JPWO2013145047A1 - 基地局装置、移動通信システム、送信ビーム制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

一実施形態では、基地局（１）は、コードブックに基づくプリコーディングにより生成される複数の情報シンボルを処理することにより、アンテナアレイ（１６）の複数のアンテナに対応付けられた複数の時間領域信号を生成するよう構成されている。さらに、基地局（１）は、調整部（１４）及び制御部（１７）を含む。調整部（１４）は、アンテナアレイ（１６）の相関に基づいて複数の時間領域信号から形成される指向性ビーム（Ｂ１〜Ｂ４）の放射角度（θ）を調整する。制御部（１７）は、指向性ビーム（Ｂ１〜Ｂ４）の放射角度（θ）を第１の放射角度に決定するためのキャリブレーションを制御する。キャリブレーションは、放射角度を走査しながら指向性ビームを送信している間に計測された隣接セル（２００）のダウンリンク通信品質に基づいて、第１の放射角度を決定することを含む。

Description

本発明は、コードブックベースのプリコーディングを行う移動通信システムに関する。

ＭＩＳＯ（Multiple Input Single Output）、ＳＩＭＯ（Single Input Single Output）、及びＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を含むマルチアンテナ技術は、アンテナダイバーシチ、空間多重、若しくはビームフォーミング、又はこれらの組み合わせのために利用される。一部のＭＩＳＯシステム及び一部のＭＩＭＯシステムは、コードブックベースのプリコーディングを利用して、空間多重又は送信ビームフォーミングを実現する。コードブックは、量子化された複数のプリコーディング行列を含む。なお、シングル送信レイヤ（ランク１送信）の場合、プリコーディング行列は、プリコーディング・ベクトル（i.e. アンテナウエイトベクトル）である。

コードブックベースのプリコーディングは、受信局からのフィードバックの有無によって、クローズドループ・プリコーディングとオープンループ・プリコーディングに分類される。クローズドループ・プリコーディングでは、送信局は、受信局からフィードバックされるＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）を考慮してプリコーディング行列をコードブックの中から選択する。これに対して、オープンループ・プリコーディングは、受信局からフィードバックされるＰＭＩを利用しない。オープンループ・プリコーディングでは、例えば、送信局は、コードブックに含まれているプリコーディング行列をサイクリックに使用する。

コードブックに含まれる複数の量子化されたプリコーディング行列は、一般的に、メインビームの放射角度がそれぞれ異なる複数の量子化された指向性ビーム（ビームパタン）を達成する。言い換えると、各プリコーディング行列は、複数の量子化された指向性ビームのいずれかに対応する。

上述したコードブックベースのプリコーディングを利用した空間多重または送信ビームフォーミングは、基地局及び移動局を含む移動通信システムにおいても利用されている。例えば、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）のRelease 8及びRelease 9で標準化されているＬＴＥ（Long Term Evolution）は、ダウンリンクのＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）送信においてコードブックベースのプリコーディングを利用した空間多重または送信ビームフォーミングを使用する。具体的には、ＬＴＥのダウンリンク送信モード４"Closed-loop spatial multiplexing"は、クローズドループ・プリコーディングを使用するＭＩＭＯ空間多重を行う。また、ＬＴＥのダウンリンク送信モード６"Closed-loop rank-1 precoding"は、クローズドループ・プリコーディングを使用する送信ビームフォーミングを行う。

特許文献１は、コードブックベースのプリコーディングを利用した空間多重または送信ビームフォーミングを行う移動通信システムにおけるセル間干渉の抑制技術について開示している。特許文献１に記載された基地局は、隣接セルからＰＭＩ情報を受信する。隣接セルからのＰＭＩ情報は、隣接セルが使用を要請する又は使用制限を要請するプリコーディング行列に対応したＰＭＩを含む。基地局は、隣接セルからのＰＭＩ情報を考慮して、基本コードブックから選択された少なくとも１つのプリコーディング行列を含む基本コードブック・サブセットを生成する。具体的には、例えば、隣接セルによって使用制限が要請されたプリコーディング行列は、基本コードブック・サブセットから除外される。基地局は、基本コードブック・サブセットに含まれるプリコーディング行列を示すインデックス情報を移動局に送信する。そして、基地局は、基本コードブック・サブセットを用いたプリコーディングを行い、空間多重または送信ビームフォーミングを伴うダウンリンク送信を行う。つまり、特許文献１は、基本コードブックから選択されたサブセットを利用してプリコーディンを行うものであり、隣接セルに大きな干渉を与えるプリコーディング行列をサブセットから除外する。これにより、基地局の送信ビームが隣接セルに及ぼす干渉が低減される。

国際公開第２０１０／０５０６８９号

上述したように、特許文献１に開示された技術は、セル間干渉の低減のために、隣接セルから通知されたＰＭＩ情報を考慮して、基本コードブックに含まれる一部のプリコーディング行列の使用を停止することを特徴としている。特許文献１に開示された技術は、送信アンテナ数が多く、従って基本コードブックに含まれるプリコーディング行列の総数が多い場合に特に有効と考えられる。プリコーディング行列の総数が多い場合は、基地局の送信ビームの角度分解能が高いため、基地局が一部のプリコーディング行列（i.e. 一部の送信ビーム方向）の使用を停止しても、基地局が運用する自セルの通信品質（e.g. ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）、スループット、システム容量、又はカバレッジ）の低下は相対的に小さい。しかしながら、基本コードブックに含まれるプリコーディング行列の総数が少ない場合、一部のプリコーディング行列の使用を停止することは、基地局が運用する自セルの通信品質の低下を招くおそれがある。例えば、上述したＬＴＥの２×２ＭＩＭＯのケースでは、プリコーディング行列の総数はレイヤ数１のときに４個であり、レイヤ数２のときに３個である。このようにプリコーディング行列の総数が限られている場合は、基地局の送信ビームの角度分解能が低いため、一部のプリコーディング行列（i.e. 一部の送信ビーム方向）の使用を停止すると、自セルのシステム容量またはカバレッジ等の通信品質に影響を及ぼす可能性がある。

本件の発明者等は、上述した知見に基づいて、特許文献１に開示されたコードブックのサブセットを利用する手法に代えて、又は特許文献１の手法と組み合わせて用いることができる他の手法を考案した。したがって、本発明の目的の１つは、コードブックベースのプリコーディングを行う場合に、隣接セルへの干渉を低減でき且つ自セルの通信品質の低下を抑制することが可能な基地局、移動通信システム、送信ビーム制御方法、及びプログラムを提供することである。

本発明の第１の態様は、自セルを運用する基地局装置を含む。当該基地局装置は、プリコーディング部、信号処理部、調整部、及び制御部を含む。前記プリコーディング部は、複数の量子化されたプリコーディング行列を含むコードブックに基づくプリコーディングを行う。前記信号処理部は、前記プリコーディングにより生成される複数の情報シンボルを含む複数の送信シンボルを処理することにより、複数の送信アンテナに対応付けられた複数の時間領域信号を生成する。前記調整部は、前記複数の時間領域信号から前記複数の送信アンテナの相関に基づいて形成される指向性ビームの放射角度を調整する。前記制御部は、前記指向性ビームの放射角度を第１の放射角度に決定するためのキャリブレーションを制御する。ここで、前記キャリブレーションは、以下の（ａ）及び（ｂ）を含む。
（ａ）前記指向性ビームの放射角度を走査しながら前記指向性ビームを送信すること、及び
（ｂ）前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された隣接セルのダウンリンク通信品質に基づいて前記第１の放射角度を決定すること。

本発明の第２の態様は、移動通信システムを含む。当該移動通信システムは、第１及び第２のセルをそれぞれ運用する第１及び第２の基地局を含む。前記第１の基地局は、複数の量子化されたプリコーディング行列を含むコードブックに基づくプリコーディングを行うよう構成されている。また、前記第１の基地局は、前記プリコーディングにより生成される複数の情報シンボルを含む複数の送信シンボルを処理することにより、複数の送信アンテナに対応付けられた複数の時間領域信号を生成するよう構成されている。さらに、前記第１の基地局は、前記複数の時間領域信号から前記複数の送信アンテナの相関に基づいて形成される指向性ビームの放射角度を調整するよう構成されている。さらにまた、前記第１の基地局は、前記指向性ビームの放射角度を第１の放射角度に決定するためのキャリブレーションを制御するよう構成されている。ここで、前記キャリブレーションは、以下の（ａ）及び（ｂ）を含む。
（ａ）前記指向性ビームの放射角度を走査しながら前記指向性ビームを送信すること、及び
（ｂ）前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された隣接セルのダウンリンク通信品質に基づいて前記第１の放射角度を決定すること。

