WO2015033930A1 - 無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法 - Google Patents

無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法 Download PDF

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WO2015033930A1
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weight
base station
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transmission
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紀▲ユン▼ 沈
聡 須山
奥村　幸彦
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株式会社Ｎｔｔドコモ
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    • H04W16/28—Cell structures using beam steering

Definitions

  • the present invention relates to a radio base station, a user terminal, and a radio communication method in a next generation mobile communication system.
  • LTE Long Term Evolution
  • FRA Full Radio Access
  • MIMO Massiv Input Multi Output
  • data rate frequency utilization efficiency
  • transmission efficiency associated with multiplexing can be improved compared to the case where a small number of antenna elements are used, and wireless communication at a higher speed than before can be performed.
  • advanced beam forming is possible by combining a large number of antenna elements.
  • beam forming is a technique that allows a transmission / reception beam to have directivity and a beam shape to be changed by controlling the amplitude and phase of each transmission / reception signal in a plurality of antenna elements. It is.
  • the higher the number of antenna elements the higher control is possible.
  • the number of beams, the shape of each beam the width of the beam in the horizontal plane, the width of the beam in the vertical plane, etc.
  • the direction of the beam, and the gain can be controlled in detail according to the number of antenna elements. For example, high gain (power density) can be obtained by narrowing the beam width (that is, forming a narrow beam).
  • a propagation loss (path loss) in a high frequency band is larger than a propagation loss in a low frequency band, so that it is difficult to ensure a wide coverage in a high frequency band. For this reason, when Massive-MIMO is applied in a high frequency band, it is assumed that data transmission is performed by expanding beam coverage by applying beamforming.
  • BF weight a weight (BF weight) to be applied (multiplied) to a transmission signal.
  • the weight for beam forming can be determined based on the channel state between the radio base station and the user terminal.
  • channel estimation is performed using a reference signal to which beamforming is not applied, and a beamforming weight is determined based on the channel estimation result (channel state information).
  • the present invention has been made in view of the above points, and a radio base station, a user terminal, and a radio communication method capable of appropriately transmitting a data signal to which beamforming is applied in a communication system to which Massive-MIMO is applied.
  • the purpose is to provide.
  • a radio base station is a radio base station that transmits a data signal to a user terminal by applying beam forming using a plurality of antenna elements, and sets at least a weight type for beam forming applied to the data signal.
  • a determination unit for determining, a generation unit for generating a reference signal used by the user terminal for channel estimation, a weight control unit for controlling a weight applied to a transmission signal, and a transmission unit for transmitting the data signal and the reference signal. The weight control unit determines whether to apply a weight to the reference signal based on the weight type.
  • FIG. 1 is an example of a conceptual diagram of a network configuration to which a radio base station (Massive-MIMO base station (MM base station)) according to the present embodiment is applied.
  • FIG. 1 shows a network configuration in which the MM base station (MMeNB) according to the present embodiment overlaps (overlays) with the cell area of the macro cell M to form a Massive-MIMO cell (MM cell) MM.
  • the network configuration to which the Massive-MIMO base station (MM base station) according to the present embodiment is applied is not limited to the configuration shown in FIG.
  • a radio base station (macro base station (MeNB)) that forms a macro cell M and a radio base station (MM base station (MMeNB)) that forms a massive-MIMO cell (MM cell) are: Connected to the central control station (CC).
  • This central control station is connected to a core network (not shown).
  • the central control station includes, for example, an access gateway device, a radio network controller (RNC), a mobility management entity (MME), and the like.
  • RNC radio network controller
  • MME mobility management entity
  • the user terminal is configured to be able to communicate with a macro base station when located in the macro cell M, and configured to be able to communicate with an MM base station in addition to the macro base station when located in the Massive-MIMO cell MM.
  • the user terminal in this Embodiment contains a mobile terminal device and a fixed terminal device.
  • a control plane (C (Control) -plane) that handles control messages is supported by the macro cell M.
  • a user plane (U (User) -plane) for handling user data is supported by the Massive-MIMO cell MM.
  • the macro cell M and the massive-MIMO cell MM can be operated in different frequency bands.
  • the C-plane supported by the macro cell M can be operated in a low frequency band (for example, 2 GHz band)
  • the U-plane supported by the Massive-MIMO cell MM can be operated in a high frequency band (for example, 10 GHz band).
  • FIG. 1 shows the case where the MM cell is arranged so as to overlap the macro cell
  • the MM cell may be configured to overlap a wireless LAN (Local Area Network) or a wired LAN that covers a wide area. Further, the MM cell may be arranged without overlapping with other radio base stations or networks.
  • a wireless LAN Local Area Network
  • wired LAN Local Area Network
  • the MM base station can perform signal transmission to the user terminal located in the MM cell using the Massive-MIMO transmission scheme. More specifically, the MM base station forms a transmission beam having directivity for each user terminal by controlling the amplitude and phase for each transmission signal using a plurality of antenna elements (beam forming). Thus, signal transmission can be performed.
  • control data necessary for receiving user data (data signal) from the macro base station can be transmitted to the user terminal, while user data can be transmitted from the MM base station.
  • control data necessary for receiving user data (data signal) from the macro base station can be transmitted to the user terminal, while user data can be transmitted from the MM base station.
  • the remainder of control information and user data can also be transmitted from an MM base station.
  • the use of a high frequency band of 10 GHz or more has been studied. Since the propagation loss (path loss) in the high frequency band is larger than the propagation loss in the low frequency band, it is difficult to ensure a wide coverage in the high frequency band compared to the low frequency band. Therefore, when Massive-MIMO is applied in a high frequency band, as described above, it is desirable to perform data transmission by expanding beam coverage by applying beamforming.
  • channel state information is necessary to determine a beamforming weight (BF weight) to be applied to a transmission signal.
  • BF weight beamforming weight
  • the radio base station multiplies the transmission signal by a transmission weight according to the channel state, and the user terminal sets a reception weight. Multiply the received signal (see FIG. 2).
  • FIG. 2 shows an example of the downlink.
  • the user terminal multiplies the transmission signal by the transmission weight
  • the radio base station multiplies the reception signal by the reception weight.
