JP5687326B2 - 無線通信システム、移動局、基地局及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本出願は、日本国特許出願２０１０−１６０８４６号（２０１０年７月１５日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

この発明は、無線通信システム、移動局、基地局及び無線通信方法に関する。

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５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６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（参照信号領域）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６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において、同一周波数帯のリソースブロック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。しかし、一般的なパケット通信などでは、アップリンク通信よりもダウンリンク通信のデータ量の方が多い。そのため、ペアとなるＵＬサブフレームとＤＬサブフレームにおいて、ダウンリンク通信のデータ量に応じてリソースブロックを対称に割当てると、送信データを含まない無駄なリソースブロックがＵＬサブフレームで発生してしまう。一方で、ＵＬサブフレームとＤＬサブフレームとの割当を非対称にして、移動局に対してＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームがペアとなるよう割り当てない場合には、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。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、ＤＬサブフレームと対応するようにＵＬサブフレームが割り当てられていない移動局が、適切な参照信号を送信することにより適切なＡＡＳ制御を実現可能な無線通信システム、移動局、基地局及び無線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の発明による無線通信システムは、複数アンテナを有する基地局と、当該基地局に接続して無線通信を行う移動局と、を含む無線通信システムであって、前記基地局は、前記移動局に無線リソースを割り当て、前記割り当てた無線リソースの情報を前記移動局に送信し、前記移動局からのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）に基づいて、前記移動局に無線信号を送信する際のウェイトを算出し、前記移動局は、前記情報を受信し、前記情報に基づき、自局に割り当てられた下り無線リソースと同一周波数帯の自局が割り当てられていない上り無線リソースの参照信号領域を用いて、前記ＳＲＳを前記基地局に送信する、ことを特徴とするものである。

また、上述した諸課題を解決すべく、第２の発明による移動局は、複数アンテナを有する基地局と接続して無線通信を行う移動局であって、前記基地局から、前記基地局が割り当てた無線リソースの情報を受信し、前記情報に基づき、自局に割り当てられた下り無線リソースと同一周波数帯の自局が割り当てられていない上り無線リソースの参照信号領域を用いて、ＳＲＳ（Sounding Reference Signal）を前記基地局に送信する、ことを特徴とするものである。

また、上述した諸課題を解決すべく、第３の発明による基地局は、移動局と無線通信を行う、複数アンテナを有する基地局であって、前記移動局に無線リソースを割り当て、前記割り当てた無線リソースの情報を前記移動局に送信し、前記移動局からのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）に基づいて、前記移動局に無線信号を送信する際のウェイトを算出し、前記ＳＲＳは、前記移動局によって、自局が前記移動局に割り当てた下り無線リソースと同一周波数帯の、自局が前記移動局に割り当てていない上り無線リソースの参照信号領域を用いて送信される、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４の発明による無線通信方法は、複数アンテナを有する基地局と、当該基地局に接続して無線通信を行う移動局と、を含む無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記基地局が、前記移動局に無線リソースを割り当て、前記割り当てた無線リソースの割当情報を前記移動局に送信するステップと、前記移動局が、前記情報を受信し、前記情報に基づき、自局に割り当てられた下り無線リソースと同一周波数帯の自局が割り当てられていない上り無線リソースの参照信号領域を用いて、ＳＲＳ（Sounding Reference Signal）を前記基地局に送信するステップと、前記基地局が、前記移動局からの前記ＳＲＳを受信し、前記ＳＲＳに基づいて、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、を含むことを特徴とするものである。

また、本発明を方法として実現させた第５の発明による無線通信方法は、複数アンテナを有する基地局と接続して無線通信を行う移動局における無線通信方法であって、前記基地局から、前記基地局が割り当てた無線リソースの情報を受信するステップと、前記情報に基づき、自局に割り当てられた下り無線リソースと同一周波数帯の自局が割り当てられていない上り無線リソースの参照信号領域を用いて、ＳＲＳ（Sounding Reference Signal）を前記基地局に送信するステップと、を含むことを特徴とするものである。

