JPWO2016047372A1 - 基地局装置、端末装置、および通信方法 - Google Patents

Abstract

端末装置の負担を軽減しつつ、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なうスモールセルを備えたスモールセルネットワークを実現可能な基地局装置、端末装置および通信方法を提供することにある。本発明の基地局装置は、第１の基地局装置からのアシスト情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第２の基地局装置であって、複数の線形フィルタが記載されたコードブックを備え、他の前記第２の基地局装置の少なくとも一つと同一のセル識別番号が設定され、前記複数の線形フィルタに基づいて、前記セル識別番号に関連付けられた同期信号に、第１のプリコーディングを施してから送信する。

Description

本発明は、基地局装置、端末装置、および通信方法に関する。

第３．９世代の携帯電話の無線通信システムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）システムの標準化が完了し、現在は第４世代無線通信システム（4Gシステム）の１つとして、ＬＴＥシステムをより発展させたＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced、IMT-Aなどとも称する。）システムの標準化が行なわれている。また、２０２０年頃の商用サービス開始を目標とし、第５世代無線通信システム（5Gシステム）の検討が開始されている。

５Ｇシステムでは、急増が見込まれるデータトラフィックへの対処や、ユーザ体感スループットの改善など、様々な観点での４Ｇシステムからの大幅な改良が期待されている。比較的カバレッジ範囲の狭いスモールセルを、カバレッジ範囲の大きなマクロセルにオーバーレイさせるスモールセルネットワーク（ヘテロジーニアスネットワーク）は、システムスループットやユーザ体感スループットの改善に極めて有効であり、５Ｇシステムのネットワークは、スモールセルの密度を更に高めた超周密ネットワークとなることが予想される。しかし、ネットワークの周密化による性能改善にも限界はあるため、５Ｇシステムでは、新たな周波数資源の確保が必須と考えられている。

利用可能な周波数帯域には限りがあり、特に移動無線通信に適しているとされる周波数帯（マイクロ波帯等）の利用状況は、相当な逼迫状態にある。そこで、５Ｇシステムの実現に向けては、これまで移動無線通信での利用を想定していなかった超高周波帯（ミリ波帯等）の利用が検討されている。しかし、電波の強さが通信距離に対して指数関数的に減衰する伝搬損失（パスロス）は、通信周波数（搬送波周波数、キャリア周波数）が高くなればなるほど大きくなる。このことは、低周波数帯と比較して、膨大な送信電力が必要となることを示唆している。

ところで、ＬＴＥを初めとする昨今の無線通信システムでは、複数の送受信アンテナを用いた多重入力多重出力(Multiple-input Multiple-output: MIMO)伝送が周波数利用効率の改善のために実用化されている。キャリア周波数が高くなれば、基地局装置および端末装置が備えるアンテナのサイズや設置間隔を小さくすることができるため、設置面積を変更せずとも、基地局装置および端末装置に大量のアンテナを設置することが可能となる。

このことに着目し、最近、数１００本もの大量のアンテナを用いて大容量通信を実現する超多重入力多重出力（Massive MIMO）伝送が注目を集めている（非特許文献１等に記載）。Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯは、基地局装置に配置された大量のアンテナを用いたビームフォーミングにより、受信信号対雑音電力比（Signal-to-Noise power Ratio: SNR）を改善できるため、キャリア周波数が高くなることによる伝搬損失の増加に起因する受信ＳＮＲの低下を補償できる。Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送をスモールセルに適用すれば、スループットの大幅な改善が可能である。

Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送はビームフォーミングを前提とした技術であるため、基地局装置は端末装置に対して、適切なビームを向けてデータ伝送を行なわなければならない。そこで、基地局装置が複数の参照信号をそれぞれ異なるビームで送信し、端末装置は各参照信号の受信品質を基地局装置に報告する方法が検討されている。この方法では、端末装置で最も良い受信品質が観測された参照信号に用いられたビームが、最適なビームということになるため、基地局装置は当該ビームを用いることで、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を実現することが可能となる。

F. Rusek, et. al., "Scaling up MIMO: Opportunities and challenges with very large arrays," IEEE Signal Process. Mag., Vol. 30, No. 1, pp. 40-60, Jan. 2013.

複数のスモールセルを用いるスモールセルネットワークにおいては、端末装置は、通信の開始に先立ち、各スモールセルを検出する必要がある。よって、スモールセルの基地局装置がＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なう場合、端末装置はビームフォーミングに係る受信品質の測定に加えて、スモールセルの検出も行なわなければならない。特に５Ｇシステムでは、検出候補となるスモールセルの数が膨大となることが予想され、端末装置の負担もまた膨大となってしまう問題がある。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、端末装置の負担を軽減しつつ、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なうスモールセルを備えたスモールセルネットワークを実現可能な基地局装置、端末装置および通信方法を提供することにある。

上述した課題を解決するための本発明に係る基地局装置、端末装置、および通信方法は、次の通りである。

（１）すなわち、本発明の基地局装置は、第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第２の基地局装置であって、他の前記第２の基地局装置の少なくとも一つと同一のセル識別番号が設定されており、複数の情報が記載されたコードブックを備え、前記複数の情報にはそれぞれ異なるインデックスを割り当てることを特徴とする。

（２）また、本発明の基地局装置は、前記インデックスの割り当ての少なくとも一部は、他の前記第２の基地局装置と異なる、上記（１）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

（３）また、本発明の基地局装置は、前記通信システムの通信品質に基づいて、前記インデックスの割り当てを決定する、上記（１）または（２）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

（４）また、本発明の基地局装置は、前記他の第２の基地局装置より送信される信号を受信する受信部を備え、前記他の第２の基地局装置より送信される信号に基づいて、前記他の第２の基地局装置の前記インデックスの割り当て状況を取得し、前記他の第２の基地局装置の前記インデックスの割り当て状況に基づいて、自装置の前記インデックスの割り当てを決定する、上記（１）または（２）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

（５）また、本発明の基地局装置は、前記第１の基地局装置からシグナリングされる前記インデックスの割り当てに関連付けられた情報に基づいて、前記インデックスの割り当てを決定する、上記（１）または（２）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

（６）また、本発明の基地局装置は、前記コードブックに基づいて、前記セル識別番号に関連付けられた同期信号に、第１のプリコーディングを施してから送信する、上記（１）または（２）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

（７）また、本発明の基地局装置は、第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第１の基地局装置であって、前記第２の基地局装置は、複数の情報が記載されたコードブックを備え、前記複数の情報にはそれぞれ異なるインデックスを割り当てることが可能であり、前記複数の第２の基地局装置を複数のグループに棲み分けし、前記棲み分けに基づいて前記第２の基地局装置のセル識別番号を決定し、前記インデックスの割り当てと、前記セル識別番号に関する情報を、前記第２の基地局装置にシグナリングすることを特徴とする。

（８）また、本発明の基地局装置は、前記第２の基地局装置より送信される信号を受信する受信部を備え、前記第２の基地局装置より送信される信号に基づいて、前記第２の基地局装置の前記インデックスの割り当て状況を取得し、記第２の基地局装置の前記インデックスの割り当て状況に基づいて、前記インデックスの割り当てを決定する、上記（７）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

（９）また、本発明の基地局装置は、前記通信システムの通信品質に基づいて、前記インデックスの割り当てを決定する、上記（７）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

（１０）また、本発明の端末装置は、第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える端末装置であって、前記第２の基地局装置は、複数の情報が記載されたコードブックを備え、前記複数の情報にはそれぞれ異なるインデックスを割り当てることが可能であり、前記第１の基地局装置は、前記インデックスの割り当てを決定し、前記インデックスの少なくとも一つを前記端末装置にシグナリングし、前記第１の基地局装置からのシグナリングに基づいて、前記第２の基地局装置より送信される信号の受信品質を測定することを特徴とする。

