JPWO2016084182A1 - 基地局、通信システム及び参照信号送信方法 - Google Patents

Abstract

ビーム探索によって消費する無線リソース量を減少するこができる基地局。ユーザ端末に対してビームフォーミングを行う基地局（１０）において、伝搬損失取得部（１０２）は、セクタ内の伝搬損失の分布を取得する。候補ビーム集合決定部（１０３）は、伝搬損失の分布に基づいて、候補ビーム集合を決定する。すなわち、候補ビーム集合決定部（１０３）は、各々が伝搬損失の分布に基づいたビーム幅を有する細い候補ビームと太い候補ビームとを含む複数の候補ビームから形成される候補ビーム集合を決定する。平面アンテナ（１０１）は、候補ビーム集合を形成する複数の候補ビームの各ビームを用いてユーザ端末へ参照信号を送信する。

Description

本発明は、基地局、通信システム及び参照信号送信方法に関する。

昨今、無線通信装置の数の増大、通信速度の高速化、及び、通信の広帯域化が進む中、無線リソースの利用効率（例えば、周波数利用効率）を向上するニーズが益々高まっている。

無線リソースの利用効率を向上する技術の一つとして「ビームフォーミング」がある。例えば、ビームフォーミングを用いる基地局は、ユーザ端末（User Equipment：ＵＥ）宛てのデータ信号にウェイトベクトルを乗算してユーザ端末宛てのデータ信号の位相及び振幅を制御する。基地局では、ウェイトベクトルを調節することにより、ユーザ端末が位置するエリアにビームを向けて電波を集中させることができる。これにより、他の通信の電波との干渉を低減することができ、結果として、周波数利用効率を向上させることができる。特に、ミリ波通信等の高周波数、かつ、広帯域幅の通信を行う無線通信装置が有するアンテナ素子は小さい。また、高周波数の無線信号の伝搬損失は、一般的に大きい。このため、高周波数、かつ、広帯域幅の通信を行う無線通信装置は、一般的に、ビームフォーミングを用いて伝搬損失を補っている。

ビームフォーミングを行う基地局は、干渉低減効果を高めるために、適切なビームをデータ信号送信用のビーム（以下では「データ送信ビーム」と呼ぶことがある）に決定することが重要である。このため、データ送信ビームの決定の際には、複数の「候補ビーム」の中から適切なデータ送信ビームを探し出す「ビーム探索」が行われる。

ビーム探索では、基地局は、予め定められた複数の候補ビームの中で候補ビームを順に切り替えながら参照信号（Reference Signal；以下では「ＲＳ」と呼ぶことがある）をユーザ端末へ送信する。ユーザ端末は、参照信号を用いて候補ビーム毎にチャネル推定を行い、候補ビーム毎のチャネル推定値を基地局へ報告する。つまり、「候補ビーム」は、「参照信号送信用のビーム」、または、「チャネル推定用のビーム」と言うこともできる。基地局は、ユーザ端末から報告された、候補ビーム毎のチャネル推定値に基づいて、そのユーザ端末に対するデータ送信ビームを決定する。例えば、基地局は、複数の候補ビームの中でユーザ端末におけるＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）が最大の候補ビームを、そのユーザ端末に対するデータ送信ビームに決定する。このようにして、ビーム探索では、予め定められた複数の候補ビームの中からユーザ端末毎に適切なビームがデータ送信ビームに決定される。

特開２０１３−２３２７４１号公報 特表２００３−５２１８２２号公報

T. Kim, J. Park, J.-Y. Seol, S. Jeong, J. Cho and W. Roh, "Tens of Gbps Support with mmWave Beamforming Systems for Next Generation Communications," in Proc. IEEE Global Commun. Conf. (GLOBECOM), Dec. 2013, pp. 3790-3795.

ここで、ビーム幅が小さいほどビームフォーミングによって得られるゲイン（以下では「ＢＦゲイン」と呼ぶことがある）が大きくなる。そこで、従来は、セル端に位置するユーザ端末でも十分なチャネル推定精度が得られるように、すべての候補ビームのビーム幅が、一律に小さい幅に設定されていた。一方で、一定の大きさのセルを複数の候補ビームで満遍なく埋めるには、ビーム幅が小さいほど候補ビームの数が多くなる。また、候補ビームの数が多くなるほど、より多くの無線リソースが消費される。よって、従来は、ビーム探索に多くの無線リソースが消費されていた。１セル内で利用可能な無線リソースには上限があるため、ビーム探索に多くの無線リソースが消費されると、データ信号の送信に利用可能な無線リソースが減少し、その結果、セル全体のスループットが低下してしまう。さらに、ユーザ端末の位置は時々刻々と変化するので、ユーザ端末の位置の変化に追従させてデータ送信ビームを適切なビームに変更するためには、ビーム探索の実行周期が小さいほど好ましい。しかし、ビーム探索の実行周期が小さくなるほど、より多くの無線リソースが消費されてしまうため、セル全体のスループットの低下率が大きくなってしまう。

なお、「セル」は、１つの基地局の「通信エリア」と「チャネル周波数」とに基づいて規定される。「通信エリア」とは、基地局から送信された電波が到達するエリア（以下では「射程エリア」と呼ぶことがある）の全体でもよいし、射程エリアが分割された分割エリア（所謂、セクタ）であってもよい。また、「チャネル周波数」とは、基地局が通信に使用する周波数の一単位であり、中心周波数と帯域幅とに基づいて規定される。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、ビーム探索によって消費される無線リソース量を減少することを目的とする。

開示の態様では、ユーザ端末に対してビームフォーミングを行う基地局が、取得部と、決定部と、アンテナとを有する。前記取得部は、通信エリア内の伝搬損失の分布を取得する。前記決定部は、チャネル推定用の複数のビームであって、各々が前記分布に基づいたビーム幅を有する前記複数のビームから形成されるビーム集合を決定する。前記アンテナは、前記ビーム集合を形成する前記複数のビームの各ビームを用いて前記ユーザ端末へ参照信号を送信する。

開示の態様によれば、ビーム探索によって消費される無線リソース量を減少するこができる。

図１は、実施例１の通信システムの一例を示す図である。 図２は、実施例１の通信システムの一例を示す図である。 図３は、実施例１の基地局の一例を示す機能ブロック図である。 図４は、実施例１のユーザ端末の一例を示す機能ブロック図である。 図５は、実施例１の通信システムの処理シーケンスの一例を示す図である。 図６は、実施例１の基地局の処理の説明に供するフローチャートである。 図７は、実施例１の伝搬損失の分布の一例を示す図である。 図８は、実施例１の候補ビーム集合の決定処理の説明に供する図である。 図９は、実施例１の候補ビーム集合の決定処理の説明に供する図である。 図１０は、実施例１のＲＳＲＰの推定結果の一例を示す図である。 図１１は、実施例１の候補ビーム集合の一例を示す図である。 図１２は、実施例２の基地局の一例を示す機能ブロック図である。 図１３は、実施例２のユーザ端末の一例を示す機能ブロック図である。 図１４は、実施例２の基地局の処理の説明に供するフローチャートである。 図１５は、実施例２の受信品質の推定結果の一例を示す図である。 図１６は、実施例２の候補ビーム集合の一例を示す図である。 図１７は、実施例３の基地局の一例を示す機能ブロック図である。 図１８は、実施例３のユーザ端末の一例を示す機能ブロック図である。 図１９は、実施例３の通信システムの処理シーケンスの一例を示す図である。 図２０は、実施例３の候補ビーム集合再決定部の処理の説明に供するフローチャートである。 図２１は、実施例３の再決定候補ビーム集合の一例を示す図である。 図２２は、基地局のハードウェア構成例を示す図である。 図２３は、ユーザ端末のハードウェア構成例を示す図である。

