なくとも１つを報告する。これを受け取った基地局は、他の通信端末向けに使用している基地局の無線リソースの状況、例えば空きリソースがあるか否かを考慮した上で、移動速度に対応した無線フォーマット変更指示、例えばリコンフィグレーション（reconfiguration）を送信する。
通信端末は、変更指示を受信した後、他の基地局との通信状況、例えばＣｏＭＰをしているかどうかなどを考慮し、他の基地局と通信をしていないか、あるいは、同じ無線フォーマットを使用している場合、変更了承応答を送信し、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。基地局は、変更了承応答を受信した後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。
基地局は、変更指示を送信した後、通信端末から変更指示了承応答が返ってきた後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。通信端末は、変更指示了承応答を送信した後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。
次に、通信端末から無線フォーマットの変更要求を送信する例を示す。ランダムアクセスおよびメジャメントコンフィグレーション（measurement configuration）とは別に、通信端末が自装置の位置、基地局からの距離、遅延分散測定値のうち、少なくとも１つから導出した無線フォーマット、例えばＣＰ長の変更要求を送信してもよい。
基地局は、変更要求を受信した後、他の通信端末向けに使用している基地局の無線リソースの状況、例えば空きリソースがあるか否かを考慮し、空きリソースがある場合、変更了承応答を送信し、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。通信端末は、変更了承応答を受信した後、新しい無線フォーマットで送受信を開始する。
また、上記では、ＲＲＣによる無線フォーマット、例えばＣＰ長を指示する例を示したが、より高速に切替を行うために、ＭＡＣで無線フォーマットの種別を送受信するのも有効である。また、物理シグナルで、送信データに付随して無線フォーマットの種別を通知するのも有効である。
また、上記では、通信端末毎に、無線フォーマット、例えばＣＰ長を設定する例を記載したが、通信端末グループ毎に無線フォーマットを設定するのも有効である。
通信端末のグループ分けとして、遅延分散大、中、小の３種類とするのも有効である。例えば、チャネル確立時に通知する各物理チャネルの設定に、３種類の無線フォーマットを通知し、通信端末が自装置の移動速度に応じて無線フォーマットを切り替えて使用し、基地局がブラインドで３種類から復号し、ＣＲＣがＯＫとなるフォーマットを使用する方法も有効である。
あるいは、チャネル確立時に通知する各物理チャネルの設定に、３種類の無線フォーマットを通知し、通信端末が自装置の移動速度に応じて無線フォーマットを切り替えるとき、使用している無線フォーマットの番号を物理シグナルでデータに付随させる方法も有効である。このとき、物理シグナルは、無線フォーマットを固定とするのが有効である。
実施の形態３．
同一周波数を使用する隣接セル間で、干渉制御する技術として、３ＧＰＰで議論されているｅＩＣＩＣ（Enhanced Inter-cell Interference Coordination）がある。本技術を適用するためには、セル間でデータ制御する時間および周波数の単位が合っている必要がある。時間の最小単位として、ＬＴＥシステムでは、１ｍｓのサブフレームが定義されている。ここで、データ制御する時間とは、最小のデータ送受信単位であり、３ＧＰＰのＬＴＥのリソースブロック（Resource Block：ＲＢ）などに当たる。
セル間で時間がずれた場合、ずれた部分の信号がお互いのセルの信号の干渉となり、データのスループットなどの通信性能が劣化する。
５Ｇ無線システムなどで、種々の通信端末が基地局に接続されることが、想定される。その場合、通信端末毎に無線フォーマットの異なるものが設定されることが、想定される。無線フォーマットとは、例えば、ＯＦＤＭシンボルに関わるパラメータで、ＯＦＤＭシンボル長・ＯＦＤＭサブキャリアの周波数間隔およびＣＰ長（Cyclic Prefix）が挙げられる。無線フォーマットが混在した場合、データ制御の時間および周波数の単位が合わず、セル間の干渉制御などが性能良くできなくなると考えられる。
本実施の形態では、前述のような問題に対して、無線フォーマットが混在する場合は、各無線フォーマットで規定されるデータシンボル長を同一とする。ここで、データシンボル長とは、ＯＦＤＭシンボル長とＣＰ長を足した時間である。図１９は、セル＃１およびセル＃２の無線フォーマットの一例を示す図である。図１９の横軸は時間ｔを表す。図２０は、セル＃１およびセル＃２の無線フォーマットのパラメータの一例を示す図である。図１９および図２０では、セル＃１とセル＃２とでデータシンボル長（ＴＬ）を合わせた場合を示す。
例えば、図２０に示すように、２つの無線フォーマットが混在する場合、Ｎｏ．１として示される１つ目の無線フォーマットでは、ＯＦＤＭシンボル長ＳＬを４．１８マイクロ秒（μｓ）とし、ＣＰ長（ＣＰＬ）を５．１５μｓとして、合計のデータシンボル長（ＴＬ）を９．３３μｓとする。Ｎｏ．２として示される２つ目の無線フォーマットでは、ＯＦＤＭシンボル長ＳＬを８．３３μｓとし、ＣＰ長（ＣＰＬ）を１．００μｓとして、合計のデータシンボル長（ＴＬ）を９．３３μｓとする。このようにすることによって、データシンボル長（ＴＬ）毎の干渉制御などが可能となり、セル間干渉に強い通信が可能となる。例えば図１９に示すように、無線フォーマットＮｏ．１は、セル＃２で使用され、無線フォーマットＮｏ．２は、セル＃１で使用される。
また、混在する無線フォーマットで、データシンボル長を基準データシンボル長の整数倍にする方法もある。その場合、混在した無線フォーマットで使用されているデータシンボル長の最小公倍数の時間単位で干渉制御を行うことによって、干渉除去性能を劣化させることなく、通信することが可能となる。
さらにデータシンボル長を基準データシンボル長の整数倍にすることによって、無線フォーマット毎に自由にシンボル長を決めた場合と比較して、上記の最小公倍数の時間単位を小さくできるので、干渉制御単位時間の短縮が可能となるという効果がある。
図２１は、セル＃１〜セル＃３の無線フォーマットの一例を示す図である。図２２は、セル＃１〜セル＃３の無線フォーマットのパラメータの一例を示す図である。図２１および図２２では、各無線フォーマットのデータシンボルを基準データシンボル長の整数倍とした場合を示す。
図２１において、Ａは、セル＃１とセル＃２との間で干渉制御を行う最小制御単位の時間を示す。Ｂは、セル＃１とセル＃３との間で干渉制御を行う最小制御単位の時間を示す。Ｃは、セル＃２とセル＃３との間で干渉制御を行う最小制御単位の時間を示す。図２２のＲａは、セル＃１のデータシンボル長Ｌを基準（＝１）とした場合のデータシンボル長の比率を表す。
図２１および図２２に示すように、セル＃２で使用される無線フォーマットのデータシンボル長は、セル＃１で使用される無線フォーマットのデータシンボル長Ｌの２倍である２Ｌとなっている。また、セル＃３で使用される無線フォーマットのデータシンボル長は、セル＃１で使用される無線フォーマットのデータシンボル長Ｌの３倍である３Ｌとなっている。
前述のセル間でデータシンボル長が異なる場合に干渉制御する単位時間の決め方として、干渉制御を行う隣接セル間で、データシンボル長の情報を共有する方法と、固定の値を使用する方法がある。データシンボル長を共有した場合は、干渉制御する単位時間を隣接セルの状態に合せて、最小時間に設定できるため、効率的なデータの送受信スケジューリングが可能となり、結果として周波数利用効率を上げることが可能となる。また、固定値を使用する場合は、データシンボル長の情報を隣接セル間の制御メッセージで送信する必要がないため、制御が簡易にすることが可能である。固定値の決め方としては、例えば、静的に予め規格で決めておくといった方法がある。
セル間でデータシンボル長を共有する方法は、セルの構成により異なる。セル間の干渉制御などを行うセルの構成の例として３つの例を挙げる。図２３は、独立した異なる基地局のセルが隣接する通信システムを示す図である。図２４は、１つの基地局が複数のセルを集中管理する通信システムを示す図である。図２５は、マクロセルにスモールセルがオーバレイされる通信システムを示す図である。
図２３に示す、独立した異なる基地局のセルが隣接する通信システムについて説明する。図２３に示す通信システムは、ＭＭＥ／Ｓ−ＧＷ部（以下「ＭＭＥ部」という場合がある）３２０１、基地局（E-UTRAN NodeB：ｅＮＢ）３２０２、通信端末装置である移動端末（User Equipment：ＵＥ）３２０３を備える。図２３に示す例では、通信システムは、複数、具体的には２つのｅＮＢ３２０２を備える。ＭＭＥ部３２０１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。
ＵＥ３２０３は、ｅＮＢ３２０２と無線通信可能であり、無線通信で信号の送受信を行う。ｅＮＢ３２０２は、ＭＭＥ部３２０１とＳ１インタフェースにより接続され、ｅＮＢ３２０２とＭＭＥ部３２０２との間で制御情報が通信される。一つのｅＮＢ３２０２に対して、複数のＭＭＥ部３２０１が接続されてもよい。
ｅＮＢ３２０２間は、Ｘ２インタフェースにより接続され、ｅＮＢ３２０２間で制御情報が通信される。ｅＮＢ３２０２は、セル３２０４を構成する。図２３に示す例では、独立した異なる基地局である２つのｅＮＢ３２０２のセル３２０４が隣接している。
このように独立した異なる基地局のセルが隣接する通信システムにおいて、干渉制御などを行う場合は、基地局間に設けられたインタフェース上のシグナリングを利用して、データシンボル長をお互いの基地局に送信することとなる。ここで基地局間に設けられたインタフェース上のシグナリングとは、Ｓ１インタフェースを利用してＭＭＥ部経由で行う場合と、Ｘ２インタフェースを利用して、直接行う場合とがある。セル間での協調を行うために、以下の３つの方法がある。
第１の方法では、各々の基地局において、データシンボル長を変更するタイミングは、任意のタイミングとする。データシンボル長の変更後、基地局間に設けられたインタフェース上のシグナリングでデータシンボル長を通知し、通知完了後、新しい時間単位で干渉制御を行う。この構成では、通信端末とのデータシンボル長の変更は最速で行うことができるので、無線環境および通信端末の状態に合わせてデータシンボル長を変更することが可能となり、無線品質を高く維持することが可能である。