（１１）また、本発明の通信方法は、第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第２の基地局装置の通信方法であって、前記第２の基地局装置は、他の前記第２の基地局装置の少なくとも一つと同一のセル識別番号が設定されており、複数の情報が記載されたコードブックを備えており、前記複数の情報にそれぞれ異なるインデックスを割り当てるステップを備えることを特徴とする。

（１２）また、本発明の通信方法は、第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第１の基地局装置の通信方法であって、前記第２の基地局装置は、複数の情報が記載されたコードブックを備え、前記複数の情報にはそれぞれ異なるインデックスを割り当てることが可能であり、前記複数の第２の基地局装置を複数のグループに棲み分けするステップと、前記棲み分けに基づいて、前記第２の基地局装置のセル識別番号を決定するステップと、前記インデックスの割り当てと前記セル識別番号に関する情報を、前記第２の基地局装置にシグナリングするステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、端末装置の負担を軽減しつつ、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なうスモールセルを備えたスモールセルネットワークが実現される。この結果、通信システムのスループットを改善することが可能となる。

本発明に係る通信システムの例を示す図である。 本発明の通信の一例を示すシーケンスチャートである。 本発明の基地局装置の一構成例を示す概略ブロック図である。 本発明の基地局装置の一構成例を示す概略ブロック図である。 本発明の端末装置の一構成例を示す概略ブロック図である。 本発明の基地局装置の一構成例を示す概略ブロック図である。 本発明のビーム形成の一例を示す図である。 本発明にビーム形成の一例を示す図である。 本発明の基地局装置の一構成例を示す概略ブロック図である。

［１．第１の実施形態］
本実施形態における通信システムは、基地局装置（送信装置、セル、送信点、送信局、送信アンテナ群、送信アンテナポート群、コンポーネントキャリア、evolved Node B（eNB））および端末装置（端末、移動端末、受信点、受信局、受信端末、受信装置、受信アンテナ群、受信アンテナポート群、User Equipment（UE））を備える。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るセルラシステムの下り回線（ダウンリンク、または下りリンク）の一例を示す概略図である。図１のセルラシステムでは、広いカバレッジの（セル半径が大きい）基地局装置（マクロ基地局装置、第１の基地局装置とも呼ぶ）１００、比較的狭いカバレッジの（セル半径が小さい）基地局装置（スモール基地局装置、第２の基地局装置とも呼ぶ）２００−１、２００−２、２００−３、２００−４、および端末装置３００を備える。なお、以下では、スモール基地局装置２００−１〜４を単にスモール基地局装置２００とも記述する。１００ａはマクロ基地局装置１００のカバレッジ（マクロセル）、２００−１ａ、２００−２ａ、２００−３ａおよび２００−４ａは、それぞれスモール基地局装置２００−１、２００−２、２００−３、２００−４のカバレッジ（スモールセル）である。

端末装置３００はマクロ基地局装置１００に対して接続状態にあり、制御情報（アシスト情報）などのやり取りが無線通信にて可能であるものとする。なお、端末装置３００とマクロ基地局装置１００が通信に用いる通信方法およびキャリア周波数は何かに限定されるものではない。例えば、端末装置３００はマクロ基地局装置１００と通信を行なうために、コンポーネントキャリアのうちの一つをプライマリセル（Primary cell: Pcell）として接続している。

スモール基地局装置２００は、それぞれマクロ基地局装置１００に対して接続状態にあり、制御情報（アシスト情報）などのやり取りを無線通信または有線通信にて可能であるものとする。なお、スモール基地局装置２００とマクロ基地局装置１００が通信に用いる通信方法およびキャリア周波数は何かに限定されるものではなく、例えばＸ２インターフェースを用いても良い。

本実施形態が対象とする通信システムでは、マクロ基地局装置１００は、端末装置３００宛てに送信するデータを、スモール基地局装置２００を介して送信する。（以下では、装置Ａがある装置（装置Ｂ）宛てに送信するデータを、別の装置（装置Ｃ）を介して送信することを、装置Ａは装置Ｂに装置Ｃのデータをオフロードするとも記載する。）そして、スモール基地局装置２００は、端末装置３００宛ての情報を、超多重入力多重出力（Massive Multiple Input Multiple Output: Massive MIMO）伝送を用いて高周波数帯のキャリア周波数を用いて送信する。例えば、スモール基地局装置２００は、複数の線形フィルタが記載されたコードブックを予め備えており、コードブック記載の線形フィルタから一つを選択し、その線形フィルタを送信信号に乗算して送信するビームフォーミング送信（プリコーディング送信）が可能である。（以下では、線形フィルタを選択することを、ビームを選択するとも記載する。）

図２は、本実施形態に係る通信の一例を示すシーケンスチャートである。マクロ基地局装置１００は最初に、端末装置３００に対して、スモール基地局装置２００に関するアシスト情報を通知する（ステップＳ２０１）。アシスト情報には、スモール基地局装置２００が送信する同期信号に関連付けられた情報（使用される信号系列や、無線リソースに関する情報等）が含まれる。詳細は後述するが、マクロ基地局装置１００は、該アシスト情報を無線資源制御（Radio resource control: RRC）シグナル等、つまり上位レイヤによって端末装置３００にシグナリングすることも可能である。なお、端末装置３００が該アシスト情報を必要とせずに、後述する信号処理が可能である場合、ステップＳ２０１は必ずしも実行されなくても構わない。

次いで、マクロ基地局装置１００は、スモール基地局装置２００に対して、同期信号の送信を指示する（ステップＳ２０２）。スモール基地局装置２００は、マクロ基地局装置１００の指示に従って同期信号を端末装置３００に対して送信する（ステップＳ２０３）。なお、スモール基地局装置２００は、マクロ基地局装置１００の指示によらずに、周期的に同期信号を送信しても良く、この場合、ステップＳ２０２は必ずしも実行されなくても構わない。

スモール基地局装置２００と端末装置３００との間の通信は、高周波数帯のキャリア周波数を用いて行なわれるため、スモール基地局装置２００は同期信号についてもＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を用いて送信する。例えば、スモール基地局装置２００は、マクロ基地局装置１００からのアシスト情報に基づいて、同期信号の送信に用いるビームを決定しても良いし、自装置が送信可能な複数のビームから１つまたは複数を選択し、選択したビームを用いて、同期信号を単一送信ないし多重送信しても良い。

スモール基地局装置２００が送信する同期信号には、該同期信号を検出した端末装置３００がスモール基地局装置２００を検出可能な情報が含まれている。例えば、同期信号に用いられる信号系列が、複数のセルを区別するために各セルに設定されるセル識別番号（セル認識番号、セルID）に基づいて決定される。端末装置３００は、スモール基地局装置２００が送信する同期信号を検出することで、同期処理を行なうとともに、同期処理に用いた信号系列によって自装置が接続しているセルのセルＩＤについても認識することが可能である。

セルＩＤに関して、まず、従来の方法について説明する。セルＩＤは通信システムが備える複数のセルを区別するために設定される情報であるから、各セルには異なるセルＩＤが設定されるのが一般的である。前述した同期信号の送信方法によれば、端末装置３００は、自装置が接続する可能性のあるすべてのセルのセルＩＤに関連付けられた信号系列（同期信号系列）に基づいてそれぞれ同期処理を試行し、最も高い同期精度を与えた同期信号系列を検出することで、自装置が接続可能なセルのセルＩＤを認識できる。よって、通信システムが備えるセル数、言い換えると同期信号系列数が増加すればするほど端末装置３００の同期処理に係る負担が増大してしまう。また、本実施形態に係るスモール基地局装置２００は、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送により同期信号を送信する際に、自装置が送信可能な複数のビーム毎に異なる同期信号系列を用いることが可能である。この場合、端末装置３００は、各スモール基地局装置２００だけではなく、各ビームに対しても、それぞれ同期処理を行なう必要がある。