以下に、本願の開示する基地局、通信システム及び参照信号送信方法の実施例を図面に基づいて説明する。なお、この実施例により本願の開示する基地局、通信システム及び参照信号送信方法が限定されるものではない。また、各実施例において同一の機能を有する構成、及び、同一の処理を行うステップには同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［実施例１］
＜通信システムの概要＞
図１及び図２は、実施例１の通信システムの一例を示す図である。図１において、通信システム１は、基地局ＢＳと、ユーザ端末ＵＥ１，ＵＥ２とを有する。基地局ＢＳは、セルＣを形成する。セルＣは、セクタＳ１，Ｓ２，Ｓ３の３つのセクタに分割され、ユーザ端末ＵＥ１，ＵＥ２は例えばセクタＳ１内に位置する。基地局ＢＳは、例えば、セクタＳ１，Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ形成する３つの平面アンテナを有し、各平面アンテナが水平方向で１２０°ずつの通信エリアをそれぞれカバーする。以下では、ユーザ端末ＵＥ１，ＵＥ２を区別しない場合には「ユーザ端末ＵＥ」と総称することがある。

図２に示すように、基地局ＢＳは、例えば、セクタＳ１に対応する平面アンテナ１０１を有し、平面アンテナ１０１を用いて形成する候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６をそれぞれ用いてユーザ端末ＵＥへ参照信号を送信する。ユーザ端末ＵＥは、基地局ＢＳから送信された参照信号を用いて、候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６の各候補ビーム毎にチャネル推定を行う。また、図２に示すように、候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６の放射方向は互いに相違する。すなわち、水平方向（ｈ方向）において４つの候補ビームのビーム幅の合計が、図１に示すセクタＳ１の通信エリアに相当する。また、鉛直方向（ｖ方向）での候補ビームの放射範囲は、平面アンテナ１０１上の所定の一点を基準にして０°から鉛直下方向に例えば１２０°等、所定の範囲に設定される。よって、候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６によって、セクタＳ１の通信エリアの全体がカバーされる。以下では、１つの通信エリアの全体をカバーする複数の候補ビームから形成されるビームの集合を「候補ビーム集合」と呼ぶことがある。つまり、図２において、候補ビーム集合は、候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６の１６個の候補ビームから形成される。よって、換言すれば、「候補ビーム集合」は、チャネル推定用の複数のビーム、または、参照信号送信用の複数のビームから形成される。

＜基地局の構成＞
図３は、実施例１の基地局の一例を示す機能ブロック図である。図３に示す基地局１０は、図１及び図２に示す基地局ＢＳに相当する。図３において、基地局１０は、平面アンテナ１０１と、伝搬損失取得部１０２と、候補ビーム集合決定部１０３と、候補ビーム切替部１０４とを有する。また、基地局１０は、ＲＳ生成部１０５と、ＲＳ用ビームフォーミング部１０６と、無線送信部１０７と、無線受信部１０８と、受信処理部１０９と、データ送信ビーム決定部１１０と、送信処理部１１１と、データ用ビームフォーミング部１１２とを有する。

平面アンテナ１０１は、例えば、水平方向に４つ、及び、鉛直方向に４つの、合計１６個のアンテナ素子を有し、基地局１０は、平面アンテナ１０１を用いてビームフォーミングを行う。

伝搬損失取得部１０２は、セクタＳ１内の伝搬損失の分布を取得し、取得した伝搬損失の分布の情報を候補ビーム集合決定部１０３に出力する。伝搬損失の分布の取得の詳細は後述する。

候補ビーム集合決定部１０３は、伝搬損失取得部１０２によって取得された伝搬損失の分布に基づいて、セクタＳ１における候補ビーム集合を決定し、決定した候補ビーム集合を候補ビーム切替部１０４及びデータ送信ビーム決定部１１０に指示する。候補ビーム集合の決定の詳細は後述する。

候補ビーム切替部１０４は、ビーム探索の際に、候補ビーム集合を形成する複数の候補ビームにおいて、参照信号の送信に用いる候補ビームを時間の経過に伴って順に切り替えながら、候補ビームをＲＳ用ビームフォーミング部１０６に指示する。

ＲＳ生成部１０５は、参照信号を生成してＲＳ用ビームフォーミング部１０６に出力する。

ＲＳ用ビームフォーミング部１０６は、候補ビーム切替部１０４から指示された候補ビームに従って、参照信号に対してビームフォーミングを行い、ビームフォーミング後の参照信号を無線送信部１０７に出力する。

例えば、ＲＳ用ビームフォーミング１０６は、候補ビーム切替部１０４から指示された候補ビームのウェイトを用いて、平面アンテナ１０１が有する各アンテナ素子から送信される参照信号の位相、または、位相と振幅との組合せを制御する。平面アンテナ１０１が有する全アンテナ素子数をＭとすると、アンテナ素子ｍから候補ビームｎを用いて送信されるビームフォーミング後の参照信号ｘ_ｍ,ｎ（ｍ＝０,１,…,Ｍ−１）は式（１）によって表される。但し、ｗ_ｍ,ｎは候補ビームｎのアンテナ素子ｍに対するウェイト、ｓ_ｍはビームフォーミング前の参照信号である。

送信処理部１１１は、入力されるデータに対して符号化及び変調のベースバンド処理を行ってベースバンドのデータ信号を生成し、生成したデータ信号をデータ用ビームフォーミング部１１２に出力する。

無線送信部１０７は、ＲＳ用ビームフォーミング部１０６から入力される参照信号、及び、データ用ビームフォーミング部１１２から入力されるデータ信号に対して、デジタル−アナログ変換及びアップコンバートの無線処理を行う。無線送信部１０７は、無線処理後のＲＳ信号及びデータ信号を平面アンテナ１０１を介してユーザ端末ＵＥに送信する。

無線受信部１０８は、ユーザ端末ＵＥから平面アンテナ１０１を介して受信した報告信号に対してダウンコンバート及びアナログ−デジタル変換の無線処理を行ってベースバンドの報告信号を得て受信処理部１０９に出力する。ユーザ端末ＵＥから受信される報告信号には、候補ビーム毎のチャネル推定値が含まれる。

受信処理部１０９は、ベースバンドの報告信号に対して復調及び復号のベースバンド処理を行って、各ユーザ端末ＵＥからの報告信号に含まれる候補ビーム毎のチャネル推定値を取得する。チャネル推定値は、ユーザ端末ＵＥにおける候補ビーム毎のＲＳＲＰ、または、候補ビーム毎のＲＳＲＰと、基地局１０からユーザ端末ＵＥまでの伝搬路における候補ビーム毎の位相回転量との組合せである。受信処理部１０９は、各ユーザ端末ＵＥから報告があった候補ビーム毎のチャネル推定値をデータ送信ビーム決定部１１０に出力する。

データ送信ビーム決定部１１０は、候補ビーム集合決定部１０３から指示された候補ビーム集合と、受信処理部１０９から入力されるユーザ端末ＵＥ毎及び候補ビーム毎のチャネル推定値とに基づいて、データ送信ビームを決定する。データ送信ビーム決定部１１０は、決定したデータ送信ビームを形成するためのウェイトベクトルの情報をデータ用ビームフォーミング部１１２に指示する。

例えば、ユーザ端末ＵＥから報告されるチャネル推定値がユーザ端末ＵＥにおける候補ビーム毎のＲＳＲＰである場合、データ送信ビーム決定部１１０は、以下のようにしてデータ送信ビームを決定する。すなわち、データ送信ビーム決定部１１０は、候補ビーム集合を形成する複数の候補ビームの中で最もＲＳＲＰが大きい候補ビームをデータ送信ビームに決定する。

