JP5985853B2 - 通信システム、基地局、移動局及び通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム、基地局、移動局及び通信制御方法に関するものである。

通信性能の向上を実現する次世代通信システムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムやＸＧＰ（eXtended Global Platform）システムなどが注目されている。

従来、ＬＴＥシステムにおいて通信サービスの向上を図る種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の基地局では、スケジューラ、回線終端、チャネル符号化・復号化が同一デバイスによって時分割で処理される。これにより、種々のデータレート及びセクタ構成において処理負荷が均一化され、デバイスの処理能力が最大限に活用される。よって、部品点数削減及び運用の高柔軟性が達成される。

また、ＴＤＤ（Time Divisional Duplex：時分割複信）を採用するＸＧＰシステムにおいては、通信品質を向上させるために、複数のアンテナを含むアダプティブアレイアンテナを実装する基地局が知られている（例えば、特許文献２参照）。アダプティブアレイアンテナによるＡＡＳ（Adaptive Antenna System：アダプティブアレイ方式）機能により、強い干渉が予想される無線チャネルでの通信が可能になる。

ＡＡＳ機能とは、基地局が、移動局（無線通信端末）から受信した基準信号からアンテナウェイトを算出し、算出したアンテナウェイトを利用してビームフォーミングやヌルステアリングを行うことである。ビームフォーミングは、基地局の電波を送信先に集中させる、つまりビームを向ける機能である。また、ヌルステアリングは、干渉局が存在する方向に電波が飛ばないように、且つその方向からの電波を受信しないように干渉局方向に指向性の谷間（ヌル）を向ける機能である。つまり、基地局は、ある干渉局にヌルを向け、通信希望移動局にビームを向けることにより、当該干渉局が使用する無線チャネルを通信希望移動局に割り当てて、通信希望移動局と通信を行うことができる。

特開２００８−９９０７９号公報 特開２００７−３１８６７０号公報

ＸＧＰシステムのみならず、ＬＴＥシステムにおいてもＡＡＳ機能を利用することが想定される。

しかし、ＬＴＥシステムでは、アップリンクとダウンリンクとで異なる（完全に一致しない）周波数帯域が使用されることがある。これにより基地局は、下りチャネルと同じ周波数帯域で送信された基準信号を受信できなくなると、適切なアンテナウェイトを算出できず、所望の精度を実現するビームフォーミングやヌルステアリングを実行することが困難になる。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、上りチャネルと下りチャネルとの周波数帯域が異なる場合であっても、基地局によるビームフォーミングを実現する通信システム、基地局、移動局及び通信制御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の観点に係る通信システムの発明は、
移動局と、複数のアンテナを有し、アダプティブアレイ方式を用いて前記移動局と無線通信する基地局とで構成される通信システムであって、
前記基地局は、
前記移動局との下り通信で使用する下り無線リソースと、当該下り無線リソースと同一の周波数帯域の参照信号用下り無線リソースとを前記移動局に割り当て、
前記移動局に参照信号を前記参照信号用下り無線リソースで送信し、
前記移動局は、
当該アンテナを介して前記参照信号を受信すると、前記基地局が自己の移動局にビームフォーミングを実行するためのアンテナウェイトに関する情報を前記参照信号から求めて前記基地局に送信し、
前記基地局は、
前記アンテナウェイトに関する情報を受信し、当該情報に基づいてビームフォーミングを実行すると共に複数の周波数帯域において前記アンテナウェイトを記憶する記憶部を備え、
前記移動局に割り当てる下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを変更すると共に変更したときに前記移動局から送信されたアンテナウェイトを受信して前記記憶部に記憶させ、当該アンテナウェイトに関する情報に基づいてビームフォーミングを実行し、
前記アンテナウェイトを受信しない場合にも、変更された下り無線リソースと同一の周波数帯域で送信された参照信号に基づくアンテナウェイトを過去に受信していれば、当該アンテナウェイトを前記記憶部から読み出すことによりビームフォーミングを実行する
通信システムである。

また、第３の観点に係る発明は、第１又は第２の観点に係る通信システムにおいて、前記移動局は、前記アンテナウェイトに関する情報として、前記基地局のビームフォーミング用の送信ウェイトを求めることを特徴とするものである。

また、第４の観点に係る発明は、第１乃至第３のいずれか１つの観点に係る通信システムにおいて、前記基地局は、前記アンテナウェイトに関する情報を受信できない場合は、無指向性で前記移動局と無線通信することを特徴とするものである。

また、第５の観点に係る発明は、
複数のアンテナを有し、移動局と無線通信する基地局通信部と、
前記移動局との下り通信で使用する下り無線リソースと、当該下り無線リソースと同一の周波数帯域の参照信号用下り無線リソースとを前記移動局に割り当て、
参照信号を前記参照信号用下り無線リソースで前記移動局へ送信するように前記基地局通信部を制御する基地局制御部と、
前記基地局制御部が前記参照信号に基づくアンテナウェイトに関する情報を受信すると共に複数の周波数帯域において前記アンテナウェイトを記憶する記憶部とを備え、
前記基地局制御部は、
前記下り無線リソースで無線通信する場合、前記アンテナウェイトに関する情報に基づくビームフォーミングを実行し、
前記移動局に割り当てる下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを変更すると共に変更したときに前記移動局から送信されたアンテナウェイトを受信して前記記憶部に記憶させ、当該アンテナウェイトに関する情報に基づいてビームフォーミングを実行し、
前記アンテナウェイトを受信しない場合にも、変更された下り無線リソースと同一の周波数帯域で送信された参照信号に基づくアンテナウェイトを過去に受信していれば、当該アンテナウェイトを前記記憶部から読み出すことによりビームフォーミングを実行する
基地局である。