そこで、本実施形態に係る通信システムが備えるスモール基地局装置２００−１〜４には、マクロ基地局装置１００等により、同一のセルＩＤが設定される。すなわち、各スモール基地局装置２００は同一の同期信号系列を用いた同期信号を送信する。このようにスモール基地局装置２００が制御されることで、端末装置３００は、複数のスモール基地局装置２００毎に同期処理を行なう必要がなくなるため、その複雑性は大幅に改善される。

図２に戻り、端末装置３００は、スモール基地局装置２００が送信した同期信号に基づいて、同期処理を行なう（ステップＳ２０４）。例えば、端末装置３００は、マクロ基地局装置１００からのアシスト情報などに基づいて得た同期信号系列を用いて、スモール基地局装置２００が送信した同期信号との相関をとることで同期処理を行なうことができる。そして、端末装置３００は、同期処理の結果をマクロ基地局装置１００に通知する（ステップＳ２０５）。例えば、端末装置３００は、同期処理によって検出されたセルＩＤや、同期処理によって得られた受信品質に関する情報を、Ｐｃｅｌｌの上りリンクデータを送信する物理上り共用チャネル（Physical uplink shared channel: PUSCH）や物理上り制御チャネル（Physical uplink control channel: PUCCH）等でマクロ基地局装置１００に通知することができる。

マクロ基地局装置１００は、端末装置３００から通知された情報に基づいて、端末装置３００の接続状態を判断する（ステップＳ２０６）。そしてマクロ基地局装置１００が、端末装置３００はスモール基地局装置２００のいずれかと接続可能と判断した場合、マクロ基地局装置１００は、端末装置３００宛てのデータをスモール基地局装置２００にオフロードする（ステップＳ２０７）。ここで、接続可能状態とは、例えば、端末装置３００がスモール基地局装置２００と通信を行なうために、コンポーネントキャリアのうちの一つをセカンダリセル（Secondary cell: Scell）として接続可能な状態を含む。

また、ステップＳ２０７には、マクロ基地局装置１００による、スモール基地局装置２００へのアシスト情報の通知が含まれていても良い。アシスト情報には、スモール基地局装置２００が、マクロ基地局装置１００よりオフロードされた端末装置３００宛てのデータを、Ｓｃｅｌｌの下りリンクデータを送信する物理下りシェアドチャネル（Physical downlink shared channel: PDSCH）で送信する際に必要となるビームフォーミングに関する情報を含めることが可能である。

そして、スモール基地局装置２００−１〜４は、マクロ基地局装置１００よりオフロードされた端末装置３００宛てのデータを、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送により、端末装置３００に対して送信する（ステップＳ２０８）。例えば、スモール基地局装置２００は、端末装置３００宛てのデータをＳｃｅｌｌのＰＤＳＣＨで送信する際に、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なうことができる。

なお、スモール基地局装置２００は、端末装置３００に対して、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を用いて制御信号（例えば、Ｓｃｅｌｌの下りリンクの物理下り制御チャネル（Physical downlink control channel: PDCCH）やエンハンスド物理下り制御チャネル（Enhanced physical downlink control channel: EPDCCH）で送信する信号）を送信することもできる。また、ステップＳ２０８に併せて、端末装置３００がスモール基地局装置２００より送信された信号を復調するためのアシスト情報を、マクロ基地局装置１００が端末装置３００に通知しても良い。以上が、本実施形態に係る通信の一例である。

［１．１ マクロ基地局装置］
図３は、本発明の第１の実施形態に係るマクロ基地局装置１００の１構成例を示すブロック図である。図３に示す通り、基地局装置１は、上位層部１０１と、制御部１０２と、送信部１０３と、受信部１０４と、アンテナ１０５と、を備える。

上位層部１０１は、媒体アクセス制御（MAC: Medium Access Control）層、パケットデータ統合プロトコル（Packet Data Convergence Protocol: PDCP）層、無線リンク制御（Radio Link Control: RLC）層、無線リソース制御（Radio Resource Control: RRC）層の処理を行なう。上位層部１０１は、送信部１０３と、受信部１０４の制御を行なうための情報を生成し、制御部１０２に出力する。上位層部１０１は、後述するスモール基地局装置２００へのセルＩＤの設定、スモール基地局装置２００および端末装置３００へのアシスト情報の生成等を行なうことが可能である。

上位層部１０１は、スモール基地局装置２００へのセルＩＤの設定を行なう。本実施形態においては、マクロ基地局装置１００の上位層部１０１は、自装置と接続状態にある各スモール基地局装置２００すべてに同一のセルＩＤを設定することが可能である。また、上位層部１０１は、自装置と接続状態にある各スモール基地局装置２００を複数のグループに棲み分けし、同じグループに属するスモール基地局装置２００に対して、同一のセルＩＤを設定することが可能である。上位層部１０１によるセルＩＤの設定に関する情報は、後述するスモール基地局装置２００および端末装置３００に対するアシスト情報に含めることが可能である。なお、マクロ基地局装置１００はセルＩＤに関する情報や、その情報を含んだアシスト情報を、ＲＲＣシグナル等によって、上位レイヤで各装置にシグナリングすることや、下りリンクデータ伝送の制御情報を送信するＰＤＣＣＨやＥＰＤＣＣＨを用いて各装置にシグナリングすることも可能である。

また、上位層部１０１は、端末装置３００へのアシスト情報を生成する。上位層部１０１は、端末装置３００がスモール基地局装置２００に対する同期処理を行なうための情報を、アシスト情報に含めることができる。例えば、アシスト情報には、端末装置３００が同期処理に用いる同期信号系列に関する情報（信号系列そのもの、もしくは同期信号系列に関連付けられたセルID）、端末装置３００の同期処理開始タイミングに関する情報、端末装置３００の同期処理を行なう周期に関する情報等を含めることができる。

また、上位層部１０１は、受信部１０４が取得した端末装置３００からの通知情報に基づいて、端末装置３００のスモール基地局装置２００に対する接続状態を判断する。例えば、端末装置３００が同期処理によって検出したセルＩＤに関する情報をマクロ基地局装置１００に通知している場合、当該情報から得られたセルＩＤがスモール基地局装置２００に設定したセルＩＤに含まれていれば、上位層部１０１は、端末装置３００がスモール基地局装置２００に対して、接続可能状態にあると判断することができる。

また、上位層部１０１は、スモール基地局装置２００に対するアシスト情報を生成する。上位層部１０１は、各スモール基地局装置２００に設定したセルＩＤに関する情報、スモール基地局装置２００が同期信号を送信するタイミングや周期、スモール基地局装置２００が同期信号の送信に用いるビームに関する情報等をアシスト情報に含めることができる。

なお、上位層部１０１が、端末装置３００がスモール基地局装置２００に対して、接続可能状態にあると判断した場合、マクロ基地局装置１００は端末装置３００宛てのデータの一部を、スモール基地局装置２００にオフロードすることが可能である。上位層部１０１は、スモール基地局装置２００にオフロードする端末装置３００宛てのデータに関する情報と、スモール基地局装置２００が該データを端末装置３００に送信する際に用いるビームに関する情報を、アシスト情報に含めることが可能である。なお、同一のセルＩＤを設定されたスモール基地局装置２００は、端末装置３００に対して同時にデータを送信することが好適であるから、該アシスト情報には、該オフロードされたデータの送信に用いられる無線リソースに関する情報が含まれていても良い。

送信部１０３は、前述してきた上位層部１０１が生成するアシスト情報を含んだ送信信号を生成する。送信部１０３が生成した送信信号は、スモール基地局装置２００や端末装置３００に対してアンテナ１０５を介して無線通信によって送信されても良い。この場合、送信部１０３が備える物理チャネル信号生成部１０３１が、該アシスト情報を含んだベースバンド信号を生成し、送信部１０３が備える無線送信部１０３５が該ベースバンド信号を無線周波数帯の送信信号に変換することになる。また、該アシスト情報を含んだ送信信号は有線通信によって送信されても良く、例えばスモール基地局装置２００に対しては、Ｘ２インターフェースを介して送信されても良い。