また例えば、ユーザ端末ＵＥから報告されるチャネル推定値が候補ビーム毎のＲＳＲＰと位相回転量との組合せである場合、データ送信ビーム決定部１１０は、以下のようにしてデータ送信ビームを決定する。すなわち、データ送信ビーム決定部１１０は、チャネル推定値に応じた重みを用いて候補ビームのウェイトベクトルを線形結合し、線形結合後のウェイトベクトルによって形成されるビームをデータ送信ビームに決定する。線形結合後のウェイトベクトルｗ＾は、例えば式（２）によって表される。但し、Ｎは候補ビーム集合を形成する候補ビームの数、ｗ_ｎ（ｎ＝０,１,…,Ｎ−１）は候補ビームｎのウェイトベクトル、ｈ_ｎ＾^＊は候補ビームｎに対するチャネル推定値に応じた重みである。また、ｈ_ｎ＾^＊は、式（３）によって表される。但し、Ｐ_ｎはＲＳＲＰ（真値）、φ_ｎは位相回転量である。なお、ウェイトベクトルｗ＾は規格化されてもよい。

データ用ビームフォーミング部１１２は、データ送信ビーム決定部１１０から指示されたウェイトベクトルの情報に基づいて、データ信号に対してビームフォーミングを行い、ビームフォーミング後のデータ信号を無線送信部１０７に出力する。例えば、アンテナ素子ｍから送信されるビームフォーミング後のデータ信号ｙ_ｍ（ｍ＝０,１,…,Ｍ−１）は式（４）によって表される。但し、ｗ_ｍ＾はウェイトベクトルｗ＾のｍ番目の要素、ｄ_ｍはビームフォーミング前のデータ信号である。

＜ユーザ端末の構成＞
図４は、実施例１のユーザ端末の一例を示す機能ブロック図である。図４に示すユーザ端末２０は、図１及び図２に示すユーザ端末ＵＥ１，ＵＥ２に相当する。図４において、ユーザ端末２０は、アンテナ２１と、無線受信部２２と、受信処理部２３と、チャネル推定部２４と、送信処理部２５と、無線送信部２６とを有する。

無線受信部２２は、基地局１０からアンテナ２１を介して受信した参照信号及びデータ信号に対してダウンコンバート及びアナログ−デジタル変換の無線処理を行ってベースバンドの参照信号及びデータ信号を得て受信処理部２３及びチャネル推定部２４に出力する。

受信処理部２３は、ベースバンドのデータ信号に対して復調及び復号のベースバンド処理を行ってデータを取得する。

チャネル推定部２４は、参照信号を用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を送信処理部２５に出力する。例えば、チャネル推定部２４は、チャネル推定値として候補ビーム毎にＲＳＲＰを測定する。または、チャネル推定部２４は、チャネル推定値として、候補ビーム毎にＲＳＲＰと位相回転量とを測定する。チャネル推定部２４は、複数の候補ビーム各々のチャネル推定値を含む報告データを生成して送信処理部２５に出力する。チャネル推定部２４でのチャネル推定は、基地局１０からの参照信号の送信タイミングに合わせて行われる。例えば、基地局１０からの参照信号の送信タイミングは、予め所定のタイミングに設定され、ユーザ端末２０でも既知である。

送信処理部２５は、報告データに対して符号化及び変調のベースバンド処理を行ってベースバンドの報告信号を生成し、生成した報告信号を無線送信部２６に出力する。

無線送信部２６は、ベースバンドの報告信号に対してデジタル−アナログ変換及びアップコンバートの無線処理を行う。無線送信部２６は、無線処理後の報告信号をアンテナ２１を介して基地局１０に送信する。

＜通信システムの処理＞
図５は、実施例１の通信システムの処理シーケンスの一例を示す図である。

まず、基地局１０は、候補ビーム集合を決定する（ステップＳ１１）。

次いで、基地局１０は、候補ビーム集合の中で候補ビームを切り替えて参照信号を送信する（ステップＳ１２−１〜Ｓ１２−Ｎ，Ｎは候補ビーム集合を形成する候補ビームの数）。

次いで、ユーザ端末２０は、候補ビーム毎のチャネル推定値を基地局１０に報告する（ステップＳ１３）。

そして、基地局１０は、候補ビーム毎のチャネル推定値に基づいて、データ送信ビームを決定する（ステップＳ１４）。

＜基地局の処理＞
図６は、実施例１の基地局の処理の説明に供するフローチャートである。以下では、所定のビーム幅を有する「細い候補ビーム」と、細い候補ビームよりビーム幅が大きい「太い候補ビーム」の２種類の候補ビームによって候補ビーム集合を形成する場合について説明する。図６に示すフローチャートは、一定の周期で開始される。

図６において、まず、伝搬損失取得部１０２が、セクタＳ１内の伝搬損失の分布を取得する（ステップＳ２１）。伝搬損失取得部１０２は、例えば、３次元の建物情報を考慮した伝搬シミュレーションを用いて、反射等の影響を考慮した伝搬損失の分布を取得する。伝搬シミュレーションの方法として、例えば、レイトレーシング（ray tracing）法を用いることができる。また例えば、伝搬損失取得部１０２は、伝搬損失を実測してもよい。伝搬損失取得部１０２によって取得された伝搬損失の分布の一例を図７に示す。図７は、実施例１の伝搬損失の分布の一例を示す図である。

次いで、候補ビーム集合決定部１０３が、図８に示すように、細い候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６だけから（つまり、太い候補ビームを含まない）候補ビーム集合を形成する（ステップＳ２２）。図８は、実施例１の候補ビーム集合の決定処理の説明に供する図である。図８に示す細い候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６は、図２に示す候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６に相当し、細い候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６の放射方向は互いに相違する。なお、水平方向（ｈ方向）及び鉛直方向（ｖ方向）からなる２次元平面において、細い候補ビームＢａ１〜Ｂａ１６の放射方向は、図９に示す（ｈ,ｖ）＝（１,１）〜（４,４）にそれぞれ対応する。図９は、実施例１の候補ビーム集合の決定処理の説明に供する図である。

次いで、候補ビーム集合決定部１０３が、ステップＳ２１において取得された伝搬損失の分布に基づいて、図８に示す候補ビーム集合において、候補ビーム毎のユーザ端末２０におけるＲＳＲＰを式（５）に従って推定する（ステップＳ２３）。但し、Ｐ_ｈ,ｖは放射方向（ｈ,ｖ）において推定されるＲＳＲＰ、Ｇ_０は細い候補ビームのＢＦゲイン、Ｐ_ＴＸは細い候補ビームの送信電力であり、Ｇ_０及びＰ_ＴＸは一定値である。また、Ｌ_ｈ,ｖは放射方向（ｈ,ｖ）における伝搬損失であり、ステップＳ２１において取得された伝搬損失の分布上の各放射方向（１,１）〜（４,４）での伝搬損失である。また例えば、Ｇ_０としてビーム幅内での最小のＢＦゲインを用い、Ｌ_ｈ,ｖとしてビーム幅内での最大の伝搬損失を用いるのが好ましい。一例として、Ｇ_０＝１２dB及びＰ_ＴＸ＝２０dBmとして、図７に示す伝搬損失の分布に基づいて推定したＰ_ｈ,ｖ［dBm］を図１０に示す。図１０は、実施例１のＲＳＲＰの推定結果の一例を示す図である。

ここで、伝搬損失が小さい放射方向では、小さいＢＦゲインでも大きいＲＳＲＰが得られると予想されるため、ＢＦゲインが小さい一方で、一度に広範囲をカバーするビーム、つまり、ビーム幅が大きいビームを候補ビームとすることができる。例えば、参照信号を送信するアンテナ素子数を変化させることで、ビーム幅を調節することができ、参照信号を送信するアンテナ素子数が少ないほどビーム幅は大きくなる。