本発明の第３の態様は、自セルを運用する基地局装置による指向性ビーム放射角度の制御方法を含む。基地局装置は、プリコーディング部、信号処理部、及び調整部を含む。前記プリコーディング部は、複数の量子化されたプリコーディング行列を含むコードブックに基づくプリコーディングを行う。前記信号処理部は、前記プリコーディングにより生成される複数の情報シンボルを含む複数の送信シンボルを処理することにより、複数の送信アンテナに対応付けられた複数の時間領域信号を生成する。前記調整部は、前記複数の時間領域信号から前記複数の送信アンテナの相関に基づいて形成される指向性ビームの放射角度を調整する。
当該制御方法は、
（ａ）前記指向性ビームの放射角度を走査しながら前記指向性ビームを送信すること、及び
（ｂ）前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された隣接セルのダウンリンク通信品質に基づいて、前記指向性ビームの放射角度を第１の放射角度に決定すること、
を含む。

本発明の第４の態様は、上述した第３の態様に係る方法をコンピュータに行わせるためのプログラムを含む。

上述した本発明の各態様によれば、コードブックベースのプリコーディングを行う場合に、隣接セルへの干渉を低減でき且つ自セルの通信品質の低下を抑制することが可能な基地局、移動通信システム、送信ビーム制御方法、及びプログラムを提供できる。

第１の実施形態に係る移動通信システムの構成例を示す概念図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムの構成例を示す概念図である。 第１の実施形態に係るマクロ基地局の動作モードの一例を示す図である。 第１の実施形態に係るマクロ基地局の動作モードの一例を示す図である。 第１の実施形態に係るマクロ基地局による指向性ビーム放射角度のキャリブレーションの具体例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るマクロ基地局の構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るマクロ基地局による指向性ビーム放射角度のキャリブレーションの具体例を示すシーケンス図である。 第２の実施形態に係るマクロ基地局による指向性ビーム放射角度のキャリブレーションの具体例を示すシーケンス図である。 第３の実施形態に係るマクロ基地局による指向性ビーム放射角度のキャリブレーションの具体例を示すシーケンス図である。 第３の実施形態に係るマクロ基地局による指向性ビーム放射角度のキャリブレーションの具体例を示すシーケンス図である。 第４の実施形態に係るマクロ基地局による指向性ビーム放射角度のキャリブレーションの具体例を示すシーケンス図である。

以下では、具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

＜第１の実施形態＞
図１Ａ及び１Ｂは、本実施形態に係る移動通信システムの構成例を示す概念図である。本実施形態の移動通信システムは、マクロ基地局１及びピコ基地局２を含む。マクロ基地局１はマクロセル１００を運用し、ピコ基地局２はピコセル２００を運用する。マクロセル１００とピコセル２００は互いに隣接している。図１Ａ及び１Ｂに示す例では、ピコセル２００は、マクロセル１００に比べて小さいカバレッジを持ち、マクロセル１００内に配置されている。なお、マクロセル１００若しくはピコセル２００又はこれら両方は、セクタ・セルであってもよい。例えば３セクタ構成の場合、マクロセル１００は、１２０度の角度範囲をカバーするセクタ・セルであってもよい。

マクロ基地局１は、複数のアンテナを含むアンテナアレイ１６を有する。アンテナアレイ１６は、セクタ・セルとしてのマクロセル１００をカバーするために用いられてもよい。マクロ基地局１は、マクロセル１００に属する少なくとも１つの移動局（以下、マクロ移動局）とのダウンリンク通信においてＭＩＳＯ又はＭＩＭＯ伝送を行う。また、マクロ基地局１は、コードブックベースのプリコーディングを使用する。つまり、マクロ基地局１は、少なくとも一部のダウンリンク・サブキャリアに関してコードブックベースのプリコーディングを行うことにより、アンテナアレイ１６から指向性ビームを放射する。指向性ビームは、空間多重若しくは単純なビームフォーミング、又はこれらの組み合わせのために利用される。マクロ基地局１が行うコードブックベースのプリコーディングは、オープンループ若しくはクローズドループ、又はこれら両方でもよい。

マクロ基地局１が使用するコードブックは、複数の量子化されたプリコーディング行列を含む。プリコーディン行列は、サイズＮ_Ｔ×Ｎ_Ｌの行列である。ここで、Ｎ_Ｌは送信レイヤ数を意味する。また、Ｎ_Ｔは送信アンテナポート数を意味する。送信レイヤが１であるとき（Ｎ_Ｌ＝１）、プリコーディング行列は、サイズＮ_Ｔ×１のプリコーディング・ベクトル（アンテナウエイトベクトル）となる。本明細書で用いる"プリコーディング行列"の用語は、プリコーディング・ベクトルを含む。

コードブックに含まれる複数の量子化されたプリコーディング行列は、メインビームの放射角度がそれぞれ異なる複数の量子化された（離散的な）指向性ビームに対応する。指向性ビームは、特定の放射角度（放射方向）にエネルギーが集中したビームパタンである。既に述べた通り、プリコーディング行列の使用によって形成される指向性ビームは、隣接セルへの干渉を増大させるおそれがある。

図１Ａ及び１Ｂに表された例は、コードブックに含まれるプリコーディング行列の数が４である場合に、これら４つのプリコーディング行列を使用することによって形成される４つの指向性ビームＢ１〜Ｂ４を示している。例えば、１番目のプリコーディング行列＃１の使用によって指向性ビームＢ１が形成される。同様に、２番目〜４番目のプリコーディング行列＃２〜４の使用によって、指向性ビームＢ２〜Ｂ４がそれぞれ形成される。なお、図１Ａ及び１Ｂは指向性ビームＢ１〜Ｂ４のメインビームのみを示しているが、プリコーディングによって形成される指向性ビーム（ビームパタン）は、一般的に、メインビーム（メインローブ）の他にサブビーム（サイドローブ）を含む。

図１Ａの例では、指向性ビームＢ２の放射方向にピコセル２００が存在する。したがって、指向性ビームＢ２が使用される度に、言い換えと２番目のプリコーディング行列＃２が使用される度に、指向性ビームＢ２がピコセル２００にダウンリンク干渉を及ぼす。これにより、ピコセル２００のダウンリンク通信品質が低下するおそれがある。なお、コードブック・サブセットを使用し、２番目のプリコーディング行列＃２をコードブック・サブセットから除外することによって、指向性ビームＢ２がピコセル２００に及ぼすダウンリンク干渉を低減できる。しかしながら、図１Ａの例に示すように、コードブックに含まれる複数のプリコーディング行列の総数が相対的に少ない場合、複数のプリコーディング行列に対応する複数の指向性ビームの角度分解能が粗い。したがって、図１Ａに示すようなケースにおいて一部のプリコーディング行列の使用を停止することは、マクロセル１００のシステム容量またはカバレッジ等の通信品質に影響を及ぼす可能性がある。

したがって、本実施形態は、隣接セル（i.e. ピコセル２００）への干渉を低減でき且つ自セル（i.e. マクロセル１００）の通信品質の低下を抑制することが可能なマクロ基地局１による送信ビーム制御方法を提供する。なお、以下に説明される本実施形態に係る送信ビーム制御方法は、コードブック・サブセットを利用する手法に代えて、又はこれと組み合わせて利用することができる。

本実施形態に係る送信ビーム制御方法のために、マクロ基地局１は、ビーム方向調整部１４及びキャリブレーション制御部１７を含む。ビーム方向調整部１４は、アンテナアレイ１６から放射されるコードブックに基づく複数の指向性ビームの放射角度θを調整するよう構成されている。ビーム方向調整部１４は、コードブック（i.e. 複数の量子化されたプリコーディング行列）に対応する複数の量子化された指向性ビーム（e.g. ビームＢ１〜Ｂ４）の角度分解能より細かい角度分解能で放射方向θを調整できるよう構成されている。さらに、ビーム方向調整部１４は、コードブックに対応する複数の量子化された指向性ビームの放射角度θを一括して調整できるように構成されてもよい。

