JPWO2016157664A1 - 基地局、端末、無線通信システム、無線通信方法 - Google Patents

Abstract

サブフレームのオーバーヘッドを削減して、スループットの向上を図ることが可能な基地局が提供される。基地局（１０）は、端末（２０−０〜２０−３）と通信を行う。基地局（１０）は、サブフレーム毎に、そのサブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定する制御部（１２）と、制御部（１２）によりサブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、そのサブフレームを割り当てられた端末に送信する通信部（１１）と、を備える。

Description

本発明は、基地局、端末、無線通信システム、無線通信方法に関する。

近年、スマートフォンやタブレット等、高機能端末の爆発的な普及に伴い、モバイルネットワークに対して、ネットワーク容量の大幅な拡大が要求されている。そのため、ＬＴＥ（Long Term Evolution）やＬＴＥ−ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥは、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）のＲｅｌｅａｓｅ８及びそれ以降のＲｅｌｅａｓｅを指す）と呼ばれる通信規格において、ネットワーク容量拡大の要求に応えるための規格が定められてきた。具体的には、周波数利用効率をより高めるための通信方式として、下り通信にはＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が採用され、また、複数のキャリアを一括にまとめて伝送・運用することが可能なキャリアアグリゲーション等の規格が定められてきた。しかし、それらを組み合わせるだけでは、昨今のネットワーク容量拡大の要求を満たすことができていない。そのため、次世代の通信規格である５Ｇ（Fifth Generation：第５世代）において、ネットワーク容量の更なる拡大のための議論がなされようとしている。５Ｇは、２０２０年頃の商用化を目指し、２０１６年前後から、標準化団体である３ＧＰＰにおいて、議論が開始される予定である。

モバイルネットワークにおけるネットワーク容量の飛躍的な拡大を実現するためには、現在用いられている数百メガヘルツバンドや、数ギガヘルツバンドの周波数帯に加え、更に高い数十ギガヘルツバンドの周波数帯を利用する必要がある。５Ｇが運用される時代になると、大量のアンテナを用いて、ユーザ方向に送信ビームを絞って信号を伝送する、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）等が採用され、アンテナ数が飛躍的に増えることが想定される。その一方、現状のＬＴＥの仕様では、上述した通り、ＯＦＤＭが下り通信方式として採用されている。しかし、一般に、ＯＦＤＭは、送信信号のピーク電力と平均電力との比を表すＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）が大きい通信方式である。そのため、大量のアンテナを用いる場合に、ＯＦＤＭのようなＰＡＰＲが大きい通信方式を採用すると、送信系全体の消費電力が非常に大きくなるという問題が生じる。また、一般に、ＯＦＤＭにおいては、周波数域における伝搬路のユーザ毎の変動を利用した周波数域パケットスケジューリングが適用される。周波数域パケットスケジューリングは、ユーザ毎に、そのユーザの伝搬路状態が良い（＝そのユーザにとって最適な）周波数帯をデータ送信用に割り当て、複数ユーザを同時に多重する方法である。この方法は、一般的には、マルチユーザダイバーシティ効果がある、すなわち、システム全体のスループットの向上に寄与すると考えられている。しかし、その一方では、この方法は、同一の時間リソースに複数ユーザを多重するため、ＰＡＰＲの更なる増加を引き起こす。従って、例えば、大量のアンテナを用いるようなシステムや、スモールセルにて比較的少数のユーザにサービスを提供するようなシステム等においては、複数ユーザを多重することによるマルチダイバーシティ効果よりも、ＰＡＰＲを小さくする効果を得る方が望ましいと考えられる。そのため、この種のシステムにおいては、よりＰＡＰＲを小さくできるスケジューリング方式（＝同時ユーザ多重数が少数）や、よりＰＡＰＲの低い（＝消費電力が低い）、シングルキャリア伝送方式が適すると考えられる。そのために、５Ｇにおいては、よりＰＡＰＲの小さい通信方式である、シングルキャリア伝送方式が、下り通信方式の一候補として挙がる可能性が高い。より具体的には、ゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式や、ヌルサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式である（ゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式及びヌルサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式は、例えば、非特許文献１に記載されている）。これらのシングルキャリア伝送方式を用いることにより、消費電力を抑えつつ、ネットワーク容量を拡大することが可能となる。以降、サイクリックプレフィックスを、略してＣＰ（Cyclic Prefix）と記述する場合がある。

図１に、ゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式のサブフレーム（subframe）の構成例を示す。また、図２に、ヌルサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式のサブフレームの構成例を示す。ここでは、サブフレームは、ユーザに割り当てられる時間リソースの最小単位を表すとする。また、サンプリング周期は、ＬＴＥの２０ＭＨｚシステムの帯域幅の１００倍にあたる３０７２Ｍ ｓａｍｐｌｅ／ｓとする。また、サブフレーム長は、ＬＴＥの無線フレーム長の１０分の一である１００μｓとする。また、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）サイズは、２０４８とする。