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７の観点に係る通信制御方法は、
移動局と、複数のアンテナを有し、アダプティブアレイ方式を用いて前記移動局と無線通信する基地局とで構成される通信システムにおける通信制御方法であって、
前記基地局が、前記移動局との下り通信で使用する下り無線リソースと、当該下り無線リソースと同一の周波数帯域の参照信号用下り無線リソースとを前記移動局に割り当てるステップと、
前記基地局が、前記移動局に参照信号を前記参照信号用下り無線リソースで送信するステップと、
前記移動局が、前記複数のアンテナと同じ数のアンテナで前記基地局から前記参照信号を受信するステップと、
前記移動局が、前記基地局が自己の移動局にビームフォーミングを実行するためのアンテナウェイトに関する情報を前記参照信号から求めるステップと、
前記移動局が、当該アンテナウェイトに関する情報を前記基地局に送信するステップと、
前記基地局が、前記アンテナウェイトに関する情報を受信すると共に複数の周波数帯域において前記アンテナウェイトを記憶するステップと、
前記基地局が、前記下り無線リソースで無線通信する場合、前記アンテナウェイトに関する情報に基づくビームフォーミングを実行するステップと、
前記基地局が、前記移動局に割り当てる下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを変更すると共に変更したときに前記移動局から送信されたアンテナウェイトを受信して前記基地局が備える記憶部に記憶させ、当該アンテナウェイトに関する情報に基づいてビームフォーミングを実行するステップと、
前記基地局が、前記アンテナウェイトを受信しない場合にも、変更された下り無線リソースと同一の周波数帯域で送信された参照信号に基づくアンテナウェイトを過去に受信していれば、当該アンテナウェイトを前記記憶部から読み出すことによりビームフォーミングを実行するステップと
を含む通信制御方法である。

上記のように構成された本発明に係る通信システム、基地局、移動局及び通信制御方法によれば、上り無線リソースと下り無線リソースとの周波数帯域を同一にせずに、基地局はビームフォーミングを実行することができ、基地局は、通信品質の良い信号を移動局に届けることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な通信システム構成図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る移動局の概略構成を示す機能ブロック図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成の種類を示す図である。 図６は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成の詳細を示す図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る基地局の処理を示すフローチャートである。 図８は、本発明の一実施形態に係る移動局の処理を示すフローチャートである。 図９は、本発明の一実施形態に係る参照信号用下り無線リソース、上り無線リソース及び下り無線リソースの周波数帯域の関係を示す説明図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る参照信号用下り無線リソースのホッピングを示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な通信システム構成図である。通信システム１００は、基地局１０１と、移動局１０３とから構成されている。通信システム１００は、例えばＬＴＥシステムやＸＧＰシステムである。基地局１０１は、複数のアンテナ（アレイアンテナ）を有し、アダプティブアレイ方式（ＡＡＳ）を用いて移動局１０３と無線通信することが可能である。本実施形態では、基地局１０１は、アダプティブアレイ方式によるビームフォーミングを実行することができる。移動局１０３は、基地局１０１がビームフォーミングのために使用するアンテナと同じ数のアンテナを有するものであり、例えば、携帯電話端末やＸＧＰ端末である。以下、本実施形態では、通信システム１００は、ＬＴＥシステムであるとする。

図２は、本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。本実施形態の基地局１０１は、基地局アレイアンテナ１１１を有する基地局通信部１１３と、基地局ベースバンド部１１５と、記憶部１１６と、基地局制御部１１７とを備えている。基地局通信部１１３、基地局ベースバンド部１１５及び記憶部１１６は、基地局制御部１１７に接続されている。

基地局アレイアンテナ１１１は、複数のアンテナにより構成され、ビームフォーミングといった送信指向性制御の実現が可能なものであり、例えばアダプティブアレイアンテナである。

基地局通信部１１３は、基地局アレイアンテナ１１１を介して移動局１０３と無線通信し、無線信号（データ）を送受信するものである。基地局通信部１１３は、受信した無線信号（受信信号）に対して低雑音での増幅及びダウンコンバート等を行い、当該信号を基地局ベースバンド部１１５に送る。また、基地局通信部１１３は、基地局ベースバンド部１１５からの信号に対しアップコンバート及び増幅等を行い、無線信号を生成する。そして、基地局通信部１１３は、基地局アレイアンテナ１１１を介して当該無線信号を移動局１０３に送信する。

基地局ベースバンド部１１５は、基地局通信部１１３からの受信信号に対してＡＤ変換や高速フーリエ変換などを行うことにより、受信信号を復調し、ベースバンド信号を取り出す。そして、基地局ベースバンド部１１５は、ベースバンド信号を基地局制御部１１７に送る。また、基地局ベースバンド部１１５は、基地局制御部１１７により生成されたベースバンド信号に対して逆高速フーリエ変換やＤＡ変換などを行うことにより、ベースバンド信号を変調する。そして、変調されたベースバンド信号を基地局通信部１１３に送る。