ビーム方向調整部１４は、例えば、アンテナアレイ１６を構成する複数のアンテナに供給される複数の時間領域信号の移相を調整可能であればよい。したがって、ビーム方向調整部１４は、例えば、複数のアンテナに対応した複数のデジタル移相器を含んでもよい。これに代えて、ビーム方向調整部１４は、複数のアンテナに対応した複数のアナログ移相器を含んでもよい。また、ビーム方向調整部１４は、複数のアンテナに供給される複数の時間領域信号に実時間遅延を与える時間遅延器を含んでもよい。また、指向性ビームの放射角度θの調整は、アンテナアレイ１６を機械的に動作することによっても達成できる。つまり、ビーム方向調整部１４は、機械式アンテナとしてのアンテナアレイ１６の駆動機構を含んでもよい。ビーム方向調整部１４は、以上に述べた複数の実装方式のうち２つ以上の組み合わせによって実装されてもよい。

キャリブレーション制御部１７は、アンテナアレイ１６からの指向性ビームの放射角度θを第１の放射角度に決定するためのキャリブレーションを制御する。マクロ基地局１は、図２Ａに示すように、 "通常通信モード（Ｓ１）"と "キャリブレーションモード（Ｓ２）"との間で切り替えて動作できるよう構成されている。通常通信モード（Ｓ１）では、マクロ基地局１は、キャリブレーションにより決定された第１の放射角度に固定された状態で、プリコーディングに従って複数の指向性ビーム（e.g. ビームＢ１〜Ｂ４）を送信する。

一方、キャリブレーションモード（Ｓ２）では、マクロ基地局１は、指向性ビームの放射角度を決定及び調整するためのキャリブレーションを行う。なお、ここで注意すべきは、キャリブレーションモード（Ｓ２）においても、さらに通常通信モード（Ｓ１）とキャリブレーションモード（Ｓ２）の切り替えが行われる間においても、マクロ基地局１は、マクロ移動局との間で通常の通信を継続できる点である。詳細は後述するが、本実施の形態に係るキャリブレーションは、コードブックの更新を必要としない。したがって、マクロ基地局１は、基地局と移動局の間の通常の通信を妨げることなく、キャリブレーション及び放射角度の調整を行うことができる。したがって、キャリブレーションモード（Ｓ２）は、図２Ｂに示されるように、通常通信モード（Ｓ１）の一部と考えることもできる。

以上に述べたことから理解されるように、マクロ基地局１は、マクロ基地局１の運用開始後であっても、いつでもキャリブレーションモード（Ｓ２）を行うことができる。例えば、キャリブレーションモードＳ１は、マクロ基地局１による周期的な決定に応じて実施されてもよい。キャリブレーションモードＳ１は、オペレータによる指示に応じて、又は隣接基地局（e.g. ピコ基地局２）からの指示又は要求に応じて非周期的に実施されてもよい。キャリブレーションモードＳ１は、マクロ基地局１が新たな隣接セル又は隣接基地局の存在を検出したことに応じて実施されてもよい。また、キャリブレーションモードＳ１は、マクロ基地局１の起動時に実施されてもよい。

キャリブレーション制御部１７は、コードブックに基づく複数の量子化された指向性ビーム（e.g. 指向性ビームＢ１〜Ｂ４）が隣接セル（i.e. ピコセル２００）に与えるダウンリンク干渉を抑制するように第１の放射角度を決定すればよい。キャリブレーションによって決定された第１の放射角度は、コードブックベースのプリコーディングを含むマクロ移動局との通常の通信動作（i.e. 通常通信モードＳ１）のために、ビーム方向調整部１４によってアンテナアレイ１６による送信に適用される。例えば、図１Ｂ）に示されているように、キャリブレーション制御部１７は、コードブックに基づく複数の指向性ビーム（ビームパタン）Ｂ１〜Ｂ４の各々のメインビームの中心方向がピコセル２００の位置している方位から逸れるように第１の放射角度を決定すればよい。

続いて以下では、第１の放射角度を決定するためのキャリブレーションの具体例について説明する。図３は、キャリブレーションの具体例を示すフローチャートである。ステップＳ１１では、マクロ基地局１は、指向性ビームをその放射角度を走査しながらアンテナアレイ１６から送信する。マクロ基地局１は、テスト信号（テストシンボル）をプリコーディングせずに送信してもよいし、コードブックに含まれる複数のプリコーディグ行列を巡回的に使用しながら送信してもよい。放射角度の走査は、ビーム方向調整部１４により行われる。さらに当該走査は、コードブック（i.e. 複数の量子化されたプリコーディング行列）に対応する複数の量子化された指向性ビーム（e.g. ビームＢ１〜Ｂ４）の角度分解能より細かい角度分解能で行われる。ここで、複数の量子化された指向性ビーム（e.g. ビームＢ１〜Ｂ４）の角度分解能とは、隣接する２つの指向性ビーム（e.g. ビームＢ１及びＢ２）の中心方向がなす角度を意味する。

ステップＳ１２では、キャリブレーション制御部１７は、指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された隣接セル（i.e. ピコセル２００）のダウンリンク通信品質に基づいて、隣接セルへの干渉を抑制可能な第１の放射角度を決定 する。具体的には、キャリブレーション制御部１７は、ピコセル２００のダウンリンク通信品質が向上するように第１の放射角度を決定すればよい。ピコセル２００のダウンリンク通信品質が相対的に良いことは、マクロセル１００の指向性ビームがピコセル２００に及ぼすダウンリンク干渉が相対的に小さいことを間接的に示していると考えられるためである。

キャリブレーション制御部１７は、放射角度の走査範囲において、ピコセル２００のダウンリンク通信品質の最大値を与える角度を第１の放射角度として決定してもよい。なお、第１の放射角度は、キャリブレーション時の指向性ビーム走査の分解能に限定されず、さらに細かい分解能に基づいて決定されてもよい。具体的には、キャリブレーション制御部１７は、ピコセル２００のダウンリンク通信品質の複数の値を補間（内挿）することで得られる最大値に対応する放射角度を第１の放射角度として決定してもよい。

ピコセル２００のダウンリンク通信品質は、ピコ基地局２又はピコセル２００に属する移動局（以下、ピコ移動局）によって取得されてもよい。例えば、マクロ基地局１は、ピコ基地局２とシグナリングを行い、ピコセル２００のダウンリンク通信品質を示す情報をピコ基地局２から受信すればよい。ダウンリンク通信品質を示す情報の受信に代えて、マクロ基地局１は、ピコ基地局２により決定された放射角度情報を受信してもよい。具体的に述べると、ピコ基地局２は、キャリブレーション時のマクロ基地局１の放射角度情報を予め受信しておき、ピコセル２００のダウンリンク通信品質が良好であった放射角度を判定し、判定した放射角度を示す情報をマクロ基地局１に返信してもよい。また、ピコ基地局２は、ピコセル２００のダウンリンク通信品質が劣悪であった放射角度を示す情報を送信してもよい。なお、マクロ基地局１の放射角度情報は、角度を明示する必要はなく、例えばキャリブレーションの実行順序を示すシーケンス番号でもよい。

ステップＳ１２で参照されるピコセル２００のダウンリンク通信品質は、様々なバリエーションが考えられる。例えば、ピコセル２００のダウンリンク通信品質は、以下に示す（ａ）〜（ｆ）のうち少なくとも１つを含む。なお、リソースブロックとは、ＬＴＥにおける無線リソース（サブキャリア及びタイムスロット）の割り当て単位であり、１リソースブロックは、１２サブキャリア（15kHz×12＝180KHz）及び７ＯＦＤＭシンボル（0.5ms）を含む。
（ａ）ピコ基地局２からピコ移動局へのダウンリンク送信ビット数；
（ｂ）ピコ基地局２からピコ移動局へのダウンリンク送信ビットレート；
（ｃ）ピコ基地局２が使用するダウンリンク無線リソース単位（e.g. リソースブロック、サブキャリア、又はタイムスロット）当たりの送信ビット数；
（ｃ）ピコ基地局２がダウンリンク送信に使用する変調方式（１シンボルあたりのビット数）；
（ｄ）ダウンリンク無線リソース（e.g. リソースブロック、サブキャリア、又はタイムスロット）の使用率、
（ｅ）ピコ移動局におけるＳＩＮＲの平均値；
（ｆ）ピコ移動局における干渉電力の平均値。