第２の方法では、データシンボル長を事前に隣接基地局に通知する場合に、データシンボル長の変更タイミングも一緒に通知し、データシンボル長の変更タイミングから両方の基地局で干渉制御の単位時間を変更する。この場合、干渉制御がデータシンボル長の変更タイミングと合うので、データシンボル長切替直後の干渉除去性能の劣化を抑えることが可能となる。
第３の方法では、予めシステムとして、あるいは、隣接基地局間で、共通のデータシンボル長変更可能タイミングを決めておき、そのタイミングに合わせて変更する。他セルのデータシンボル長変更通知が来た場合、その直後のデータシンボル長変更可能タイミングから変更されると認識する。該データシンボル長変更可能タイミング以降の最初の干渉制御時間から変更されると認識する。この場合、単にデータシンボル長の変更の実行のみを通知するだけでよいので、基地局間のシグナリングの情報サイズを小さくできるという効果がある。
図２４に示す、１つの基地局が複数のセルを集中管理する通信システムについて説明する。図２４に示す通信システムは、基地局として、１つの集中制御基地局（以下「ＩＣＢＳ」という場合がある）３３０１と、複数のリモート基地局（Remote Radio Equipment：ＲＲＥ）３３０２とを備える。
集中制御基地局３３０１は、複数のリモート基地局３３０２のベースバンド信号処理および移動制御を行う。リモート基地局３３０２は、無線制御処理を行う。集中制御基地局３３０１とリモート基地局３３０２とは、例えば光ファイバーなどで接続される。リモート基地局３３０２には、ベースバンド信号処理部を実装してもよい。移動端末３２０３は、リモート基地局３３０２と通信する。各リモート基地局３３０２は、比較的小さいカバレッジを有するセル３３０３を構成する。
本構成においては、集中制御基地局３３０１が、全てのセル３３０３のデータシンボル情報を所持しているので、データシンボル長の情報は常時共用される状態になる。したがって、データシンボル長が変化した場合でも高速に、干渉制御に反映することが可能となる。また、リアルタイムで干渉制御用の最小時間単位を計算でき、制御に反映することが可能である。さらに、各セルでのデータシンボル長の変更タイミングは、直前の干渉制御の最小時間の区切りで行うとよい。
図２５に示す、マクロセルにスモールセルがオーバレイされる通信システムについて説明する。図２５に示す通信システムは、ＭＭＥ部３２０１と、ＵＥ３２０３と、マクロ基地局であるマクロｅＮＢ（Macro eNB）３４０１と、スモール基地局であるスモールｅＮＢ（Small eNB）３４０２とを備えて構成される。図２５に示す例では、通信システムは、複数、具体的には２つのスモールｅＮＢ３４０２を備える。
マクロｅＮＢ３４０１は、比較的広いカバレッジを有するマクロセル３４０３を構成する。スモールｅＮＢ３４０２は、比較的小さいカバレッジを有するスモールセル３４０４を構成する。図２５に示す通信システムは、マクロｅＮＢ３４０１のセルであるマクロセル３４０３に、スモールｅＮＢ３４０２のセルであるスモールセル３４０４が重畳（オーバレイ（overlay））される構成となっている。
マクロｅＮＢ３４０１とスモールｅＮＢ３４０２とは、異なる搬送周波数を使用する場合もあれば、同一の搬送周波数を使用する場合もある。マクロｅＮＢ３４０１とＵＥ３２０３とで制御情報の通信を行い、スモールｅＮＢ３４０２とＵＥ３２０３とでユーザデータの通信を行う場合がある。本構成での干渉制御は主に、隣接したスモールｅＮＢ３４０２間で行われる。
ＵＥ３２０３に対する干渉制御を行う場合、スモールｅＮＢ３４０２間のデータシンボル長の情報共有は、スモールｅＮＢ３４０２間のＸ２インタフェースを介して行われてもよいし、マクロｅＮＢ３４０１経由でＸｎインタフェースを使用して行われてもよい。
データシンボル長の変更は、通信端末の状況により動的に変更が可能とする。データシンボル長を変更するタイミングは、隣接セル間の干渉制御を行うときの最小制御時間を、変更前と変更後とでそれぞれ求め、それらの最小公倍数となるタイミングとする。対象とする最小制御時間は、全隣接セルでもよいし、干渉制御を実行しているセルに関して計算してもよい。
図２６は、データシンボル長を変更するタイミングを説明するための図である。セル＃２のデータシンボル長を、元の設定：セル＃２（１）から、新設定：セル＃２（２）に変更する場合の例である。ＣＰ長（ＣＰＬ）とＯＦＤＭシンボル長（ＳＬ）を合せたデータシンボル長は、セル＃１用がＬ、セル＃２（１）用が２Ｌ、セル＃２（２）用が３Ｌの例である。
図２６において、Ａは、セル＃１とセル＃２（１）との間で干渉制御を行うときの最小制御時間を表しており、２Ｌ相当の時間となる。Ｂは、セル＃１とセル＃２（２）との間で干渉制御を行うときの最小制御時間を表しており、３Ｌ相当の時間となる。Ｃは、ＡとＢとの最小公倍数となる時間であり、６Ｌ相当の時間となる。データシンボルを変更する場合、Ｃの時間周期、例えば、矢印Ｄのタイミングでデータシンボル長を変更することによって、セル間での干渉制御を切れ目なく行うことができる。
また、例えば、多素子アンテナによるビーム毎にデータシンボル長を決めてもよい。同一セル内でビーム間の干渉制御を行う場合、および自セルのビームと他セルのビームとの間で干渉制御を行う場合にも本発明が適用できる。
基地局間のデータシンボル長のタイミングを識別できる情報の生成方法の例を示す。各基地局がＧＰＳの時間を取得し、ＧＰＳに同期したサブフレームタイミングを生成する。各基地局のサブフレームカウンタは、報知情報の送信周期でプリセットする。これにより、全基地局で、ＧＰＳに同期したサブフレームカウンタが生成され、基地局間で同期ができる。通知するデータシンボル長の変更タイミングとしては、現状のサブフレームカウンタ値に、処理遅延とマージンを加えた値とする。これにより、基地局間でデータシンボル長の変更タイミングを合わせることが可能となる。
ＧＰＳは、図２４のような構成の場合は集中制御基地局３３０１にあってもよいし、各リモート基地局３３０２にあってもよい。また図２５のような構成の場合はマクロｅＮＢ３４０１にあってもよいし、スモールｅＮＢ３４０２にあってもよい。
また、上記では、基地局間の同期をとるサブフレームカウンタの生成方法としてＧＰＳに同期させる方法を示したが、ＧＰＳでなく、ＮＴＰ（Network Time Protocol）サーバ、通信端末、またはＩＥＥＥ１５８８などを使用して時刻を同期させてもよい。
通信端末でデータシンボル長を変更する方法としては、以下の３つの方法がある。
第１の方法では、通信中の基地局がデータシンボル長を変更するタイミング、例えば、サブフレーム番号を通信端末に通知し、通知したタイミングから基地局、通信端末共にデータシンボル長を変更する。この場合、任意の変更タイミングを指定でき、かつ、設定する各通信端末と個々に情報を送受信することができるので、高速にデータシンボル長の変更情報を伝達でき、無線環境の変化などに応じて、迅速な干渉制御を行うことが可能となる。
基地局と通信端末との間での情報の通知方法としては、ＲＲＣメッセージにデータシンボル長の変更タイミングが識別できる情報を付加する方法、およびＰＤＣＣＨのようなＬ１／Ｌ２制御情報にデータシンボル長の変更タイミングが識別できる情報を付加する方法がある。また、報知情報にデータシンボル長の変更タイミングが識別できる情報を、付加する方法もある。
以上の例では、基地局から通信端末の変更タイミングを通知する例であるが、逆に通信端末から基地局に通知することもある。例えば、ＰＵＣＣＨなどのＬ１／Ｌ２制御情報にデータシンボル長の変更タイミングが識別できる情報を付加する方法である。
第２の方法では、予めシステムとして、或いは、基地局と通信端末との間で、共通のデータシンボル長の変更可能タイミングを決めておき、そのタイミングに合わせて変更する。基地局または、通信端末からデータシンボル長の変更通知が来た場合、その直後のデータシンボル長の変更可能タイミングから変更されると認識する。この場合、単にデータシンボル長の変更の実行のみを通知するだけでよいので、基地局と通信端末間のシグナリングの情報サイズを小さくできる効果がある。
第３の方法では、基地局が通信端末にデータシンボル長の変更タイミングを通知することなく、データシンボル長を変更する。通信端末は、データシンボル長が変更されたことをブラインド検出する必要がある。その方法としては、既知信号の挿入位置または既知信号の周期から、対応した無線フォーマットを検出し、データシンボル長を算出する方法がある。また、基地局でデータシンボル長の変更後、ＰＤＣＣＨのＬ１／Ｌ２制御情報に変更した情報を付加する方法、および報知情報を用いて、当該基地局で使用中のデータシンボル長を知らせる方法もある。第３の方法では、基地局と通信端末の間で厳密にデータシンボル長の変更タイミングを合わせる必要がないので、処理を簡易化することが可能である。
ここで、通信端末はＵＥ３２０３のことであり、基地局は、ｅＮＢ３２０２、ＲＲＥ３３０２、スモールｅＮＢ３４０２のいずれの構成にも適用可能である。また、データシンボル長の設定情報は、変更タイミング通知用のインタフェースが使える。使用するインタフェースは、設定情報と変更タイミングで同一でもよいし、異なってもよい。例えば、設定情報は、ＰＤＣＣＨのようなＬ１／Ｌ２制御情報を使用し、変更タイミングは、報知情報を使用するといった構成である。また、通知のタイミングは設定情報と変更タイミング情報で同時でもよいし、異なってもよい。異なる場合は、変更タイミングに先行して設定情報を通知しておく必要がある。
上りリンクと下りリンクのデータシンボル長は、同一である必要は無い。そのため、前述のＣＰ長の変更は、上りリンク用データシンボル長だけの変更、下りリンク用データシンボル長だけの変更も可能とする。
セル内のデータシンボル長は、サブフレーム単位、ＴＴＩ単位、または、ＲＢ毎で可変とすることで、変復調処理単位に合せた制御が可能となり、変復調処理が簡易化できる。また、干渉制御時間は、データシンボル長が最小単位であるが、さらにサブフレームの整数分の１（例えば、１／２）または、ＴＴＩ時間の整数分の１（例えば、１／４）の設定にするとよい。これによって、変復調処理の制御時間に合せて、干渉制御を行うことが可能となり、ＭＡＣスケジューリング処理などを簡易にすることが可能となる効果がある。
実施の形態４．
５Ｇシステムなどで想定される無線システムでは、ＯＦＤＭシンボル長およびＣＰ長の少なくとも一方が異なる無線フォーマットが混在すると考えられる。また、ＯＦＤＭシンボル長およびＣＰ長が動的に変化することも考えられる。ＬＴＥシステム方式では、セル固有参照信号（ＣＲＳ）は時間方向で考えると、通常７ＯＦＤＭシンボルに対して、２シンボル挿入されている。第０シンボル（先頭：第１番目）と第４シンボル（第５番目）である。
