KR101813349B1 - 통신 시스템, 기지국, 이동국 및 수신 품질 측정 방법 - Google Patents

통신 시스템, 기지국, 이동국 및 수신 품질 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 협조 통신에 빔 포밍을 적용하는 경우에, 후보 셀의 선택에 최적의 수신 품질을 측정할 수 있는 통신 시스템에 관한 것이다. 통신 시스템(1)에 있어서, 기지국(N4)은, 서로 이격된 복수의 안테나를 갖고, 서로 분리 가능한 복수의 참조 신호를 복수의 안테나에 매핑하여 송신하고, 이동국(U1)은, 수신된 복수의 참조 신호를 사용하여, 기지국(N4)에 의해 복수의 안테나를 사용하여 행해지는 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질을 측정한다.

Description

통신 시스템, 기지국, 이동국 및 수신 품질 측정 방법{COMMUNICATION SYSTEM, BASE STATION, MOBILE STATION, AND RECEPTION-QUALITY MEASUREMENT METHOD}
본 발명은 통신 시스템, 기지국, 이동국 및 수신 품질 측정 방법에 관한 것이다.
3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)에서는, 셀단에 위치하는 이동국의 수신 품질을 개선하기 위한 방법으로서, 복수 셀에 의한 「협조 통신」 기술이 검토되고 있다. 협조 통신은, 복수의 포인트(기지국 또는 안테나)가 협조하여, 1개 또는 복수의 이동국과 통신을 행하는 기술이다. 예를 들어, 하향 링크의 협조 통신에서는, 복수의 포인트로부터 동일한 데이터가 1개인 단말기에 송신된다. 이 하향 링크의 협조 통신에 의해, 공간 다이버시티 효과에 의한 이득 향상이 도모되기 때문에, 셀단에 위치하는 이동국에서는 수신 품질이 개선된다. LTE-A에 있어서의 협조 통신은, CoMP(Coordinated Multi-Point) 통신이라고 불린다.
여기서, 이동국 주변의 모든 셀을 협조 통신의 후보 셀(이하에서는 간단히 「후보 셀」이라고 칭하는 경우가 있음)로 하면, 협조 통신에 관한 셀(즉, 협조 셀)을 후보 셀로부터 선택하는 데 있어서, 이동국에 있어서의 측정 처리 및 이동국으로부터 기지국으로의 측정 결과 통지 정보가 커진다. 이로 인해, 미리 소수의 셀을 후보 셀로서 선택하는 것이 행하여진다. 후보 셀의 선택 방법으로서, 각 셀에 있어서 이동국에 송신되는 참조 신호의 수신 전력(RSRP: Reference Signal Received Power)을 사용하는 것이 있다. LTE-A Rel.11에서는, CRS(Cell-specific Reference Signal)를 사용하여 측정한 RSRP를 사용하여 후보 셀이 선택되어 후보 셀의 조(CRM(CoMP Resource Management) 세트)가 구성된다.
또한, 「셀」은, 1개의 기지국의 「통신 에리어」와 「채널 주파수」에 기초하여 규정된다. 「통신 에리어」란, 기지국으로부터 송신된 전파가 도달하는 에리어(이하에서는 「사정 에리어」라고 칭하는 경우가 있음)의 전체이어도 되고, 사정 에리어가 분할된 분할 에리어(소위, 섹터)이어도 된다. 또한, 「채널 주파수」란, 기지국이 통신에 사용하는 주파수의 1단위이며, 중심 주파수와 대역폭에 기초하여 규정된다.
또한, LTE-A Rel.12에서는, 기지국의 송신에 있어서, 수평 방향의 빔 포밍에 연직 방향의 빔 포밍을 더한 3차원 빔 포밍을 행하는 것이 검토되고 있다.
일본 특허 공개 제2012-135051호 공보
Distributed Robust Multicell Coordinated Beamforming With Imperfect CSI:An ADMM Approach; Chao Shen, Tsung-Hui Chang, Member, IEEE, Kun-Yu Wang, Zhengding Qiu, and Chong-Yung Chi, Senior Member, IEEE; IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL.60, NO.6, JUNE 2012 MIMO OFDM with ST Coding and Beamforming Adapted to Partial CSI; Pengfei Xia, Shengli Zhou, and Georgios B. Giannakis1, Dept. of Electrical and Computer Engr., University of Minnesota 200 Union St. SE, Minneapolis, MN 55455; 2003 Conference on Information Sciences and Systems, The Johns Hopkins University, March 12-14, 2003
빔 포밍 송신을 행하는 기지국은, 복수의 안테나를 사용하여 이동국에 대한 송신 빔을 형성한다. 이에 대하여, 이들 복수의 안테나 중 1개의 안테나로부터 송신된 1개의 참조 신호를 사용하여 이동국이 RSRP를 측정하면, 그 RSRP는, 빔 포밍 송신되는 데이터 신호의 수신 전력보다도 낮은 것이 된다. 여기서, 협조 통신에 빔 포밍을 적용하는 경우가 상정된다. 이 경우에, 1개의 안테나로부터 송신된 1개의 참조 신호의 RSRP를 사용하여 후보 셀의 선택을 행하면, 실제의 데이터 신호의 송신 시와 다른 수신 전력에 기초하여 후보 셀의 선택이 행하여져 버리기 때문에, 협조 통신의 이득이 저하되어 버린다는 과제가 있다. 3차원 빔 포밍에서는, 수평 방향 또는 연직 방향 중 어느 한 방향의 빔 포밍(즉, 2차원 빔 포밍)에 비하여, 이득의 향상이 더욱 도모되기 때문에, 이 과제는 보다 현저해진다.
