JPWO2018061088A1 - 基地局、端末、無線通信システムおよび送受信方法 - Google Patents

Abstract

自基地局のサービスエリアに存在する端末に対して各端末に共通な複数の信号を送信する場合、サービスエリアのうち、ビームを使用して同時に送信が可能なエリアにおいて、複数の信号の送信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で複数の信号を周波数多重し、エリアを変えながら複数の信号を複数回送信することでサービスエリアに存在する端末に複数の信号を送信する制御を行う制御部（１１）と、制御部（１１）の制御によりビームの方向を変えて、エリア単位で複数の信号を送信するアンテナ部（１４）と、を備える。

Description

本発明は、ビームを使用して端末と無線通信を行う基地局、端末、無線通信システムおよび送受信方法に関する。

端末が基地局に接続して無線通信を開始する初期接続の動作は、端末が、自端末周辺を探索し、基地局が送信する無線信号を検出することから始まる。標準化団体である３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）規格を例に挙げると、前述の無線信号は、基地局が周期的に送信している信号であって、端末が基地局を検出して基地局が送信する信号の周波数および時間に同期するためのものであり、規格であらかじめ決められた複数の信号パターンのうちのいずれかになっている。また、この無線信号の信号パターンは、基地局を識別するための基地局ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を示す役割も有する。したがって、端末は、複数の無線信号を検出した場合、それぞれの無線信号を送信した基地局の識別が可能である。なお、この無線信号を同期信号と呼ぶ。以下、同期信号を、ＳＳ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ）と称することがある。

さらに基地局は、自基地局が取り扱う周波数帯域幅、そして端末が自基地局に接続を要求する時に最初に送信するランダムアクセス信号であるＰＲＡＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ）を自基地局が受信可能な時間帯および周波数帯、および受信可能な信号パターンの情報などを含む報知信号を周期的に送信している。報知信号には、ＰＢＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）、およびＳＩ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）があり、これらの信号は同期信号との周波数帯および時間帯の相対位置関係が規格で決まっている。端末は、周波数帯および時間帯の位置関係が決まっている報知信号の内容を見ることによって、さらに別の報知信号の周波数帯および時間帯の位置情報が特定できる。以降の説明において、周波数帯の位置、および時間帯の位置を、単に周波数の位置、および時間の位置と称する。

初期接続を開始する端末は、はじめに同期信号の検出動作を行い、検出した同期信号から周波数の位置および時間の位置が特定できる報知信号を受信し、報知信号の内容を確認してＰＲＡＣＨを送信するための情報を取得する。初期接続を行う端末は基地局のサービスエリア全体に存在する可能性があるため、基地局は、同期信号および報知信号をサービスエリア全体に送信しなければならない。また、基地局は、端末がサービスエリアのどこからＰＲＡＣＨを送信してきても受信できなければならない。

また、端末は、通信相手の基地局を切り替えるハンドオーバにおいても、初期接続と同様の動作を行う。すなわち、現在の基地局との間で通信品質が劣化したと判断した端末は、切替候補の基地局を検出する際、あるいは実際に基地局を切り替える際に同期信号および報知信号の検出および受信を行う。

基地局と接続が完了して通信を開始した端末は、通信のための周波数および時間のリソースが基地局からその都度割り当てられる。基地局は、端末との通信中、自基地局と端末との間の通信品質に合わせて変調方式および誤り訂正符号化率を選択するため、自基地局と端末との間の通信品質情報が必要となる。通常、基地局から端末への方向である下り回線では、基地局は、品質測定のための規定パターンを持った信号であるＣＳＩ−ＲＳ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ−Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）を送信する。端末は、基地局から送信されたＣＳＩ−ＲＳの受信品質を測定し、測定した結果であるＣＳＩを基地局に報告する。また、端末から基地局への方向である上り回線では、端末は、品質測定のための規定パターンを持った信号であるＳＲＳ（Ｓｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）を送信する。基地局は、端末から送信されたＳＲＳの受信品質を測定する。基地局は、端末が自基地局のサービスエリア全体に存在する可能性があるため、自基地局のサービスエリア全体にＣＳＩ−ＲＳを送信しなければならない。また、基地局は、サービスエリアのどこからであっても、端末が送信するＣＳＩおよびＳＲＳを受信できなければならない。

さらに、上り回線でデータを送りたい場合、端末が基地局に対して周波数および時間のリソースを要求する仕組みがある。端末がリソースを要求する際に送信する信号がＳＲ（Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｒｅｑｕｅｓｔ）と呼ばれるものである。基地局は、サービスエリアのどこからであっても、端末が送信するＳＲを受信できなければならない。

以上で説明した制御用の信号のうち、ＳＳ、ＰＲＡＣＨ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、ＣＳＩ−ＲＳ、ＣＳＩ、ＳＲＳ、およびＳＲの各信号については、３ＧＰＰにおけるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）規格などに規定されている。ＳＳ、ＰＲＡＣＨ、ＰＢＣＨ、ＣＳＩ−ＲＳ、およびＳＲＳは、物理層が扱うチャネルまたは信号である。ＳＩは、ＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれるレイヤが扱い、物理層のＰＤＳＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ぶチャネルに搭載される。ＣＳＩは、下りの受信品質の情報を表しており、物理層で扱う信号としてはＰＵＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）またはＰＵＳＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）に搭載される。ＳＲは、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれるレイヤが扱い、ＰＵＣＣＨに搭載される。

基地局は、端末が初期接続を要求するタイミングを知ることはできないため、ＳＳ、ＰＢＣＨ、およびＳＩを周期的に送信している必要がある。同様に、基地局は、ＰＲＡＣＨを受信するタイミングも周期的に設定しておく必要がある。ＣＳＩ−ＲＳ、ＣＳＩ、およびＳＲＳについて、３ＧＰＰ規格では、周期的に設定しておくものと、必要が生じたときにすぐに測定ができるようにトリガベースで設定するものの両方が規格化されている。また、基地局は、端末のデータ発生タイミングを知ることはできないため、ＳＲを受信するタイミングを周期的に設定している。

ところで近年、３ＧＰＰでは、第５世代移動通信システムの規格策定に向けて検討を進めている。３ＧＰＰで検討している技術の１つに、基地局および端末が通信を行う際に、基地局が複数のアンテナを用いて通信対象の端末の方向のみにビームを形成、すなわちビームフォーミングを行って信号を送る技術がある。このビームフォーミングの技術により、基地局は、無線信号が飛ぶ方向を絞ることができる。この結果、基地局は、他の場所に存在する別の端末への干渉を防ぐ、または干渉を低減することができる。

また、基地局は、特定の方向に信号を送信することにより、サービスエリア全体に信号を送信する場合と比較して、送信電力を集中させることができ、信号到達距離の拡大に繋げることができる。

このビームフォーミングの技術は、基地局が端末から信号を受信する場合にも適用できる。すなわち、基地局は、受信アンテナに信号を受信する方向を持たせることで、受信方向以外の方向から到来する干渉波の影響を防ぐ、または低減することができる。

しかしながら、１本のビームは特定の方向にのみ信号が飛ぶことまたは特定の方向からのみ信号を受けることが可能となるため、基地局は、サービスエリア全体をカバーするには複数のビーム方向が必要となる。

端末は、通信を開始する初期接続の際、まず、通信を行うための十分な信号品質が得られる基地局を探索する。また、端末は、ハンドオーバの際にも同様に、通信中の基地局である通信基地局以外に、周辺の基地局である周辺基地局の探索を行う。

ビームフォーミングを使わない無線通信システムにおける一般的なハンドオーバの場合、端末は、通信基地局との間で信号品質劣化を検知すると、周辺基地局が送信している同期信号および報知信号を検出し、受信品質を測定する。端末は、受信品質の測定結果をハンドオーバ要求とともに現在の通信基地局へ報告する。報告を受けた通信基地局は、受信品質が一番良い周辺基地局または通信を行うために必要な受信品質が得られる周辺基地局のうちから１台を決定し、決定した周辺基地局へハンドオーバ要求を行う。要求を受けた周辺基地局は、ハンドオーバの受け入れが可能な場合、通信基地局へその旨を返送する。ハンドオーバの受け入れ可能のレスポンスを受けた通信基地局は、端末に対して、ハンドオーバ先となる周辺基地局についての基地局ＩＤなどの情報とともに、ハンドオーバ実施命令を送信する。ハンドオーバ実施命令を受けた端末は、ハンドオーバ先である周辺基地局に対し、通信要求としてＰＲＡＣＨを送信する。一方、ＰＲＡＣＨを検出した周辺基地局は、ＰＲＡＣＨに対するレスポンス信号を端末へ返送し、通信を開始する。

一方、ビームフォーミングを使う無線通信システムについて、非特許文献１には、基地局がビームを使ってサービスエリア全体をカバーする技術が開示されている。基地局は、同時に生成可能なビーム数だけではサービスエリア全体をカバーできないため、複数のタイミングを用い、各タイミングでビームを向ける方向を変える、すなわちビームスウィーピングによりサービスエリア全体をカバーする。また、非特許文献１には、基地局および端末がサービスエリア全体で送受信すべき信号として、Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌｓ、Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、およびＲａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌなどが挙げられており、これらの信号をビームフォーミングにより送受信することが開示されている。

また、非特許文献２では、基地局および端末が通信を行う際に使用するビームを適切に選択することを目的として、ＢＲＳ（Ｂｅａｍ ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）が定義されている。基地局は、ＢＲＳを周期的に送信し、端末は、測定した中から一番よいと判断したビームのインデックスを基地局へ返送する。

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃８５ 「Ｒ１−１６４０１３」 ２０１６年 ３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１ ＃８５ 「Ｒ１−１６４０１４」 ２０１６年