図１を参照すると、本例のゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式においては、サブフレームを構成する各ブロックは、ＦＦＴ単位（本例では、ＦＦＴ単位長は０．６６７（＝２／３）μｓ）の長さを有するデータ区間（Data part）と、その後ろに挿入されるＣＰ区間（CP part。本例では、ＣＰ長は０．０６２５μｓ）と、からなる。そして、このブロックが合計１３７個連接されて、一つのサブフレームを構成している。なお、データ区間は、データ（Data）、制御情報（Control Information）、又はリファレンス信号（Reference Signal）を送信する区間である。また、ＣＰ区間は、本例では、無送信とすることを想定して０を挿入している。また、最後の約０．１μｓの区間は、無送信区間として残されている。

また、図２を参照すると、本例のヌルサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式においては、サブフレームを構成する各ブロック自体がＦＦＴ単位の長さを有しており、そのＦＦＴ単位の中にデータ区間及びＣＰ区間の両方を含む構造になってなる。そして、このブロックが合計１５０個連接されて、一つのサブフレームを構成している。

なお、図１及び図２の例においては、ＣＰ区間は、無送信とすることを想定しているが、直前のデータ区間の一部を繰り返し伝送しても良い。また、ＣＰ区間の挿入位置は、データ区間の後ろになっているが、データ区間の前とすることも可能である。

ここで、一般に、無線信号の遅延波の長さは、使用周波数帯や、基地局からユーザの端末までの距離や、その他の様々な要因により決定される。ここでは、説明のため、無線信号の遅延波の長さの最大値（最悪値）を０．０６μｓと仮定する。その場合、この最悪値に対して、ブロック間干渉を生じさせないために必要なＣＰ長は、少なくとも０．０６μｓが必要となる。ＬＴＥのように、同一の時間リソースに対して複数ユーザを多重することを前提とするシステムにおいては、この最悪値に合わせてＣＰ長を設定し、システム運用をする必要がある。その考え方に基づき、図１及び図２の例においては、最悪値（０．０６μｓ）に０．００２５μｓのマージンを加えて、ＣＰ長を０．０６２５μｓとしている。ＣＰは、ブロック間干渉を抑えるために必要なものであるが、その一方で、オーバーヘッドとなり、スループット低下の原因となる。図１及び図２の例において、１つのブロックに占めるＣＰのオーバーヘッドの割合は、それぞれ次のように大きくなってしまう。

・ゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式
０．０６２５／（０．６６７＋０．０６２５）＝８．６％
・ヌルサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式
０．０６２５／０．６６７＝９．４％

なお、ＣＰ区間のＣＰ長を設定する関連技術は、例えば、特許文献１〜４に記載されている。

特開２０１０−０８１４４６号公報 特開２０１０−１１００２２号公報 特表２０１０−５１６０６６号公報 国際公開第２００９／０７２１７１号

Shuichi Ohno, "Performance of Single-Carrier Block Transmissions Over Multipath Fading Channels With Linear Equalization", IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 54, NO. 10, OCTOBER 2006

上述したように、図１及び図２の例においては、ＣＰ長を、無線信号の遅延波の長さの最悪値に応じた値に固定しているため、オーバーヘッドの割合が非常に大きくなってしまう。このことから、データ等の送信に使用できるデータ区間のデータ長が短くなってしまうため、システム全体のスループットが低下してしまうという問題がある。
そこで本発明の目的の１つは、上述した課題を解決し、サブフレームのオーバーヘッドを削減して、システム全体のスループットの向上を図ることができる基地局、端末、無線通信システム、無線通信方法を提供することにある。

一態様において、基地局は、端末と通信を行う。前記基地局は、サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定する制御部と、前記制御部により前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、該サブフレームを割り当てられた端末に送信する通信部と、を備える。

一態様において、端末は、基地局と通信を行う。ここで、前記基地局は、サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定するものである。前記端末は、前記端末に割り当てられた前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、前記基地局から受信する通信部を備える。

一態様において、無線通信システムは、端末と、前記端末と通信を行う基地局と、を備える。前記基地局は、サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定する制御部と、前記制御部により前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、該サブフレームを割り当てられた端末に送信する通信部と、を備える。

一態様において、無線通信方法は、端末と通信を行う基地局による無線通信方法である。前記無線通信方法では、サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定し、前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、該サブフレームを割り当てられた端末に送信する。

一態様において、無線通信方法は、基地局と通信を行う端末による無線通信方法である。ここで、前記基地局は、サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定するものである。前記無線通信方法では、前記端末に割り当てられた前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、前記基地局から受信する。

