JP5553701B2 - 基地局及び基地局の通信方法 - Google Patents

Description

この発明は、基地局及び基地局の通信方法に関する。

近年、移動体通信方式の標準化団体である３ＧＰＰにおいて、ＬＴＥ（Long Term Evolution）に関する検討が進められている。特に、ＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）方式を採用するＬＴＥでは、ＡＡＳ（Adaptive Antenna System）の導入が検討されている。ＡＡＳは、複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナにおいて、各アンテナ素子の重み付けを伝搬環境に応じてアダプティブ制御して、電波の指向性を変えるようにしたものである。ＡＡＳに対応したアダプティブアレイ基地局は、移動局から送信される参照信号（Reference Signal）に基づいて計算したアンテナウェイトをダウンリンク送信時に利用することで、所望の移動局へのビームフォーミングやヌルステアリング等の適応制御を行う。

図４に示すように、ＴＤＤ方式を採用するＬＴＥの通信フレームは１０個のサブフレームから構成される。各サブフレームは、移動局から基地局へのアップリンク通信用のＵＬサブフレーム、基地局から移動局へのダウンリンク通信用のＤＬサブフレーム、及び、サブフレーム内にアップリンク通信用のＵＬ領域とダウンリンク通信用のＤＬ領域とが存在するＳｐｅｃｉａｌサブフレームに分類される（例えば、非特許文献１参照）。

ＡＡＳでは、ＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームのペア（対応関係）を規定し、基地局と移動局との間の通信は、当該ペアを利用して行うことが好ましい。これは、基地局は、ＵＬサブフレームにおいて移動局から送信される参照信号を受信すると、当該参照信号から適切な送信ウェイトを計算することができるため、より効率的にＤＬサブフレームでのダウンリンク通信を行うことができるためである。

図５は、ＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームのペアの詳細を示す図である。ＵＬサブフレームであるサブフレーム２とＤＬサブフレームであるサブフレーム４とはペアになっており、リソースブロック（無線通信チャネル）ＲＢ６が共通の移動局に割り当てられている。ＵＬサブフレームであるサブフレーム２には、参照信号を送信するためのシンボルとして、ＤＲＳ：Demodulation Reference SignalとＳＲＳ：Sounding Reference Signalとが存在する。ＤＲＳは移動局が基地局に送信するユーザデータと関連付けて送信される参照信号であり、ＳＲＳはユーザデータと関連付けることなく送信できる参照信号である。図５の場合、移動局にはＵＬサブフレームであるサブフレーム２が割り当てられており、基地局に対するユーザデータの送信が行われるため、移動局はサブフレーム２のリソースブロックＲＢ６のＤＲＳを利用して基地局に参照信号を送信することができる。基地局は参照信号を受信すると、サブフレーム４のリソースブロックＲＢ６について最適なアダプティブアレイ制御を行うことができる。

3GPP TS36.211(V8.7.0),"Physical Channels and Modulation", May 2009

従来のＬＴＥでは、ＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームのペアが共通の移動局に割り当てられている場合に限り、移動局は基地局にアダプティブアレイ用の参照信号を送信することができる。即ち、ＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームのペアが共通の移動局に割り当てられていない場合には、移動局は基地局にアダプティブアレイ用の参照信号を送信することができない。