なお、ピコセル２００のダウンリンク通信品質は、ピコ基地局２を介さずにマクロ基地局１自身が取得することもできる。この場合、マクロ基地局１は、キャリブレーションを実行する際に、ピコ移動局をピコセル２００からマクロセル１００に強制的にハンドオーバさせ、ピコセル２００からマクロセル１００にハンドオーバしてきた移動局とマクロ基地局１の間のダウンリンク通信品質を"ピコセル２００のダウンリンク通信品質"とみなして用いればよい。この手法の具体例については、後述する第３の実施形態において詳細に説明する。

続いて以下では、マクロ基地局１の構成例についてより詳細に説明する。ここでは、本実施形態の適用先がＬＴＥシステムである場合を例にとって説明する。図４は、ＬＴＥの基地局としてのマクロ基地局１の構成例を示すブロック図である。図４に示されたプリコーディング部１１、リソースエレメント（ＲＥ）マッパ１２、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）部１３、ＲＦ（Radio Frequency）部１５、及びアンテナアレイ１６は、ＬＴＥ基地局が有する一般的な要素と同様とすればよい。

ＬＴＥでは、ユーザーデータを送信するＤＬＳＣＨ（Downlink Shared Channel）に対してプリコーディングが行われる。すなわち、プリコーディング部１１は、図示されていないレイヤマッパからＮ_Ｌレイヤの変調シンボルベクトルＳを受信する。シンボルベクトルＳのＮ_Ｌ個のベクトル要素の各々は、ユーザーデータに対応する変調シンボルを含む。なお、送信レイヤが１であるとき（Ｎ_Ｌ＝１）、シンボルベクトルＳは１要素のみを含む。

プリコーディング部１１は、コードブックから選択されたサイズＮ_Ｔ×Ｎ_Ｌのプリコーディング行列をシンボルベクトルＳに演算することにより、シンボルベクトルＸ１を生成する。プリコード後のシンボルベクトルＸ１の要素数は、送信アンテナポート数Ｎ_Ｔと一致する。なお、送信アンテナポートは物理アンテナに対応していなくてもよい。ＬＴＥにおいて、送信アンテナポートは、共通リファレンス信号（ＣＲＳ（cell-specific reference signal 又は common reference signals））の送信と対応付けられる。同じ共通リファレンス信号ＣＲＳを送信する複数の物理アンテナは、１つのアンテナポートに対応する。

アンテナポートごとに設けられた複数のＲＥマッパ１２は、プリコード後のシンボルベクトルＸ１をリソースエレメント（つまり、サブキャリア）にマッピングする。

リソースエレメントにマッピングされたシンボルベクトルＸ２は、リファレンスシンボル・ベクトルＲと共にＯＦＤＭ部１３に供給される。ベクトルＲは、アンテナポート数Ｎ_Ｔと同じ数の共通リファレンス信号ＣＲＳ＃１〜ＣＲＳ＃Ｎ_Ｔのシンボルを含む。プリコーディングを受けないリファレンスシンボル、つまり共通リファレンス信号ＣＲＳ＃１〜ＣＲＳ＃Ｎ_Ｔは、移動局によるチャネル推定に用いられるほか、ＰＤＳＣＨの復調のための位相および電力（振幅）のリファレンスとして用いられる。

アンテナポートごとに設けられた複数のＯＦＤＭ部１３は、周波数領域の信号、つまりシンボルベクトルＸ２及びリファレンスシンボル・ベクトルＲに対するＩＦＦＴ（inverse Fast Fourier transform）演算を行うことによって、複数の（つまりＮ_Ｔ本の）時間領域信号Ｙ（ｔ）を生成する。

ＲＦ部１５は、時間領域信号Ｙ（ｔ）に対する周波数アップコンバージョン及び増幅を行い、増幅後の信号をアンテナアレイ１６に供給する。アンテナアレイ１６は、複数のアンテナ１６１を含む。なお、各アンテナ１６１は、複数のアンテナ素子を含むサブアレイであってもよい。

さらに、図４は、ビーム方向調整部１４及びキャリブレーション制御部１７の具体例を示している。図４の例では、ビーム方向調整部１４は、複数のＯＦＤＭ部１３と複数のＲＦ部１５の間に配置された複数のデジタル移相器１４１を含む。複数のデジタル移相器１４１は、指向性ビームの放射角度θを調整するために、時間領域信号Ｙ（ｔ）に対して位相シフトを与える。なお、既に述べた通り、ビーム方向調整部１４の実装には、様々なバリエーションが存在する。例えば、ビーム方向調整部１４は、複数のアナログ移相器により構成されてもよいし、複数の時間遅延器により構成されてもよい。複数のアナログ移相器又は複数の時間遅延器は、複数のＲＦ部１５とアンテナアレイ１６の間に配置されてもよい。また、各アンテナ１６１がサブアレイである場合、複数のアナログ移相器又は複数の時間遅延器は、サブアレイ内に配置されてもよい。また、ビーム方向調整部１４は、ＯＦＤＭ部１３によるＩＦＦＴ演算の前に、周波数領域データであるシンボルベクトルＸ２及びリファレンスシンボル・ベクトルＲを位相シフトしてもよい。さらにまた、ビーム方向調整部１４は、機械式アンテナとしてのアンテナアレイ１６の駆動機構を含んでもよい。

図４のキャリブレーション制御部１７は、上述したキャリブレーションの実施のために、そしてキャリブレーションにより決定された第１の放射角度を適用するために、ビーム方向調整部１４を制御する。また、キャリブレーション制御部１７は、キャリブレーションに必要なシグナリングのために、隣接基地局（i.e. ピコ基地局２）と通信する。

上述したように、本実施形態に係るマクロ基地局１は、ビーム方向調整部１４及びキャリブレーション制御部１７を有する。ビーム方向調整部１４は、例えば、プリコーディング後の複数の送信シンボルに対する位相シフト、複数の時間領域信号の位相シフト若しくは実時間遅延、又はアンテナアレイ１６の機械的駆動を行うよう構成されている。これにより、ビーム方向調整部１４は、アンテナアレイ１６に含まれる複数のアンテナの相関に基づいて複数の時間領域信号から形成される指向性ビームの放射角度θを調整できる。

また、キャリブレーション制御部１７は、通常通信モードＳ１にて使用される指向性ビームの放射角度（i.e. 第１の放射角度）を決定するためのキャリブレーションを制御するよう構成されている。キャリブレーション制御部１７は、例えば、ピコセル２００に及ぼすダウンリンク干渉が低減されるように第１の放射角度を決定できる。言い換えると、キャリブレーション制御部１７は、例えば、コードブックに基づく複数の指向性ビーム（e.g. ビームＢ１〜Ｂ４）の各々のメインビームの中心方向がピコセル２００の位置している方位から逸れるように第１の放射角度を決定できる。

つまり、マクロ基地局１は、複数の指向性ビームが隣接セルに及ぼすダウンリンク干渉を抑制するために、コードブックに含まれる複数の量子化されたプリコーディング行列の使用を停止することを必要としない。したがって、マクロ基地局１は、コードブックベースのプリコーディングを行う場合に、隣接セル（i.e. ピコセル２００）への干渉を低減でき且つ自セル（i.e. マクロセル１００）の通信品質の低下を抑制することができる。

さらに、クローズドループ・プリコーディングの場合、コードブックの更新は、移動局にシグナルされる必要がある。したがって、基本コードブックからコードブック・サブセットを選択する手法は、基地局と移動局のシグナリングを増加させる。また、基地局と移動局が通常の通信を行なっている間にコードブックを変更することは難しい。これに対して、本実施の形態で述べたキャリブレーション及び放射角度の調整は、コードブックの更新を必要としない。したがって、マクロ基地局１は、基地局と移動局の間の通常の通信を妨げることなく、キャリブレーション及び放射角度の調整を行うことができる。つまり、本実施形態に係るキャリブレーション及び放射角度の調整は、マクロ基地局１の運用開始後であっても、周期的又は非周期的にいつでも行うことができるという利点がある。

また、本実施形態では、ビーム方向調整部１４による放射角度の調整および走査を、コードブック（i.e. 複数の量子化されたプリコーディング行列）に対応する複数の量子化された指向性ビームの角度分解能より細かい角度分解能で行うことについて説明した。これにより、複数の量子化された指向性ビームの放射方向を細かく調整でき、複数の指向性ビームの放射方向をピコセル２００の位置している方位から逸らすことが容易となる。