そこで、候補ビーム集合決定部１０３が、以下のようにして、所定の条件の下で、候補ビームの数の削減量が最大になる候補ビームによって候補ビーム集合を更新する（ステップＳ２４）。

すなわち、候補ビーム集合決定部１０３は、複数の細い候補ビームを候補ビーム集合から取り除き、取り除いた複数の細い候補ビームがカバーしていた範囲と同じ範囲をカバーする１つの太い候補ビームを候補ビーム集合に加える。このようにして、候補ビーム集合決定部１０３は、複数の細い候補ビームを、１つの太い候補ビームによって置き換える。

但し、候補ビーム集合決定部１０３は、式（６）に示す所定の条件を満たす放射方向においてのみ候補ビームの置き換えを行い、式（６）の条件を満たさない放射方向においては候補ビームの置き換えを行わない。式（６）において、Ｇ_１は太い候補ビームのＢＦゲイン、Ｔ_Ｐは受信電力の閾値であり、Ｇ_１は一定値である。つまり、候補ビーム集合決定部１０３は、太い候補ビームでのユーザ端末２０におけるＲＳＲＰが閾値以上となる放射方向においてのみ、候補ビームの置き換えを行う。この置き換えにより、候補ビーム集合を形成する候補ビームの数が削減される。なお、候補ビーム集合決定部１０３は、置き換え可能な太い候補ビームが複数存在する場合、置き換え対象となる細い候補ビームの数が最も多いものによって置き換えることが好ましい。

ここで、閾値Ｔ_Ｐは、ユーザ端末２０において所望のチャネル推定精度が確保可能な受信電力に基づいて設定されるのが好ましく、例えば、ユーザ端末２０において所望のチャネル推定精度が確保可能な受信電力と等しい値に設定されるとよい。または、閾値Ｔ_Ｐは、ユーザ端末２０において所望のスループットが確保可能な受信電力に基づいて設定されるのが好ましく、例えば、ユーザ端末２０において所望のスループットが確保可能な受信電力と等しい値に設定されるとよい。

候補ビームの置き換えを１回行う毎に、候補ビーム集合決定部１０３は、候補ビーム集合を形成する候補ビームの数を削減可能か否かを判断する（ステップＳ２５）。削減可能な場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２４に戻り、候補ビーム集合決定部１０３は、再び候補ビームの置き換えを行う。一方で、削減可能でない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、処理は終了する。つまり、候補ビーム集合決定部１０３は、ステップＳ２２〜Ｓ２５の処理を行って、互いに放射方向が異なる複数の候補ビームから形成され、かつ、細い候補ビームと太い候補ビームとから形成される候補ビーム集合を決定する。また、ステップＳ２２，Ｓ２３の処理が繰り返し行われることにより、ユーザ端末２０におけるＲＳＲＰが閾値以上となる条件下で、候補ビーム集合を形成する候補ビームの数が最小になる。上記のように、候補ビームの数が多くなるほど、より多くの無線リソースが消費される。反対に、候補ビームの数が少なくなるほど、無線リソースの消費量は少なくなる。よって、ステップＳ２２，Ｓ２３の処理が繰り返し行われることにより、ユーザ端末２０におけるＲＳＲＰが閾値以上となる条件下で、候補ビーム集合によって占有される無線リソース量が最小になる。

図６に示すフローチャートに従って決定された候補ビーム集合の一例を図１１に示す。図１１は、実施例１の候補ビーム集合の一例を示す図である。但し、図１１は、Ｔ_Ｐ＝−９８dBm，Ｇ_１＝６dBとした場合の例である。つまり、図１１では、Ｂａ１，Ｂａ２，Ｂａ５，Ｂａ６の４つの細い候補ビームが１つの太い候補ビームＢｂ１に置き換えられている。また、Ｂａ３，Ｂａ４，Ｂａ７，Ｂａ８の４つの細い候補ビームが１つの太い候補ビームＢｂ２に置き換えられている。さらに、Ｂａ１１，Ｂａ１２の２つの細い候補ビームが１つの太い候補ビームＢｂ３に置き換えられている。

以上のように、実施例１では、ユーザ端末２０に対してビームフォーミングを行う基地局１０は、伝搬損失取得部１０２と、候補ビーム集合決定部１０３と、平面アンテナ１０１とを有する。伝搬損失取得部１０２は、一定の大きさの通信エリアであるセクタＳ１内の伝搬損失の分布を取得する。候補ビーム集合決定部１０３は、伝搬損失の分布に基づいて、候補ビーム集合を決定する。すなわち、候補ビーム集合決定部１０３は、各々が伝搬損失の分布に基づいたビーム幅を有する候補ビーム（例えば細い候補ビームと太い候補ビーム）を含む複数の候補ビームから形成される候補ビーム集合を決定する。平面アンテナ１０１は、候補ビーム集合を形成する複数の候補ビームの各ビームを用いてユーザ端末２０へ参照信号を送信する。

こうすることで、候補ビーム集合を形成する各候補ビームのビーム幅がセクタＳ１内の伝搬損失の分布に応じて互いに異なるものになる。このため、伝搬損失の小さい放射方向の候補ビームのビーム幅を大きくすることで、セクタＳ１を埋める候補ビームの数が減少する。よって、ビーム探索によって消費される無線リソース量が減少する。つまり、従来よりも少ない無線リソースの使用量でビーム探索を行うことができる。換言すれば、従来と同じ無線リソースの使用量で、従来よりも小さい周期でビーム探索を実行することが可能になる。

また、候補ビーム集合決定部１０３は、伝搬損失の分布に基づいて、ユーザ端末２０におけるＲＳＲＰが閾値以上となる条件下で、候補ビーム集合によって占有される無線リソース量が最小となる複数の候補ビームから候補ビーム集合を形成する。

こうすることで、ユーザ端末２０における所望のＲＳＲＰを確保したまま、最小の無線リソース使用量でビーム探索を行うことができる。

また、ＲＳＲＰの閾値は、ユーザ端末２０において所望のチャネル推定精度が確保可能な受信電力、または、ユーザ端末２０において所望のスループットが確保可能な受信電力に基づいて設定される。

こうすることで、ユーザ端末２０における所望のチャネル推定精度または所望のスループットを確保したまま、従来よりも少ない無線リソースの使用量でビーム探索を行うことができる。

［実施例２］
実施例２では、基地局において決定される候補ビーム集合が、ビーム幅と、送信対象の参照信号の系列長との組合せが互いに異なる複数の候補ビームから形成される点が実施例１と異なる。

＜基地局の構成＞
図１２は、実施例２の基地局の一例を示す機能ブロック図である。図１２に示す基地局３０は、図１及び図２に示す基地局ＢＳに相当する。図１２において、基地局３０は、平面アンテナ１０１と、伝搬損失取得部１０２と、候補ビーム集合決定部３０１と、候補ビーム切替部３０２とを有する。また、基地局３０は、ＲＳ生成部３０３と、ＲＳ用ビームフォーミング部１０６と、無線送信部１０７と、無線受信部１０８と、受信処理部１０９と、データ送信ビーム決定部１１０と、送信処理部１１１と、データ用ビームフォーミング部１１２とを有する。

候補ビーム集合決定部３０１は、伝搬損失取得部１０２によって取得された伝搬損失の分布に基づいて、セクタＳ１における候補ビーム集合を決定し、決定した候補ビーム集合を候補ビーム切替部３０２及びデータ送信ビーム決定部１１０に指示する。但し、候補ビーム集合決定部３０１は、参照信号の系列長を加味して候補ビーム集合を決定する点が実施例１の候補ビーム集合決定部１０３と異なる。候補ビーム集合の決定の詳細は後述する。