개시된 기술은, 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 협조 통신에 빔 포밍을 적용하는 경우에, 후보 셀의 선택에 최적의 수신 품질을 측정할 수 있는, 통신 시스템, 기지국, 이동국 및 수신 품질 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
개시된 형태에서는, 통신 시스템은, 서로 이격된 복수의 안테나를 갖는 기지국과, 이동국을 구비한다. 상기 기지국은, 서로 분리 가능한 복수의 참조 신호를 상기 복수의 안테나에 매핑하여 송신한다. 상기 이동국은, 수신한 상기 복수의 참조 신호를 사용하여, 상기 기지국에 의해 상기 복수의 안테나를 사용하여 행해지는 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질을 측정한다.
개시된 형태에 의하면, 협조 통신에 빔 포밍을 적용하는 경우에, 후보 셀의 선택에 최적의 수신 품질을 측정할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 통신 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예 1의 기지국의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시예 1의 이동국의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 4는 실시예 1의 참조 신호의 매핑의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 2의 참조 신호의 매핑의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 2의 안테나 배치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 3의 수신 품질 측정 모드의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 3의 이동국의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 9는 실시예 4의 참조 신호의 매핑의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 기지국의 하드웨어 구성예를 도시하는 도면이다.
도 11은 이동국의 하드웨어 구성예를 도시하는 도면이다.
이하에, 본원의 개시하는 통신 시스템, 기지국, 이동국 및 수신 품질 측정 방법의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이 실시예에 의해 본원의 개시하는 통신 시스템, 기지국, 이동국 및 수신 품질 측정 방법이 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 실시예에 있어서 동일한 기능을 갖는 구성에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 이하에서는, 일례로서 통신 시스템이 LTE 시스템 및 LTE-A 시스템인 경우에 대하여 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
<통신 시스템의 개요>
도 1은 실시예 1의 통신 시스템의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 통신 시스템(1)은, 기지국 N1 내지 N7과, 이동국 U1을 갖는다.
기지국 N1은, 셀 C11 내지 C13을 관리하는 기지국이다. 마찬가지로, 기지국 N2 내지 N7은, 각각 셀 C21 내지 C23, 셀 C31 내지 C33, 셀 C41 내지 C43, 셀 C51 내지 C53, 셀 C61 내지 C63, 셀 C71 내지 C73을 관리하는 기지국이다.
여기에서는, 이동국 U1이 셀 C41의 셀단에 위치하고 있으며, 셀 C41이 이동국 U1의 서빙 셀(이동국 U1이 등록되어 있는 셀)로 된다. 또한, 도 1에는 이동국 U1의 서빙 셀인 셀 C41과 함께, 셀 C13 및 셀 C23을 사용하여 이동국 U1에 대하여 하향 링크의 협조 통신을 행하는 모습이 도시되어 있다. 따라서, 셀 C13 및 셀 C23이 협조 셀로 된다.
또한, 기지국 N1 내지 N7은 유선의 통신 경로로 서로 접속되어 있다. 기지국 N1 내지 N7은, 상위국을 개재하여 접속되어 있어도 되고, 또한 상위국을 개재하지 않고 직접 접속되어 있어도 된다. 예를 들어, 기지국 N1 내지 N7은 X2 인터페이스를 사용하여 서로 직접 접속된다.
<기지국의 구성예>
도 2는 실시예 1의 기지국 일례를 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기지국(100)은, 송신 처리부(101)와, 프리코딩부(102)와, 매핑부(103)와, 참조 신호 생성부(104)와, 무선 송신부(105-1 내지 105-N)와, 안테나(106-1 내지 106-N)를 갖는다. 안테나(106-1 내지 106-N)는 서로 이격하여 배치된다. 또한, 기지국(100)은 안테나(107)와, 무선 수신부(108)와, 수신 처리부(109)와, 통신 제어부(110)와, 네트워크 IF(인터페이스)(111)를 갖는다. 기지국(100)은 도 1의 서빙 셀 C41을 관리하는 기지국 N4에 상당한다.
송신 처리부(101)는 유저 데이터 및 통신 제어부(110)로부터 입력되는 제어 데이터에 대하여, 소정의 송신 처리, 즉 부호화, 변조 등을 실시하여 기저 대역 신호를 형성하고, 형성된 기저 대역 신호를 프리코딩부(102)에 출력한다.
프리코딩부(102)는 기저 대역 신호에 대하여 프리코딩 벡터를 승산하고, 프리코딩 벡터 승산 후의 기저 대역 신호를 매핑부(103)에 출력한다. 프리코딩 벡터의 승산에 의해, 기저 대역 신호에 빔 포밍 송신의 가중치 부여가 이루어진다. 따라서, 프리코딩 벡터로 가중치 부여한 신호를 안테나(106-1 내지 106-N) 중 어느 복수의 안테나로부터 송신함으로써, 빔 포밍 송신이 이루어진다.
참조 신호 생성부(104)는 서로 분리 가능한 복수의 참조 신호로서, 서로 직교하는 복수의 참조 신호를 생성하고, 생성된 복수의 참조 신호를 매핑부(103)에 출력한다. 이들 복수의 참조 신호는, 셀마다 고유 통신 리소스에 할당된다.
