JP6364206B2 - 無線基地局、ユーザ端末および無線通信方法 - 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、ユーザ端末および無線通信方法に関する。

ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）ネットワークにおいて、さらなる高速データレート、低遅延などを目的としてＬＴＥ（Long Term Evolution）が検討されている（たとえば、非特許文献１）。ＬＴＥでは、マルチアクセス方式として、下りリンクにＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）をベースとした方式を用いるとともに、上りリンクにＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）をベースとした方式を用いている。

ＬＴＥからのさらなる広帯域化および高速化を目的として、たとえばＬＴＥアドバンストまたはＬＴＥエンハンスメントと呼ばれるＬＴＥの後継システムが検討され、ＬＴＥ Ｒｅｌ．１０／１１（ＬＴＥ−Ａ）として仕様化されている。ＬＴＥやＬＴＥ−Ａにおいては、加入者数の増大およびユーザあたりのトラヒックの増大に対応するために、複数のアンテナでデータを送受信し、セルスループットおよび周波数利用効率を向上させる無線通信技術としてＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）多重技術が検討されている。

3GPP TR 25.913"Requirements for Evolved UTRA and Evolved UTRAN"

ＬＴＥ−Ａでは、最大８アンテナのＭＩＭＯ多重技術の適用が規定されている。ＭＩＭＯ多重では、基地局が送信アンテナ固有のＣＳＩ（Channel State Information）測定用の直交参照信号（ＲＳ：Reference Signal）を送信し、ユーザ端末が各送信アンテナのＣＳＩを測定する。送信アンテナ数が増大すると、ＣＳＩ測定用の参照信号の数も増大し、情報シンボルを送信するためのリソースが減少してしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高次ＭＩＭＯ多重技術においてＣＳＩ測定用の参照信号のオーバヘッドを低減できる無線基地局、ユーザ端末およ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、周波数分割複信（ＦＤＤ）方式の無線通信システムで用いられる無線基地局であって、ユーザ端末が有する複数のアンテナから送信される時間分割複信（ＴＤＤ）チャネル状態情報測定用の参照信号を受信する受信部と、複数の受信アンテナで、前記参照信号を用いてチャネル状態情報を測定する測定部と、前記各受信アンテナで測定した前記チャネル状態情報から最適なプリコーディングベクトルを生成、あるいは、あらかじめ規定したプリコーディングベクトルセットの中から最適なプリコーディングベクトルを選択する生成・選択部と、前記生成・選択部により選択されたプリコーディングベクトルを用いて物理下りリンク共有チャネルをＭＩＭＯ多重送信する送信部と、を備え、前記受信部は、ＦＤＤ方式の上りリンクのサブフレーム内の１または複数のＦＦＴブロックの送信区間を用いて、ユーザ端末から下りリンクのキャリア周波数で送信される前記ＴＤＤチャネル状態情報測定用の参照信号を受信することを特徴とする。

本発明によれば、高次ＭＩＭＯ多重技術においてＣＳＩ測定用の参照信号のオーバヘッドを低減できる。

図１Ａは、ＦＤＤ方式の概要を説明する図であり、図１Ｂは、ＴＤＤ方式の概要を説明する図である。 ＭＩＭＯ多重技術の概要を説明する図である。 ＭＩＭＯ多重技術におけるプリコーディング送信の概要を説明する図である。 サブフレーム構成の概要を説明する図である。 ＣＳＩ測定およびＭＩＭＯ多重送信の概要を説明する図である。 時間領域の無線リソース割り当て例を示す図である。 周波数領域の無線リソース割り当て例を示す図である。 ユーザ端末が上りリンクでＣＳＩ−ＲＳを送信する場合の下りリンクの送信帯域を示す図である。 従来法としての送信アンテナ固有のＣＳＩ−ＲＳを送信する方法と、キャリア周波数スワップを用いてＣＳＩ−ＲＳ送信する方法とを比較した図である。 無線通信システムの概略構成の一例を示す図である。 無線基地局の全体構成の一例を示す図である。 無線基地局の機能構成の一例を示す図である。 ユーザ端末の全体構成の一例を示す図である。 ユーザ端末の機能構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ＬＴＥシステムおよびＬＴＥ−Ａシステムの無線通信における複信方式（Duplex-mode）として、上りリンク（ＵＬ）と下りリンク（ＤＬ）を周波数で分割する周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）と、上りリンクと下りリンクを時間で分割する時間分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）とがある。

図１Ａは、ＦＤＤ方式の概要を説明する図である。図１Ａに示すように、ＦＤＤ方式では上りリンクと下りリンクとで異なる周波数帯域を使用する。上りリンクと下りリンクとの周波数間隔は、通常１００［ＭＨｚ］程度であり、上りリンクと下りリンクとのフェージング変動の相関は低い。ＦＤＤ方式では、上りリンクと下りリンクとの送受信タイミングは独立している。ＦＤＤ方式では、送信信号と受信信号とは、送信経路と受信経路とを電気的に分離するデュプレクサによって分離する。