無線フォーマットが混在した場合、セル固有参照信号（Cell-specific Reference Signal：ＣＲＳ）が挿入される位置は、各々の無線フォーマットに最適な位置に定義されると考えられる。例えば、変復調処理の簡易化のために、データに対するＣＲＳの挿入割合を一定にすることがある。図２７は、セル固有参照信号（ＣＲＳ）の挿入割合の一例を示す図である。図２７の横軸は時間ｔを表す。Ｔ１、Ｔ２はデータが挿入されるシンボルである。例えば、図２７のように、４シンボル毎に１シンボルの割合でＣＲＳを挿入する。その場合、ＣＲＳの挿入間隔は、ＣＲＳ長とデータ長の和となり、ＣＲＳ長＋Ｔ１、および、ＣＲＳ長＋Ｔ２となる。
図２８は、セル固有参照信号（ＣＲＳ）の挿入間隔の一例を示す図である。図２８の横軸は時間ｔを表す。Ｔ３、Ｔ４はデータが挿入されるシンボルである。Ｔ５はＣＲＳの挿入間隔を示している。前述の状況に対して、無線フォーマットが混在した場合でも、セル固有参照信号（ＣＲＳ）の時間方向の挿入間隔Ｔ５を、複数の無線フォーマットで同一にする。そうすることで、基地局でのＣＲＳ生成の制御タイミングが同一になり、装置が簡易化できるとともに、１つの通信端末で複数の無線フォーマットで同時に通信する場合においても、処理が簡略化することが可能となる。
また、ＣＲＳを全ＯＦＤＭシンボルに対して、一定の割合で入れるより、セルに収容する通信端末の特性に合わせて、ＣＲＳの挿入間隔を決めることで、全ＯＦＤＭシンボルに対するＣＲＳの占有率を低減でき、周波数利用効率を上げることが可能である。通信端末の特性とは、例えば、移動端末の移動速度および基地局の設置場所による影響のことである。
移動速度であれば、移動速度が遅く、ドップラーシフトの影響が小さいセルは、ＣＲＳ挿入間隔を大きくして、ＣＲＳの占有率を小さくする。逆に移動速度が速くドップラーシフトの影響が大きいセルは、ＣＲＳ挿入間隔を小さくして受信性能をあげるといった方法もある。移動速度が速くなった場合、最大で、ある特定の周波数のＯＦＤＭシンボル全部にＣＲＳが挿入されることとなる。
また、移動速度が非常に遅い場合、時間方向のＣＲＳ挿入間隔だけでなく、周波数方向のＣＲＳ挿入間隔を大きくすることも有効である。移動速度が非常に遅い場合は、ドップラーシフトの影響が少ないだけでなく、無線伝搬環境の変化が少なくなるので、ＣＲＳの挿入率を小さくしても、受信性能を劣化が少なくなる。
したがって、周波数方向のＣＲＳ挿入間隔を大きくしても受信性能が劣化せずに、周波数利用効率を上げることが可能である。周波数方向のＣＲＳ挿入間隔を大きくした場合、周波数選択性フェージングが発生している場合に、特定の周波数で受信性能が劣化する可能性がある。その場合、ＣＲＳ挿入時間毎にＣＲＳの割当て周波数を変更する、または周波数ホッピング動作させることによって、受信性能の劣化を軽減させることも可能である。
基地局の設置場所であれば、都会のような建物および人が多く、見通しが少ないような場所では、周波数選択性フェージングの影響などにより無線伝搬環境の変化が大きいので、ＣＲＳ挿入間隔を小さくして、受信性能を上げるという方法もある。
図２９は、ＯＦＤＭシンボル長が異なる場合のＣＲＳの挿入間隔および挿入割合の一例を示す図である。図２９の横軸は時間ｔを表し、縦軸は周波数ｆを表す。ＯＦＤＭシンボル長ＳＬおよび、ＯＦＤＭサブキャリア間隔ＳＣＩの異なる無線フォーマットＲＥＦ＃１、ＲＥＦ＃２、ＲＦＥ＃３が混在している状態を示している。ＯＦＤＭシンボル長が異なる場合、ＣＲＳの時間方向の挿入間隔を同一にすると、ＯＦＤＭシンボル長が短い無線フォーマットの場合は、ＣＲＳの合成電力が小さくなり、通信端末のＣＲＳの受信において、所要のＳＮＲ（Signal Noise Ratio）などの受信性能を確保できない可能性がある。そのために、周波数方向にＣＲＳの挿入割合を増やす（ＣＲＳ挿入サブキャリア数を増やす）とか、ＣＲＳ挿入シンボルの送信電力を他のＯＦＤＭシンボルに対して、増加させるといった方法もある。
多素子アンテナによるビーム毎にＣＲＳの周波数方向の挿入割合を決めてもよい。多素子アンテナでビームを形成する場合、ビームを形成する素子数により、送信電力およびビームの放射角を変更することも可能である。そのため、例えば、素子数が多いビームに対しては、周波数方向のＣＲＳの挿入割合を少なくして、所要ＳＮＲを満足させた状態で、データ送信に使用するリソースを増加させ、周波数利用効率を上げるといった方法もある。
また、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）に関しては、前述のＣＲＳ同様に異なる無線フォーマットで同一にすることで、基地局および通信端末の制御の簡易化を図ることが可能である。また、ＤＭ−ＲＳｓに関しては、通信端末毎に設定が可能であるので、通信端末の受信性能、受信品質情報、アンテナ構成、送受信データ量、許容処理遅延量などに合せて、通信端末毎にＤＭ−ＲＳｓの挿入間隔を決めてもよい。
ＣＲＳの挿入間隔および挿入割合を通信端末に知らせる方法としては、報知情報で挿入間隔および挿入割合を送信する方法がある。報知情報に挿入することで、全通信端末に同時に知らせることが可能であるとともに、ＳＩ（System Information）の変更により、ＣＲＳの挿入間隔および挿入割合設定変更時にも対応できる。
ＤＭ−ＲＳｓの挿入間隔および挿入割合は、受信品質などに合せて、通信端末毎に動的に変更することが可能である。通信端末で、ＤＭ−ＲＳｓの挿入間隔および挿入割合を変更する方法は、以下の２つがある。
第１の方法では、通信中の基地局がＤＭ−ＲＳｓの設定変更内容および、タイミング（例えば、サブフレーム番号）を通信端末に通知し、通知したタイミングから基地局、通信端末共にＤＭ−ＲＳｓの設定を変更する。この場合、任意の変更タイミングを指定でき、かつ、設定各通信端末と個々に、情報を送受できるため、高速にデータシンボル長の変更情報を伝達でき、無線環境の変化などに応じて、迅速な制御を行うことが可能となる。
基地局と通信端末間での情報の通知方法としては、ＲＲＣメッセージにＤＭ−ＲＳｓの設定の変更内容および、変更タイミングが識別できる情報を付加する方法、ならびにＰＤＣＣＨのようなＬ１／Ｌ２制御情報にＤＭ−ＲＳｓの設定が識別できる情報を付加する方法がある。また、報知情報にＤＭ−ＲＳｓの設定の変更内容および、変更タイミングが識別できる情報を、付加する方法もある。
上記では、基地局から通信端末に、ＤＭ−ＲＳｓの設定の変更内容および、変更タイミングを通知する例であるが、逆に通信端末から基地局に通知することもある。例えば、ＰＵＣＣＨなどのＬ１／Ｌ２制御情報にＤＭ−ＲＳｓの設定の変更内容および、変更タイミングが識別できる情報を付加する方法である。
第２の方法では、予めシステムとして、あるいは、基地局と通信端末間で共通のデータシンボル長の変更可能タイミングを決めておき、そのタイミングに合わせて変更する。基地局または、通信端末からＤＭ−ＲＳｓの設定の変更通知が来た場合、その直後のＤＭ−ＲＳｓの設定の変更可能タイミングから変更されると認識する。この場合、単にＤＭ−ＲＳｓの設定の変更の実行のみを通知するだけでよいので、基地局と通信端末間のシグナリングの情報サイズを小さくできる効果がある。
実施の形態５．
５Ｇシステムなどで想定される無線システムでは、種々の通信端末が接続される。例えば、ＦＡ（Factory Automation）で使用されるような機器も通信端末として、同一システムに接続されるとことが想定される。ＦＡ機器は、リアルタイム性が重視されているものがあり、古い時間のデータは、有効なデータとして使用できない場合がある。
無線システムで処理遅延が発生する大きな要因としては、ＨＡＲＱでの再送、またはＲＬＣでの再送が発生した場合である。前記のＦＡ機器のような場合、ＨＡＲＱなどで再送されたデータは、無効なデータとして扱われると考えられる。しかし、ＬＴＥシステム方式では、ＨＡＲＱは必須の機能であり、接続する通信端末の種別によらず、ＨＡＲＱ用の無線リソースは確保されている。そのため、ＨＡＲＱ再送が不要な通信端末であっても、ＨＡＲＱ ＡＣＫ／ＮＡＣＫを返信するリソース、および再送に伴うスケジューリング情報の指示などが発生し、無線リソースが無駄に使われている。
今後、５Ｇシステムでは、ＭＭＣ（Massive Machine Connection）などで、現状の無線システムに対して、１００倍の通信端末が接続されることが要求されている。そのため、ＨＡＲＱなどの再送制御に関わる無線リソースの占有率も大きくなることわかる。
図３０は、従来の通信システムにおける制御動作の一例を示す図である。図３０の横軸は時間ｔを表す。基地局ＢＳと機器が接続されており、機器は、ＵＥの機能を有する機器制御部ＵＥ＿Ｃおよび通信制御部ＵＥを有している。基地局ＢＳからのイベント情報を基に制御動作を変更する例である。
ステップＳＴ３９０１でイベント発生し、基地局ＢＳはステップＳＴ３９０３でイベント情報を機器にＤａｔａ（１）として送信する。機器の通信制御部ＵＥでデータ復調したが、復調失敗となり、ステップＳＴ３９０９でＤａｔａ（１）を反映できず、ステップＳＴ３９０４でＨＡＲＱのＮＡＣＫを基地局ＢＳに返信する。
基地局ＢＳはステップＳＴ３９０５でＤａｔａ（１）を再送する。機器の通信制御部ＵＥで正常にデータの復調ができたので、ステップＳＴ３９０６でＡＣＫを返信する。
しかし、Ｄａｔａ（１）の受信は、機器制御部ＵＥ＿Ｃの制御観点では、到着時間が遅く、使用できないデータであり、ステップＳＴ３９１０で廃棄される。その際、ステップＳＴ３９１２で機器制御部ＵＥ＿Ｃは自立的に動作する。
ステップＳＴ３９０２で、新たなイベントが発生し、基地局ＢＳはステップＳＴ３９０７でＤａｔａ（２）を送信する。機器の通信制御部ＵＥでＤａｔａ（２）は正しく受信できたため、ステップＳＴ３９１１で機器制御部ＵＥ＿Ｃに反映し、機器制御部ＵＥ＿ＣはＤａｔａ（２）の情報を基にステップＳＴ３９１３で制御動作を実行する。また、ステップＳＴ３９０８でＡＣＫを返信する。図３０の例では、ステップＳＴ３９０４、ステップＳＴ３９０５、ステップＳＴ３９０６の動作は不要である。
前述の課題を解決するために、通信端末毎または無線ベアラ（Radio Bearer）毎にＨＡＲＱ制御を実行しないモードを追加する。同一システム内で、ＨＡＲＱを実行するモードと実行しないモードを混在することを可能とすることで、不要なＨＡＲＱ処理を削減により、不要になったＨＡＲＱに伴う無線リソースをデータ通信などに使用することができ、周波数利用効率を向上させることが可能となる。また、ＨＡＲＱ処理を不要とする通信端末は、処理が軽減されるので、省電力化にも寄与できる。
ＨＡＲＱ処理の実行の有無を選択する単位は、（１）通信端末毎、（２）無線ベアラ毎、（３）ある一定時間毎、（４）送信データ（パケット）毎、（５）ＬＣＧ（Logical Channel Group）毎、（６）キャリアアグリゲーションＣＡ用セルの場合のＣＣ毎、（７）デュアルコネクティビティＤＣ構成時のＭｅＮＢ毎、ＳｅＮＢ毎、（８）通信端末の種類毎、（９）ＱｏＳ毎、（１０）予め定めるタイミングでＨＡＲＱの有無を切り替えるなどがある。また、ＨＡＲＱ処理の実行の有無の設定を、基地局と通信端末とで共有する方法としては、Ｌ１／Ｌ２制御情報、ＭＡＣ制御情報、ＲＲＣ制御情報がある。