매핑부(103)는 프리코딩 벡터 승산 후의 기저 대역 신호를, 안테나(106-1 내지 106-N) 중 빔 포밍 송신에 사용하는 어느 복수의 안테나에 매핑한다. 즉, 매핑부(103)는 프리코딩 벡터 승산 후의 기저 대역 신호를, 무선 송신부(105-1 내지 105-N) 중 빔 포밍 송신에 사용하는 안테나에 대응하는 무선 송신부에 출력한다. 또한, 매핑부(103)는 복수의 참조 신호를, 안테나(106-1 내지 106-N) 중 어느 복수의 안테나에 각각 매핑하고, 무선 송신부(105-1 내지 105-N) 중 매핑된 안테나에 대응하는 무선 송신부에 참조 신호를 출력한다. 또한, 빔 포밍 송신에 사용하는 안테나와, 참조 신호의 송신에 사용하는 안테나는, 동일해도 되고, 상이해도 된다.
무선 송신부(105-1 내지 105-N)는 매핑부(103)로부터 입력되는 기저 대역 신호 및 참조 신호에 대하여, 소정의 무선 송신 처리, 즉 디지털/아날로그 변환, 업 컨버트 등을 실시하여 무선 신호를 형성한다. 무선 송신부(105-1 내지 105-N)는 형성된 무선 신호를 안테나(106-1 내지 106-N)를 통하여 송신한다.
무선 수신부(108)는 안테나(107)를 통하여 수신된 무선 신호에 대하여, 소정의 무선 수신 처리, 즉 다운 컨버트, 아날로그/디지털 변환 등을 실시하여 기저 대역 신호를 형성하고, 형성된 기저 대역 신호를 수신 처리부(109)에 출력한다.
수신 처리부(109)는 기저 대역 신호에 대하여, 소정의 수신 처리, 즉 복조, 복호 등을 실시하여 수신 데이터를 취득하고, 취득된 수신 데이터를 통신 제어부(110) 및 후단의 기능부에 출력한다. 수신 데이터에는, 후술하는 이동국(200)으로부터 통지된 수신 품질 정보가 포함되어 있다.
통신 제어부(110)는 수신 품질 정보를 수신 데이터로부터 추출(취득)한다. 수신 품질 정보에는, 그 수신 품질 정보가 어느 셀의 것인지를 나타내기 위하여 셀 식별자가 포함되어 있다. 따라서, 통신 제어부(110)는 추출(취득)된 수신 품질 정보에 기초하여, 후보 셀을 선택한다. 예를 들어, 통신 제어부(110)는 수신 품질이 높은 순으로 소정의 수의 셀을 후보 셀로서 선택한다. 통신 제어부(110)는 후보 셀을 관리하는 다른 기지국에, 후보 셀의 선택 결과, 즉, 후보 셀의 조를, 네트워크 IF(111)를 통하여 통지한다. 또한, 통신 제어부(110)는 셀마다의 참조 신호를 각 셀에 고유한 통신 리소스에 할당하고, 셀마다의 참조 신호를 어느 통신 리소스에 할당했는지를 나타내는 할당 리소스 정보를 매핑부(103)에 출력한다. 매핑부(103)는 참조 신호 생성부(104)로부터 입력되는 복수의 참조 신호를 할당 리소스 정보에 따라 통신 리소스에 매핑한다. 또한, 통신 제어부(110)는 할당 리소스 정보를 후술하는 이동국(200)에 통지하기 위하여, 할당 리소스 정보를 제어 데이터로서 송신 처리부(101)에 출력한다. 예를 들어, 통신 리소스의 1단위는, 1단위의 시간과 1단위의 주파수로 규정되고, RE(Resource Element)라고 불리는 경우가 있다.
<이동국의 구성예>
도 3은 실시예 1의 이동국의 일례를 나타내는 블록도이다. 도 3에 있어서, 이동국(200)은 안테나(201)와 무선 수신부(202)와 수신 처리부(203)와 참조 신호 취득부(204)와 수신 품질 측정부(205)와 송신 처리부(206)와 무선 송신부(207)를 갖는다. 이동국(200)은 도 1의 이동국 U1에 상당한다.
무선 수신부(202)는 안테나(201)를 통하여 수신된 무선 신호에 대하여, 소정의 무선 수신 처리, 즉 다운 컨버트, 아날로그/디지털 변환 등을 실시하여 기저 대역 신호를 형성하고, 형성된 기저 대역 신호를 수신 처리부(203) 및 참조 신호 취득부(204)에 출력한다.
수신 처리부(203)는 기저 대역 신호에 대하여, 소정의 수신 처리, 즉 복조, 복호 등을 실시하여 수신 데이터를 취득하고, 취득된 수신 데이터를 참조 신호 취득부(204) 및 후단의 기능부에 출력한다. 수신 데이터에는, 기지국(100)으로부터 통지된 할당 리소스 정보가 포함되어 있다.
참조 신호 취득부(204)는 수신 데이터로부터 할당 리소스 정보를 추출(취득)하고, 추출(취득)된 할당 리소스 정보에 따라 기저 대역 신호로부터 복수의 참조 신호를 취득하고, 취득된 복수의 참조 신호를 수신 품질 측정부(205)에 출력한다. 상기한 바와 같이 셀마다의 참조 신호는 셀마다 고유 통신 리소스에 할당되어 있기 때문에, 할당 리소스 정보에 의해, 참조 신호 취득부(204)는 취득된 참조 신호가 어느 셀의 것인지 판단할 수 있다. 따라서, 참조 신호 취득부(204)는 취득된 참조 신호에 셀 식별자를 부가하여 수신 품질 측정부(205)에 출력한다.