図６は、従来のＬＴＥにおけるサブフレーム構成の一例を示す図である。例えば、図６の構成５の場合、唯一のＵＬサブフレームであるサブフレーム２に対し、ＤＬサブフレームであるサブフレーム０、２〜９がペアとなっている。例えば、ＤＬサブフレームであるサブフレーム３及びサブフレーム４に対し、移動局Ａ及び移動局Ｂという異なる移動局が割り当てられたとする。この場合、ＵＬサブフレームはサブフレーム２のみであるため、移動局Ａ又は移動局Ｂのいずれか一方にしか、ＵＬサブフレームを割り当てることができない。ＵＬサブフレームが割当てられない移動局は、基地局に対して参照信号を送信することができないため、基地局も当該移動局に対する適切な送信ウェイトを計算することができず、ＡＡＳ効率が低下してしまう。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、移動局に適切なＵＬサブフレームを利用して参照信号を送信させることにより適切なＡＡＳ制御を実現可能な基地局及び基地局の通信方法を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による基地局は、
移動局と無線通信を行う、複数のアンテナを有する基地局であって、
前記移動局と無線通信に利用する通信チャネルを割り当てる割当部と、
前記移動局に下り通信チャネルと同一周波数帯の上り通信チャネルが割り当てられていない場合、前記下り通信チャネルと同一周波数帯の空き上り通信チャネルを用いた参照信号の送信を前記移動局に要求する要求部と、
前記移動局からの前記参照信号に基づいて、前記下り通信チャネルで前記移動局に無線信号を送信する際のウェイトを算出する算出部と、を備え、
前記要求部は、前記空き上り通信チャネルにおいて複数の前記移動局に前記参照信号を送信させる場合、前記参照信号を送信させる前記移動局の数を基に、各移動局に、前記空き上り通信チャネルに含まれるシンボルを前記参照信号送信用のシンボルとして割り当てることを特徴とするものである。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質
的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るもの
であり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明を方法として実現させた第２の発明による基地局の通信方法は、
移動局と無線通信を行う、複数のアンテナを有する基地局の通信方法であって、
前記移動局と無線通信に利用する通信チャネルを割り当てるステップと、
前記移動局に下り通信チャネルと同一周波数帯の上り通信チャネルが割り当てられていない場合、前記下り通信チャネルと同一周波数帯の空き上り通信チャネルを用いた参照信号の送信を前記移動局に要求するステップと、
前記移動局からの前記参照信号に基づいて、前記下り通信チャネルで前記移動局に無線信号を送信する際のウェイトを算出するステップと、を含み、
前記要求するステップでは、前記空き上り通信チャネルにおいて複数の前記移動局に前記参照信号を送信させる場合、前記参照信号を送信させる前記移動局の数を基に、各移動局に、前記空き上り通信チャネルに含まれるシンボルを前記参照信号送信用のシンボルとして割り当てることを特徴とするものである。

本発明によれば、移動局に適切なＵＬサブフレームを利用して参照信号を送信させることにより適切なＡＡＳ制御を実現することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る基地局の機能ブロック図である。 図２は、図１に示す基地局の動作フローチャートである。 図３は、空きＵＬサブフレームにおける参照信号送信用のシンボル割り当ての一例を示す図である。 図４は、ＬＴＥにおける通信フレーム構成の一例を示す図である。 図５は、サブフレームのペアの詳細を示す図である。 図６は、従来のＬＴＥにおけるサブフレーム構成の一例を示す図である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る、ＴＤＤ（時分割複信）方式のＬＴＥを採用し、複数のアンテナを有する基地局である、アダプティブアレイ基地局１の概略構成を示す図である。アダプティブアレイ基地局１は、アレイアンテナＡＮＴと、無線通信部１０と、ウェイト算出部２１（算出部）及びウェイト付加部２２を含むＡＡＳ処理部２０と、ベースバンド処理部３０と、スケジューラー４０と、無線リソース割当部５０（割当部）と、無線リソース割当判定部６０と、ＲＳ（Reference Signal）要求作成部７０（要求部）とを有する。無線通信部１０と、ＡＡＳ処理部２０と、ベースバンド処理部３０とは、ＬＴＥ方式に好適なインタフェース機器／回路から構成され、スケジューラー４０、無線リソース割当部５０、無線リソース判定部６０及びＲＳ要求作成部７０はＣＰＵ等の好適なプロセッサから構成されるものである。以下、各部の詳細について説明する。