上述の態様によれば、サブフレームのオーバーヘッドを削減して、システム全体のスループットの向上を図ることができるという効果が得られる。

関連技術のゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式のサブフレームの構成例を示す図である。 関連技術のヌルサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式のサブフレームの構成例を示す図である。 実施形態１〜５の無線通信システムの構成例を示す図である。 実施形態１の基地局の構成例を示す図である。 実施形態１の端末の構成例を示す図である。 実施形態１の無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。 実施形態２〜５の基地局の構成例を示す図である。 実施形態２〜５の端末の構成例を示す図である。 実施形態２〜５でサブフレームに設定可能なＣＰ長とそのＣＰ長に対応するＣＰ長識別子とを表すＣＰ長対応テーブルの一例を示す図である。 実施形態２〜５のゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式のサブフレームの概略構成例を示す概念図である。 実施形態２〜５のゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式のサブフレームの具体的な構成例を示すイメージ図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（１）実施形態１
図３に、本実施形態の無線通信システムの構成例を示す。図３を参照すると、本実施形態の無線通信システムは、基地局１０と、ユーザ＃０〜＃３の端末２０−０〜２０−３と、を備えている。基地局１０及び端末２０−０〜２０−３は、上り通信及び下り通信を行う。なお、図３においては、基地局１０のセル１０Ａ内に、４つの端末２０−０〜２０−３（４人のユーザ＃０〜＃３）が存在することを想定しているが、端末（ユーザ）の数は４には限定されない。また、以下では、端末２０−０〜２０−３を特定しない場合は、端末２０と記述する場合がある。

図４に、本実施形態の基地局１０の構成例を示す。図４を参照すると、本実施形態の基地局１０は、通信部１１と、制御部１２と、を備えている。制御部１２は、サブフレーム毎に、そのサブフレームに挿入されるＣＰ区間のＣＰ長を可変に設定する。なお、ＣＰ区間は、サブフレームに周期的に挿入されることを想定しているが、非周期に挿入されても良い。また、ＣＰ長を可変に設定するサブフレームは、上り通信用及び下り通信用のどちらのサブフレームでも良い。上り通信用のサブフレームとする場合は、そのサブフレームに設定されたＣＰ長を、そのサブフレームを割り当てられた端末２０に通知する必要がある。また、下り通信用のサブフレームとする場合も、そのサブフレームに設定されたＣＰ長を、そのサブフレームを割り当てられた端末２０に通知しなければ、その端末２０はどの区間でデータ等が送信されるのかを判断できず、ＦＦＴを実行するタイミングを判断できない。そこで、通信部１１は、制御部１２によりサブフレームに設定されたＣＰ長を識別する識別情報を、そのサブフレームを割り当てられた端末２０に送信する。なお、通信部１１は、上り通信用サブフレームに挿入されるデータ区間内のデータ等の受信や、下り通信用のサブフレームに挿入されるデータ区間内のデータ等の送信も行う。また、ＣＰ区間の挿入位置は、データ区間の前又は後ろのどちらにしても良い。

図５に、本実施形態の端末２０−０〜２０−３の構成例を示す。図５を参照すると、本実施形態の端末２０−０〜２０−３は、通信部２１を備えている。通信部２１は、自己の端末２０に割り当てられたサブフレームに設定されたＣＰ長を識別する識別情報を、基地局１０から受信する。なお、通信部２１は、上り通信用サブフレームに挿入されるデータ区間内のデータ等の送信や、下り通信用のサブフレームに挿入されるデータ区間内のデータ等の受信も行う。

以下、本実施形態の無線通信システムの動作例を、図６を参照して説明する。ここでは、基地局１０と端末２０−０との間で行われる動作を例に挙げる。図６を参照すると、基地局１０の制御部１２は、端末２０−０に割り当てられたサブフレームに挿入されるＣＰ区間のＣＰ長を可変に設定する（ステップＡ１）。基地局１０の通信部１１は、制御部１２によりサブフレームに設定されたＣＰ長を識別する識別情報を、端末２０−０に送信する（ステップＡ２）。この識別情報は、端末２０−０の通信部２１にて受信される。なお、下り通信用のサブフレームのＣＰ長を可変に設定した場合は、以降、基地局１０が、そのサブフレームに設定されたＣＰ長に従って、データ等の送信を行う。一方、上り通信用のサブフレームのＣＰ長を可変に設定した場合は、以降、端末２０−０が、そのサブフレームに設定されたＣＰ長に従って、データ等の送信を行う。

上述したように本実施形態においては、基地局１０は、サブフレーム毎に、そのサブフレームに挿入されるＣＰ区間のＣＰ長を可変に設定する。また、基地局１０は、サブフレームに設定されたＣＰ長を識別する識別情報を、そのサブフレームを割り当てられた端末２０に送信する。そのため、例えば、特定の端末２０に割り当てられるサブフレームのＣＰ長を短くするといった対応が可能となる。従って、サブフレームのオーバーヘッドを削減することができ、データ等の送信に使用できるデータ区間のデータ長を長くすることができることから、システム全体で実効的なスループットの向上を図ることができる。

（２）実施形態２
本実施形態は、実施形態１の構成及び動作をより具体化した例である。本実施形態の無線通信システムは、全体構成については図３の実施形態１と同様であるが、基地局１０及び端末２０−０〜２０−３の構成が異なる。

図７に、本実施形態の基地局１０の構成例を示す。図７を参照すると、本実施形態の基地局１０は、図４の実施形態１と比較して、記憶部１３を追加している。本実施形態においては、後述のように、制御部１２によりサブフレームに設定されたＣＰ長を識別する識別情報を、ＣＰ長に対応付けられたＣＰ長識別子（CP length Identifier）とする。記憶部１３は、ＣＰ長識別子とそのＣＰ長識別子に対応するＣＰ長とを表すＣＰ長対応テーブル（後述の図９参照）等を記憶する。

