JP7011192B2 - 無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信方法 - Google Patents

無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信方法に関する。
現在、標準化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）では、次世代の無線通信システムの技術として、第５世代移動体通信（5G:the 5th Generation mobile communication）（以下、「５Ｇ」と称する場合がある。）について検討している。５Ｇでは、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムやＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄシステムの継続的発展や、これまでよりも高い周波数帯を用いて広帯域をサポートするＮＲ（New Radio）などが検討されている。また、５Ｇでは、多種多様なサービスの対応するため、ｅＭＢＢ（enhanced Mobile Broadband）、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＴＣ（Machine Type Communications）、ＵＲＬＬＣ（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）に分類される多くのユースケースを想定している。
このような無線通信システムでは、高速大容量通信に対応するため、アンライセンススペクトル（unlicensed spectrum）（又はアンライセンス周波数帯）を用いた無線通信が注目されている。
ＬＴＥでは、５ＧＨｚ帯などのアンライセンススペクトルをＬＴＥキャリアとして用いるＬＡＡ（Licensed-Assisted Access）が導入されている。ＬＡＡは、例えば、アンライセンススペクトルとライセンススペクトル（又はライセンス周波数帯）とを束ねてＣＡ（Carrier Aggregation）により通信が行われる技術である。ＬＡＡでは、ＬＢＴ（Listen-Before-Talk）方式が行われる場合がある。ＬＢＴ方式は、例えば、装置があるチャネルを使用する前にクリアチャネルアセスメント（ＣＣＡ：Clear Channel Assessment）チェックを行うメカニズムのことである。ＬＢＴ方式では、例えば、送信機は、キャリアセンスを行って、無線チャネルが“ｉｄｌｅ”状態のとき、その無線チャネルを利用してデータ送信を開始する。
一方、５Ｇに関し、６０ＧＨｚ帯のアンライセンススペクトルを利用した通信機能を導入することに関し、２０１８年２月から６月に３ＧＰＰにおいて基本的な技術議論が行われることになっている。また、アンライセンススペクトルを用いたＮＲベースの無線通信に関しては、ＬＢＴ方式を利用することが提案されている。
６０ＧＨｚ帯などの周波数帯を利用した無線通信では、それよりも低い周波数帯の無線通信と比較して、電波伝搬損失が大きくなるという特徴がある。従って、６０ＧＨｚ帯などの周波数帯を利用した無線通信では、それよりも低い周波数帯の無線通信と比較して、電波到達距離が短くなるという特徴がある。例えば、基地局装置においてアンテナにかけるパワーがある一定値であったとき、１本のアンテナでは、電波到達距離が短くなるため、多素子アンテナを用いて狭ビームにより無線送信を行う。これにより、６０ＧＨｚ帯などの周波数帯の利用した無線通信でも、アンテナにかけるパワーを増やすことなく、それよりも低い周波数帯の無線通信と同様に、電波到達距離を長くすることが可能である。
3GPP TS 38.300 V2.0.0 (2017-12) 3GPP TR 38.801 V14.0.0 (2017-03) 3GPP TR 36.889 V13.0,0 (2015-06) 3GPP TR 38.805 V14.0.0 (2017-03) 3GPP TR 38.803 V14.2.0 (2017-09) "New SID on NR-based Access to Unlicensed Spectrum", Qualcomm, 3GPP TSG RAN Meeting #75, RP-170828, March 6-9, 2017
しかしながら、狭ビームを利用した無線通信が行われる場合、隠れ端末問題が発生する場合がある。
図２４（Ａ）と図２４（Ｂ）は隠れ端末問題の例を表す図である。図２４（Ａ）に示すように、基地局１５０は、狭ビームによる無線通信を行い、端末２５０との間で無線通信が可能である。他方、無線ＬＡＮ方式による基地局３５０は、狭ビームを形成する際に用いた周波数帯についてキャリアセンスを行っても、基地局１５０からのビームを検出しない。そのため、基地局３５０は、その周波数帯について、“ｉｄｌｅ”状態と判定する。この場合、図２４（Ｂ）に示すように、基地局３５０は、基地局１５０と同じ周波数帯域を用いて端末４５０と無線通信を行うことになる。この無線通信により、基地局３５０が端末４５０へ送信した信号が、基地局１５０が端末２５０へ送信した信号に対して、干渉を与えることになる。このように干渉が発生することを、例えば、隠れ端末問題と称する場合がある。隠れ端末問題は、無線信号送信のために用いるビームの幅が狭くなるほど、発生する可能性が高くなる。
そこで、一開示は、アンライセンス周波数帯を用いた無線通信において隠れ端末問題の発生頻度を減少させるようにした無線通信装置、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することにある。
一態様によれば、他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、アンライセンス周波数帯が利用可能であるか否かを判定する判定部と、第１の信号を生成する信号生成部と、前記アンライセンス周波数帯が利用可能である場合、データ信号の送信を開始する前に、前記アンライセンス周波数帯を利用して、位相が時間領域において異なる前記第１の信号を送信する送信部とを備える。
一開示によれば、アンライセンス周波数帯を用いた無線通信において隠れ端末問題の発生頻度を減少させることができる。
図１は無線通信システムの構成例を表す図である。 図２（Ａ）はアンライセンススペクトルの利用例、図２（Ｂ）から図２（Ｆ）はビームの形成例を表す図である。 図３（Ａ）から図３（Ｅ）はビームの形成例を表す図である。 図４（Ａ）はアンライセンススペクトルの利用例、図４（Ｂ）から図４（Ｅ）は制御信号に含まれる情報の例を表す図である。 図５は基地局装置の構成例を表す図である。 図６は端末装置の構成例を表す図である。 図７（Ａ）から図７（Ｄ）は無線通信システムの動作例を表すシーケンス図である。 図８（Ａ）はアンライセンススペクトルの利用例、図８（Ｂ）はライセンススペクトルの利用例をそれぞれ表す図である。 図９は基地局装置の動作例を表すフローチャートである。 図１０（Ａ）はアンライセンススペクトルの利用例、図１０（Ｂ）から図１０（Ｅ）はパイロット信号の例を表す図である。 図１１は基地局装置の構成例を表す図である。 図１２は端末装置の構成例を表す図である。 図１３（Ａ）から図１３（Ｄ）は無線通信システムの動作例を表すシーケンス図である。 図１４は基地局装置の動作例を表すフローチャートである。 図１５（Ａ）はアンライセンススペクトルの利用例、図１５（Ｂ）はライセンススペクトルの利用例をそれぞれ表す図である。 図１６（Ａ）から図１６（Ｄ）は無線通信システムの動作例を表すシーケンス図である。 図１７は基地局装置の動作例を表すフローチャートである。 図１８はアンライセンススペクトルの利用例を表す図である。 図１９（Ａ）から図１９（Ｄ）は無線通信システムの動作例を表すシーケンス図である。 図２０（Ａ）はアンライセンススペクトルの利用例、図２０（Ｂ）はライセンススペクトルの利用例をそれぞれ表す図である。 図２１（Ａ）から図２１（Ｄ）は無線通信システムの動作例を表すシーケンス図である。 図２２（Ａ）はアンライセンススペクトルの利用例、図２２（Ｂ）から図２２（Ｆ）はビームの形成例を表す図である。 図２３（Ａ）は基地局装置、図２３（Ｂ）は端末装置のハードウェア構成例をそれぞれ表す図である。 図２４（Ａ）と図２４（Ｂ）は隠れ端末問題の発生例を表す図である。
以下、本実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本明細書における課題及び実施例は一例であり、本願の権利範囲を限定するものではない。特に、記載の表現が異なっていたとしても技術的に同等であれば、異なる表現であっても本願の技術を適用可能であり、権利範囲を限定するものではない。そして、各実施の形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
また、本明細書で使用している用語や記載した技術的内容は、３ＧＰＰなど通信に関する規格として仕様書や寄書に記載された用語や技術的内容が適宜用いられてもよい。このような仕様書としては、例えば、上述した３ＧＰＰ ＴＳ ３８．３００ Ｖ２．０．０（２０１７－１２）がある。