候補ビーム切替部３０２は、ビーム探索の際に、候補ビーム集合を形成する複数の候補ビームにおいて、参照信号の送信に用いる候補ビームを時間の経過に伴って順に切り替えながら、候補ビームをＲＳ用ビームフォーミング部１０６に指示する。また、候補ビーム切替部３０２は、候補ビームの切替に伴って、各候補ビームでの送信対象の参照信号の系列長をＲＳ生成部３０３に指示する。

ＲＳ生成部３０３は、候補ビーム切替部３０２から指示された系列長に従って、所定の系列長を有する「短い参照信号」、または、短い参照信号より系列長が長い「長い参照信号」の何れかを生成してＲＳ用ビームフォーミング部１０６に出力する。

＜ユーザ端末の構成＞
図１３は、実施例２のユーザ端末の一例を示す機能ブロック図である。図１３に示すユーザ端末４０は、図１及び図２に示すユーザ端末ＵＥ１，ＵＥ２に相当する。図１３において、ユーザ端末４０は、アンテナ２１と、無線受信部２２と、受信処理部２３と、ＲＳ系列推定部４１と、チャネル推定部４２と、送信処理部２５と、無線送信部２６とを有する。

無線受信部２２は、基地局３０からアンテナ２１を介して受信した参照信号及びデータ信号に対してダウンコンバート及びアナログ−デジタル変換の無線処理を行ってベースバンドの参照信号及びデータ信号を得て受信処理部２３、ＲＳ系列推定部４１及びチャネル推定部４２に出力する。

ＲＳ系列推定部４１は、短い参照信号の系列及び長い参照信号の系列を予め記憶しており、入力された参照信号と短い参照信号の系列との第一相関値、及び、入力された参照信号と長い参照信号の系列との第二相関値をそれぞれ算出する。ＲＳ系列推定部４１は、第一相関値が第二相関値より大きい場合は、基地局３０から送信された参照信号が短い参照信号であると推定する。一方で、ＲＳ系列推定部４１は、第二相関値が第一相関値より大きい場合は、基地局３０から送信された参照信号が長い参照信号であると推定する。ＲＳ系列推定部４１は、推定した参照信号の系列長をチャネル推定部４２に指示する。

チャネル推定部４２は、ＲＳ系列推定部４１から指示された系列長に応じた推定期間で、参照信号を用いてチャネル推定を行い、複数の候補ビーム各々のチャネル推定値を含む報告データを生成して送信処理部２５に出力する。例えば、チャネル推定部４２は、チャネル推定値として候補ビーム毎にＲＳＲＰを測定する。または、チャネル推定部４２は、チャネル推定値として、候補ビーム毎にＲＳＲＰと位相回転量とを測定する。

＜基地局の処理＞
図１４は、実施例２の基地局の処理の説明に供するフローチャートである。図１４に示すフローチャートは、一定の周期で開始される。

図１４において、ステップＳ２１及びＳ２２の処理は実施例１と同一であるため説明を省略する。

ステップＳ２２の処理後、候補ビーム集合決定部３０１が、ステップＳ２１において取得された伝搬損失の分布に基づいて、図８に示す候補ビーム集合において、候補ビーム毎のユーザ端末４０における受信品質を式（７）に従って推定する（ステップＳ３１）。但し、γ_ｈ,ｖは放射方向（ｈ,ｖ）において推定される受信品質、Ｎは予想される雑音電力、Ｋ_０は長い参照信号の系列長であり、Ｎ及びＫ_０は一定値である。つまり、候補ビーム集合決定部３０１は、細い候補ビームを用いて長い参照信号を送信した場合の受信品質を推定する。一例として、Ｇ_０＝１２dB，Ｐ_ＴＸ＝２０dBm，Ｎ＝−７６dBm，Ｋ_０＝１２８として、図７に示す伝搬損失の分布に基づいて推定したγ_ｈ,ｖ［dB］を図１５に示す。図１５は、実施例２の受信品質の推定結果の一例を示す図である。

ここで、チャネル推定に短い参照信号を用いる場合に比べ、長い参照信号を用いる場合の方が、参照信号による無線リソースの使用量が増加する一方で、チャネル推定値の推定期間が長くなって雑音の抑圧効果が大きくなるためチャネル推定精度が向上する。よって、伝搬損失が大きい放射方向では雑音の抑圧効果が大きい長い参照信号を用いる方が好ましく、逆に、伝搬損失が小さい放射方向では無線リソースの使用量が小さい短い参照信号を用いる方が好ましい。

そこで、候補ビーム集合決定部３０１が、以下のようにして、所定の条件の下で、無線リソースの使用量の削減量が最大になる候補ビームによって候補ビーム集合を更新する（ステップＳ３２）。

すなわち、候補ビーム集合決定部３０１は、１つ以上の候補ビームを候補ビーム集合から取り除き、取り除いた１つ以上の候補ビームがカバーしていた範囲と同じ範囲をカバーし、かつ、取り除いた１つ以上の候補ビームより無線リソースの使用量が少ない候補ビームを候補ビーム集合に加える。このようにして、候補ビーム集合決定部３０１は、１つ以上の候補ビームを、同じ範囲をより少ない無線リソース使用量で探索可能な候補ビームによって置き換える。例えば、候補ビーム集合決定部３０１は、複数の細い候補ビームを１つの太い候補ビームによって置き換える、または、長い参照信号を送信する候補ビームを短い参照信号を送信する候補ビームによって置き換える。

但し、候補ビーム集合決定部３０１は、式（８）に示す所定の条件を満たす放射方向においてのみ候補ビームの置き換えを行い、式（８）の条件を満たさない放射方向においては候補ビームの置き換えを行わない。式（８）において、Ｋ_１は短い参照信号の系列長、Ｔ_γは受信品質の閾値であり、Ｋ_１は一定値である。つまり、候補ビーム集合決定部３０１は、置き換え後の候補ビームでのユーザ端末４０における受信品質が閾値以上となる放射方向においてのみ、候補ビームの置き換えを行う。この置き換えにより、候補ビーム集合によって占有される無線リソース量が削減される。

ここで、閾値Ｔ_γは、ユーザ端末４０において所望のチャネル推定精度が確保可能な受信品質に基づいて設定されるのが好ましく、例えば、ユーザ端末４０において所望のチャネル推定精度が確保可能な受信品質と等しい値に設定されるとよい。または、閾値Ｔ_γは、ユーザ端末４０において所望のスループットが確保可能な受信品質に基づいて設定されるのが好ましく、例えば、ユーザ端末４０において所望のスループットが確保可能な受信品質と等しい値に設定されるとよい。

候補ビームの置き換えを１回行う毎に、候補ビーム集合決定部３０１は、候補ビーム集合による無線リソースの使用量、つまり、候補ビーム集合によって占有される無線リソース量を削減可能か否かを判断する（ステップＳ３３）。削減可能な場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３２に戻り、候補ビーム集合決定部３０１は、再び候補ビームの置き換えを行う。一方で、削減可能でない場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、処理は終了する。ステップＳ３２，Ｓ３３の処理が繰り返し行われることにより、ユーザ端末４０における参照信号の受信品質が閾値以上となる条件下で、候補ビーム集合によって占有される無線リソース量が最小になる。