수신 품질 측정부(205)는 참조 신호 취득부(204)로부터 입력되는 복수의 참조 신호를 사용하여, 기지국(100)에 의해 행해지는 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질을 측정한다. 수신 품질 측정부(205)는 측정 결과 및 셀 식별자를 포함하는 수신 품질 정보를 기지국(100)에 통지하기 위하여, 수신 품질 정보를 송신 처리부(206)에 출력한다. 예를 들어, 수신 품질 측정부(205)는 수신 품질로서, RSRP를 측정한다.
송신 처리부(206)는 유저 데이터 및 수신 품질 측정부(205)로부터 입력되는 수신 품질 정보에 대하여, 소정의 송신 처리, 즉 부호화, 변조 등을 실시하여 기저 대역 신호를 형성하고, 형성된 기저 대역 신호를 무선 송신부(207)에 출력한다.
무선 송신부(207)는 기저 대역 신호에 대하여, 소정의 무선 송신 처리, 즉 디지털/아날로그 변환, 업 컨버트 등을 실시하여 무선 신호를 형성하고, 형성된 무선 신호를 안테나(201)를 통하여 송신한다. 이에 의해, 수신 품질 정보가 기지국(100)에 통지된다.
<참조 신호의 매핑예 및 수신 품질의 측정예>
도 4는 실시예 1의 참조 신호의 매핑의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서, 안테나 A1 내지 A16은 기지국(100)의 안테나(106-1 내지 106-N)에 상당하고, 따라서 여기에서는 N=16이다. 즉, 기지국(100)은, 예를 들어 연직 방향으로 4개, 수평 방향으로 4개의 총 16개의 안테나를 구비하고, 유저 데이터 및 제어 데이터에 대하여, 3차원 빔 포밍 송신을 행하는 것이 가능하다. 즉, 기지국(100)은 연직 방향 및 수평 방향의 양쪽에서 빔 방향을 변화 가능하다. 또한, 참조 신호 생성부(104)는 서로 직교하는 4개의 참조 신호 p1, p2, p3, p4를 생성한다. 예를 들어, 참조 신호 생성부(104)는 각 참조 신호의 직교 패턴을, p1=(s, s, s, s), p2=(s, -s, s, -s), p3=(-s, -s, s, s), p4=(s, -s, -s, s)로 한다. 매핑부(103)는, 예를 들어 참조 신호 p1을 안테나 A1에, 참조 신호 p2를 안테나 A13에, 참조 신호 p3을 안테나 A4에, 참조 신호 p4를 안테나 A16에, 각각 매핑한다.
도 4에 도시한 바와 같이 하여 매핑된 참조 신호 p1 내지 p4를 사용하여, 이동국(200)은, 이하와 같이 하여 수신 품질을 측정한다.
수신 품질 측정부(205)는 먼저, 식 (1)에 나타내는 채널 추정 벡터 H^을 구한다. 식 (1)에 있어서, h1^은 참조 신호 p1에 기초하는 채널 추정값을 나타내고, 마찬가지로, h2^ 내지 h4^는, 참조 신호 p2 내지 p4에 각각 기초하는 채널 추정값을 나타낸다. 즉, h1^ 내지 h4^는, 각각 참조 신호 p1 내지 p4가 각각 매핑된 안테나 A1, A13, A4, A16에 대응한다.
Figure 112015107658018-pct00001
계속해서, 수신 품질 측정부(205)는 식 (2)에 따라, 기지국(100)측의 채널 상관 행렬 R을 구한다. 채널 상관 행렬 R은, 안테나 A1, A13, A4, A16 사이에서의 상관 행렬에 상당한다. 식 (2)에 있어서, H^H는 H^의 에르미트 행렬, "*"은 복소 공역, "<>"은 일정 시간에서의 시간 평균을 나타낸다.
Figure 112015107658018-pct00002
계속해서, 수신 품질 측정부(205)는 식 (3)에 따라, 빔 포밍의 가중 벡터 W를 구한다. 이 가중 벡터 W의 산출은, 기지국(100)에서 사용되는 상기한 프리코딩 벡터의 추정에 상당한다. 식 (3)에 있어서, "eig(R)"은, 행렬 R의 최대 고유값에 대응하는 고유 벡터(즉, 최대 고유 벡터)를 산출하는 것을 나타낸다. 즉, 식 (3)에 의해, 기지국(100)이 행하는 3차원 빔 포밍에 의해 얻어지는 최대 이득에 대응하는 W가 산출된다.
Figure 112015107658018-pct00003
그리고, 수신 품질 측정부(205)는 식 (4)에 따라 RSRP인 PBF를 구한다. 식 (4)에 있어서, WH는 W의 에르미트 행렬을 나타낸다.
Figure 112015107658018-pct00004
식 (4)에 나타낸 바와 같이, PBF의 산출식에는 WWH가 포함된다. 이 W는, 빔 포밍의 가중 벡터 W이다. 따라서, 수신 품질 측정부(205)가 식 (4)에 따라 PBF를 구함으로써, 기지국(100)에 의해 행해지는 3차원 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질을 측정할 수 있다.