図１Ｂは、ＴＤＤ方式の概要を説明する図である。図１Ｂに示すように、ＴＤＤ方式では上りリンクと下りリンクとで同一の周波数帯域を使用する。したがって、ペアバンドが不必要である。上りリンクと下りリンクとで同一のキャリア周波数を用いるため、フェージング変動の相関は「１」であり、チャネルの相反性（channel reciprocity）を利用できる。ＴＤＤ方式では、セル間での上りリンクと下りリンクの送受信タイミングの同期が必要となる。セル端における異なる基地局と無線リンクを接続しているユーザ端末間で、上りリンクと下りリンクとのスロット割り当てを同一とする必要があるためである。また、ＴＤＤ方式では、デュプレクサは不要であるため、ユーザ端末の実装の小型化を実現できる。

ＦＤＤ方式のメリットは、基地局間のタイミング同期が不要であるため、セルラ方式のマルチセル環境で、セルごとにトラヒックに応じて上りリンクまたは下りリンクで独立な無線リソースの割り当てが可能な点である。ＦＤＤ方式のデメリットは、上りリンクと下りリンクとで独立な周波数帯域、すなわちペアバンドが必要な点である。

ＴＤＤ方式のメリットは、ペアバンドが不必要な点とチャネルの相反性を利用できる点である。したがって、ＴＤＤ方式はペアバンドが確保できない周波数帯に有効である。ＴＤＤ方式のデメリットは、セルラ方式のマルチセル環境でセル間のタイミング同期が必要な点である。

図２は、ＭＩＭＯ多重技術の概要を説明する図である。図２には、送信アンテナ数Ｎの送信部と受信アンテナ数Ｎの受信部を有する構成が示されている。送信部では、送信アンテナ（アンテナポート）ごとに異なる信号を同一の周波数領域および時間を用いて空間的に多重して送信する。受信部では、各受信アンテナですべての送信信号が受信されるため、送受信アンテナ間の伝搬路変動の違いを利用した信号分離処理をして元の情報を得る。

図３は、ＭＩＭＯ多重技術におけるプリコーディング送信の概要を説明する図である。ＭＩＭＯ多重技術では、各送信ストリームが最大の受信ＳＮＲ（Signal-to-Noise power Ratio）になるように、各送信アンテナの情報シンボルに適応的に重み係数（ウエイト）を乗算するプリコーディングを行う。これにより、指向性送信により受信品質を向上できる。

ユーザ端末は、各送信アンテナのＣＳＩを測定して、あらかじめ規定されたプリコーディングベクトルセット（コードブック）の中から、受信ＳＮＲが最大となるプリコーディングベクトルを選択し、基地局に通知する。コードブックベースのプリコーディングではなく、最適なプリコーディングベクトルを計算する方法もあるが、基地局にフィードバックするプリコーディングベクトル情報が大きくなってしまう。したがって、ＬＴＥ，ＬＴＥ−Ａでは、コードブックベースのプリコーディングが採用されている。一方、基地局は、ユーザ端末が全送信アンテナからの受信レベルを測定するために、送信アンテナ固有のＣＳＩ測定用参照信号を送信する必要がある。送信アンテナ固有の参照信号としては、送信アンテナ数４まではセル固有（Cell-specific）の参照信号が、送信アンテナ数５から８まではＣＳＩ−ＲＳが規定されている。

図３に示すＭＩＭＯシステムにおいて、送信情報ビットは、送信部としての基地局における直並列変換器（Ｓ／Ｐ：Serial to Parallel converter）により上位局装置から指示された送信ストリーム分に分配される。その後、乗算器によってプリコーディングウエイトと入力信号を乗算して演算し、演算された信号をそれぞれ加算器に出力する。加算器は、それぞれの演算された信号を送信アンテナＴｘ１からＴｘ４を介して送信する。

受信部としてのユーザ端末における受信アンテナＲｘ１からＲｘ４は、１つ以上の送信アンテナからＭＩＭＯ伝搬路を介して送信された信号を受信する。それぞれの受信アンテナで受信した信号は伝送路推定部および信号分離部を介して、各ストリームに関する受信信号に分離される。各ストリームに関する受信信号が並直列変換器（Ｐ／Ｓ：Parallel to Serial converter）により変換されることにより、復号ビットが得られる。

ＭＩＭＯシステムにおいては、送信および受信アンテナ間のチャネル応答より生成されるチャネル行列の固有値の大きさに応じて送信ストリーム数（ランク）を制御するランクアダプテーションが適用される。

プリコーディングベクトル選択部は、各受信アンテナの受信信号に含まれる送信アンテナ固有の参照信号を用いて推定したチャネル応答から、あらかじめ規定されたプリコーディングベクトルセットであるコードブックの中のプリコーディングベクトル送信を行った場合、すなわち、送信信号にプリコーディング行列を乗算した場合の各受信アンテナにおけるチャネル応答を求める。プリコーディングベクトル選択部は、各受信アンテナのチャネル応答から受信信号電力および雑音電力を測定し、受信希望波信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を計算する。プリコーディングベクトル選択部は、受信ＳＮＲを受信アンテナ間で平均化して、各プリコーディングベクトルに対する平均受信ＳＮＲを求める。そして、プリコーディングベクトル選択部は、平均受信ＳＮＲを最大にするプリコーディングベクトルを最適なプリコーディングベクトルとして選択する。