図１４に示すフローチャートに従って決定された候補ビーム集合の一例を図１６に示す。図１６は、実施例２の候補ビーム集合の一例を示す図である。但し、図１６は、Ｔ_γ＝０dB，Ｋ_１＝６４，Ｇ_０＝１２dB，Ｇ_１＝６dBとした場合の例である。また、図１６において、実線は長い参照信号を送信する候補ビームを示し、点線は短い参照信号を送信する候補ビームを示す。つまり、図１６では、Ｂａ１，Ｂａ２，Ｂａ５，Ｂａ６の長い参照信号を送信する４つの細い候補ビームが長い参照信号を送信する１つの太い候補ビームＢｃ１に置き換えられている。また、Ｂａ３，Ｂａ４，Ｂａ７，Ｂａ８の長い参照信号を送信する４つの細い候補ビームが短い参照信号を送信する１つの太い候補ビームＢｄ１に置き換えられている。また、Ｂａ１１，Ｂａ１２の長い参照信号を送信する２つの細い候補ビームが長い参照信号を送信する１つの太い候補ビームＢｃ２に置き換えられている。さらに、Ｂａ９，Ｂａ１０，Ｂａ１４，Ｂａ１５の長い参照信号を送信する細い候補ビームの各々が、短い参照信号を送信する細い候補ビームＢｅ１，Ｂｅ２，Ｂｅ３，Ｂｅ４に置き換えられている。

以上のように、実施例２では、候補ビーム集合決定部３０１は、候補ビーム集合を形成する複数の候補ビームの各ビームを用いてユーザ端末４０へ送信される各参照信号の系列長をセクタＳ１内の伝搬損失の分布に基づいて決定する。

こうすることで、同じビーム幅のままでも参照信号の系列長を調節することでビーム探索によって消費される無線リソース量が変化する。このため、伝搬損失が小さい放射方向が点在する場合でも、細いビームのままで短い参照信号を用いることにより、従来よりも少ない無線リソースの使用量でビーム探索を行うことができる。

また、候補ビーム集合決定部３０１は、伝搬損失の分布に基づいて、ユーザ端末４０における参照信号の受信品質が閾値以上となる条件下で、候補ビーム集合によって占有される無線リソース量が最小となる複数の候補ビームから候補ビーム集合を形成する。

こうすることで、ユーザ端末４０における所望の受信品質を確保したまま、最小の無線リソース使用量でビーム探索を行うことができる。

また、受信品質の閾値は、ユーザ端末４０において所望のチャネル推定精度が確保可能な受信品質、または、ユーザ端末４０において所望のスループットが確保可能な受信品質に基づいて設定される。

こうすることで、ユーザ端末４０における所望のチャネル推定精度または所望のスループットを確保したまま、従来よりも少ない無線リソースの使用量でビーム探索を行うことができる。

［実施例３］
実施例３では、特定のユーザ端末ＵＥに対してだけビーム探索を再度実行する点が実施例１と異なる。

＜基地局の構成＞
図１７は、実施例３の基地局の一例を示す機能ブロック図である。図３に示す基地局５０は、図１及び図２に示す基地局ＢＳに相当する。図１７において、基地局５０は、平面アンテナ１０１と、伝搬損失取得部１０２と、候補ビーム集合決定部１０３とを有する。また、基地局５０は、ＲＳ生成部１０５と、ＲＳ用ビームフォーミング部１０６と、無線送信部１０７と、無線受信部１０８と、受信処理部１０９と、送信処理部１１１と、データ用ビームフォーミング部１１２とを有する。また、基地局５０は、候補ビーム集合再決定部５０１と、データ送信ビーム決定部５０２と、タイミング通知部５０３と、候補ビーム切替部５０４とを有する。

受信処理部１０９は、各ユーザ端末ＵＥから報告があった候補ビーム毎のチャネル推定値を候補ビーム集合再決定部５０１及びデータ送信ビーム決定部５０２に出力する。

候補ビーム集合決定部１０３は、実施例１に記載の処理を行って決定した候補ビーム集合を、候補ビーム切替部５０４、候補ビーム集合再決定部５０１及びデータ送信ビーム決定部５０２に指示する。

候補ビーム集合再決定部５０１は、候補ビーム集合決定部１０３で決定された候補ビーム集合と、チャネル推定値に含まれるＲＳＲＰとの関係が所定の条件を満たす特定のユーザ端末ＵＥに対してだけ、候補ビーム集合を再度決定する。候補ビーム集合再決定部５０１は、特定のユーザ端末ＵＥに対して再度決定した候補ビーム集合（以下では「再決定候補ビーム集合」と呼ぶことがある）を候補ビーム切替部５０４及びデータ送信ビーム決定部５０２に指示する。また、候補ビーム集合再決定部５０１は、候補ビーム集合を再度決定したことを、特定のユーザ端末ＵＥの識別情報とともにタイミング通知部５０３に知らせる。候補ビーム集合の再決定の詳細は後述する。

候補ビーム切替部５０４は、以下の点が実施例１の候補ビーム切替１０４と異なる。すなわち、候補ビーム切替部５０４は、候補ビーム集合再決定部５０１から再決定候補ビーム集合を指示されないときは、候補ビーム集合決定部１０３で決定された候補ビーム集合を形成する複数の候補ビームにおいて候補ビームの切替を行う。一方で、候補ビーム切替部５０４は、候補ビーム集合再決定部５０１から再決定候補ビーム集合を指示されたときは、再決定候補ビーム集合を形成する複数の候補ビームにおいて候補ビームの切替を行う。

データ送信ビーム決定部５０２は、以下の点が実施例１のデータ送信ビーム決定部１１０と異なる。すなわち、候補ビーム集合再決定部５０１から再決定候補ビーム集合を指示されないときは、候補ビーム集合決定部１０３で決定された候補ビーム集合に基づいてデータ送信ビームを決定する。一方で、データ送信ビーム決定部５０２は、候補ビーム集合再決定部５０１から再決定候補ビーム集合を指示されたときは、その再決定候補ビーム集合に基づいてデータ送信ビームを決定する。なお、データ送信ビームの決定方法は実施例１と同様である。

タイミング通知部５０３は、候補ビーム集合が再度決定されたことを候補ビーム集合再決定部５０１から知らされたときに、候補ビーム集合の再決定が為された特定のユーザ端末ＵＥへチャネル推定を行うタイミングを指示するための「タイミング通知」を生成する。タイミング通知には、候補ビーム集合の再決定が為された特定のユーザ端末ＵＥの識別情報が含まれる。タイミング通知部５０３は、生成したタイミング通知を送信処理部１１１に出力する。

送信処理部１１１は、実施例１の処理に加えて、タイミング通知に対して符号化及び変調のベースバンド処理を行ってベースバンドの通知信号を生成し、生成した通知信号をデータ用ビームフォーミング部１１２に出力する。

＜ユーザ端末の構成＞
図１８は、実施例３のユーザ端末の一例を示す機能ブロック図である。図１８に示すユーザ端末６０は、図１及び図２に示すユーザ端末ＵＥ１，ＵＥ２に相当する。図１８において、ユーザ端末６０は、アンテナ２１と、無線受信部２２と、受信処理部２３と、送信処理部２５と、無線送信部２６とを有する。また、ユーザ端末６０は、タイミング指示部６１と、チャネル推定部６２とを有する。

無線受信部２２は、実施例１の処理に加えて、基地局５０からアンテナ２１を介して受信した通知信号に対してダウンコンバート及びアナログ−デジタル変換の無線処理を行ってベースバンドの通知信号を得て受信処理部２３に出力する。

受信処理部２３は、実施例１の処理に加えて、ベースバンドの通知信号に対して復調及び復号のベースバンド処理を行ってタイミング通知を得てタイミング指示部６１へ出力する。

タイミング指示部６１は、受信処理部２３から入力されたタイミング通知が自端末宛てのものであるか否かを判断し、自端末宛てのものである場合、タイミング通知で知らされたチャネル推定の実行タイミングをチャネル推定部６２に指示する。タイミング指示部６１は、タイミング通知に含まれる識別情報に基づいて、タイミング通知が自端末宛てのものであるか否かを判断する。