無線通信部１０は、受信系の処理として、アレイアンテナＡＮＴが受信した無線信号を搬送波の周波数からベースバンド周波数に変換し、生成した信号をウェイト算出部２１に出力する。また、無線通信部１０は、送信系の処理として、ウェイト付加部２２からのベースバンド周波数の信号を搬送波の周波数へ変換し、アレイアンテナＡＮＴを通じて、アダプティブアレイ制御により移動局に送信する。

ＡＡＳ処理部２０において、受信系のウェイト算出部２１は、無線通信部１０から入力された信号に適応信号処理を行いベースバンド部３０へ出力する。具体的には、ウェイト算出部２１は、適応信号処理として、ＵＬサブフレームを通じて移動局から送信される参照信号（Reference Signal）や他の既知情報を用いて、アレイアンテナＡＮＴのアンテナ素子毎に求まる位相情報などから、移動局に対して高い送信利得を得られるように、当該ＵＬサブフレームとペアとなるＤＬサブフレームに対する送信ウェイト（アンテナ素子毎の位相／振幅の重み付け）を算出する。一方、送信系のウェイト付加部２２は、ベースバンド部３０から入力された信号に、ウェイト算出部２１で得られた送信ウェイトを加え、当該信号を無線通信部１０に出力する。

ベースバンド処理部３０は、受信系の処理として、ウェイト算出部２１から入力された信号を復調し、復調結果を移動局ごとに分離してスケジューラー４０に出力する。また、ベースバンド処理部３０は、送信系の処理として、無線リソース割当部５０から入力された移動局への送信データや、ＲＳ要求作成部７０から入力されたＲＳ要求のシンボル列をウェイト付加部２２に出力する。

スケジューラー４０は、ベースバンド処理部３０から入力される移動局毎の受信データから、リソースブロック（無線通信チャネル）を割り当てる移動局を設定する。具体的には、スケジューラー４０は、移動局から報告されるリソースブロック毎の受信信号品質、チャネル状態情報（ＣＱＩ）、又は送信すべきデータ量に応じて、リソースブロックを割り当てる移動局を設定する。

無線リソース割当部５０は、スケジューラー４０が設定した移動局に対して無線リソースを割り当てる。無線リソース割当部５０は、基本的に、移動局に対してＵＬサブフレームとＤＬサブフレームとのペアを割当てる。しかし、例えば、基地局から移動局への下りデータが存在するが、移動局から基地局への上りデータが存在しない場合には、ＵＬサブフレームを空きサブフレームとして、ＤＬサブフレームのみを移動局に対して割当てる。

無線リソース割当判定部６０は、無線リソース割当部５０の割当結果を参照し、ＵＬサブフレームに空きが存在するかを判定する。ＵＬサブフレームに空きが存在する場合、無線リソース割当判定部６０は、ＲＳ要求作成部７０に対し、ＲＳ要求の作成指示を送信する。