しかしながら、上記従来の技術によれば、基地局からの下り回線の信号である、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳについて、お互いの送信タイミングの関係についての記載はない。これらの信号は必要な送信周期が異なるため、基地局は、各信号について独立した送信タイミングを設定してしまい、各信号を、ビームフォーミングを使って送信してしまう可能性がある。この場合、基地局は、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳを送信するために異なる時間を使ってしまうので、残り時間が減ってしまう、すなわち下り回線でデータを送信するための時間リソースが減ってしまう、という問題があった。また、ＣＳＩ−ＲＳについても、各信号の送信タイミングの関係は開示されていない。基地局は、ＣＳＩ−ＲＳについても各信号と独立した送信タイミングを設定すると、さらに、データを送信するための時間リソースが減ってしまう、という問題があった。

また、上記従来の技術によれば、端末からの上り回線の信号である、ＰＲＡＣＨについての記載はあるものの、ＣＳＩ、ＳＲＳ、およびＳＲについての記載はない。これらの信号についても同様、端末は、各信号について独立して送信タイミングを設定してしまうと、上り回線でデータを送信するための時間リソースが減ってしまう、という問題があった。また、ＰＲＡＣＨは、システム周波数帯域に対し、全ての周波数リソースを使用するのではなく、少量の周波数リソースを使用すると考えられる。そのため、周波数軸上でＰＲＡＣＨのみを載せたフレームフォーマットは効率が悪い、という問題があった。

また、現在、３ＧＰＰでは、第５世代移動通信システムに用いるフレームフォーマットが検討され、このフレームフォーマットをベースに今後の検討を進めていくことが合意されている。しかしながら、上述したＳＳ、ＰＢＣＨなどのような全端末に共通な信号をどのようなフレームフォーマットで送受信するかについては未だ検討されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、端末との間で複数の制御用の信号を送受信する場合に、データ送受信用の周波数リソースおよび時間リソースの減少を抑えることが可能な基地局を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の基地局は、自基地局のサービスエリアに存在する端末に対して各端末に共通な複数の信号を送信する場合、サービスエリアのうち、ビームを使用して同時に送信が可能なエリアにおいて、複数の信号の送信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で複数の信号を周波数多重し、エリアを変えながら複数の信号を複数回送信することでサービスエリアに存在する端末に複数の信号を送信する制御を行う制御部と、制御部の制御によりビームの方向を変えて、エリア単位で複数の信号を送信するアンテナ部と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる基地局は、端末との間で複数の制御用の信号を送受信する場合に、データ送受信用の周波数リソースおよび時間リソースの減少を抑えることができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる無線通信システムの構成例を示す図 実施の形態１にかかる基地局における各信号の送信タイミングの例を示す図 実施の形態１にかかる基地局において各信号を異なるタイミングで送信したときの例を示す図 実施の形態１にかかる基地局が各信号を周波数方向で多重して送信するときの例を示す図 実施の形態１にかかる基地局におけるビームスウィーピングの例を示す図 実施の形態１にかかる基地局が各信号を周波数方向で多重して送信するときの他の例を示す図 実施の形態１にかかる基地局が端末から送信された各信号を受信するときの例を示す図 実施の形態１にかかる基地局が端末から送信された各信号を受信するときの他の例を示す図 実施の形態１にかかる基地局の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる端末の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる基地局において端末に信号を送信する処理を示すフローチャート 実施の形態１にかかる基地局において端末からの信号を受信する処理を示すフローチャート 実施の形態１にかかる基地局および端末を実現するハードウェア構成の例を示す図 実施の形態１にかかる基地局および端末を実現するハードウェア構成の他の例を示す図 実施の形態２にかかる基地局および端末の間で送受信されるＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩについての専用のフレームフォーマットの例を示す図 実施の形態２にかかる基地局および端末において送受信されるＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの専用フレームフォーマットを周波数軸上で表現した例を示す図 第５世代移動通信システムに用いるものとして３ＧＰＰで検討されているフレームフォーマットの例を示す図 実施の形態２にかかる基地局において端末に品質測定用の信号を送信する処理を示すフローチャート 実施の形態２にかかる端末において基地局に品質測定の結果である測定結果報告の信号を送信する処理を示すフローチャート 実施の形態３にかかる基地局および端末においてＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信において使用されるフレームフォーマットの例を示す図 実施の形態３にかかる基地局において端末に対して使用するフレームフォーマットの情報を通知する処理を示すフローチャート 実施の形態４にかかる端末がＰＲＡＣＨの送信とともにＣＳＩの測定結果を報告する際に使用する各信号を周波数方向で多重して送信するときの例を示す図 実施の形態４にかかる端末において基地局に対してＣＳＩを送信する処理を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる基地局、端末、無線通信システムおよび送受信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システム１００の構成例を示す図である。無線通信システム１００は、基地局１０と、端末２０と、を備える。基地局１０は、ビーム４０を使用して端末２０と通信を行う。具体的に、基地局１０は、ビームフォーミングによりビーム４０を形成し、自基地局１０のサービスエリア５０内の端末２０との間で通信を行う。基地局１０は、通信中は端末２０の位置を特定できているため、端末２０の方向のみにビーム４０を向ける。一方、基地局１０は、通信を開始する前の端末２０についてはその端末２０の位置を特定できていないため、ビーム４０の方向を順に変えて、すなわちビームスウィーピングすることによってサービスエリア５０全体に存在する通信前の端末２０と信号の送受信を行う。あるいは、基地局１０は、通信中の端末２０であってもサービスエリア５０全体に存在する全ての端末２０からＣＳＩ、ＳＲＳ、およびＳＲを受信するためには、ビームスウィーピングを行う。端末２０は、基地局１０からのビームの方向が自端末２０の方向に向いたときに、基地局１０との間で信号の送受信を行うことができる。なお、図１では、基地局１０が１つ、端末２０が１つであるが、一例であり、無線通信システム１００は、複数の基地局１０を備えることも可能である。また、基地局１０は、サービスエリア５０内に存在する複数の端末２０と通信を行うことが可能である。なお、主体が基地局１０または後述する基地局１０が備える各構成の場合、説明の中で基地局１０のことを自基地局１０と称することがある。同様に、主体が端末２０または後述する端末２０が備える各構成の場合、説明の中で端末２０のことを自端末２０と称することがある。

実施の形態１において、基地局１０は、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳの送信タイミングを同一とし、ビームスウィーピングのタイミングを同期させる。端末２０では、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳの受信タイミングが同一となる。また、端末２０は、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの送信タイミングを同一とする。基地局１０では、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの受信タイミングが同一となり、ビームスウィーピングのタイミングを同期させる。これにより、基地局１０は、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳを個別に送信する場合と比較して、データを送信する際の時間リソースの減少を抑える、すなわち、データを送信する際の時間リソースを増やすことができる。また、端末２０は、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲを個別に送信する場合と比較して、データを送信する際の時間リソースの減少を抑える、すなわちデータを送信する際の時間リソースを増やすことができる。

図２は、実施の形態１にかかる基地局１０における各信号の送信タイミングの例を示す図である。また、図２は、端末２０における各信号の受信タイミングを示す図でもある。図２において、横軸は時間を示す。図２では、基地局１０がＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳを送信するタイミングを同一とした例を示している。

ここで、基地局１０が、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳの各信号を異なるタイミングで送信した場合について説明する。図３は、実施の形態１にかかる基地局１０において各信号を異なるタイミングで送信したときの例を示す図である。また、図３は、端末２０における各信号の受信タイミングを示す図でもある。図３では、基地局１０がＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳを送信するタイミングが異なる例を示している。図２と図３とを比較すると、図２の方が時間方向で空白部分すなわち残りリソースが増えている。基地局１０は、時間方向における空白部分、すなわち増えた残りリソース部分を端末２０とのデータの送受信に使用することかできる。

図４は、実施の形態１にかかる基地局１０が各信号を周波数方向で多重して送信するときの例を示す図である。図４において、横軸は周波数を示し、縦軸は時間を示す。なお、図４に示す周波数多重は一例であり、これに限定されず、どのように周波数軸上で配置してもよい。図４は、基地局１０から端末２０に複数の信号、具体的に、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳの各信号を送信する際に使用されるフレームフォーマットの一例である。図４では、基地局１０の１回のビームスウィーピング動作は、３つのタイミングから構成されている。基地局１０は、第１、第２、および第３タイミングにおいて、それぞれビームを向ける方向を変えている。なお、第１、第２、および第３タイミングについて、説明の便宜上、タイミングとしているが瞬間的な時間を指すものではなく、図４に示すように、各タイミングで規定された時間の幅を有するものとする。

図５は、実施の形態１にかかる基地局１０におけるビームスウィーピングの例を示す図である。基地局１０は、図１に示すサービスエリア５０に対して、１回のビームスウィーピング動作、すなわち、３つのエリアに分けて異なる方向にビームフォーミングして信号を送信することで、サービスエリア５０の全てのエリアに信号を送信することができる。このように、基地局１０は、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳの送信タイミングを同一とすることで、１回のビームスウィーピング動作でサービスエリア５０全体に必要な信号を送信する。これにより、基地局１０は、各信号を個別に送信する場合と比較して、データ送受信用の時間リソースを多く確保することができる。なお、図４および図５では、基地局１０が３回のタイミングでサービスエリア５０全体にビームを照射する例を示しているが、他の回数となっても同じ考え方が適用できる。また、図４では図示していないが、基地局１０が同時生成可能なビーム数をＬとした場合、基地局１０は、１つのタイミングで最大Ｌ方向にビームを向け、図４に示すフレームフォーマットでＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳを送信する。このとき、基地局１０は、ビーム毎にＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳを送信するターゲットの方向を異なる方向にすることができる。なお、Ｌは１以上の整数とする。

なお、図４の例では、基地局１０が送信する信号において、ビームスウィーピング動作を行う２回に１回の割合でＳＩが存在しない。これは、ＳＩの送信周期を、ＳＳ、ＰＢＣＨ、およびＢＲＳの送信周期と比較して長くした場合の例を示している。通常、ＳＩの送信周期は他のＰＢＣＨなどの信号の送信周期と比較して長い送信周期でよいと考えられるため、図４のようにすることも可能である。ただし、今後ＳＩの送信周期を短くする必要があると判断されれば、基地局１０は、ＳＩを短い送信周期で送信し、ＳＳ、ＰＢＣＨ、およびＢＲＳと同一の送信周期で送信することも可能である。逆に、他の信号の送信周期が長くなることも考えられる。その場合にも、基地局１０は、送信周期を長くする対象信号の送信を間引くのみで、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳのうちの残りの信号を同一タイミングとし、ビームスウィーピング動作を同期させることが可能である。また、図４では、基地局１０は、ＳＩの必要送信周期が長いため、ＳＳ、ＰＢＣＨ、およびＢＲＳと比較して送信を間引いているが、間引かずにＳＩを送信してもよい。この場合、端末２０が早くＳＩを受信できる利点が発生する。