受信部１０４は、スモール基地局装置２００や端末装置３００から送信された信号を取得するが、その方法は、アンテナ１０５を介して受信しても良い。この場合、受信部１０４が備える無線受信部１０４２が、アンテナ１０５を介して受信した無線周波数帯の受信信号を、ベースバンド帯の信号に変換する。そして、受信部１０４が備える物理チャネル信号復調部１０４１が該ベースバンド帯の信号を復調する。また、スモール基地局装置２００や端末装置３００からの信号は、有線通信によって受信部１０４に受信されても良い。

受信部１０４は、端末装置３００がマクロ基地局装置１００に対して送信した信号から、端末装置３００が同期処理によって検出したセルＩＤに関する情報を取得することが可能であり、受信部１０４が取得したセルＩＤに関する情報は、制御部１０２を介して上位層部１０１に渡される。

［１．２ スモール基地局装置］
図４は、本発明の第１の実施形態に係るスモール基地局装置２００の１構成例を示すブロック図である。図４に示す通り、スモール基地局装置２００は、上位層部２０１と、制御部２０２と、送信部２０３と、受信部２０４と、アンテナ２０５と、を備える。また、送信部２０３は物理チャネル信号生成部２０３１と、制御情報生成部２０３２と、多重部２０３３と、ビーム形成部２０３４と、無線送信部２０３５を備える。

上位層部２０１は、ＭＡＣ層、ＰＤＣＰ層、ＲＬＣ層、ＲＲＣ層の処理を行なう。また、上位層部２０１は、送信部２０３と、受信部２０４の制御を行なうための情報を生成し、制御部２０２に出力する。

受信部２０４は、マクロ基地局装置１００より通知されるアシスト情報を取得することができる。受信部２０４は、マクロ基地局装置１００の受信部１０４と同様に、該アシスト情報を、無線通信や有線通信によって取得することが可能であり、その際の、物理チャネル信号復調部２０４１や無線受信部２０４２の動作も同様である。受信部２０４が取得したアシスト情報は、制御部２０２を介して、上位層部２０１や送信部２０３に渡される。

スモール基地局装置２００は、端末装置３００に対して、同期信号を送信する機能を備える。そのために、制御情報生成部２０３２は、受信部２０４が取得したマクロ基地局装置１００からのアシスト情報、並びに上位層部２０１が生成した制御信号等に基づいて、端末装置３００に対して送信する同期信号を生成する。例えば、制御情報生成部２０３２は、マクロ基地局装置１００より設定されたセルＩＤに基づいて同期信号に用いる同期信号系列を生成し、生成した信号系列に基づいて、ベースバンド帯の同期信号を生成することができる。このとき、通信システムが備える、同じセルＩＤを設定されたスモール基地局装置２００とは、同じ同期信号を生成することができる。また、制御情報生成部２０３２は、ＬＴＥシステムの同期チャネルの信号（例えばプライマリ同期信号（Primary synchronization signal: PSS）やセカンダリ同期信号（Secondary synchronization signal: SSS））の生成方法および送信方法を該同期信号の生成方法および送信方法に用いても良い。

制御情報生成部２０３２が生成した同期信号は、多重部２０３３に入力され、物理チャネル信号生成部２０３１が生成したベースバンド信号（詳細後述）とともに適切な無線リソースに配置される。なお、同期信号が配置される無線リソースは、予め端末装置３００が把握していることが望ましい。

多重部２０３３で生成されたベースバンド信号は、ビーム形成部２０３４に入力される。ビーム形成部２０３４は、同期信号をビームフォーミング（プリコーディング）送信するための信号処理を行なう。

ビーム形成部２０３４が同期信号に適用するビームフォーミング方法は何かに限定されるものではない。例えば、ビーム形成部２０３４は複数の線形フィルタが記載されたコードブックを予め備え、コードブック記載の線形フィルタから一つまたは複数を選択し、その線形フィルタを同期信号に乗算することが可能である。また、ビーム形成部２０３４はマクロ基地局装置１００からのアシスト情報に基づいて同期信号の送信に用いるビームを決定しても良い。

また、受信部２０４が、端末装置３００から送信される無線周波数帯の信号を受信可能である場合、該信号に基づいてビームを形成しても良い。例えば、受信部２０４が、該信号の到来角度（受信ウェイト係数）を取得可能である場合、ビーム形成部２０３４は、該到来角度に近い出射角度を有するビームを同期信号の送信に用いることができる。

なお、本実施形態においては、ビーム形成部２０３４には、同期信号とは異なるベースバンド信号が、同期信号と多重されて入力される場合もある。このとき、ビーム形成部２０３４は同期信号と他のベースバンド信号に対して、同じビームを用いても良いし、異なるビームを用いても良い。以下では、ビーム形成部２０３４における同期信号に対するビームフォーミング処理（プリコーディング処理）を第１のプリコーディングとも記載し、該第１のプリコーディングに用いられる線形フィルタを第１の線形フィルタとも記載する。また、ビーム形成部２０３４における同期信号とは異なるベースバンド信号（例えばデータ信号）に対するビームフォーミング処理（プリコーディング処理）を第２のプリコーディングとも記載し、該第２のプリコーディングに用いられる線形フィルタを第２の線形フィルタとも記載する。また、ビーム形成部２０３４は、記載されている複数の線形フィルタの少なくとも一部が異なる複数のコードブックを予め備え、スモール基地局装置２００が同期信号と他のベースバンド信号をビームフォーミング送信する際に、それぞれ異なるコードブックに基づいてビームフォーミング送信を行なうように制御しても良い。また、ビーム形成部２０３４は、スモール基地局装置２００が同期信号とは異なるベースバンド信号をビームフォーミング送信する際に、同期信号と同様に、複数のビームを用いて、該ベースバンド信号を送信するように制御しても良い。

なお、ビーム形成部２０３４が、ビームフォーミングに用いる線形フィルタの算出方法のみを把握している場合も本発明には含まれる。例えば、ビーム形成部２０３４は、端末装置３００への同期信号に先立って、ランダムに複数の線形フィルタを生成し、該線形フィルタに基づいて、一連の信号処理を行なっても良い。ビーム形成部２０３４は、線形フィルタを生成するたびに、コードブックの記載内容を更新しても良い。

無線送信部２０３５は、ビーム形成部２０３４が生成したベースバンド信号を無線周波数（Radio frequency（RF））帯の信号に変換する処理を行なう。無線送信部１０３４が行なう処理には、デジタル・アナログ変換、フィルタリング、ベースバンド帯からＲＦ帯への周波数変換等が含まれる。

アンテナ２０５は、送信部２０３が生成した信号を、端末装置３００に向けて送信する。

なお、受信部２０４が取得したアシスト情報に、マクロ基地局装置１００よりオフロードされた端末装置３００宛てのデータが含まれている場合、当該データは物理チャネル信号生成部２０３１に入力され、物理チャネル信号生成部２０３１は当該データを送信可能なベースバンド信号を生成することが可能である。例えば、後述する端末装置３００の同期処理によって、端末装置３００がスモール基地局装置２００をＳｃｅｌｌとする場合、物理チャネル信号生成部２０３１は、該データをＳｃｅｌｌのＰＤＳＣＨで送信する信号に含めることが可能である。

［１．３ 端末装置］
図５は、本発明の第１の実施形態に係る端末装置３００の１構成例を示すブロック図である。図５に示す通り、端末装置３００は、上位層部３０１と、制御部３０２と、送信部３０３と、受信部３０４と、アンテナ３０５と、を備える。また、受信部３０４は、無線受信部３０４３と、同期処理部３０４２と、物理チャネル信号復調部３０４１を備える。

上位層部３０１は、ＭＡＣ層、ＰＤＣＰ層、ＲＬＣ層、ＲＲＣ層の処理を行なう。また、上位層部３０１は、送信部３０３と、受信部３０４の制御を行なうための情報を生成し、制御部３０２に出力する。