前記（１）の通信端末毎の選択方法としては、例えば、通信端末の処理能力および使用環境に応じてＨＡＲＱの有無を決定し、ＵＥケーパビリティ（UE capability）などで通信端末が基地局に通知する方法がある。
前記（２）の無線ベアラ毎の選択する方法としては、例えば、動画および音声用のベアラはリアルタイム性を重視しＨＡＲＱ無しとして、データパケット送信用のベアラは信頼性を重視しＨＡＲＱ有りとする方法がある。
前記（３）のある一定時間毎の選択方法としては、例えば、制御信号の送信時間はＨＡＲＱ有りとし、ユーザデータ信号の送信時間はＨＡＲＱ無しにするといった方法がある。
前記（４）の送信データ（パケット）毎の選択方法としては、例えば、通信品質をモニタし、通信状況が良好な場合（例えば、ＳＮＲが高い）は、ＨＡＲＱ無しとして、周波数利用効率を上げ、逆に通信状況が悪い場合は、ＨＡＲＱ有りとして、ＨＡＲＱ動作で通信品質を上げる方法がある。
前記（５）のＬＣＧ毎の選択方法としては、例えば、優先度の高いＬＣＧに対してはＨＡＲＱを有りにして通信品質を確保し、優先度の低いＬＣＧに対してはＨＡＲＱを無しにして、無線リソースの占有帯域を小さくするという方法がある。
前記（６）のＣＡ用セルの場合のＣＣ毎の選択方法としては、例えば、通信品質の良好なＣＣに対してはＨＡＲＱ無しとするとか、ＦＡ機器のような低遅延が必要な通信端末が割当てられるＣＣに対してはＨＡＲＱ無しとして、低遅延を実現する方法がある。
前記（７）のＤＣ構成時のＭｅＮＢ毎、ＳｅＮＢ毎の選択方法としては、ＭｅＮＢは制御情報を扱うため、ＨＡＲＱ有りとして品質を確保する、ＳｅＮＢはユーザデータの低遅延を実現するためにＨＡＲＱ無しとするといった方法がある。
前記（８）の通信端末の種類毎の選択方法としては、例えば、移動しない端末は通信環境が変わらないため、通信環境の変化が無いためＨＡＲＱを無しとして、低遅延を実現する、移動する端末は通信環境が変化するため、ＨＡＲＱを有りにして、急激な通信環境の変化に品質を維持できる構成とする方法がある。
前記（９）のＱｏＳ毎の選択方法としては、例えば、高品質を確保する必要がある場合はＨＡＲＱを有りにする、また、低品質でよい場合は、ＨＡＲＱを無しにして周波数利用効率を向上させる方法がある。
前記（１０）の予め定めるタイミングでＨＡＲＱの有無を切り替える方法としては、例えば、最初の通信確立までの制御情報に関してはＨＡＲＱあり、その後のユーザデータ通信に対してはＨＡＲＱ無しとする方法がある。
Ｌ１／Ｌ２制御情報としては、ＬＴＥシステムでは物理下り制御チャネル（ＰＤＣＣＨ）がある。Ｌ１／Ｌ２制御情報にＨＡＲＱの実行の有無を示す情報を追加することで、送信データ毎のＨＡＲＱ実行の有無を選択することが可能となる。下り送信に関しては、下り共有チャネルの割り当て情報にＨＡＲＱの実行の有無を付加してもよい。また、上り送信に関しては、上りスケジューリンググラントの情報にＨＡＲＱの実行の有無を付加してもよい。ＰＤＣＣＨでの通知の特徴としては、瞬時的な対応が可能となり、対応するＰＤＳＣＨのみに変更を適用できるというメリットがある。
この場合、（１）通信端末毎、（２）無線ベアラ毎、（３）ある一定時間毎、（４）送信データ（パケット）毎、（５）ＬＣＧ（Logical Channel Group）毎、（６）キャリアアグリゲーションＣＡ用セルの場合のＣＣ毎、（７）デュアルコネクティビティＤＣ構成時のＭｅＮＢ毎、ＳｅＮＢ毎、（８）通信端末の種類毎、（９）ＱｏＳ毎、（１０）予め定めるタイミングでＨＡＲＱの有無を切り替える（例えば、最初の接続を実行するときの制御情報に関してはＨＡＲＱあり、その後はＨＡＲＱ無し）のいずれの変更も可能となる。この場合、基地局が通信端末に設定を通知する。
ＭＡＣ制御情報としては、Ｌａｙｅｒ２レベルの初期設定および再設定を実行するような情報、例えば、ＭＡＣ−ＣＥ（Medium Access Control - Control Element）にＨＡＲＱ設定情報を付加して、設定のタイミングでＨＡＲＱの実行の有無を変更する。ＬＴＥシステム方式では、ＲＲＣ接続再設定（RRC Connection Reconfiguration）のＲＲＣ制御情報などに当たる。
この場合は、（１）通信端末毎、（２）無線ベアラ毎、（３）ある一定時間毎、（５）ＬＣＧ（Logical Channel Group）毎、（６）キャリアアグリゲーションＣＡ用セルの場合のＣＣ毎、（７）デュアルコネクティビティＤＣ構成時のＭｅＮＢ毎、ＳｅＮＢ毎、（８）通信端末の種類毎、（９）ＱｏＳ毎、（１０）予め定めるタイミングでＨＡＲＱの有無を切り替える（例えば、最初の接続実行の制御情報に関してはＨＡＲＱあり、その後はＨＡＲＱ無し）の変更が可能となる。この場合、基地局が通信端末に設定を通知する。
ＲＲＣ制御情報としては、ＵＥケーパビリティ（UE capability）情報に付加して、通信端末の無線接続設定時にＨＡＲＱの実行の有無を設定する。この場合は、（１）通信端末毎、（８）通信端末の種類毎に設定可能となる。この場合、通信端末が基地局に設定を通知する。
また、ＬＴＥシステム方式では、ＱＣＩｓ（Quality Class Identifiers）で無線ベアラ毎のＱｏＳ（Quality of Service）を規定している。このＱＣＩｓテーブルにＨＡＲＱの実行の有無を加えて、（２）無線ベアラ毎に設定可能とする構成もある。
上記では、ＨＡＲＱの有無の設定方法を記載したが、一度ＨＡＲＱの有無を設定した場合に、設定された状態を次のトリガーが入るまで継続することも有効である。ＬＴＥシステム方式では、各種Ｌ１／Ｌ２制御情報をＰＤＳＣＨの送信毎に設定するが、設定を継続する場合は、ＰＤＳＣＨの送信毎の設定を実行する必要がなくなり、制御情報を減らすことが可能となり、制御情報のオーバヘッドを軽減し周波数利用効率を向上することができる。
設定の継続状態を停止するトリガーとしては、以下の方法がある。（１）ＨＡＲＱ設定継続タイマを持ち、そのタイマが満了するまで継続する。タイマ値の設定は事前に実行されているものとする。規格、または基地局毎の設定ファイルで固定的に決められていてもよい。（２）通信端末、基地局、または、基地局の上位装置から設定変更の要求があるまで継続する。例えば、受信性能が劣化した場合にＨＡＲＱ無しの状態を停止し、ＨＡＲＱ有りへの変更要求を出す。受信性能の劣化の検出方法としては、例えば、データのＣＲＣチェックからエラーレートを求める方法、および既知信号からＳＮＲ（Signal Noise Ratio）を測定する方法がある。
また、ＨＡＲＱの有無のデフォルト値を決めておくことも有効である。通信を開始した場合に、ＨＡＲＱの有無に対する設定が無い場合は、例えばＨＡＲＱ有りとする。デフォルト値を設定しておくことで、更に制御情報のオーバヘッドを減らすことが可能となる。デフォルト値は、規格、または基地局毎の設定ファイルで固定的に決められていてもよい。また、報知情報でＨＡＲＱの有無のデフォルト値を周知してもよい。
前述のＨＡＲＱの実行の有無は、センサデバイスなどの通信端末の省電力化にも寄与できる。例えば、制御情報などの必要な情報に対してのみ、ＨＡＲＱを実行し、それ以外はＨＡＲＱを実行しないことで、不要なＨＡＲＱ−ＡＣＫ／ＮＡＣＫの送信をなくすことができる。ＨＡＲＱ処理の低減の方法として、データの復調が正しくできた場合のＨＡＲＱ−ＡＣＫのみを送信し、データ復調が誤った場合のＨＡＲＱ−ＮＡＣＫは送信しない方法もある。その場合、ＨＡＲＱ−ＡＣＫを受信するまで自動的に再送を繰り返す。この場合、再送を停止する方法としては、ＲＲＣメッセージなどで停止する方法、および最大再送回数に達した場合に再送を停止する方法がある。
実施の形態６．
５Ｇシステムでは、ＭＴＣ（Machine Type Communication）が本格化すると考えられている。ＭＴＣは、処理遅延（Latency）規定が３０秒以上といった制約が非常に小さい要求の通信端末も混在する。ＬＴＥシステム仕様では、ＴＴＩ（Transmission Time Interval）間隔は、１サブフレーム（１ｍｓ）で全ての通信端末で統一されており、ＭＴＣの場合でも１サブフレームに合せて動作する必要がある。
実施の形態６のＴＴＩとは、ＨＡＲＱのＡＣＫ／ＮＡＣＫを判断する単位時間である。言い変えれば、チャネル符号化したデータを送信する単位の時間である。１ＴＴＩ分のデータにＣＲＣを付加し、ＨＡＲＱを返信する。そのため、２ＴＴＩ分のデータに対してＣＲＣを付加し、ＨＡＲＱ ＡＣＫ／ＮＡＣＫを実行することは無いこととする。したがって、処理遅延規定が緩いＭＴＣであっても、１サブフレーム単位で動作する必要があり、ＨＡＲＱによる再送動作も他の通信端末と同じ周期で処理する必要がある。
ＬＴＥシステム仕様の上りは、ＨＡＲＱの再送周期は８サブフレームである。ここで、ＬＴＥシステム仕様でのＴＴＩは、ＨＡＲＱを実行する場合にＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）を確認する時間であり、１ＴＴＩに割り当てられたデータ単位でＨＡＲＱの再送処理が実行されている。
そのため、ＭＴＣの通信端末であっても瞬時的な高速処理が必要となり、処理可能な高性能デバイス等を採用する必要がある。また、ＨＡＲＱの再送データは、送信タイミングが決まっており、優先的にスケジューリングされるため、ＭＴＣのように優先度が低いデータであっても、瞬時的に他のデータより優先度が上がり、他の優先度の高いデータの送信を阻害することがある。
前述の課題を克服するために、移動端末毎または、無線ベアラ毎にＴＴＩの周期を設定でき、それらを混在可能な構成とする。図３１は、移動端末ＵＥ＃１および移動端末ＵＥ＃２のＴＴＩの周期の一例を示す図である。ＯＦＤＭシンボル長をＳＬとする。例えば、図３１に示すように、ある移動端末ＵＥ＃１は低処理遅延で動作させるために、１ＴＴＩをＴ１１、例えば０．１ｍｓで動作させ、ＭＴＣのような移動端末ＵＥ＃２は１ＴＴＩをＴ１２、例えば１０００ｍｓと長く設定することが可能なシステムとする。また、混在するＴＴＩ長を全て、基準ＴＴＩ長の整数倍とすることで、異なるＴＴＩ長の通信端末が混在した場合のＲＢリソース割当てのスケジューリング制御が簡易になる効果がある。
このようにすることによって、ＭＴＣのような移動端末はＨＡＲＱ周期も長くすることが可能となり、瞬時的な移動端末の負荷、および瞬時的な無線リソースの不足を解消することができる。
図３２は、異なるＴＴＩが混在した場合のＨＡＲＱ周期の一例を示す図である。図３２の横軸は時間ｔを表す。移動端末ＵＥ＃１は、短いＴＴＩを設定されており、移動端末ＵＥ＃２は長いＴＴＩが設定されている。