図６は、実施の形態１にかかる基地局１０が各信号を周波数方向で多重して送信するときの他の例を示す図である。図６は、基地局１０から端末２０に複数の信号、具体的に、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳの各信号を送信する際に使用されるフレームフォーマットの他の例である。図６では、ＳＩの必要送信周期が長く、かつ、２種類のＳＩとしてＳＩ１，ＳＩ２が存在する場合の例を示している。このように複数のＳＩが存在する場合、基地局１０は、同一周波数位置を使用しながら、時間多重してＳＩを送信することも可能である。これにより、基地局１０は、ＳＩ１およびＳＩ２を同一タイミングかつ周波数多重することでＳＩ毎に異なる周波数リソースを使用する場合と比較して、無駄なリソース消費を無くすことができる。

なお、ＣＳＩ−ＲＳも周期的に送信する必要がある場合、同様に、基地局１０は、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳに加えて、ＣＳＩ−ＲＳも周波数多重し、同じビームスウィーピング動作による送信タイミングとすることが可能である。また、基地局１０および端末２０において、ＣＳＩ−ＲＳおよびＢＲＳを共通化し、１つの信号で端末２０の位置を把握し、通信に適したビームを選択・更新すること、および、変調方式および誤り訂正符号化率を選択するための品質測定を行うこと、の２つの目的に使用することも可能である。なお、ここまで、基地局１０が、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳを周波数多重することで同一タイミングに前記信号を同時送信する動作を説明したが、これは十分な周波数帯域が確保できる場合に可能である。十分な周波数帯域が確保できない場合には、基地局１０は、ＳＳ、ＰＢＣＨ、およびＢＲＳを周波数多重し、ＳＩは別のタイミングとする方法が考えられる。

つぎに、基地局１０が、端末２０から送信されるＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの各信号を受信する場合について説明する。図７は、実施の形態１にかかる基地局１０が端末２０から送信された各信号を受信するときの例を示す図である。端末２０において、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの送信タイミングを同一とし、これらの信号を周波数多重している様子を表している。基地局１０は、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの各信号が周波数多重された信号を同一の受信タイミングで受信する。図７は、端末２０から基地局１０に複数の信号、具体的に、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの各信号を送信する際に使用されるフレームフォーマットの一例である。

なお、図７に示す周波数多重は一例であり、これに限定されず、どのように周波数軸上で配置されてもよい。図７では、基地局１０の１回のビームスウィーピング動作は、３つのタイミングから構成されている。基地局１０は、第１、第２、および第３タイミングにおいて、それぞれビームを向ける方向を変えている。基地局１０では、複数の端末２０からＣＳＩおよびＳＲを受信することになるが、ＣＳＩおよびＳＲはいずれも、自基地局１０と通信を行っている端末２０から受信するものである。そのため、基地局１０は、端末に対して周波数および時間のリソースを割り当てる際、各端末２０に対して図７に示すような周波数のリソースを割り当てることで、各信号が周波数多重された信号を受信することが可能となる。

このように端末２０がＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの送信タイミングを同一とし、基地局１０がＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの受信タイミングを同一とすることで、基地局１０は、１回のビームスウィーピング動作でサービスエリア５０全体から必要な信号を受信し、各信号を個別に受信する場合と比較して、データ送受信用の時間リソースを多く確保することができる。なお、図７では、１回の送受信タイミングでＣＳＩおよびＳＲを２端末分のみ周波数多重しているが、これは図の都合上の問題であり、実際には、周波数軸上で可能な限り多くの端末２０のＣＳＩおよびＳＲを周波数多重することが可能である。また、図７では、基地局１０が３回の受信タイミングでサービスエリア５０全体にビームを照射する例を示しているが、他の回数となっても同じ考え方が適用できる。また、図７では図示していないが、基地局１０が同時生成可能なビーム数をＬとした場合、基地局１０は、１回の受信タイミングで最大Ｌ方向にビームを向け、図７に示すフォーマットでＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲを受信する。このとき、基地局１０では、ビーム毎にＣＳＩ、およびＳＲを受信するターゲットの端末２０は異なることになる。

なお、端末２０では、ＰＲＡＣＨの送信周期に対して、ＣＳＩおよびＳＲの送信周期が長くなることも考えられる。その場合、端末２０は、送信周期を長くする対象信号であるＣＳＩおよびＳＲの送信を間引くのみで、残りの信号であるＰＲＡＣＨを同一タイミングとし、ビームスウィーピング動作を同期させることが可能である。

図８は、実施の形態１にかかる基地局１０が端末２０から送信された各信号を受信するときの他の例を示す図である。図８は、端末２０から基地局１０に複数の信号、具体的に、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲの各信号を送信する際に使用されるフレームフォーマットの他の例である。図８では、ＣＳＩおよびＳＲの送信周期がＰＲＡＣＨの送信周期よりも長い場合に、同一の端末２０についてのＣＳＩおよびＳＲは同一周波数位置を使用しながら、時間多重する方法を示している。この場合、同一タイミングでより多くの端末２０を周波数多重できる。例えば、図７では２端末を周波数多重していたが、図８では４端末を周波数多重している。

なお、ＳＲＳも周期的に受信する必要がある場合、同様に、基地局１０は、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、およびＳＲに加えて、ＳＲＳも周波数多重し、同じビームスウィーピング動作のタイミングとすることが可能である。

つづいて、無線通信システム１００の各装置の構成について説明する。

図９は、実施の形態１にかかる基地局１０の構成例を示すブロック図である。基地局１０は、制御部１１と、変復調部１２と、送受信部１３と、アンテナ部１４と、を備える。なお、図９では、基地局１０は、アンテナ部１４の他に複数のアンテナ素子を有するようにも見えるが、複数のアンテナ素子を含めてアンテナ部１４とする。

制御部１１は、端末２０との通信中、基地局１０がネットワークインタフェースを介して接続しているネットワークから到着する各端末２０へのデータを受け取る。制御部１１は、各端末２０へデータを送信するタイミング、または送信する際に使用する周波数リソースおよび時間リソースの管理を行っている。

また、制御部１１は、端末２０からデータを受けるためのタイミング、受ける際に使用する周波数リソースおよび時間リソースの管理も行っている。さらに、制御部１１は、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、ＢＲＳ、ＣＳＩ−ＲＳの送信タイミング、および、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、ＳＲ、ＳＲＳの受信タイミングを管理し、これらの各信号の周波数リソースの管理も行っている。制御部１１は、図７および図８に示すフレームフォーマットにより複数の端末２０からＣＳＩおよびＳＲなどの信号を受信する場合、各端末２０に対して他の端末２０と周波数リソースおよび時間リソースが重ならないように、周波数リソースおよび時間リソースを割り当てる。

制御部１１は、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、ＢＲＳ、およびＣＳＩ−ＲＳの送信タイミングになると、それぞれの信号を変復調部１２へ周波数リソースの情報と共に通知する。また、制御部１１は、ある特定の端末２０に対して、データを送信することを決定すると、送信すべきデータの信号を変復調部１２へ受け渡す。いずれの場合でも、制御部１１は、アンテナ部１４に対して、ビームを向ける方向を指示する。ビームを向ける方向とは、図５などに示すビームスウィーピングにおける第１、第２、および第３タイミングのうちのいずれかのタイミングで示される方向である。

変復調部１２は、受け取った信号に対して変調を行い、変調後の信号である変調信号を送受信部１３に受け渡す。

送受信部１３は、受け取った変調信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、さらに、無線周波数にアップコンバートしてアナログ信号を変換する。送受信部１３は、変換後の信号をアンテナ部１４に受け渡す。

アンテナ部１４は、送受信部１３で変換された信号を端末２０へ送信する。このとき、アンテナ部１４は、制御部１１の制御によって、信号を送信する先の端末２０の方向にビームを向けて信号を送信する。

ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、ＳＲ、およびＳＲＳの受信タイミングになったとき、または制御部１１がある特定の端末２０からデータを受け取ることを決定した場合、アンテナ部１４は、制御部１１の制御によって、受信方向にビームを向けて信号を受信する。アンテナ部１４は、受信した信号を送受信部１３に受け渡す。

送受信部１３は、アンテナ部１４で受信された信号の周波数をダウンコンバートし、さらに、ダウンコンバート後の信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。送受信部１３は、デジタル信号に変換後の信号を変復調部１２に受け渡す。

変復調部１２は、受け取った信号に対して信号復調を行い、復調後の信号またはデータを制御部１１に受け渡す。

制御部１１は、受け取ったデータを、ネットワークインタフェースを介してネットワークへ流す。また、制御部１１は、受け取った信号がＰＲＡＣＨの場合、ＰＲＡＣＨに対するレスポンスを端末２０へ返す処理を行う。また、制御部１１は、受け取った信号がＣＳＩの場合、ＣＳＩで示される情報を蓄積しておき、次に対象の端末２０へデータを送信する際の変調方式および誤り訂正符号化率の選択の材料とする。また、制御部１１は、受け取った信号がＳＲの場合、対象の端末２０へ上りデータの送受信用リソースの割当処理を行う。また、制御部１１は、受け取った信号がＳＲＳの場合、ＳＲＳで示される測定結果を蓄積しておき、対象の端末２０へ上りデータの送受信用リソースの割当処理の際に変調方式および誤り訂正符号化率の選択の材料とする。