また、本発明を方法として実現させた第６の発明による無線通信方法は、移動局と無線通信を行う、複数アンテナを有する基地局における無線通信方法であって、前記移動局に無線リソースを割り当て、前記割り当てた無線リソースの情報を前記移動局に送信するステップと、前記移動局からのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）に基づいて、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ＳＲＳは、前記移動局によって、自局が前記有働局に割り当てた下り無線リソースと同一周波数帯の、自局が前記移動局に割り当てていない上り無線リソースの参照信号領域を用いて送信される、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、ＤＬサブフレームと対応するようにＵＬサブフレームが割り当てられていない移動局が、適切な参照信号を送信す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、本発明の一実施形態に係る移動局の機能ブロック図である。 図３は、基地局及び移動局の動作フローチャートである。 図４は、本発明の一実施形態に係る参照信号の送信の一例を示す図である。 図５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６は、サブフレームのペアの詳細を示す図である。

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。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムは、基地局１と移動局１００とを備えるものである。図１は、本発明の一実施形態に係る基地局１の機能ブロック図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る移動局１００の機能ブロック図である。

図１に示す基地局１は、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アダプティブアレイ基地局である。基地局１は、アレイアンテナＡＮＴと、無線通信部１０（第１送受信部）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／回路から構成されるものである。スケジューラー４０及び無線リソース割当部５０はＣＰＵ等の好適なプロセッサから構成されるものであり、請求項の第１制御部に対応するものである。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１００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１００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１００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１００への送信データや無線リソース（通信チャネル）の割当を示すリソースブロックマップ（ＲＢ−ＭＡＰ）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、各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、無線リソースの割当後、割当て結果を移動局１００に通知するためのリソースブロックマップ（ＲＢ−ＭＡＰ）を作成する。このリソースブロックマップ（ＲＢ−ＭＡＰ）はベースバンド処理部３０、ウェイト付加部２２を経て、無線通信部１０から移動局１００に送信される。

図２に示す移動局１００は、無線通信部１１０（第２送受信部（送受信部））と、復調処理部１２０と、無線制御部１３０（第２制御部（制御部））と、変調処理部１４０とを有する。無線制御部１３０は、無線リソース割当判定部１３１と、ＳＲＳ付加部１３２とを有する。無線通信部１１０と、復調処理部１２０と、変調処理部１４０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、無線制御部１３０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１１０は、基地局１との無線通信を行うものであり、基地局１から受信したデータを復調処理部１２０に供給し、変調処理部１４０から供給されたデータを基地局１に送信する。

復調処理部１２０は、基地局１からの受信データを復調し、無線制御部１３０に供給する。また、変調処理部１４０は、無線制御部から供給された基地局への送信データを変調し、無線通信部１１０に供給する。

無線制御部１３０では、無線リソース割当判定部１３１は、基地局１から無線リソースの割当を示すリソースブロックマップ（ＲＢ−ＭＡＰ）を受信すると、自局への無線リソースの割当を判定する。具体的には、無線リソース割当判定部１３１は、自局にＤＬサブフレームが割り当てられている場合、ペアとなるＵＬサブフレームにおいて、同一周波数帯のリソースブロックが自局に割り当てられているかを判定する。割り当てられたＤＬサブフレームとペアになるＵＬサブフレームにおいて、同一周波数帯のリソースブロックが割り当てられていない場合、移動局１００は、基地局１に対しＡＡＳ制御に必要な参照信号を送信することができない。このため、無線リソース割当判定部１３１は、ＳＲＳ付加部１３２に対し、ＳＲＳ付加の指示を出す。