ステップＳＴ４１０１で基地局ＢＳは移動端末ＵＥ＃１にデータを送信する。ステップＳＴ４１０２は移動端末ＵＥ＃１のＴＴＩ長（以下「ＴＴＩＬ」と記載する場合がある）を示しており、ＨＡＲＱ処理を実行するデータ長である。移動端末ＵＥ＃１はステップＳＴ４１０２の期間のデータを復調し、ＨＡＲＱ ＡＣＫ／ＮＡＣＫをステップＳＴ４１０３で基地局ＢＳに返信する。基地局ＢＳは、ステップＳＴ４１０３の結果を見て、ＮＡＣＫの場合、次のデータをステップＳＴ４１０１で再送する。
移動端末ＵＥ＃１の例と同様に、移動端末ＵＥ＃２に対しては、ステップＳＴ４１０４でデータを送信、ステップＳＴ４１０５でデータを受信し、そして、復調結果をステップＳＴ４１０６で基地局ＢＳに返信する。
この図３２に示すように移動端末によっては、ＨＡＲＱ周期を変更することができ、優先度の低いデータに対する再送を、優先度が高いデータと同じ時間間隔で再送する必要が無く、移動端末ＵＥ＃１のような優先度の高い移動端末のデータの送信を阻害することを低くすることができる。なお、１ＴＴＩ中に送信するデータは、任意にＲＢリソース割当てができるとともに、データ量も制御できる構成とすることで、複数移動端末が混在した場合に、より柔軟なスケジューリングが可能となり、移動端末毎の優先制御の実現が容易になる。
ＴＴＩの周期を混在させる方法として、基準のＴＴＩ（最小時間のＴＴＩ）を決めて、そのＴＴＩの整数倍のＴＴＩを設定可能とする方法がある。その場合、基地局装置は、基準のＴＴＩに合せて動作することで、スケジューリングが簡易にすることができる。
ＴＴＩ内のＯＦＤＭシンボルへのデータ割当ては、ＬＴＥシステム方式の下り信号のように連続している必要はなく、単位時間当たりの処理量を減らすことで、ＭＴＣなどで使用される低速度デバイスでも処理できる割当ても可能となる。図３３は、ＴＴＩ内のＯＦＤＭシンボルへのデータ割当ての一例を示す図である。図３３では、単位時間当たりの処理量を減らした例を示す。具体的には、４０ｍｓ当たり、４シンボル分のデータを送信する例である。
図３３（ａ）では、ＴＴＩ長Ｔ２１が１ｍｓの場合の例を示し、図３３（ｂ）では、ＴＴＩ長Ｔ２３が４０ｍｓの場合の例を示している。ＴＴＩ長Ｔ２１が１ｍｓの場合、１サブフレーム当たりの処理データ量は最大４シンボル分となる。また、ＨＡＲＱ再送がされた場合、４０ｍｓの前半に負荷が集中する。例えば、Ｔ２２、例えば７ｍｓが経過した後に再送データ（ＲＴＤ）を受信した場合は、９ｍｓ間で８シンボル処理されることになる。一方で、ＴＴＩ長Ｔ２３を４０ｍｓにした場合は、１サブフレーム当たりの処理データ量は最大１シンボル分であり、ＨＡＲＱ再送が発生した場合でも、４０ｍｓ上のタイミングで再送が実行される。例えば、図３３（ｂ）は、ＴＴＩ後、Ｔ２４、例えば７ｍｓ再送が実行された例である。
図３３（ｂ）において、さらに移動端末の低消費電力化を図るために、データの存在するシンボルだけ、ＬＴＥ方式のＤＲＸ（Discontinuous Reception）のように、移動端末は起動し、処理を実行することも有効である。その場合、ＰＤＣＣＨ（スケジューリング情報）をデコードしなくてもよいように、固定のスケジューリングを実行する方法、１ＴＴＩ内のデータの割当てをＰＤＣＣＨ（スケジューリング情報）で事前に通知する方法、および時間方向のＲＢ割当ては一定周期とする方法がある。
ＴＴＩの設定の単位は、（１）移動端末毎、（２）無線ベアラ毎、（３）ある一定時間毎、（４）送信データ（パケット）毎、がある。また、ＴＴＩの設定を、基地局・移動端末で共有する方法としては、Ｌ１／Ｌ２制御情報、ＭＡＣ制御情報、ＲＲＣ制御情報がある。
Ｌ１／Ｌ２制御情報としては、ＬＴＥシステムでは物理下り制御チャネル（ＰＤＣＣＨ）がある。Ｌ１／Ｌ２制御情報にＴＴＩの設定を示す情報を追加することで、送信データ毎のＴＴＩの設定を選択可能となる。下り送信用であれば、下り共有チャネルの割り当て情報にＴＴＩの設定を付加、上り送信に関しては、上りスケジューリンググラントの情報にＴＴＩの設定を付加してもよい。この場合、（１）移動端末毎、（２）無線ベアラ毎、（３）ある一定時間毎、（４）送信データ（パケット）毎のいずれの変更も可能となる。
ＭＡＣ制御情報としては、Ｌａｙｅｒ２レベルの初期設定または再設定を実行するような情報にＴＴＩの設定を付加して、設定のタイミングでＴＴＩの設定を変更する。ＬＴＥシステム方式では、ＲＲＣ接続再設定（RRC Connection Reconfiguration）などに当たる。この場合は、（１）移動端末毎、（２）無線ベアラ毎、（３）ある一定時間毎の変更が可能となる。
ＲＲＣ制御情報としては、UE capability情報に付加して、移動端末の無線接続設定時にＨＡＲＱの実行の有無を設定する。この場合は、（１）移動端末毎に設定可能となる。
また、ＬＴＥシステム方式では、ＱＣＩｓ（Quality Class Identifiers）で無線ベアラ毎のＱｏＳ（Quality of Service）を規定している。このＱＣＩｓテーブルにＴＴＩの設定を加えて、（２）無線ベアラ毎に設定可能とする構成もある。
また、多素子アンテナを用いたビーム形成をするシステムでは、ビーム毎にＴＴＩの設定を変更するのも有効である。例えば、高速移動する移動端末と通信している場合、および細いビームを使用している場合は、短時間でビームの照射範囲の外に移動端末が移動してしまうので、ＴＴＩ周期を短くして、移動端末におけるビームの受信電力の強さ、およびＭＩＭＯ（Multiple Input and Multiple Output）のプリコーディング（Precoding）などに無線伝送区間のチャネル情報をフィードバックして、ビームを向ける方向を制御する必要がある。逆に、太いビームを使用している場合は、細いビームを使用している場合に対して、ＴＴＩ周期を長くしても、ビーム照射範囲外に移動端末が移動してしまうことは少なくなる。一般的に、アンテナ素子数が多い場合は、ビーム幅が細くなり、素子数が少ない場合は、ビーム幅が太くなる。そのため、アンテナ素子数に対して、ＴＴＩ長を決めるのも有効である。
ＴＴＩ長を移動端末に知らせる方法としては、ＰＤＣＣＨなどのＬ１／Ｌ２制御情報を使用して通知する方法、ＭＡＣのスケジューリング情報で通知する方法、およびＲＲＣメッセージで通知する方法がある。
実施の形態７．
ＬＴＥシステム方式では、下り同期信号は送信周波数の中心の７２サブキャリア（１．０８ＭＨｚ帯域分）のみに割り当てられている。図３４は、同期信号（ＳＳ）およびデータの割当ての一例を示す図である。５Ｇシステムでは使用する周波数帯域ＢＷが広くなる（例えば、５００ＭＨｚ）ため、中心周波数Ｗ１のサブキャリアのみに割り当てた場合、全ての移動端末が中心周波数で同期したのち、データ送受信で使用する周波数帯域Ｗ２へ移動する必要がある。
前述のようなシステムの場合、狭周波数帯域しか使用しないデバイスなどでも、２周波数帯域に対応する必要あり、広周波数帯域に対応したＲＦデバイスを使用したり、２周波数間での周波数切替する回路を搭載したり、コストアップにつながる。
また、狭周波数の１周波数帯域しか対応しない移動端末が多数ある場合は、全ての低速通信デバイスを中心周波数の周辺に割り当てる必要があり、ＭＭＣ（Massive Machine Connection）のような大量の移動端末が接続される条件では、リソース不足が発生する可能性がある。
上記の解決方法として、ＬＴＥ−Ａシステム方式のＣＡ（Carrier Aggregation）が考えられる。ＣＡ方式では、２０ＭＨｚ帯域のＣＣ（Component Carrier）を最大５個配置することで、１００ＭＨｚなどの広帯域化を実現しており、その場合、２０ＭＨｚ毎に中心周波数を割当てができるため、２０ＭＨｚ毎に同期信号（ＳＳ）を配置することが可能である。しかし、高速伝送可能な移動端末は、２０ＭＨｚ毎にＦＦＴなどの処理を実行する必要があり、処理が複雑になる。５Ｇシステムでは、５００ＭＨｚを超える帯域を使用するため、処理の簡易化のために、ＦＦＴなどの処理単位は大きくなることが考えられる。その場合は、前述のＭＭＣ対応のリソース不足などの問題が発生する。
前述の課題を解決するために、同期信号（ＳＳ）を中心周波数だけでなく、全帯域または、センサなどの狭周波数帯域対応の移動端末に使用する周波数帯域に一定の周波数間隔で配置する（例えば、２０ＭＨｚ間隔）。そうすることで、移動端末はデータ通信で使用する周波数の近くの同期信号（ＳＳ）で同期することができ、2周波数帯域対応する必要がなくなる。また、ＭＭＣなどの大量の移動端末が接続されるシステムにおいても、リソース配分が自由に行うことができるようになる。
図３５は、周波数帯域における同期信号（ＳＳ）の配置の一例を示す図である。図３５の横軸は周波数ｆを表す。図３５では、全周波数帯域ＢＷに同期信号（ＳＳ）を割当てた例を示す。中心周波数の同期信号（ＳＳ）を４４０１に、それ以外にＳＳ配置を周波数間隔ＡＦＩで追加配置した同期信号（ＳＳ）を４４０２に示す。４４０３がある移動端末が使用する周波数のデータである。４４０３のデータを復調する移動端末は、中心周波数の同期信号（ＳＳ）４４０１で同期をとる必要がなく、データに隣接した追加の同期信号（ＳＳ）４４０２で同期をとることができ、狭帯域周波数のみの対応で通信が可能となる。
同期信号（ＳＳ）の配置方法としては、構成ファイル（コンフィグレーションファイル（configuration file））で、自由に同期信号（ＳＳ）の位置を変更することができるようにする。例えば、ＭＭＣ環境のような狭周波数帯域にしか対応していない移動端末を大量に収容する必要がない基地局では、同期信号（ＳＳ）は中心周波数のみに配置し、ＭＭＣ環境のような狭周波数帯域にしか対応していない移動端末を大量に収容する必要がある基地局では、全帯域または、広帯域に同期信号（ＳＳ）を配置する。
構成ファイルの例としては、各基地局が持っており、同期信号（ＳＳ）の割当てられる周波数方向の情報として、同期信号（ＳＳ）割当てのサブキャリアの周波数、および同信号（ＳＳ）の周波数割り当て周期（例えば、２０ＭＨｚ周期）の情報、また、時間方向の情報として、同期信号（ＳＳ）割当ての時間位置（サブフレーム位置など）、および同期信号（ＳＳ）の時間方向の割り当て周期（例えば、１０ｍｓ周期）の情報が記載されており、各基地局は起動時にファイルから上記情報を読み出し、同期信号の割当て設定および報知情報の通知情報に適用する。
また、構成ファイルの代わりに基地局の上位装置のＭＭＥ／Ｓ−ＧＷから設定されてもよい。その場合、ＣＡ（Carrier Aggregation）およびＤＣ（Dual Connectivity）などのＡｓｓｉｓｔｅｄ構成時に周辺セルの同期信号割当て情報に関しても、ＭＭＥ／Ｓ−ＧＷから設定が可能となり、基地局間で通知する必要がなくなり、制御インタフェースを簡易にできる。
図３６は、周波数帯域における同期信号（ＳＳ）の配置の他の例を示す図である。図３６の横軸は周波数ｆを表す。図３６では、ＭＭＣ用の割当て周波数帯域のみに同期信号（ＳＳ）を配置した例を示す。この例では、周波数全帯域ＢＷに追加の同期信号（ＳＳ）を配置せずに、ＭＭＣで使用される周波数帯域にのみＭＭＣ用ＳＳ配置周波数ＡＦとして、追加の同期信号（ＳＳ）４５０３を配置する。こうすることで、通常の広帯域データ送受信が可能な移動端末が使用する周波数領域には、同期信号（ＳＳ）を配置しないため、無駄な同期信号（ＳＳ）を配置する必要がなくなる。