이상과 같이, 실시예 1에서는, 기지국(100)은, 서로 분리 가능한 복수의 참조 신호를, 서로 이격된 복수의 안테나에 매핑하여 송신한다. 이동국(200)은 수신된 복수의 참조 신호를 사용하여, 기지국(100)에 의해 행해지는 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질을 측정하여 기지국(100)에 통지한다. 이에 의해, 이동국(200)에 의해 측정되는 수신 품질은, 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 것이 되기 때문에, 협조 통신에 빔 포밍을 적용하는 경우에, 후보 셀의 선택에 최적의 수신 품질을 측정할 수 있다. 또한, 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질이 기지국(100)에 통지되기 때문에, 기지국(100)은, 참조 신호에 대하여 빔 포밍 송신을 적용하지 않고, 실제의 데이터 신호의 송신 시와 마찬가지의 수신 품질에 기초하여 후보 셀의 선택을 행할 수 있다. 따라서, 기지국(100)에서는 최적의 후보 셀을 선택할 수 있어, 그 결과, 협조 통신의 이득의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 실시예 1에서는, 기지국(100)은 연직 방향 및 수평 방향으로 서로 이격된 복수의 안테나에 복수의 참조 신호를 매핑하고, 이동국(200)은 3차원 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질을 측정한다. 이에 의해, 협조 통신에 3차원 빔 포밍을 적용하는 경우에, 후보 셀의 선택에 최적의 수신 품질을 측정할 수 있다.
[실시예 2]
<참조 신호의 매핑예 및 수신 품질의 측정예>
도 5는 실시예 2의 참조 신호의 매핑의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서, 안테나 A1 내지 A16은, 기지국(100)의 안테나(106-1 내지 106-N)에 상당하고, 따라서 여기에서는 N=16이다. 즉, 기지국(100)은, 예를 들어 연직 방향으로 4개, 수평 방향으로 4개의 총 16개의 안테나를 구비한다. 또한, 여기서는, 수평 방향으로 배치되는 4개의 안테나가 서로 무상관으로 되도록, 수평 방향의 안테나 간격이 넓게 설정된다. 따라서, 유저 데이터 및 제어 데이터에 대하여, 연직 방향에서는 2차원 빔 포밍 송신 및 수평 방향에서는, 프리코딩에 의한 공간 다중 전송 또는 다이버시티 전송을 행하는 것이 가능하다. 즉, 기지국(100)은, 연직 방향으로만 빔 방향을 변화 가능하다. 또한, 참조 신호 생성부(104)는 서로 직교하는 2개의 참조 신호 p1, p2를 생성한다. 예를 들어, 참조 신호 생성부(104)는 각 참조 신호의 직교 패턴을, p1=(s, s), p2=(s, -s)로 한다. 매핑부(103)는 예를 들어 참조 신호 p1을 안테나 A1에, 참조 신호 p2를 안테나 A4에, 각각 매핑한다.
안테나 A1과, 안테나 A4는, 도 6에 도시하는 배치 관계를 채용한다. 도 6은 실시예 2의 안테나 배치의 일례를 나타내는 도면이다. 즉, 안테나 A1과, 안테나 A4는, 연직 방향에서 거리 d만큼 이격하여 배치된다. 따라서, 송신 빔을 연직 상측 방향으로부터 각도 θ만큼 기울인 방향으로 방사하는 경우, 안테나 A4에 대한 안테나 A1의 지연 시간 t2 및 안테나 A1과 안테나 A4에 있어서의 참조 신호간의 위상차 φ은, 식 (5)로 표현된다. 식 (5)에 있어서 c는 광속, f는 주파수이다.
Figure 112015107658018-pct00005
도 5에 도시된 바와 같이 하여 매핑된 참조 신호 p1, p2를 사용하여, 이동국(200)은, 이하와 같이 하여 수신 품질을 측정한다.
참조 신호 취득부(204)에서 취득되는 참조 신호 r1, r2는, 식 (6)과 같이 표현된다. 참조 신호 r1은 참조 신호 p1에 대응하고, 참조 신호 r2는 참조 신호 p2에 대응한다. 식 (6)에 있어서, h1은 참조 신호 p1에 기초하는 채널 추정값, h2는 참조 신호 p2에 기초하는 채널 추정값, n1, n2는 잡음을 나타낸다.
Figure 112015107658018-pct00006
수신 품질 측정부(205)는 식 (7)에 나타내는, r1과 r2 사이의 평균 복소 상관값을 구한다. 식 (7)에 나타낸 바와 같이, 이 평균 복소 상관값은, 근사적으로 참조 신호 p1, p2 사이의 위상차로 간주할 수 있다. 즉, 식 (7)에 의해, 참조 신호 p1, p2 사이의 위상차가 추정된다.
Figure 112015107658018-pct00007
그리고, 수신 품질 측정부(205)는 식 (8)에 따라, RSRP인 PBF를 구한다. 즉, 수신 품질 측정부(205)는 참조 신호 취득부(204)에서 취득되는 참조 신호 r1, r2와, r1과 r2 사이의 평균 복소 상관값으로부터 PBF를 구한다.
Figure 112015107658018-pct00008
식 (8)에 나타낸 바와 같이, PBF의 산출식에는 참조 신호 p1, p2 사이의 위상차가 포함된다. 또한, 이 위상차는, 식 (7)에 나타낸 바와 같은 평균 복소 상관값에 상당한다. 즉, 식 (8)에서는, 서로 무상관의 잡음끼리 가산되어 잡음이 억압됨과 함께, 희망 신호가 동상 가산되게 된다. 이로 인해, 수신 품질 측정부(205)가 식 (8)에 따라 PBF를 구함으로써, 기지국(100)에 의해 행해지는 연직 방향에서의 2차원 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질을 측정할 수 있다.