  • channel estimation is performed using a reference signal to which beamforming (weight) is not applied (for example, a channel state measurement reference signal (CSI-RS)), and an estimation result (channel state information (CSI))
  • CSI channel state information
  • FIG. 3 shows a conceptual diagram of the reach of a signal transmitted from the MM base station depending on whether beam forming is applied.
  • the reach range (coverage C1) of the data signal to which beamforming is applied is expanded in a predetermined direction compared to the reach range (coverage C2) of the reference signal to which beamforming is not applied. Therefore, when channel estimation is performed using an existing method, the user terminal UE2 located within the range of coverage C2 can appropriately estimate the channel state based on the reference signal not applied with beamforming, so The weight can be determined appropriately.
  • the user terminal UE1 located outside the range of the coverage C2 and within the range of the coverage C1 cannot perform channel estimation using a reference signal to which beamforming is not applied.
  • the MM base station cannot determine the weight to be applied to the data signal (and reference signal for channel estimation) transmitted to the user terminal UE1, making it difficult to apply beamforming.
  • the MM base station can perform beam forming for a user terminal with good reception quality (user terminal UE2 in FIG. 3) by determining a weight based on a reference signal not applied with beam forming.
  • a weight cannot be determined based on a reference signal to which beamforming is not applied.
  • the present inventors apply beam forming to a specific user terminal in consideration of the reception status of the user terminal by applying a fixed weight to the channel estimation reference signal and the data signal, thereby preventing beam forming. It was conceived that beam forming can be appropriately applied even to a user terminal that cannot receive an applied reference signal.
  • the data signal transmission method (applicable weight type and number of streams) to the user terminal is determined based on the reception status of the user terminal (for example, reception quality, number of received beams, etc.). Based on the transmission method, the type of channel estimation reference signal to be transmitted to the user terminal and the transmission method (weight application / non-application and the number of streams) are controlled. Thereby, it becomes possible to set an appropriate weight with respect to each user terminal and to apply beam forming.
  • the MM base station determines a data transmission method for the user terminal
  • the user terminal performs a cell search in the MM cell and is connected to the MM base station.
  • connection operation between the MM base station and the user terminal will be briefly described. Note that the connection operation applicable in the present embodiment is not limited to the method described below.
  • the MM base station can apply a plurality of transmission beams to which different fixed weights are applied as a synchronization signal (SS signal) applied to the cell search. That is, the MM base station applies beam forming to the synchronization signal, and generates and transmits a plurality of transmission beams having a narrow beam width. In this case, the MM base station transmits each synchronization signal to which different weights are applied, including identification information (for example, beam ID).
  • identification information for example, beam ID
  • the user terminal feeds back the detected synchronization signal identifier (beam ID) and reception quality (RSRP, RSRQ, etc.) from among a plurality of synchronization signals transmitted by applying beamforming from the MM base station.
  • beam ID synchronization signal identifier
  • RSRP reception quality
  • RSRQ reception quality
  • the user terminal can detect the synchronization signal and perform cell search processing appropriately. Also, the MM base station can determine a predetermined fixed weight to be applied to each user terminal from among a plurality of fixed weights based on information fed back from the user terminal.
  • FIG. 4 shows an example of a synchronization signal transmission method to which beamforming is applied.
  • FIG. 4A schematically shows a transmission image of a synchronization signal transmitted from the MM base station.
  • FIG. 4B shows the synchronization signal transmitted from the MM base station on the time axis and the frequency axis.
  • the MM base station changes the transmission beam having a narrow beam width in the azimuth direction at every time interval ⁇ , so that beam forming is performed on the entire Massive-MIMO cell at a predetermined total time T. Send the applied sync signal.
  • MM After the base station at the timing t 1 has transmitted a narrow beam in a direction of MM cells, at timing t 2 by shifting the transmission direction only azimuth beamwidth ⁇ transmits a narrow beam.
  • the BF-SS signal transmitted at each time interval ⁇ can be transmitted using the bandwidth of the entire system of the communication system (see FIG. 4B).
  • the synchronization signal to which different weights are applied has identification information (beam ID), and the synchronization signal received by the user terminal can be specified.
  • FIG. 4 shows a case where the synchronization signal is scanned in two dimensions (2D), it may be scanned in three dimensions (3D).
  • 3D three dimensions
  • all the user terminals located in the area of the Massive-MIMO cell by adding an elevation angle direction to the transmission direction of a narrow beam for transmitting a synchronization signal and changing the azimuth angle direction and the elevation angle direction at every time interval ⁇ Can be scanned.
  • the elevation direction is orthogonal to the horizontal direction, and the direction indicated by an angle in which the angle indicating the downward (or upward) direction is 0 ° and the angle indicating the horizontal direction is 90 °. It is defined as
  • the user terminal feeds back information related to the identification information (beam ID) of the synchronization signal detected during the cell search to the MM base station.
  • the MM base station can grasp the weight information corresponding to the specific synchronization signal.
  • the MM base station can use the weight information in wireless communication with the connected user terminal.
  • the user terminal performs a cell search in the MM cell and is connected to the MM base station.
  • the MM base station determines a data transmission method for the user terminal. Specifically, as the data transmission method, the weight type and / or the number of transmission streams to be applied to the data signal are determined. As the weight type, there is a fixed weight in which a predetermined weight is defined in advance, or an adaptive weight that appropriately generates a weight based on channel state information fed back from the user terminal.
  • the MM base station is based on information such as control information from an upper node (for example, a macro base station), a request signal from a terminal, a cell search result (number of received beams of a user terminal, beam ID, reception quality of each beam), and the like.
  • control information from an upper node (for example, a macro base station), a request signal from a terminal, a cell search result (number of received beams of a user terminal, beam ID, reception quality of each beam), and the like.
  • the transmission method (weight type and number of transmission streams) is comprehensively determined.
  • FIG. 5 shows an example of determination examples of the weight type and the number of transmission streams.
  • the transmission method is determined based on the number of transmission streams requested from the user terminal, the priority of data signal transmission to the user terminal, the number of received beams of the user terminal in the cell search, and the reception quality of the received beam. Is shown.
  • the example shown in FIG. 5 is an example, and the present embodiment is not limited to this.