記憶部１１６は、各種情報を記憶するものであり、ワークメモリ等としても機能する。

基地局制御部１１７は、基地局１０１の各機能ブロックをはじめとして基地局１０１の全体を制御及び管理している。基地局制御部１１７は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。

基地局制御部１１７は、基地局１０１と移動局１０３との無線通信を実現するために、時間軸のスロットと周波数軸のキャリアとの組み合わせである無線リソースを移動局１０３に割り当てる。より詳細には、基地局制御部１１７は、下り無線リソース、上り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを移動局１０３に割り当てる。下り無線リソースとは、基地局１０１が移動局１０３との下り通信で使用する無線リソースである。上り無線リソースとは、移動局１０３が基地局１０１との上り通信で使用する無線リソースである。

また、参照信号用下り無線リソースとは、基地局１０１が、移動局１０３に参照信号を送信するために使用する無線リソースである。基地局制御部１１７は、既知の参照信号を生成し、移動局１０３に送信するように基地局ベースバンド部１１５及び基地局通信部１１３を制御する。この参照信号は、移動局１０３が、基地局１０１のビームフォーミング用のアンテナウェイトに関する情報を求めるためのものであり、複数の複素シンボルで構成されている。参照信号は、例えば、ＬＴＥシステムにおいて移動局１０３が送信できるＳＲＳ（Sounding Reference Signal：音声基準信号）に相当するものである。

アンテナウェイトに関する情報とは、基地局１０１が移動局１０３にビームを向けるビームフォーミングを実行するための送信ウェイトそのものの情報又は基地局１０１が当該送信ウェイトを求めるための情報である。基地局１０１が送信ウェイトを求めるための情報とは、例えば、送信ウェイトを求めるために必要な受信ウェイトの情報である。以下、本実施形態では、アンテナウェイトに関する情報は、基地局１０１がビームフォーミングを実現するための送信ウェイトの情報であるとするが、基地局１０１に送信ウェイトを求めるための情報を送信し、当該基地局１０１に送信ウェイトを求めさせてもよい。

本実施形態では、基地局１０１に代わって移動局１０３が基地局１０１のビームフォーミング用の送信ウェイトを求めるため、参照信号用下り無線リソースの周波数帯域は、下り無線リソースの帯域と重なるほどビームフォーミングの精度が良くなる。以下、参照信号用下り無線リソースと下り無線リソースとの周波数帯域は同一であるとする。

本実施形態では、基地局１０１がビームフォーミングを実現するために、移動局１０３から参照信号を受信する必要がない。よって、基地局制御部１１７が、移動局１０３に参照信号を送信させるために、下り無線リソースと周波数帯域が同じである無線リソース（上り無線リソースや参照信号送信用の無線リソース）を移動局１０３に割り当てる必要はない。基地局制御部１１７が行うその他の処理については、後述の図７の説明にて詳述する。

図３は、本発明の一実施形態に係る移動局の概略構成を示す機能ブロック図である。本実施形態の移動局１０３は、移動局アレイアンテナ１２１を有する移動局通信部１２３と、移動局ベースバンド部１２５と、移動局制御部１２７とを備えている。移動局通信部１２３と、移動局ベースバンド部１２５とは、移動局制御部１２７に接続されている。

移動局アレイアンテナ１２１は、基地局１０１がビームフォーミングで使用するアンテナと同じ数の複数のアンテナにより構成され、ビームフォーミングといった送信指向性制御の実現が可能なものであり、例えばアダプティブアレイアンテナである。

移動局通信部１２３は、移動局アレイアンテナ１２１を介して基地局１０１と無線通信し、無線信号を送受信するものである。移動局通信部１２３は、受信した無線信号（受信信号）に対して低雑音での増幅及びダウンコンバート等を行い、当該信号を移動局ベースバンド部１２５に送る。また、移動局通信部１２３は、移動局ベースバンド部１２５からの信号に対しアップコンバート及び増幅等を行い、無線信号を生成する。移動局通信部１２３は、移動局アレイアンテナ１２１を介して当該無線信号を基地局１０１に送信する。

移動局ベースバンド部１２５は、移動局通信部１２３からの受信信号に対してＡＤ変換や高速フーリエ変換などを行うことにより、受信信号を復調し、ベースバンド信号を取り出す。そして、移動局ベースバンド部１２５は、ベースバンド信号を移動局制御部１２７に送る。また、移動局ベースバンド部１２５は、移動局制御部１２７により生成されたベースバンド信号に対して逆高速フーリエ変換やＤＡ変換などを行うことにより、ベースバンド信号を変調する。そして、変調されたベースバンド信号を移動局通信部１２３に送る。

移動局制御部１２７は、移動局１０３の各機能ブロックをはじめとして移動局１０３の全体を制御及び管理している。移動局制御部１２７は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。