図４Ａは、サブフレーム構成の概要を説明する図である。ＬＴＥシステムでは、基地局が、送受信データを有する各ユーザに共有データチャネル上の無線リソースを割り当てるスケジューリングを行う。無線リソースの最小割り当て単位は、リソースブロック（ＲＢ：Resource Block）と呼ばれる。スケジューリングの最小時間単位は、１サブフレームであり、サブフレームごとにスケジューリングで選択されたユーザ端末へリソースブロックが割り当てられる。

図４Ｂは、１サブフレーム構成の概要を説明する図である。１サブフレームは時間方向に１４ＯＦＤＭシンボル（ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）ブロック）、周波数方向に１２サブキャリアを含む。図４Ｂに示す例では、アンテナポート４までのセル固有の参照信号ＲＳ＃１から＃４があらかじめ規定された多重法により配置されている。参照信号が配置されていないリソースには、ユーザ情報シンボルあるいは制御情報シンボルを配置できる。

既存のＬＴＥ−Ａシステムの最大送信アンテナ数は８であるが、アンテナポート５から８までは、セル固有参照信号（ＣＳ−ＲＳ）とは異なるＣＳＩ−ＲＳを規定することにより、全てのリソースブロックにＣＳＩ測定用の参照信号を多重する必要がなくなった。しかしながら、８アンテナ送信のＭＩＭＯ多重送信を行うユーザのリソースブロックには、８アンテナ分のＣＳＩ−ＲＳを多重する必要がある。今後、送信アンテナ数がさらに増大した場合に、ＣＳＩ測定用の参照信号の数も増大し、情報シンボルを送信するためのリソースが減少するという課題がある。

そこで、本発明者らは、高次ＭＩＭＯ多重技術において、キャリア周波数スワップを用いてＣＳＩを測定することを見出した。これにより、高次ＭＩＭＯ多重技術においてＣＳＩ測定用の参照信号のオーバヘッドを低減できる。以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図５は、ＣＳＩ測定およびＭＩＭＯ多重送信の概要を説明する図である。ここでは、ＦＤＤ方式を仮定する。ＦＤＤ方式を採用することにより、基地局間非同期の柔軟な基地局の設置を実現できる。また、上りリンクと下りリンクに異なるキャリア周波数を使用するため、上りリンクと下りリンクとのフェージング変動は無相関となる。

図５を用いて、既存のＣＳＩ測定およびＭＩＭＯ多重送信について説明する。まず、基地局は、送信アンテナ固有のＣＳＩ測定用の参照信号を送信する。ユーザ端末は、各送信アンテナのＣＳＩを測定して、あらかじめ規定されたプリコーディングベクトルセットの中から、受信ＳＮＲが最大となるプリコーディングベクトルを選択する。ユーザ端末は、選択したプリコーディング行列情報、選択した変調方式および符号化スキームをチャネル品質情報（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）として、上りリンクで基地局に送信する。基地局は、ユーザ端末から通知されたプリコーディングベクトルを用いて下りリンクのスケジューリングで割り当てられたリソースブロックを用いて物理下りリンク共有チャネル（ＰＤＳＣＨ：Physical Downlink Shared Channel）を送信する。

続いて、図５を用いて、本発明の実施の形態に係るキャリア周波数を用いるＣＳＩ測定およびＭＩＭＯ多重送信について説明する。この方法は、下りリンクおよび上りリンク双方に適用可能であるが、下りリンクに着目して説明する。

まず、ユーザ端末は、上りリンクのサブフレームにおける１あるいは複数のＦＦＴブロックを用いてＴＤＤ ＣＳＩ−ＲＳあるいはサウンディング参照信号を、下りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＤＬ）で送信する。下りリンクのＰＤＳＣＨ送信を仮定すると、基地局は、複数の受信アンテナでＣＳＩ−ＲＳを用いて周波数領域のチャネル応答を測定する。ＣＳＩ−ＲＳは下りリンクのキャリア周波数で送信されているため、伝搬チャネルの相反性（reciprocity）を用いることができる。基地局では、各受信アンテナで測定したＣＳＩから最適なプリコーディングベクトルを選択し、選択したプリコーディングベクトルを用いて下りリンクのＰＤＳＣＨを送信する。

図６は、本発明の実施の形態に係る時間領域の無線リソース割り当て例を示す図である。図７は、本発明の実施の形態に係るの周波数領域の無線リソース割り当て例を示す図である。

図６に示す例では、先頭の１ＦＦＴブロックを用いてＣＳＩ−ＲＳを送信する。このとき、下りリンク（ＤＬ：DownLink）のサブフレームにおいては、先頭の１ＦＦＴブロックのみ上りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＵＬ）を用いて、残りのＦＦＴブロックでは下りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＤＬ）を用いる。上りリンク（ＵＬ：UpLink）のサブフレームにおいては、先頭の１ＦＦＴブロックのみ下りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＤＬ）を用いて、残りのＦＦＴブロックではの上りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＵＬ）を用いる。すなわち、先頭の１ＦＦＴブロックのみキャリア周波数スワップを行っている。