이상과 같이, 실시예 2에서는 기지국(100)은 연직 방향으로 서로 이격된 복수의 안테나에 복수의 참조 신호를 매핑하고, 이동국(200)은 연직 방향의 2차원 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 수신 품질을 측정한다. 이에 의해, 협조 통신에 연직 방향의 2차원 빔 포밍을 적용하는 경우에, 후보 셀의 선택에 최적의 수신 품질을 측정할 수 있다.
[실시예 3]
<기지국의 구성예>
실시예 3의 기지국의 구성예는 실시예 1과 마찬가지이다. 단, 통신 제어부(110)는 실시예 1의 처리 외에, 이하의 처리를 더 행한다. 즉, 통신 제어부(110)는 셀마다의 수신 품질의 측정 방법을 지시하는 정보(이하에서는 「측정 방법 지시 정보」라고 칭하는 경우가 있음)를 할당 리소스 정보와 함께 제어 데이터로서 송신 처리부(101)에 출력한다.
예를 들어, 통신 제어부(110)는 기지국(100)이 관리하는 셀 및 각 후보 셀에 관한 측정 방법 지시 정보로서, 도 7에 도시하는 모드 0, 1, 2 중 어느 하나의 모드를 셀마다 선택한다. 도 7은, 실시예 3의 수신 품질 측정 모드의 일례를 나타내는 도면이다. 모드 0은 빔 포밍 송신이 행하여지지 않을 때에 선택되는 모드이며, 종래대로 빔 포밍에 의한 이득을 가미하지 않고 RSRP를 측정하는 것을 지시하는 모드이다. 모드 1은 3차원 빔 포밍 송신이 행하여질 때에 선택되는 모드이며, 실시예 1에서 설명한 바와 같은 최대 고유 벡터 연산에 의해 RSRP를 측정하는 것을 지시하는 모드이다. 모드 2는 연직 방향의 2차원 빔 포밍 송신이 행하여질 때에 선택되는 모드이며, 실시예 2에서 설명한 바와 같은 평균 복소 상관값 연산에 의해 RSRP를 측정하는 것을 지시하는 모드이다. 즉, 기지국(100)은, 빔 포밍 송신의 종별에 따라 모드 0 내지 2 중 어느 한 모드를 선택한다. 이들 모드는 각 셀의 송신 안테나 구성에 기초하여 정할 수 있다.
<이동국의 구성예>
도 8은 실시예 3의 이동국의 일례를 나타내는 블록도이다. 도 8에 있어서, 이동국(300)은 수신 품질 측정부(301)를 갖는다. 수신 품질 측정부(301)는 수신 데이터로부터 셀마다의 측정 방법 지시 정보를 추출(취득)하고, 추출(취득)된 측정 방법 지시 정보에 따라 수신 품질의 측정 방법을 전환한다. 즉, 수신 품질 측정부(301)는 측정 방법 지시 정보가 모드 0인 경우에는, 종래대로 빔 포밍에 의한 이득을 가미하지 않고 RSRP를 측정한다. 또한, 수신 품질 측정부(301)는 측정 방법 지시 정보가 모드 1인 경우에는, 실시예 1에서 설명한 바와 같은 최대 고유 벡터 연산에 의해 RSRP를 측정한다. 또한, 수신 품질 측정부(301)는 측정 방법 지시 정보가 모드 2인 경우에는 실시예 2에서 설명한 바와 같은 평균 복소 상관값 연산에 의해 RSRP를 측정한다. 즉, 이동국(300)에서는, 기지국(100)의 빔 포밍 송신의 종별에 따른 최적의 측정 방법으로 수신 품질을 측정할 수 있다.
이상과 같이, 실시예 3에서는, 기지국(100)는 빔 포밍 송신의 종별에 따라, 수신 품질의 측정 방법을 이동국(300)에 지시한다. 이동국(300)은, 기지국(100)으로부터 지시된 측정 방법에 따라, 수신 품질을 측정한다. 평균 복소 상관값 연산에 의한 측정에서는, 최대 고유 벡터 연산에 의한 측정에 비하여, 이동국(300)에서의 처리량이 작다. 또한, 빔 포밍에 의한 이득을 가미하지 않는 종래대로의 RSRP의 측정은, 평균 복소 상관값 연산에 의한 측정에 비하여, 이동국(300)에서의 처리량이 더욱 작다. 따라서, 빔 포밍 송신의 종별에 따라 수신 품질의 측정 방법을 전환함으로써, 이동국(300)에 있어서의 처리량 및 소비 전력을 삭감할 수 있다.
[실시예 4]
<참조 신호의 매핑예 및 수신 품질의 측정예>
도 9는 실시예 4의 참조 신호의 매핑의 일례를 나타내는 도면이다. 도 9에 도시하는 안테나 구성은, 도 4(실시예 1)와 마찬가지이다. 단, 실시예 4에서는 참조 신호 생성부(104)는 서로 직교하는 2개의 참조 신호 p1, p2를 생성한다. 예를 들어, 참조 신호 생성부(104)는 각 참조 신호의 직교 패턴을, p1=(s, s), p2=(s, -s)로 한다. 매핑부(103)는 예를 들어 참조 신호 p1을 안테나 A13에, 참조 신호 p2를 안테나 A4에, 각각 매핑한다.
도 9에 도시된 바와 같이 하여 매핑된 참조 신호 p1, p2를 사용하여, 이동국(200)은, 이하와 같이 하여 수신 품질을 측정한다.