ＲＳ要求作成部７０は、無線リソース割当判定部６０からＲＳ要求の作成指示を受けると、移動局に対して参照信号の送信を要求するためのＲＳ要求を作成し、ベースバンド処理部３０に供給する。ここで、ＲＳ要求とは、移動局に対してある周波数（リソースブロック）において、ＤＬサブフレームのみが割り当てられており、ペアとなる（同一周波数の）ＵＬサブフレームが割当てられていない場合に、ＤＬサブフレームと同一周波数の空きＵＬサブフレームを用いた参照信号の送信を移動局に要求するものである。図３は、空きＵＬサブフレームにおける参照信号送信用のシンボル割り当ての一例を示す図である。図３（ａ）において、ＵＬサブフレームであるサブフレーム２は空きＵＬサブフレームであり、ＤＬサブフレームであるサブフレーム０、３〜９については、サブフレーム３・４が移動局Ａに割り当てられ、サブフレーム５・６が移動局Ｂに割り当てられ、サブフレーム７・８が移動局Ｃに割り当てられ、サブフレーム９・０が移動局Ｄに割り当てられている。この場合、ＲＳ要求作成部７０は、移動局Ａ〜Ｄに対して、空きＵＬサブフレームであるサブフレーム２を用いた参照信号の送信を要求するためのＲＳ要求を作成する。図３（ｂ）は、ＲＳ要求作成部７０が作成したＲＳ要求における各移動局へのシンボルの割り当てを示す図である。サブフレームでは、ＤＲＳの送信に割り当てられているシンボルは、通常、各スロットに１シンボルしか割り当てられていないため、ＲＳ要求を行う移動局数が３以上である場合、図３（ｂ）のように、空きＵＬサブフレームであるサブフレーム２の先頭シンボルから順に、移動局Ａ〜Ｄに対して参照信号送信用のシンボルが割り当てられる。なお、ＲＳ要求を行う移動局が存在し、その移動局数が１または２である場合は、各スロットにおいて通常時に割り当てられている１シンボルをＤＲＳ送信に利用してもよい。図３（ｃ）は、各移動局に対して割り当てられた参照信号送信用のシンボルの詳細を示すものである。図３（ｃ）では、各移動局に割り当てられたシンボル内において、ＤＲＳを用いた参照信号の送信が示されている。図３に示すＲＳ要求によれば、移動局Ａ〜Ｄは、自身が基地局に送信するデータがなく、自局用のＵＬサブフレームを割り当てられていない場合でも、空きＵＬサブフレームを用いて参照信号を送信することが出来る。移動局Ａ〜Ｄは基地局１からＲＳ要求を受信すると、空きＵＬサブフレームであるサブフレーム２のうち、自局に割り当てられたシンボルにおいて、ＤＲＳ（参照信号領域）を用いた参照信号の送信を行う。基地局１は、この参照信号を受信すると、移動局１〜４に対して適切なアダプティブアレイ制御を行うことができる。なお、図３に示す参照信号の割り当ては一例に過ぎず、ＲＳ要求作成部７０は各移動局に対して、空きＵＬサブフレームの任意のシンボルを参照信号送信用に割り当てることができることに留意されたい。また、参照信号の送信はＤＲＳのみに限定されず、ＳＲＳを用いた参照信号の送信を移動局に要求することも可能である。

図２は、図１に示す基地局１の動作フローチャートである。無線通信部１０は、アレイアンテナＡＮＴを通じて移動局からの無線信号を受信すると、受信した無線信号を搬送波の周波数からベースバンド周波数に変換し、生成した信号をウェイト算出部２１に出力する（ステップＳ１０１）。ウェイト算出部２１は、移動局より送信される参照信号や他の既知情報を用いて、アレイアンテナＡＮＴのアンテナ素子毎に求まる位相情報などから、移動局に対して高い送信利得を得られるような送信ウェイトを算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、ウェイト算出部２１は、ＵＬサブフレームを通じて移動局から送信される参照信号等に基づいて、移動局に対して高い送信利得を得られるように、当該ＵＬサブフレームとペアとなるＤＬサブフレームに対する送信ウェイトを算出する。また、移動局がＲＳ要求に基づき空きＵＬサブフレーム内で参照信号を送信してきた場合には、ウェイト算出２１は、各参照信号に基づき、対応するＤＬサブフレームに対する送信ウェイトを算出する。ベースバンド処理部３０は、ウェイト算出部２１から入力された信号を復調し、復調結果を移動局ごとに分離してスケジューラー４０に出力する（ステップＳ１０３）。

スケジューラー４０は、ベースバンド処理部３０から入力される移動局毎の受信データから、リソースブロックを割り当てる移動局を設定する（ステップＳ１０４）。無線リソース割当部５０は、スケジューラー４０が設定した移動局に対して無線リソースを割り当てる（ステップＳ１０５）。