移動局制御部１２７は、移動局アレイアンテナ１２１を介して移動局通信部１２３により受信された参照信号に基づいて、基地局１０１の電波の到来方向と基地局１０１から移動局１０３までの距離を推定する。推定した到来方向を１８０°ずらすことにより、基地局１０１を基準とする移動局１０３の方向が求まる。移動局制御部１２７は、基地局１０１を基準とする移動局１０３の方向と、基地局１０１から移動局１０３までの距離とから、基地局アレイアンテナ１１１での受信指向性を制御するための複数の受信ウェイトを求める。

続いて、移動局制御部１２７は、求めた受信ウェイトに基づいて、基地局アレイアンテナ１１１でビームフォーミング用の複数の送信ウェイトを求める。そして、移動局制御部１２７は、送信ウェイトの情報を上り無線リソースで基地局１０１に送信するように移動局ベースバンド部１２５及び移動局通信部１２３を制御する。基地局１０１は、送信ウェイトを受信することにより、当該送信ウェイトに基づいて基地局アレイアンテナ１１１でビームフォーミングを実現することができる。移動局制御部１２７が行うその他の処理については、後述の図８の説明にて詳述する。

ここで、本発明をＴＤＤ方式の通信システム１００に適用した場合について説明する。なお、本発明は、上り無線リソースと下り無線リソースとの周波数帯域とを同一にする必要がないため、通信システム１００は、ＴＤＤ方式に限定されるものではなく、例えばＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割複信）方式を採用することもできる。

ＴＤＤ方式の通信システム１００において、基地局１０１と移動局１０３との間で使用されるＴＤＤフレーム１３１について図４〜図６を用いて説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成の種類を示す図である。図６は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成の詳細を示す図である。

ＴＤＤフレーム１３１は、時間軸と周波数軸とからなる２次元で特定される。ＴＤＤフレーム１３１の周波数帯域幅（システム帯域幅）は例えば１０ＭＨｚであって、ＴＤＤフレーム１３１の時間長は１０ｍｓである。基地局１０１は、ＴＤＤフレーム１３１から、時間及び周波数を特定し、移動局１０３に対して割り当てる上り無線リソース、下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを決定する。

図４に示されるように、ＴＤＤフレーム１３１は、２つのハーフフレーム１３３で構成されている。各ハーフフレーム１３３は、５個のサブフレーム１３５で構成されている。つまり、ＴＤＤフレーム１３１は１０個のサブフレーム１３５で構成されている。サブフレーム１３５の時間長は１ｍｓである。本実施形態では、ＴＤＤフレーム１３１を構成する１０個のサブフレーム１３５を、先頭から順に第０〜第９サブフレーム１３５と呼ぶことにする。

サブフレーム１３５には、下り通信専用の下りサブフレーム１３５Ｄと、上り通信専用の上りサブフレーム１３５Ｕと、下り通信から上り通信への切り替えが行われるスペシャルサブフレーム１３５Ｓとが含まれる。基地局１０１は、下りサブフレーム１３５Ｄで移動局１０３にデータを送信し、移動局１０３は、上りサブフレーム１３５Ｕで基地局１０１にデータを送信する。

ＬＴＥシステムでは、ＴＤＤフレーム１３１の構成において、上りサブフレーム１３５Ｕと、下りサブフレーム１３５Ｄと、スペシャルサブフレーム１３５Ｓとの組み合わせが７種類規定されている。この７種類の構成について示したものが図５である。通信システム１００では、この７種類の構成のうちの１つの構成が使用される。図５において、「Ｄ」は下りサブフレーム１３５Ｄを、「Ｕ」は上りサブフレーム１３５Ｕを、「Ｓ」はスペシャルサブフレーム１３５Ｓをそれぞれ意味する。本実施形態では、１番の構成が使用されるとする。

図４において、各サブフレーム１３５は、時間方向に２つのスロット１３７を含んでいる。各スロット１３７は、７個のシンボル期間１３９で構成されている。したがって、各サブフレーム１３５は、時間方向に１４個のシンボル期間１３９を含んでいる。このシンボル期間１３９は、ＬＴＥシステムの下り通信で採用されているＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）方式におけるＯＦＤＭシンボルの１シンボル期間である。また、シンボル期間１３９は、ＬＴＥシステムの上り通信で採用されているＳＣ（Single Carrier）−ＦＤＭＡ方式におけるＤＦＴＳ（Discrete Fourier Transform Spread）−ＯＦＤＭシンボルの１シンボル期間である。

ここで、図６を用いて、１番の構成を有するＴＤＤフレーム１３１について更に詳細に説明する。

スペシャルサブフレーム１３５Ｓは、時間方向に、下りパイロットタイムスロット（ＤｗＰＴＳ）１４１と、ガードタイム（ＧＰ）１４３と、上りパイロットタイムスロット（ＵｐＰＴＳ）１４５とを含んでいる。

下りパイロットタイムスロット１４１では、基地局１０１は、移動局１０３と下り通信を行うことが可能である。また。上りパイロットタイムスロット１４５では、移動局１０３は、基地局１０１と上り通信を行うことが可能である。ガードタイム１４３は、下り通信から上り通信に切り替えるために必要な無信号期間であって、通信には使用されない。