移動端末の基地局への同期方法としては２つの方法がある。１つは、ブラインド検出であり、１つは、ＣＡ（Carrier Aggregation）およびＤＣ（Dual Connectivity）などのＡｓｓｉｓｔｅｄ構成時に、ＳＣｅｌｌおよびＳｅＮＢ（Secondary eNB）に接続する際に、ＰＣｅｌｌおよびＭｅＮＢ（Master eNB）から、同期信号（ＳＳ）の割当てられている周波数方向の情報として、同期信号（ＳＳ）割当てのサブキャリアの周波数、および同信号（ＳＳ）の周波数割り当て周期（例えば、２０ＭＨｚ周期）の情報、また、時間方向の情報として、同期信号（ＳＳ）割当ての時間位置（サブフレーム位置など）、および同期信号（ＳＳ）の時間方向の割り当て周期（例えば、１０ｍｓ周期）の情報を得る方法である。
ＳＣｅｌｌおよびＳｅＮＢの同期信号の割当て情報は、ＰＣｅｌｌおよびＭｅＮＢの周辺セル情報として、報知情報に含まれているとよい。また、ＳＣｅｌｌおよびＳｅＮＢのＳＩＢ情報もＰＣｅｌｌおよびＭｅＮＢの報知情報で通知してもよい。そうすることで、移動端末は、ＳＣｅｌｌおよびＳｅＮＢの通信に関して、同期後、ＳＣｅｌｌおよびＳｅＮＢのＳＩＢ情報を取得する処理は必要なくなり、データ通信で使用する周波数帯域のみに対応した処理をするだけで良くなり、装置の簡易化および低コスト化を図ることができる。また、ＳＣｅｌｌおよびＳｅＮＢでのＳＩＢ取得処理がなくなるので、即時にデータ通信を開始することが可能となる効果もある。
ブラインド検出の場合、データ通信で使用する周波数帯の同期信号（ＳＳ）を最初にサーチし、同期信号（ＳＳ）を捕捉できた場合は、その同期信号（ＳＳ）を使用しフレーム同期し、通信制御を進める。当該周波数帯での同期信号（ＳＳ）を捕捉できなかった場合は、中心周波数の同期信号（ＳＳ）を使用し、基地局との同期を実行する。
Ａｓｓｉｓｔｅｄ構成の場合、移動端末は、マスタの基地局より、追加されるセルおよびＣＣに対する同期信号（ＳＳ）の挿入位置の情報（周波数・時間）を得る。例えば、ＲＲＣ情報の隣接セルリスト（Neighboring Cell List）として通知される。その上で、追加されるセルおよびＣＣの該当の周波数および時間で同期信号（ＳＳ）のサーチ処理を実行する。
図３７は、同期信号検出処理に関る通信端末の処理手順を示すフローチャートである。図３７に示すフローチャートの各処理は、通信端末によって実行される。通信端末によってセルサーチが開始されると、図３７に示すフローチャートの処理が開始され、ステップＳＴ４６０１に移行する。
ステップＳＴ４６０１において、通信端末は、Ａｓｓｉｓｔｅｄ構成であるか否かを判断する。Ａｓｓｉｓｔｅｄ構成であると判断された場合は、ステップＳＴ４６０２に移行し、Ａｓｓｉｓｔｅｄ構成でないと判断された場合は、ステップＳＴ４６０４に移行する。
ステップＳＴ４６０２において、通信端末は、追加されるセル（以下「追加セル」という場合がある）の同期信号（ＳＳ）が挿入される周波数帯域（以下「同期信号（ＳＳ）挿入周波数帯域」という場合がある）が、マスタの基地局から指定されているか否かを確認する。具体的には、通信端末は、同期信号（ＳＳ）挿入周波数帯域を表す同期信号挿入周波数帯域情報が得られるか否かを判断することによって、同期信号（ＳＳ）挿入周波数帯域が指定されているか否かを判断する。
同期信号（ＳＳ）挿入周波数帯域が指定されていると判断された場合は、ステップＳＴ４６０３に移行し、指定されていないと判断された場合は、ステップＳＴ４６０４に移行する。
ステップＳＴ４６０３において、通信端末は、指定された周波数帯域の同期信号（ＳＳ）を用いて、同期処理を行う。
ステップＳＴ４６０１においてＡｓｓｉｓｔｅｄ構成でないと判断された場合、および、ステップＳＴ４６０２において追加セルの同期信号（ＳＳ）挿入周波数帯域情報が得られず、同期信号（ＳＳ）挿入周波数帯域が指定されていないと判断された場合は、通信端末は、ステップＳＴ４６０４〜ステップＳＴ４６０６において、ブラインド検出を行う。
まず、ステップＳＴ４６０４において、通信端末は、データ通信で使用する周波数帯域の同期信号（ＳＳ）を用いて同期処理を試行する。ステップＳＴ４６０５において、通信端末は、同期できたか否かを判断する。同期できたと判断された場合は、同期信号（ＳＳ）の同期処理を終了し、ＲＳ検出およびデータ通信へ移行する。同期できないと判断された場合は、データ通信で使用する周波数帯域の中心周波数の同期信号（ＳＳ）を用いて同期処理を行う。その後、同期信号（ＳＳ）の同期処理を終了し、ＲＳ検出およびデータ通信へ移行する。
中心周波数の同期信号（ＳＳ）は、共通的に使用されるため最小時間単位（例えば、１ｍｓ周期）で挿入するが、中心周波数以外の同期信号（ＳＳ）の挿入方法としては、収容する移動端末に合せて、間引き送信（例えば、１秒周期）することも可能である。例えば、中心周波数以外の同期信号（ＳＳ）は、ＭＴＣのような移動端末で使用することで、同期捕捉時間に時間がかかってもよいため、長周期の同期信号（ＳＳ）を使用することができる。その場合は、中心周波数以外の同期信号（ＳＳ）を長周期で送信することで、同期信号（ＳＳ）のリソースを減らすことででき、データ送信に割当て可能な無線リソースを増やすことができる効果がある。
図３８は、周波数方向の同期信号（ＳＳ）の配置方法の一例を示す図である。図３８の横軸は周波数ｆを表し、縦軸は時間ｔを表す。中心周波数の同期信号（ＳＳ）４７０１は、例えば１０ｍｓ置きに送信される。ＭＭＣ−１用の同期信号（ＳＳ）４７０２は、比較的低周期で動作する移動端末を収容する周波数帯域に、ＭＭＣ−１用ＳＳ配置周波数ＡＦ１を指定して、配置されており、例えば、４０ｍｓ周期で同期信号（ＳＳ）を配置する。
ＭＭＣ−２用の同期信号（ＳＳ）４７０３は、比較的高周期で動作する移動端末を収容する周波数帯域に、ＭＭＣ−２用ＳＳ配置周波数ＡＦ２を指定して、配置されており、例えば、２０ｍｓ周期で割当てを実行する。追加で配置される同期信号（ＳＳ）４７０２および同期信号（ＳＳ）４７０３は、中心周波数と同じタイミングで送信されてもよい。同期信号（ＳＳ）４７０２の配置が例である。その場合は、Ａｓｓｉｓｔｅｄ構成などで、マスタの基地局では中心周波数で同期をとり、追加されるセルでは、中心周波数と同期したタイミングのみ同期信号（ＳＳ）を検出処理することで、省電力化をするようなこともできる。
また、同期信号（ＳＳ）４７０３のように時間方向にシフトしてもよい。この場合、時間当たりの同期信号（ＳＳ）割当て占有率を落とすことで、高速伝送を実行する移動端末へのリソース割当てを早くすることが可能となる。同期信号（ＳＳ）が占有している時間で高速伝送する場合に、データの割当てができず、次スロットに回る可能性があるためである。
また、多素子アンテナを用いたビーム形成をするシステムでは、ビーム毎に追加される同期信号（ＳＳ）の配置を変更しても有効である。例えば、高速移動する移動端末と通信する場合、および細いビームを使用している場合は、追加配置する同期信号（ＳＳ）の時間方向の割合を増やしたり、周波数方向の同期信号（ＳＳ）挿入周期を短くしたりして、移動端末が同期しやすくすることもできる。
本実施の形態で開示した構成は、基地局が周辺セルの基地局を検出するネットワークリスニング（Network Listening）用の同期信号（ＳＳ）として用いてもよい。
また、基地局からメジャメントコンフィグレーション（measurement configuration）（ＲＲＣ）を送信し、移動端末が、この設定に従い、メジャメントレポート（measurement report）（ＲＲＣ）を送信する場合に、本実施の形態で開示した構成を適用し、ＳＳ配置周波数帯域のみを測定対象とすることで、移動端末の処理負荷を軽減することが可能である。
実施の形態８．
第５世代では、屋外で大容量通信できる基地局が多数必要になるが、有線回線、特に、光回線は主に屋内、あるいは、地下に敷設されており、ビル壁および電信柱には光通信のインタフェースが必要な装置が敷設困難な場合がある。また、単純なリピータでは、多数の基地局が設置される場合、無線環境の変化に適応することができず、十分に干渉を低減できないという問題がある。
図３９は、本発明の実施の形態８の通信システムの構成を示す図である。図３９を用いて、光通信装置が敷設できない電信柱に基地局を設置する例を説明する。
ＳＧＷおよびＭＭＥ（以下「ＳＧＷ／ＭＭＥ」という）５００１は、基地局（以下「ＢＳ」という場合がある）５００２とＢＳ５００３と接続し、各ＢＳ間とのデータの授受、各ＢＳの制御管理を行う。ＢＳ５００２は、自局エリア内の移動端末（ＵＥ）と通信を行うとともに、ＢＳ５００３と通信を行う。ＢＳ５００３のアンテナは、指向性ビーム５００７，５００８を形成している。
ＢＳ５００２からは、本来、ＢＳ５００３で必要となる情報が全て無線経由で送受信する。後述する無線インタフェースを用いるとともに、指向性ビーム、時間、空間リソースを干渉しないように使用することで、光通信装置の敷設が不要な基地局を設置することができる。
図４０は、本発明の実施の形態８の通信システムの構成を示すブロック図である。図４０を用いて、無線経由で基地局をつなげる方法を説明する。本実施の形態の通信システムは、ＳＧＷ／ＭＭＥ５００１、ＢＳ５００２、ＢＳ５００３、ＵＥ５００４，５００５，５００６を備えて構成される。ＢＳ５００２は、基地局送信処理部５１０１および基地局受信処理部５１０２を備える。ＢＳ５００３は、受信アンテナ部５１０３、基地局モード受信処理部５１０５、移動端末モード受信処理部５１０６、基地局管理制御部５１０７、基地局モード送信処理部５１０８、移動端末モード送信処理部５１０９、送信アンテナ部５１１０およびスケジューラ５１１１を備える。
ＳＧＷ／ＭＭＥ５００１とＢＳ５００２とは、ＬＴＥ／ＬＴＥ−ＡにおけるＳ１インタフェースで接続されている。ＳＧＷ／ＭＭＥ５００１から入力された信号は、基地局５００２の基地局送信処理部５１０１によって、ユーザプレイン（U-plane）のデータ（ＤＳＣＨ）として送信処理される。
基地局５００３では、スケジューラ５１１１の指示５１２４によって、受信アンテナ部５１０３で、指向性を基地局５００２に向けたビーム制御を行うのが望ましい。また、スケジューラ５１１１の指示５１１８によって、基地局５００２から送信されてきたデータであると判断された信号は、移動端末モード受信処理部５１０６に与えられる。
移動端末モード受信処理部５１０６は、ＵＥ５００４，５００５，５００６で行われる下り信号受信処理と同じ信号処理、例えば復号処理などを行う。また、移動端末モード受信処理部５１０６では、受信品質を測定、あるいは、基地局５００２での受信品質のフィードバック情報５１１９を受信して、スケジューラ５１１１に与える。