図８に、本実施形態の端末２０−０〜２０−３の構成例を示す。図８を参照すると、本実施形態の端末２０−０〜２０−３は、図５の実施形態１と比較して、制御部２２及び記憶部２３を追加している。記憶部２３は、上述したＣＰ長対応テーブル（後述の図９参照）等を記憶する。制御部２２は、基地局１０からＣＰ長識別子を受信した場合、記憶部２３に記憶されたＣＰ長対応テーブルを参照して、基地局１０から受信したＣＰ長識別子に対応するＣＰ長を判断する。

以下、本実施形態の無線通信システムの動作を説明する。本実施形態においては、基地局１０から端末２０−０〜２０−３への下り通信を想定し、下り通信用のサブフレームのＣＰ長を可変に設定するとする。また、通信方式として、上述したゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式を用いるとする。また、サンプリング周期、サブフレーム長、ＦＦＴサイズ等は、図１及び図２の例と同じとする。

図９に、本実施形態でサブフレームに設定可能なＣＰ長とそのＣＰ長に対応するＣＰ長識別子とを表すＣＰ長対応テーブルの一例を示す。また、図１０に、本実施形態のサブフレームの概略構成例を示し、図１１に、本実施形態のサブフレームの具体的な構成例を示す。図９を参照すると、本実施形態においては、ＣＰ長の切り替えを４段階とし、その切り替えのステップを、図１及び図２の例で固定で設定したＣＰ長０．０６２５μｓを４等分した、０．０６２５／４＝０．０１５６２５μｓとする。すなわち、基地局１０の制御部１２は、ＣＰ区間のＣＰ長として、０．０６２５μｓ、０．０４６８７５μｓ、０．０３１２５μｓ、０．０１５６２５μｓの４通りを設定可能であるとする。また、ＣＰ長０．０６２５μｓ、０．０４６８７５μｓ、０．０３１２５μｓ、０．０１５６２５μｓには、それぞれ、０、１、２、３がＣＰ長識別子として割り当てられているとする。図１０を参照すると、サブフレーム毎に、そのサブフレームの各ブロックのＣＰ区間には、４通りのＣＰ長のいずれかが設定される。ただし、ＣＰ長が変化すると、各ブロックのブロック長も変化し、それにより、サブフレームを構成するブロック数も変化する。そのため、ＣＰ長が０．０６２５μｓ、０．０４６８７５μｓ、０．０３１２５μｓ、０．０１５６２５μｓである場合は、サブフレームを構成するブロック数は、それぞれ、１３７個、１４０個、１４３個、１４６個となる。なお、図１０においては、ＣＰ区間は、無送信とすることを想定して０を挿入しているが、直前のデータ区間の一部を繰り返し伝送しても良い。また、ＣＰ区間の挿入位置は、データ区間の後ろになっているが、データ区間の前としても良い。また、図１１を参照すると、４通りのＣＰ長をそれぞれ設定した場合の各サブフレームの具体的なイメージ図が示されている。

また、本実施形態においては、基地局１０のセル１０Ａ内に、４つの端末２０−０〜２０−３（４人のユーザ＃０〜＃３）が存在することを想定し、４つの端末２０−０〜２０−３には、それぞれ、サブフレーム＃０〜＃３が割り当てられるとする。すなわち、サブフレーム＃０で端末２０−０に対するデータ等が送信され、サブフレーム＃１で端末２０−１に対するデータが送信され、サブフレーム＃２で端末２０−２に対するデータ等が送信され、サブフレーム＃３で端末２０−３に対するデータ等が送信されるとする。また、４つの端末２０−０〜２０−３との間の下り無線信号の遅延波の長さは、それぞれ、０．０１５μｓ、０．０１５μｓ、０．０３μｓ、０．０６μｓであるとする。なお、下り無線信号の遅延波の長さは、任意の方法で求めることができる。例えば、基地局１０の制御部１２は、上り無線信号を受信する度に、チャネル推定（伝播路推定）処理を行うが、この処理によって上り無線信号の遅延波の長さが分かる。また、上り無線信号と下り無線信号の遅延波の長さは、通常は、ほぼ同じ長さであると考えられる。そこで、基地局１０の制御部１２は、上記のチャネル推定処理で得られた上り無線信号の遅延波の長さを、下り無線信号の遅延波としても良い。