無線リソース割当判定部６０は、無線リソース割当部５０の割当結果を参照し、ＵＬサブフレームに空きが存在するかを判定する（ステップＳ１０６）。ＵＬサブフレームに空きが存在する場合、無線リソース割当判定部６０は、ＲＳ要求作成部７０に対し、ＲＳ要求の作成指示を送信する。ＲＳ要求作成部７０は、無線リソース割当判定部６０からＲＳ要求の作成指示を受けると、移動局に対して参照信号の送信を要求するためのＲＳ要求を作成する（ステップＳ１０７）。具体的には、ＲＳ要求作成部７０は、ＤＬサブフレームのみが割り当てられており、ペアとなる（同一周波数の）ＵＬサブフレームが割当てられていない基地局に対し、ＤＬサブフレームと同一周波数の空きＵＬサブフレームを用いた参照信号の送信を移動局に要求するＲＳ要求を作成する。

ベースバンド処理部３０は、無線リソース割当部５０から入力された移動局への送信データと、ＲＳ要求作成部７０から入力されたＲＳ要求のシンボル列をウェイト付加部２２に出力する（ステップＳ１０８）。ウェイト付加部２２は、ベースバンド部３０から入力された信号に、ウェイト算出部２１で得られた送信ウェイトを加え、当該信号を無線通信部１０に出力する（ステップＳ１０９）。無線通信部１０は、ウェイト付加部２２からのベースバンド周波数の信号を搬送波の周波数へ変換し、アレイアンテナＡＮＴを通じて、アダプティブアレイ制御により移動局に送信する（ステップＳ１１０）。

本実施形態によれば、移動局にＵＬサブフレームとＤＬサブフレームとのペアが割り当てられていない場合、ＲＳ要求作成部７０は、空きＵＬサブフレームを用いた参照信号の送信を移動局に要求する。このため、基地局１は、移動局から適切な参照信号を受信することができ、ダウンリンク通信で適切なＡＡＳ制御を行うことができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、本実施例における、ＡＡＳにおけるウェイトの算出及び付加を行うＡＡＳ処理部２０の機能を、ベースバンド処理部３０にもたせることも可能である。また、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１ アダプティブアレイ基地局
１０ 無線通信部
２０ ＡＡＳ処理部
２１ ウェイト算出部
２２ ウェイト付加部
３０ ベースバンド処理部
４０ スケジューラー
５０ 無線リソース割当部
６０ 無線リソース割当判定部
７０ ＲＳ要求作成部
ＡＮＴ アレイアンテナ

Claims (2)

1. 移動局と無線通信を行う、複数のアンテナを有する基地局であって、
   前記移動局と無線通信に利用する通信チャネルを割り当てる割当部と、
   前記移動局に下り通信チャネルと同一周波数帯の上り通信チャネルが割り当てられていない場合、前記下り通信チャネルと同一周波数帯の空き上り通信チャネルを用いた参照信号の送信を前記移動局に要求する要求部と、
   前記移動局からの前記参照信号に基づいて、前記下り通信チャネルで前記移動局に無線信号を送信する際のウェイトを算出する算出部と、を備え、
   前記要求部は、前記空き上り通信チャネルにおいて複数の前記移動局に前記参照信号を送信させる場合、前記参照信号を送信させる前記移動局の数を基に、各移動局に、前記空き上り通信チャネルに含まれるシンボルを前記参照信号送信用のシンボルとして割り当てることを特徴とする基地局。
2. 移動局と無線通信を行う、複数のアンテナを有する基地局の通信方法であって、
   前記移動局と無線通信に利用する通信チャネルを割り当てるステップと、
   前記移動局に下り通信チャネルと同一周波数帯の上り通信チャネルが割り当てられていない場合、前記下り通信チャネルと同一周波数帯の空き上り通信チャネルを用いた参照信号の送信を前記移動局に要求するステップと、
   前記移動局からの前記参照信号に基づいて、前記下り通信チャネルで前記移動局に無線信号を送信する際のウェイトを算出するステップと、を含み、
   前記要求するステップでは、前記空き上り通信チャネルにおいて複数の前記移動局に前記参照信号を送信させる場合、前記参照信号を送信させる前記移動局の数を基に、各移動局に、前記空き上り通信チャネルに含まれるシンボルを前記参照信号送信用のシンボルとして割り当てることを特徴とする通信方法。

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