＜第２の実施形態＞
本実施の実施形態は、第１の実施形態で説明したキャリブレーションの具体例を示す。本実施の形態に係る移動通信システムの構成は、図１Ａ及び１Ｂに示した第１の実施形態と同様とすればよい。本実施の形態では、キャリブレーション中のピコセル２００のダウンリンク通信品質はピコ基地局２により取得される。

図５は、本実施の形態に係るキャリブレーション手順の具体例を示すシーケンス図である。ステップＳ２１では、マクロ基地局１は、キャリブレーション制御部１７による制御のもとで、放射角度θを走査しながら指向性ビームを送信する。

ステップＳ２２では、ピコ基地局２は、マクロ基地局１からキャリブレーションのための指向性ビームが送信されている間におけるピコセル２００のダウンリンク通信品質ＣＱ＿ＰＩＣＯを取得する。通信品質ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）は、放射角度θ毎に取得される。通信品質ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の取得数、取得する時間間隔、取得する角度範囲、角度分解能などは、マクロ基地局１とピコ基地局２の間のシグナリングによって適宜決定すればよい。

ステップＳ２３では、ピコ基地局２は、ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）を示す情報をマクロ基地局１に送信する。ステップＳ２３における送信は、角度毎のＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）を取得する度に行われてもよい。また、ピコ基地局２は、指向性ビームの走査が終了したことに応じて、取得した全てのＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）をまとめて送信してもよい。

ステップＳ２４では、キャリブレーション制御部１７は、マクロ基地局１の指向性ビーム放射角度θの関数としてのＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の最大値に対応する放射角度θＭＡＸを計算する。既に述べたように、放射角度θＭＡＸは、ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の複数の値（サンプル）の間の補間値（内挿値）に対応する角度であってもよい。

ステップＳ２５では、キャリブレーション制御部１７は、通常通信モードＳ１における放射角度をθＭＡＸに変更する。なお、ステップＳ２４及びＳ２５における「ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の最大値」及び「角度θＭＡＸ」は、ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の値が大きいほどピコセル２００のダウンリンク通信品質が良いことを想定している。しかしながら、キャリブレーションにおいて計測する品質指標によっては、ＣＱ＿ＰＩＣＯの値が小さいほどピコセル２００のダウンリンク通信品質が良い場合もある。このような品質指標の１つは、上述した"リソースブロックの使用率"である。リソースブロックの使用率は、ダウンリンク通信品質が良いために１シンボル当たりのビット数が多い（符号間距離の小さい）変調方式を使用できる場合に、相対的に小さくなる。したがって、リソースブロックの使用率等を使用する場合には、ステップＳ２４及びＳ２５における「ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の最大値」及び「角度θＭＡＸ」は、「ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の最小値」及び「角度θＭＩＮ」と読み替えればよい。

図６は、図５に示したキャリブレーション手順のより具体的な例を示すシーケンス図である。図６の例では、マクロ基地局１は、合計Ｎ個の放射角度θ１〜θＮで指向性ビームを送信し、Ｎ個の通信品質ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ１）〜ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θＮ）をピコ基地局２から取得する。

ステップＳ２１１−１では、マクロ基地局１は、ビーム方向調整部１４によって放射角度をθ１にセットする。例えば、ビーム方向調整部１４が複数のデジタル移相器を含む場合、ビーム方向調整部１４は、θ１に対応する位相係数を時間領域のベースバンドＯＦＤＭ信号（e.g. 図４のＹ（ｔ））に乗算すればよい。

θ１に対応する位相係数は、アンテナアレイ１６に含まれる送信アンテナ毎に異なる。例えば、アンテナアレイ１６が２アンテナアレイである場合、位相係数Ｓ（ｋ，Ｎ）は以下の式（１）及び（２）を用いて算出できる。式（１）及び（２）において、ｋはアンテナ番号(ｋ＝０，１)である。ｉは、放射角度θのインデックスである（ｉ＝１，２，・・・、Ｎ）。また、λは送信波長であり、Ｄはアンテナ間距離である。
Ｓ（ｋ，ｉ）＝ｃｏｓφ（ｋ，ｉ）＋ｊ ｓｉｎφ（ｋ，ｉ）
・・・（１）
φ（ｋ，ｉ）＝２πｋＤ ｓｉｎθｉ／λ ・・・（２）

ステップＳ２１２−１では、マクロ基地局１のキャリブレーション制御部１７は、角度変更通知をピコ基地局２に送信する。角度変更通知は、指向性ビームの放射角度θ１を示す。ステップＳ２１３−１では、マクロ基地局１は、指向性ビームを送信する。

ステップＳ２２−１では、ピコ基地局２は、ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ１）を取得する。例えば、ピコ基地局２は、角度変更通知を受信してから所定期間の間におけるピコセル２００のダウンリンク通信品質を計測すればよい。既に述べたように、ピコセル２００のダウンリンク通信品質には様々なバリエーションが存在する。例えば、ピコ基地局２は、所定期間の間におけるダウンリンク送信ビット数、又は平均送信ビットレートを取得すればよい。ダウンリンク送信ビット数（又は平均送信ビットレート）は、ピコセル２００に属する全てのピコ移動局に関して計測されてもよい。また、ダウンリンク送信ビット数、又は平均送信ビットレートは、ピコ移動局１台あたりの平均値として計算されてもよい。

ステップＳ２３−１では、ピコ基地局２は、ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ１）をマクロ基地局１に通知する。

マクロ基地局１及びピコ基地局２は、放射角度θ１に関して行った処理（Ｓ２１１−１、Ｓ２１２−１、Ｓ２１３−１、Ｓ２２−１、及びＳ２３−１）を残りの角度θ２〜θＮに関して順次行う。図６のステップＳ２４及びＳ２５における処理は、図５のステップＳ２４及びＳ２５における処理と同様である。

なお、図６の例では、角度変更通知がマクロ基地局１からピコ基地局２に送信されている（ステップＳ２１２−１〜Ｎ）。しかしながら、当該通知は省略されてもよい。この場合、マクロ基地局１は、ピコ基地局２とのシグナリングによって予め取り決めておいたサイクルに従って放射角度θ１〜θＮを順次変更すればよい。

＜第３の実施形態＞
本実施の実施形態は、第１の実施形態で説明したキャリブレーションの他の具体例を示す。本実施の形態に係る移動通信システムの構成は、図１Ａ及び１Ｂに示した第１の実施形態と同様とすればよい。本実施の形態では、キャリブレーション中のピコセル２００のダウンリンク通信品質はマクロ基地局１により取得される。すなわち、マクロ基地局１は、キャリブレーションを実行する際に、ピコ移動局をピコセル２００からマクロセル１００に強制的にハンドオーバさせる。そして、マクロ基地局１は、ピコセル２００からマクロセル１００にハンドオーバしてきた移動局（以下、ＨＯ移動局）に関するマクロセル１００のダウンリンク通信品質を"ピコセル２００のダウンリンク通信品質"とみなす。

図７は、本実施の形態に係るキャリブレーション手順の具体例を示すシーケンス図である。ステップＳ３１では、マクロ基地局１のキャリブレーション制御部１７は、ピコ移動局をピコセル２００からマクロセル１００に強制的にハンドオーバさせるために、ＣＩＯ（Cell Individual Offset）の変更を示す通知をピコ基地局２に送信する。ＣＩＯは、セル個別の電力オフセット値である。ＬＴＥでは、ＣＩＯは、隣接セルリスト（ネイバーリスト）と共に又はその一部として基地局から移動局に通知される。ＣＩＯは、移動局のハンドオーバを制御するパラメタ（ハンドオーバ・パラメタ）の１つである。また、ＣＩＯは、ＣＲＥ（Cell Range Expansion）と呼ばれるセルエッジの制御のためのパラメータの１つである。具体的には、ＣＩＯは、移動局が隣接セルの受信電力（ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power））の測定値に基づいてハンドオーバをトリガする際に、隣接セルの受信電力に対するオフセットとして使用される。１つの定義では、ＣＩＯは、隣接セル（i.e. マクロセル１００）のＲＳＲＰ_Ｍからサービングセル（i.e. ピコセル２００）のＲＳＲＰ_Ｐを引いた値に対する閾値として定義される。すなわち、以下の式（３）を満たす場合に、ピコ移動局はピコセル２００からマクロセル１００へのハンドオーバをトリガする。
ＲＳＲＰ_Ｍ−ＲＳＲＰ_Ｐ ＞＝ ＣＩＯ ・・・（３）