アンテナ３０５は、スモール基地局装置２００が送信した信号を受信し、受信部３０４に出力する。

受信部３０４は、物理チャネル信号復調部３０４１と同期処理部３０４２と無線受信部３０４３を備える。無線受信部３０４３は、アンテナ３０５から入力されたＲＦ帯の信号をベースバンド帯に変換する。無線受信部３０４３が行なう処理には、ＲＦ帯からベースバンド帯への周波数変換、フィルタリング、アナログ・デジタル変換等が含まれる。

受信部３０４は、スモール基地局装置２００が送信した信号に加えて、すでに接続状態が確立しているマクロ基地局装置１００からの信号も取得することができる。例えば、端末装置３００がマクロ基地局装置１００をＰｃｅｌｌとして接続している場合、端末装置３００は、マクロ基地局装置１００がＰｃｅｌｌのＰＤＳＣＨやＰＤＣＣＨ等によって送信される信号から該アシスト情報を取得することができる。

同期処理部３０４２は、スモール基地局装置２００から送信される同期信号に基づいて、同期処理を行なう。また、同期処理部３０４２は同期処理に際し、マクロ基地局装置１００から通知されるアシスト情報を用いることができる。

同期処理部３０４２は、複数のセルＩＤにそれぞれ関連付けられた同期信号系列をマクロ基地局装置１００からのアシスト情報によって把握することができる。当然、同期処理部３０４２は、接続可能性のある複数のセルＩＤにそれぞれ関連付けられた同期信号系列を予め把握しておくこともできる。同期処理部３０４２は、把握している複数の信号系列を用いて、スモール基地局装置２００から送信される同期信号との相関を取ることが可能である。例えば、同期処理部３０４２は、その相関出力が一定の閾値よりも高くなる信号系列があった場合、その信号系列（複数あった場合は、最大の相関出力を与える信号系列）に関連付けられたセルＩＤを備えるスモール基地局装置２００に対して同期可能（接続可能）と判断する。また、同期処理部３０４２は、同期処理によって得られた各セルＩＤに関連付けられた受信品質を取得し、後述する送信部３０３を介して、マクロ基地局装置１００に該受信品質が通知されるように制御されても良い。

なお、端末装置３００にはスモール基地局装置２００からのみではなく、マクロ基地局装置１００や、隣接セルのスモール基地局装置２００やマクロ基地局装置１００からも同期信号を受信する場合もある。端末装置３００は、これらスモール基地局装置２００以外の装置から送信される同期信号に対しても同期処理を行ない、複数のセルＩＤの検出や受信品質の取得を行なっても良い。マクロ基地局装置１００の上位層部１０１が、配下のスモール基地局装置２００を複数のグループに棲み分けている場合も同様である。

複数の装置からの同期信号を受信する端末装置３００は、通信システムが使用可能な各周波数帯それぞれに対して同期処理を行なう必要がある。しかし、本実施形態が対象とする通信システムでは、高周波数帯のキャリア周波数を用いるスモール基地局装置２００と、低周波数帯のキャリア周波数を用いるマクロ基地局装置１００とで、設定されるセルＩＤに制限が与えることが可能である。例えばセルＩＤが０〜５０３で準備されている場合に、０〜５６マクロ基地局装置１００だけに使用され、５７〜５０３はスモール基地局装置２００だけに使用されるような状況が考えられる。この場合、端末装置３００は、マクロ基地局装置１００が使用する周波数帯に対しては、０〜５６のセルＩＤに対応する同期処理のみを行ない、一方で、スモール基地局装置２００が使用する周波数帯に対しては、５７〜５０３のセルＩＤに対応する同期処理のみを行なえば良い。なお、一部のセルＩＤがスモール基地局装置２００とマクロ基地局装置１００の双方に用いられる可能性を残しても良い。このような制御により、端末装置３００の負担を軽減することが可能である。

同期処理部３０４２が検出したセルＩＤは、制御部３０２を介して、上位層部３０１および送信部３０３に通知される。送信部３０３は、取得したセルＩＤをマクロ基地局装置１００に対して通知する。この通知方法は何かに限定されるものではない。例えば、端末装置３００がマクロ基地局装置１００をＰｃｅｌｌとして接続しているのであれば、端末装置３００はＰｃｅｌｌのＰＵＳＣＨで該セルＩＤに関する情報を送信可能である。

スモール基地局装置２００より同期信号以外の信号が送信されている場合、その信号は物理チャネル信号復調部３０４１に入力され、復調処理が行なわれることになる。

なお、本実施形態に係るマクロ基地局装置１００は、スモール基地局装置２００の機能を併せて備えていても良い。同様に、スモール基地局装置２００がマクロ基地局装置１００の機能を併せて備えていても良い。

以上、説明してきたマクロ基地局装置１００、スモール基地局装置２００および端末装置３００によれば、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送が可能な複数のスモール基地局装置を備え、そして端末装置３００に複雑な同期処理を要求しない無線通信システムが可能となる。

［２．第２の実施形態］
高周波帯のキャリア周波数を用いたＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送では信号送信に際し、ビームフォーミング（プリコーディング）伝送を行なうことが前提となる。そのため、その伝送特性はビーム形成の方法に大きく依存する。本実施形態においては、第１の実施形態でも想定した複数のスモール基地局装置の間で、適切なビーム形成を行なう場合を対象とする。

本実施形態が対象とする通信システムは、図１に示す通信システムと同一であり、通信システムが備えるスモール基地局装置２００には、マクロ基地局装置１００より同一のセルＩＤが設定されているものとする。また、各装置間の接続状態は、実施形態１と同様であり、更に、端末装置３００はスモール基地局装置２００のいずれか一つと接続可能状態（同期がとれている状態）であるものとする。例えば、端末装置３００は、マクロ基地局装置１００をＰｃｅｌｌとし、スモール基地局装置２００をＳｃｅｌｌとして、それぞれに接続している。

図６は本実施形態に係るスモール基地局装置２００の１構成例を示すブロック図である。その構成は図４に示す構成とほぼ同一であるが、送信部２０３は更にビーム制御部２０３６を備える。

本実施形態に係るスモール基地局装置２００は、第１の実施形態と同様のビームフォーミング伝送が可能である。ビームフォーミング伝送の方法は何かに限定されるものではないが、例えば、複数の線形フィルタが記載されたコードブックを予め備え、コードブック記載の線形フィルタから一つを選択し、その線形フィルタを送信信号に乗算して送信する方法がある。例えば、スモール基地局装置２００が備えるアンテナ２０５のアンテナ素子数がＮ個である場合、コードブックとして式（１）に示すようなＮ行Ｎ列のＤＦＴ行列Ｂを用いることができる。

ここで、Ｗ＝ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｎ）である。行列Ｂの各列ベクトルを一つの線形フィルタとすることで、スモール基地局装置２００はＮ個のビームを形成することができる。当然、スモール基地局装置２００が備えるコードブックの例は式（１）に限定されるものではない。スモール基地局装置２００はＬＴＥで採用されているようなハウスホルダー変換に基づいて作成したコードブックや、グラスマンコードブックや、複数のコードブックで構成されるマルチプルコードブックを備えていても良い。また、コードブックに記載されている線形フィルタ数はスモール基地局装置２００が備えるアンテナ素子数と同一である必要はない。また、コードブックに記載の線形フィルタの長さ（要素数）もスモール基地局装置２００が備えるアンテナ素子数と異なっていても構わない。以下では、スモール基地局装置２００は、Ｎ個の線形フィルタが記載されたコードブックを備えているものとし、コードブックに記載されている線形フィルタ（ビームとも呼称する）をそれぞれｂ_１，ｂ_２，．．．，ｂ_Ｎと記載する。