このように、制御部１１は、自基地局１０のサービスエリア５０に存在する端末２０に対して各端末に共通な複数の信号を送信する場合、サービスエリア５０のうち、ビーム４０を使用して同時に送信が可能なエリアにおいて、複数の信号の送信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で複数の信号を周波数多重し、エリアを変えながら複数の信号を複数回送信することでサービスエリア５０に存在する端末２０に複数の信号を送信する制御を行う。また、アンテナ部１４は、制御部１１の制御によりビーム４０の方向を変えて、エリア単位で複数の信号を送信する。

また、制御部１１は、複数の信号のうち、１つ以上の第１の信号が第１の信号以外の第２の信号よりも送信周期が長い場合、第１の信号の送信可能なタイミングを第２の信号の送信タイミングと同一としつつ、第１の信号を間引いて送信する制御を行う。前述の例では、第１の信号はＳＩであり、第２の信号はＳＳ、ＰＢＣＨ、およびＢＲＳなどである。

また、制御部１１は、複数の信号のうち、２つ以上の第３の信号が第３の信号以外の第４の信号よりも送信周期が長い場合、２つ以上の第３の信号について、自基地局１０の送信リソースおよび端末２０の受信リソースとして同一周波数位置を割り当て、かつ、時間多重して送信する制御を行う。前述の例では、第３の信号はＳＩ１およびＳＩ２であり、第４の信号はＳＳ、ＰＢＣＨ、およびＢＲＳなどである。

また、制御部１１は、自基地局１０のサービスエリア５０に存在する端末２０から複数の信号を受信する場合、サービスエリア５０のうち、ビーム４０を使用して同時に受信が可能なエリアにおいて、複数の信号の受信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で複数の信号を周波数多重し、エリアを変えながら複数の信号を複数回受信することでサービスエリア５０に存在する端末２０からの複数の信号を受信する制御を行う。また、アンテナ部１４は、制御部１１の制御によりビーム４０の方向を変えて、エリア単位で複数の信号を送信する。

また、制御部１１は、複数の信号のうち、１つ以上の第１の信号が第１の信号以外の第２の信号よりも送受信周期が長い場合、端末２０による第１の信号の送信可能なタイミングを第２の信号の送信タイミングと同一としつつ、端末２０に対して第１の信号を間引いて送信させる制御を行う。前述の例では、第１の信号はＣＳＩおよびＳＲであり、第２の信号はＰＲＡＣＨである。

また、制御部１１は、複数の信号のうち、２つ以上の第３の信号が第２の信号以外の第４の信号よりも送受信周期が長い場合、２つ以上の第３の信号について、端末２０の送信リソースおよび自基地局１０の受信リソースとして同一周波数位置を割り当て、かつ、端末２０に時間多重して送信させる制御を行う。前述の例では、第３の信号はＣＳＩおよびＳＲであり、第４の信号はＰＲＡＣＨである。

図１０は、実施の形態１にかかる端末２０の構成例を示すブロック図である。端末２０は、制御部２１と、変復調部２２と、送受信部２３と、アンテナ部２４と、を備える。なお、図１０では、端末２０は、アンテナ部２４の他にアンテナ素子を有するようにも見えるが、アンテナ素子を含めてアンテナ部２４とする。

制御部２１は、初期接続またはハンドオーバのとき、変復調部２２、送受信部２３、およびアンテナ部２４へそれぞれ同期信号の信号パターンの検出および信号強度の測定をするように指示を出す。また、制御部２１は、同期信号を検出した場合、ＰＢＣＨおよびＳＩも受信するように指示を出す。また、制御部２１は、基地局１０と通信中でＢＲＳの受信タイミングのとき、変復調部２２、送受信部２３、およびアンテナ部２４に対して、それぞれＢＲＳを受信および測定するよう指示を出す。また、制御部２１は、ＢＲＳ以外のデータを受信する可能性があるタイミングでは、いつでも自端末２０宛の信号を受信および復調できるように、変復調部２２、送受信部２３、およびアンテナ部２４に対して指示を出す。

アンテナ部２４は、受信した信号を送受信部２３へ受け渡す。

送受信部２３は、アンテナ部２４で受信された信号の周波数をダウンコンバートし、さらに、ダウンコンバート後の信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。送受信部２３は、デジタル信号に変換後の信号を変復調部２２に受け渡す。

変復調部２２は、受け取った信号に対して信号復調を行い、復調後の信号またはデータを制御部２１に受け渡す。

制御部２１は、受け取ったデータについて、例えば、データに対応したソフトウェアを実行することにより、データに応じた処理を行う。また、制御部２１は、受け取った信号が同期信号の場合、信号強度測定結果に基づいて、初期接続またはハンドオーバを行う基地局の候補を選択する。また、制御部２１は、受け取った信号がＰＢＣＨ、ＳＩの場合、ＰＲＡＣＨを送信するための情報を獲得する。また、制御部２１は、受け取った信号がＢＲＳの場合、ＢＲＳで示される測定結果から通信中の基地局１０の中で通信を行うのに適したビーム候補を判定する。

また、上り回線の処理として、制御部２１は、基地局１０との通信中において自端末２０で発生したデータを検出し、基地局１０から割り当てられた周波数および時間のリソースに従って、検出したデータを変復調部２２に受け渡す。また、制御部２１は、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、ＳＲ、およびＳＲＳを送信するタイミングでは、各信号に対応する信号を変復調部２２へ受け渡す。

変復調部２２は、受け取ったデータまたは信号に対して変調を行い、変調後の信号である変調信号を送受信部２３に受け渡す。

送受信部２３は、受け取った変調信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、さらに、無線周波数にアップコンバートしてアナログ信号を変換する。送受信部２３は、変換後の信号をアンテナ部２４に受け渡す。

アンテナ部２４は、送受信部２３で変換された信号を基地局１０へ送信する。

このように、端末２０において、制御部２１は、基地局１０から、複数の信号が周波数軸上で周波数多重された信号を受信することによって、複数の信号を同一タイミングで受信する制御を行う。

また、制御部２１は、基地局１０に対して、複数の信号の送信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で複数の信号を周波数多重して送信する制御を行う。

つづいて、基地局１０の動作を、フローチャートを用いて説明する。図１１は、実施の形態１にかかる基地局１０において端末２０に信号を送信する処理を示すフローチャートである。基地局１０は、制御部１１の制御により、自基地局１０のサービスエリア５０に存在する端末２０に送信する共通な複数の信号を周波数軸上で周波数多重し、複数の信号を同一タイミングで送信する（ステップＳ１）。サービスエリア５０全体への送信が終了していない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、基地局１０は、制御部１１の制御により、アンテナ部１４によって形成されるビームの方向を変えて（ステップＳ３）、ステップＳ１の処理に戻って送信処理を継続する。サービスエリア５０全体への送信が終了した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、基地局１０は、制御部１１の制御により、送信処理を終了する。

図１２は、実施の形態１にかかる基地局１０において端末２０からの信号を受信する処理を示すフローチャートである。基地局１０は、制御部１１の制御により、自基地局１０のサービスエリア５０に存在する複数の端末２０から送信される複数の信号を周波数軸上で周波数多重し、複数の信号を同一タイミングで受信する（ステップＳ１１）。サービスエリア５０全体からの受信が終了していない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、基地局１０は、制御部１１の制御により、アンテナ部１４によって形成されるビームの方向を変えて（ステップＳ１３）、ステップＳ１１の処理に戻って受信処理を継続する。サービスエリア５０全体からの受信が終了した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、基地局１０は、制御部１１の制御により、受信処理を終了する。

つづいて、基地局１０および端末２０のハードウェア構成について説明する。図１３は、実施の形態１にかかる基地局１０および端末２０を実現するハードウェア構成の例を示す図である。基地局１０は、例えば、プロセッサ３１、メモリ３２、送信機３３、受信機３４、およびアンテナ装置３５により実現される。

プロセッサ３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などである。

メモリ３２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などである。

基地局１０の制御部１１および変復調部１２は、プロセッサ３１およびメモリ３２に格納されているプログラムにより実現される。具体的には、プロセッサ３１が、各部の動作を行うためのプログラムをメモリ３２から読み出して実行することにより実現される。

送受信部１３は、送信機３３および受信機３４により実現される。すなわち、送受信部１３における送信処理は、送信機３３において実施され、送受信部１３における受信処理は、受信機３４において実施される。アンテナ部１４は、アンテナ装置３５により実現される。

図１４は、実施の形態１にかかる基地局１０および端末２０を実現するハードウェア構成の他の例を示す図である。図１３に示すプロセッサ３１およびメモリ３２の部分を処理回路３６に置き換えたものである。処理回路３６は、専用のハードウェアの場合、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。基地局１０の制御部１１および変復調部１２の各機能を機能別に処理回路３６で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路３６で実現してもよい。なお、基地局１０の制御部１１および変復調部１２の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

また、図１０に示す端末２０についても同様に、制御部２１および変復調部２２は、プロセッサ３１およびメモリ３２に格納されているプログラムにより実現される。プロセッサ３１が、各部の動作を行うためのプログラムをメモリ３２から読み出して実行することにより実現される。または、制御部２１および変復調部２２は、処理回路３６により実現される。

送受信部２３は、送信機３３および受信機３４により実現される。すなわち、送受信部２３における送信処理は、送信機３３において実施され、送受信部２３における受信処理は、受信機３４において実施される。アンテナ部２４は、アンテナ装置３５により実現される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、基地局１０は、サービスエリア５０に存在する端末２０に共通な複数の信号、具体的には、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、ＢＲＳ、およびＣＳＩ−ＲＳなどの送受信を同一タイミングで行い、ビームスウィーピングのタイミングを同期させ、また、サービスエリア５０に存在する端末２０から送信される複数の信号、具体的には、ＰＲＡＣＨ、ＣＳＩ、ＳＲ、およびＳＲＳなどの送受信を同一タイミングで行い、ビームスウィーピングのタイミングを同期させることとした。これにより、基地局１０は、各信号の送受信タイミングを独立して設定する場合と比較して、周波数および時間のリソースを効率的に使用することができ、データの送受信に使用することのできるリソースを多く確保することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、基地局１０がＣＳＩ−ＲＳを周期的に送信する場合、ＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳと同じ送信タイミングとし、周波数多重する場合について説明した。しかしながら、時間経過によるチャネル品質の変動が速い場合には、基地局１０は、ＣＳＩ−ＲＳの送信周期を短くする必要があり、この場合にはＣＳＩ−ＲＳをＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳと同じ送信タイミングとすることができない。実施の形態２では、周期的に送信するＣＳＩ−ＲＳについて別途専用のフォーマットを定義し、基地局１０がＳＳなどとは別のタイミングで送信する場合について説明する。また、端末２０がＣＳＩ−ＲＳに対して周期的に送信するＣＳＩについても、ＣＳＩ−ＲＳと同一フレームフォーマット内に定義する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