図７に示す例では、先頭の１ＦＦＴブロックを用いてＣＳＩ−ＲＳを送信する。このとき、上りリンク用の周波数スペクトル領域においては、先頭の１ＦＦＴブロックのみ下りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＤＬ）を用いて、残りのＦＦＴブロックではの上りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＵＬ）を用いる。下りリンク用の周波数スペクトル領域においては、先頭の１ＦＦＴブロックのみ上りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＵＬ）を用いて、残りのＦＦＴブロックでは下りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＤＬ）を用いる。すなわち、先頭の１ＦＦＴブロックのみキャリア周波数スワップを行っている。

なお、上りリンク用の周波数スペクトル領域において下りリンクのキャリア周波数（ｆ_ＤＬ）を用いて送信するＣＳＩ−ＲＳの送信区間に、上りリンクの制御情報を多重することもできる。先頭の１ＦＦＴブロック以外のＦＦＴブロックでは、上りリンクのユーザ情報や制御情報、下りリンクのユーザ情報や制御情報をそれぞれ無線リソースに割り当てる。

続いて、ＭＩＭＯ多重技術におけるキャリア周波数スワップを用いるＣＳＩ−ＲＳの多重法の実施例について説明する。このような実施例の１つは分散ＦＤＭＡ（Distributed FDMA）であり、１つは直交ＣＤＭＡである。図８Ａおよび図８Ｂは、キャリア周波数スワップを行うことにより、ユーザ端末が上りリンクでＣＳＩ−ＲＳを送信する場合の下りリンクの送信帯域を示している。

分散ＦＤＭＡでは、図８Ａに示すように、異なるサブキャリアに異なるユーザ端末のＣＳＩ−ＲＳを多重する。シングルキャリアＦＤＭＡにおいて、ピーク電力の増大を招くことなく、ＣＳＩ−ＲＳを分散ＦＤＭＡ送信することが可能である。マルチパスフェージングを受けた周波数選択性フェージングチャネルにおいては、帯域全体にわたるチャネル応答の推定が必要である。一方、最大送信電力が低いユーザ端末では、送信帯域内のすべてのサブキャリアからＣＳＩ−ＲＳを送信した場合、サブキャリアあたりの電力密度が低くなりＣＳＩ測定精度の劣化を招く。しかし、分散ＦＤＭＡ送信により、離散的なサブキャリアでＣＳＩ−ＲＳを送信することにより、ＣＳＩ測定精度誤差を小さくできる。ＣＳＩ−ＲＳを送信していないサブキャリアのＣＳＩは補間により推定する。

直交ＣＤＭＡでは、図８Ｂに示すように、異なるユーザ端末のＣＳＩ−ＲＳを直交ＣＤＭＡ多重する。直交ＣＤＭＡ多重では、時間および周波数領域で一定の振幅を有するＣＡＺＡＣ（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）系列を巡回シフトして生成した系列が拡散符号として有効である。ＬＴＥシステムでは、ＣＡＺＡＣ系列としてZadoff-Chu系列が用いられている。最大送信電力が低いユーザ端末では、分散ＦＤＭＡ多重と比較して、直交ＣＤＭＡ多重の方がサブキャリアあたりの電力密度が低くなり、ＣＳＩ測定精度誤差は大きい。

図９に基づいて、従来法としての送信アンテナ固有のＣＳＩ−ＲＳを送信する方法と、提案法としての本発明の実施の形態に係るキャリア周波数スワップを用いてＣＳＩ−ＲＳ送信する方法とを比較する。

図９に示すように、従来法では、ＭＩＭＯ多重のプリコーディングにおけるＣＳＩ測定はユーザ端末が行う。一方、提案法では、当該ＣＳＩ測定は基地局が行う。

従来法および提案法のＣＳＩ−ＲＳおよびＣＱＩフィードバックのオーバヘッドの比較について示す。ここでは、送受共用アンテナ構成を仮定し、基地局のアンテナ数をＮ_ＢＳ、ユーザ端末のアンテナ数をＮ_ＵＥとする。

シングルユーザ（ＳＵ：Single-User）ＭＩＭＯ多重において、Ｎ_ＢＳ＝Ｎ_ＵＥの場合には、提案法と従来法とで送信アンテナ固有の直交ＣＳＩ−ＲＳのオーバヘッドは変わらない。しかし、提案法では上りリンクでＣＳＩ−ＲＳを送信するため、従来法と比較してＣＱＩのオーバヘッドを低減できる。さらに、基地局でＣＳＩを直接測定するため、ＣＱＩフィードバックの量子化に起因する測定精度の劣化も低減できる。

マルチユーザ（ＭＵ：Multi-User）ＭＩＭＯ多重において、

の場合には、提案法では各ユーザ端末はＮ_ＵＥに相当する直交ＣＳＩ−ＲＳを送信すればよく、従来法に比較して、ユーザ端末あたりの直交ＣＳＩ−ＲＳのオーバヘッドを大幅に低減することができる。また、従来法と比較して、提案法でＣＱＩフィードバックのオーバヘッドを低減できる点はＳＵ−ＭＩＭＯと同様である。