ＬＴＥシステムでは、下りパイロットタイムスロット１４１、ガードタイム１４３及び上りパイロットタイムスロット１４５の時間長の組み合わせは、複数種類規定されている。図６の例では、下りパイロットタイムスロット１４１の時間長として１１個分のシンボル期間１３９が規定され、ガードタイム１４３の時間長として１個分のシンボル期間１３９が規定され、上りパイロットタイムスロット１４５の時間長として２個分のシンボル期間１３９が規定されている。

本実施形態では、基地局１０１は、下りパイロットタイムスロット１４１の最後のシンボル期間１３９において参照信号を送信する。以下、下りパイロットタイムスロット１４１のうち参照信号が送信されるシンボル期間１３９を参照信号送信期間１４７と称する。

なお、参照信号が送信される期間は、下りパイロットタイムスロット１４１の最後のシンボル期間１３９に限定されるものではなく、基地局１０１は、下りサブフレーム１３５Ｄ及び下りパイロットタイムスロット１４１の１つ以上のシンボル期間１３９において参照信号を送信することができる。また、基地局１０１は、下りサブフレーム１３５Ｄ及び下りパイロットタイムスロット１４１において参照信号を送信しないシンボル期間１３９では、データを移動局１０３に送信できる。

ここで、スペシャルサブフレーム１３５Ｓの参照信号送信期間１４７の先頭から、その次のスペシャルサブフレーム１３５Ｓの参照信号送信期間１４７の先頭までの期間を単位期間１４９と称する。基地局１０１は、移動局１０３に対する上り無線リソース、下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースの割り当てを単位期間１４９毎に変更することができる。本通信システム１００では、ＴＤＤフレーム１３１が連続することに伴い、単位期間１４９は繰り返される。そして、基地局１０１は、周期的又は非周期的に参照信号送信期間１４７で、参照信号を移動局１０３に送信することができる。

続いて、本実施形態の係る基地局１０１がビームフォーミングを行うまでの通信システム１００の一連の動作について図７〜図１０を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る基地局の処理を示すフローチャートである。図８は、本発明の一実施形態に係る移動局の処理を示すフローチャートである。図９は、本発明の一実施形態に係る参照信号用下り無線リソース、上り無線リソース及び下り無線リソースの周波数帯域の関係を示す説明図である。図１０は、本発明の一実施形態に係る参照信号用下り無線リソースのホッピングを示す説明図である。なお、以下、基地局１０１と通信する移動局は、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂの２つ存在するとする。

まず、基地局制御部１１７は、下り無線リソースを移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当てる（ステップＳ１０１）。例えば、基地局制御部１１７は、図９に示されるように、２つの下りサブフレーム１３５Ｄで移動局１０３Ａにデータを送信できるように、移動局１０３Ａに下り無線リソース１５３ａを割り当てる。また、同様に、基地局制御部１１７は、移動局１０３Ｂにデータを送信できるように、移動局１０３Ｂに下り無線リソース１５３ｂを割り当てる。なお、図９に示されているように、下り無線リソース１５３ａ及び１５３ｂは、時間軸と周波数軸とからなる２次元で特定されている。

続いて、基地局制御部１１７は、参照信号用下り無線リソースを、下り無線リソースと周波数帯域が同一になるように、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当てる（ステップＳ１０２）。例えば、図９では、基地局制御部１１７は、参照信号送信期間１４７において、下り無線リソース１５３ａと周波数帯域を同一にする参照信号用下り無線リソース１５５ａを移動局１０３Ａに割り当てる。また、基地局制御部１１７は、参照信号送信期間１４７において、下り無線リソース１５３ｂと周波数帯域を同一にする参照信号用下り無線リソース１５５ｂを移動局１０３Ｂに割り当てる。

なお、本発明では、基地局１０１は、基地局アレイアンテナ１１１のビームフォーミング用の送信ウェイトを求めるために、下り無線リソースと同じ周波数帯域で送信された参照信号を受信する必要がない。そのため、基地局制御部１１７は、下り無線リソースの周波数帯域とは無関係に上り無線リソースを移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当てることができる。例えば、図９では、基地局制御部１１７は、移動局１０３Ａが１つの上りサブフレーム１３５Ｕでデータを送信できるように、下り無線リソース１５３ａと周波数帯域が異なる上り無線リソース１５７ａを移動局１０３Ａに割り当てる。また、基地局制御部１１７は、下り無線リソース１５３ｂと周波数帯域が異なる上り無線リソース１５７ｂを移動局１０３Ｂに割り当てる。

続いて、基地局制御部１１７は、参照信号を変調するように基地局ベースバンド部１１５を制御する。その後、基地局制御部１１７は、参照信号用下り無線リソース１５５ａを使用して、変調された参照信号を移動局１０３Ａに送信するように基地局通信部１１３を制御する（ステップＳ１０３）。また、基地局制御部１１７は、参照信号用下り無線リソース１５５ｂを使用して、変調された参照信号を移動局１０３Ｂに送信するように基地局通信部１１３を制御する（ステップＳ１０３）。