実施の形態２において、無線通信システム１００、基地局１０、および端末２０の構成は、実施の形態１と同様とする。

図１５は、実施の形態２にかかる基地局１０および端末２０の間で送受信されるＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩについての専用のフレームフォーマットの例を示す図である。ＣＳＩ−ＲＳ１は、基地局１０から、図５のビームスウィーピング第１タイミングで定義されるエリアへ送信されるＣＳＩ−ＲＳである。同様に、ＣＳＩ−ＲＳ２およびＣＳＩ−ＲＳ３は、基地局１０から、それぞれ図５のビームスウィーピング第２タイミングおよび第３タイミングで定義されるエリアへ送信されるＣＳＩ−ＲＳである。また、ＣＳＩ１は、図５のビームスウィーピング第１タイミングで定義されるエリアに存在する端末２０が送信するＣＳＩである。同様に、ＣＳＩ２およびＣＳＩ３は、それぞれ図５のビームスウィーピング第２タイミングおよび第３タイミングで定義されるエリアに存在する端末２０が送信するＣＳＩである。

無線通信システム１００では、このＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩが定義された専用のフレームフォーマットを周期的に配置する。例えば、時間ｔ１でＣＳＩ−ＲＳｘの測定を行った端末２０は、時間ｔ２のＣＳＩｘで測定結果を報告する。また、１台の端末２０がＣＳＩ−ＲＳ１からＣＳＩ−ＲＳ３までの全てを測定して報告するケースも考えられるが、この場合でも対象の端末２０があらかじめ設定された報告タイミングＣＳＩｘで報告すればよい。報告する時間は、測定対象のＣＳＩ−ＲＳｘが存在する時間ｔ１と同一の時間ｔ１に設定されることも可能であるし、１周期後のＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの専用フレームフォーマットが存在する時間ｔ２に設定されることも可能である。さらに、報告する時間は、測定対象のＣＳＩ−ＲＳｘが存在する時間ｔ１からＫ周期後のＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの専用フレームフォーマットが存在する時間に設定されることも可能である。すなわち、無線通信システム１００において、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの専用フレームフォーマットの配置周期と、各端末２０がＣＳＩ−ＲＳを測定して報告するまでの時間長は、独立して設定されることが可能である。

図１６は、実施の形態２にかかる基地局１０および端末２０において送受信されるＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの専用フレームフォーマットを周波数軸上で表現した例を示す図である。ＣＳＩ−ＲＳｘは、ビームスウィーピング第ｘタイミングで定義されるエリアに存在する端末２０、またはサービスエリア５０全体の端末２０に共通するものである。無線通信システム１００が広帯域システムの場合、各周波数帯域で回線品質が異なる場合があるため、全周波数帯域に渡って万遍なくＣＳＩ−ＲＳを送受信できるようにする。また、基地局１０は、同時生成可能なビーム数がＬ本の場合、Ｌ本のビームでそれぞれＣＳＩ−ＲＳを送信してもよい。一方、ＣＳＩは各端末２０が報告するものであるため、同一タイミングでＣＳＩを報告する複数の端末２０についてのリソースは、周波数多重が行われる。

上記で説明した実施の形態２の機能については、基地局１０の制御部１１、および端末２０の制御部２１に、実施の形態２の機能を追加することで実現可能である。基地局１０において、制御部１１は、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信タイミングであると判断した場合、ＣＳＩ−ＲＳの信号パターンを変復調部１２に受け渡す。制御部１１は、アンテナ部１４に対してビームスウィーピングによる各ビームの送信方向を指示する。また、制御部１１は、ＣＳＩ受信においても、アンテナ部１４に対してビームスウィーピングによる各ビームの受信方向を指示する。制御部１１は、変復調部１２から信号を受け取り、ＣＳＩで示される情報を蓄積し、対象の端末２０への次のデータ送信の機会において、変調方式および誤り訂正符号化率の選択に用いる。

端末２０において、制御部２１は、ＣＳＩ−ＲＳの測定タイミングであれば、アンテナ部２４、送受信部２３、および変復調部２２にそれぞれＣＳＩ−ＲＳの測定指示を出す。また、制御部２１は、測定結果をＣＳＩのフォーマットへ変換し、ＣＳＩの送信タイミングで変復調部２２へＣＳＩ信号を受け渡す。

ここで、発明が解決しようとする課題のところで説明した、第５世代移動通信システムに用いるものとして３ＧＰＰで検討されているフレームフォーマットについて説明する。図１７は、第５世代移動通信システムに用いるものとして３ＧＰＰで検討されているフレームフォーマットの例を示す図である。図１７（ａ）は、先頭にＣｏｎｔｒｏｌで示される下り回線を使った下り回線または上り回線に関する制御信号領域、真ん中にＤＬ Ｄａｔａで示される下り回線を使ったデータ信号領域、最後にＡ／Ｎで示される上り回線を使った下り回線のＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号通知領域を定義している。ＡＣＫ／ＮＡＣＫとは、下りデータ信号を正しく受信できたか否かを示す信号である。図１７(ｂ)は、先頭にＣｏｎｔｒｏｌで示される下り回線を使った下り回線または上り回線に関する制御信号領域、真ん中にＵＬ Ｄａｔａで示される上り回線を使ったデータ信号領域、最後にＡ／Ｎで示される上り回線を使った下り回線のＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号通知領域を定義している。図１７に示す空白領域、具体的にはＤＬ ＤａｔａとＡ／Ｎとの間、およびＣｏｎｔｒｏｌとＵＬ Ｄａｔａとの間は、ギャップと呼ぶ区間である。下り回線および上り回線を同一周波数で扱うＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式では、端末２０の回路構成、また、基地局１０と端末２０との間で無線信号の伝搬遅延が存在することを考えると、基地局１０が信号を下り回線で送りきってから、上り回線で端末２０からの信号を受信し始めるまでに空白時間が生じる。これを考慮して、現在検討されているフレームフォーマットにはギャップ区間が存在する。

仮に、図１７に示すフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを追加する場合、図１７に示す２種類のフレームフォーマットに対して、それぞれ、ＣＳＩ−ＲＳのみを追加したフレームフォーマット、ＣＳＩのみを追加したフレームフォーマット、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの両方を追加したフレームフォーマットを規定化するとフレームフォーマットの数が増え、制御が複雑になってしまう。そのため、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信を周期的に実施する場合、実施の形態２のように、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの専用フォーマットを定義することで、図１７に示すフレームフォーマット以外に１つのフレームフォーマットを追加するのみでＣＳＩ−ＲＳの測定およびＣＳＩの報告が実現可能である。

このように、基地局１０において、制御部１１は、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信専用に定義されたフレームフォーマットを用いて、自基地局１０と端末２０との間でＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを送受信する制御を行う。ＣＳＩ−ＲＳは、基地局１０から送信する品質測定用信号である。ＣＳＩは、端末２０がＣＳＩ−ＲＳを受信し受信品質を測定して測定結果を基地局１０に報告する信号である測定結果報告である。

また、制御部１１は、端末２０に対してＣＳＩ−ＲＳを送信した第１のフレームフォーマット以降のタイミングの第２のフレームフォーマットによって、第１のフレームフォーマットのＣＳＩ−ＲＳに対するＣＳＩを端末２０から受信する制御を行う。前述の例では、図１５に示す時間ｔ１のフレームフォーマットが第１のフレームフォーマットであり、時間ｔ２のフレームフォーマットが第２のフレームフォーマットである。

また、端末２０において、制御部２１は、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信専用に定義されたフレームフォーマットを用いて、基地局１０と自端末２０との間でＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを送受信する制御を行う。

また、制御部２１は、自端末２０に対するＣＳＩ−ＲＳを受信した第１のフレームフォーマット以降のタイミングの第２のフレームフォーマットによって、第１のフレームフォーマットのＣＳＩ−ＲＳに対するＣＳＩを自端末２０から送信する制御を行う。前述の例では、図１５に示す時間ｔ１のフレームフォーマットが第１のフレームフォーマットであり、時間ｔ２のフレームフォーマットが第２のフレームフォーマットである。

図１８は、実施の形態２にかかる基地局１０において端末２０に品質測定用の信号を送信する処理を示すフローチャートである。基地局１０において、制御部１１は、端末２０に送信する信号が品質測定用の信号、すなわちＣＳＩ−ＲＳの場合（ステップ２１：Ｙｅｓ）、専用のフレームフォーマットを使用する（ステップＳ２２）。制御部１１は、端末２０に送信する信号が品質測定用の信号以外、すなわちＣＳＩ−ＲＳ以外の場合（ステップ２１：Ｎｏ）、データ領域を含むフレームフォーマットを使用する（ステップＳ２３）。