［第１の実施の形態］
＜無線通信システムの構成例＞
図１は、第１の実施の形態における無線通信システム１０の構成例を表す図である。
無線通信システム１０は、基地局装置（以下、「基地局」と称する場合がある。）１００と端末装置（以下、「端末」と称する場合がある。）２００とを備える。
なお、図１では、更に、基地局３００と端末４００がある。基地局３００は、例えば、キャリアセンスを行うことが可能な基地局である。キャリアセンスを行う無線通信方式としては、無線ＬＡＮがある。基地局３００と端末４００は、例えば、無線ＬＡＮを利用して無線通信が可能である。以降では、基地局３００を、例えば、無線ＬＡＮ基地局３００と称する場合がある。また、端末４００を、例えば、無線ＬＡＮ基地局３００への接続端末４００と称する場合がある。
基地局１００は、自局のサービス提供可能範囲（又はセル範囲）に在圏する端末２００に対して無線通信を行い、通話サービスやＷｅｂ閲覧サービスなど、種々のサービスを提供する無線通信装置である。
端末２００は、例えば、フィーチャーフォン、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、ゲーム装置など、無線通信が可能な無線通信装置である。端末２００は、基地局１００を介して、上述した種々のサービスの提供を受けることが可能である。
本第１の実施の形態における基地局１００と端末２００は、アンライセンススペクトルを利用して、無線通信が可能である。アンライセンススペクトルとは、例えば、国やその関係機関からの免許が不要な周波数帯のことである。このような周波数帯としては、例えば、６０ＧＨｚ帯がある。以下では、「アンライセンススペクトル」と「アンライセンス周波数帯」とを区別しないで用いる場合がある。また、以下では、「ＬＢＴ方式」と「キャリアセンス」とを区別しないで用いる場合がある。
＜アンライセンススペクトルの利用例＞
図２（Ａ）から図２（Ｆ）は、基地局１００におけるアンライセンススペクトルの利用例を表す図である。
図２（Ａ）に示すように、本第１の実施の形態においては、基地局１００は、アンライセンススペクトルについてキャリアセンスを行う。そして、基地局１００は、その周波数帯が“ｉｄｌｅ”状態であることを確認後、データ信号の送信を開始する前に、ビームスイープ送信で信号（図２（Ａ）の例では、信号＃１から信号＃４）を送信する。
図２（Ｂ）から図２（Ｅ）はビームの形成例を表す図である。図２（Ｂ）から図２（Ｅ）に示すビーム例は、時系列順に表されている。
図２（Ｂ）に示すように、基地局１００は、第１の方向に向けられたビームを利用して、信号＃１を送信する。その後、図２（Ｃ）に示すように、基地局１００は、第２の方向に向けられたビームを利用して、信号＃２を送信する。以降、図２（Ｄ）と図２（Ｄ）に示すように、基地局１００は、ビーム方向が異なるビーム＃３，＃４を順次形成し、信号＃３，＃４を順次送信する。
ビームは、例えば、無線信号の束のことである。ただし、１つの無線信号により１つのビームが形成される場合もあれば、複数の無線信号により１つのビームが形成される場合もある。本第１の実施の形態では、複数のアンテナ素子を用い、複数の無線信号により１つのビームが形成される例で説明する。
また、複数のアンテナ素子の指向性を制御する技術のことを、例えば、ビームフォーミングと称する場合もある。基地局１００は、例えば、複数のアンテナ素子に入力される信号の位相を制御し、電気的にその指向性を変えるようにすることで、ビーム方向を特定の方向へ向けることができる。ビームフォーミングにより、基地局１００は、端末２００が存在する方向へ無線信号を送信したり、端末２００が存在する方向から送信された無線信号を受信したりすることが可能となる。図２（Ｂ）から図２（Ｅ）の各図においては、基地局１００は、ビームフォーミングにより、各ビームを所定の方向へ向けて形成することが可能である。
さらに、ビームスイープ送信は、例えば、ビームの角度を変えた狭い幅のビームをセル内全域に到達するように基地局１００が複数回送信する技術である。具体的には、ビームスイープ送信とは、例えば、位相が時間領域で異なる複数の信号を複数回連続して送信することである。これにより、例えば、図２（Ｂ）から図２（Ｅ）示すように、基地局１００は、時間の経過とともに異なる方向に向けたビームを連続して形成することが可能となる。
なお、図２（Ｆ）は、基地局１００は、端末２００の存在する方向へデータ信号を送信することで、その方向へ向けたビームを形成する例を表している。
このように、本第１の実施の形態では、基地局１００は、アンライセンススペクトルにおいてキャリアセンスを行い、信号をビームスイープ送信し、データ信号を送信する。
図３（Ａ）から図３（Ｄ）は、ビームの形成例を時系列で表す図である。図３（Ａ）に示すように、基地局１００は、ある方向へ向けて、ビーム＃１を形成し、信号＃１を送信する。無線ＬＡＮ基地局３００は、アンライセンススペクトルに対するキャリアセンスをこのタイミングで行っているとき、信号＃１（又は信号＃１の受信電力）を検出することが可能となる。無線ＬＡＮ基地局３００は、アンライセンススペクトルについて、“ｂｕｓｙ”状態と判定する。
そのため、図２（Ｂ）に示すように、無線ＬＡＮ基地局３００は、キャリアセンスを行ったアンライセンススペクトルでの無線信号の送信を保留する。基地局１００は、ビーム＃２を形成し、信号＃２を送信する。
さらに、図３（Ｃ）と図３（Ｄ）に示すように、無線ＬＡＮ基地局３００は、無線信号の送信保留を継続し、その間、基地局１００は、ビーム＃２，＃３を順次形成し、信号＃２，＃３を順次送信する。
そして、図３（Ｅ）に示すように、無線ＬＡＮ基地局３００は、無線信号の送信保留を継続し、基地局１００は、ビーム＃３を利用してデータ信号を端末２００へ送信する。
この場合、図３（Ｅ）に示すように、無線ＬＡＮ基地局３００は、端末４００へ向けて無線信号を送信することはしない。したがって、図３（Ｅ）の例では、基地局１００から端末２００へのデータ信号と、無線ＬＡＮ基地局３００から端末４００への無線信号とが衝突することはなく、干渉は発生しない。従って、図３（Ｅ）の例では、アンライセンススペクトルでの無線通信において、隠れ端末問題は発生しないことになる。
図３（Ａ）から図３（Ｅ）の例では、ビーム＃１が無線ＬＡＮ基地局３００に到達するため、無線ＬＡＮ基地局３００がこのタイミングでキャリアセンスを行っていれば、信号＃１の検出が可能である。しかし、基地局１００の通信事業者と、無線ＬＡＮ基地局３００の通信事業者とは異なり、基地局１００からすると、無線ＬＡＮ基地局３００がどこに設置されているかわからない場合がある。その場合でも、図３（Ｂ）から図３（Ｄ）に示すように、信号をビームスイープ送信することで、いずれかのビームがこのような無線ＬＡＮ基地局３００においてキャリアセンスにより検知される可能性がある。従って、本第１の実施の形態では、このようなビームスイープ送信を行わない場合と比較して、アンライセンス周波数帯での干渉の発生（例えば図２４（Ｂ））の頻度を減少させることができる。従って、本無線通信システム１０では、隠れ端末問題の発生頻度を減少させることができる。
キャリアセンス期間は、任意の期間が設定されてもよい。或いは、ある一定のキャリアセンス期間があり基地局１００ごとにランダムに選択された数だけ連続させてキャリアセンスが行われてもよい。図２（Ａ）に示すキャリアセンスの期間は、このように任意の期間でもよいし、ランダムに選択された数連続させた期間であってもよい。
また、図２（Ａ）の例では、基地局１００が、ビーム＃１からビーム＃４の４つのビームでビームスイープ送信する例について説明した。ビームスイープ送信させるビームの数は、「２」でもよいし、「３」でもよいし、「５」以上でもよい。
さらに、図２（Ａ）の例において、信号＃１から信号＃４は、全て異なる符号列からなる信号であってもよいし、すべて同じ符号列でもよい。例えば、信号＃１の符号列と信号＃２の符号列と信号＃３の符号列と信号＃４の符号列は、全て異なる、或いは全て同じ、などである。
或いは、信号＃１から信号＃４は、その一部が異なる符号列で他の一部が同じ符号列であってもよい。例えば、信号＃１の符号列と信号＃２の符号列は全て同じで、信号＃３の符号列と信号＃４の符号列は全て同じで、信号＃１の符号列と信号＃３の符号列とが異なる、などである。
さらに、図２（Ａ）に示すように、アンライセンススペクトルにおいて、ＭＣＯＴ（Maximum Channel Occupancy Time）が設定される場合がある。ＭＣＯＴは、例えば、無線チャネルを占有してもよい最大の時間を表す。ＭＣＯＴを超えると、基地局１００は、再び、キャリアセンスを行い、“ｉｄｌｅ”状態を確認すると、データ信号送信開始前に、信号をビームスイープ送信する。基地局１００は、ＭＣＯＴを超えないときでも、データ信号の送信を終了後、データ信号の送信を行う場合、図２（Ａ）に示す処理を繰り返すことが可能である。
以下では、信号の具体例などについて、実施例１から実施例５までを説明する。
＜１ 実施例１＞
図４（Ａ）は、実施例１における信号の具体例を表す図である。