  • Example 1 of FIG. 5 the number of requested streams from the user terminal is 3, but considering that the number of synchronization signal beams received in the cell search is 2, and that the priority is high. Let the number of streams be 2. In addition, a fixed weight is selected in consideration of the fact that the reception quality is at a medium level.
  • Example 2 of FIG. 5 the number of streams is 4 in consideration of the fact that the number of requested streams from the user terminal is 4, the number of sync signal beams received in the cell search is 3, and the priority is normal. Is 2.
  • An adaptive weight is selected in consideration of the high reception quality.
  • Example 3 of FIG. 5 the number of requested streams from the user terminal is 2, and the number of sync signal beams received in the cell search is 2, but considering that the priority is low and the reception quality is low.
  • the number of streams is 1, and a fixed weight is selected.
  • the data signal transmission method is preferably determined by the MM base station, but can also be determined by an upper node (for example, a macro base station) or a user terminal.
  • an upper node for example, a macro base station
  • a user terminal for example, a user terminal
  • the transmission method is determined by a device other than the MM base station, at least the MM base station is notified of the determined transmission method.
  • the transmission method is determined by the macro base station, it is notified to the MM base station via the backhaul link (X2 interface, optical fiber, etc.).
  • a data signal transmission method is determined by the MM base station or the macro base station, information regarding the transmission method may be notified to the user terminal. By grasping the data signal transmission method on the user terminal side, it is possible to reduce the load of the reception operation.
  • a data signal is spatially multiplexed and transmitted, but in this embodiment, in addition to spatial multiplexing, other multiplexing schemes (for example, frequency multiplexing and time multiplexing) are combined for data.
  • a signal can be transmitted.
  • the reference signal for channel estimation may be a reference signal on which the user terminal performs channel estimation.
  • the MM base station determines whether or not to apply a weight to the reference signal according to the selected weight type (fixed weight or adaptive weight).
  • a weight type fixed weight or adaptive weight.
  • a downlink reference signal CSI-RS, DM-RS, CRS, etc.
  • CSI-RS downlink reference signal
  • DM-RS Downlink Reference Signal
  • CRS CRNTI
  • a new reference signal may be defined.
  • the MM base station applies a fixed weight to a data signal and transmits it in one stream when, for example, the traffic to the user terminal is low or the priority of data signal transmission is low To do.
  • the MM base station applies a fixed weight that is the same as the fixed weight of the synchronization signal (predetermined beam ID) received at the user terminal during the above-described cell search to the channel estimation reference signal and transmits it. be able to.
  • the MM base station applies the fixed weight applied to the channel estimation reference signal to the data signal and transmits the data signal.
  • a fixed weight is selected as a data signal transmission method, for example, DM-RS in an existing system can be used as a channel estimation signal.
  • the MM base station can perform beam forming based on high channel estimation accuracy by determining a fixed weight to be applied using the fixed weight (beam ID) acquired at the time of the cell search described above.
  • the fixed weight used by the MM base station is not limited to the configuration using the fixed weight acquired at the time of the cell search described above, and may be determined based on information on the fixed weight acquired by another method.
  • the MM base station applies an adaptive weight to a data signal, for example, when there is little traffic to the user terminal or when the priority of data signal transmission is low but the reception status is good And transmit in one stream.
  • the MM base station transmits a reference signal for channel estimation without applying beamforming.
  • the user terminal measures the channel state based on the reference signal.
  • the MM base station acquires channel state information fed back from the user terminal, generates a transmission weight based on the channel state information, and applies the generated weight to the data signal.
  • an adaptive weight is selected as a data signal transmission method, for example, CRS, CSI-RS, etc. in an existing system can be used as a reference signal not applied with beamforming.
  • an optimum weight can be generated according to the channel state for a user terminal (for example, UE2 in FIG. 3 above) located in the vicinity of the MM base station. Communication quality can be improved.
  • the MM base station applies a fixed weight to a data signal and multiplexes with a plurality of streams when, for example, there is a lot of traffic to the user terminal or when the priority of data signal transmission is high. Send.
  • the MM base station generates reference signals for channel estimation using the same number of orthogonal sequences as the number of transmission streams, and applies a fixed weight to each reference signal separately.
  • the fixed weight the same fixed weight as the fixed weight of the synchronization signal (beam ID) received by the user terminal at the time of the cell search described above can be applied.
  • the MM base station performs multiplex transmission by applying a plurality of fixed weights to the data signal transmitted in each stream.
  • a large number of data signals can be transmitted by applying beamforming with a plurality of streams to a user terminal (for example, UE1 in FIG. 3) located away from the MM base station.
  • a user terminal for example, UE1 in FIG. 3
  • orthogonal sequences applied to a plurality of reference signals can be frequency-multiplexed and / or time-multiplexed sequences.
  • the fixed weight used by the MM base station is not limited to the configuration using the fixed weight acquired at the time of the cell search described above, and may be determined based on information on the fixed weight acquired by another method.
  • the MM base station applies an adaptive weight to a data signal when, for example, the reception status of the user terminal is good and there is a lot of traffic or the priority of data signal transmission is high. And send in multiple streams.
  • the MM base station transmits a plurality of channel estimation reference signals orthogonal to each other by orthogonal sequences without applying beamforming.
  • the user terminal measures the channel state of each stream based on each reference signal.
  • the MM base station acquires channel state information of each stream fed back from the user terminal, and generates a transmission weight corresponding to each stream based on the channel state information.
  • the generated transmission weight is applied to the data signal transmitted in each stream.
  • an optimum weight is generated according to the channel state, and beamforming is applied with a plurality of streams to A data signal can be transmitted.
  • a transmission method or the like may be determined according to the state of each user terminal.
  • the reference signal suitable for the transmission method of each user terminal may be multiplexed in the time direction and transmitted.
  • the user terminal estimates a channel state based on a channel estimation reference signal transmitted from the MM base station and generates a reception weight.
  • the channel estimation reference signal also functions as a demodulation reference signal for demodulating the data signal.
  • the load on a reception operation is reduced based on the information on the transmission method. It becomes possible.