図１９は、実施の形態２にかかる端末２０において基地局１０に品質測定の結果である測定結果報告の信号を送信する処理を示すフローチャートである。端末２０において、制御部２１は、基地局１０に送信する信号が測定結果報告の信号、すなわちＣＳＩの場合（ステップ３１：Ｙｅｓ）、専用のフレームフォーマットを使用する（ステップＳ３２）。制御部２１は、基地局１０に送信する信号が測定結果報告以外、すなわちＣＳＩ以外の場合（ステップ３１：Ｎｏ）、データ領域を含むフレームフォーマットを使用する（ステップＳ３３）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、基地局１０および端末２０は、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを周期的に送受信する場合、専用のフレームフォーマットを使用することとした。これにより、基地局１０および端末２０は、効率的に周波数および時間リソースを使用しながらＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを送受信することができる。特に、基地局１０は、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信周期がＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳの送受信周期よりも短いことなどを理由に、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩをＳＳ、ＰＢＣＨ、ＳＩ、およびＢＲＳとは独立させて送受信する場合にはリソースの使用効率がよい。図１５のようにＣＳＩ−ＲＳ１、ＣＳＩ−ＲＳ２、ＣＳＩ−ＲＳ３、ＣＳＩ１、ＣＳＩ２、およびＣＳＩ３を同一時間帯にまとめることにより、基地局１０は、複数の端末２０それぞれと個別にＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信を行うことに比べて、１つのＣＳＩ−ＲＳが複数の端末２０向けの測定用信号として定義でき、また、ＣＳＩは周波数多重が可能となり、周波数リソースの使用に無駄がなくなる。さらに、基地局１０および端末２０は、連続する時間にＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信タイミングを設けることで、不連続なタイミングでＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信を行うことに比べ、例えば、データ送受信のための時間リソースを連続的に確保しやすくなるため、データ送受信のための制御情報単位が無駄に複数発生することなく、制御オーバーヘッドが減少する効果が得られる。

実施の形態３．
実施の形態２では、基地局１０および端末２０が、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信動作を周期的に行う前提であった。しかしながら、基地局１０および端末２０では、これらの信号の送受信動作を周期的ではなく、必要に応じて実施するケースが考えらえる。このような場合、専用のフレームフォーマットを使用するよりも、図１７に示すフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの領域を追加するフォーマットを使用することが好ましい。実施の形態３では、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信動作を必要に応じて実施する場合について説明する。実施の形態１，２と異なる部分について説明する。なお、図１７は実施の形態２で説明済みである。

実施の形態３において、無線通信システム１００、基地局１０、および端末２０の構成は、実施の形態１，２と同様とする。

図２０は、実施の形態３にかかる基地局１０および端末２０においてＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信において使用されるフレームフォーマットの例を示す図である。図２０に示すフレームフォーマットは、図１７に示すフレームフォーマットをベースにＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩのいずれか、または両方の領域を追加したものである。図２０（ａ−１）のフレームフォーマットは、図１７（ａ）のフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳの領域のみを追加したものである。図２０（ａ−２）のフレームフォーマットは、図１７（ａ）のフレームフォーマットにＣＳＩの領域のみを追加したものである。図２０（ａ−３）のフレームフォーマットは、図１７（ａ）のフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの領域を追加したものである。また、図２０（ｂ−１）のフレームフォーマットは、図１７（ｂ）のフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳの領域のみを追加したものである。図２０（ｂ−２）のフレームフォーマットは、図１７（ｂ）のフレームフォーマットにＣＳＩの領域のみを追加したものである。図２０（ｂ−３）のフレームフォーマットは、図１７（ｂ）のフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの領域を追加したものである。

図２０（ａ−１）または図２０（ｂ−１）のフレームフォーマットを使用する場合、基地局１０は、Ｃｏｎｔｒｏｌ領域で、ＣＳＩ−ＲＳを測定する必要がある端末２０に対して測定指示を出す。このとき、基地局１０は、ＣＳＩの報告タイミングも同時に指定する。端末２０は、基地局１０から指定された報告タイミングにおいて、図２０（ａ−２）、図２０（ａ−３）、図２０（ｂ−２）、または図２０（ｂ−３）に示すフレームフォーマットを使用する。基地局１０は、ＣＳＩ−ＲＳの測定指示と同時に端末２０に対してＣＳＩ報告タイミングを指示するのではなく、独立して指示してもよい。この場合でも、端末２０は、ＣＳＩ報告には図２０（ａ−２）、図２０（ａ−３）、図２０（ｂ−２）、または図２０（ｂ−３）に示すフレームフォーマットを使用することができる。また、基地局１０は、これらのフレームフォーマット内のＣｏｎｔｒｏｌ領域で、ＣＳＩ報告を指示することができる。

基地局１０は、図２０（ａ−３）または図２０（ｂ−３）に示すフレームフォーマットを使用してＣＳＩ−ＲＳの測定を指示する場合にも、Ｃｏｎｔｒｏｌ領域を使用することができる。基地局１０において、ＣＳＩの報告タイミングの指示は、ＣＳＩ−ＲＳの測定指示と同一のＣｏｎｔｒｏｌ領域を用いて同時に行うことができる。また、基地局１０は、ＣＳＩ−ＲＳの測定指示と同時に端末２０に対してＣＳＩ報告タイミングを指示するのではなく、独立して指示してもよい。いずれの場合でも、端末２０は、ＣＳＩ報告には図２０（ａ−２）、図２０（ａ−３）、図２０（ｂ−２）、または図２０（ｂ−３）に示すフレームフォーマットを使用することができ、基地局１０は、これらのフレームフォーマット内のＣｏｎｔｒｏｌ領域で、ＣＳＩ報告を指示することができる。

図２０に示すようにデータ領域、ＣＳＩ−ＲＳ領域、およびＣＳＩ領域を１つのフレームフォーマットに搭載した場合、データ領域を使用する端末２０と、ＣＳＩ−ＲＳ領域またはＣＳＩ領域を使用する端末２０とは異なるため、データ領域を使用する端末２０にもＣＳＩ−ＲＳ領域およびＣＳＩ領域のいずれかまたは両方の存在を知らせる必要がある。図２０からも明らかなように、データ領域の長さが異なるからである。そのため、基地局１０は、図２０に示す全てのフレームフォーマットにおいて、ＤＬ Ｄａｔａを使用してデータを受ける端末２０、またはＵＬ Ｄａｔａを使用してデータを送信する端末２０に対して、データ領域の長さを通知する。あるいは、基地局１０は、ＣＳＩ−ＲＳ領域またはＣＳＩ領域が存在しないフレームフォーマットを使用する場合はデータ領域の長さを通知せず、ＣＳＩ−ＲＳ領域またはＣＳＩ領域が存在するフレームフォーマットを使用する場合のみデータ領域の長さを通知する方法もある。また、基地局１０は、フレームフォーマット内のデータ領域の長さを通知するのではなく、端末２０に対して、図２０に記載したようなフレームフォーマットを識別するための識別番号を通知する方法でもよい。この場合、無線通信システム１００の基地局１０および端末２０において、フレームフォーマットの識別番号と、識別番号に対応するフレームフォーマットにおけるデータ領域の長さとの対応関係が既知であるものとする。

上記で説明した実施の形態３の機能については、基地局１０の制御部１１、および端末２０の制御部２１に、実施の形態３の機能を追加することで実現可能である。基地局１０において、制御部１１は、ＣＳＩ−ＲＳ領域およびＣＳＩ領域のうち少なくとも一方を含むフレームフォーマットを使用する場合、ＣＳＩ−ＲＳを測定する端末２０に対するＣＳＩ−ＲＳ測定の指示およびＣＳＩ報告の指示、またＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩのリソース位置の情報を、Ｃｏｎｔｒｏｌ領域内の制御信号に含めて、変復調部１２に受け渡す。制御部１１は、アンテナ部１４を端末２０の存在する方向へビームを向けるように指示する。

また、基地局１０において、制御部１１は、端末２０からＣＳＩを受信する場合、ＣＳＩを送信してくる端末２０の方向へビームを向けるようアンテナ部１４に指示する。さらに、制御部１１は、ＣＳＩ−ＲＳまたはＣＳＩではなくデータを送信する相手の端末２０に対して、または上り回線のデータ領域を割り当てる端末２０に対して通知するため、データ領域の長さまたはフレームフォーマットの識別番号の情報をＣｏｎｔｒｏｌ領域内の制御信号に含めて、変復調部１２に受け渡す。制御部１１は、アンテナ部１４を端末２０の存在する方向へビームを向けるように指示する。図２０に示すフレームフォーマットではデータ領域が短くなるため、制御部１１は、短くなった時間分のみ、送受信対象である端末２０に対してビームを向けるようにアンテナ部１４へ指示を出す。

Ｃｏｎｔｒｏｌ領域においてＣＳＩ−ＲＳの測定を指示された端末２０では、制御部２１が、変復調部２２、送受信部２３、およびアンテナ部２４にＣＳＩ−ＲＳ測定タイミングで信号測定するように指示を出す。また、制御部２１は、測定結果を、ＣＳＩ領域を含むフレームフォーマットに変換し、ＣＳＩ報告タイミングで変復調部２２へ受け渡す。

Ｃｏｎｔｒｏｌ領域に含まれる指示により下り回線のデータ受信が必要と判断した端末２０は、データ領域の長さの情報を取得し、検出したデータ領域の長さでデータの受信、復調、および復号を行うよう、制御部２１が、変復調部２２、送受信部２３、およびアンテナ部２４へ指示する。また、Ｃｏｎｔｒｏｌ領域に含まれる指示により上り回線のデータ領域を割り当てられた端末２０では、制御部２１が、データ領域の長さの情報を取得し、検出したデータ領域の長さに対応したデータ量のデータを変復調部２２へ受け渡す。

以上のように、ＣＳＩ−ＲＳ領域およびＣＳＩ領域を、データ領域を持つフレームフォーマットに追加定義することで新しいフレームフォーマットを作成する。基地局１０は、どのフレームフォーマットを使用するか、またはデータ領域の長さの情報を対象の端末２０に通知する。これにより、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信を必要とする端末２０が１台または少数台数のみである場合、基地局１０は、特定の端末２０にはＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信を指示しつつ、同時に他の端末２０との間でデータ送受信を実施できることから、無線リソースを効率的に使用することができる。

このように、基地局１０において、制御部１１は、データ領域を持つフレームフォーマットに、ＣＳＩ−ＲＳの領域、またはＣＳＩ−ＲＳの領域およびＣＳＩの領域が定義されたフレームフォーマットを用いて自基地局１０と端末２０との間でＣＳＩ−ＲＳを送受信し、データ領域を持つフレームフォーマットに、ＣＳＩの領域、またはＣＳＩ−ＲＳの領域およびＣＳＩの領域が定義されたフレームフォーマットを用いて自基地局１０と端末２０との間でＣＳＩを送受信する制御を行う。また、制御部１１は、データ領域を持つフレームフォーマットであってＣＳＩ−ＲＳの領域およびＣＳＩの領域が定義されていないフレームフォーマットを含めて、使用するフレームフォーマットの情報をフレームフォーマット中の制御信号領域に含めて端末２０へ通知する制御を行う。