図４（Ａ）に示すように、基地局１００は、アンライセンススペクトルにおいて、キャリアセンスを行い、“ｉｄｌｅ状態”を確認後、データ信号送信開始前に、制御信号をビームスイープ送信する。すなわち、基地局１００は、ビーム＃１を形成して、制御信号＃１を送信し、次に、ビーム＃２を形成して、制御信号＃２を送信する。以降、基地局１００は、ビーム＃３，＃４を形成し、制御信号＃３，＃４を順次送信する。ビーム＃１からビーム＃４は、例えば、図２（Ｂ）から図２（Ｅ）にそれぞれ対応する。
図４（Ｂ）から図４（Ｅ）は、制御信号に含まれる情報の例を表す図である。図４（Ｂ）から図４（Ｅ）に示すように、制御信号＃１から制御信号＃４までにおいて、データ信号に適用する無線パラメータの情報は、すべて同一である。無線パラメータの例としては、例えば、変調方式や符号化率などがある。
ただし、制御信号とデータ信号との間のシンボル数と、制御信号送信インデックス（以下、「制御信号インデックス」と称する場合がある。）とは、制御信号ごとに異なる。
制御信号とデータ信号との間のシンボル数は、例えば、１つの制御信号が１つの信号シンボルで送信されるとして、制御信号からデータ信号送信開始までのシンボル数を示す。このシンボル数は、例えば、制御信号からデータ信号送信開始までの送信タイミング差でもある。また、制御信号インデックスは、例えば、制御信号を他の制御信号と区別する識別情報である。
すなわち、図４（Ｂ）に示すように、制御信号＃１は、制御信号＃２から制御信号＃４までの３つの信号シンボル数が存在するため、その信号シンボル数は、「３」となる。また、制御信号＃１の制御信号インデックスは「１」となる。
また、図４（Ｃ）に示すように、制御信号＃２の信号シンボル数は「２」、その制御信号インデックスは「２」となる。さらに、図４（Ｄ）に示すように、制御信号＃３の信号シンボル数は「１」、その制御信号インデックスは「３」となり、図４（Ｅ）に示すように、制御信号＃４の信号シンボルは「０」、その制御信号インデックスは「４」となる。
端末２００は、例えば、制御信号を受信すると、信号シンボル数から、データ信号の送信開始タイミング（例えば、制御信号＃１を受信後、データ送信を開始するまでの時間）を把握することができる。また、端末２００は、例えば、制御信号を受信すると、制御信号インデックスから、どの制御信号を受信できたか（或いはどの制御信号を最もよい状態で受信できたか）を基地局１００へフィードバックすることができる。これにより、例えば、基地局１００は、データ信号の受信に失敗したとしても、端末２００にとって最適な送信ビーム＃１を利用してデータ信号を再送することが可能となる。具体例は後述する。
なお、図４（Ｂ）から図４（Ｅ）では、制御信号に含まれる情報として、無線パラメータ、シンボル数、制御信号インデックスの３つ全て含まれる例を説明したが、少なくとも１つ以上が含まれていればよい。
＜１．１ 実施例１における基地局と端末の構成例＞
図５は、基地局１００の構成例、図６は端末２００の構成例をそれぞれ表す図である。
図５に示すように、基地局１００は、同期信号生成部１０１、符号化部１０２、ビーム生成のための信号処理部（以下、「信号処理部」と称する場合がある。）１０３、変調部１０４、ＲＦ（Radio Frequency）部１０５、ＤＬ（Down Link）／ＵＬ（Up Link）切替部１０６、複数の送受信アンテナ（以下、「アンテナ」と称する場合がある）１０７を備える。また、基地局１００は、ＲＦ部１０８、受信電力測定部１０９、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０、復調部１１１、復号部１１２、及び送信ビーム制御部１１３を備える。
例えば、送信部は、ＲＦ部１０５とアンテナ１０７を含んでもよいし、ＲＦ部１０５を含んでもよい。また、例えば、受信部は、アンテナ１０７とＲＦ部１０８を含んでもよいし、ＲＦ部１０８を含んでもよい。
同期信号生成部１０１は、同期信号を生成し、生成した同期信号を信号処理部１０３へ出力する信号生成部である。同期信号生成部１０１は、例えば、Ｚａｄｏｆｆ－Ｓｈｕ系列などの信号系列を用いて、同期信号を生成することが可能である。
符号化部１０２は、制御情報とユーザデータとに対して誤り訂正符号化処理（以下、「符号化処理」と称する場合がある。）を施し、符号化された制御情報とユーザデータとを信号処理部１０３へ出力する。
信号処理部１０３は、同期信号、符号化された制御情報、符号化されたユーザデータに対して、例えば、デジタルビームフォーミング処理を施す。
具体的には、信号処理部１０３は、例えば、同期信号のビームスイープ送信を指示する指示信号を送信ビーム制御部１１３から受け取ると、同期信号に関し、各アンテナ１０７から送信される同期信号毎に位相が調整された同期信号を出力する。その際、信号処理部１０３は、指示信号に含まれるビームスイープ時間、方向、周期などに従って、位相が時間領域において異なる複数の同期信号を複数回連続して出力する。これにより、例えば、アンテナ１０７からは、同期信号がビームスイープ送信により送信可能となる。
また、信号処理部１０３は、例えば、制御信号のビームスイープ送信を指示する指示信号を送信ビーム制御部１１３から受け取ると、符号化された制御情報に関し、各アンテナ１０７から送信される制御信号毎に位相が調整された制御情報を出力する。その際、信号処理部１０３は、指示信号に含まれるビームスイープ時間、方向、周期などに従って、位相が時間領域において異なる複数の制御情報を複数回連続して出力する。これにより、例えば、アンテナ１０７からは、制御信号がビームスイープ送信により送信可能となる。
さらに、信号処理部１０３は、例えば、ユーザデータのビームフォーミングを指示する指示信号を送信ビーム制御部１１３から受け取ると、以下の処理を行う。すなわち、信号処理部１０３は、指示信号に含まれる方向などに従って、符号化されたユーザデータに関し、各アンテナ１０７から送信されるデータ信号毎に位相が調整されたユーザデータを出力する。これにより、例えば、アンテナ１０７からは、ビームフォーミングによって、ある方向へ向けられたデータ信号が送信可能となる。
デジタルビームフォーミング処理の具体例としては、例えば、デジタルプリコーディング処理がある。この場合、信号処理部１０３は、例えば、内部メモリにプリコーディング行列式を保持し、指示信号に対応するプリコーディング行列を読み出して、同期信号、符号化された制御情報、符号化されたユーザデータに対して適用し、位相が調整された同期信号などを出力してもよい。
変調部１０４は、信号処理部１０３から出力された、位相調整された同期信号や制御情報、ユーザデータに対して、変調処理を施し、同期信号や制御信号、データ信号をそれぞれ出力する。なお、制御信号については、例えば、変調部１０４が制御信号生成部（又は信号生成部）となり得る。
ＲＦ部１０５は、変調部１０４から出力された同期信号、制御信号、及びデータ信号に対して、ベースバンドスペクトルからアンライセンススペクトルへの周波数変換（アップコンバート）処理を行う。そのため、ＲＦ部１０５は、例えば、周波数変換回路を含む。ＲＦ部１０５は、アンライセンススペクトルの同期信号、制御信号、及びデータ信号（以下、「無線信号」と称する場合がある。）をＤＬ／ＵＬ切替部１０６へ出力する。
ＤＬ／ＵＬ切替部１０６は、ＤＬの際は、ＲＦ部１０５から出力された無線信号をアンテナ１０７へ出力し、ＵＬの際は、アンテナ１０７から出力された無線信号をＲＦ部１０８へ出力する。なお、ＤＬ方向は、基地局１００から端末２００への通信方向であり、ＵＬ方向は、端末２００から基地局１００への通信方向である。
アンテナ１０７は、例えば、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナである。以下では、アンテナ素子とアンテナとを区別しないで用いる場合がある。
また、アンテナ１０７は、ＤＬ／ＵＬ切替部１０６から出力された無線信号を端末２００へ送信する。この際、アンテナ１０７は、アンライセンス周波数帯が利用可能であることを確認後、データ信号の送信を開始する前に、位相が時間領域において異なる複数の制御信号や同期信号を複数回連続して送信する。これにより、例えば、基地局１００は、アンライセンス周波数帯において、図２（Ｂ）から図２（Ｅ）に示すビームを形成し、ビームスイープ送信により制御信号や同期信号の送信が可能となる。
さらに、アンテナ１０７は、端末２００から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号をＤＬ／ＵＬ切替部１０６へ出力する。
ＲＦ部１０８は、ＤＬ／ＵＬ切替部１０６から出力された、アンライセンススペクトルの無線信号をベースバンドスペクトルの受信信号へ変換（ダウンコンバート）する。そのため、ＲＦ部１０８は、例えば、周波数変換回路を含む。ＲＦ部１０８は、変換後の受信信号を復調部１１１と受信電力測定部１０９へ出力する。なお、ＲＦ部１０８は、ライセンススペクトルの無線信号をベースバンドスペクトルの受信信号へ変換することも可能である。
受信電力測定部１０９は、アンライセンススペクトルの受信信号の受信電力を測定する。受信電力測定部１０９は、例えば、キャリアセンス期間、受信電力を測定し、測定した受信電力をｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０へ適宜出力してもよいし、キャリアセンス期間、測定した受信電力の平均値、最大値、最小値、中央値などを出力してもよい。
ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部（又は判定部）１１０は、受信電力測定部１０９から出力された受信電力（又はアンライセンススペクトルの受信信号）に基づいて、アンライセンス周波数帯が利用可能であるか否かを判定（又は確認）する。例えば、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０は、受信電力が判定閾値以下のときは、アンライセンス周波数帯は「ｉｄｌｅ」状態と判定し、受信電力が判定閾値よりも高いときは、アンライセンス周波数帯は「ｂｕｓｙ」状態と判定する。ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０は、判定結果を、送信ビーム制御部１１３へ出力する。
復調部１１１は、受信信号に対して復調処理を施して、受信信号から制御情報やユーザデータなどを復調する。復調部１１１は、復調した制御情報やユーザデータなどを復号部１１２へ出力する。
復号部１１２は、復調した制御情報やユーザデータなどに対して誤り訂正復号処理（以下、「復号処理」と称する場合がある。）を施して、制御情報、ユーザデータ、及びビームＩＤ情報を再生する。復号部１１２は、再生した制御情報とユーザデータを他の処理部へ出力し、再生したビームＩＤ情報を送信ビーム制御部１１３へ出力する。
送信ビーム制御部（又は制御部）１１３は、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０から受け取った判定結果に基づいて、信号処理部１０３に対して指示信号を出力する。
例えば、送信ビーム制御部１１３は、“ｉｄｌｅ”状態であることを示す判定結果を得たときは、制御信号や同期信号をビームスイープ送信するよう指示する指示信号を、信号処理部１０３へ出力する。その際、送信ビーム制御部１１３は、ビームスイープ時間、方向、周期などを示す情報を指示信号に含める。
また、送信ビーム制御部１１３は、例えば、制御信号についてビームスイープ送信を指示する信号を出力後、ユーザデータに対してビームフォーミングを指示する指示信号を、信号処理部１０３へ出力する。さらに、送信ビーム制御部１１３は、制御信号に対する指示信号を出力後、所定期間内にビームＩＤを復号部１１２から受け取ったとき、ユーザデータに対してビームフォーミングを指示する指示信号を、信号処理部１０３へ出力する。
図６に示すように、端末２００は、送受信アンテナ（以下、「アンテナ」と称する場合がある。）２０１、ＤＬ／ＵＬ切替部２０２、ＲＦ部２０３、復調部２０４、復号部２０５、同期信号及び制御信号測定部２０６、最適ビーム決定部２０７を備える。また、端末２００は、ビームＩＤ通知信号生成部２０８、符号化部２０９、変調部２１０、及びＲＦ部２１１を備える。
アンテナ２０１は、基地局１００から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号をＤＬ／ＵＬ切替部２０２へ出力する。また、アンテナ２０１は、ＤＬ／ＵＬ切替部２０２から出力された無線信号を基地局１００へ送信する。
ＤＬ／ＵＬ切替部２０２は、ＤＬの際は、アンテナ２０１から出力された無線信号をＲＦ部２０３へ出力し、ＵＬの際は、ＲＦ部２１１から出力された無線信号をアンテナ２０１へ出力する。
ＲＦ部２０３は、ＤＬ／ＵＬ切替部２０２から出力された無線信号に対して周波数変換処理を施して、アンライセンススペクトルの無線信号をベースバンドスペクトルのベースバンド信号へ変換（ダウンコンバート）する。そのため、ＲＦ部２０３は、例えば、周波数変換回路を含む。ＲＦ部２０３は、変換後のベースバンド信号を復調部２０４へ出力する。
復調部２０４は、ベースバンド信号に対して復調処理を施して、制御情報、ユーザデータ、同期信号、及び制御信号を復調する。復調部２０４は、復調された制御情報、ユーザデータ、同期信号、及び制御信号を復号部２０５へ出力する。
復号部２０５は、復調された制御情報、ユーザデータ、同期信号、及び制御信号に対して、復号処理を施して、制御情報、ユーザデータ、同期信号、及び制御信号をそれぞれ再生する。復調部２０４は、再生された制御情報とユーザデータを他の処理部へ出力し、再生された同期信号と制御信号を同期信号及び制御信号測定部２０６へ出力する。
同期信号及び制御信号測定部２０６は、例えば、ビームスイープ送信で送信された複数の制御信号や同期信号を測定し、ビーム毎の測定結果を最適ビーム決定部２０７へ出力する。同期信号及び制御信号測定部２０６は、例えば、制御信号や同期信号の受信電力を測定する。
最適ビーム決定部２０７は、制御信号や同期信号に関し、複数の測定結果の中から最適なビームを決定する。そして、最適ビーム決定部２０７は、決定した最適ビームの情報をビームＩＤ通知信号生成部２０８へ出力する。例えば、最適ビーム決定部２０７は、複数の測定結果の中から最大受信電力を有するビームを最適なビームとして決定する。この場合、測定結果には、制御信号については、制御信号インデックス（例えば図４（Ｂ）から図４（Ｅ））が含まれているため、最適ビーム決定部２０７はこれを利用して最適なビームを決定してもよい。同期信号についても、例えば、制御信号インデックスと同様に、ビーム毎に、異なる同期信号インデックスが含まれているため、最適ビーム決定部２０７はこれを利用して最適なビームを決定してもよい。
ビームＩＤ通知信号生成部２０８は、最適ビームの情報に基づいて、最適なビームのビームＩＤ情報を含むビームＩＤ通知信号を生成する。ビームＩＤ通知信号生成部２０８は、生成したビームＩＤ通知信号を符号化部２０９へ出力する。
符号化部２０９は、ビームＩＤ通知信号、制御情報、及びユーザデータに対して符号化処理を施し、符号化されたビームＩＤ通知信号、制御情報、及びユーザデータを変調部２１０へ出力する。
変調部２１０は、符号化されたビームＩＤ通知信号、制御情報、及びユーザデータに対して変調処理を施し、変調後のビームＩＤ通信信号、制御信号、及びデータ信号をＲＦ部２１１へ出力する。
ＲＦ部２１１は、制御信号とデータ信号に対して、アンライセンススペクトルへの周波数変換処理を施し、ベースバンドスペクトルの信号を、アンライセンススペクトルへの無線信号へ変換（アップコンバート）する。また、ＲＦ部２１１は、ビームＩＤ通知信号を、ライセンススペクトルへの周波数変換処理を行うことで、ベースバンドスペクトルのビームＩＤ通知信号を、ライセンススペクトルの無線信号へ変換する（アンプコンバート）する。そのため、ＲＦ部２１１は、例えば、周波数変換回路を含む。ＲＦ部２１１は、無線信号をＤＬ／ＵＬ切替部２０２へ出力する。
＜１．２ 実施例１の動作例＞
＜１．２．１ シーケンス例＞
図７（Ａ）から図７（Ｄ）は実施例１におけるシーケンス例を表す図である。
図７（Ａ）に示すように、基地局１００は、アンラインセンススペクトルにおいてキャリアセンスを行う（Ｓ１０）。例えば、受信電力測定部１０９において、アンライセンススペクトルの受信電力を測定し、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０において、測定結果を判定することでキャリアセンスを行う。
次に、基地局１００は、キャリアセンスにより、アンライセンススペクトルについて“ｉｄｌｅ”状態を確認すると（Ｓ１１）、同期信号について、ビームスイープ送信を行う（Ｓ１２）。同期信号のビームスイープ送信も、図２（Ｂ）から図２（Ｅ）に示す場合と同様に、基地局１００は、順次異なる方向へ向かうビームを形成して、同期信号を送信する。例えば、基地局１００は、以下の処理を行う。
すなわち、送信ビーム制御部１１３は、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０から“ｉｄｌｅ”状態の判定結果を得ると、同期信号に対してビームスイープ送信を指示する指示信号を信号処理部１０３に出力する。信号処理部１０３は、指示信号に従って、同期信号に対して位相調整を行うことで、アンテナ１０７から同期信号がビームスイープにより送信される。この際、信号処理部１０３は、プリコーディング行列を利用して位相調整を行うようにしてもよい。
図７（Ｂ）に示すように、端末２００は、ビームスイープ送信された同期信号に基づいて、ビームを測定する（Ｓ１３）。そして、端末２００は、測定したビームの中から最適なビームのビームＩＤ情報を、ライセンススペクトルを利用して基地局１００へ送信する（Ｓ１４）。
図８（Ａ）と図８（Ｂ）は、アンライセンススペクトルとライセンススペクトルの関係例を表す図である。図８（Ａ）に示すように、基地局１００は、アンライセンススペクトルについてキャリアセンスを行った後、アンライセンススペクトルを利用して同期信号をビームスイープ送信する。また、図８（Ｂ）に示すように、端末２００は、その中から最適なビームを選択して、ライセンススペクトルを利用して、ビームＩＤ情報を送信する。例えば、端末２００は、以下の処理を行う。
すなわち、同期信号及び制御信号測定部２０６は、複数の同期信号の各々の受信電力を測定する。最適ビーム決定部２０７は、複数の同期信号の中から最大受信電力の同期信号を有するビームを決定し、そのビームのビームＩＤ情報を生成する。ビームＩＤ通知信号生成部２０８は、ビームＩＤ情報を含むビームＩＤ通知信号を生成し、基地局１００へ送信する。この際、ＲＦ部２１１は、ベースバンド帯域のビームＩＤ通知信号をライセンススペクトルへ周波数変換を行うことで、基地局１００は、ライセンススペクトルのビームＩＤ通知信号を基地局１００へ送信することが可能となる。