  • the user terminal estimates a channel state using a channel estimation reference signal transmitted from the MM base station, and calculates a transmission / reception weight in the user terminal. Further, the channel state is transmitted to the MM base station by some method. In this case, the user terminal may feed back the estimation result as a channel state to the MM base station via an upper node (for example, a macro base station). Alternatively, the user terminal transmits a reference signal to which the transmission weight calculated by the user terminal is applied to the MM base station, and the MM base station receives the reference signal to estimate the channel state. Good. Note that which method should be used may be determined appropriately according to the system or the like.
  • a channel estimation reference signal (for example, SRS) may be transmitted from the user terminal, and the uplink channel state may be estimated using the reference signal transmitted from the terminal by the MM base station.
  • the user terminal may use the transmission weight for the reference signal or may not use the transmission weight.
  • the MM base station can generate a reception weight based on the uplink channel state.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation in the case of transmitting a data signal by applying beamforming from the MM base station according to the present embodiment.
  • the user terminal performs a cell search in the MM cell and is connected to the MM base station.
  • the MM base station determines a data signal transmission method (ST101). Specifically, the MM base station determines a weight type (fixed weight or adaptive weight) to be applied to beamforming based on control information transmitted from an upper node (for example, a macro base station) (ST101a). Then, the number of transmission streams is determined (ST101b). The transmission method is based on information such as control information from a higher-level node (for example, a macro base station), a request signal from a terminal, a cell search result (number of received beams of user terminals, reception quality of each beam), and the like. Judgment.
  • a higher-level node for example, a macro base station
  • a request signal from a terminal for example, a request signal from a terminal
  • a cell search result number of received beams of user terminals, reception quality of each beam
  • the MM base station When applying a fixed weight and performing transmission in one stream, the MM base station multiplies a reference signal for channel estimation by a predetermined fixed weight, and performs transmission by applying beamforming (ST111).
  • the fixed weight to be applied can be determined based on information output from the database (storage unit) (ST102).
  • the predetermined fixed weight selected by the MM base station as described above, a fixed weight corresponding to a predetermined synchronization signal (beam ID) acquired at the time of cell search of the user terminal can be applied.
  • the user terminal generates a reception weight by performing channel estimation based on the reference signal transmitted from the MM base station (ST112). Further, the MM base station multiplies the data signal by the same fixed weight as the fixed weight applied to the reference signal, and performs transmission by applying beamforming (ST113). Note that the reference signal for channel estimation and the data signal can be allocated and transmitted at the same timing (for example, the same subframe).
  • each of the n channel estimation reference signals is multiplied by an independent fixed weight, and different orthogonal sequences are applied. (ST121). Thereby, n reference signals orthogonal to each other can be transmitted from the MM base station by beam forming.
  • n fixed weights and n orthogonal sequences respectively applied to the reference signal corresponding to each stream can be determined by information output from the database (ST102).
  • the n fixed weights can be selected from fixed weights corresponding to a predetermined synchronization signal (beam ID) acquired at the time of cell search of the user terminal.
  • the user terminal performs channel estimation of each stream based on the n channel estimation reference signals transmitted from the MM base station, and generates reception weights (ST122). Further, the MM base station multiplies the data signal transmitted in each stream by the same weight as the weight applied to the reference signal of each stream, and performs transmission by applying beamforming (ST123). Note that the reference signal for channel estimation and the data signal can be allocated and transmitted at the same timing (for example, the same subframe).
  • the MM base station When applying the adaptive weight and transmitting with one stream, the MM base station transmits a reference signal for channel estimation without performing beamforming (weight multiplication) (ST131).
  • the user terminal performs channel estimation based on the channel estimation reference signal transmitted from the MM base station, and then transmits information on the channel state to the MM base station (ST132).
  • the MM base station receives the channel state information acquired from the user terminal (ST133), and generates a weight based on the channel state information (ST134). Then, the generated weight is multiplied by the data signal, and beam forming is applied to transmit the data signal (ST135).
  • the transmission of channel state information from the user terminal to the MM base station in ST132 is a method in which the estimation result is fed back to the MM base station via an upper node (for example, a macro base station) as a channel state as described above.
  • an upper node for example, a macro base station
  • FDD Frequency Division Duplex
  • the MM base station When transmission is performed with multiple streams (for example, n streams (n> 1)) using adaptive weights, the MM base station transmits n channel estimation reference signals without performing beamforming (weight multiplication). (ST141). The n reference signals are transmitted orthogonally to each other using n orthogonal sequences output from the database (ST102).
  • the user terminal performs channel estimation based on n channel estimation reference signals transmitted from the MM base station, and then transmits channel state information of each stream to the MM base station (ST142).
  • the MM base station receives the channel state information acquired from the user terminal (ST143), and generates n adaptive weights based on the channel state information (ST144). Then, the generated n adaptive weights are respectively multiplied by the data signal to be transmitted in each stream, and the data signal is transmitted by applying beam forming (ST145). Note that the transmission of channel state information from the user terminal to the MM base station in ST142 can use the method described in ST132 above.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining an example of an operation when the user terminal according to the present embodiment generates a reception weight based on a reference signal transmitted from the MM base station.
  • the user terminal obtains information regarding a transmission method (applied weight type and number of transmission streams) of a data signal transmitted from the MM base station (ST201).
  • the information regarding the data signal transmission method may be received from the MM base station or may be configured to be received from an upper node (for example, a macro base station).
  • ST201 is omitted when the information regarding the transmission method is not notified to the user terminal.
  • the user terminal performs channel estimation based on the channel estimation reference signal notified from the MM base station (ST202).
  • the user terminal acquires information on the weight type and the number of transmission streams to which the user terminal is applied, the load on the channel estimation operation can be reduced.
  • the user terminal determines whether beamforming is applied to the channel estimation signal (multiplying a fixed weight) (ST203), and if the signal is multiplied by a fixed weight, the reference signal for channel estimation is determined. Is used to generate a reception weight (ST205).
  • the user terminal transmits the channel estimation result (channel state information) to the MM base station (or higher-order node) using the beamforming non-application reference signal. Transmit (ST204). In this case, the user terminal can generate a reception weight based on the transmitted channel state (ST205).
  • the user terminal transmits a reference signal to which the transmission weight calculated by the user terminal is applied to the MM base station, and the MM base station receives the reference signal to estimate the channel state
  • movement method of FIG. 8 can be utilized.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the MM base station.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the user terminal.