また、制御部１１は、データ領域を使用する端末２０に対し、データ領域の長さ、または使用しているフレームフォーマットを識別するためのフレームフォーマットの識別番号の情報を制御信号領域に含めて端末２０へ通知する制御を行う。

また、端末２０において、制御部２１は、データ領域を持つフレームフォーマットに、ＣＳＩ−ＲＳの領域、またはＣＳＩ−ＲＳの領域およびＣＳＩの領域が定義されたフレームフォーマットを用いて基地局１０と自端末２０との間でＣＳＩ−ＲＳを送受信し、データ領域を持つフレームフォーマットに、ＣＳＩの領域、またはＣＳＩ−ＲＳの領域およびＣＳＩの領域が定義されたフレームフォーマットを用いて基地局１０と自端末２０との間でＣＳＩを送受信する制御を行う。また、制御部２１は、基地局１０から、データ領域を持つフレームフォーマットであってＣＳＩ−ＲＳの領域およびＣＳＩの領域が定義されていないフレームフォーマットを含めて、使用するフレームフォーマットの情報をフレームフォーマット中の制御信号領域によって通知を受ける。

また、制御部２１は、自端末２０がデータ領域を使用する場合、基地局１０から、データ領域の長さ、または使用しているフレームフォーマットを識別するためのフレームフォーマットの識別番号の情報を制御信号領域によって通知を受ける。

図２１は、実施の形態３にかかる基地局１０において端末２０に対して使用するフレームフォーマットの情報を通知する処理を示すフローチャートである。基地局１０において、制御部１１は、いずれかの信号を送信する場合、データ領域においてＣＳＩ−ＲＳ領域およびＣＳＩ領域の少なくとも１つを含むフレームフォーマット、または、データ領域においてＣＳＩ−ＲＳ領域およびＣＳＩ領域を含まないフレームフォーマット、のいずれかを使用することを決定する（ステップＳ４１）。制御部１１は、使用するフレームフォーマットの情報を制御信号領域に含めて、決定したフレームフォーマットを用いて信号を端末２０へ送信する制御を行う（ステップＳ４２）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、基地局１０および端末２０は、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを周期的に送受信しない場合、専用のフレームフォーマットを使用せず、データ領域を持つフレームフォーマットに、ＣＳＩ−ＲＳの領域およびＣＳＩの領域の少なくとも１つを新たに定義したフレームフォーマットを使用することとした。ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの送受信を周期的に行わない場合、実施の形態２で示したような専用フレームフォーマットでは全ての領域を使用することがなく、リソース使用の面で非効率であるが、本実施の形態で示したようなフレームフォーマットであれば、使用しない領域が発生することなく、基地局１０および端末２０は、効率的に周波数および時間のリソースを使用することができる。また、基地局１０は、ＣＳＩ−ＲＳの領域およびＣＳＩの領域の少なくとも１つの領域を追加することでデータ領域の長さが変化することから、データ領域の長さに影響を与える端末２０に対して、データ領域の長さ、または使用するフレームフォーマットの識別番号などを通知することとした。これにより、基地局１０は、データを送受信するフレームフォーマットにおいて、データを送受信する必要がある端末２０とはデータの長さを誤ることなく送受信でき、それと同時にＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの少なくとも１つを送受信する必要がある端末２０とはＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩの少なくとも１つを送受信することができる。なお、本フレームフォーマットは、ＣＳＩ−ＲＳおよびＣＳＩを周期的に送受信するが、送受信する端末２０の数が少ない場合にも使用できる。この場合でも、実施の形態２で示した専用フレームフォーマットでは空領域が発生してしまうが、本実施の形態で示したフレームフォーマットであれば空領域は発生しない。

実施の形態４．
実施の形態３では、ＣＳＩを報告するための領域をデータ領域に設けたことからデータ領域が短くなっていた。実施の形態４では、ＣＳＩ領域についてはデータ領域を持つフレームフォーマットに追加せず、ＰＲＡＣＨと同一タイミング上で定義する、すなわちＰＲＡＣＨとＣＳＩとを同時に送信する場合について説明する。

実施の形態４において、無線通信システム１００、基地局１０、および端末２０の構成は、実施の形態１と同様とする。

実施の形態４では、具体的に、基地局１０は、図２０（ａ−１）および図２０（ｂ−１）に示すフレームフォーマットのみを使って端末２０に対してＣＳＩ−ＲＳの測定を指示する。測定指示を受けた端末２０は、測定結果を報告できるようになった以降のいずれかのＰＲＡＣＨの送信タイミングにおいて、あらかじめ予約されている自端末２０のＣＳＩ報告リソース、すなわち周波数リソースおよび時間リソースを用いて報告する。

図２２は、実施の形態４にかかる端末２０がＰＲＡＣＨの送信とともにＣＳＩの測定結果を報告する際に使用する各信号を周波数方向で多重して送信するときの例を示す図である。図２２に示す各信号を周波数方向で多重する例は、実施の形態１の図７で示す各信号を周波数方向で多重する例に対して、ＳＲの部分を全てＣＳＩに置き換えたものと同様である。また、図２２に示す各信号を周波数方向で多重する例は、実施の形態１の図８で示す各信号を周波数方向で多重する例に対して、ＳＲの送信周期の時間帯の削除したときと同様である。

上記で説明した実施の形態４の機能については、基地局１０の制御部１１、および端末２０の制御部２１に、実施の形態４の機能を追加することで実現可能である。基地局１０において、制御部１１は、ＣＳＩ−ＲＳ領域を含むフレームフォーマットを使用する場合、ＣＳＩ−ＲＳを測定する端末２０に対して、ＣＳＩ−ＲＳ測定指示とともに、ＣＳＩ−ＲＳのリソース位置の情報の制御信号をＣｏｎｔｒｏｌ領域内に含むフレームフォーマットの信号を変復調部１２へ受け渡し、アンテナ部１４に対して対象の端末２０の存在する方向へビームを向けるように指示する。また、基地局１０において、制御部１１は、対象の端末２０からＣＳＩを受信する場合、対象の端末２０からＰＲＡＣＨを受信するタイミングで、対象の端末２０のＣＳＩ報告リソースがどのビームスウィーピングのタイミングに存在するかを判定し、判定したタイミングで対象の端末２０が存在する方向へビームを向けるように、アンテナ部１４に対して指示する。基地局１０において、データを送受信する端末２０との間の動作は、実施の形態３のときと同様である。

Ｃｏｎｔｒｏｌ領域にてＣＳＩ−ＲＳの測定を指示された端末２０では、制御部２１が、変復調部２２、送受信部２３、およびアンテナ部２４に対してＣＳＩ−ＲＳ測定タイミングで信号測定するように指示する。制御部２１は、測定結果をＣＳＩフォーマットに変換し、ＣＳＩを、ＰＲＡＣＨと同一であるＣＳＩ報告タイミングで変復調部２２へ受け渡す。

Ｃｏｎｔｒｏｌ領域にて下り回線のデータ受信が必要と判断した端末２０、および上り回線のデータ領域が割り当てられた端末２０における動作は、実施の形態３のときと同様である。

以上のように、ＣＳＩ−ＲＳについては実施の形態３と同様、データ領域を持つフレームフォーマットに追加定義して新しいフォーマットを作成して送信する一方、ＣＳＩについてはＰＲＡＣＨとともに送信することとした。これにより、端末２０からは、必ず周期的に存在すると考えられるＰＲＡＣＨの送信タイミングにて、余っている周波数方向のリソースを活用してＣＳＩを送信することで、周波数方向のリソースの無駄を減らすことができる。また、端末２０からＰＲＡＣＨとともにＣＳＩを送信することにより、基地局１０および端末２０の間でデータの送受信を行っているタイミングのデータ領域を、ＣＳＩ送受信によって減らされることを回避することができる。

このように、基地局１０において、制御部１１は、データ領域を持つフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳの領域が定義されたフレームフォーマットを用いて、自基地局１０と端末２０との間でＣＳＩ−ＲＳを送受信し、端末２０が自基地局１０に対して周期的に送信する信号に使用されるフレームフォーマットにＣＳＩの領域が定義されたフレームフォーマットを用いて、自基地局１０と端末２０との間でＣＳＩを送受信する制御を行う。

また、端末２０において、制御部２１は、データ領域を持つフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳの領域が定義されたフレームフォーマットを用いて、基地局１０と自端末２０との間でＣＳＩ−ＲＳを送受信し、自端末２０が基地局１０に対して周期的に送信する信号に使用されるフレームフォーマットにＣＳＩの領域が定義されたフレームフォーマットを用いて、ＣＳＩを基地局１０へ送信する制御を行う。

図２３は、実施の形態４にかかる端末２０において基地局１０に対してＣＳＩを送信する処理を示すフローチャートである。端末２０において、制御部２１は、基地局１０からＣＳＩ−ＲＳを受信すると（ステップＳ５１）、ＣＳＩ−ＲＳを用いて受信品質を測定し（ステップＳ５２）、測定したＣＳＩをＰＲＡＣＨとともに基地局１０へ送信する（ステップＳ５３）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、基地局１０および端末２０は、ＣＳＩ−ＲＳの送受信には実施の形態３と同様、データ領域を持つフレームフォーマットにＣＳＩ−ＲＳの領域を新たに定義したフレームフォーマットを使用し、ＣＳＩについてはＰＲＡＣＨを送信するフレームフォーマットにＣＳＩの領域を新たに定義したフレームフォーマットを使用してＰＲＡＣＨと同一タイミングで送信することとした。これにより、基地局１０および端末２０は、実施の形態３と比較して、データ領域を持つフレームフォーマットにおいてデータ領域を多く確保することができ、また、周波数帯域に余裕のあるＰＲＡＣＨとともに送信することで、効率良くＣＳＩを送信することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０ 基地局、１１，２１ 制御部、１２，２２ 変復調部、１３，２３ 送受信部、１４，２４ アンテナ部、２０ 端末、１００ 無線通信システム。