以上の前提の下で、基地局１０の制御部１２は、サブフレーム＃０〜＃３毎にスケジューリングを行う。例えば、サブフレーム＃０は、端末２０−０に割り当てられ、端末２０−０との間の下り無線信号の遅延波の長さは、０．０１５μｓである。また、図９のＣＰ長対応テーブルによれば、０．０１５μｓよりも大きいＣＰ長の中で、最小のＣＰ長は０．０１５６２５μｓである。そこで、基地局１０の制御部１２は、サブフレーム＃０のスケジューリングにおいては、図９のＣＰ長対応テーブルに従い、サブフレーム＃０のＣＰ区間のＣＰ長を０．０１５６２５μｓに決定する。これにより、サブフレーム＃０のデータ区間のデータ長も決定される。基地局１０の制御部１２は同様にして、サブフレーム＃１、＃２、＃３のＣＰ区間のＣＰ長を、それぞれ、０．０１５６２５μｓ、０．０３１２５μｓ、０．０６２５μｓに決定する。従って、サブフレーム＃０、＃１は、図１１の一番下のサブフレームの構成になり、サブフレーム＃２は、図１１の一番下から２番目のサブフレームの構成になり、サブフレーム＃３は、図１１の一番上のサブフレームの構成になる。

その結果、１つのブロックに占めるサイクリックプレフィックスのオーバーヘッドの割合は、サブフレーム＃０〜＃３を平均すると、次のようになる。
（０．０１５６２５＋０．０１５６２５＋０．０３１２５＋０．０６２５）／４／０．６６７＝４．６８７５％

よって、本実施形態においては、図１及び図２のＣＰ長が固定の０．０６２５μｓである場合（上記の割合は８．６％）と比較すると、オーバーヘッドを約半分に削減可能となる。また、ＣＰ長が、０．０６２５μｓ、０．０４６８７５μｓ、０．０３１２５μｓ、０．０１５６２５μｓの場合の１サブフレーム内のブロック数は、それぞれ、１３７、１４０、１４３、１４６となる。このように、ブロック数が増えると、それに従い、データ等の送信に使用できるデータ区間のデータ長が長くなる。従って、実効的なデータスループットの観点では、ＣＰ長が固定の０．０６２５μｓである場合と比較すると、ＣＰ長が０．０４６８７５μｓ、０．０３１２５μｓ、０．０１５６２５μｓである場合は、それぞれ、２．２％、４．４％、６．６％のスループット改善効果が得られることとなる。

ここで、サブフレーム毎（この例の場合、同じ意味で、“端末（ユーザ）毎に”）にＣＰ長を可変に設定した場合、基地局１０の制御部１２が設定したＣＰ長を、そのサブフレームを割り当てられた端末２０に通知しなければ、その端末２０はどの区間でデータ等が送信されるのかを判断できず、ＦＦＴを実行するタイミングを判断できない。そのため、基地局１０の通信部１１は、図９に示される、制御部１２が設定したＣＰ長に対応する２ｂｉｔのＣＰ長識別子を端末２０に送信する。ＣＰ長識別子の送信方法としては、様々な方法が考えられる。例えば、現状のＬＴＥ仕様では、サブフレームの先頭から任意数（例えば、１〜４個）分のブロック（ここでいうブロックは、ＯＦＤＭの場合は、正しくは、ＯＦＤＭ ｓｙｍｂｏｌという）のデータ区間において、ＤＣＩ（Downlink Control Information）と呼ばれる、データ送信に用いられる変調多値数や誤り訂正のコーディングレート等に関する制御情報が載せられて送信される。これをベースにすると、例えば、ＤＣＩの中に、“ＣＰ ｌｅｎｇｔｈ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ ｆｉｅｌｄ”というフィールドを追加する。そして、基地局１０の制御部１２は、ＤＣＩの“ＣＰ ｌｅｎｇｔｈ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ ｆｉｅｌｄ”にＣＰ長識別子を含め、そのＤＣＩを通信部１１が送信する。これにより、基地局１０は、サブフレーム毎に、そのサブフレームを割り当てられた端末２０との間の下り無線信号の遅延波の長さを基にＣＰ長を可変に設定し、設定したＣＰ長を端末２０に通知することが可能となる。

端末２０は、基地局１０から制御情報（上述の例では、ＣＰ長識別子を含むＤＣＩ）を受信すると、まず、その制御情報を復調し、その中に含まれるＣＰ長識別子から、自己の端末２０宛のサブフレームに設定されているＣＰ長を判断する。

以下、端末２０の動作について具体的に説明する。端末２０の制御部２２は、基地局１０からの制御情報（ＣＰ長識別子を含むＤＣＩ）を通信部２１にて受信すると、その制御情報を復調し、その制御情報に含まれる各情報要素を取り出す。次に、端末２０の制御部２２は、制御情報から取り出した情報要素のうちのＣＰ長識別子と、記憶部２３に記憶されたＣＰ長対応テーブル（図９参照）と、を基に、自己の端末２０宛のサブフレームに設定されているＣＰ長を判断する。以降、端末２０の制御部２２は、そのＣＰ長に従って、以降に送信されてくるデータやリファレンス信号の受信処理を行う。

上述したように本実施形態においては、基地局１０は、サブフレーム毎に、そのサブフレームを割り当てられた端末２０との間の下り無線信号の遅延波の長さに応じて、そのサブフレームのＣＰ区間のＣＰ長を可変に設定する。また、基地局１０は、サブフレームに設定されたＣＰ長を識別するＣＰ長識別子を、そのサブフレームを割り当てられた端末２０に送信する。そのため、例えば、遅延波の長さが短い端末２０に割り当てられるサブフレームのＣＰ長を短くすることが可能となる。従って、サブフレームのオーバーヘッドを削減することができ、データ等の送信に使用できるデータ区間のデータ長を長くすることができることから、システム全体で実効的なスループットの向上を図ることができる。