참조 신호 취득부(204)에서 취득되는 참조 신호 r1, r2는, 식 (9)와 같이 표현된다. 참조 신호 r1은 참조 신호 p1에 대응하고, 참조 신호 r2는 참조 신호 p2에 대응한다. 식 (9)에 있어서, h2, c는 참조 신호 p2에 기초하는 채널 추정값 중 h1과 상관이 있는 성분을 나타내고, h2, u는 참조 신호 p2에 기초하는 채널 추정값 중 h1과 상관이 없는 성분을 나타낸다.
Figure 112015107658018-pct00009
수신 품질 측정부(205)는 식 (10)에 나타내는, r1과 r2 사이의 평균 복소 상관값을 구한다. 식 (10)에 나타낸 바와 같이 이 평균 복소 상관값은, 근사적으로 참조 신호 p1, p2 사이의 위상차라고 간주할 수 있다. 즉, 식 (10)에 의해, 참조 신호 p1, p2 사이의 위상차가 추정된다.
Figure 112015107658018-pct00010
그리고, 수신 품질 측정부(205)는 실시예 2와 마찬가지로, 식 (8)에 따라, RSRP인 PBF를 구한다.
이상과 같이, 실시예 4에서는, 기지국(100)이 3차원 빔 포밍 송신을 행하는 경우에도, 실시예 2와 마찬가지로 평균 복소 상관값 연산에 의해 RSRP를 측정할 수 있다. 따라서, 기지국(100)이 3차원 빔 포밍 송신을 행하는 경우에, RSRP의 측정에 관한 처리량 및 소비 전력을, 실시예 1(즉, 최대 고유 벡터 연산에 의한 RSRP의 측정)보다도 삭감할 수 있다.
[다른 실시예]
[1] 기지국(100) 및 이동국(200, 300)은, 반드시 물리적으로 도시된 바와 같이 구성되어 있는 것을 필요로 하지는 않는다. 즉, 각 부의 분산·통합의 구체적 형태는 도시된 것에 한하지 않고, 그 전부 또는 일부를, 각종 부하나 사용 상황 등에 따라, 임의의 단위로 기능적 또는 물리적으로 분산·통합하여 구성할 수 있다.
또한, 기지국(100) 및 이동국(200, 300)에 의해 행해지는 각종 처리 기능은, CPU(Central Processing Unit)(또는, MPU(Micro Processing Unit), MCU(Micro Controller Unit) 등의 마이크로 컴퓨터) 상에서, 그 전부 또는 임의의 일부를 실행하도록 해도 된다. 또한, 각종 처리 기능은, CPU(또는, MPU, MCU 등의 마이크로 컴퓨터)로 해석 실행하는 프로그램 상 또는 와이어드 로직에 의한 하드웨어 상에서, 그 전부 또는 임의의 일부를 실행하도록 해도 된다.
[2] 기지국(100) 및 이동국(200, 300)은, 예를 들어 다음과 같은 하드웨어 구성에 의해 실현할 수 있다.
도 10은 기지국의 하드웨어 구성예를 도시하는 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 기지국(10)은, 네트워크 IF(11)와, 프로세서(12)와 메모리(13)와 RF(Radio Frequency) 회로(14)와 안테나(15-1 내지 15-N)를 갖는다. 프로세서(12)의 일례로서, CPU, DSP(Digital Signal Processor), FPGA(Field Progra㎜able Gate Array) 등을 들 수 있다. 또한, 메모리(13)의 일례로서, SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory) 등의 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리 등을 들 수 있다.
그리고, 기지국(100)에서 행해지는 각종 처리 기능은, 불휘발성 기억 매체 등의 각종 메모리에 저장된 프로그램을 프로세서(12)로 실행함으로써 실현해도 된다. 즉, 송신 처리부(101)와 프리코딩부(102)와 매핑부(103)와 참조 신호 생성부(104)와 수신 처리부(109)와 통신 제어부(110)에 의해 실행되는 각 처리에 대응하는 프로그램이 메모리(13)에 기억되고, 각 프로그램이 프로세서(12)로 실행되어도 된다. 또한, 네트워크 IF(111)는 네트워크 IF(11)에 의해 실현된다. 또한, 무선 송신부(105-1 내지 105-N)와 무선 수신부(108)는, RF 회로(14)에 의해 실현된다. 안테나(106-1 내지 106-N)는 안테나(15-1 내지 15-N)에 의해 실현된다. 안테나(107)는 안테나(16)에 의해 실현된다.
도 11은 이동국의 하드웨어 구성예를 도시하는 도면이다. 도 11에 도시한 바와 같이, 이동국(20)은 안테나(21)와 RF 회로(22)와 프로세서(23)와 메모리(24)를 갖는다.
프로세서(23)의 일례로서, CPU, DSP, FPGA 등을 들 수 있다. 또한, 메모리(24)의 일례로서, SDRAM 등의 RAM, ROM, 플래시 메모리 등을 들 수 있다.
그리고, 이동국(200, 300)에서 행해지는 각종 처리 기능은, 불휘발성 기억 매체 등의 각종 메모리에 저장된 프로그램을 프로세서(23)로 실행함으로써 실현해도 된다. 즉, 수신 처리부(203)와 참조 신호 취득부(204)와 수신 품질 측정부(205, 301)와 송신 처리부(206)에 의해 실행되는 각 처리에 대응하는 프로그램이 메모리(24)에 기억되고, 각 프로그램이 프로세서(23)로 실행되어도 된다. 또한, 무선 수신부(202)와 무선 송신부(207)는, RF 회로(22)에 의해 실현된다. 또한, 안테나(201)는 안테나(21)에 의해 실현된다.