従来法では、基地局のＲＦ送信部および受信部回路の位相または振幅偏差を補正するキャリブレーションは不要である。一方、提案法では、当該キャリブレーションが必要となる。

さらに、提案法では、従来法と比較すると、サブフレーム内のメインのリンクで使用できるリソースエレメント数が低減する点に違いがある。これにより、提案法では、参照信号の挿入損失を若干低くできる。

以上説明したように、キャリア周波数スワップを用いてＣＳＩ−ＲＳ送信する提案法では、従来法に比較して、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＱＩフィードバックのオーバヘッドを低減できる。

（無線通信システムの構成）
以下、本実施の形態に係る無線通信システムの構成について説明する。この無線通信システムでは、上述のキャリア周波数スワップを用いるＴＤＤ ＣＳＩ−ＲＳ送信方法が適用される。

図１０は、本実施の形態に係る無線通信システムの一例を示す概略構成図である。図１０に示すように、無線通信システム１は、複数の無線基地局１０と、各無線基地局１０によって形成されるセル内にあり、各無線基地局１０と通信可能に構成された複数のユーザ端末２０と、を備えている。無線基地局１０は、それぞれ上位局装置３０に接続され、上位局装置３０を介してコアネットワーク４０に接続される。

無線基地局１０は、所定のカバレッジを有する無線基地局である。なお、無線基地局１０は、相対的に広いカバレッジを有するマクロ基地局（ｅＮｏｄｅＢ、マクロ基地局、集約ノード、送信ポイント、送受信ポイント）であってもよいし、局所的なカバレッジを有するスモール基地局（スモール基地局、ピコ基地局、フェムト基地局、ＨｅＮＢ（Home eNodeB）、ＲＲＨ（Remote Radio Head）、マイクロ基地局、送信ポイント、送受信ポイント）であってもよい。

ユーザ端末２０は、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａなどの各種通信方式に対応した端末であり、移動通信端末だけでなく固定通信端末を含んでよい。ユーザ端末２０は、無線基地局１０を経由して他のユーザ端末２０と通信を実行することができる。

上位局装置３０には、たとえば、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）等が含まれるが、これに限定されるものではない。

無線通信システム１では、下りリンクのチャネルとして、各ユーザ端末２０で共有される下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ：Physical Downlink Shared Channel）、下り制御チャネル（ＰＤＣＣＨ：Physical Downlink Control Channel、ＥＰＤＣＣＨ：Enhanced Physical Downlink Control Channel）、報知チャネル（ＰＢＣＨ）などが用いられる。ＰＤＳＣＨにより、ユーザデータや上位レイヤ制御情報、所定のＳＩＢ（System Information Block）が伝送される。ＰＤＣＣＨ、ＥＰＤＣＣＨにより、下り制御情報（ＤＣＩ）が伝送される。

無線通信システム１では、上りリンクのチャネルとして、各ユーザ端末２０で共有される上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared Channel）、上り制御チャネル（ＰＵＣＣＨ：Physical Uplink Control Channel）などが用いられる。ＰＵＳＣＨにより、ユーザデータや上位レイヤ制御情報が伝送される。

図１１は、本実施の形態に係る無線基地局１０の全体構成図である。図１１に示すように、無線基地局１０は、ＭＩＭＯ伝送のための複数の送受信アンテナ１０１と、アンプ部１０２と、送受信部１０３と、ベースバンド信号処理部１０４と、呼処理部１０５と、インターフェース部１０６とを備えている。

下りリンクにより無線基地局１０からユーザ端末２０に送信されるユーザデータは、上位局装置３０からインターフェース部１０６を介してベースバンド信号処理部１０４に入力される。

ベースバンド信号処理部１０４では、ＰＤＣＰレイヤの処理、ユーザデータの分割・結合、ＲＬＣ（Radio Link Control）再送制御の送信処理などのＲＬＣレイヤの送信処理、ＭＡＣ（Medium Access Control）再送制御、たとえば、ＨＡＲＱの送信処理、スケジューリング、伝送フォーマット選択、チャネル符号化、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）処理、プリコーディング処理が行われて各送受信部１０３に転送される。また、下り制御信号に関しても、チャネル符号化や逆高速フーリエ変換等の送信処理が行われて、各送受信部１０３に転送される。

各送受信部１０３は、ベースバンド信号処理部１０４からアンテナごとにプリコーディングして出力された下り信号を無線周波数帯に変換する。アンプ部１０２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ１０１により送信する。

一方、上り信号については、各送受信アンテナ１０１で受信された無線周波数信号がそれぞれアンプ部１０２で増幅され、各送受信部１０３で周波数変換されてベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部１０４に入力される。

