JP6309736B2 - 無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、次世代移動通信システムにおける無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法に関する。

高速データレート、低遅延などを目的とするＬＴＥ（Long Term Evolution）やＬＴＥの後継システム（例えば、ＬＴＥアドバンスト、ＦＲＡ（Future Radio Access）、４Ｇなどともいう）では、半径数百メートルから数キロメートル程度の相対的に大きいカバレッジを有するマクロセルと重複して、半径数メートルから数十メートル程度の相対的に小さいカバレッジを有するスモールセル（ピコセル、フェムトセルなどを含む）が配置される無線通信システム（例えば、ＨｅｔＮｅｔ（Heterogeneous Network）ともいう）が検討されている（例えば、非特許文献１）。

かかる無線通信システムでは、マクロセルとスモールセルとの双方で同一の周波数帯を用いるシナリオ（例えば、co-channelともいう）や、マクロセルとスモールセルとで異なる周波数帯を用いるシナリオ（例えば、separate frequencyともいう）が検討されている。具体的には、後者のシナリオでは、マクロセルにおいて、相対的に低い周波数帯（例えば、２ＧＨｚ）（以下、低周波数帯という）を用い、スモールセルにおいて相対的に高い周波数帯（例えば、３．５ＧＨｚや１０ＧＨｚ）（以下、高周波数帯という）を用いることも検討されている。

3GPP TR 36.814"E-UTRA Further advancements for E-UTRA physical layer aspects"

ところで、無線通信システムにおいて、ユーザ端末が無線基地局との間で無線通信を行うためには、周波数同期を行う必要がある。一般的には、ユーザ端末がセルサーチを実施する際に、無線基地局から送信される同期信号を受信することで、周波数同期は行われる。

低周波数帯を利用するマクロセル及び高周波数帯を利用するスモールセルが混在する環境のように、周波数の異なる複数の無線通信システムが存在する場合において、ユーザ端末が、１つの無線通信システムを選択して接続する際には、ユーザ端末は当該１つの無線通信システムとだけ周波数同期を行えば良い。しかしながら、周波数の異なる複数の無線通信システムと同時に接続する場合には、ユーザ端末は、複数の無線通信システムと周波数同期を行う必要がある。このため、ユーザ端末は、各無線通信システムに対応する周波数同期用回路を具備しなければならず、ユーザ端末の回路規模が増大するという課題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ユーザ端末が周波数の異なる複数の無線通信システムと同時に通信する環境において、ユーザ端末の回路規模の増大を抑制しつつ、各無線通信システムとの周波数同期を実現することができる無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線基地局は、広域セル内に狭域セルが設けられる無線通信システムにおいて、前記狭域セルを形成してユーザ端末と通信する無線基地局であって、前記広域セルを形成する無線基地局から送信された広域無線信号に基づいて、前記狭域セルの搬送波周波数を生成する搬送波周波数シンセサイザと、前記広域無線信号に基づいて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を生成するサンプリング周波数シンセサイザと、を有し、前記狭域セルの搬送波周波数は、前記ユーザ端末において、前記広域無線信号に基づいて取得された前記広域セルの搬送波周波数に基づいて生成され、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数は、前記ユーザ端末において、前記広域無線信号に基づいて取得された前記広域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数に基づいて生成されることを特徴とする。

本発明によれば、ユーザ端末が周波数の異なる複数の無線通信システムと同時に通信する環境において、ユーザ端末の回路規模の増大を抑制しつつ、各無線通信システムとの周波数同期を実現することができる。

本実施の形態に係る無線基地局が適用されるネットワーク構成の一例を示す図である。 本実施の形態の基本構成の概略説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の周波数同期補正の動作フローチャートである。 本実施の形態に係る無線基地局の構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態に係るユーザ端末の構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る無線基地局の異なる構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る無線基地局の異なる構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態に係る無線基地局において、携帯端末をマクロ信号観測用の受信機として使用する構成の一例を示す説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局において、マクロ信号観測用の受信機が光張り出し構成で接続される構成の一例を示す説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の周辺に、マクロ信号中継装置（リレー局）が配置される構成の一例を示す説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の周辺に、他のＭＭ基地局（ＭＭｅＮＢ２）が配置される構成の一例を示す説明図である。

図１は、本実施の形態に係る無線基地局（ＭＭｅＮＢ）が適用されるネットワーク構成の概念図の一例である。図１を参照して、広域セル内に狭域セルが設けられる無線通信システムにおいて、複数の無線通信システムと同時にユーザ端末が接続する構成を説明する。本実施の形態においては、広域セル（マクロセルＭ）はマクロ基地局（ＭｅＮＢ）によって形成され、狭域セル（Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭ）はＭＭ基地局（ＭＭｅＮＢ）によって形成される。図１では、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭがマクロセルＭのセルエリアと重畳（オーバーレイ）して形成されるネットワーク構成を示している。なお、本実施の形態に係るＭＭ基地局が適用されるネットワーク構成は、図１に示した構成に限られない。

ＭＭｅＮＢは、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭ内に位置するユーザ端末ＵＥに対して、大量のアンテナ素子を用いたＭＩＭＯ伝送方式（Massive MIMO（Multi Input Multi Output）、以下「Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式」と表す）により高周波数帯域で信号伝送を行う。ＭＭ基地局は、より具体的には、複数のアンテナ素子を用いて、各送信信号に対して振幅、位相を制御することによって、各ユーザ端末に指向性を有する送信ビームを形成（ビームフォーミング）して信号伝送を行うことができる。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式は、ＬＴＥ−Ａ以降の移動通信システムにおいて利用が検討されている。

Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式では、大量（例えば、１００個以上）のアンテナ素子を用いてデータを送信することでデータレート（周波数利用効率）を向上させる。大量のアンテナ素子を用いてデータを送信することから、少数のアンテナ素子を用いる場合と比べて多重化に伴う伝送効率を改善でき、従来よりも高速な無線通信が可能となる。また、大量のアンテナ素子の組合せにより高度なビームフォーミングが可能となる。

ここで、ビームフォーミング（ＢＦ）とは、複数のアンテナ素子において、それぞれの送受信信号に対して振幅、位相を制御することによって、送受信ビームに指向性を持たせ、かつビームの形状を変更できる技術である。このビームフォーミングにおいては、一般にアンテナ素子数が多いほど高度な制御が可能である。言い換えると、アンテナ素子数に応じてビーム数、各ビームの形状（水平面におけるビームの幅、垂直面におけるビームの幅等）、ビームの方向及び利得を詳細に制御できる。例えば、ビームの幅を狭くすること（すなわち、細いビームを形成すること）により、高い利得（電力密度）を得ることができる。したがって、ビームフォーミングを適用するとＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのカバレッジエリアは変化し得る。

ユーザ端末（ＵＥ）は、マクロセルＭ内に位置する場合にマクロセルＭを形成するマクロ基地局と通信可能に構成され、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭ内に位置する場合にはマクロ基地局に加えてＭＭ基地局と通信可能に構成される。このように、利用周波数の異なる複数の無線通信システムを同時に用いて通信することを、リンクアグリゲーション（Link aggregation）とも呼ぶ。なお、本実施の形態におけるユーザ端末は、移動端末装置も固定端末装置も含む。

図１に示すネットワーク構成において、マクロ基地局及びＭＭ基地局は、中央制御局（ＣＣ）と接続される。この中央制御局は、コアネットワークに接続される。中央制御局には、例えば、アクセスゲートウェイ装置、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）等が含まれる。なお、中央制御局の一部又は全部の機能をマクロ基地局に設けた構成としてもよい。

図１に示す構成においては、例えば、制御メッセージを取り扱う制御プレーン（Ｃ（Ｃｏｎｔｒｏｌ）−ｐｌａｎｅ）がマクロセルＭによってサポートされる。一方、ユーザデータを取り扱うユーザプレーン（Ｕ（Ｕｓｅｒ）−ｐｌａｎｅ）がＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭによってサポートされる。また、図１に示す構成においては、マクロセルＭとＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭとを異なる周波数帯で運用できる。例えば、マクロセルＭがサポートするＣ−ｐｌａｎｅを低周波数帯（例えば、２ＧＨｚ帯）で運用し、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭがサポートするＵ−ｐｌａｎｅを高周波数帯（例えば、１０ＧＨｚ帯）で運用することができる。

また、図１に示すように、ユーザ端末がマクロ基地局及びＭＭ基地局の双方に接続可能である場合、Ｃ−ｐｌａｎｅ及びＵ−ｐｌａｎｅを分離して制御することができる。例えば、ユーザ端末に対して、マクロ基地局からユーザデータ（データ信号）の受信に必要な制御情報を送信する一方、ＭＭ基地局からユーザデータを送信することができる。また、マクロ基地局から制御情報の一部を送信する一方、ＭＭ基地局から制御情報の残り及びユーザデータを送信することもできる。

ところで、図１のように利用周波数の異なる複数の無線通信システムと同時に接続する構成においては、ユーザ端末は、複数の無線通信システムと周波数同期を行う必要がある。このため、ユーザ端末は、各無線通信システムに対応する周波数同期用回路を具備しなければならず、ユーザ端末の回路規模が増大するという課題がある。

そこで、本発明者等は、ＭＭ基地局がマクロセルの無線信号（以下、マクロ信号と呼ぶ）を取得し、マクロ信号の周波数に基づいて、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルの無線信号（以下、ＭＭ信号と呼ぶ）の搬送波周波数及びベースバンド信号のサンプリング周波数を補正することで、ユーザ端末がマクロセルと周波数同期するだけでＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルとの周波数同期が実現できることを着想した。この構成によれば、ユーザ端末はマクロセル用の周波数同期用回路を具備するだけで良く、マクロセル用及びＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセル用の周波数同期用回路を両方具備する場合に比べて回路規模の増大を抑制することが可能となる。

具体的には、ＭＭ基地局がマクロセルの高周波信号を受信し、当該信号から取得したマクロセルの搬送波周波数及びサンプリング周波数と、ＭＭ基地局の搬送波周波数基準信号に基づいて生成した搬送波周波数及びサンプリング周波数基準信号に基づいて生成したベースバンド信号のサンプリング周波数との差分をそれぞれ抽出する。そして、抽出した周波数差分を用いて、ＭＭセル（Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセル）の搬送波周波数及びベースバンド信号のサンプリング周波数を補正して生成する。なお、ベースバンド信号は、データ信号を符号化した信号（基底帯域信号とも呼ぶ）のことを、高周波信号は、ベースバンド信号に搬送波（キャリア）を乗算した信号のことを示す。

以下に、本実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の図面では、マクロ基地局（ＭｅＮＢ）、ＭＭ基地局（ＭＭｅＮＢ）、ユーザ端末（ＵＥ）を主に示すものとし、説明に不要な構成（例えば、中央制御局など）については省略している。また、ＵＥはＭｅＮＢ及びＭＭｅＮＢと接続可能なものとする。以下では、簡単のため、「ベースバンド信号のサンプリング周波数」は「サンプリング周波数」と省略する。