ステップＳ３２では、ピコ基地局２は、マクロ基地局１からのＣＩＯ変更通知に応じて、隣接のマクロセル１００に対するＣＩＯの変更をピコ移動局に通知する。式（３）に従うと、マクロセル１００に対するＣＩＯを小さくする（例えば最小値とする）ことで、ピコセル２００からマクロセル１００へのピコ移動局のハンドオーバが誘導される。

ステップＳ３３では、マクロ基地局１は、ステップＳ３１及びＳ３２によるＣＩＯ変更に応じて、ピコセル２００からマクロセル１００にハンドオーバしたＨＯ移動局を特定する。マクロ基地局１は、例えば、以下の式（４）及び式（５）を共に満足する移動局をＨＯ移動局であると判定すればよい。ここで、ＣＩＯ_{ＢＥＦＯＲＥ}は、キャリブレーション実施前、つまりステップＳ３１及びＳ３２が行われる前にピコ基地局２によってマクロセル１００に対して設定されていたＣＩＯである。一方、ＣＩＯ_{ＡＦＴＥＲ}は、キャリブレーションのために、ステップＳ３１及びＳ３２において更新された後のＣＩＯである。つまり、式（４）及び式（５）を共に満足するマクロ移動局は、キャリブレーションに伴うＣＩＯの変更が行われたために、ピコセル２００からマクロセル１００へのハンドオーバ条件を満足した移動局に相当する。
ＲＳＲＰ_Ｍ−ＲＳＲＰ_Ｐ ＜ ＣＩＯ_{ＢＥＦＯＲＥ} ・・・（４）
ＲＳＲＰ_Ｍ−ＲＳＲＰ_Ｐ ＞＝ ＣＩＯ_{ＡＦＴＥＲ} ・・・（５）

ステップＳ３４では、マクロ基地局１は、キャリブレーション制御部１７による制御のもとで、放射角度θを走査しながら指向性ビームを送信する。

ステップＳ３５では、マクロ基地局１は、ステップＳ３３で特定されたＨＯ移動局に関するマクロセル１００のダウンリンク通信品質ＣＱ＿ＨＯＵＥを取得する。通信品質ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ）は、放射角度θ毎に取得される。ＣＱ＿ＨＯＵＥとしては、例えば、ＨＯ移動局に対するダンリンク送信ビット数、送信ビットレート、ＨＯ移動局におけるＳＩＮＲを用いればよい。もちろん、他の品質指標がＣＱ＿ＨＯＵＥとして使用されてもよい。ＣＱ＿ＨＯＵＥは、全てのＨＯ移動局に関する合計値でもよいし、ＨＯ移動局１台当たりの平均値であってもよい。

ステップＳ３５では、キャリブレーション制御部１７は、マクロ基地局１の指向性ビーム放射角度θの関数としてのＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ）の最小値に対応する放射角度θＭＩＮを計算する。放射角度θＭＩＮは、ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ）の複数の値の間の補間値に対応する角度であってもよい。

ステップＳ３７では、キャリブレーション制御部１７は、ピコ基地局２において設定されているマクロセル１００に関するＣＩＯをキャリブレーション前の値（ＣＩＯ_{ＢＥＦＯＲＥ}）に戻すために、ＣＩＯ変更通知をピコ基地局２に送信する。ステップＳ３８では、ピコ基地局２は、ステップＳ３６のＣＩＯ変更通知に応じて、隣接のマクロセル１００に対するＣＩＯの変更をピコ移動局に通知する。

ステップＳ３９では、キャリブレーション制御部１７は、通常通信モードＳ１における放射角度をθＭＩＮに変更する。なお、ステップＳ３６及びＳ３９における「ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ）の最小値」及び「角度θＭＩＮ」は、ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ）の値が大きいほどＨＯ移動局に関するマクロセル１００のダウンリンク通信品質が良いことを想定している。しかしながら、キャリブレーションにおいて計測する品質指標によっては、ＣＱ＿ＨＯＵＥの値が小さいほどピコセル２００のダウンリンク通信品質が良い場合もある。この場合には、ステップＳ３６及びＳ３９における「ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ）の最小値」及び「角度θＭＩＮ」は、「ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ）の最大値」及び「角度θＭＡＸ」と読み替えればよい。

なお、ステップＳ３１において、マクロ基地局１は、マクロ移動局に通知するピコセル２００に関するＣＩＯを変更してもよい。具体的には、マクロセル１００からピコセル２００へのマクロ移動局のハンドオーバが発生し難くなるように、ピコセル２００に関するＣＩＯを大きくすればよい。これにより、キャリブレーション実施中におけるマクロセル１００とピコセル２００の間でのハンドオーバ繰り返しが低減される。したがって、ＨＯ移動局に関するマクロセル１００の通信品質を指標として用いるキャリブレーションを精度よく行うことができる。なお、この場合、ステップＳ３７では、マクロ移動局に通知するピコセル２００に関するＣＩＯの値をもとに戻すとよい。

図８は、図７に示したキャリブレーション手順のより具体的な例を示すシーケンス図である。図８の例では、マクロ基地局１は、合計Ｎ個の放射角度θ１〜θＮで指向性ビームを送信し、Ｎ個の通信品質ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ１）〜ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θＮ）を取得する。

ステップＳ３４−１では、マクロ基地局１は、ビーム方向調整部１４によって放射角度をθ１にセットし、指向性ビームを送信する。ステップＳ３５−１では、マクロ基地局１は、ＣＱ＿ＨＯＵＥ（θ１）を取得する。マクロ基地局１は、放射角度θ１に関して行った処理（Ｓ３４−１及びＳ３５−１）を残りの角度θ２〜θＮに関して順次行う。図８のステップＳ３６〜Ｓ３９における処理は、図７のステップＳ３６〜Ｓ３９における処理と同様である。

上述したように、本実施形態で説明したキャリブレーション手順では、ピコセル２００からマクロセル１００にハンドオーバしてきたＨＯ移動局に関するマクロセル１００のダウンリンク通信品質を"ピコセル２００のダウンリンク通信品質"とみなす。これにより、図５（又は図６）と図７（又は図８）の対比から明らかであるように、マクロ基地局１によるキャリブレーションのためにピコ基地局２が行うべき処理を軽減できる。ＨＯ移動局に関するマクロセル１００のダウンリンク通信品質は、ピコ基地局２を介すること無くマクロ基地局１自身によって取得できるためである。

さらに、本実施形態で説明したキャリブレーション手順によれば、マクロセル１００とピコセル２００の間のエッジ領域に位置する移動局に関するダウンリンク通信品質を評価することができる。エッジ領域に位置する移動局は、マクロ基地局１から送信される指向性ビームの影響が大きいと考えられる。したがって、エッジ領域に位置する移動局に関するダウンリンク通信品質を指標として用いることで、マクロ基地局１からの指向性ビームに起因する深刻なセル間干渉を抑制できる。

＜第４の実施形態＞
本実施形態では、第１〜第３の実施形態で説明したキャリブレーションの変形例を示す。本実施の形態に係る移動通信システムの構成は、図１Ａ及び１Ｂに示した第１の実施形態と同様とすればよい。第１〜第３の実施形態では、マクロ基地局１が、ピコセル２００のダウンリンク通信品質（ただし、マクロセル１００にハンドオーバしてきたＨＯ移動局に関するマクロセル１００の通信品質を含む）に基づいて第１の放射角度を決定する例を示した。これに対して、本実施の形態では、マクロ基地局１は、ピコセル２００のダウンリンク通信品質に加えて、マクロセル１００のダウンリンク通信品質にさらに基づいて、第１の放射角度を決定する。

すなわち、本実施形態に係るマクロ基地局１は、指向性ビームの放射角度の変更前後でのマクロセル１００のダウンリンク通信品質の劣化が基準範囲内に抑えられることを条件として、指向性ビームの第１の放射角度を決定する。これにより、本実施形態に係るマクロ基地局１は、ピコセル２００に対する干渉の抑制を目的とする指向性ビームの放射角度の調整が行われることによって、マクロセル１００のダウンリンク通信品質が著しく低下することを防ぐ。