  • FIGS. 9 and 10 are simplified to explain the characteristic part of the present embodiment, and the normal radio base station and the user terminal respectively include.
  • the configuration shall be provided.
  • the MM base station includes a transmission method determination unit 101, a reference signal processing unit 102, a transmission unit 103, a reception unit 104, and a channel (CH) information acquisition unit 105.
  • the reference signal processing unit 102 is a block that performs processing related to the reference signal. Specifically, the reference signal (RS) control unit 121, the storage unit 122, the reference signal (RS) generation unit 123, and the weight generation unit 124 (weight control) Part).
  • the transmission unit 103 is a block that performs transmission processing, and specifically includes a transmission signal generation unit 131, a transmission control unit 132, and a signal transmission unit 133.
  • the reception unit 104 is a block that performs transmission processing, and specifically includes a signal reception unit 141, a reception control unit 142, and a reception signal generation unit 143.
  • the transmission method determination unit 101 determines a data signal transmission method based on predetermined information.
  • the transmission method determination unit 101 includes information such as control information from a higher node (for example, a macro base station), a request signal from a terminal, a cell search result (the number of received beams of a user terminal, reception quality of each beam), and the like. Based on this, the transmission method (weight type and number of transmission streams) is comprehensively determined (see FIG. 5 above).
  • the reference signal control unit 121 determines and stores information (weight type and / or number of streams) to be output to the reference signal generation unit 123 and the weight generation unit 124 based on the transmission method determined by the transmission method determination unit 101.
  • the unit 122 is instructed to output predetermined information. For example, when applying a fixed weight, the reference signal control unit 121 instructs the storage unit 122 to output information related to the fixed weight to the weight generation unit 124. When transmitting with a plurality of streams, the reference signal control unit 121 instructs the storage unit 122 to output information on the orthogonal sequence to be applied to the reference signal to the reference signal generation unit 123.
  • the storage unit 122 holds information on a predetermined fixed weight applied to a reference signal and data signal transmitted to the user terminal, an orthogonal sequence applied when transmission is performed with a plurality of streams, and the like.
  • the storage unit 122 holds fixed weight information corresponding to a predetermined synchronization signal (beam ID) acquired when the user terminal performs a cell search.
  • the reference signal generation unit 123 generates a reference signal used by the user terminal for channel estimation. When transmission is performed using a plurality of streams, the reference signal generator 123 generates a reference signal according to the number of streams.
  • the weight generation unit 124 controls the weight applied to the transmission signal. Specifically, the weight generation unit 124 determines whether to apply a weight to the reference signal according to the data signal transmission method (weight type). For example, when the transmission method determination unit 101 selects a fixed weight as the weight type, the weight generation unit 124 generates a predetermined fixed weight based on the information output from the storage unit 122 by the reference signal generation unit 123. Applies to reference signal.
  • the weight generation unit 124 does not apply a weight to the reference signal generated by the reference signal generation unit 123. In this case, the weight generation unit 124 generates an adaptive weight based on the channel state information fed back from the user terminal, and applies the adaptive weight to the data signal. Alternatively, the weight generation unit 124 estimates the channel state based on the reference signal transmitted by applying the transmission weight calculated by the user terminal by the user terminal, generates an adaptive weight, and applies the adaptive weight to the data signal. May be.
  • the weight generated by the weight generator 124 is output to the transmission signal generator 131, and the transmission signal generator 131 multiplies the transmission signal by the weight.
  • 124 may have a function of multiplying a transmission signal by a weight.
  • the weight generation unit 124 when transmission is performed using a plurality of transmission streams, the weight generation unit 124 generates a plurality of weights according to each stream.
  • the transmission signal generation unit 131 generates a transmission signal based on the transmission method determined by the transmission method determination unit 101. For example, when applying a fixed weight, the transmission signal generation unit 131 generates a data signal and a reference signal to which a predetermined fixed weight is applied. When transmitting with a plurality of streams, a data signal and a reference signal corresponding to the number of streams are generated.
  • the transmission control unit 132 controls the transmission timing of the transmission signal based on the transmission control information (scheduling information).
  • the signal transmission unit 133 transmits the data signal and the reference signal generated by the transmission signal generation unit 131 based on an instruction from the transmission control unit 132.
  • the signal receiving unit 141 receives a signal transmitted from the user terminal.
  • the signal receiving unit 141 controls signal reception based on information (timing and the like) output from the reception control unit 142.
  • the reception signal generation unit 143 generates a signal received by the signal reception unit 141. For example, when the user terminal transmits a signal by applying beamforming, the reception signal generation unit 143 generates a reception signal based on the reception weight generated from the channel state.
  • the channel information acquisition unit 105 acquires information regarding the channel state transmitted from the user terminal. For example, when beam forming is not applied to the reference signal transmitted from the MM base station, the user terminal feeds back a channel estimation result (channel state information) using the reference signal to which the beam forming is not applied to the MM base station. To do. Alternatively, the user terminal transmits a reference signal to which the transmission weight calculated by itself is applied to the MM base station. Therefore, the channel information acquisition unit 105 acquires channel state information transmitted from the user terminal and outputs the channel state information to the weight generation unit 124. In addition, when the user terminal side multiplies a transmission signal (UL signal) by weight and applies beamforming, the reception unit 104 may be provided with a reception weight generation unit that generates a reception weight.
  • UL signal transmission signal
  • the antenna applied to beam forming includes a plurality of antenna elements.
  • a plurality of antenna elements can be used as one virtual antenna (antenna cluster) as shown in FIG.
  • a beam forming gain can be effectively obtained by configuring one virtual antenna with a plurality of antenna elements.
  • highly accurate channel estimation is possible. For example, when an adaptive weight is selected as the weight type, it is possible to generate a weight according to the channel state.
  • the user terminal includes a reception unit 201, a weight acquisition unit 202, and a transmission unit 203.
  • the reception unit 201 is a block that performs reception processing, and specifically includes a signal reception unit 211, a reception control unit 212, and a reception signal generation unit 213.
  • the weight acquisition unit 202 is a block that performs weight acquisition, and specifically includes a control unit 221, a storage unit 222, a channel information acquisition unit 223, and a transmission / reception weight generation unit 224.