ＳＲＳ付加部１３２は、無線リソース割当判定部１３１からＳＲＳ付加の指示を受けると、自局に割当られたＤＬサブフレームとペアになるＵＬサブフレームにおけるＳＲＳ（参照信号領域）を用いて、基地局に対して参照信号を送信する。図４は、ＳＲＳ付加の一例を示す図である。図４では、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ＲＢ６のうち、ＤＬサブフレームであるサブフレーム４は移動局１００に割り当てられているが、ＵＬサブフレームであるサブフレーム２は移動局１００に割り当てられていない。この場合、ＳＲＳ付加部１３２は、サブフレーム４とペアとなるサブフレーム２のリソースブロックＲＢ６におけるＳＲＳ（参照信号領域）を用いて、基地局１に参照信号を送信する。なお、ＳＲＳの送信は、リソースブロック６が含まれればよく、例えば、リソースブロックＲＢ６を中心として周波数方向に前後数リソースブロックを用いて送信してもよい。基地局１はこの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。

図３は、基地局１及び移動局１００の動作フローチャートである。基地局１では、スケジューラー４０は、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などのスケジューリングを行う（ステップＳ１０１）。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Ｓ１０２）。無線リソース割当部５０は、無線リソース割当後、割当て結果を移動局１００に通知するためのリソースブロックマップ（ＲＢ−ＭＡＰ）を作成し、移動局１００に送信する（ステップＳ１０３）。

移動局１００では、基地局１から無線リソースの割当を示すリソースブロックマップ（ＲＢ−ＭＡＰ）を受信すると（ステップＳ２０１）、無線リソース割当判定部１３１は、自局への無線リソースの割当を判定する（ステップＳ２０２）。自局に割り当てられたＤＬサブフレームとペアになるＵＬサブフレームにおいて同一周波数帯のリソースブロックが割り当てられていない場合、無線リソース割当判定部１３１は、ＳＲＳ付加部１３２に対し、ＳＲＳ付加の指示を出す。ＳＲＳ付加部１３２は、無線リソース割当判定部１３１からＳＲＳ付加の指示を受けると、自局に割当られたＤＬサブフレームとペアになるＵＬサブフレームにおける同一周波数帯のリソースブロックのＳＲＳを用いて、基地局１に対して参照信号を送信する（ステップＳ２０３、Ｓ２０４）。

基地局１では、ＵＬサブフレームにおいて移動局１００からのＳＲＳを受信すると（ステップＳ１０４）、ウェイト算出部２１は、当該ＵＬサブフレームとペアになるＤＬサブフレームに対して最適な送信ウェイトを算出することができる（ステップＳ１０５）。

本実施形態によれば、移動局１００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、無線制御部１３０は、自局に割当られたＤＬサブフレームとペアになるＵＬサブフレームのＳＲＳ等の参照信号領域を用いて、参照信号を基地局１に送信する。このため、基地局１は、移動局１００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。特に、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ため、アップリンクの物理チャネルを無駄に消費することなく、ＡＡＳ用の参照信号を送信することができる。また、基地局１と移動局１００との間で新たなメッセージ等を定義する必要も無い。なお、移動局１００にアップリンク用のＵＬサブフレームが割り当てられている場合には、移動局１００は、ＳＲＳではなく、割り当てられたＵＬサブフレームにおけるＤＲＳ（別の参照信号領域）を用いて参照信号を送信することができる。また、移動局１００にアップリンク用のＵＬサブフレームが割り当てられている場合であっても、ペアとなるＤＬサブフレームとの間が離れている場合には、移動局１００は、割り当てられたＵＬサブフレームにおけるＤＲＳ以外に、ＤＬサブフレームに近いＵＬサブフレームのＳＲＳを用いて参照信号を送信しても良い。これにより、ＤＬサブフレームの送信ウェイトをより適切に算出することができる。

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 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
１００ 移動局
１１０ 無線通信部
１２０ 復調処理部
１３０ 無線制御部
１３１ 無線リソース割当判定部
１３２ ＳＲＳ付加部
１４０ 変調処理部
ＡＮＴ アレイアンテナ