なお、本発明は、基地局制御部１１７が、参照信号を送信する際に、参照信号用下り無線リソースを構成する複数のサブキャリア全てを使用することに限定されるものではない。例えば、基地局制御部１１７は、参照信号用下り無線リソースを構成する複数のサブキャリアのうち、周波数方向において、１つ置きのサブキャリアを使用することができる。つまり、使用されるサブキャリアは、参照信号用下り無線リソースにおいて櫛歯状になる。これにより、基地局制御部１１７は、同一の参照信号用下り無線リソースの未使用のサブキャリアを他の移動局に割り当て、他の基地局に参照信号を送信することができる。よって、ある帯域の参照信号用下り無線リソースで、２つの移動局に参照信号を送信することが可能になるので、有限である無線リソースの利用効率を高めることができる。

続いて、移動局１０３（１０３Ａ及び１０３Ｂ）の処理を説明する。なお、以下、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂを区別する必要がある場合には、移動局１０３Ａに関する機能ブロックの参照符号にはａを付し、移動局１０３Ｂに関する機能ブロックの参照符号にはｂを付して説明する。移動局１０３Ａ及び１０３Ｂの双方において共通する事項の説明においては、参照符号にａ及びｂを付さないこととする。

まず、移動局通信部１２３は、基地局アレイアンテナ１１１と同じ数のアンテナを有する移動局アレイアンテナ１２１を介して参照信号を受信すると、参照信号を移動局ベースバンド部１２５に送る（ステップＳ２０１）。移動局ベースバンド部１２５で復調された参照信号は、移動局制御部１２７に送られる。

移動局制御部１２７は、参照信号に基づいて、基地局アレイアンテナ１１１に関する受信ウェイトを算出する。そして、移動局制御部１２７は、受信ウェイトに基づいて、基地局アレイアンテナ１１１でビームフォーミングが実現される送信ウェイトを算出する（ステップＳ２０２）。

続いて、移動局制御部１２７は、送信ウェイトの情報を移動局ベースバンド部１２５に変調させ、当該送信ウェイトの情報を上り無線リソースで送信するように移動局通信部１２３を制御する（ステップＳ２０３）。例えば、図９では、移動局１０３Ａの移動局制御部１２７ａは、送信ウェイトの情報を上り無線リソース１５７ａで基地局１０１へ送信するように移動局通信部１２３ａを制御する。また、移動局１０３Ｂの移動局制御部１２７ｂは、送信ウェイトの情報を上り無線リソース１５７ｂで基地局１０１へ送信するように移動局通信部１２３ｂを制御する。なお、移動局制御部１２７は、送信ウェイトの情報を上り無線リソースのうちＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control CHannel）やＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared CHannel）で送信するように移動局通信部１２３を制御することができる。

送信ウェイトの情報が移動局１０３により送信されると、基地局１０１の基地局通信部１１３は、当該送信ウェイトの情報を受信する（ステップＳ１０４のＹｅｓ）。そして、基地局制御部１１７は、自局１０１が送信した参照信号に基づく送信ウェイトを用いてビームフォーミングを実行する（ステップＳ１０５）。例えば、図９では、基地局１０１は、下り無線リソース１５３ａで移動局１０３Ａと無線通信する場合、参照信号用下り無線リソース１５５ａで送信された参照信号に基づく送信ウェイトを用いてビームフォーミングを実行する。また、下り無線リソース１５３ｂで移動局１０３Ｂと無線通信する場合、参照信号用下り無線リソース１５５ｂで送信された参照信号に基づく送信ウェイトを用いてビームフォーミングを実行する。なお、基地局１０１は、アンテナウェイトに関する情報として送信ウェイトを求めるための情報を受信した場合には、基地局制御部１１７は、当該情報から送信ウェイトを求め、ビームフォーミングを実行する。

なお、基地局１０１が送信ウェイトの情報を受信しない場合は（ステップＳ１０４のＮｏ）、基地局制御部１１７は、ビームフォーミングを実行せずに、無指向性で移動局１０３と無線通信（データを送信）することができる（ステップＳ１０６）。

図９は、ある１つのスペシャルサブフレーム１３５Ｓにおける参照信号用下り無線リソースについて示しているが、基地局１０１は、周期的又は非周期的に、移動局１０３に割り当てる参照信号用下り無線リソース及び下り無線リソースを変更することができる。例えば、図１０に示されるように、基地局１０１は、単位期間１４９毎に、つまりスペシャルサブフレーム１３５Ｓ毎に、参照信号用下り無線リソースを変更（ホッピング）することができる。

図１０では、基地局１０１は、ある単位期間１４９において、参照信号用下り無線リソース１５５ａを使用して移動局１０３Ａに参照信号を送信し、次の単位期間１４９では、参照信号用下り無線リソース１５５ａとは周波数帯域が異なる参照信号用下り無線リソース１５９ａを使用して参照信号を送信する。また、基地局１０１は、ある単位期間１４９において、参照信号用下り無線リソース１５５ｂを使用して移動局１０３Ｂに参照信号を送信し、次の単位期間１４９では、参照信号用下り無線リソース１５５ｂとは周波数帯域が異なる参照信号用下り無線リソース１５９ｂを使用して参照信号を送信する。

移動局１０３は、参照信号用下り無線リソースが変更される度に、受信した参照信号から基地局アレイアンテナ１１１のビームフォーミング用の送信ウェイトを算出し、基地局１０１に送信することができる。そして、基地局１０１の基地局制御部１１７は、受信した送信ウェイトを、当該送信ウェイトの算出で使用された参照信号に関する周波数帯域と対応付けて記憶部１１６に記憶させることができる。