  • the transmission unit 203 is a block that performs transmission processing, and specifically includes a transmission signal generation unit 231, a transmission control unit 232, and a signal transmission unit 233.
  • the signal receiving unit 211 receives signals (data signal, reference signal, etc.) transmitted from the MM base station or macro base station.
  • the signal receiving unit 211 controls signal reception based on information (timing and the like) output from the reception control unit 212.
  • the reception signal generation unit 213 generates a signal received by the signal reception unit 211. For example, when the MM base station transmits a signal by applying beamforming, the reception signal generation unit 213 generates a reception signal based on the reception weight output from the transmission / reception weight generation unit 224.
  • the control unit 221 controls channel estimation based on information on a transmission method (a weight type to be applied and the number of transmission streams) of a data signal transmitted from the MM base station.
  • the channel information acquisition unit 223 performs channel estimation based on a channel estimation reference signal notified from the MM base station, and acquires channel information. At this time, by using information (weight type and number of transmission streams) notified from the control unit 221, the load of the channel estimation operation can be reduced.
  • the transmission / reception weight generation unit 224 generates transmission / reception weights based on information output from the channel information acquisition unit. For example, when a fixed weight is applied to the channel estimation signal, the transmission / reception weight generation unit 224 generates a reception weight using a reference signal to which the fixed weight is applied.
  • the storage unit 222 holds information related to the transmission method output from the control unit 221 and information related to the transmission / reception weight generated by the transmission / reception weight generation unit 224. In addition, information on the transmission / reception weight generated by the transmission / reception weight generation unit 224 is output to the reception signal generation unit 213 and the transmission signal generation unit 231.
  • the transmission signal generator 231 generates a transmission signal.
  • the transmission weight generated by the transmission / reception weight generation unit 224 is applied.
  • the transmission signal generation unit 231 When beam forming is not applied to the reference signal transmitted from the MM base station, the transmission signal generation unit 231 generates a channel estimation result (channel state information) using the reference signal.
  • the signal transmission unit 233 transmits the feedback information and data signal generated by the transmission signal generation unit 231 based on an instruction from the transmission control unit 232.
  • the transmission control unit 232 controls the transmission timing of the transmission signal based on the transmission control information (scheduling information) notified from the MM base station or the macro base station.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
  • the number of carriers, the carrier bandwidth, the signaling method, the number of processing units, and the processing procedure in the above description can be appropriately changed and implemented without departing from the scope of the present invention.
  • Other modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

Landscapes

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Abstract

　Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯが適用される通信システムにおいてビームフォーミングを適用したデータ信号の送信を適切に行うこと。複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングを適用してユーザ端末にデータ信号を送信する無線基地局であって、データ信号に適用するビームフォーミング用のウェイト種別を少なくとも決定する決定部と、ユーザ端末がチャネル推定に利用する参照信号を生成する生成部と、送信信号に適用するウェイトを制御するウェイト制御部と、データ信号及び参照信号を送信する送信部と、を有し、ウェイト制御部は、ウェイト種別に基づいて参照信号に対するウェイトの適用有無を決定する。