スモール基地局装置２００のビーム制御部２０３６は、ビーム形成部２０３４が送信信号に適用する線形フィルタ（ビーム）を決定する。なお、ビーム制御部２０３６は、複数のビームを識別するためのビーム識別番号（BID）の設定も併せて行なう（詳細後述）。本実施形態において、ビーム制御部２０３６のビームの選択方法は何かに限定されるものではないが、例えばランダムビームフォーミングの考え方に基づいた方法を用いれば良い。

この方法では、最初にスモール基地局装置２００は、コードブック記載の複数の線形フィルタｂ_１，ｂ_２，．．．，ｂ_Ｎを、それぞれ異なる参照信号ｃ_１，ｃ_２，．．．，ｃ_Ｎに乗算し、空間多重して端末装置３００に対して送信する。

端末装置３００は、スモール基地局装置２００が線形フィルタを乗算する参照信号を予め把握しているため、スモール基地局装置２００がビームフォーミング送信した参照信号と、自装置が把握している参照信号との相関を取ることで、スモール基地局装置２００が形成可能な各ビームの受信品質を把握することができる。つまり、端末装置３００は、各ビームを参照信号によって識別することになる。以下では、参照信号ｃ_ｉの送信に用いられている線形フィルタ（ビーム）ｂ_ｊのビーム識別番号（BID）をＢＩＤ＝ｉとする。参照信号のインデックスと、線形フィルタのインデックスは必ずしも一致する必要はない。また、コードブック記載のビーム数と、参照信号の数も一致する必要はない。更に、複数のビームに一つのＢＩＤが設定されても良いし、一つのビームに複数のＢＩＤが設定されても良い。

なお、スモール基地局装置２００は、同期信号の送信をランダムビームフォーミングの考え方に基づいて行なっても良い。この場合、スモール基地局装置２００は、ビーム毎に異なる同期信号系列を用いた複数の同期信号を生成し、それぞれに異なるビームを用いて空間多重して送信することができる。同期信号系列とＢＩＤが関連付けられていれば（例えば、スモール基地局装置２００は、同期信号系列に用いる信号系列を生成する際のパラメータ（生成式や初期値）とBIDを関連付けることができる）、端末装置３００は、スモール基地局装置２００より送信されている同期信号に対する同期処理により、各ＢＩＤの受信品質を把握することが可能である。

なお、スモール基地局装置２００が、ビームフォーミングに用いる線形フィルタの算出方法のみを把握している場合も本発明には含まれる。例えば、スモール基地局装置２００は、端末装置３００との通信に先立って、ランダムに複数の線形フィルタを生成し、該線形フィルタに基づいて、一連の信号処理を行なっても良い。この場合、スモール基地局装置２００は、通信のたびに生成する複数の線形フィルタにＢＩＤを設定しても良いし、線形フィルタの算出方法とＢＩＤを関連付けても良い。

端末装置３００は、最も受信品質の高いビームに関する情報（例えばBID）を、スモール基地局装置２００に直接通知しても良い。また、端末装置３００は、マクロ基地局装置１００とは接続状態にあり、更にマクロ基地局装置１００とスモール基地局装置２００は接続状態にあるから、端末装置３００は、マクロ基地局装置１００を介して、スモール基地局装置２００に、該ビームに関する情報を通知することができる。ビーム制御部２０３６は、端末装置３００から通知される該ビームに関する情報に基づいて、最適なビームを決定することが可能となる。

以上の方法によれば、スモール基地局装置２００は適切なＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を端末装置３００に対して行なうことが可能である。しかし、本実施形態に係るスモール基地局装置２００のように、それぞれに同一のセルＩＤが設定されている場合、必ずしも適切なＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なうことはできない。なぜならば、本実施形態の場合、端末装置３００は、同じセルＩＤが設定された複数のスモール基地局装置２００を、一つのスモール基地局装置２００と認識してしまう。そのため、スモール基地局装置２００が複数の参照信号をそれぞれ異なるビームで送信する際に、各スモール基地局装置２００より送信されるビームがお互いに干渉となって端末装置３００に受信されてしまうためである。

図７は本実施形態に係るスモール基地局装置２００のビーム形成の様子の一例を示す図である。ここでは、各スモール基地局装置２００は４つのビームｂ_１，ｂ_２，ｂ_３，ｂ_４を形成可能であるコードブックをお互いに共有しているものとし、４つの異なる参照信号を先の４つのビームを用いて同時に送信している。また、各ビームに設定されたＢＩＤ（図７中では＃１、＃２、＃３、＃４と記載）も各スモール基地局装置２００間で同一であるものとする。先に説明した方法によれば、図７中の端末装置３００は、各ビームの品質を測定し、マクロ基地局装置１００（図７中では記載を省略）に通知する。しかし、スモール基地局装置２００には同一のセルＩＤが設定されているため、端末装置３００は、それぞれのビームがどのスモール基地局装置２００より送信されているかを判断することはできない。そのため、端末装置３００はＢＩＤの異なる４つのビームが同一送信ポイントから送信されているものと判断してしまう。よって、図７に示すような位置に端末装置３００が存在した場合、端末装置３００があるビームを検出する際に、他のビームが干渉となってしまい、端末装置３００は受信品質の高いビームを検出できない。

そこで、本実施形態が対象とする通信システムが備えるスモール基地局装置２００は、それぞれが備えるコードブックや、ＢＩＤを適切に設定することで、効率の高いＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を実現する。

図８は本実施形態に係るスモール基地局装置２００のビーム形成の様子の一例を示す図である。図７と同様に、各スモール基地局装置２００が４つのビームを形成可能な同一のコードブックを共有しているが、各ビームに設定されたＢＩＤは異なっている。また、図８では、端末装置３００−１と端末装置３００−２が存在するものとする。この場合、端末装置３００−１は、ＢＩＤ＝１のビームのみを検出できる可能性が高い。また、端末装置３００−１は認識できないものの、実際にはＢＩＤ＝１のビームが４つのスモール基地局装置２００から同時送信されているから、そのビーム品質も良好となる。よって、端末装置３００−１が所望のビームとしてＢＩＤ＝１を、マクロ基地局装置１００を介してスモール基地局装置２００に通知し、スモール基地局装置２００がＢＩＤ＝１のビームを使って端末装置３００−１に対して同時にＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なうことで、良好な通信品質が実現されることになる。

また、端末装置３００−２は、ＢＩＤ＝２のビームのみを検出できる可能性が高い。この場合、スモール基地局装置２００は、ＢＩＤ＝１およびＢＩＤ＝２のビームを、端末装置３００−１および端末装置３００−２に対するビームフォーミング送信にそれぞれ用いることで、端末装置３００−１および端末装置３００−２宛てのデータを空間多重して送信することが可能となる。

一方、図８中の端末装置３００−１の近傍に別の端末装置３００−３が存在した場合、端末装置３００−３も端末装置３００−１と同様にＢＩＤ＝１を所望ビームとして、マクロ基地局装置１００に通知してしまう可能性が高い。この場合、スモール基地局装置２００は、端末装置３００−１および端末装置３００−３宛てのデータを空間多重して送信することはできず、他の多重方式（例えば時間多重や周波数多重）によって端末装置３００−１および端末装置３００−３宛てのデータを多重する必要がある。この場合、端末装置３００の通信機会が減少してしまうことになる。この場合、スモール基地局装置２００が図７に示すようなＢＩＤの設定を行なうことで、端末装置３００−１および端末装置３００−３がそれぞれ異なる所望のＢＩＤを通知する可能性が上がるから、スモール基地局装置２００は、端末装置３００−１および端末装置３００−３宛てのデータを空間多重して送信できる。しかし、端末装置３００−１および端末装置３００−３のお互いのデータが干渉となるから、図８の場合と比較して、受信品質が低下してしまう。つまり、本実施形態が対象とする通信システムにおいては、各スモール基地局装置２００のビーム制御部２０３６がＢＩＤを制御することで、端末装置３００の通信機会と受信品質を制御可能となるが、それらはトレードオフの関係にある。