なお、本実施の形態に係る無線基地局は、ＭＭ基地局に限られず、スモールセルを形成するスモール基地局などであっても良い。また、広域セルを形成する無線基地局も、マクロ基地局に限られない。また、本実施の形態に係る広域セルと狭域セルは利用周波数が異なっているものとするが、同じであっても良い。

図２は、本実施の形態の基本構成の概略説明図である。本実施の形態に係る無線基地局（ＭＭ基地局）は、図２に示されるように、マクロ基地局からの無線信号（マクロ信号）を観測するための受信機と、受信した無線信号に基づいて、基準信号を調整してＭＭセルの搬送波周波数及びサンプリング周波数を生成する周波数シンセサイザと、を有している。本実施の形態では、マクロ信号が広域無線信号である。

ＭＭ基地局は、マクロ信号に基づいて補正したＭＭセルの搬送波周波数及びサンプリング周波数を用いてユーザ端末と通信を行う。これにより、ユーザ端末は、マクロ信号に基づいて、基準信号からＭＭセルの搬送波周波数及びサンプリング周波数を生成し、ＭＭ基地局と周波数同期を行うことができる。

図３は、本実施の形態に係る無線基地局の周波数同期補正の動作フローチャートである。本実施の形態では、当該周波数同期補正は、所定の時間間隔で実施するものとするが、これに限られない。例えば、上位ノード（中央制御局など）からの制御情報に応じて実施する構成としても良い。

まず、ＭＭ基地局がマクロ信号を取得し（ステップＳＴ１１）、取得したマクロ信号を復調及び復号する（ステップＳＴ１２）。ここで、マクロ信号を復調及び復号すると共に、マクロセルの搬送波周波数及びマクロセルのサンプリング周波数を取得する。

次に、搬送波周波数及びサンプリング周波数の補正を行う（ステップＳＴ１３、１４）。搬送波周波数の補正については、搬送波周波数補正情報の算出を行う（ステップＳＴ１３−１）。搬送波周波数補正情報は、ＭＭ基地局が生成する搬送波周波数を補正するための情報である。本実施の形態では、搬送波周波数補正情報として、マクロセルの搬送波周波数と、ＭＭ基地局の搬送波周波数基準信号に基づいて生成したマクロセルの搬送波周波数との差分を抽出する。

さらに、抽出した搬送波周波数差分を用いて、ＭＭセルの搬送波周波数を補正する（ステップＳＴ１３−２）。具体的な補正方法の例としては、ステップＳＴ１３−１で抽出したマクロセルの搬送波周波数の差分から、ＭＭ基地局の搬送波周波数基準信号における差分を算出し、算出された基準信号の差分により、ＭＭ基地局の搬送波周波数シンセサイザ又は高周波部などにおいて、周波数補正を行う。

例えば、ＭＭ基地局の搬送波周波数基準信号が１０ＭＨｚ、ＭＭセルの理想的な搬送波周波数が２０ＧＨｚ、マクロセルの理想的な搬送波周波数が３．５ＧＨｚである例を考える。ステップＳＴ１３−２において、ＭＭ基地局の１０ＭＨｚの基準信号から生成した３．５ＧＨｚの搬送波に５ＭＨｚの差分が抽出された場合、ＭＭ基地局の基準信号に５ＭＨｚ/（３．５ＧＨｚ/１０ＭＨｚ）＝１４．３ＫＨｚの差分が存在する計算となる。そこで、ＭＭ基地局の搬送波２０ＧＨｚを生成する場合、基準信号に１４．３ＫＨｚの差分を考慮した補正を適用する。この場合の補正は、基準信号から生成した２０ＧＨｚに対して、１４．３ＫＨｚ＊（２０ＧＨｚ/１０ＭＨｚ）＝２８．６ＭＨｚを補正しても良い。これにより、ＭＭセル及びマクロセルの実際の搬送波周波数比（２０．０２８６ＧＨｚ：３．５０５ＧＨｚ）が、ＭＭセル及びマクロセルの理想的な搬送波周波数比（２０ＧＨｚ：３．５ＧＨｚ）と等しくなる。

一方、サンプリング周波数の補正についても、サンプリング周波数補正情報の算出を行う（ステップＳＴ１４−１）。サンプリング周波数補正情報は、ＭＭ基地局が生成するサンプリング周波数を補正するための情報である。本実施の形態では、サンプリング周波数補正情報として、受信したマクロ信号を復調して得られたサンプリング周波数と、ＭＭ基地局のサンプリング周波数基準信号に基づいて生成したマクロセルのサンプリング周波数との差分を抽出する。

さらに、抽出したサンプリング周波数差分を用いて、ＭＭセルのサンプリング周波数を補正する（ステップＳＴ１４−２）。具体的な補正方法の例としては、ステップＳＴ１４−１で抽出したマクロセルのサンプリング周波数の差分から、ＭＭ基地局のサンプリング周波数基準信号における差分を算出し、算出された基準信号の差分により、ＭＭ基地局のサンプリング周波数シンセサイザ又はベースバンド部などにおいて、周波数補正を行う。

次に、周波数の補正が完了した後、補正が成功したかを判定する（ステップＳＴ１５）。例えば、ＭＭ基地局と接続するユーザ端末が、ＭＭ信号の受信品質をＭＭ基地局にフィードバックし、当該受信品質が所定の品質以上である場合に、補正が成功したと判定することができる。ここで、受信品質としては、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）、ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）などを利用しても良い。また、受信品質は瞬時値であっても良いし、長期平均値であっても良い。