各送受信部１０３は、ユーザ端末２０が有する複数のアンテナから送信されるＴＤＤ ＣＳＩ−ＲＳを受信する。各送受信部１０３は、選択されたプリコーディングベクトルを用いて下りリンクのＰＤＳＣＨをＭＩＭＯ多重送信する。各送受信部１０３は、後述するチャネル推定部により求めた送信ストリーム数のＭＩＭＯ多重を用いてＰＤＳＣＨをＭＩＭＯ多重送信する。

ベースバンド信号処理部１０４では、入力された上り信号に含まれるユーザデータに対して、ＦＦＴ処理、ＩＤＦＴ処理、誤り訂正復号、ＭＡＣ再送制御の受信処理、ＲＬＣレイヤ、ＰＤＣＰレイヤの受信処理がなされ、インターフェース部１０６を介して上位局装置３０に転送される。呼処理部１０５は、通信チャネルの設定や解放などの呼処理や、無線基地局１０の状態管理や、無線リソースの管理を行う。

インターフェース部１０６は、基地局間インターフェース（たとえば、光ファイバ、Ｘ２インターフェース）を介して隣接無線基地局と信号を送受信（バックホールシグナリング）する。あるいは、インターフェース部１０６は、所定のインターフェースを介して、上位局装置３０と信号を送受信する。

図１２は、本実施の形態に係る無線基地局１０が有するベースバンド信号処理部１０４の主な機能構成図である。図１２に示すように、無線基地局１０が有するベースバンド信号処理部１０４は、制御部３０１と、下り制御信号生成部３０２と、下りデータ信号生成部３０３と、マッピング部３０４と、デマッピング部３０５と、チャネル推定部３０６と、上り制御信号復号部３０７と、上りデータ信号復号部３０８と、判定部３０９と、生成・選択部３１０と、を少なくとも含んで構成されている。

制御部３０１は、ＰＤＳＣＨで送信される下りユーザデータ、ＰＤＣＣＨと拡張ＰＤＣＣＨ（ＥＰＤＣＣＨ）の両方、またはいずれか一方で伝送される下り制御情報、下り参照信号などのスケジューリングを制御する。また、制御部３０１は、ＰＲＡＣＨで伝送されるＲＡプリアンブル、ＰＵＳＣＨで伝送される上りデータ、ＰＵＣＣＨまたはＰＵＳＣＨで伝送される上り制御情報、上り参照信号のスケジューリングの制御（割り当て制御）も行う。上りリンク信号（上り制御信号、上りユーザデータ）の割り当て制御に関する情報は、下り制御信号（ＤＣＩ）を用いてユーザ端末２０に通知される。

制御部３０１は、上位局装置３０からの指示情報や各ユーザ端末２０からのフィードバック情報に基づいて、下りリンク信号および上りリンク信号に対する無線リソースの割り当てを制御する。つまり、制御部３０１は、スケジューラとしての機能を有している。

下り制御信号生成部３０２は、制御部３０１により割り当てが決定された下り制御信号（ＰＤＣＣＨ信号とＥＰＤＣＣＨ信号の両方、またはいずれか一方）を生成する。具体的に、下り制御信号生成部３０２は、制御部３０１からの指示に基づいて、下りリンク信号の割り当て情報を通知するＤＬアサインメントと、上りリンク信号の割り当て情報を通知するＵＬグラントを生成する。

下りデータ信号生成部３０３は、制御部３０１によりリソースへの割り当てが決定された下りデータ信号（ＰＤＳＣＨ信号）を生成する。下りデータ信号生成部３０３により生成されるデータ信号には、各ユーザ端末２０からのＣＳＩ等に基づいて決定されたチャネル符号化率、変調方式に従ってチャネル符号化処理、変調処理が行われる。

マッピング部３０４は、制御部３０１からの指示に基づいて、下り制御信号生成部３０２で生成された下り制御信号と、下りデータ信号生成部３０３で生成された下りデータ信号の無線リソースへの割り当てを制御する。

デマッピング部３０５は、ユーザ端末２０から送信された上りリンク信号をデマッピングして、上りリンク信号を分離する。チャネル推定部３０６は、デマッピング部３０５で分離された受信信号に含まれる参照信号からチャネル状態を推定し、推定したチャネル状態を上り制御信号復号部３０７、上りデータ信号復号部３０８に出力する。すなわち、チャネル推定部３０６は、受信したＴＤＤ ＣＳＩ−ＲＳを用いてＣＳＩを測定する測定部の機能を含む。また、チャネル推定部３０６は、各受信アンテナで測定したＣＳＩから最適な送信ストリーム数を計算する。

上り制御信号復号部３０７は、上り制御チャネル（ＰＲＡＣＨ，ＰＵＣＣＨ）でユーザ端末から送信されたフィードバック信号（送達確認信号等）を復号し、制御部３０１へ出力する。上りデータ信号復号部３０８は、上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）でユーザ端末から送信された上りデータ信号を復号し、判定部３０９へ出力する。判定部３０９は、上りデータ信号復号部３０８の復号結果に基づいて、再送制御判定（Ａ／Ｎ判定）を行うとともに結果を制御部３０１に出力する。