本実施形態が対象とする通信システムでは、スモール基地局装置２００を設置する環境に応じて、ＢＩＤを適切に設定する。例えば、端末装置３００が密集するような地域には、通信システムが備えるスモール基地局装置２００からそれぞれ異なるＢＩＤのビームが届くように、各スモール基地局装置２００がＢＩＤを設定することで、該地域の端末装置３００の通信機会を改善することができる。一方、端末装置３００の密度がそれほど高くない地域には、通信システムが備えるスモール基地局装置２００から同一のＢＩＤのビームが届くように、各スモール基地局装置２００がＢＩＤを設定することで、該地域の端末装置３００の通信品質を改善することができる。

また、端末装置３００が密集するような地域においても、データトラフィック量の大きな端末装置３００が存在するのであれば、通信システムが備えるスモール基地局装置２００から同一のＢＩＤのビームが届くように、各スモール基地局装置２００がＢＩＤを設定することで、大きなデータトラフィックを有する端末装置３００の通信が短時間で終了するため、通信システム全体としての通信効率は改善する場合もある。

以上説明してきたように、本実施形態が対象とする通信システムでは、スモール基地局装置２００を設置する環境（端末装置３００の密度、各端末装置３００のトラフィック量およびトラフィック内容、端末装置３００の受信品質等）に応じて、スモール基地局装置２００のビーム制御部２０３６は、ＢＩＤを適切に設定する。

スモール基地局装置２００のビーム制御部２０３６のＢＩＤの設定は、通信事業者がスモール基地局装置２００を設置する際に、周辺環境を考慮して設定することができる。また、スモール基地局装置２００が接続しているマクロ基地局装置１００の上位層部１０１からの指示に従って、ビーム制御部２０３６はＢＩＤを設定することが可能である。

また、これまでの説明では、各スモール基地局装置２００はお互いに同一のコードブックを備えて、それぞれがＢＩＤを設定するものとしてきたが、各スモール基地局装置２００がお互いに異なるコードブックを用いて、同様の制御を行なっても構わない。

また、スモール基地局装置２００が、同期信号のビームフォーミング送信と、同期信号以外（例えばデータ信号）のビームフォーミング送信とに、同じコードブックを用いる場合、それぞれの送信時におけるＢＩＤの設定は、異なっていても良い。

以上説明してきたスモール基地局装置２００によれば、同一のセルＩＤが設定されたスモール基地局装置を複数備えた通信システムにおいて、高効率にＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なうことができるから、通信システムのシステムスループットを改善することが可能となる。

［３．第３の実施形態］
第２の実施形態が対象とした通信システムでは、スモール基地局装置を設置する環境に応じて、スモール基地局装置がＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送に用いる複数のビームを識別するためのビーム識別番号を適切に設定することで、システム全体の効率を改善する。しかし、通信システムの環境は、時々刻々と変化するのが通常であり、ある一つのビーム識別番号の設定パターンでは、あらゆる環境に対応することはできない。本実施形態では、スモール基地局装置がＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送に用いる複数のビームを識別するためのビーム識別番号を動的に設定する。

本実施形態が対象とする通信システムは、図１に示す通信システムと同一であり、通信システムが備えるスモール基地局装置２００には、マクロ基地局装置１００より同一のセルＩＤが設定されているものとする。また、各装置間の接続状態は、実施形態１と同様であり、更に、端末装置３００はスモール基地局装置２００のいずれか一つと接続可能状態（同期がとれている状態）であるものとする。

図９は、本実施形態に係るスモール基地局装置２００の１構成例を示すブロック図である。その構成は図６に示す構成とほぼ同一であるが、受信部２０４は、更に同期処理部２０４３とビーム測定制御部２０４４を備える。

各スモール基地局装置２００のビーム制御部２０３６は、受信部２０４が取得した、他のスモール基地局装置２００よりビームフォーミング送信された信号に基づいて、ＢＩＤを制御することが可能である。例えば、スモール基地局装置２００の受信部２０４が、自装置以外のスモール基地局装置２００から端末装置３００に向けてビームフォーミングされて送信されている信号を受信し、その受信品質を取得し、その受信品質に基づいて、ビーム制御部２０３６がＢＩＤを制御することが可能である。なお、スモール基地局装置２００が他スモール基地局装置２００から送信される信号を正しく受信するために、受信部２０４が備える同期処理部２０４３は、端末装置３００が備える同期処理部３０４２と同様に、同期処理を行なうことが可能である。つまり、本実施形態に係るスモール基地局装置２００の受信部２０４は、端末装置３００が備える受信部３０４が備える、スモール基地局装置２００よりビームフォーミング送信された信号を受信する機能の一部を発揮可能な構成となっている。

スモール基地局装置２００は、複数のアンテナ素子を備えているから、自装置が受信した信号がどの方向から到来したかを推定する到来角度推定や、特定の方向のみから到来する信号のみを受信するアンテナアレー受信が可能である。スモール基地局装置２００のビーム測定制御部２０４４は、アンテナ２０５を適切に制御することで、自装置が備えるコードブックに記載の線形フィルタで形成可能なビームの出射角度方向から到来する信号のみを受信するアンテナアレー受信を行なうことができる。

該アンテナアレー受信によって受信された該出射角度方向から到来してきた信号は無線受信部２０４２を介して、ビーム測定制御部２０４４に入力される。スモール基地局装置２００は、設定可能なＢＩＤにそれぞれ関連付けられた参照信号を把握している。よって、該入力された信号が、他のスモール基地局装置２００が端末装置３００にビーム品質を測定させるためにビームフォーミング送信した参照信号であれば、ビーム測定制御部２０４４は、該出射角度方向から到来しているビームのＢＩＤを取得することが可能である。ビーム測定制御部２０４４が取得した他のスモール基地局装置２００のＢＩＤの情報に基づいて、ビーム制御部２０３６は自装置のＢＩＤを設定することが可能である。

ビーム制御部２０３６がある出射角度を有するビームのＢＩＤを設定する場合、該出射角度に対するアンテナアレー受信によって取得したＢＩＤと同一のＢＩＤに設定すれば、図８に示すような、同一地域に同一のＢＩＤを持ったビームが到来する通信システムを実現することができる。例えば、スモール基地局装置２００の上位層部２０１は、マクロ基地局装置１００より通知されるアシスト情報に含まれる端末装置３００に対するＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送に用いるＢＩＤに関する情報を蓄積しておくことで、該ＢＩＤの利用指示の頻度（BIDヒストグラム）を把握できる。上位層部２０１が蓄積したＢＩＤヒストグラムによって、該ＢＩＤの利用指示が少ないと判断した場合、ビーム制御部２０３６は、該出射角度方向の端末装置３００の数はそれほど多くないと判断可能である。よって、ビーム制御部２０３６は、該地域に出射角度を向けるビームには該ＢＩＤと同一のＢＩＤを設定することが可能である。

一方で、ビーム制御部２０３６がある出射角度を有するビームのＢＩＤを設定する場合、該出射角度に対するアンテナアレー受信によって取得したＢＩＤと異なるＢＩＤに設定すれば、図７に示すような、同一地域に異なるＢＩＤを持ったビームが到来する通信システムを実現することができる。例えば、ビーム制御部２０３６が、上位層部２０１のＢＩＤヒストグラムによって、該ＢＩＤの利用指示が多いと判断した場合、ビーム制御部２０３６は、該出射角度方向の端末装置３００の数は、かなり多いものと判断可能である。よって、ビーム制御部２０３６は、該地域に出射角度を向けるビームには該ＢＩＤと異なるＢＩＤを設定することが可能である。