また、ユーザ端末がマクロ基地局にＭＭ信号の品質を示す情報を通知し、マクロ基地局がＭＭ基地局に当該情報を通知することにより、補正の成功を判定しても良い。また、ユーザ端末が受信したＭＭ信号の品質を示す情報をマクロ基地局に通知し、マクロ基地局がさらに上位ノードに通知し、上位ノードからＭＭ基地局に当該情報を通知することにより、補正の成功を判定しても良い。また、ＭＭ基地局がマクロ信号の送信部を有している場合には、ＭＭ基地局がマクロ基地局に無線信号を送信し、当該無線信号に応じてマクロ基地局から通知された信号によって、補正の成功を判定しても良い。例えば、ＭＭ基地局から送信されたマクロ信号が、マクロ基地局が送信するマクロ基地局と周波数にずれがある場合には、マクロ基地局はＭＭ基地局に補正を再実行するように通知しても良いし、周波数の補正量を具体的に通知しても良い。

なお、ステップＳＴ１３−１又はＳＴ１４−１で得られた周波数差分が、以前の周波数同期補正時と同じであれば、ステップＳＴ１３−２及びＳＴ１４−２の補正処理は以前と同様としても良く、またステップＳＴ１５の判定は省略しても良い。

これにより、周波数が異なる複数の無線通信システムが存在する環境において、ユーザ端末が在圏する広域セル（マクロセルなど）と周波数同期するだけで、その広域セル内に存在する狭域セル（ＭＭセルなど）とも周波数同期を実現することが可能となる。そのため、ユーザ端末が複数の無線通信システムと同時に通信する場合であっても、１つの無線通信システムに対応する周波数同期用回路を具備するだけで、各無線通信システムとの周波数同期を簡単に実現することができる。

（ＭＭ基地局及びユーザ端末の構成）
次に、本実施の形態に係るＭＭ基地局及びユーザ端末の構成例について説明する。図４は、ＭＭ基地局の構成の一例を示すブロック図である。図５は、ユーザ端末の構成の一例を示すブロック図である。なお、図４、図５に示すＭＭ基地局及びユーザ端末の構成は、本実施の形態の特徴部分を説明するために簡略化したものであり、それぞれ通常のＭＭ基地局及びユーザ端末が具備する構成は備えているものとする。なお、図４、図５に示す基準信号発生部及びシンセサイザについては、一例として、出力する信号の周波数が記載されているが、特にこれらの値に限定するものではない。

図４に示すように、ＭＭ基地局は、マクロセル用高周波部１０１と、搬送波周波数基準信号発生部１０２と、マクロセル用搬送波周波数シンセサイザ１０３と、搬送波周波数差分抽出部１０４と、搬送波周波数補正情報算出部１０５と、搬送波周波数シンセサイザ１０６と、ＭＭセル用高周波部１０７と、マクロセル用ベースバンド部１１１と、サンプリング周波数基準信号発生部１１２と、サンプリング周波数差分抽出部１１４と、サンプリング周波数補正情報算出部１１５と、サンプリング周波数シンセサイザ１１６と、ＭＭセル用ベースバンド部１１７と、を有する。

マクロセル用高周波部１０１は、外部からマクロ信号を受信すると共に、マクロセル用搬送波周波数シンセサイザ１０３が生成したマクロセル用搬送波周波数であると想定される周波数の信号を用いて、マクロセルの搬送波周波数を取得すると共に、マクロ信号をベースバンド信号に復調する。取得したマクロセルの搬送波周波数は、搬送波周波数差分抽出部１０４に、マクロセルのベースバンド信号はマクロセル用ベースバンド部１１１に出力される。なお、マクロセル用高周波部１０１は、高周波フィルタや低雑音増幅器などを具備し、マクロセル用搬送波周波数帯以外の干渉波の除去や、信号増幅などの各種信号処理を行っても良い。また、マクロセル用高周波部１０１は、マクロ信号を受信する機能を有していれば足りるが、マクロ信号を送信する機能をさらに有していても良い。

搬送波周波数基準信号発生部１０２は、ＭＭセルの搬送波周波数の生成に用いるための基準信号（搬送波周波数基準信号）を発生させる。基準信号の発生には、例えば水晶発振器を用いることができる。発生した搬送波周波数基準信号は、マクロセル用搬送波周波数シンセサイザ１０３及び搬送波周波数シンセサイザ１０６に出力される。本実施の形態では、搬送波周波数基準信号として、１０ＭＨｚを発生させる場合を示している。

マクロセル用搬送波周波数シンセサイザ１０３は、搬送波周波数基準信号発生部１０２から入力された搬送波周波数基準信号を用いて、マクロセル用搬送波周波数であると想定される周波数の信号を生成し、マクロセル用高周波部１０１及び搬送波周波数差分抽出部１０４に出力する。本実施の形態では、想定するマクロセル用搬送波周波数として、３．５ＧＨｚを発生させる場合を示している。

搬送波周波数差分抽出部１０４は、マクロセル用高周波部１０１から入力されたマクロセルの搬送波周波数と、マクロセル用搬送波周波数シンセサイザ１０３から入力されたマクロセル用搬送波周波数と、に基づいてマクロセルの搬送波周波数差分を抽出して、搬送波周波数補正情報算出部１０５に出力する。