なお、本実施形態においては、図９のＣＰ長対応テーブルにおいて、ＣＰ長のステップ幅を０．０１５６２５μｓとし、ステップ数を４としたが、ＣＰ長のステップ幅及びステップ数はこれに限定されず、任意に設定可能である。また、ＣＰ長のステップ幅は、等間隔としたが、これには限定されない。例えば、遅延波の長さがある値付近に集中していれば、その付近ではステップ幅の間隔を細かくしても良い。

また、本実施形態においては、基地局１０は、サブフレーム毎に、ＣＰ長を設定する処理や、ＣＰ長識別子を制御情報に含めて送信する処理を行うが、遅延波の長さを測定する処理の頻度は、サブフレーム毎に限定されない。基地局１０は、ＣＰ長を決定する際には、遅延波の長さを測定結果のうちの直近の測定結果を用いてＣＰ長を決定すれば良い。

（３）実施形態３
上述した実施形態２においては、基地局１０の通信部１１は、サブフレームの先頭から任意数分のブロックのデータ区間において、２ｂｉｔのＣＰ長識別子を端末２０に送信する。そのため、基地局１０の通信部１１は、２ｂｉｔのＣＰ長識別子を毎サブフレームで送信する必要があり、制御情報の受信特性が劣化する可能性がある。その一方で、基地局１０の制御部１２がＣＰ長を決定するための要素である遅延波の長さは、実環境においては、短時間に大きく変動しない場合が多いと考えられる。

そこで本実施形態においては、制御情報の増加を抑えるよう、実施形態２におけるＣＰ長識別子の送信方法に変更を加える。なお、本実施形態の構成自体は実施形態２と同様である。

具体的には、基地局１０の制御部１２は、端末２０が基地局１０に接続される際、その端末２０との間の下り無線信号の遅延波の長さを測定し、その測定結果を基にＣＰ長を可変に設定し、設定したＣＰ長に対応するＣＰ長識別子を、基地局１０から端末２０へ送信される接続設定情報に追加する。例えば、ＬＴＥの仕様では、接続設定情報としてのＲＲＣ（Radio Resource Control） Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージ内に、“ＣＰ ｌｅｎｇｔｈ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ ｆｉｅｌｄ”というフィールドを追加する。そして、基地局１０の制御部１２は、ＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージの“ＣＰ ｌｅｎｇｔｈ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ ｆｉｅｌｄ”にＣＰ長識別子を含め、そのＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを通信部１１が送信する。これにより、実際のデータ通信時においては、基地局１０は、端末２０との接続時に予め設定したＣＰ長に従ってデータを送信し、端末２０も、予め設定されたＣＰ長に従ってデータの受信処理を行えば良い。

上述したように本実施形態においては、基地局１０は、端末２０との接続時に、その端末２０に割り当てられるサブフレームのＣＰ長を設定し、接続設定情報であるＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ ＲｅｑｕｅｓｔメッセージにＣＰ長識別子を含めて送信する。これにより、実施形態２ではサブフレーム毎に実施していた、基地局１０がＣＰ長を設定する処理や、ＣＰ長識別子を制御情報に含めて送信する処理等を不要とすることができる。その他の効果は実施形態２と同様である。

（４）実施形態４
実施形態２，３においては、基地局１０の制御部１２は、１つのサブフレームに多重するユーザ数（端末数）を１に限定していた。
これに対して本実施形態においては、基地局１０の制御部１２は、遅延波の長さに応じて端末２０をグループ分けし、同一グループに属する端末２０に同一のサブフレームを割り当てる。これにより、ユーザ多重によるＰＡＰＲは増加するものの、ユーザ多重を許すことによるスケジューリングの柔軟性を確保することが可能となる。その他の効果は実施形態２と同様である。

なお、本実施形態においては、グループ分けの方法としては、例えば、遅延波の長さに１つ又は複数の閾値を設定し、その閾値で区切られた領域の遅延波の長さを有する端末２０同士が同一グループになるよう、グループ分けを行うことが考えられる。また、複数の端末２０に同一のサブフレームを割り当てる場合は、基地局１０の通信部１１は、複数の端末２０の全てに対し、そのサブフレームのＣＰ長識別子を送信する。