Claims (22)

1. 自基地局のサービスエリアに存在する端末に対して各端末に共通な複数の信号を送信する場合、前記サービスエリアのうち、ビームを使用して同時に送信が可能なエリアにおいて、前記複数の信号の送信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で前記複数の信号を周波数多重し、前記エリアを変えながら前記複数の信号を複数回送信することで前記サービスエリアに存在する端末に前記複数の信号を送信する制御を行う制御部と、
   前記制御部の制御により前記ビームの方向を変えて、前記エリア単位で前記複数の信号を送信するアンテナ部と、
   を備えることを特徴とする基地局。
2. 前記制御部は、前記複数の信号のうち、１つ以上の第１の信号が前記第１の信号以外の第２の信号よりも送信周期が長い場合、前記第１の信号の送信可能なタイミングを前記第２の信号の送信タイミングと同一としつつ、前記第１の信号を間引いて送信する制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 前記制御部は、前記複数の信号のうち、２つ以上の第３の信号が前記第３の信号以外の第４の信号よりも送信周期が長い場合、２つ以上の前記第３の信号について、自基地局の送信リソースおよび前記端末の受信リソースとして同一周波数位置を割り当て、かつ、時間多重して送信する制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
4. 自基地局のサービスエリアに存在する端末から複数の信号を受信する場合、前記サービスエリアのうち、ビームを使用して同時に受信が可能なエリアにおいて、前記複数の信号の受信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で前記複数の信号を周波数多重し、前記エリアを変えながら前記複数の信号を複数回受信することで前記サービスエリアに存在する端末からの前記複数の信号を受信する制御を行う制御部と、
   前記制御部の制御により前記ビームの方向を変えて、前記エリア単位で前記複数の信号を受信するアンテナ部と、
   を備えることを特徴とする基地局。
5. 前記制御部は、前記複数の信号のうち、１つ以上の第１の信号が前記第１の信号以外の第２の信号よりも送受信周期が長い場合、前記端末による前記第１の信号の送信可能なタイミングを前記第２の信号の送信タイミングと同一としつつ、前記端末に対して前記第１の信号を間引いて送信させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項４に記載の基地局。
6. 前記制御部は、前記複数の信号のうち、２つ以上の第３の信号が前記第３の信号以外の第４の信号よりも送受信周期が長い場合、２つ以上の前記第３の信号について、前記端末の送信リソースおよび自基地局の受信リソースとして同一周波数位置を割り当て、かつ、前記端末に時間多重して送信させる制御を行う、
   ことを特徴とする請求項４に記載の基地局。
7. 前記制御部は、自基地局から送信する品質測定用信号、および前記端末が前記品質測定用信号を受信し受信品質を測定して測定結果を自基地局に報告する信号である測定結果報告を、
   前記品質測定用信号および前記測定結果報告の送受信専用に定義されたフレームフォーマットを用いて、自基地局と前記端末との間で前記品質測定用信号および前記測定結果報告を送受信する制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の基地局。
8. 前記制御部は、前記端末に対して前記品質測定用信号を送信した第１のフレームフォーマット以降のタイミングの第２のフレームフォーマットによって、前記第１のフレームフォーマットの前記品質測定用信号に対する前記測定結果報告を前記端末から受信する制御を行う、
   ことを特徴とする請求項７に記載の基地局。
9. 前記制御部は、自基地局から送信する品質測定用信号、および前記端末が前記品質測定用信号を受信し受信品質を測定して測定結果を自基地局に報告する信号である測定結果報告を、
   データ領域を持つフレームフォーマットに、前記品質測定用信号の領域、または前記品質測定用信号の領域および前記測定結果報告の領域が定義されたフレームフォーマットを用いて自基地局と前記端末との間で前記品質測定用信号を送受信し、前記データ領域を持つフレームフォーマットに、前記測定結果報告の領域、または前記品質測定用信号の領域および前記測定結果報告の領域が定義されたフレームフォーマットを用いて自基地局と前記端末との間で前記測定結果報告を送受信し、
   前記データ領域を持つフレームフォーマットであって前記品質測定用信号の領域および前記測定結果報告の領域が定義されていないフレームフォーマットを含めて、使用するフレームフォーマットの情報をフレームフォーマット中の制御信号領域に含めて前記端末へ通知する制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の基地局。
10. 前記制御部は、前記データ領域を使用する前記端末に対し、前記データ領域の長さ、または使用しているフレームフォーマットを識別するためのフレームフォーマットの識別番号の情報を前記制御信号領域に含めて前記端末へ通知する制御を行う、
    ことを特徴とする請求項９に記載の基地局。
11. 前記制御部は、自基地局から送信する品質測定用信号、および前記端末が前記品質測定用信号を受信し受信品質を測定して測定結果を自基地局に報告する信号である測定結果報告を、
    データ領域を持つフレームフォーマットに前記品質測定用信号の領域が定義されたフレームフォーマットを用いて、自基地局と前記端末との間で前記品質測定用信号を送受信し、
    前記端末が自基地局に対して周期的に送信する信号に使用されるフレームフォーマットに前記測定結果報告の領域が定義されたフレームフォーマットを用いて、自基地局と前記端末との間で前記測定結果報告を送受信する制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の基地局。
12. 請求項１から３のいずれか１つに記載の基地局から、複数の信号が周波数軸上で周波数多重された信号を受信することによって、前記複数の信号を同一タイミングで受信する制御を行う制御部、
    を備えることを特徴とする端末。
13. 請求項４から６のいずれか１つに記載の基地局に対して、複数の信号の送信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で前記複数の信号を周波数多重して送信する制御を行う制御部、
    を備えることを特徴とする端末。
14. 前記制御部は、前記基地局から送信する品質測定用信号、および自端末が前記品質測定用信号を受信し受信品質を測定して測定結果を自基地局に報告する信号である測定結果報告を、
    前記品質測定用信号および前記測定結果報告の送受信専用に定義されたフレームフォーマットを用いて、前記基地局と自端末との間で前記品質測定用信号および前記測定結果報告を送受信する制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の端末。
15. 前記制御部は、自端末に対する前記品質測定用信号を受信した第１のフレームフォーマット以降のタイミングの第２のフレームフォーマットによって、前記第１のフレームフォーマットの前記品質測定用信号に対する前記測定結果報告を自端末から送信する制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の端末。
16. 前記制御部は、前記基地局から送信する品質測定用信号、および自端末が前記品質測定用信号を受信し受信品質を測定して測定結果を自基地局に報告する信号である測定結果報告を、
    データ領域を持つフレームフォーマットに、前記品質測定用信号の領域、または前記品質測定用信号の領域および前記測定結果報告の領域が定義されたフレームフォーマットを用いて前記基地局と自端末との間で前記品質測定用信号を送受信し、前記データ領域を持つフレームフォーマットに、前記測定結果報告の領域、または前記品質測定用信号の領域および前記測定結果報告の領域が定義されたフレームフォーマットを用いて前記基地局と自端末との間で前記測定結果報告を送受信する制御を行い、
    前記基地局から、前記データ領域を持つフレームフォーマットであって前記品質測定用信号の領域および前記測定結果報告の領域が定義されていないフレームフォーマットを含めて、使用するフレームフォーマットの情報をフレームフォーマット中の制御信号領域によって通知を受ける、
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の端末。
17. 前記制御部は、自端末が前記データ領域を使用する場合、前記基地局から、前記データ領域の長さ、または使用しているフレームフォーマットを識別するためのフレームフォーマットの識別番号の情報を前記制御信号領域によって通知を受ける、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の端末。
18. 前記制御部は、前記基地局から送信する品質測定用信号、および自端末が前記品質測定用信号を受信し受信品質を測定して測定結果を自基地局に報告する信号である測定結果報告を、
    データ領域を持つフレームフォーマットに前記品質測定用信号の領域が定義されたフレームフォーマットを用いて、前記基地局と自端末との間で前記品質測定用信号を送受信し、
    自端末が前記基地局に対して周期的に送信する信号に使用されるフレームフォーマットに前記測定結果報告の領域が定義されたフレームフォーマットを用いて、前記測定結果報告を前記基地局へ送信する制御を行う、
    ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の端末。
19. 請求項１から３のいずれか１つに記載の基地局と、
    請求項１２に記載の端末と、
    を含むことを特徴とする無線通信システム。
20. 請求項４から６のいずれか１つに記載の基地局と、
    請求項１３に記載の端末と、
    を含むことを特徴とする無線通信システム。
21. 基地局が、自基地局のサービスエリアに存在する端末に対して各端末に共通な複数の信号を送信する場合、前記サービスエリアのうち、ビームを使用して同時に送信が可能なエリアにおいて、前記複数の信号の送信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で前記複数の信号を周波数多重し、前記ビームの方向を変えて前記エリアを変えながら前記複数の信号を前記エリア単位で複数回送信することで前記サービスエリアに存在する端末に前記複数の信号を送信する送信ステップと、
    前記端末が、前記基地局から、複数の信号が周波数軸上で周波数多重された信号を受信することによって、前記複数の信号を同一タイミングで受信する受信ステップと、
    を含むことを特徴とする送受信方法。
22. 端末が、基地局に対して、複数の信号の送信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で前記複数の信号を周波数多重して送信する送信ステップと、
    前記基地局が、自基地局のサービスエリアに存在する端末から複数の信号を受信する場合、前記サービスエリアのうち、ビームを使用して同時に受信が可能なエリアにおいて、前記複数の信号の受信タイミングを同一タイミングとし、かつ、周波数軸上で前記複数の信号を周波数多重し、前記ビームの方向を変えて前記エリアを変えながら前記複数の信号を前記エリア単位で複数回受信することで前記サービスエリアに存在する端末からの前記複数の信号を受信する受信ステップと、
    を含むことを特徴とする送受信方法。

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