図７（Ａ）に戻り、次に、端末２００向けのデータが発生したとき（Ｓ１５）、基地局１００は、アンライセンススペクトルについて、キャリアセンスを行う（Ｓ１６）。例えば、基地局１００が他の通信装置などから端末２００向けデータを受信することで、端末２００向けデータが発生してもよい。
次に、基地局１００は、アンライセンススペクトルについて“ｉｄｌｅ”状態を確認すると（Ｓ１７）、制御信号について、ビームスイープ送信を行う（Ｓ１８）。例えば、基地局１００では、以下の処理を行う。
すなわち、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０は、アンライセンススペクトルについて、“ｉｄｌｅ”状態との判定結果を送信ビーム制御部１１３へ出力する。送信ビーム制御部１１３は、この判定結果を受けて、制御信号のビームスイープ送信についての指示信号を信号処理部１０３へ出力する。信号処理部１０３は、指示信号を受けて、制御信号に対して位相調整を行うことで、制御信号のビームスイープ送信が可能となる。
なお、制御情報は、例えば、所定の情報量ごとに、シンボル数と制御信号インデックスとが含まれる。変調部１０４での変調処理により、所定の情報量ごとに制御情報が１つの信号シンボルに割り当てられる。これにより、例えば、制御信号ごとに、シンボル数と制御信号インデックスが含まれることになる。
このとき、図７（Ｃ）に示すように、無線ＬＡＮ基地局３００は、無線ＬＡＮ接続端末向けのデータが発生し（Ｓ２０）、基地局１００と同じアンライセンススペクトルについてキャリアセンスを行うものとする（Ｓ２１）。この場合、無線ＬＡＮ基地局３００では、基地局１００が送信した信号を受信するため、キャリアセンスの結果、アンライセンススペクトルについては“ｂｕｓｙ”状態であることを確認する（Ｓ２２）。このため、無線ＬＡＮ基地局３００は、データ信号の送信を保留する。
一方、基地局１００は、制御信号をビームスイープで送信後、受信したビームＩＤ情報（Ｓ１４）に従って、そのビームＩＤ情報に対応するビームを形成して、データ信号を送信する（Ｓ１９）。例えば、基地局１００は、以下の処理を行う。
すなわち、送信ビーム制御部１１３は、復号部１１２からビームＩＤ情報を受け取ると、一旦、内部メモリに保持し、制御信号のビームスイープ送信（Ｓ１８）終了後に、内部メモリからビームＩＤ情報を読み出す。そして、送信ビーム制御部１１３は、ユーザデータに対してビームフォーミングを指示する指示信号を信号処理部１０３へ出力する。この際、送信ビーム制御部１１３は、ビームＩＤ情報を含む指示信号を出力する。信号処理部１０３は、指示信号を受け取ると、指示信号に含まれるビームＩＤ情報に対応するビームを形成するように、ユーザデータに対して位相調整を行う。この場合、信号処理部１０３は、ビームＩＤ情報に対応するプリコーディング行列を用いて位相調整を行うようにしてもよい。
端末２００は、制御信号（Ｓ１８）の受信に成功し、データ信号（Ｓ１９）の受信に失敗したとき、ビームスイープ送信で形成された複数のビームの中から最適なビームのビームＩＤを基地局１００へ送信する（Ｓ３０，Ｓ３１）。
例えば、基地局１００では、データ信号の送信に利用するビームは、端末２００が最適としてフィードバックしたビームＩＤ情報（Ｓ１４）に従って形成する。しかし、端末２００は、ビームＩＤを送信後（Ｓ１４）、データ信号を受信（Ｓ１９）までの間に移動する場合もある。この移動によって、データ信号の際に形成されたビームが端末２００によって最適でない場合もある。このとき、端末２００は、制御信号の受信に成功するものの、データ信号の受信に失敗する場合がある。そこで、端末２００は、ビームスイープ送信で送信された複数の制御信号の中から最適な制御信号の制御信号インデックス（例えば図４（Ｂ）から図４（Ｅ））を、基地局１００へ送信する。基地局１００は、この制御信号インデックスに基づいて、端末２００に最適なビームを形成し、データ信号の再送を行うことになる。
例えば、端末２００は、以下の処理を行う。すなわち、同期信号及び制御信号測定部２０６は、受信した複数の制御信号の各々の受信電力を測定し、内部メモリに、制御信号インデックスとともに測定結果を保持する。その後、復号部２０５は、ユーザデータを復号する際に正常に復号できたかを確認し、正常に復号できなかったとき、その旨を示す信号を、同期信号及び制御信号測定部２０６へ出力する。同期信号及び制御信号測定部２０６は、その信号を受け取ると、内部メモリから制御信号インデックスと測定結果とを読み出し、最適ビーム決定部２０７へ出力する。最適ビーム決定部２０７は、測定結果の中から最適な制御信号の制御信号インデックスを決定し、決定した制御信号インデックスをビームＩＤ通知信号生成部２０８へ出力する。ビームＩＤ通知信号生成部２０８は、制御信号インデックスを含むビームＩＤ通知信号を生成し、基地局１００へ送信する。
この際も、端末２００は、Ｓ１４と同様に、ライセンススペクトルを利用して、ビームＩＤ情報を送信する（例えば、図８（Ｂ））。
一方、無線ＬＡＮ基地局３００は、制御信号のビームスイープ送信（Ｓ１８）により、“ｂｕｓｙ”状態を確認すると（Ｓ２２）、再度、キャリアセンスを行う（Ｓ２３）。無線ＬＡＮ基地局３００は、アンライススペクトルについて、“ｉｄｌｅ”状態を確認すると（Ｓ２４）、データ信号を、無線ＬＡＮ基地局への接続端末４００へ送信することが可能となる（Ｓ２５）。
＜１．２．２ 基地局装置の動作例＞
図９は、基地局１００の動作例を表すフローチャートである。図７（Ａ）に示すシーケンス例と同一の処理は同一の符号が付されている。重複した説明もあるため簡単に説明する。
基地局１００は、処理を開始すると（Ｓ４０）、アンライセンススペクトルでキャリアセンスを行い（Ｓ１０）、“ｉｄｌｅ”状態であるか否かを判定する（Ｓ４１）。アンライセンススペクトルが“ｉｄｌｅ”状態ではないとき（又は“ｂｕｓｙ”状態のとき）（Ｓ４１でＮｏ）、再度、キャリアセンスを行う（Ｓ１０）。
基地局１００は、アンライセンススペクトルが“ｉｄｌｅ”状態のとき（Ｓ４１でＹｅｓ）、そのアンライセンススペクトルを利用して、同期信号をビームスイープ送信する（Ｓ１２）。
次に、基地局１００は、同期信号のビームスイープ送信（Ｓ１２）に対して、端末２００から最適なビームＩＤ情報を受信する（Ｓ４２）。
次に、基地局１００は、アンライセンススペクトルでキャリアセンスを行い（Ｓ１６）、“ｉｄｌｅ”状態であるか否かを判定する（Ｓ４３）。アンライセンススペクトルが“ｉｄｌｅ”状態ではないとき（又は“ｂｕｓｙ”状態のとき）（Ｓ４３でＮｏ）、基地局１００は、再度、キャリアセンスを行う（Ｓ１６）。
一方、基地局１００は、アンライセンススペクトルが“ｉｄｌｅ”状態のとき（Ｓ４３でＹｅｓ）、制御信号をビームスイープ送信し（Ｓ１８）、データ信号を端末２００へ送信する（Ｓ１９）。
次に、基地局１００は、最適なビームのビームＩＤを受信すると（Ｓ４４でＹｅｓ）、受信したビームＩＤ情報に対応するビームを利用してデータを再送する（Ｓ４５）。そして、基地局１００は、一連の処理を終了する（Ｓ４６）。
一方、基地局１００は、ビームＩＤを受信しないとき（Ｓ４４でＮｏ）、データ再送を行うことなく、一連の処理を終了する（Ｓ４６）。
このように、本実施例１では、制御信号のビームスイープ送信（Ｓ１８）により、無線ＬＡＮ基地局３００では、キャリアセンスにより、アンライセンススペクトルについて、“ｂｕｓｙ”状態を検出するため、データ信号の送信を保留する。よって、基地局１００からのデータ信号（Ｓ１９）と、無線ＬＡＮ基地局からの信号とが衝突することがなく、無線通信システム１０では、隠れ端末問題の発生頻度を減少させることが可能となる。
また、基地局１００が、ビームスイープ送信する対象として、制御信号を用いていることで、例えば、隠れ端末問題に対する対応と無線パラメータの送信とが１つの信号で兼用させることが可能となる。そのため、これら２つを別々の信号で別々に送信する場合と比較して、本実施例１では、無線区間における信号のオーバーヘッドがなくなり、ユーザデータの送信について、スループットの向上を図ることができる。
＜２ 実施例２＞
図１０（Ａ）は実施例２における信号の具体例を表す図である。
図１０（Ａ）に示すように、基地局１００は、アンライセンススペクトルにおいて、キャリアセンスを行い、“ｉｄｌｅ状態”を確認後、データ信号送信開始前に、制御信号を送信し、その後、パイロット信号（または、参照信号（Reference Signal））をビームスイープ送信する。すなわち、基地局１００は、ビーム＃１を形成して、パイロット＃１を送信し、次に、ビーム＃２を形成して、パイロット信号＃２を送信する。以降、基地局１００は、ビーム＃３，＃４を形成し、パイロット信号＃３，＃４を順次送信する。ビーム＃１～＃４は、例えば、図２（Ｂ）から図２（Ｅ）にそれぞれ対応する。