（５）実施形態５
実施形態２〜４においては、サブフレームに挿入されるデータ等は全て、特定の端末２０（特定ユーザ）向けのデータ等である、と仮定していた。しかし、実際のセルラーシステムにおいては、基地局１０は、特定のサブフレームにおいて、セル１０Ａ内の不特定の端末２０（ユーザ）向けのシステム情報を送信し、そのシステム情報をセル１０Ａ内の全ての端末２０が受信する可能性がある。例えば、ＬＴＥの無線通信システムにおいては、１０個のサブフレーム（以下、サブフレーム＃０〜＃９とする）から無線フレームが構成される。このうち、サブフレーム＃０と＃５において、下り同期を目的とした同期信号（ＰＳＳ／ＳＳＳ：Primary Synchronization Signal / Secondary Synchronization Signal）が挿入されたり、また、セル１０Ａに固有のシステム情報の通知を目的としたＰＢＣＨ（Physical Broadcast CHannel）の情報が挿入されたりする。このような無線通信システムにおいて、セル１０Ａ内の不特定の端末２０に送信される情報が挿入されるサブフレームに対しても、実施形態２〜４で説明したＣＰ長を可変とする技術を適用する場合、遅延波が最も長い端末２０に合わせて、ＣＰ長を設定することになる。しかし、そうすると、オーバーヘッドは削減できず、実施形態２〜４の効果は得られない。そのため、このような無線通信システムにおいて、実施形態２〜４で説明したＣＰ長を可変とする技術を適用するためには、セル１０Ａ内の不特定の端末２０に対する情報が挿入されるサブフレームと、それ以外のサブフレームと、でふるまいを変える必要がある。

具体的には、まず、下記２種類のサブフレームを定義する。
・ＣＰ長を可変に設定可能なサブフレーム（以下、第１サブフレームと称す）：ＰＳＳ／ＳＳＳ、ＰＢＣＨ等の不特定の端末２０向けの情報が挿入されないサブフレーム
・ＣＰ長を可変に設定不可なサブフレーム（以下、第２サブフレームと称す）：ＰＳＳ／ＳＳＳ、ＰＢＣＨ等の不特定の端末２０向けの情報が挿入されるサブフレーム

そして、基地局１０の制御部１２は、前者の第１サブフレームにおいては、実施形態２〜４と同様に、そのサブフレームを割り当てられる端末２０との間の下り無線信号の遅延波の長さに応じて、ＣＰ長を可変に設定する。一方、基地局１０の制御部１２は、後者の第２サブフレームにおいては、ＣＰ長を可変とせずに、常に、無線通信システムで定義されたＣＰ長の最大値（最悪値）を固定で設定することとする。そのため、第２サブフレームに設定するＣＰ長は、端末２０に通知不要である。

上述したように本実施形態においては、基地局１０は、無線フレームを構成するサブフレームとして、第１サブフレーム及び第２サブフレームの２種類のサブフレームを定義し、不特定の端末２０向けの情報が挿入されない第１サブフレームのみ、ＣＰ長を可変に設定する。これにより、サブフレームに不特定の端末２０向けの情報が挿入されるような環境においても、実施形態２〜４で説明したＣＰ長を可変とする技術を適用することが可能となる。

なお、本実施形態においては、１０個のサブフレーム＃０〜＃９のうち、サブフレーム＃０と＃５が、第２サブフレーム（ＣＰ長が固定）であり、残りのサブフレームが、第１サブフレーム（ＣＰ長が可変）であると、サブフレーム＃０〜＃９のサブフレームパターンが予め決められているケースを想定していた。そのため、基地局１０は、端末２０に対し、サブフレームパターンを通知する必要はなかった。

しかし、サブフレームパターンは、予め決められている必要はなく、例えば、周期的に変更しても良い。その場合、基地局１０の通信部１１は、周期的に、現在のサブフレームパターンを下りシステム情報として端末２０に送信し、端末２０の通信部２１は、その下りシステム情報を受信し、その下りシステム情報に従い、制御部２２にてデータ等の受信処理を行うことが考えられる。その場合、サブフレームパターンの送信方法としては、周期分のビット幅を有するビットマップが考えられる。例えば、１０ｍｓ周期で通知するならば、１０ビットのビット幅を有するビットマップを用意し、各ビットで１０個分のサブフレームの各々が第１サブフレーム又は第２サブフレームのどちらであるかを示す。例えば、サブフレーム＃０〜＃９のうち、サブフレーム＃０，＃１，＃５が、第２サブフレーム（ＣＰ長が固定）で、それ以外のサブフレームが、第１サブフレーム（ＣＰ長が可変）である場合、基地局１０の通信部１１は、（１，１，０，０，０，１，０，０，０，０）の１０ビットからなるビットマップを端末２０に通知する。なお、このビットマップにおいて、ｉ番目（ｉ＝０，１，…，９）のビットが“０”である場合は、サブフレーム＃ｉは、第１サブフレーム（ＣＰ長が可変）となることを意味し、“１”である場合は、サブフレーム＃ｉは、第２サブフレーム（ＣＰ長が固定）となることを意味する。

また、基地局１０の通信部１１は、サブフレームパターンを送信するのではなく、第１サブフレームとなるサブフレーム＃０，＃１，＃５を指定する情報を送信しても良い（例えば、サブフレーム＃０，＃１，＃５の識別情報を任意の方法で送信する等）。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、上記実施形態においては、通信方式として、ゼロパディングサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式を用いて説明してきたが、本発明はこれに限定されず、ヌルサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式や、それ以外のシングルキャリア伝送方式も適用可能である。例えば、本発明をヌルサイクリックプレフィックスシングルキャリア伝送方式に適用した場合、サブフレームを構成するブロックの長さは変わらないものの、ブロックに占めるＣＰ区間のＣＰ長を短くできる。そのため、サブフレームのオーバーヘッドを削減し、スループットの向上を図ることができる。