チャネル推定部６２は、実施例１のチャネル推定部２４の処理に加えて以下の処理を行う。すなわち、チャネル推定部６２は、タイミング指示部６１から指示された実行タイミングで再度、候補ビーム毎のチャネル推定を行う。タイミング指示部６１から指示された実行タイミングで行われるチャネル推定は、再決定候補ビーム集合を形成する候補ビームを用いて送信された参照信号に基づいて行われる。

＜通信システムの処理＞
図１９は、実施例３の通信システムの処理シーケンスの一例を示す図である。図１９において、ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理は実施例１と同一であるため説明を省略する。

ステップＳ４１では、基地局５０は、ステップＳ１１で決定された候補ビーム集合と、ステップＳ１３で報告された候補ビーム毎のＲＳＲＰとの関係が所定の条件を満たす場合に、候補ビーム集合を再度決定する（ステップＳ４１）。

次いで、基地局５０は、候補ビーム集合に変更があったか否か、つまり、ステップＳ４１で候補ビーム集合が再決定されたか否かを判断する（ステップＳ４２）。

よって、候補ビーム集合に変更がない場合は（ステップＳ４２：Ｎｏ）、基地局５０は、ステップＳ１３で報告された候補ビーム毎のチャネル推定値に基づいて、データ送信ビームを決定する（ステップＳ４６）。

一方で、候補ビーム集合に変更があった場合（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、基地局５０は、チャネル推定を行うタイミングを指示するためのタイミング通知をユーザ端末６０に送信する（ステップＳ４３）。

次いで、基地局５０は、再決定候補ビーム集合の中で候補ビームを切り替えて参照信号を送信する（ステップＳ４４−１〜Ｓ４４−Ｍ，Ｍは再決定候補ビーム集合を形成する候補ビームの数）。

次いで、ユーザ端末６０は、再決定候補ビーム集合の中の候補ビーム毎のチャネル推定値を基地局５０に報告する（ステップＳ４５）。

よって、候補ビーム集合に変更があった場合は（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、基地局５０は、ステップＳ４５で報告された候補ビーム毎のチャネル推定値に基づいて、データ送信ビームを決定する（ステップＳ４６）。

＜基地局の処理＞
実施例１において決定される候補ビーム集合は太い候補ビームを含む可能性があるため、ビーム探索によって決定されるデータ送信ビームもビーム幅が大きいものになる可能性がある。データ送信ビームのビーム幅が小さいほどデータ信号のＢＦゲインは大きいため、候補ビーム集合が太い候補ビームを含む場合には、データ信号のＢＦゲインが低下する可能性がある。また、候補ビーム集合の中の太い候補ビームでのＲＳＲＰが最大となったユーザ端末ＵＥについては、その太い候補ビームに置き換え前の細い候補ビームでのＲＳＲＰが、太い候補ビームでのＲＳＲＰよりも大きくなる可能性がある。そこで、実施例３では、候補ビーム集合の中の太い候補ビームでのＲＳＲＰが最大となったユーザ端末ＵＥに対しては、候補ビーム集合再決定部５０１が以下のようにして候補ビーム集合を再度決定することにより、細い候補ビームを用いてビームの再探索を行う。

図２０は、実施例３の候補ビーム集合再決定部の処理の説明に供するフローチャートである。図２０に示すフローチャートは、候補ビーム集合決定部１０３が決定した候補ビーム集合が候補ビーム集合再決定部５０１に指示されたときに開始される。

まず、候補ビーム集合再決定部５０１は、変数ｎを初期値の「０」にセットする（ステップＳ５１）。

次いで、候補ビーム集合再決定部５０１は、ｎがＮ未満であるか否かを判断する（ステップＳ５２）。但しＮは、候補ビーム集合決定部１０３が決定した候補ビーム集合に含まれる太い候補ビームの数である。ｎがＮ未満でない場合、つまり、ｎがＮ以上になった時点で（ステップＳ５２：Ｎｏ）、処理は終了する。

一方で、ｎがＮ未満である場合は（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）、候補ビーム集合再決定部５０１は、ｎを１つインクリメントする（ステップＳ５３）。

次いで、候補ビーム集合再決定部５０１は、候補ビーム集合決定部１０３で決定された候補ビーム集合と、候補ビーム毎のＲＳＲＰとの関係が所定の条件を満たすユーザ端末ＵＥが存在するか否かを判断する。すなわち、候補ビーム集合再決定部５０１は、候補ビーム集合を形成する全候補ビームの中で、太い候補ビームｎでのＲＳＲＰが最大のユーザ端末ＵＥが存在するか否かを判断する（ステップＳ５４）。存在しない場合は（ステップＳ５４：Ｎｏ）、処理はステップＳ５２に戻り、存在する場合は（ステップＳ５４：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、候補ビーム集合再決定部５０１は、太い候補ビームｎでのＲＳＲＰが最大のユーザ端末ＵＥに対して、候補ビーム集合を再度決定する。すなわち、候補ビーム集合再決定部５０１は、太い候補ビームｎを、その太い候補ビームｎがカバーしている範囲と同じ範囲をカバーする複数の細い候補ビームに分割し、分割後の複数の細い候補ビームだけから形成される候補ビーム集合を新たな候補ビーム集合として決定する（ステップＳ５５）。但し、候補ビーム集合再決定部５０１は、分割後の複数の細い候補ビームのうち、ステップＳ１２−１〜Ｓ１２−Ｎ（図１９）で既に参照信号の送信に使用済みのものを、再決定候補ビーム集合から除外するのが好ましい。ステップＳ５５の処理後、処理はステップＳ５２に戻る。

図２０に示すフローチャートに従って再度決定された後の候補ビーム集合の一例を図２１に示す。図２１は、実施例３の再決定候補ビーム集合の一例を示す図である。図２１には、一例として、実施例１の図１１に示す候補ビーム集合の中で太い候補ビームＢｂ３でのＲＳＲＰが最大となったユーザ端末ＵＥに対して再度決定された後の候補ビーム集合を示す。図２１においてハッチングが施されている放射方向は、実施例１（図１１）において細い候補ビームを用いて既に参照信号を送信済みの放射方向である。

太い候補ビームＢｂ３を、太い候補ビームＢｂ３がカバーしている範囲と同じ範囲をカバーする複数の細い候補ビームに分割すると、太い候補ビームＢｂ３は、Ｂｆ１〜Ｂｆ４の４つの細い候補ビームに分割される。そこで、候補ビーム集合再決定部５０１は、太い候補ビームＢｂ３でのＲＳＲＰが最大となったユーザ端末ＵＥに対しては、細い候補ビームＢｆ１〜Ｂｆ４だけから新たな候補ビーム集合を形成する。よって、平面アンテナ１０１からは、細い候補ビームＢｆ１〜Ｂｆ４だけを用いて参照信号が再度送信される。

但し、分割後の細い候補ビームＢｆ１〜Ｂｆ４のうち、細い候補ビームＢｆ３，Ｂｆ４は初回のビーム探索時に既に参照信号の送信に用いられている。そこで、候補ビーム集合再決定部５０１は、分割後の細い候補ビームＢｆ１〜Ｂｆ４から細い候補ビームＢｆ３，Ｂｆ４を除いた残りの細い候補ビームＢｆ１，Ｂｆ２だけから新たな候補ビーム集合を形成するのが好ましい。

以上のように、実施例３では、候補ビーム集合再決定部５０１は、ユーザ端末６０におけるＲＳＲＰに基づいて、候補ビーム集合に含まれる太い候補ビームを細い候補ビームに分割する。平面アンテナ１０１は、分割後の細い候補ビームだけを用いてユーザ端末６０へ参照信号を再度送信する。

こうすることで、より詳細なビーム探索を行いたい放射方向に限定して細い候補ビームを用いてビームの再探索を行うことが可能になる。このため、無線リソースの使用量の増加を抑えつつ、各ユーザ端末ＵＥ毎に最適なデータ送信ビームを決定することができる。