図１０（Ｂ）から図１０（Ｅ）は、パイロット信号に含まれる情報の例を表す図である。パイロット信号は、例えば、所定の符号列パラメータ（又は変数）を利用して疑似ランダム系列などの信号系列を用いて生成される信号である。本第実施例２では、各パイロット信号の符号列に関するパラメータがビームＩＤと関連付けられ、そのような関連付けられた符号列パラメータを用いて、パイロット信号＃１～＃４が生成される例である。
なお、パイロット信号の信号シンボル数は、例えば、制御信号に含まれてもよいし、制御信号送信前に事前に端末２００へ通知されていてもよい。図１０（Ａ）の例では、パイロット信号の信号シンボル数は「４」であるが、「２」以上であればどのような数であってもよい。
また、以下においては、パイロット信号と参照信号とを区別しないで用いる場合がある。
＜２．１ 実施例２における基地局と端末の構成例＞
図１１は、実施例２おける基地局１００の構成例である。基地局１００は、更に、同期信号及びパイロット信号生成部１２０を備える。
同期信号及びパイロット信号生成部１２０は、同期信号とパイロット信号とを生成し、生成したこれらの信号を信号処理部１０３へ出力する信号生成部である。例えば、同期信号及びパイロット信号生成部１２０は、以下のようにして、各パイロット信号＃１～＃４を生成する。
すなわち、同期信号及びパイロット信号生成部１２０は、ビーム＃１に関連した符号列パラメータを用いて、疑似ランダム系列などの信号系列を生成することで、ビーム＃１で送信されるパイロット信号を生成する。同様に、同期信号及びパイロット信号生成部１２０は、ビーム＃２に関連した符号列パラメータを利用して、ビーム＃２で送信されるパイロット信号を生成する。以降、同期信号及びパイロット信号生成部１２０は、パイロット信号＃３，＃４も、ビーム＃３，＃４にそれぞれ関連した符号化パラメータで各パイロット信号を生成する。
送信ビーム制御部１１３では、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０から“ｉｄｌｅ”状態の判定結果を得ると、パイロット信号のビームスイープ送信を指示する指示信号を信号処理部１０３へ出力する。
信号処理部１０３は、例えば、パイロット信号のビームスイープ送信を指示する指示信号を受け取ると、パイロット信号に関し、各アンテナ１０７から送信されるパイロット信号毎に位相が調整されたパイロット信号を出力する。その際、信号処理部１０３は、指示信号に含まれるビームスイープ時間、方向、周期などに従って、位相が時間領域において異なる複数のパイロット信号を複数回連続して出力する。これにより、例えば、アンテナ１０７からは、パイロット信号がビームスイープ送信により送信可能となる。
図１２は、実施例２における端末２００の構成例である。端末２００は、更に、同期信号及びパイロット信号測定部２２０を備える。
例えば、復号部２０５は、以下のようにして、復号後のパイロット信号から、ビームＩＤを抽出する。すなわち、復号部２０５は、復号後のパイロット信号に対して、複数の符号列パラメータを順次適用して、所定値を得たときは、その符号列パラメータが、生成時に用いた符号列パラメータであるとして、その符号列パラメータを抽出する。そして、復号部２０５は、抽出した符号化パラメータから、ビームＩＤを抽出する。復号部２０５は、抽出したビームＩＤと、復号後のパイロット信号とを、同期信号及びパイロット信号測定部２２０へ出力する。
同期信号及びパイロット信号測定部２２０は、例えば、ビームスイープ送信で送信された複数のパイロット信号を測定し、ビーム毎の測定結果を最適ビーム決定部２０７へ出力する。例えば、同期信号及びパイロット信号測定部２２０は、パイロット信号の受信電力を測定結果としてもよい。この場合、同期信号及びパイロット信号測定部２２０は、復号部２０５から受け取ったビームＩＤとその測定結果とを、最適ビーム決定部２０７へ出力する。
最適ビーム決定部２０７は、複数の測定結果の中から最適なビームを決定し、決定した最適ビームのビームＩＤをビームＩＤ通知信号生成部２０８へ出力する。例えば、実施例１と同様に、最大受信電力のパイロット信号を送信したビームが最適なビームであるとして、最適ビーム決定部２０７は、そのビームのビームＩＤを出力してもよい。
ビームＩＤ通知信号生成部２０８は、最適なビームのビームＩＤをビームＩＤ情報として含むビームＩＤ通知信号を生成し、生成したビームＩＤ通知信号を基地局１００へ向けて送信する。
＜２．２ 実施例２の動作例＞
＜２．２．１ シーケンス例＞
図１３（Ａ）から図１３（Ｄ）は実施例２におけるシーケンス例を表す図である。図１３（Ａ）から図１３（Ｄ）において、実施例１と同一の処理には同一の番号が付されている。
基地局１００は、アンライセンススペクトルでキャリアセンスを行い（Ｓ１６）、“ｉｄｌｅ”状態を確認すると（Ｓ１７）、制御信号を送信する（Ｓ５０）。例えば、基地局１００は、以下の処理を行う。
すなわち、送信ビーム制御部１１３は、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０から“ｉｄｌｅ”状態を示す判定結果を受け取ると、制御情報を変調部１０４へそのまま出力することを指示する指示信号を信号処理部１０３へ出力する。信号処理部１０３は、この指示信号を受け取ると、符号化された制御情報をとくに処理を行うことなくそのまま変調部１０４へ出力する。これにより、アンテナ１０７からは制御信号が送信可能となる。
次に、基地局１００は、パイロット信号をビームスイープ送信する（Ｓ５１）。例えば、基地局１００は、以下の処理を行う。
すなわち、送信ビーム制御部１１３は、制御情報に対する指示信号を出力後、パイロット信号のビームスイープ送信を指示する指示信号を、信号処理部１０３へ出力する。送信ビーム制御部１１３は、ビームスイープ時間、方向、周期などを含む指示信号を出力する。信号処理部１０３は、この指示信号を受け取ると、ビームスイープ時間、方向、周期などに従って、パイロット信号に対して位相調整を行うことで、パイロット信号に対するビームスイープ送信が可能となる。位相調整は、実施例１と同様に、プリコーディング行列が用いられてもよい。
一方、無線ＬＡＮ基地局３００では、無線ＬＡＮ接続端末向けデータの発生により（Ｓ２０）、アンライセンススペクトルでのキャリアセンスを行い（Ｓ２１）、基地局１００からビームスイープ送信された信号を検知する。これにより、無線ＬＡＮ基地局３００は、アンライセンススペクトルにおいて“ｂｕｓｙ”状態を確認し（Ｓ２２）、再度、キャリアセンスを行う（Ｓ２３）。無線ＬＡＮ基地局３００は、信号の送信を保留する。よって、本実施例２でも、端末２００において、基地局１００からの信号と無線ＬＡＮ基地局３００からの信号の衝突は発生することはなく、アンライセンス周波数帯での隠れ端末問題の発生頻度を減少させることができる。
端末２００では、実施例１と同様に、パイロット信号（Ｓ５１）の受信に成功し、データ信号の受信に失敗したとき、パイロット信号に基づいて最適なビームのビームＩＤを基地局１００へ送信する（Ｓ３０，Ｓ３１）。これにより、例えば、基地局１００は、端末２００に対して、最適なビーム方向のビームを形成して、データ信号を再送することが可能となる。
例えば、端末２００は、以下の処理を行う。すなわち、同期信号及びパイロット信号測定部２２０は、複数のパイロット信号の受信電力を測定し、その測定結果を最適ビーム決定部２０７へ出力する。最適ビーム決定部２０７は、最大受信電力など、最適な測定結果を有するパイロット信号のビームＩＤを、最適ビームとして決定し、ビームＩＤ通知信号生成部２０８へ出力する。なお、ＲＦ部２１１は、変調後のビームＩＤ通知信号について、ベースバンドスペクトルからライセンススペクトルへ変換する。これにより、実施例１と同様に、ビームＩＤ情報がライセンススペクトルを利用して送信される。
図１４は、実施例２における基地局１００の動作例を表すフローチャートである。図１４において、実施例１（例えば図９）や図１３（Ａ）と同一の処理部分には同一の符号が付されている。
図１４に示すように、基地局１００は、アンライセンススペクトルについて、キャリアセンスを行い（Ｓ１６）、“ｉｄｌｅ”状態を確認後（Ｓ４３でＹｅｓ）、データ信号の送信を開始する前に、制御信号を送信し、パイロット信号をビームスイープ送信する（Ｓ５０，Ｓ５１）。
本実施例２では、ビームスイープ送信対象の信号を、ビーム測定用のパイロット信号としている。このため、基地局１００は、隠れ端末問題の解消とともに、最適なビームのビームＩＤ情報を取得することが可能となる。そのため、これら２つを別々の信号で別々に送信する場合と比較して、本実施例２では、無線区間における信号のオーバーヘッドが少なくなり、ユーザデータの送信について、スループットが向上する。
＜３ 実施例３＞
図１５（Ａ）は実施例３における信号の具体例を表す図である。
図１５（Ａ）に示すように、基地局１００は、アンライセンススペクトルにおいて、キャリアセンスを行い、“ｉｄｌｅ状態”を確認後、データ信号送信開始前に、パイロット信号をビームスイープ送信する。一方、基地局１００は、データ信号送信開始前に、ライセンススペクトルを利用して、制御信号を送信する。このように、実施例３では、基地局１００は、アンライセンススペクトルで、パイロット信号をビームスイープ送信し、ライセンススペクトルで、制御信号を送信する。