そして、基地局制御部１１７は、下り無線リソースでデータを送信する場合、当該下り無線リソースの周波数帯域に対応付けられた送信ウェイトを記憶部１１６から読み出し、ビームフォーミングを実行することができる。

このように本実施形態では、基地局１０１の基地局制御部１１７は、下り無線リソース及び当該下り無線リソースと同一の周波数帯域の参照信号用下り無線リソースを移動局１０３に割り当て、当該参照信号用下り無線リソースで参照信号を移動局１０３へ送信するように基地局通信部１１３を制御する。続いて、移動局１０３の移動局制御部１２７は、移動局通信部１２３により受信された参照信号に基づいて基地局１０１のビームフォーミング用の送信ウェイトを求め、当該送信ウェイトを基地局１０１へ送信するように移動局通信部１２３を制御する。そして、基地局１０１の基地局制御部１１７は、基地局通信部１１３により受信された送信ウェイトに基づくビームフォーミングを実行する。

つまり、基地局１０１がビームフォーミングを実行するための送信ウェイトは、移動局１０３により求められ、移動局１０３から基地局１０１へ送信される。そのため、基地局１０１は、送信ウェイトを求めるために、下り無線リソースと同一の周波数帯域で送信された参照信号を受信する必要がない。よって、基地局１０１は、下り無線リソースと異なる周波数帯域の上り無線リソースを移動局１０３に割り当てることができる。これにより、基地局１０１は、ダウンリンクでの通信品質を向上させるために下り無線リソースの周波数帯域を広くし、且つ移動局１０３の消費電力を抑えるために上り無線リソースの周波数帯域を狭くした場合にも、ビームフォーミングを実行できる。これは、移動局１０３が基地局１０１のセルエッジに位置しているような状況で特に有効である。

また、基地局１０１は、ビームフォーミングを実行する上で、下り無線リソースと上り無線リソースとの周波数帯域とを同一にする必要がないので、基地局１０１は、通信システム１００にＦＤＤ方式が採用されているような場合にも、ビームフォーミングを実行できる。

更に、本実施形態では、基地局１０１の基地局制御部１１７は、移動局１０３に割り当てる下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを変更（ホッピング）することができる。これにより、ある周波数帯域の通信品質が悪い場合に、当該通信品質の悪い周波数帯域が下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースとして継続して割り当てられることを避けることができる。

参照信号用下り無線リソースのホッピングにより、基地局制御部１１７は、ある周波数帯域のみならず、複数の周波数帯域においてビームフォーミングを実現する送信ウェイトを記憶部１１６に記憶させることができる。これにより、基地局１０１が変更した下り無線リソースに対応する送信ウェイトを受信しない場合にも、基地局制御部１１７は、ビームフォーミングを実行できる場合がある。つまり、基地局制御部１１７は、変更された下り無線リソースと同一の周波数帯域で送信された参照信号に基づく送信ウェイトを過去に受信していれば、当該送信ウェイトを記憶部１１６から読み出すことによりビームフォーミングを実行できる。

更に、本実施形態では、移動局１０３の移動局制御部１２７は、アンテナウェイトに関する情報として、基地局１０１のビームフォーミング用の送信ウェイトを求め、基地局１０１へ送信するように移動局通信部１２３を制御することができる。これにより、基地局１０１は、送信ウェイトを求めるための処理を一切行う必要がないため、基地局１０１は、アンテナウェイトに関する情報を受信してから最小限の時間でビームフォーミングを実行することができる。

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、各部材、各手段、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、複数の手段やステップなどを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。

上述の本発明の実施形態の説明において、参照信号用下り無線リソースの時間の最小単位は、シンボル期間（参照信号送信期間１４７）であるとして記載したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、基地局制御部は、シンボル期間の半分の時間のみを有する参照信号用下り無線リソースを移動局に割り当てることもできる。

また、上述の本発明の実施形態の説明（特に、図９）において、移動局１０３は、基地局１０１が参照信号を送信してから最初の上りサブフレーム１３５Ｕで送信ウェイトを送信し、基地局１０１は、自局１０１が参照信号を送信してから最初の下りサブフレーム１３５Ｄでビームフォーミングを実行するとして記載したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、移動局は、参照信号の受信から２回目以降の上りサブフレームで送信ウェイトを送信し、基地局は、参照信号の送信から２回目以降の下りサブフレームでビームフォーミングを実行することができる。

１００ 通信システム
１０１ 基地局
１０３ 移動局
１１１ 基地局アレイアンテナ
１１３ 基地局通信部
１１５ 基地局ベースバンド部
１１６ 記憶部
１１７ 基地局制御部
１２１ 移動局アレイアンテナ
１２３ 移動局通信部
１２５ 移動局ベースバンド部
１２７ 移動局制御部
１３１ ＴＤＤフレーム
１３３ ハーフフレーム
１３５ サブフレーム
１３５Ｕ 上りサブフレーム
１３５Ｄ 下りサブフレーム
１３５Ｓ スペシャルサブフレーム
１３７ スロット
１３９ シンボル期間
１４１ 下りパイロットタイムスロット
１４３ ガードタイム
１４５ 上りパイロットタイムスロット
１４７ 参照信号送信期間
１４９ 単位期間
１５３ａ、１５３ｂ 下り無線リソース
１５５ａ、１５５ｂ、１５９ａ、１５９ｂ 参照信号用下り無線リソース
１５７ａ、１５７ｂ 上り無線リソース