生成・選択部３１０は、各受信アンテナで測定したＣＳＩから最適なプリコーディングベクトルを生成する。または、生成・選択部３１０は、各受信アンテナで測定したＣＳＩに基づいて、コードブックから最適なプリコーディングベクトルを選択する。

図１３は、本実施の形態に係るユーザ端末２０の全体構成図である。図１３に示すように、ユーザ端末２０は、ＭＩＭＯ伝送のための複数の送受信アンテナ２０１と、アンプ部２０２と、送受信部（受信部）２０３と、ベースバンド信号処理部２０４と、アプリケーション部２０５と、を備えている。

下りリンクのデータについては、複数の送受信アンテナ２０１で受信された無線周波数信号がそれぞれアンプ部２０２で増幅され、送受信部２０３で周波数変換されてベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号は、ベースバンド信号処理部２０４でＦＦＴ処理や、誤り訂正復号、再送制御の受信処理などがなされる。この下りリンクのデータのうち、下りリンクのユーザデータは、アプリケーション部２０５に転送される。アプリケーション部２０５は、物理レイヤやＭＡＣレイヤより上位のレイヤに関する処理などを行う。また、下りリンクのデータのうち、報知情報もアプリケーション部２０５に転送される。

一方、上りリンクのユーザデータについては、アプリケーション部２０５からベースバンド信号処理部２０４に入力される。ベースバンド信号処理部２０４では、再送制御（ＨＡＲＱ：Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ）の送信処理や、チャネル符号化、プリコーディング、ＤＦＴ処理、ＩＦＦＴ処理などが行われて各送受信部２０３に転送される。送受信部２０３は、ベースバンド信号処理部２０４から出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。その後、アンプ部２０２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ２０１により送信する。

送受信部２０３は、たとえば上りリンクのサブフレーム内の１または複数のＦＦＴブロックを用いて、下りリンクのキャリア周波数でＴＤＤ ＣＳＩ−ＲＳを送信する。

図１４は、ユーザ端末２０が有するベースバンド信号処理部２０４の主な機能構成図である。図１４に示すように、ユーザ端末２０が有するベースバンド信号処理部２０４は、制御部４０１と、上り制御信号生成部４０２と、上りデータ信号生成部４０３と、マッピング部４０５と、デマッピング部４０６と、チャネル推定部４０７と、下り制御信号復号部４０８と、下りデータ信号復号部４０９と、判定部４１０と、を少なくとも含んで構成されている。

制御部４０１は、無線基地局から送信された下り制御信号（ＰＤＣＣＨ信号）や、受信したＰＤＳＣＨ信号に対する再送制御判定結果に基づいて、上り制御信号（Ａ／Ｎ信号等）や上りデータ信号の生成を制御する。無線基地局から受信した下り制御信号は下り制御信号復号部４０８から出力され、再送制御判定結果は、判定部４１０から出力される。

上り制御信号生成部４０２は、制御部４０１からの指示に基づいて上り制御信号（送達確認信号やチャネル状態情報（ＣＳＩ）等のフィードバック信号）を生成する。上りデータ信号生成部４０３は、制御部４０１からの指示に基づいて上りデータ信号を生成する。なお、制御部４０１は、無線基地局から通知される下り制御信号にＵＬグラントが含まれている場合に、上りデータ信号生成部４０３に上りデータ信号の生成を指示する。

マッピング部４０５は、制御部４０１からの指示に基づいて、上り制御信号（送達確認信号等）と、上りデータ信号の無線リソース（ＰＵＣＣＨ、ＰＵＳＣＨ）への割り当てを制御する。

デマッピング部４０６は、無線基地局１０から送信された下りリンク信号をデマッピングして、下りリンク信号を分離する。チャネル推定部４０７は、デマッピング部４０６で分離された受信信号に含まれる参照信号からチャネル状態を推定し、推定したチャネル状態を下り制御信号復号部４０８、下りデータ信号復号部４０９に出力する。

下り制御信号復号部４０８は、下り制御チャネル（ＰＤＣＣＨ）で送信された下り制御信号（ＰＤＣＣＨ信号）を復号し、スケジューリング情報（上りリソースへの割り当て情報）を制御部４０１へ出力する。また、下り制御信号に送達確認信号をフィードバックするセルに関する情報や、ＲＦ調整の適用有無に関する情報が含まれている場合も、制御部４０１へ出力する。

下りデータ信号復号部４０９は、下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）で送信された下りデータ信号を復号し、判定部４１０へ出力する。判定部４１０は、下りデータ信号復号部４０９の復号結果に基づいて、再送制御判定（Ａ／Ｎ判定）を行うとともに、結果を制御部４０１に出力する。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

１…無線通信システム
１０…無線基地局
２０…ユーザ端末
３０…上位局装置
４０…コアネットワーク
１０１…送受信アンテナ
１０２…アンプ部
１０３…送受信部
１０４…ベースバンド信号処理部
１０５…呼処理部
１０６…インターフェース部
２０１…送受信アンテナ
２０２…アンプ部
２０３…送受信部
２０４…ベースバンド信号処理部
２０５…アプリケーション部
３０１…制御部（スケジューラ）
３０２…下り制御信号生成部
３０３…下りデータ信号生成部
３０４…マッピング部
３０５…デマッピング部
３０６…チャネル推定部
３０７…上り制御信号復号部
３０８…上りデータ信号復号部
３０９…判定部
３１０…生成・選択部
４０１…制御部
４０２…上り制御信号生成部
４０３…上りデータ信号生成部
４０５…マッピング部
４０６…デマッピング部
４０７…チャネル推定部
４０８…下り制御信号復号部
４０９…下りデータ信号復号部
４１０…判定部