また、上記実施形態においては、基地局１０の通信部１１は、制御部１２によりサブフレームに可変に設定されたＣＰ長を識別する識別情報として、ＣＰ長に対応するＣＰ長識別子、すなわち、ＣＰ長の絶対値を端末２０に送信していた。しかし、通信部１１は、制御部１２によりサブフレームに可変に設定されたＣＰ長と、端末２０に現時点で設定されているＣＰ長と、の差分を表す相対値を送信しても良い。この場合、端末２０に設定されるＣＰ長の初期値は、無線通信システムで定義されたＣＰ長の最大値（最悪値）等に予め決めておくことができる。又は、端末２０に設定されるＣＰ長の初期値は、基地局１０と端末２０との接続時に、基地局１０からＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージで通知しても良い。この場合、以降のＣＰ長の相対値は、ＤＣＩで通知することができる。

この出願は、２０１５年３月３１日に出願された日本出願特願２０１５−０７１６１７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。

１０ 基地局
１０Ａ セル
１１ 通信部
１２ 制御部
１３ 記憶部
２０−０〜２０−３ 端末
２１ 通信部
２２ 制御部
２３ 記憶部

Claims (15)

1. 端末と通信を行う基地局であって、
   サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定する制御部と、
   前記制御部により前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、該サブフレームを割り当てられた端末に送信する通信部と、を備える基地局。
2. 前記制御部は、
   前記識別情報を、前記サイクリックプレフィックス区間の前又は後ろに挿入されるデータ区間のうち、サブフレームの先頭から任意数分のデータ区間内の制御情報に含め、
   前記通信部は、
   前記識別情報を含む前記制御情報を前記端末に送信する、請求項１に記載の基地局。
3. 前記制御部は、
   前記端末との接続時に、前記識別情報をＲＲＣ（Radio Resource Control） Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージに含め、
   前記通信部は、
   前記端末との接続時に、前記識別情報を含む前記ＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔメッセージを前記端末に送信する、請求項１に記載の基地局。
4. 前記識別情報は、
   前記制御部により前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長の絶対値を識別する情報である、請求項１から３のいずれか１項に記載の基地局。
5. 前記識別情報は、
   前記制御部により前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長と、前記端末に現時点で設定されているサイクリックプレフィックス長と、の差分を表す相対値を識別する情報である、請求項１から３のいずれか１項に記載の基地局。
6. 前記制御部は、
   前記端末との間の無線信号の遅延波の長さを基に、該端末に割り当てられるサブフレームのサイクリックプレフィックス長を可変に設定する、請求項１から５のいずれか１項に記載の基地局。
7. 前記制御部は、
   前記端末との間の無線信号の遅延波の長さを基に、前記端末をグループ分けし、同一のグループに属する端末に同一のサブフレームを割り当てる、請求項６に記載の基地局。
8. 前記サブフレームは、
   前記基地局から前記端末への下り通信に用いられるサブフレームであり、
   前記基地局のセル内の不特定の前記端末に送信される情報が挿入されない第１サブフレームと、
   前記基地局のセル内の不特定の前記端末に送信される情報が挿入される第２サブフレームと、の２種類のサブフレームを含み、
   前記制御部は、
   前記第１サブフレーム毎に、該第１サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定し、
   前記通信部は、
   前記制御部により前記第１サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、該第１サブフレームを割り当てられた端末に送信する、請求項１から７のいずれか１項に記載の基地局。
9. 前記制御部は、
   前記第２サブフレームについては、該第２サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を固定に設定する、請求項８に記載の基地局。
10. 前記通信部は、
    前記サブフレーム毎に、該サブフレームが前記第１サブフレーム又は前記第２サブフレームのどちらであるかを示すビットからなるビットマップを、前記端末に送信する、請求項８又は９に記載の基地局。
11. 前記通信部は、
    無線フレームを構成する複数の前記サブフレームのうち前記第１サブフレームを指定する情報を、前記端末に送信する、請求項８又は９に記載の基地局。
12. 基地局と通信を行う端末であって、
    前記基地局は、サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定するものであり、
    前記端末に割り当てられた前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、前記基地局から受信する通信部を備える端末。
13. 端末と、前記端末と通信を行う基地局と、を備える無線通信システムであって、
    前記基地局は、
    サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定する制御部と、
    前記制御部により前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、該サブフレームを割り当てられた端末に送信する通信部と、を備える無線通信システム。
14. 端末と通信を行う基地局による無線通信方法であって、
    サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定し、
    前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、該サブフレームを割り当てられた端末に送信する、無線通信方法。
15. 基地局と通信を行う端末による無線通信方法であって、
    前記基地局は、サブフレーム毎に、該サブフレームに挿入されるサイクリックプレフィックス区間のサイクリックプレフィックス長を可変に設定するものであり、
    前記端末に割り当てられた前記サブフレームに設定されたサイクリックプレフィックス長を識別する識別情報を、前記基地局から受信する、無線通信方法。

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