移動端末モード受信処理部５１０６で信号処理が行われた信号５１１５は、基地局モード送信処理部５１０８に与えられる。基地局モード送信処理部５１０８では、ＢＳ５００２の基地局送信処理部５１０１と同じ信号処理、例えば符号処理などを行う。また基地局モード送信処理部５１０８は、スケジューラ５１１１からの指示５１２０に従ってリソースのマッピングを行い、送信アンテナ部５１１０経由で、ＵＥ５００４，５００５，５００６に送信する。
このとき、送信アンテナ部５１１０では、スケジューラ５１１１の指示５１２５によって、指向性をＵＥ５００４，５００５，５００６に向けたビーム制御を行うのが望ましい。また、移動端末モード受信処理部５１０６において、基地局の保守管理データ、Ｓ１ＡＰ（S1 Application Protocol）、Ｘ２ＡＰ（X2 Application Protocol）などの制御信号であると判断された信号５１１２は、基地局管理制御部５１０７に与えられる。
ＵＥ５００４，５００５，５００６から送信された信号は、スケジューラ５１１１からの指示５１２４によって、ＢＳ５００３の受信アンテナ部５１０３によって、各ＵＥに指向性を向けたビームで受信される。
スケジューラ５１１１の指示５１１６によって、ＵＥ５００４，５００５，５００６から送信されてきたデータであると判断された信号は、基地局モード受信処理部５１０５に与えられる。
基地局モード受信処理部５１０５は、基地局で行われる上り信号受信処理と同じ信号処理、例えば復号処理などを行う。また、基地局モード受信処理部５１０５では、受信品質を測定、あるいは、ＵＥ５００４，５００５，５００６での受信品質のフィードバック情報５１１７を受信して、スケジューラ５１１１に与える。
基地局モード受信処理部５１０５で信号処理が行われた信号５１１４は、移動端末モード送信処理部５１０９に与えられる。移動端末モード送信処理部５１０９は、基地局の保守管理データ、Ｓ１ＡＰ、Ｘ２ＡＰなどの制御信号５１１３と合わせて、ＵＥと同じ信号処理、例えば符号処理などを行う。また、移動端末モード送信処理部５１０９は、スケジューラ５１１１からの指示５１２２に従ってリソースのマッピングを行い、送信アンテナ部５１１０経由で、ＢＳ５００２に与える。
このとき、送信アンテナ部５１１０では、スケジューラ５１１１の指示５１２５によって、指向性をＢＳ５００２に向けたビーム制御を行うのが望ましい。
以上のように、本実施の形態の通信システムによれば、基地局が多数設置される場合でも容易に基地局を増設ができるようになる。
ＢＳ５００２とＢＳ５００３との間の無線によるインタフェース方法は、以下の３つに分けられる。バックホール信号を伝送する方式（以下「バックホール信号伝送方式」という場合がある）と、デュアルコネクティビティで伝送されるＭｅＮＢ−ＳｅＮＢ間信号を伝送する方式（以下「デュアルコネクティビティ信号伝送方式」という場合がある）と、フロントホール信号を伝送する方式（以下「フロントホール信号伝送方式」という場合がある）である。３つの信号伝送方式の機能ブロック図の違いは図４１〜図５４に示す。
図４１は、バックホール信号伝送方式を用いる場合の基地局送信処理部５１０１の構成を示すブロック図である。バックホール信号伝送方式を用いる場合、基地局送信処理部５１０１は、ＩＰ部５２０１、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）／ＳＣＴＰ（Stream Control Transmission Protocol）／ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）部５２０２１、ＧＴＰ−Ｕ（General Packet Radio Service Tunneling Protocol for User Plane）部５２０３、ＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）部５２０４１、ＲＬＣ（Radio Link Control）部５２０５、ＭＡＣ（Medium Access Control）部５２０６、ＣＲＣ付与部５２０７、チャネルコーディング（Ch coding）部５２０８、変調部５２０９、プリコーディング（Precoding）部５２１０、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）部５２１１および無線送信処理部５２１２を備える。
図４２は、デュアルコネクティビティ信号伝送方式を用いる場合の基地局送信処理部５１０１の構成を示すブロック図である。ＩＰ部５２０１、ＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２０２２、ＧＴＰ−Ｕ部５２０３、ＰＤＣＰ相当部５２２４２、ＲＬＣ部５２０５、ＭＡＣ部５２０６、ＣＲＣ付与部５２０７、チャネルコーディング（Ch coding）部５２０８、変調部５２０９、プリコーディング（Precoding）部５２１０、ＯＦＤＭ部５２１１および無線送信処理部５２１２を備える。ＰＤＣＰ相当部５２２４２は、ＰＤＣＰ部に相当する機能を有する。
図４３は、フロントホール信号伝送方式を用いる場合の基地局送信処理部５１０１の構成を示すブロック図である。ＩＰ部５２０１、ＵＤＰ／ＴＣＰ部５２０２３、ＧＴＰ−Ｕ部５２０３、ＰＤＣＰ部５２０４１、ＲＬＣ部５２０５、ＭＡＣ部５２０６、ＣＲＣ付与部５２０７、チャネルコーディング（Ch coding）部５２０８、変調部５２０９、プリコーディング（Precoding）部５２１０、ＯＦＤＭ部５２１１および無線送信処理部５２１２を備える。
図４４は、バックホール信号伝送方式を用いる場合の基地局受信処理部５１０２の構成を示すブロック図である。無線受信処理部５２１３、ＯＦＤＭ部５２１４、ポストコーディング（Postcoding）部５２１５、復調部５２１６、チャネルデコーディング（Ch Decoding）部５２１７、ＣＲＣチェック部５２１８、ＭＡＣ部５２１９、ＲＬＣ部５２２０、ＰＤＣＰ部５２２１１、ＧＴＰ−Ｕ部５２２２、ＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２２３１およびＩＰ部５２２４を備える。
図４５は、デュアルコネクティビティ信号伝送方式を用いる場合の基地局受信処理部５１０２の構成を示すブロック図である。無線受信処理部５２１３、ＯＦＤＭ部５２１４、ポストコーディング（Postcoding）部５２１５、復調部５２１６、チャネルデコーディング（Ch Decoding）部５２１７、ＣＲＣチェック部５２１８、ＭＡＣ部５２１９、ＲＬＣ部５２２０、ＰＤＣＰ相当部５２２１２、ＧＴＰ−Ｕ部５２２２、ＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２２３２およびＩＰ部５２２４を備える。
図４６は、フロントホール信号伝送方式を用いる場合の基地局受信処理部５１０２の構成を示すブロック図である。無線受信処理部５２１３、ＯＦＤＭ部５２１４、ポストコーディング（Postcoding）部５２１５、復調部５２１６、チャネルデコーディング（Ch Decoding）部５２１７、ＣＲＣチェック部５２１８、ＭＡＣ部５２１９、ＲＬＣ部５２２０、ＰＤＣＰ部５２２１１、ＧＴＰ−Ｕ部５２２２、ＵＤＰ／ＴＣＰ部５２２３３およびＩＰ部５２２４を備える。
図４７は、基地局モード受信処理部５１０５の構成を示すブロック図である。基地局モード受信処理部５１０５は、無線受信処理部５２１３、ＯＦＤＭ部５２１４、ポストコーディング（Postcoding）部５２１５、復調部５２１６、チャネルデコーディング（Ch Decoding）部５２１７、ＣＲＣチェック部５２１８、ＭＡＣ部５２１９、ＲＬＣ部５２２０およびＰＤＣＰ部５２２１を備える。
図４８は、バックホール信号伝送方式を用いる場合の移動端末モード受信処理部５１０６の構成を示すブロック図である。無線受信処理部５３１３、ＯＦＤＭ部５３１４、ポストコーディング（Postcoding）部５３１５、復調部５３１６、チャネルデコーディング（Ch Decoding）部５３１７、ＣＲＣチェック部５３１８、ＭＡＣ部５３１９、ＲＬＣ部５３２０およびＰＤＣＰ部５３２１を備える。
図４９は、デュアルコネクティビティ信号伝送方式を用いる場合の移動端末モード受信処理部５１０６の構成を示すブロック図である。無線受信処理部５３１３、ＯＦＤＭ部５３１４、ポストコーディング（Postcoding）部５３１５、復調部５３１６、チャネルデコーディング（Ch Decoding）部５３１７、ＣＲＣチェック部５３１８、ＭＡＣ部５３１９、ＲＬＣ部５３２０およびＰＤＣＰ相当部５３２２を備える。
図５０は、フロントホール信号伝送方式を用いる場合の移動端末モード受信処理部５１０６の構成を示すブロック図である。無線受信処理部５３１３およびＯＦＤＭ部５３１４を備える。
図５１は、バックホール信号伝送方式を用いる場合の基地局モード送信処理部５１０８の構成を示すブロック図である。ＰＤＣＰ部５３０４、ＲＬＣ部５３０５、ＭＡＣ部５３０６、ＣＲＣ付与部５３０７、チャネルコーディング（Ch coding）部５３０８、変調部５３０９、プリコーディング（Precoding）部５３１０、ＯＦＤＭ部５３１１および無線送信処理部５３１２を備える。
図５２は、デュアルコネクティビティ信号伝送方式を用いる場合の基地局モード送信処理部５１０８の構成を示すブロック図である。ＰＤＣＰ相当部５３０３、ＲＬＣ部５３０５、ＭＡＣ部５３０６、ＣＲＣ付与部５３０７、チャネルコーディング（Ch coding）部５３０８、変調部５３０９、プリコーディング（Precoding）部５３１０、ＯＦＤＭ部５３１１および無線送信処理部５３１２を備える。
図５３は、フロントホール信号伝送方式を用いる場合の基地局モード送信処理部５１０８の構成を示すブロック図である。ＯＦＤＭ部５３１１および無線送信処理部５３１２を備える。
図５４は、移動端末モード送信処理部５１０９の構成を示すブロック図である。移動端末モード送信処理部５１０９は、ＰＤＣＰ部５３２４、ＲＬＣ部５３２５、ＭＡＣ部５３２６、ＣＲＣ付与部５３２７、チャネルコーディング（Ch coding）部５３２８、変調部５３２９、プリコーディング（Precoding）部５３３０、ＯＦＤＭ部５３３１および無線送信処理部５３３２を備える。
まず、図４１〜図４６でＢＳ５００２の基地局送信処理部５１０１の違いを説明する。
バックホール信号伝送方式は、ＢＳ５００３が、ＳＧＷ／ＭＭＥ５００１と光回線で接続されている場合は、基地局として動作できる信号、具体的にはＳ１ＡＰ信号、Ｓ１−Ｕ信号、Ｘ２ＡＰ信号、Ｘ２−Ｕ信号、保守装置間信号が無線信号化処理され、無線でＢＳ５００２から送信される。例えば、図４１のＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２０２１がＵＤＰ（User Datagram Protocol）であれば、Ｓ１−Ｕ信号、あるいは、Ｘ２−Ｕ信号と判断し、ポート番号で各ユーザを分離する。例えばユーザＩＤなどの無線リソースＩＤと関連付けを行う。これらはＧＴＰ−Ｕ部５２０３で、ＧＴＰ−Ｕ（GPRS(General Packet Radio Service) Tunneling Protocol for User Plane）の処理を行う。