搬送波周波数補正情報算出部１０５は、搬送波周波数差分抽出部１０４から入力された搬送波周波数差分を用いて、搬送波周波数補正情報を算出し、搬送波周波数シンセサイザ１０６に出力する。搬送波周波数補正情報としては、例えば、標準的なＭＭセルの搬送波周波数からの増分値を用いることができる。また、マクロセル用搬送波周波数シンセサイザ１０３及び搬送波周波数シンセサイザ１０６の周波数変換における周波数特性を考慮して、搬送波周波数補正情報を算出しても良い。なお、搬送波周波数差分以外の搬送波周波数に関する情報に基づいて、搬送波周波数補正情報を算出しても良い。

ここで、周波数補正情報としては、周波数シンセサイザの逓倍率に関する情報を用いても良い。例えば、搬送波周波数シンセサイザ１０６としてＰＬＬ（Phase-Locked Loop）周波数シンセサイザを用いる場合、搬送波周波数補正情報算出部１０５は、搬送波周波数差分に基づいて、ＰＬＬ周波数シンセサイザに含まれる分周器の分周数を搬送波周波数補正情報として搬送波周波数シンセサイザ１０６に出力することができる。

搬送波周波数シンセサイザ１０６は、搬送波周波数基準信号発生部１０２から入力された搬送波周波数基準信号及び搬送波周波数補正情報算出部１０５から入力された搬送波周波数補正情報を用いて、搬送波周波数を生成して、ＭＭセル用高周波部１０７に出力する。本実施の形態では、誤差も補正もない場合の標準的なＭＭセルの搬送波周波数として、２０ＧＨｚを発生させる場合を示している。

ＭＭセル用高周波部１０７は、搬送波周波数シンセサイザ１０６から入力された搬送波周波数を用いて、信号の変復調を行う。具体的には、ＭＭセル用高周波部１０７は、ＭＭセル用ベースバンド部１１７から入力されたベースバンド信号を高周波信号に変調して送受信部へ出力する。また、ＭＭセル用高周波部１０７は、送受信部から入力された高周波信号をベースバンド信号に復調してＭＭセル用ベースバンド部１１７に出力する。

マクロセル用ベースバンド部１１１は、マクロセル用高周波部１０１から入力されたベースバンド信号及びサンプリング周波数基準信号発生部１１２から入力されたサンプリング周波数基準信号を用いて、マクロセルのサンプリング周波数を取得する。取得したマクロセルのサンプリング周波数は、サンプリング周波数差分抽出部１１４に出力する。なお、マクロセル用ベースバンド部１１１は、マクロセルのベースバンド信号を復号する機能を有していれば足りるが、データ信号を符号化してマクロセルのベースバンド信号を生成する機能をさらに有していても良い。

サンプリング周波数基準信号発生部１１２は、ＭＭセルのサンプリング周波数を生成するための基準信号（サンプリング周波数基準信号）を発生させる。基準信号の発生には、例えば水晶発振器を用いることができる。発生したサンプリング周波数基準信号は、マクロセル用ベースバンド部１１１、サンプリング周波数差分抽出部１１４及びサンプリング周波数シンセサイザ１１６に出力される。なお、本実施の形態においては、マクロセルのサンプリング周波数の標準的な値と、サンプリング周波数基準信号の周波数とは同一の３０．７２ＭＨｚであると仮定している。サンプリング周波数が３０．７２ＭＨｚとなる例としては、ＬＴＥシステムにおいてシステム帯域幅が２０ＭＨｚの場合が挙げられる。

このため、マクロセル用搬送波周波数がマクロセル用搬送波周波数シンセサイザ１０３により生成されたのに対して、マクロセル用サンプリング周波数は、サンプリング周波数基準信号の周波数をそのまま利用することができる。しかしながら、上記構成に限られない。例えば、マクロセルのサンプリング周波数の標準的な値と、サンプリング周波数基準信号の周波数とが異なる場合には、サンプリング周波数基準信号を、マクロセル用サンプリング周波数シンセサイザを介してマクロセル用サンプリング周波数を生成し、マクロセル用ベースバンド部１１１及びサンプリング周波数差分抽出部１１４に出力する構成としても良い。なお、本実施の形態の基準信号発生部は、搬送波周波数基準信号発生部１０２及びサンプリング周波数基準信号発生部１１２から構成される。

サンプリング周波数差分抽出部１１４は、マクロセル用ベースバンド部１１１から入力されたマクロセルのサンプリング周波数と、サンプリング周波数基準信号発生部１１２から入力されたサンプリング周波数基準信号と、に基づいてマクロセルのサンプリング周波数差分を抽出して、サンプリング周波数補正情報算出部１１５に出力する。

サンプリング周波数補正情報算出部１１５は、サンプリング周波数差分抽出部１１４から入力されたサンプリング周波数差分を用いて、サンプリング周波数補正情報を算出し、サンプリング周波数シンセサイザ１１６に出力する。サンプリング周波数補正情報としては、例えば、標準的なＭＭセルのサンプリング周波数からの増分値を用いることができる。また、サンプリング周波数シンセサイザ１１６の周波数変換における周波数特性を考慮して、サンプリング周波数補正情報を算出しても良い。なお、サンプリング周波数差分以外のサンプリング周波数に関する情報に基づいて、サンプリング周波数補正情報を算出しても良い。

サンプリング周波数シンセサイザ１１６は、サンプリング周波数基準信号発生部１１２から入力されたサンプリング周波数基準信号及びサンプリング周波数補正情報算出部１１５から入力されたサンプリング周波数補正情報を用いて、サンプリング周波数を生成して、ＭＭセル用ベースバンド部１１７に出力する。本実施の形態では、誤差も補正もない場合の標準的なＭＭセルのサンプリング周波数として、４９１．５２ＭＨｚを発生させる場合を示している。