Description

無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法
　本発明は、次世代移動通信システムにおける無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法に関する。
　ＵＭＴＳ（Universal　Mobile　Telecommunications　System）ネットワークにおいて、さらなる高速データレート、低遅延などを目的としてロングタームエボリューション（ＬＴＥ：Long　Term　Evolution）が仕様化された（非特許文献１）。また、ＬＴＥからの更なる広帯域化及び高速化を目的として、ＬＴＥの後継システムも検討されている（例えば、ＬＴＥアドバンスト、ＦＲＡ（Future　Radio　Access）などともいう（以下、「ＬＴＥ－Ａ」という））。
　さらに、ＬＴＥ－Ａ移行の移動通信システムにおいては、高周波数帯域において大量のアンテナ素子を用いたＭＩＭＯ伝送方式（Massive　MIMO（Multi　Input　Multi　Output））の適用が検討されている（以下、「Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯ」とも記す）。
　Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯ伝送方式では、大量（例えば、１００個以上）のアンテナ素子を用いてデータを送信することでデータレート（周波数利用効率）を向上させる。大量のアンテナ素子を用いてデータを送信することから、少数のアンテナ素子を用いる場合と比べて多重化に伴う伝送効率を改善でき、従来よりも高速な無線通信が可能となる。また、大量のアンテナ素子の組合せにより高度なビームフォーミングが可能となる。
　ここで、ビームフォーミング（ＢＦ）とは、複数のアンテナ素子において、それぞれの送受信信号に対して振幅、位相を制御することによって、送受信ビームに指向性を持たせ、かつビームの形状を変更できる技術である。このビームフォーミングにおいては、一般にアンテナ素子数が多いほど高度な制御が可能である。言い換えると、アンテナ素子数に応じてビーム数、各ビームの形状（水平面におけるビームの幅、垂直面におけるビームの幅等）、ビームの方向及び利得を詳細に制御できる。例えば、ビームの幅を狭くすること（すなわち、細いビームを形成すること）により、高い利得（電力密度）を得ることができる。
　一般的に、高周波数帯の伝播損失（パスロス）は、低周波数帯の伝播損失と比較して大きくなるため、高周波数帯では広いカバレッジを確保し難くなる。そのため、高周波数帯域でＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯを適用する場合、ビームフォーミングを適用することによりカバレッジを拡大してデータ送信を行うことが想定される。
　ビームフォーミングを適用する場合、送信信号に適用（乗算）するウェイト（ＢＦウェイト）を決定する必要がある。ビームフォーミング用のウェイトは、無線基地局とユーザ端末間のチャネル状態に基づいて決定することができる。既存のシステムでは、ビームフォーミングが適用されていない参照信号を用いてチャネル推定を行い、当該チャネル推定結果（チャネル状態情報）に基づいてビームフォーミング用のウェイトを決定する。
　しかしながら、Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯにおいて既存の方法を適用する場合、無線基地局から離れて位置するユーザ端末は参照信号を適切に受信できないため、チャネル推定を適切に行うことが困難となる。つまり、ユーザ端末の受信状況によっては、ビームフォーミングを適用したデータ信号の送信が出来なくなるおそれがある。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯが適用される通信システムにおいてビームフォーミングを適用したデータ信号の送信を適切に行うことができる無線基地局、ユーザ端末及び無線通信方法を提供することを目的とする。
　本発明の無線基地局は、複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングを適用してユーザ端末にデータ信号を送信する無線基地局であって、前記データ信号に適用するビームフォーミング用のウェイト種別を少なくとも決定する決定部と、前記ユーザ端末がチャネル推定に利用する参照信号を生成する生成部と、送信信号に適用するウェイトを制御するウェイト制御部と、前記データ信号及び前記参照信号を送信する送信部と、を有し、前記ウェイト制御部は、前記ウェイト種別に基づいて前記参照信号に対するウェイトの適用有無を決定することを特徴とする。
　本発明によれば、Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯが適用される通信システムにおいてビームフォーミングを適用したデータ信号の送信を適切に行うことができる。
本実施の形態に係る基地局装置が適用されるネットワーク構成の一例を示す図である。 下りリンクにおけるＢＦウェイトの乗算を示す図である。 ビームフォーミングの有無に応じた送信信号の到達範囲の概念図を示す図である。 同期信号（ＳＳ）にビームフォーミングを適用して送信する場合の一例を示す図である。 所定条件に基づいて決定されたデータ送信方法の一例を示す図である。 本実施の形態に係るＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯ基地局からデータ信号を送信する際の動作シーケンスの一例を説明図である。 本実施の形態に係るユーザ端末が受信ウェイトを生成する際の動作シーケンスの一例を説明図である。 本実施の形態に係るユーザ端末が受信ウェイトを生成する際の動作シーケンスの他の一例を説明図である。 本実施の形態に係るＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯ基地局の構成例を説明するためのブロック図である。 本実施の形態に係るユーザ端末の構成例を説明するためのブロック図である。 本実施の形態で適用可能なアンテナの一例を示す図である。
　図１は、本実施の形態に係る無線基地局（Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯ基地局（ＭＭ基地局））が適用されるネットワーク構成の概念図の一例である。図１では、本実施の形態に係るＭＭ基地局（ＭＭｅＮＢ）が、マクロセルＭのセルエリアと重畳（オーバーレイ）してＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯセル（ＭＭセル）ＭＭを形成するネットワーク構成を示している。なお、本実施の形態に係るＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯ基地局（ＭＭ基地局）が適用されるネットワーク構成は、図１に示した構成に限られない。
　図１に示すネットワーク構成において、マクロセルＭを形成する無線基地局（マクロ基地局（ＭｅＮＢ））と、Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯセル（ＭＭセル）を形成する無線基地局（ＭＭ基地局（ＭＭｅＮＢ））は、中央制御局（ＣＣ）と接続される。この中央制御局は、図示しないコアネットワークに接続される。中央制御局には、例えば、アクセスゲートウェイ装置、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）等が含まれる。なお、中央制御局の一部又は全部の機能をマクロ基地局に設けた構成としてもよい。
　ユーザ端末（ＵＥ）は、マクロセルＭに位置する場合にマクロ基地局と通信可能に構成され、Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯセルＭＭに位置する場合にはマクロ基地局に加えてＭＭ基地局と通信可能に構成される。なお、本実施の形態におけるユーザ端末は、移動端末装置も固定端末装置も含む。