次に、ＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２０２１がＳＣＴＰであれば、セッション毎にＳ１ＡＰ信号、あるいは、Ｘ２ＡＰ信号と関係付けを行う。これらのデータもユーザの一種として、ＰＤＣＰ〜Ｌ１で必要となる全てのパラメータを生成するとともに、ＰＤＣＰ部５２０４１においてＰＤＣＰ処理を行う。
同様に、ＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２０２１がＴＣＰであれば、保守用の信号と判断し、ユーザの一種として、ＰＤＣＰ〜Ｌ１で必要となる全てのパラメータを生成するとともに、ＰＤＣＰ部５２０４１においてＰＤＣＰ処理を行う。
その他ＩＰ（Internet Protocol）部５２０１、および、ＲＬＣ（Radio Link Control）部５２０５〜無線送信処理部５２１２は全ての方式で同一である。
同様に、ＢＳ５００２の基地局受信処理部５１０２における、方式毎の違いは上記の逆の処理を行う点である。図４４のＰＤＣＰ５２２１１でＰＤＣＰ処理を行った後、無線リソースとの関係付けを逆引きして、ＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２２３１に戻す。その他ＩＰ部５２２４、および、無線受信処理部５２１３〜ＲＬＣ部５２２０は全ての方式で同一である。
デュアルコネクティビティ信号伝送方式は、ＭｅＮＢ−ＳｅＮＢ間信号を伝送する全ての信号、具体的にはＸｎＡＰ信号、Ｘｎ−Ｕ信号［ＰＤＣＰ相当］、保守装置間信号が無線信号化処理され、無線でＢＳ５００２から送信される。対応する信号が異なるため、図４２のＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２０２２は、バックホール信号伝送方式と処理が異なる。
バックホール信号伝送方式との違いはＰＤＣＰではなく、ＰＤＣＰと同等機能、例えば装置分割による新たな制御プレイン（C-Plane）制御、上りの順番制御などになる。
同様に、基地局５００２の基地局受信処理部５１０２における、方式毎の違いは上記の逆の処理を行う点である。図４５のＰＤＣＰ相当部５２２１２においてＰＤＣＰ相当処理を行った後、無線リソースとの関係付けを逆引きして、ＵＤＰ／ＳＣＴＰ／ＴＣＰ部５２２３２に戻す。その他ＩＰ部５２２４、および、無線受信処理部５２１３〜ＲＬＣ部５２２０は全ての方式で同一である。
フロントホール信号伝送方式は、Ｌ１信号および保守装置間信号が無線信号化処理され、無線でＢＳ５００２から送信される。Ｌ１信号は、例えば、下りＤＡ入力信号および上りＡＤ出力信号、あるいは、下りプリコーディング後信号および上りポストコーディング前信号、あるいは、Ｌ１−ＭＡＣ間信号である。対応する信号が異なるため、図４３のＵＤＰ／ＴＣＰ部５２０２３は、バックホール信号伝送方式と処理が異なる。
同様に、ＢＳ５００２の基地局受信処理部５１０２における、方式毎の違いは上記の逆の処理を行う点である。図４６のＰＤＣＰ５２２１１においてＰＤＣＰ処理を行った後、無線リソースとの関係付けを逆引きして、ＵＤＰ／ＴＣＰ部５２２３３に戻す。その他ＩＰ部５２２４、および、無線受信処理部５２１３〜ＲＬＣ部５２２０は全ての方式で同一である。
図４７〜図５３に、ＢＳ５００３の基地局モード受信処理部５１０５、移動端末モード受信処理部５１０６、基地局モード送信処理部５１０８、移動端末モード送信処理部５１０９を示す。フロントホール信号伝送方式については、下りプリコーディング後・上りポストコーディング前信号で、無線信号化された機能ブロックの例を示す。
以上詳細を記載したように、各方式のリソース管理機能部において、ＢＳ５００２とＢＳ５００３との間の信号と、ＢＳ−ＵＥ間の信号を、同一の無線周波数帯域内で、時間、周波数、空間を多重できる。
例えば、ＵＥ５００６は、ＢＳ５００２と方向が同じとなり、空間分離できないが、時間・周波数を分けたリソース領域５０１１を使用することで、安定した通信が提供できる。
また、ＢＳ５００２とＢＳ５００３との間では、周囲の電波干渉が大きく、ある周波数が使えなくても、ＢＳ５００３の近傍であれば、当該周波数の電波干渉が少なく使用できる場合、リピータと異なり、柔軟に無線リソース割り当てを行うことで移動端末と安定した通信が実現できる。
また、バックホール信号伝送方式を実現するには、以下の方法が有効である。
第一の方法は、基地局５００３に入力される５種の信号（Ｓ１ＡＰ信号、Ｓ１−Ｕ信号、Ｘ２ＡＰ信号、Ｘ２−Ｕ信号、保守装置間信号）の一部、あるいは、全てを１台の移動端末として無線伝送する方法である。無線暗号化処理も１つにまとめられる。例えば、アンテナの指向性制御についても通信相手が１つであることが分かっているので、信号毎に処理する必要がなくなる。
第二の方法は、基地局５００３に入力される５種の信号を別々の移動端末として無線伝送する方法である。別々の移動端末と同等のＩＤを持ち、別の無線暗号化を行い、パラメータの異なる無線送信手順（ＰＤＣＰ、ＲＬＣ、ＭＡＣ）による送受信を行う方法である。接続先が異なる信号を基地局でマージする機能が不要になるため、例えば、接続される周辺基地局数（接続するＸ２の本数）の増減に対して当該信号の追加または削除だけをすればよい。
デュアルコネクティビティ信号伝送方式も、バックホール信号伝送方式と同様、３種の信号（ＸｎＡＰ信号、Ｘｎ−Ｕ信号［ＰＤＣＰ相当］、保守装置間信号）の一部、あるいは、全てを１台の移動端末として無線伝送する方法と、個別の移動端末とする方法が有効である。
フロントホール信号伝送方式も、バックホール信号伝送方式と同様、２種の信号（Ｌ１信号、保守装置間信号）を１台の移動端末として無線伝送する方法と、個別の移動端末とする方法が有効である。
実施の形態８ 変形例１．
災害などにより有線回線が切断され、基地局が使用不能になった場合でも、基地局が使えるようになる方法を開示する。
実施の形態８におけるＢＳ５００３について、有線回線が不要とできる実施の形態８の機能に加え、自局の有線断、あるいは、通常有線回線無しで運用していた基地局が、通常接続している基地局と接続断となったことを検出したとき、移動端末と同一の周辺セルをサーチする機能を設けるとよい。有線断については、ＴＣＰおよびＳＣＴＰのハートビートのような回線が正常であることを確認できる信号が途絶えたことに基づいて判定してもよいし、イーサネット（登録商標）レベルでのＬＯＦ（Loss of Frame）などを使ってもよい。
さらに、サーチする際に、多素子アンテナによる素子数を増やすことで、実行放射電力（Equivalent Isotropic Radiated Power：ＥＩＲＰ）を大きくする機能を備えるとよい。
また、有線が復旧時に使用可能かどうか自己診断する機能を備えるとよい。テスト用送信データを折り返し受信する機能で代替するもの有効である。自己診断結果が良好の時には、その旨を示す信号を定期的に送信する機能を備えるとよい。この信号は、Ｐ−ＳＳまたはＳ−ＳＳと異なる信号とするのが有効である。この際、多素子アンテナにより指向性を変えながら送信するとよい。
また、無線接続できるバックホール、デュアルコネクティビティのインタフェース、またはフロントホールが見つかったときに、プラグアンドプレイの接続シーケンスを実行する機能を備えるとよい。
また、周辺セルと通信開始する際には、災害時には音声が主要になるため、ＭＣＳ（Modulation and channel Coding Scheme）、および送信電力制御の基準となる所要ＢＬＥＲ（Block Error Rate）を高くする機能を備えるのも有効である。所要ＢＬＥＲは、例えば１０−６であり、所要ＢＬＥＲを高くする機能によって、例えば１０−２まで高くされる。
実施の形態８におけるＢＳ５００２について、ＢＳ５００３が有線回線不要とできるための機能に加え、周辺で有線断になっているセルをサーチする機能を設けるとよい。通信未使用時の時間、周波数を使って、指向性を変えながら受信するとよい。
また、周辺で有線断になっているセルを検出できたが、有線回線が復旧できないときには、自局のサービスエリアを拡大して周辺で有線断になっているセルに向けてビーム割り当てを行う機能を備えるとよい。
基地局５００２が、いわゆるキャパシティセルであり、通常運用時は、報知チャネルなどの共通チャネルを送信していないときでも、当該ビームには共通チャネルを送信する機能を備えるとよい。
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。
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
３２０１ ＭＭＥ／Ｓ−ＧＷ部、３２０２ ｅＮＢ、３２０３ ＵＥ、３２０４ セル、３３０１ ＩＣＢＳ、３３０２ ＲＲＥ、３３０３ ＲＲＥのセル、３４０１ マクロｅＮＢ、３４０２ スモールｅＮＢ、３４０３ マクロセル、３４０４ スモールセル。

Claims (4)

  1. 複数の通信端末装置と、前記通信端末装置と無線通信可能なセルを構成する基地局装置とを備える通信システムであって、
    前記基地局装置は、前記通信端末装置との間で送受信する信号の無線フォーマットおよびサブキャリア間隔を、前記通信端末装置毎に設定可能に構成され、前記サブキャリア間隔は前記通信端末装置の移動速度に応じて設定されるものであることを特徴とする通信システム。
  2. 前記無線フォーマットは、前記通信端末装置の使用形態に基づいて、前記通信端末装置毎に設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. 前記基地局装置は、前記通信端末装置との間の無線通信の環境の変化、および前記通信端末装置の位置を含む変化情報に応じて、前記通信端末装置に対する前記無線フォーマットを変更可能に構成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。
  4. 前記基地局装置と前記通信端末装置とは、直交周波数分割多重方式で前記無線通信を行い、
    前記基地局装置と前記通信端末装置との間で送受信される信号は、前記直交周波数分割多重方式における前記信号のシンボルの長さ、およびサイクリックプレフィックスの長さの少なくとも一方が異なる複数の前記無線フォーマットを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の通信システム。
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