図９は、本実施の形態に係るキャリブレーション手順の具体例を示すシーケンス図である。なお、図９は、図５に示されたキャリブレーション手順の変形例を示している。ステップＳ４１〜Ｓ４３における処理は、図５に示されたステップＳ２１〜Ｓ２３における処理と同様である。

ステップＳ４４では、マクロ基地局１のキャリブレーション制御部１７は、マクロ基地局１からキャリブレーションのための指向性ビームが送信されている間におけるマクロセル１００のダウンリンク通信品質ＣＱ＿ＭＡＣＲＯを取得する。通信品質ＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ）は、放射角度θ毎に取得される。

ステップＳ４５では、キャリブレーション制御部１７は、マクロ基地局１の指向性ビーム放射角度θの関数としてのＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）及びＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ）を用いて第１の放射角度を決定する。つまり、キャリブレーション制御部１７は、指向性ビームの放射角度の変更前と比べたＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ）の劣化量が基準範囲内に抑えられることを条件として、ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）が最大値となる放射角度θＭＡＸを求める。例えば、キャリブレーション制御部１７は、ステップＳ４４にて、キャリブレーション前の放射角度θ_ＢについてもＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ_Ｂ）を取得すればよい。そして、キャリブレーション制御部１７は、ダウンリンク通信品質の劣化量Δ（θ）がＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ_Ｂ）のＳ％以内であることを条件とすればよい。この条件は、以下の式（６）及び式（７）で表される。
Δ（θ） ＝＜ ＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ_Ｂ）×Ｓ／１００ ・・・（６）
Δ（θ） ＝ＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ_Ｂ）−ＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ）
・・・（７）

ステップＳ４６では、キャリブレーション制御部１７は、通常通信モードＳ１における放射角度をθＭＡＸに変更する。なお、図５において説明したのと同様に、ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）として用いる品質指標に応じて、ステップＳ４５及びＳ４６における「ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の最大値」及び「角度θＭＡＸ」は、「ＣＱ＿ＰＩＣＯ（θ）の最小値」及び「角度θＭＩＮ」と読み替えられてもよい。また、ＣＱ＿ＭＡＣＲＯ（θ）として用いる品質指標に応じて、式（６）及び（７）の符号が読み替えられてもよい。

なお、図９には図５の変形例を示したが、本実施形態で説明した処理、つまりマクロセル１００のダウンリンク通信品質にさらに基づいて第１の放射角度を決定することは、図６、図７、又は図８に示した他のキャリブレーション手順に対しても同様に適用できる。

＜その他の実施形態＞
第１〜第４の実施形態では、隣接する２つのセルがマクロセル１００とピコセル２００である場合について具体的に説明した。しかしながら、第１〜第４の実施形態で説明した技術思想は、マクロセル同士、ピコセル同士、フェムトセル同士、マクロセルとフェムトセル、又はピコセルとフェムトセル等の任意の隣接セル間に適用することができる。しかしながら、第１〜第４の実施形態で説明した技術思想は、カバレッジサイズが互いに異なるセルを含むＨｅｔＮｅｔ（Heterogeneous Network）環境において特に有効である。例えば、第１〜第４の実施形態で示したマクロセル１００内にピコセル２００が配置された環境を考えると、ピコセル２００のカバレッジはマクロセル１００のそれに比べて狭い。したがって、マクロ基地局１から見てピコ基地局２（ピコセル２００）の方向に位置するマクロ移動局に指向性ビームによる送信エネルギーが集中した場合に問題が顕著となる。すなわち、多くのピコ移動局はマクロ基地局１から強い干渉を継続的に受けるためにピコ移動局のダウンリンク通信品質が継続的に劣化し、ピコ移動局のスループットが劣化する問題が発生する。第１〜第４の実施形態で説明した技術思想は、このようなＨｅｔＮｅｔ環境において顕著となる干渉問題に対処することができる。

第１〜第４の実施形態で説明したキャリブレーション制御部１７により行われる処理は、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）を含む半導体処理装置を用いて実現されてもよい。また、これらの処理は、少なくとも１つのプロセッサ（e.g. マイクロプロセッサ、ＭＰＵ、Digital Signal Processor（ＤＳＰ））を含むコンピュータシステムにプログラムを実行させることによって実現してもよい。具体的には、図３、図５〜９の少なくとも１つに示されたキャリブレーション制御部１７に関するアルゴリズムをコンピュータシステムに行わせるための命令群を含む１又は複数のプログラムを作成し、当該プログラムをコンピュータに供給すればよい。

このプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

さらに、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

この出願は、２０１２年３月２９日に出願された日本出願特願２０１２−０７６５６７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ マクロ基地局
２ ピコ基地局
１１ プリコーディング部
１２ リソースエレメント・マッパ
１３ ＯＦＤＭ部
１４ ビーム方向調整部
１５ ＲＦ（Radio Frequency）部
１６ アンテナアレイ
１７ キャリブレーション制御部
１００ マクロセル
１４１ 移相器
１６１ アンテナ
２００ ピコセル
Ｎ_Ｌ レイヤ数
Ｎ_Ｔ 送信アンテナ数（送信アンテナポート数）
ＣＲＳ＃１〜ＣＲＳ＃Ｎ_Ｔ 共通リファレンス信号

Claims (43)