なお、例えば、パイロット信号＃１～＃４は、実施例２と同様に、図１０（Ｂ）から図１０（Ｅ）にそれぞれ示され、各ビーム＃１～＃４は、図２（Ｂ）から図２（Ｅ）にそれぞれ示される。
パイロット信号の信号シンボル数は、例えば、実施例２と同様に、制御信号に含まれてもよいし、制御信号送信前に事前に端末２００へ通知されていてもよい。また、図１５（Ａ）の例では、パイロット信号の信号シンボル数は「４」であるが、「２」以上であればどのような数であってもよい。
実施例３における基地局１００と端末２００の構成例は、例えば、実施例２と同様に、図１１と図１２にそれぞれ示される。この場合、例えば、基地局１００のＲＦ部１０５は、制御信号に対しては、ベースバンドスペクトルからライセンススペクトルへ周波数変換し、パイロット信号やデータ信号、同期信号などは、ベースバンドスペクトルからアンライセンススペクトルへ周波数変換する。端末２００のＲＦ部２０３も、制御信号に対しては、ライセンススペクトルからベースバンドスペクトルまで周波数変換し、パイロット信号やデータ信号、同期信号などに対しては、アンライセンススペクトルからベースバンドスペクトルまで周波数変換する。
図１６（Ａ）から図１６（Ｄ）は、実施例３における動作例を表すフローチャートである。図１６（Ａ）から図１６（Ｄ）において、実施例１や実施例２と同一の処理部分には同一の符号が付されている。
図１６（Ａ）に示すように、基地局１００は、データ信号送信前に制御信号を端末２００へ送信する（Ｓ７０）。図１６（Ａ）の例では、基地局１００は、アンライセンススペクトルにおいてキャリアセンスを行っているときに（Ｓ１６）、制御信号を送信している。
基地局１００は、キャリアセンスで“ｉｄｌｅ”状態を確認すると（Ｓ１７）、パイロット信号のビームスイープ送信を行う（Ｓ７１）。以降は、実施例１や実施例２と同様である。
図１７は、基地局１００における動作例を表すフローチャートである。基地局１００は、キャリアセンスを行っているときに（Ｓ１６）、ライセンススペクトルで制御信号を送信し（Ｓ７０）、“ｉｄｌｅ”状態を確認している（Ｓ４３）。そして、基地局１００は、“ｉｄｌｅ”状態のとき（Ｓ４３でＹｅｓ）、パイロット信号をビームスイープ送信する（Ｓ７１）。
実施例３においても、無線ＬＡＮ基地局３００では、ビームスイープで送信された信号の検出により、“ｂｕｓｙ”状態を確認し（Ｓ２２）、信号の送信を行わない。そのため、実施例３においても隠れ端末問題の発生頻度を減少させることができる。
また、実施例３でも、ビームスイープ送信対象の信号を、ビーム測定用のパイロット信号としている。このため、実施例２と同様に、無線区間における信号のオーバーヘッドが少なくなり、ユーザデータの送信について、スループットを向上させることが可能となる。
さらに、実施例３では、基地局１００は、ライセンススペクトルを利用して制御信号を送信する。そのため、実施例２と比較して、アンライセンススペクトルの利用効率が向上し、データ信号の送信時間を長くすることができ、アンライセンススペクトルでのスループット向上を図ることが可能となる。
＜４ 実施例４＞
図１８は、実施例４における信号の具体例を表す図である。
図１８に示すように、実施例４では、基地局１００は、アンライセンススペクトルで、キャリアセンスを行い、“ｉｄｌｅ”状態確認後、パイロット信号をビームスイープ送信する。その後、基地局１００は、制御信号を送信し、データ信号を送信する。
この場合、基地局１００は、無線ＬＡＮ基地局３００へ、アンライセンススペクトルでの信号が行われていることを気付かせることだけを目的として、パイロット信号をビームスイープ送信する。そのため、実施例４では、例えば、実施例２や実施例３（例えば図１０（Ｂ）から図１０（Ｅ））のように、各パイロット信号にＩＤ情報などを関連付けさせることはなく、各ビームで送信されるパイロット信号は、全て同一の符号列であってもよい。
実施例４の基地局１００と端末２００の構成例は、例えば、図１１と図１２にそれぞれ示される。この場合、同期信号及びパイロット信号生成部１２０では、例えば、符号列パラメータにビームＩＤを関連付けさせることもなく、同一の符号列のパイロット信号を複数回連続して出力する。
図１９は、実施例４におけるシーケンス例を表す図である。この場合、基地局１００は、アンライセンススペクトルにおいてキャリアセンスを行い（Ｓ１６）、“ｉｄｌｅ”確認後（Ｓ１７）、パイロット信号をビームスイープ送信する（Ｓ９０）。そして、基地局１００は、制御信号を送信し（Ｓ９１）、データ信号を送信する（Ｓ１９）。
図１４は、実施例４における基地局１００の動作例を表すフローチャートである。この場合、Ｓ５０，Ｓ５１に代えて、「パイロット信号をビームスイープ送信し（Ｓ９０）、制御信号を送信する（Ｓ９１）」とすればよい。
実施例４においても、無線ＬＡＮ基地局３００では、ビームスイープで送信された信号の検出により、“ｂｕｓｙ”状態を確認し（Ｓ２２）、信号を送信しない。そのため、実施例４においても隠れ端末問題の発生頻度を減少させることができる。
＜５ 実施例５＞
図２０は、実施例５における信号の具体例を表す図である。
実施例４では、アンライセンススペクトルを利用してパイロット信号と制御信号とを送信したが、実施例５では、アンライセンススペクトルを利用してパイロット信号を送信し、ライセンススペクトルを利用して制御信号を送信する例である。
実施例５においても、基地局１００は、アンライセンススペクトルにおいてキャリアセンスを行い、“ｉｄｌｅ”状態確認後、パイロット信号をビームスイープ送信する。この場合、実施例４と同様に、基地局１００は、アンライセンススペクトルでの信号が行われていることを気付かせることだけを目的として、パイロット信号をビームスイープ送信する。そのため、基地局１００は、各パイロット信号にＩＤ情報などを関連付けさせることはなく、各ビームで送信されるパイロット信号は、全て同一の符号列であってもよい。
実施例５の基地局１００と端末２００の構成例は、例えば、実施例４と同様に、図１１と図１２にそれぞれ示される。
図２１は、実施例５におけるシーケンス例を表す図である。この場合、基地局１００は、アンライセンススペクトルにおいてキャリアセンスを行い（Ｓ１６）、“ｉｄｌｅ”確認後（Ｓ１７）、パイロット信号をビームスイープ送信する（Ｓ１００）。また、基地局１００は、パイロット信号をビームスイープ送信しているときに、ライセンススペクトルを利用して制御信号を送信する（Ｓ１０１）。制御信号は、例えば、無線パラメータが含まれているため、基地局１００は、データ信号送信前に、制御信号を送信すればよい。
実施例５においても、無線ＬＡＮ基地局３００では、ビームスイープで送信された信号の検出により、“ｂｕｓｙ”状態を確認し（Ｓ２２）、信号を送信しないため、アンライセンススペクトルにおける隠れ端末問題の発生頻度を減少させることができる。
［他の実施の形態］
図２２（Ａ）から図２２（Ｆ）は、他の実施の形態の例を表す図である。
本他の実施の形態では、データ信号の送信の時間長が閾値以上になるとき、再度、ビームスイープ送信する例である。
例えば、基地局１００は、ビームフォーミングにより、ある方向へ向けてデータ信号を送信し、ビームを形成する（図２２（Ｆ））。仮に、無線ＬＡＮ基地局３００が図２２（Ｂ）の方向に存在する場合、図２２（Ｆ）の方向へのデータ信号の送信により、無線ＬＡＮ基地局３００は、データ信号を検出することはできない。この場合、データ信号の送信時間が長くなればなるほど、無線ＬＡＮ基地局３００では、その間にキャリアセンスが行われ、“ｉｄｌｅ”状態と判定される可能性が高くなる。
そこで、基地局１００は、上述したように、データ信号の送信時間が閾値以上になると、データ信号の送信を中断して、再度、信号をビームスイープ送信する。例えば、図５や図１１に示す信号処理部１０３では、ユーザデータの送信時間をカウントし、カウントした送信時間が閾値以上になると、再度、制御信号やパイロット信号に対するビームスイープ送信を行い、その後、データ信号の送信を再開する。
このように、基地局１００は、再度、信号をビームスイープ送信することにより、データ信号の送信時間が閾値以上となって、無線ＬＡＮ基地局３００において“ｉｄｌｅ”状態と判定されることを防止することが可能となる。そのため、基地局１００と無線ＬＡＮ基地局３００による信号の衝突の頻度が少なくなり、隠れ端末問題の発生頻度を少なくすることが可能となる。
図２３（Ａ）は基地局１００、図２３（Ｂ）は端末２００のハードウェア構成例をそれぞれ表す図である。
基地局１００は、更に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３２、メモリ１３３、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１３４、送信無線部（又は送信部）１３５、受信無線部（又は受信部）１３６、分岐回路１３７を備える。
ＣＰＵ１３１は、ＲＯＭ１３２に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、符号化部１０２、信号処理部１０３、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０、復号部１１２、送信ビーム制御部１１３、及び同期信号及びパイロット信号生成部１２０の機能を実現する。ＣＰＵ１３１は、例えば、第１の実施の形態における符号化部１０２、信号処理部１０３、ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部１１０、復号部１１２、送信ビーム制御部１１３、及び同期信号及びパイロット信号生成部１２０に対応する。