ＭＭセル用ベースバンド部１１７は、サンプリング周波数シンセサイザ１１６から入力されたサンプリング周波数を用いて、信号の符号化及び復号を行う。具体的には、ＭＭセル用ベースバンド部１１７は、データ信号をベースバンド信号に符号化してＭＭセル用高周波部１０７に出力する。また、ＭＭセル用ベースバンド部１１７は、ＭＭセル用高周波部１０７から入力されたベースバンド信号をデータ信号に復号して出力する。

なお、搬送波周波数補正情報算出部１０５及びサンプリング周波数補正情報算出部１１５は、外部からの制御情報に基づいて周波数補正情報を算出する構成としても良い。例えば、上位ノードから、搬送波周波数を低減させるよう指示する制御信号を通知された場合には、搬送波周波数補正情報算出部１０５は当該制御信号に基づいて搬送波周波数を低減させるような搬送波周波数補正情報を算出することができる。また、外部からマクロ信号及び／又はＭＭ信号の周波数情報を受信して周波数補正情報を算出する構成としても良い。また、外部から通知された周波数補正情報に基づいて、周波数補正情報を算出する構成としても良い。

次に、図５を参照してユーザ端末の構成を説明する。図５に示すように、ユーザ端末は、搬送波周波数基準信号発生部１０２と、搬送波周波数シンセサイザ１０６と、ＭＭセル用高周波部１０７と、サンプリング周波数基準信号発生部１１２と、サンプリング周波数シンセサイザ１１６と、ＭＭセル用ベースバンド部１１７と、マクロセル用周波数同期部１２１と、を有する。図４と同じ符号で示した各部は、同様の構成であるため、以下では説明を省略する。なお、同様の機能を実現することができれば、他の構成であっても良い。

マクロセル用周波数同期部１２１は、マクロ信号を受信し、マクロセルとの周波数同期を実施する。マクロセルとの周波数同期には、搬送波周波数基準信号発生部１０２が生成する搬送波周波数基準信号及びサンプリング周波数基準信号発生部１１２が生成するサンプリング周波数基準信号を利用する。周波数同期の実施の過程で取得したマクロセルの搬送波周波数及びサンプリング周波数は、それぞれ搬送波周波数シンセサイザ１０６及びサンプリング周波数シンセサイザ１１６に出力する。なお、マクロセル用周波数同期部１２１は、図４に示したマクロセル用高周波部１０１や、マクロセル用ベースバンド部１１１などを含んでいる構成としても良い。なお、本実施の形態の広域セル用周波数同期部は、マクロセル用周波数同期部１２１によって構成される。

搬送波周波数シンセサイザ１０６及びサンプリング周波数シンセサイザ１１６は、それぞれ入力されたマクロセルの搬送波周波数及びサンプリング周波数を基準信号として、ＭＭセルの搬送波周波数及びサンプリング周波数を生成する。ここで、各シンセサイザによる基準信号の逓倍率は、事前に定められているものとする。当該逓倍率は、例えば、ＭＭ基地局とユーザ端末で共通した固定の逓倍率としても良いし、共通した所定の規則によって決定された逓倍率としても良い。また、各シンセサイザによる基準信号の逓倍率の決定は、上記に限られない。例えば、上位ノードからの制御信号により決定することができる。また、マクロ信号又はＭＭ信号に各シンセサイザの制御に関する情報を含めて通知して、ユーザ端末が当該情報に従って逓倍率を決定する構成としても良い。

以上、本実施の形態に係るＭＭ基地局及びユーザ端末の構成により、周波数が異なる複数の無線通信システムが存在する環境において、ユーザ端末が在圏する広域セル（マクロセルなど）と周波数同期するだけで、その広域セル内に存在する狭域セル（ＭＭセルなど）とも周波数同期を実現することが可能となる。そのため、ユーザ端末が複数の無線通信システムと同時に通信する場合であっても、１つの無線通信システムに対応する周波数同期用回路を具備するだけで、各無線通信システムとの周波数同期を簡単に実現することができる。

（変形例１）
本実施の形態において、ＭＭ基地局は、周波数シンセサイザに入力する基準信号を補正することによっても、周波数補正を行うことができる。本構成を採用することにより、図４に示した構成は、図６に示す構成となる。なお、図６において、図示しない部分は図４と同じ構成である。図６の搬送波周波数基準信号補正部１３１及びサンプリング周波数基準信号補正部１４１は、それぞれ搬送波周波数補正情報算出部１０５及びサンプリング周波数補正情報算出部１１５からの入力に基づいて、基準信号を補正する。例えば、搬送波周波数補正情報１３１が、ＭＭ基地局の基準信号に１４．３ＫＨｚの差分が存在すると算出した場合、搬送波周波数基準信号発生部１０２から入力される基準信号に対して１４．３ＫＨｚの補正を加えて、搬送波周波数シンセサイザ１０６に出力する。また、搬送波の補正を行わず、ベースバンド信号に対して、デジタル信号処理による補正を行っても良い。