1. 自セルを運用する基地局装置であって、
   複数の量子化されたプリコーディング行列を含むコードブックに基づくプリコーディングを行うプリコーディング部と、
   前記プリコーディングにより生成される複数の情報シンボルを含む複数の送信シンボルを処理することにより、複数の送信アンテナに対応付けられた複数の時間領域信号を生成する信号処理部と、
   前記複数の時間領域信号から前記複数の送信アンテナの相関に基づいて形成される指向性ビームの放射角度を調整する調整部と、
   前記指向性ビームの放射角度を第１の放射角度に決定するためのキャリブレーションを制御する制御部と、
   を備え、
   前記キャリブレーションは、
   前記指向性ビームの放射角度を走査しながら前記指向性ビームを送信すること、及び
   前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された隣接セルのダウンリンク通信品質に基づいて前記第１の放射角度を決定すること、
   を含む、
   基地局装置。
2. 前記走査は、前記複数の量子化されたプリコーディング行列に対応する複数の量子化された指向性ビームの角度分解能より細かい角度分解能で行われる、請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記第１の放射角度は、前記基地局装置が前記自セルに属する移動局との間で前記指向性ビームを用いて通信を行う通常通信モードにおいて使用される、請求項１又は２に記載の基地局装置。
4. 前記複数の送信シンボルは、前記プリコーディングを受けていない複数の参照シンボルをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基地局装置。
5. 前記調整部は、前記複数の量子化されたプリコーディング行列に対応する複数の量子化された指向性ビームの放射角度を一括して調整する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の基地局装置。
6. 前記制御部は、前記複数の量子化された指向性ビームが前記隣接セルに与える干渉を抑制するように前記第１の放射角度を決定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の基地局装置。
7. 前記調整部は、前記放射角度を調整するために、周波数領域信号としての前記複数の送信シンボルに位相シフトを与える、又は前記複数の時間領域信号に位相シフト又は時間遅延を与える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の基地局装置。
8. 前記基地局装置は、前記キャリブレーションを実施するキャリブレーションモードと、前記調整部によって前記第１の放射角度が適用された状態で前記自セルに属する移動局との間で前記指向性ビームを用いて通信を行う通常通信モードとで動作できるよう構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の基地局装置。
9. 前記隣接セルのダウンリンク通信品質は、前記隣接セルに属する移動局に関する第１のダウンリンク通信品質を含み、
   前記制御部は、前記第１のダウンリンク通信品質を示す情報を隣接基地局から受信する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の基地局装置。
10. 前記制御部は、前記第１のダウンリンク通信品質が向上するように前記第１の放射角度を決定する、請求項９に記載の基地局装置。
11. 前記隣接セルのダウンリンク通信品質は、前記キャリブレーションに際して前記隣接セルから前記自セルにハンドオーバした移動局に関する前記自セルの第２のダウンリンク通信品質を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の基地局装置。
12. 前記制御部は、前記キャリブレーションに際して、移動局のハンドオーバ挙動に影響を与えるハンドオーバ・パラメタを変更する、請求項１１に記載の基地局装置。
13. 前記制御部は、前記第２のダウンリンク通信品質が低下するように前記第１の放射角度を決定する、請求項１１又は１２に記載の基地局装置。
14. 前記制御部は、前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された前記自セルのダウンリンク通信品質にさらに基づいて、前記第１の放射角度を決定する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の基地局装置。
15. 前記制御部は、前記自セルのダウンリンク通信品質が所定の基準以上となるように前記第１の放射角度を決定する、請求項１４に記載の基地局装置。
16. 前記複数の送信アンテナは、複数のアンテナポートである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の基地局装置。
17. 前記ダウンリンク通信品質は、スループット、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）、及びダウンリンク無線リソース使用量のうち少なくとも１つによって示される、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の基地局装置。
18. 前記隣接セルは、前記基地局装置の自セル内に配置された小規模セルである、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の基地局装置。
19. 前記自セル及び前記隣接セルの少なくとも一方は、セクタ・セルを含む、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の基地局装置。
20. 第１及び第２のセルをそれぞれ運用する第１及び第２の基地局を備え、
    前記第１の基地局は、
    複数の量子化されたプリコーディング行列を含むコードブックに基づくプリコーディングを行うよう構成され、
    前記プリコーディングにより生成される複数の情報シンボルを含む複数の送信シンボルを処理することにより、複数の送信アンテナに対応付けられた複数の時間領域信号を生成するよう構成され、
    前記複数の時間領域信号から前記複数の送信アンテナの相関に基づいて形成される指向性ビームの放射角度を調整するよう構成され、かつ
    前記指向性ビームの放射角度を第１の放射角度に決定するためのキャリブレーションを制御するよう構成されており、
    前記キャリブレーションは、
    前記指向性ビームの放射角度を走査しながら前記指向性ビームを送信すること、及び
    前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された前記第２のセルのダウンリンク通信品質に基づいて、前記第１の放射角度を決定すること、
    を含む、
    移動通信システム。
21. 前記走査は、前記複数の量子化されたプリコーディング行列に対応する複数の量子化された指向性ビームの角度分解能より細かい角度分解能で行われる、請求項２０に記載の移動通信システム。
22. 前記第１の放射角度は、前記第１の基地局が前記第１のセルに属する移動局との間で前記指向性ビームを用いて通信を行う通常通信モードにおいて使用される、請求項２０又は２１に記載の移動通信システム。
23. 前記複数の送信シンボルは、前記プリコーディングを受けていない複数の参照シンボルをさらに含む、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の移動通信システム。
24. 前記第１の基地局は、前記複数の量子化されたプリコーディング行列に対応する複数の量子化された指向性ビームの放射角度を一括して調整する、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の移動通信システム。
25. 前記第１の基地局は、前記複数の量子化された指向性ビームが前記第２のセルに与える干渉を抑制するように前記第１の放射角度を決定する、請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の移動通信システム。
26. 前記第１の基地局は、前記放射角度を調整するために、周波数領域信号としての前記複数の送信シンボルに位相シフトを与える、又は前記複数の時間領域信号に位相シフト又は時間遅延を与える、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の移動通信システム。
27. 前記第２のセルのダウンリンク通信品質は、前記第２のセルに属する移動局に関する第１のダウンリンク通信品質を含み、
    前記第２の基地局は、前記第１の基地局からの前記キャリブレーションの実施を示す通知に応じて、前記第１のダウンリンク通信品質を取得するとともに、前記第１のダウンリンク通信品質を示す情報を前記第１の基地局に送信するよう構成されている、請求項２０〜２６のいずれか１項に記載の移動通信システム。
28. 前記第２のセルのダウンリンク通信品質は、前記キャリブレーションに際して前記第２のセルから前記第１のセルにハンドオーバした移動局に関する前記第１のセルの第２のダウンリンク通信品質を含む、請求項２０〜２６のいずれか１項に記載の移動通信システム。
29. 前記第２の基地局は、前記キャリブレーションに際して、前記第１の基地局からの要求に応じて、前記第２のセルに属する移動局のハンドオーバ挙動に影響を与えるハンドオーバ・パラメタの変更を行うよう構成されている、請求項２８に記載の移動通信システム。
30. 自セルを運用する基地局装置による指向性ビーム放射角度の制御方法であって、
    前記基地局装置は、
    複数の量子化されたプリコーディング行列を含むコードブックに基づくプリコーディングを行うプリコーディング部と、
    前記プリコーディングにより生成される複数の情報シンボルを含む複数の送信シンボルを処理することにより、複数の送信アンテナに対応付けられた複数の時間領域信号を生成する信号処理部と、
    前記複数の時間領域信号から前記複数の送信アンテナの相関に基づいて形成される指向性ビームの放射角度を調整する調整部と、
    を備え、
    前記制御方法は、
    前記指向性ビームの放射角度を走査しながら前記指向性ビームを送信すること、及び
    前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された隣接セルのダウンリンク通信品質に基づいて、前記指向性ビームの放射角度を第１の放射角度に決定すること、
    を含む、
    指向性ビーム放射角度の制御方法。
31. 前記走査は、前記複数の量子化されたプリコーディング行列に対応する複数の量子化された指向性ビームの角度分解能より細かい角度分解能で行われる、請求項３０に記載の方法。
32. 前記第１の放射角度は、前記基地局装置が前記自セルに属する移動局との間で前記指向性ビームを用いて通信を行う通常通信モードにおいて使用される、請求項３０又は３１に記載の方法。
33. 前記複数の送信シンボルは、前記プリコーディングを受けていない複数の参照シンボルをさらに含む、請求項３０〜３２のいずれか１項に記載の方法。
34. 前記調整部は、前記複数の量子化されたプリコーディング行列に対応する複数の量子化された指向性ビームの放射角度を一括して調整する、請求項３０〜３３のいずれか１項に記載の方法。
35. 前記決定することは、前記複数の量子化された指向性ビームが前記隣接セルに与える干渉を抑制するように前記第１の放射角度を決定することを含む、請求項３０〜３４のいずれか１項に記載の方法。
36. 前記隣接セルのダウンリンク通信品質は、前記隣接セルに属する移動局に関する第１のダウンリンク通信品質を含み、
    前記決定することは、前記第１のダウンリンク通信品質を示す情報を隣接基地局から受信することを含む、
    請求項３０〜３５のいずれか１項に記載の方法。
37. 前記決定することは、前記第１のダウンリンク通信品質が向上するように前記第１の放射角度を決定することを含む、請求項３６に記載の方法。
38. 前記隣接セルのダウンリンク通信品質は、前記制御方法の実行に際して前記隣接セルから前記自セルにハンドオーバした移動局に関する前記自セルの第２のダウンリンク通信品質を含む、請求項３０〜３５のいずれか１項に記載の方法。
39. 前記制御方法の実行に際して、移動局のハンドオーバ挙動に影響を与えるハンドオーバ・パラメタを変更することをさらに備える、請求項３８に記載の方法。
40. 前記決定することは、前記第２のダウンリンク通信品質が低下するように前記第１の放射角度を決定する、請求項３８又は３９に記載の方法。
41. 前記決定することは、前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された前記自セルのダウンリンク通信品質にさらに基づいて、前記第１の放射角度を決定することを含む、請求項３０〜４０のいずれか１項に記載の方法。
42. 前記決定することは、前記自セルのダウンリンク通信品質が所定の基準以上となるように前記第１の放射角度を決定することを含む、請求項４１に記載の方法。
43. 自セルを運用する基地局装置による指向性ビーム放射角度の制御方法をコンピュータに行わせるためのプログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体であって、
    前記基地局装置は、
    複数の量子化されたプリコーディング行列を含むコードブックに基づくプリコーディングを行うプリコーディング部と、
    前記プリコーディングにより生成される複数の情報シンボルを含む複数の送信シンボルを処理することにより、複数の送信アンテナに対応付けられた複数の時間領域信号を生成する信号処理部と、
    前記複数の時間領域信号から前記複数の送信アンテナの相関に基づいて形成される指向性ビームの放射角度を調整する調整部と、
    を備え、
    前記制御方法は、
    前記指向性ビームの放射角度を走査しながら前記指向性ビームを送信すること、及び
    前記指向性ビームの放射角度を走査している間に計測された隣接セルのダウンリンク通信品質に基づいて、前記指向性ビームの放射角度を第１の放射角度に決定すること、
    を含む、
    コンピュータ可読媒体。

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