［他の実施例］
［１］伝搬損失取得部１０２によって取得される伝搬損失の分布が、ユーザ端末ＵＥの瞬時の分布状況等、短周期で変動する情報を用いずに取得されるものである場合は、候補ビーム集合の決定を、例えば数日に１回程度の長周期で行えばよい。

［２］実施例３は実施例２と組み合わせて実施することも可能である。

［３］基地局は「アクセスポイント」と呼ばれることもある。

［４］上記実施例では、候補ビームの幅について、細いものと太いものの２種類を一例として挙げた。また、参照信号の系列長について、長いものと短いものの２種類を一例として挙げた。しかし、候補ビームの幅及び参照信号の系列長は、３種類以上であってもよい。

［５］上記実施例では、太い候補ビームの一例として、円形のものを挙げた。しかし、太い候補ビームの形は楕円であってもよい。例えば、図８に示す４つの細い候補ビームＢａ１，Ｂａ２，Ｂａ３，Ｂａ４が１つの太い候補ビームに置き換えられる場合もある。

［６］基地局ＢＳが有するアンテナは平面アンテナに限定されない。基地局ＢＳが有するアンテナは、ビームフォーミングを行うことが可能なものであればよい。

［７］基地局１０，３０，５０及びユーザ端末２０，４０，６０は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各機能部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、候補ビーム集合決定部１０３と候補ビーム集合再決定部５０１とを、１つの機能部にまとめてもよい。

［８］基地局１０，３０，５０は、次のようなハードウェア構成により実現することができる。図２２は、基地局のハードウェア構成例を示す図である。図２２に示すように、基地局１０，３０，５０は、ハードウェアの構成要素として、プロセッサ１０ａと、メモリ１０ｂと、無線通信モジュール１０ｃと、ネットワークインタフェースモジュール１０ｄとを有する。プロセッサ１０ａの一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＤＳＰ（Digital Signal Processor），ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。また、基地局１０は、プロセッサ１０ａと周辺回路とを含むＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）を有してもよい。メモリ１０ｂの一例として、ＳＤＲＡＭ等のＲＡＭ，ＲＯＭ，フラッシュメモリ等が挙げられる。

平面アンテナ１０１と、無線送信部１０７と、無線受信部１０８とは、無線通信モジュール１０ｃにより実現される。伝搬損失取得部１０２と、候補ビーム集合決定部１０３，３０１と、候補ビーム切替部１０４，３０２，５０４と、ＲＳ生成部１０５，３０３と、ＲＳ用ビームフォーミング部１０６と、受信処理部１０９と、データ送信ビーム決定部１１０，５０２と、送信処理部１１１と、データ用ビームフォーミング部１１２と、候補ビーム集合再決定部５０１と、タイミング通知部５０３とは、プロセッサ１０ａにより実現される。

［９］ユーザ端末２０，４０，６０は、次のようなハードウェア構成により実現することができる。図２３は、ユーザ端末のハードウェア構成例を示す図である。図２３に示すように、ユーザ端末２０，４０，６０は、ハードウェアの構成要素として、プロセッサ２０ａと、メモリ２０ｂと、無線通信モジュール２０ｃとを有する。プロセッサ２０ａの一例として、ＣＰＵ，ＤＳＰ，ＦＰＧＡ等が挙げられる。また、ユーザ端末２０は、プロセッサ２０ａと周辺回路とを含むＬＳＩを有してもよい。メモリ２０ｂの一例として、ＳＤＲＡＭ等のＲＡＭ，ＲＯＭ，フラッシュメモリ等が挙げられる。

アンテナ２１と、無線受信部２２と、無線送信部２６とは、無線通信モジュール２０ｃにより実現される。受信処理部２３と、チャネル推定部２４，４２，６２と、ＲＳ系列推定部４１と、タイミング指示部６１とは、プロセッサ２０ａにより実現される。

１ 通信システム
ＢＳ，１０，３０，５０ 基地局
ＵＥ１，ＵＥ２，２０，４０，６０ ユーザ端末
１０１ 平面アンテナ
１０２ 伝搬損失取得部
１０３，３０１ 候補ビーム集合決定部
１０４，３０２，５０４ 候補ビーム切替部
５０１ 候補ビーム集合再決定部
５０３ タイミング通知部
２４，４２，６２ チャネル推定部
４１ ＲＳ系列推定部
６１ タイミング指示部

Claims (9)

1. ユーザ端末に対してビームフォーミングを行う基地局であって、
   通信エリア内の伝搬損失の分布を取得する取得部と、
   チャネル推定用の複数のビームであって、各々が前記分布に基づいたビーム幅を有する前記複数のビームから形成されるビーム集合を決定する決定部と、
   前記ビーム集合を形成する前記複数のビームの各ビームを用いて前記ユーザ端末へ参照信号を送信するアンテナと、
   を具備する基地局。
2. 前記決定部は、前記分布に基づいて、前記ユーザ端末における前記参照信号の受信電力が閾値以上となる条件下で、前記ビーム集合によって占有される無線リソース量が最小となる前記複数のビームから前記ビーム集合を形成する、
   請求項１に記載の基地局。
3. 前記閾値は、前記ユーザ端末において所望のチャネル推定精度が確保可能な受信電力、または、前記ユーザ端末において所望のスループットが確保可能な受信電力に基づいて設定される、
   請求項２に記載の基地局。
4. 前記決定部は、前記複数のビームの各ビームを用いて前記ユーザ端末へ送信される各参照信号の系列長を前記分布に基づいて決定する、
   請求項１に記載の基地局。
5. 前記決定部は、前記分布に基づいて、前記ユーザ端末における前記参照信号の受信品質が閾値以上となる条件下で、前記ビーム集合によって占有される無線リソース量が最小となる前記複数のビームから前記ビーム集合を形成する、
   請求項４に記載の基地局。
6. 前記閾値は、前記ユーザ端末において所望のチャネル推定精度が確保可能な受信品質、または、前記ユーザ端末において所望のスループットが確保可能な受信品質に基づいて設定される、
   請求項５に記載の基地局。
7. 前記決定部は、前記ユーザ端末における前記参照信号の受信電力に基づいて、前記ビーム集合に含まれる第一ビームを、前記第一ビームよりビーム幅が小さい第二ビームに分割し、
   前記アンテナは、分割後の前記第二ビームだけを用いて前記ユーザ端末へ前記参照信号を再度送信する、
   請求項１に記載の基地局。
8. ユーザ端末と、前記ユーザ端末に対してビームフォーミングを行う基地局とを具備する通信システムであって、
   前記基地局は、通信エリア内の伝搬損失の分布を取得し、チャネル推定用の複数のビームであって、各々が前記分布に基づいたビーム幅を有する前記複数のビームから形成されるビーム集合を決定し、前記ビーム集合を形成する前記複数のビームの各ビームを用いて前記ユーザ端末へ参照信号を送信し、
   前記ユーザ端末は、前記参照信号を用いて前記複数のビームの各ビーム毎にチャネル推定を行って、前記各ビーム毎のチャネル推定値を前記基地局へ報告し、
   前記基地局は、
   前記各ビーム毎のチャネル推定値を用いて、データ送信用のビームを決定する、
   通信システム。
9. ユーザ端末に対してビームフォーミングを行う基地局における参照信号送信方法であって、
   通信エリア内の伝搬損失の分布を取得し、
   チャネル推定用の複数のビームであって、各々が前記分布に基づいたビーム幅を有する前記複数のビームから形成されるビーム集合を決定し、
   前記ビーム集合を形成する前記複数のビームの各ビームを用いて前記ユーザ端末へ参照信号を送信する、
   参照信号送信方法。

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