[3] 실시예 1 내지 4에서는, 각 안테나를 물리적인 안테나로서 설명했지만, 개시된 기술은 안테나 포트와 같은 논리적인 안테나에도 마찬가지로 적용 가능하다.
1 통신 시스템
N1 내지 N7, 100 기지국
101, 206 송신 처리부
102 프리코딩부
103 매핑부
104 참조 신호 생성부
105-1 내지 105-N, 207 무선 송신부
106-1 내지 106-N, 107, 201 안테나
108, 202 무선 수신부
109, 203 수신 처리부
110 통신 제어부
111 네트워크 IF
200, 300 이동국
204 참조 신호 취득부
205 수신 품질 측정부

Claims (8)

  1. 서로 이격된 복수의 안테나를 갖는 기지국과, 이동국을 구비하는 통신 시스템으로서,
    상기 기지국은, 빔 포밍 송신을 행하지 않는 모드인 제1 모드, 3차원 빔 포밍 송신을 행하는 모드인 제2 모드, 및 연직 방향의 2차원 빔 포밍 송신을 행하는 모드인 제3 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하고, 선택한 상기 모드를 나타내는 신호인 모드 신호를 송신하는 한편, 서로 분리 가능한 복수의 참조 신호를 상기 복수의 안테나에 매핑하여 송신하고,
    상기 이동국은, 수신된 상기 복수의 참조 신호를 사용하여, 수신된 상기 모드 신호에 의해 나타내어지는 상기 모드에 따라, 상기 모드가 상기 제1 모드인 경우에는 상기 빔 포밍 송신의 이득을 가미하지 않고 수신 품질을 측정하고, 상기 모드가 상기 제2 모드인 경우에는 최대 고유 벡터 연산에 의해 상기 수신 품질을 측정하고, 상기 모드가 상기 제3 모드인 경우에는 평균 복소 상관값 연산에 의해 상기 수신 품질을 측정하고, 측정한 상기 수신 품질을 상기 기지국에 통지하는, 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 안테나는, 연직 방향 및 수평 방향으로 서로 이격된 복수의 안테나이며,
    상기 이동국은, 수신된 상기 모드 신호가 상기 제2 모드를 나타내는 경우에, 상기 연직 방향 및 상기 수평 방향의 양쪽에서 빔 방향이 변화 가능한 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 상기 수신 품질을 측정하는, 통신 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 안테나는, 연직 방향으로 서로 이격된 복수의 안테나이며,
    상기 이동국은, 수신된 상기 모드 신호가 상기 제3 모드를 나타내는 경우에, 상기 연직 방향에서 빔 방향이 변화 가능한 빔 포밍 송신의 이득을 가미한 상기 수신 품질을 측정하는, 통신 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기지국은, 상기 이동국으로부터 통지된 상기 수신 품질에 기초하여, 협조 통신의 후보 셀을 선택하는, 통신 시스템.
  5. 서로 이격된 복수의 안테나를 갖는 기지국과 통신하는 이동국으로서,
    빔 포밍 송신을 행하지 않는 모드인 제1 모드, 3차원 빔 포밍 송신을 행하는 모드인 제2 모드, 및 연직 방향의 2차원 빔 포밍 송신을 행하는 모드인 제3 모드 중 어느 하나의 모드를 나타내는 신호인 모드 신호를 수신하는 한편, 상기 복수의 안테나에 매핑된, 서로 분리 가능한 복수의 참조 신호를 수신하는 수신부와,
    수신된 상기 복수의 참조 신호를 사용하여, 수신된 상기 모드 신호에 의해 나타내어지는 상기 모드에 따라, 상기 모드가 상기 제1 모드인 경우에는 상기 빔 포밍 송신의 이득을 가미하지 않고 수신 품질을 측정하고, 상기 모드가 상기 제2 모드인 경우에는 최대 고유 벡터 연산에 의해 상기 수신 품질을 측정하고, 상기 모드가 상기 제3 모드인 경우에는 평균 복소 상관값 연산에 의해 상기 수신 품질을 측정하는 측정부와,
    측정된 상기 수신 품질을 상기 기지국에 통지하는 통지부를 구비하는, 이동국.
  6. 빔 포밍 송신을 행하지 않는 모드인 제1 모드, 3차원 빔 포밍 송신을 행하는 모드인 제2 모드, 및 연직 방향의 2차원 빔 포밍 송신을 행하는 모드인 제3 모드 중 어느 하나의 모드를 나타내는 신호인 모드 신호를 기지국으로부터 수신하고,
    상기 기지국이 갖는 서로 이격된 복수의 안테나에 매핑된, 서로 분리 가능한 복수의 참조 신호를 수신하고,
    수신된 상기 복수의 참조 신호를 사용하여, 수신된 상기 모드 신호에 의해 나타내어지는 상기 모드에 따라, 상기 모드가 상기 제1 모드인 경우에는 상기 빔 포밍 송신의 이득을 가미하지 않고 수신 품질을 측정하고, 상기 모드가 상기 제2 모드인 경우에는 최대 고유 벡터 연산에 의해 상기 수신 품질을 측정하고, 상기 모드가 상기 제3 모드인 경우에는 평균 복소 상관값 연산에 의해 상기 수신 품질을 측정하는, 수신 품질 측정 방법.
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