（変形例２）
また、ＭＭ基地局は、マクロ信号からキャリア信号を抽出し、当該キャリア信号を基準信号として用いても良い。本構成を採用することにより、図４に示した構成は、図７に示す構成のように単純化することができる。図７においては、マクロ信号は、マクロ信号を受信する能力を有したマクロセル用受信機１５１によって受信される。受信したマクロ信号は、搬送波周波数を抽出するマクロセル用搬送波周波数抽出部１６１及びサンプリング周波数を抽出するマクロセル用サンプリング周波数抽出部１７１に出力される。マクロセル用搬送波周波数抽出部１６１が抽出したマクロセル用搬送波周波数は搬送波周波数シンセサイザ１０６に出力される。また、マクロセル用サンプリング周波数抽出部１６１が抽出したマクロセル用サンプリング周波数はサンプリング周波数シンセサイザ１１６に出力される。当該構成によれば、特に搬送波周波数基準信号発生部１０２及びサンプリング周波数基準信号発生部１１２が不要となることで、ＭＭ基地局の構成が簡単になる。

（変形例３）
また、本実施の形態において、マクロセル用高周波部１０１、マクロセル用ベースバンド部１１１、変形例２のマクロセル用受信機１５１など、マクロ信号の受信に関する部分は、ＭＭ基地局と有線又は無線によって接続される外部装置（受信装置）に含まれる構成としても良い。例えば、図８に、携帯端末をマクロ信号観測用の受信機として使用する例を示す。図８の例においては、携帯端末は所定の間隔でマクロ信号の受信処理を実施し、受信したマクロ信号を、有線接続されたＭＭ基地局に出力する。携帯端末から得られたマクロ信号は、搬送波周波数差分抽出部１０４、サンプリング周波数差分抽出部１１４、変形例２のマクロセル用搬送波周波数抽出部１６１及びマクロセル用サンプリング周波数抽出部１７１などに入力される。当該構成によれば、ＭＭ基地局がマクロ信号の受信機能を直接有する必要がなくなるため、ＭＭ基地局の構成が簡単になる。

また、上記マクロ信号の受信に関する部分は、ＭＭ基地局と地理的に離れた場所に配置されても良い。例えば、図９に、マクロ信号観測用の受信機がＭＭ基地局と光張り出し構成で接続されており、地理的に離れた場所に配置される例を示す。図９の例においては、マクロ基地局とＭＭ基地局との間に遮蔽物（建物など）が存在するため、ＭＭ基地局の位置ではマクロ信号を品質良く受信することが難しい。一方、張り出した受信機の位置でマクロ信号の受信品質が良い場合には、受信機が受信したマクロ信号をＭＭ基地局が利用することにより、ＭＭ基地局での周波数補正処理を適切に行うことが可能となる。なお、図９では張り出した受信機は１つとしているが、複数の受信機を張り出す構成としても良い。

（変形例４）
また、マクロ信号を、マクロ基地局以外から受信する構成としても良い。例えば、図１０に、マクロ信号中継装置（リレー局とも呼ばれる）を配置した例を示す。図１０の例においては、図９と同様に、マクロ基地局とＭＭ基地局との間に遮蔽物が存在する。一方、リレー局がマクロ信号を受信できる場合には、リレー局が受信したマクロ信号を中継してＭＭ基地局に伝送することにより、ＭＭ基地局での周波数補正処理を適切に行うことが可能となる。リレー局としては、例えば、受信信号を増幅して伝送するリピータ、ブースターなどを用いることができる。

また、本実施の形態のＭＭ基地局が複数配置されており、当該複数のＭＭ基地局が通信可能である場合には、基地局間で連携して周波数補正処理を行うことができる。図１１に、本実施の形態のＭＭ基地局が複数配置される例を示す。図１１の例においては、図９と同様に、マクロ基地局とＭＭ基地局（ＭＭｅＮＢ１）との間に遮蔽物が存在する。一方、他のＭＭ基地局（ＭＭｅＮＢ２）がマクロ信号を受信して、既に周波数補正を実施している場合には、ＭＭｅＮＢ２からのＭＭ信号をＭＭｅＮＢ１が受信し、当該信号に基づいて周波数補正を実施しても良い。また、当該信号に含まれる情報に基づいて周波数補正を実施しても良い。なお、ＭＭｅＮＢ１が形成するＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭ１及びＭＭｅＮＢ２が形成するＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭ２は所定のビーム幅では図１１のように範囲が重なっていないが、異なるビーム幅では範囲が重なるように構成することで、ＭＭ信号の伝送が可能となる。

（変形例５）
また、本実施の形態において、ＭＭ基地局は、搬送波及びベースバンド信号のサンプリングの２つの基準信号発生部を有していたが（上記図４参照）、当該２つの基準信号発生部を共通化して、１つの基準信号発生部を用いる構成としても良い。例えば、上記図４において、搬送波周波数基準信号発生部１０２及びサンプリング周波数基準信号発生部１１２を共通化しても良い。また、２つの基準信号のうち、低周波数の基準信号を周波数変換することで、高周波数の基準信号を生成する構成としても良い。当該構成によれば、基準信号発生部の数を減らすことができ、ＭＭ基地局の回路規模を低減することができる。また、ユーザ端末においても、搬送波周波数基準信号発生部１０２及びサンプリング周波数基準信号発生部１１２を共通化し、ユーザ端末の回路規模を低減しても良い。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、様々変更して実施することが可能である。例えば、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、上記説明における処理部の数、処理手順などについては適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することが可能である。

１０１ マクロセル用高周波部
１０２ 搬送波周波数基準信号発生部
１０３ マクロセル用搬送波周波数シンセサイザ
１０４ 搬送波周波数差分抽出部
１０５ 搬送波周波数補正情報算出部
１０６ 搬送波周波数シンセサイザ
１０７ ＭＭセル用高周波部
１１１ マクロセル用ベースバンド部
１１２ サンプリング周波数基準信号発生部
１１４ サンプリング周波数差分抽出部
１１５ サンプリング周波数補正情報算出部
１１６ サンプリング周波数シンセサイザ
１１７ ＭＭセル用ベースバンド部
１２１ マクロセル用周波数同期部
１３１ 搬送波周波数基準信号補正部
１４１ サンプリング周波数基準信号補正部
１５１ マクロセル用受信機
１６１ マクロセル用搬送波周波数抽出部
１７１ マクロセル用サンプリング周波数抽出部