Claims (5)

1. 移動局と、複数のアンテナを有し、アダプティブアレイ方式を用いて前記移動局と無線通信する基地局とで構成される通信システムであって、
   前記基地局は、
   前記移動局との下り通信で使用する下り無線リソースと、当該下り無線リソースと同一の周波数帯域の参照信号用下り無線リソースとを前記移動局に割り当て、
   前記移動局に参照信号を前記参照信号用下り無線リソースで送信し、
   前記移動局は、
   当該アンテナを介して前記参照信号を受信すると、前記基地局が自己の移動局にビームフォーミングを実行するためのアンテナウェイトに関する情報を前記参照信号から求めて前記基地局に送信し、
   前記基地局は、
   前記アンテナウェイトに関する情報を受信し、当該情報に基づいてビームフォーミングを実行すると共に複数の周波数帯域において前記アンテナウェイトを記憶する記憶部を備え、
   前記移動局に割り当てる下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを変更すると共に変更したときに前記移動局から送信されたアンテナウェイトを受信して前記記憶部に記憶させ、当該アンテナウェイトに関する情報に基づいてビームフォーミングを実行し、
   前記アンテナウェイトを受信しない場合にも、変更された下り無線リソースと同一の周波数帯域で送信された参照信号に基づくアンテナウェイトを過去に受信していれば、当該アンテナウェイトを前記記憶部から読み出すことによりビームフォーミングを実行する
   通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムにおいて、前記移動局は、前記アンテナウェイトに関する情報として、前記基地局のビームフォーミング用の送信ウェイトを求めることを特徴とする通信システム。
3. 請求項１又は２に記載の通信システムにおいて、前記基地局は、前記アンテナウェイトに関する情報を受信できない場合は、無指向性で前記移動局と無線通信することを特徴とする通信システム。
4. 複数のアンテナを有し、移動局と無線通信する基地局通信部と、
   前記移動局との下り通信で使用する下り無線リソースと、当該下り無線リソースと同一の周波数帯域の参照信号用下り無線リソースとを前記移動局に割り当て、
   参照信号を前記参照信号用下り無線リソースで前記移動局へ送信するように前記基地局通信部を制御する基地局制御部と、
   前記基地局制御部が前記参照信号に基づくアンテナウェイトに関する情報を受信すると共に複数の周波数帯域において前記アンテナウェイトを記憶する記憶部とを備え、
   前記基地局制御部は、
   前記下り無線リソースで無線通信する場合、前記アンテナウェイトに関する情報に基づくビームフォーミングを実行し、
   前記移動局に割り当てる下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを変更すると共に変更したときに前記移動局から送信されたアンテナウェイトを受信して前記記憶部に記憶させ、当該アンテナウェイトに関する情報に基づいてビームフォーミングを実行し、
   前記アンテナウェイトを受信しない場合にも、変更された下り無線リソースと同一の周波数帯域で送信された参照信号に基づくアンテナウェイトを過去に受信していれば、当該アンテナウェイトを前記記憶部から読み出すことによりビームフォーミングを実行する
   基地局。
5. 移動局と、複数のアンテナを有し、アダプティブアレイ方式を用いて前記移動局と無線通信する基地局とで構成される通信システムにおける通信制御方法であって、
   前記基地局が、前記移動局との下り通信で使用する下り無線リソースと、当該下り無線リソースと同一の周波数帯域の参照信号用下り無線リソースとを前記移動局に割り当てるステップと、
   前記基地局が、前記移動局に参照信号を前記参照信号用下り無線リソースで送信するステップと、
   前記移動局が、前記複数のアンテナと同じ数のアンテナで前記基地局から前記参照信号を受信するステップと、
   前記移動局が、前記基地局が自己の移動局にビームフォーミングを実行するためのアンテナウェイトに関する情報を前記参照信号から求めるステップと、
   前記移動局が、当該アンテナウェイトに関する情報を前記基地局に送信するステップと、
   前記基地局が、前記アンテナウェイトに関する情報を受信すると共に複数の周波数帯域において前記アンテナウェイトを記憶するステップと、
   前記基地局が、前記下り無線リソースで無線通信する場合、前記アンテナウェイトに関する情報に基づくビームフォーミングを実行するステップと、
   前記基地局が、前記移動局に割り当てる下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを変更すると共に変更したときに前記移動局から送信されたアンテナウェイトを受信して前記基地局が備える記憶部に記憶させ、当該アンテナウェイトに関する情報に基づいてビームフォーミングを実行するステップと、
   前記基地局が、前記アンテナウェイトを受信しない場合にも、変更された下り無線リソースと同一の周波数帯域で送信された参照信号に基づくアンテナウェイトを過去に受信していれば、当該アンテナウェイトを前記記憶部から読み出すことによりビームフォーミングを実行するステップと
   を含む通信制御方法。

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