Claims (9)

1. 周波数分割複信（ＦＤＤ）方式の無線通信システムで用いられる無線基地局であって、
   ユーザ端末が有する複数のアンテナから送信される時間分割複信（ＴＤＤ）チャネル状態情報測定用の参照信号を受信する受信部と、
   複数の受信アンテナで、前記参照信号を用いてチャネル状態情報を測定する測定部と、
   前記各受信アンテナで測定した前記チャネル状態情報から最適なプリコーディングベクトルを生成、あるいは、あらかじめ規定したプリコーディングベクトルセットの中から最適なプリコーディングベクトルを選択する生成・選択部と、
   前記生成・選択部により選択されたプリコーディングベクトルを用いて物理下りリンク共有チャネルをＭＩＭＯ多重送信する送信部と、を備え、
   前記受信部は、ＦＤＤ方式の上りリンクのサブフレーム内の１または複数のＦＦＴブロックの送信区間を用いて、ユーザ端末から下りリンクのキャリア周波数で送信される前記ＴＤＤチャネル状態情報測定用の参照信号を受信する、
   ことを特徴とする無線基地局。
2. 周波数分割複信（ＦＤＤ）方式の無線通信システムで用いられる無線基地局であって、
   ユーザ端末が有する複数のアンテナから送信される時間分割複信（ＴＤＤ）チャネル状態情報測定用の参照信号を受信する受信部と、
   複数の受信アンテナで、前記参照信号を用いてチャネル状態情報を測定する測定部と、
   前記各受信アンテナで測定した前記チャネル状態情報から最適な送信ストリーム数を計算するチャネル推定部と、
   前記チャネル推定部により求めた送信ストリーム数のＭＩＭＯ多重を用いて物理下りリンク共有チャネルをＭＩＭＯ多重送信する送信部と、を備え、
   前記受信部は、ＦＤＤ方式の上りリンクのサブフレーム内の１または複数のＦＦＴブロックの送信区間を用いて、ユーザ端末から下りリンクのキャリア周波数で送信される前記ＴＤＤチャネル状態情報測定用の参照信号を受信する、
   ことを特徴とする無線基地局。
3. 前記送信部は、ＦＤＤ方式の下りリンクのサブフレーム内の前記送信区間に対応する送信区間を用いて、上りリンクのキャリア周波数でＴＤＤチャネル状態情報測定用の参照信号を送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線基地局。
4. 前記チャネル状態情報測定用の参照信号は、分散ＦＤＭＡ多重して送受信されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無線基地局。
5. 前記チャネル状態情報測定用の参照信号は、直交ＣＤＭＡ多重して送受信されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無線基地局。
6. 周波数分割複信（ＦＤＤ）方式の無線通信システムで用いられるユーザ端末であって、
   ＦＤＤ方式の上りリンクのサブフレーム内の１または複数のＦＦＴブロックを用いて、下りリンクのキャリア周波数で時間分割複信（ＴＤＤ）チャネル状態情報測定用の参照信号を送信する送信部を備えることを特徴とするユーザ端末。
7. ＦＤＤ方式の下りリンクのサブフレーム内の前記送信区間に対応する送信区間を用いて、無線基地局から上りリンクのキャリア周波数で送信される時間分割複信（ＴＤＤ）チャネル状態情報測定用の参照信号を受信する受信部を備えることを特徴とする請求項６に記載のユーザ端末。
8. 前記送信部は、上りリンクにおいて下りリンクのキャリア周波数を用いて送信する前記チャネル状態情報測定用の参照信号の送信区間に上りリンクの制御情報を多重して送信することを特徴とする請求項６に記載のユーザ端末。
9. 周波数分割複信（ＦＤＤ）方式の無線通信システムで用いられる無線基地局の無線通信方法であって、
   ユーザ端末が有する複数のアンテナから送信される時間分割複信（ＴＤＤ）チャネル状態情報測定用の参照信号を受信する工程と、
   複数の受信アンテナで、前記参照信号を用いてチャネル状態情報を測定する工程と、
   前記各受信アンテナで測定した前記チャネル状態情報から最適なプリコーディングベクトルを選択する工程と、
   前記選択されたプリコーディングベクトルを用いて物理下りリンク共有チャネルをＭＩＭＯ多重送信する工程と、を有し、
   前記受信する工程は、ＦＤＤ方式の上りリンクのサブフレーム内の１または複数のＦＦＴブロックの送信区間を用いて、ユーザ端末から下りリンクのキャリア周波数で送信される前記ＴＤＤチャネル状態情報測定用の参照信号を受信する、
   ことを特徴とする無線通信方法。

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