以上の説明では、ビーム制御部２０３６は、マクロ基地局装置１００より通知されるアシスト情報に含まれるＢＩＤの頻度に基づいてＢＩＤの設定を行なうことが可能であるが、当然、通信システムのトラフィック量に基づいてＢＩＤの設定を行なっても良い。例えば、ビーム制御部２０３６は、高トラフィックの（または、マクロ基地局装置１００よりオフロードされるデータ量が多い）端末装置３００宛てのデータ伝送への利用指示が多いＢＩＤが、他の端末装置３００宛てのデータ伝送に利用指示されないようにＢＩＤを設定することも可能である。

また、各スモール基地局装置２００のビーム制御部２０３６におけるＢＩＤの設定は、各スモール基地局装置２００の接続状態にあるマクロ基地局装置１００が行なうこともできる。マクロ基地局装置１００の上位層部１０１は、自セル内のトラフィック量の分布および時間変化を示すテーブルを予め把握しておき、そのテーブルに基づいて、配下のスモール基地局装置２００それぞれに対して、ＢＩＤの設定に関する情報を通知することができる。また、マクロ基地局装置１００が、スモール基地局装置２００と同様に、他のスモール基地局装置２００よりビームフォーミング送信されている信号を受信する機能を備え、その情報に基づいて、ＢＩＤの設定を決定しても良い。

また、マクロ基地局装置１００が各スモール基地局装置２００のビーム制御部２０３６におけるＢＩＤの設定を制御する場合、マクロ基地局装置１００は、自セル１００−１ａ内のＢＩＤの分布を把握することが可能となる。このことは、マクロ基地局装置１００はマクロ基地局装置１００に接続している各端末装置３００が検出可能なＢＩＤを把握できることを示唆している。よって、マクロ基地局装置１００は、自セル１００−１ａ内のＢＩＤの分布に基づいて、各端末装置３００に対して、受信品質を測定すべきＢＩＤのセットをシグナリングすることができる。例えば、マクロ基地局装置１００は、各端末装置３００の自セル１００−１ａ内の位置情報を取得し、該端末装置３００が存在する地域に多く割り振られているＢＩＤを、該端末装置３００にシグナリングすることができる。各端末装置３００端末装置３００は、該シグナリングから取得されたＢＩＤのビームに関してのみ受信品質を測定すれば良い。

以上説明してきたマクロ基地局装置１００、スモール基地局装置２００および端末装置３００によれば、時々刻々と変化する通信システムの環境に応じて、ＢＩＤの設定を動的に行なうことで、高効率にＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ伝送を行なう通信システムが実現されるから、通信システムのシステムスループットを改善することが可能となる。

［４．全実施形態共通］
本発明に係るマクロ基地局装置、スモール基地局装置および端末装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ROM、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであっても良い。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。

また、市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における端末装置、スモール基地局装置およびマクロ基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現しても良い。端末装置、スモール基地局装置およびマクロ基地局装置の各機能ブロックは個別にチップ化しても良いし、一部、または全部を集積してチップ化しても良い。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。或いは、専用回路の一部を汎用処理プロセッサで構成し、各処理あるいは機能の一部は当該汎用プロセッサを使用して実現するようにして、専用回路部とソフトウェア処理の両方によって実現するように構成されていて良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。

なお、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本願発明の端末装置は、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、または非可動型の電子機器、例えば、ＡＶ機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も請求の範囲に含まれる。

本発明は、基地局装置、端末装置および通信方法に用いて好適である。

なお、本国際出願は、２０１４年９月２４日に出願した日本国特許出願第２０１４−１９３２４７号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１４−１９３２４７号の全内容を本国際出願に援用する。

１００ マクロ基地局装置
２００、２００−１、２００−２、２００−３、２００−４ スモール基地局装置
３００、３００−１、３００−２、３００−３ 端末装置
１０１、２０１、３０１ 上位層部
１０２、２０２、３０２ 制御部
１０３、２０３、３０３ 送信部
１０４、２０４、３０４ 受信部
１０５、２０５、３０５ アンテナ
１０３１、２０３１、３０３１ 物理チャネル信号生成部
１０４１、２０４１、３０４１ 物理チャネル信号復調部
１０３５、２０３５、３０３２ 無線送信部
１０４２、２０４２、３０４３ 無線受信部
２０３２ 制御情報生成部
２０３３ 多重部
２０３４ ビーム形成部
２０４３、３０４２ 同期処理部
２０４４ ビーム測定制御部

Claims (12)

1. 第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第２の基地局装置であって、
   他の前記第２の基地局装置の少なくとも一つと同一のセル識別番号が設定されており、
   複数の情報が記載されたコードブックを備え、
   前記複数の情報にはそれぞれ異なるインデックスを割り当てることを特徴とする基地局装置。
2. 前記インデックスの割り当ての少なくとも一部は、他の前記第２の基地局装置と異なることを特徴とする、請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記通信システムの通信品質に基づいて、前記インデックスの割り当てを決定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の基地局装置。
4. 前記他の第２の基地局装置より送信される信号を受信する受信部を備え、
   前記他の第２の基地局装置より送信される信号に基づいて、前記他の第２の基地局装置の前記インデックスの割り当て状況を取得し、
   前記他の第２の基地局装置の前記インデックスの割り当て状況に基づいて、自装置の前記インデックスの割り当てを決定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の基地局装置。
5. 前記第１の基地局装置からシグナリングされる前記インデックスの割り当てに関連付けられた情報に基づいて、前記インデックスの割り当てを決定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の基地局装置。
6. 前記コードブックに基づいて、前記セル識別番号に関連付けられた同期信号に、第１のプリコーディングを施してから送信することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の基地局装置。
7. 第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第１の基地局装置であって、
   前記第２の基地局装置は、複数の情報が記載されたコードブックを備え、前記情報にはそれぞれ異なるインデックスを割り当てることが可能であり、
   前記複数の第２の基地局装置を複数のグループに棲み分けし、
   前記棲み分けに基づいて前記第２の基地局装置のセル識別番号を決定し、
   前記インデックスの割り当てと、前記セル識別番号に関する情報を、前記第２の基地局装置にシグナリングすることを特徴とする基地局装置。
8. 前記第２の基地局装置より送信される信号を受信する受信部を備え、
   前記第２の基地局装置より送信される信号に基づいて、前記第２の基地局装置の前記インデックスの割り当て状況を取得し
   記第２の基地局装置の前記インデックスの割り当て状況に基づいて、前記インデックスの割り当てを決定することを特徴とする、請求項７に記載の基地局装置。
9. 前記通信システムの通信品質に基づいて、前記インデックスの割り当てを決定することを特徴とする、請求項７に記載の基地局装置。
10. 第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える端末装置であって、
    前記第２の基地局装置は、複数の情報が記載されたコードブックを備え、前記複数の情報にはそれぞれ異なるインデックスを割り当てることが可能であり、
    前記第１の基地局装置は、前記インデックスの割り当てを決定し、前記インデックスの少なくとも一つを前記端末装置にシグナリングし、
    前記第１の基地局装置からのシグナリングに基づいて、前記第２の基地局装置より送信される信号の受信品質を測定することを特徴とする端末装置。
11. 第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第２の基地局装置の通信方法であって、
    前記第２の基地局装置は、
    他の前記第２の基地局装置の少なくとも一つと同一のセル識別番号が設定されており、複数の情報が記載されたコードブックを備えており、
    前記複数の情報にそれぞれ異なるインデックスを割り当てるステップを備えることを特徴とする通信方法。
12. 第１の基地局装置からの情報を取得可能な複数の第２の基地局装置が端末装置と通信を行なう通信システムが備える第１の基地局装置の通信方法であって、
    前記第２の基地局装置は、複数の線形フィルタが記載されたコードブックを備え、前記複数の情報にはそれぞれ異なるインデックスを割り当てることが可能であり、
    前記複数の第２の基地局装置を複数のグループに棲み分けするステップと、
    前記棲み分けに基づいて、前記第２の基地局装置のセル識別番号を決定するステップと、
    前記インデックスの割り当てと、前記セル識別番号に関する情報を、前記第２の基地局装置にシグナリングするステップと、を備えることを特徴とする通信方法。

Images