Claims (6)

1. 複数アンテナを有する基地局と、当該基地局に接続して無線通信を行う移動局と、を含む無線通信システムであって、
   前記基地局は、
   前記移動局に無線リソースを割り当て、前記割り当てた無線リソースの情報を前記移動局に送信し、
   前記移動局からのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）に基づいて、前記移動局に無線信号を送信する際のウェイトを算出し、
   前記移動局は、
   前記情報を受信し、
   上り無線リソースが自局に割り当てられている場合であっても、前記割り当てられた上り無線リソースと自局に割り当てられた下り無線リソースとの間の周波数帯が離れている場合には、前記下り無線リソースの周波数帯に近い上り無線リソースのＳＲＳを用いて参照信号を前記基地局に送信する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 複数アンテナを有する基地局と接続して無線通信を行う移動局であって、
   前記基地局から、前記基地局が割り当てた無線リソースの情報を受信し、
   上り無線リソースが自局に割り当てられている場合であっても、前記割り当てられた上り無線リソースと自局に割り当てられた下り無線リソースとの間の周波数帯が離れている場合には、前記下り無線リソースの周波数帯に近い上り無線リソースのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）を用いて参照信号を前記基地局に送信する、
   ことを特徴とする移動局。
3. 移動局と無線通信を行う、複数アンテナを有する基地局であって、
   前記移動局に無線リソースを割り当て、前記割り当てた無線リソースの情報を前記移動局に送信し、
   前記移動局からのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）に基づいて、前記移動局に無線信号を送信する際のウェイトを算出し、
   前記移動局によって、上り無線リソースが自局に割り当てられている場合であっても、前記割り当てられた上り無線リソースと自局に割り当てられた下り無線リソースとの間の周波数帯が離れている場合には、前記下り無線リソースの周波数帯に近い上り無線リソースのＳＲＳが送信される、
   ことを特徴とする基地局。
4. 複数アンテナを有する基地局と、当該基地局に接続して無線通信を行う移動局と、を含む無線通信システムにおける無線通信方法であって、
   前記基地局が、前記移動局に無線リソースを割り当て、前記割り当てた無線リソースの割当情報を前記移動局に送信するステップと、
   前記移動局が、上り無線リソースが自局に割り当てられている場合であっても、前記割り当てられた上り無線リソースと自局に割り当てられた下り無線リソースとの間の周波数帯が離れている場合には、前記下り無線リソースの周波数帯に近い上り無線リソースのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）を用いて参照信号を前記基地局に送信するステップと、
   前記基地局が、前記移動局からの前記ＳＲＳを受信し、前記ＳＲＳに基づいて、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、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
5. 複数アンテナを有する基地局と接続して無線通信を行う移動局における無線通信方法であって、
   前記基地局から、前記基地局が割り当てた無線リソースの情報を受信するステップと、
   上り無線リソースが自局に割り当てられている場合であっても、前記割り当てられた上り無線リソースと自局に割り当てられた下り無線リソースとの間の周波数帯が離れている場合には、前記下り無線リソースの周波数帯に近い上り無線リソースのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）を用いて参照信号を前記基地局に送信するステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
6. 移動局と無線通信を行う、複数アンテナを有する基地局における無線通信方法であって、
   前記移動局に無線リソースを割り当て、前記割り当てた無線リソースの情報を前記移動局に送信するステップと、
   前記移動局からのＳＲＳ（Sounding Reference Signal）に基づいて、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、
   前記移動局によって、上り無線リソースが自局に割り当てられている場合であっても、前記割り当てられた上り無線リソースと自局に割り当てられた下り無線リソースとの間の周波数帯が離れている場合には、前記下り無線リソースの周波数帯に近い上り無線リソースのＳＲＳが送信される、
   ことを特徴とする無線通信方法。
   
   
   

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