Claims (10)

1. 広域セル内に狭域セルが設けられる無線通信システムにおいて、前記狭域セルを形成してユーザ端末と通信する無線基地局であって、
   前記広域セルを形成する無線基地局から送信された広域無線信号に基づいて、前記狭域セルの搬送波周波数を生成する搬送波周波数シンセサイザと、
   前記広域無線信号に基づいて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を生成するサンプリング周波数シンセサイザと、を有し、
   前記狭域セルの搬送波周波数は、前記ユーザ端末において、前記広域無線信号に基づいて取得された前記広域セルの搬送波周波数に基づいて生成され、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数は、前記ユーザ端末において、前記広域無線信号に基づいて取得された前記広域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数に基づいて生成されることを特徴とする無線基地局。
2. 基準信号を発生させる基準信号発生部と、
   前記広域無線信号に基づいて、前記狭域セルの搬送波周波数を補正するための情報である搬送波周波数補正情報を算出する搬送波周波数補正情報算出部と、
   前記広域無線信号に基づいて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を補正するための情報であるサンプリング周波数補正情報を算出するサンプリング周波数補正情報算出部と、を有し、
   前記搬送波周波数シンセサイザが、前記基準信号及び前記搬送波周波数補正情報に基づいて、前記狭域セルの搬送波周波数を生成し、
   前記サンプリング周波数シンセサイザが、前記基準信号及び前記サンプリング周波数補正情報に基づいて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
3. 前記広域無線信号から取得した前記広域セルの搬送波周波数と前記基準信号に基づいて生成した広域セルの搬送波周波数との差分である搬送波周波数差分を抽出する搬送波周波数差分抽出部と、
   前記広域無線信号から取得した前記広域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数と前記基準信号に基づいて生成した広域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数との差分であるサンプリング周波数差分を抽出するサンプリング周波数差分抽出部と、を有し、
   前記搬送波周波数補正情報算出部が、前記搬送波周波数差分を用いて、搬送波周波数補正情報を算出し、
   前記サンプリング周波数補正情報算出部が、前記サンプリング周波数差分を用いて、サンプリング周波数補正情報を算出することを特徴とする請求項２に記載の無線基地局。
4. 前記広域無線信号から前記広域セルの搬送波周波数を抽出するマクロセル用搬送波周波数抽出部と、
   前記広域無線信号から前記広域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を抽出するマクロセル用サンプリング周波数抽出部と、を有し、
   前記搬送波周波数シンセサイザが、抽出された前記広域セルの搬送波周波数を用いて、前記狭域セルの搬送波周波数を生成し、
   前記サンプリング周波数シンセサイザが、抽出された前記広域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を用いて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
5. 前記広域無線信号を受信する受信装置と有線又は無線を介して接続され、
   前記広域無線信号を、前記受信装置から取得することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線基地局。
6. 前記受信装置と光張り出し構成で接続されていることを特徴とする請求項５に記載の無線基地局。
7. 前記広域無線信号を、広域無線信号を中継する中継装置から無線を介して受信することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の無線基地局。
8. 前記搬送波周波数シンセサイザが、他の狭域セルを形成する無線基地局から送信された信号に基づいて、前記狭域セルの搬送波周波数を生成し、
   前記サンプリング周波数シンセサイザが、前記他の狭域セルを形成する無線基地局から送信された信号に基づいて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を生成し、
   前記他の狭域セルを形成する無線基地局から送信された信号の搬送波周波数及びベースバンド信号のサンプリング周波数は、前記広域無線信号に基づいて生成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の無線基地局。
9. 広域セル内に狭域セルが設けられる無線通信システムにおいて、前記狭域セルを形成する無線基地局及び前記広域セルを形成する無線基地局と通信するユーザ端末であって、
   前記広域セルを形成する無線基地局から送信された広域無線信号に基づいて、前記広域セルとの周波数同期を実施する広域セル用周波数同期部と、
   前記広域セル用周波数同期部が取得した前記広域セルの搬送波周波数に基づいて、前記狭域セルの搬送波周波数を生成する搬送波周波数シンセサイザと、
   前記広域セル用周波数同期部が取得した前記広域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数に基づいて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を生成するサンプリング周波数シンセサイザと、を有することを特徴とするユーザ端末。
10. 広域セル内に狭域セルが設けられる無線通信システムにおいて、ユーザ端末が前記狭域セルを形成する無線基地局及び前記広域セルを形成する無線基地局と通信する無線通信方法であって、
    前記狭域セルを形成する無線基地局が、
    前記広域セルを形成する無線基地局から送信された広域無線信号に基づいて、前記狭域セルの搬送波周波数を生成する工程と、
    前記広域無線信号に基づいて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を生成する工程と、を有し、
    前記ユーザ端末が、
    前記広域無線信号に基づいて、前記広域セルとの周波数同期を実施する工程と、
    前記広域セルとの周波数同期によって取得した前記広域セルの搬送波周波数に基づいて、前記狭域セルの搬送波周波数を生成する工程と、
    前記広域セルとの周波数同期によって取得した前記広域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数に基づいて、前記狭域セルのベースバンド信号のサンプリング周波数を生成する工程と、を有することを特徴とする無線通信方法。

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