また、ＤＳＰ１３４は、例えば、第１の実施の形態における同期信号生成部１０１、変調部１０４、復調部１１１、及び受信電力測定部１０９に対応する。さらに、送信無線部１３５は、例えば、第１の実施の形態におけるＲＦ部１０５に対応する。さらに、受信無線部１３６は、例えば、第１の実施の形態におけるＲＦ部１０８に対応する。さらに、分岐回路１３７は、例えば、第１の実施の形態におけるＤＬ／ＵＬ切替部１０６に対応する。
端末２００は、更に、ＣＰＵ２３１、ＲＯＭ２３２、メモリ２３３、ＤＳＰ２３４、送信無線部２３５、受信無線部２３６、分岐回路２３７を備える。
ＣＰＵ２３１は、ＲＯＭ２３２に記憶されたプログラムを読み出して実行することで、復号部２０５、同期信号及び制御信号測定部２０６、最適ビーム決定部２０７、ビームＩＤ通知信号生成部２０８、符号化部２０９の機能を実現する。また、ＣＰＵ２３１は、プログラムを実行することで、同期信号及びパイロット信号測定部２２０の機能を実現する。ＣＰＵ２３１は、例えば、第１の実施の形態における復号部２０５、同期信号及び制御信号測定部２０６、最適ビーム決定部２０７、ビームＩＤ通知信号生成部２０８、符号化部２０９、同期信号及びパイロット信号測定部２２０に対応する。
また、ＤＳＰ２３４は、例えば、第１の実施の形態における復調部２０４と変調部２１０に対応する。さらに、例えば、送信無線部２３５は、第１の実施の形態におけるＲＦ部２０３、受信無線部２３６は、第１の実施の形態におけるＲＦ部２１１にそれぞれ対応する。さらに、分岐回路２３７は、例えば、第１の実施の形態におけるＤＬ／ＵＬ切替部２０２に対応する。
なお、ＣＰＵ１３１，２３１に代えて、ＤＳＰやＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプロセッサやコントローラなどであってもよい。
上述した実施例１から実施例５において、基地局１００は、同期信号をビームスイープ送信する（例えば図７（Ａ）のＳ１２）例について説明した。例えば、同期信号に代えて、基地局１００は、パイロット信号や制御信号などをビームスイープ送信してもよい。
また、上述した実施の形態においては、デジタルビームフォーミングの例について説明した。例えば、デジタルビームフォーミングとアナログビームフォーミングとを組み合わせたハイブリッドビームフォーミングでもよい。この場合、アナログビームフォーミングとして、例えば、ＤＬ／ＵＬ切替部１０６とアンテナ１０７との間であって、各アンテナ１０７への配線上に、位相制御回路を備えてもよい。位相制御回路は、例えば、複数のアンテナ１０７の各々に入力されるアナログ信号の位相を制御して、ビームの指向性を制御する。ハイブリッドビームフォーミングとすることで、例えば、アナログビームフォーミングでの重み付けとプリコーディング行列とを最適化したり、コンバータやベースバンド処理回路の数も最適化したりすることが可能となる。
さらに、上述した実施の形態において、アンライセンススペクトルの例として、例えば、６０ＧＨｚ帯について説明した。アンライセンススペクトルの例としては、例えば、５ＧＨｚ帯、３７ＧＨｚ帯などであってもよい。
さらに、上述した実施の形態においては、基地局１００がビームスイープ送信を行う例について説明した。例えば、端末２００が、アンライセンススペクトルを利用して信号のビームスイープ送信を行い、端末４００や無線ＬＡＮ基地局３００に対してビームを形成するようにしてもよい。この場合、端末２００の構成例は、例えば、図５や図１１となり、基地局１００の構成例が、例えば、図６や図１２となる。この場合でも、端末２００は、信号（例えば制御信号やパイロット信号など）をビームスイープ送信することで、端末４００や無線ＬＡＮ基地局３００が、アンライセンススペクトルでキャリアセンスを行っていれば、その信号を検知して、“ｂｕｓｙ”状態と判定するはずである。そのため、端末４００や無線ＬＡＮ基地局３００は、アンライセンススペクトルでの信号の送信を保留し、基地局１００への信号と衝突することがないため、隠れ端末問題の発生頻度を減少させることが可能となる。
１０：無線通信システム １００：基地局装置
１０１：同期信号生成部
１０３：ビーム生成のための信号処理部
１０５：ＲＦ部 １０７：送受信アンテナ
１０８：ＲＦ部 １０９：受信電力測定部
１１０：ｉｄｌｅ／ｂｕｓｙ判定部 １１３：送信ビーム制御部
１２０：同期信号及びパイロット信号生成部
１３１：ＣＰＵ ２００：端末装置
２０１：送受信アンテナ ２０３：ＲＦ部
２０６：同期信号及び制御信号測定部 ２０７：最適ビーム決定部
２０８：ビームＩＤ通知信号生成部 ２１１：ＲＦ部
２２０：同期信号及びパイロット信号測定部
２３１：ＣＰＵ
３００：無線ＬＡＮ基地局
４００：無線ＬＡＮ基地局への接続端末

Claims (9)

  1. 他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、
    アンライセンス周波数帯が利用可能であるか否かを判定する判定部と、
    パイロット信号を生成する信号生成部と、
    前記アンライセンス周波数帯が利用可能である場合、データ信号の送信を開始する前に、前記アンライセンス周波数帯を利用して、位相が時間領域において異なる複数のパイロット信号を複数回連続して送信する送信部と、
    を備えることを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記送信部は、前記アンライセンス周波数帯が利用可能であることを確認後、前記データ信号の送信を開始する前に、前記アンライセンス周波数帯を利用して、制御信号を送信し、更に、位相が時間領域において異なる複数のパイロット信号を複数回連続して送信する
    ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 前記信号生成部は、前記位相が調整された複数のパイロット信号が前記送信部から送信される際に形成されるビームを、他の時間領域において形成される他のビームと識別する識別情報と関連付けられた、前記パイロット信号の符号列に関するパラメータを用いて、前記複数のパイロット信号を生成する
    ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
  4. 前記アンライセンス周波数帯が利用可能である場合、
    前記送信部は、前記データ信号の送信を開始する前に、前記アンライセンス周波数帯を利用して、位相が時間領域において異なる複数のパイロット信号を複数回連続して送信し、
    前記送信部は、前記データ信号の送信を開始する前に、前記アンライセンス周波数帯とは異なる周波数帯を利用して、制御信号を送信する
    ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
  5. 前記アンライセンス周波数帯が利用可能である場合、
    前記送信部は、前記データ信号の送信を開始する前に、前記アンライセンス周波数帯を利用して、位相が時間領域において異なる複数のパイロット信号を複数回連続して送信し、制御信号を送信する
    ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
  6. 前記信号生成部は、同一符号列の前記複数のパイロット信号を生成する
    ことを特徴とする請求項２乃至５のうちいずれか１項に記載の無線通信装置。
  7. 前記アンライセンス周波数帯とは異なる周波数帯は、ライセンス周波数帯である
    ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
  8. 第１の無線通信装置と、前記第１の無線通信装置と無線通信を行う第２の無線通信装置とを備えた無線通信システムにおいて、前記第１の無線通信装置は、アンライセンス周波数帯が利用可能であるか否かを判定する判定部と、パイロット信号を生成する信号生成部と、前記アンライセンス周波数帯が利用可能である場合、データ信号の送信を開始する前に、前記アンライセンス周波数帯を利用して、位相が時間領域において異なる複数のパイロット信号を複数回連続して送信する送信部と、
    を備えることを特徴とする無線通信システム。
  9. 判定部と、信号生成部と、送信部とを有し、他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置における無線通信方法であって、前記判定部により、アンライセンス周波数帯が利用可能であるか否かを判定し、前記信号生成部により、パイロット信号を生成し、前記送信部により、前記アンライセンス周波数帯が利用可能である場合、データ信号の送信を開始する前に、前記アンライセンス周波数帯を利用して、位相が時間領域において異なる複数のパイロット信号を複数回連続して送信する
    ことを特徴とする無線通信方法。
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