　図１に示す構成においては、例えば、制御メッセージを取り扱う制御プレーン（Ｃ（Ｃｏｎｔｒｏｌ）－ｐｌａｎｅ）がマクロセルＭによってサポートされる。一方、ユーザデータを取り扱うユーザプレーン（Ｕ（Ｕｓｅｒ）－ｐｌａｎｅ）がＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯセルＭＭによってサポートされる。また、図１に示す構成においては、マクロセルＭとＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯセルＭＭとを異なる周波数帯で運用できる。例えば、マクロセルＭがサポートするＣ－ｐｌａｎｅを低周波数帯（例えば、２ＧＨｚ帯）で運用し、Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯセルＭＭがサポートするＵ－ｐｌａｎｅを高周波数帯（例えば、１０ＧＨｚ帯）で運用できる。
　なお、図１では、ＭＭセルがマクロセルにオーバーラップして配置される場合について示しているが、本実施の形態はこれに限られない。ＭＭセルが、広範囲をカバーする無線ＬＡＮ（Local　Area　Network）や有線ＬＡＮにオーバーラップする構成としてもよい。また、ＭＭセルを、他の無線基地局やネットワークとオーバーラップせずに配置してもよい。
　ＭＭ基地局は、ＭＭセルに位置するユーザ端末に対してＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯ伝送方式を用いて信号伝送を行うことができる。より具体的には、ＭＭ基地局は、複数のアンテナ素子を用いて、各送信信号に対して振幅、位相を制御することによって、各ユーザ端末に指向性を有する送信ビームを形成（ビームフォーミング）して信号伝送を行うことができる。
　なお、図１に示すように、ユーザ端末がマクロ基地局及びＭＭ基地局の双方に接続可能である場合、Ｃ－ｐｌａｎｅ及びＵ－ｐｌａｎｅを分離して制御することができる。例えば、ユーザ端末に対して、マクロ基地局からユーザデータ（データ信号）の受信に必要な制御情報を送信する一方、ＭＭ基地局からユーザデータを送信することができる。また、マクロ基地局から制御情報の一部を送信する一方、ＭＭ基地局から制御情報の残り及びユーザデータを送信することもできる。
　ところで、Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯ伝送方式においては、例えば、１０ＧＨｚ以上の高周波数帯を用いることが検討されている。高周波数帯の伝播損失（パスロス）は、低周波数帯の伝播損失と比較して大きくなるため、高周波数帯では低周波数帯と比較して広いカバレッジを確保し難くなる。そのため、高周波数帯域でＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯを適用する場合、上述したように、ビームフォーミングを適用することによりカバレッジを拡大してデータ送信を行うことが望ましい。
　上述したように、ビームフォーミングを適用する場合、送信信号に適用するビームフォーミング用のウェイト（ＢＦウェイト）を決定するため、チャネル状態情報が必要となる。例えば、無線基地局からユーザ端末にビームフォーミングによりデータ信号を送信する場合（下りリンク送信の場合）、無線基地局ではチャネル状態に応じた送信ウェイトを送信信号に乗算し、ユーザ端末では受信ウェイトを受信信号に乗算する（図２参照）。なお、図２では、下りリンクの例を示しており、上りリンクの場合、ユーザ端末が送信信号に送信ウェイトを乗算し、無線基地局が受信信号に受信ウェイトを乗算する。
　つまり、ビームフォーミングを適用してデータ信号の送信を行う場合、無線基地局とユーザ端末間のチャネル状態に関する情報を把握して、ビームフォーミング用のウェイトを決定する必要がある。既存のシステムでは、ビームフォーミング（ウェイト）が適用されていない参照信号（例えば、チャネル状態測定用参照信号（ＣＳＩ－ＲＳ））を用いてチャネル推定を行い、推定結果（チャネル状態情報（ＣＳＩ））に基づいてウェイトを決定する。
　一方で、ＭＭセルで高周波数帯を適用する場合、ＭＭ基地局からビームフォーミングを適用して送信する信号と、ビームフォーミングを適用せずに送信する信号の到達範囲は大きく異なるおそれがある。図３に、ビームフォーミングの適用有無に応じて、ＭＭ基地局から送信される信号の到達範囲の概念図を示す。
　図３に示すように、ビームフォーミングが適用されるデータ信号の到達範囲（カバレッジＣ１）は、ビームフォーミングが適用されない参照信号の到達範囲（カバレッジＣ２）と比べて、所定方向に拡大する。したがって、既存の方法を用いてチャネル推定を行う場合、カバレッジＣ２の範囲内に位置するユーザ端末ＵＥ２は、ビームフォーミング非適用の参照信号に基づいてチャネル状態を適切に推定できるため、ビームフォーミング用のウェイトを適切に決定することができる。
　一方で、カバレッジＣ２の範囲外かつカバレッジＣ１の範囲内に位置するユーザ端末ＵＥ１は、ビームフォーミング非適用の参照信号を用いてチャネル推定を行うことができない。その結果、ＭＭ基地局は、当該ユーザ端末ＵＥ１に送信するデータ信号（及びチャネル推定用の参照信号）に適用するウェイトを決定することが出来ず、ビームフォーミングの適用が困難となる。
　このように、ユーザ端末の状況（受信品質、ＭＭ基地局からの距離等）によっては、ビームフォーミングを適用したデータ信号の送信が出来なくなるおそれがある。例えば、ＭＭ基地局は、受信品質が良好なユーザ端末（図３のユーザ端末ＵＥ２）に対しては、ビームフォーミング非適用の参照信号に基づいてウェイトを決定してビームフォーミングを行うことができる。一方で、受信品質が悪いユーザ端末（図３のユーザ端末ＵＥ１）に対しては、ビームフォーミング非適用の参照信号に基づいてウェイトを決定することができない。
　そこで、本発明者等は、ユーザ端末の受信状況を考慮して特定のユーザ端末に対して、チャネル推定用参照信号及びデータ信号に固定ウェイトを適用してビームフォーミングを行うことにより、ビームフォーミング非適用の参照信号を受信できないユーザ端末に対しても、適切にビームフォーミングを適用できることを着想した。
　具体的には、ユーザ端末の受信状況（例えば、受信品質、受信ビーム数等）に基づいて当該ユーザ端末に対するデータ信号の送信方法（適用するウェイト種別やストリーム数）を決定する。そして、当該送信方法に基づいてユーザ端末に送信するチャネル推定用の参照信号の種類や送信方法（ウェイトの適用有無やストリーム数）を制御する。これにより、各ユーザ端末に対して適切なウェイトを設定してビームフォーミングを適用することが可能となる。
　以下に、本実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、ＭＭ基地局がユーザ端末に対するデータ送信方法を決定する段階において、当該ユーザ端末がＭＭセルにおいてセルサーチを行い、ＭＭ基地局と接続済みの状態を想定している。
　まず、ＭＭ基地局とユーザ端末との接続動作について簡単に説明する。なお、本実施の形態で適用可能な接続動作は以下に説明する方法に限られない。
　ＭＭ基地局は、セルサーチに適用される同期信号（ＳＳ信号）として、異なる固定ウェイトが適用された複数の送信ビームを適用することができる。つまり、ＭＭ基地局は、同期信号にビームフォーミングを適用し、ビーム幅が狭い送信ビームを複数生成して送信する。この場合、ＭＭ基地局は、異なるウェイトが適用された各同期信号にそれぞれ識別情報（例えば、ビームＩＤ）を含めて送信する。
　ユーザ端末は、ＭＭ基地局からビームフォーミングが適用されて送信される複数の同期信号の中から、検出した同期信号の識別子（ビームＩＤ）や受信品質（ＲＳＲＰ、ＲＳＲＱ等）をフィードバックする。
　これにより、ユーザ端末がＭＭ基地局からある程度離れた位置に存在する場合であっても、ユーザ端末において同期信号を検出でき、適切にセルサーチ処理を行うことが可能となる。また、ＭＭ基地局は、ユーザ端末からフィードバックされた情報に基づいて、複数の固定ウェイトの中から各ユーザ端末に適用する所定の固定ウェイトを決定することが可能となる。
　図４に、ビームフォーミングを適用した同期信号の送信方法の一例を示す。図４Ａは、ＭＭ基地局から送信される同期信号の送信イメージを模式的に示している。図４Ｂは、ＭＭ基地局から送信される同期信号を時間軸及び周波数軸上に示している。ＭＭ基地局は、図４Ａに示すように、ビーム幅が狭い送信ビームを方位角方向に時間間隔τ毎に変更することで、予め定めた総時間ＴにおいてＭａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯセルの全体にビームフォーミングが適用された同期信号を送信する。
　例えば、ＭＭ基地局は、タイミングｔ１でＭＭセルのある方向に向けて狭いビームを送信した後、タイミングｔ２でビーム幅Φだけ方位角方向に送信方向をずらして狭いビームを送信する。時間間隔τ毎に送信されるＢＦ－ＳＳ信号は、通信システムのシステム全体の帯域幅を利用して送信することができる（図４Ｂ参照）。異なるウェイトが適用された同期信号は識別情報（ビームＩＤ）を有しており、ユーザ端末で受信した同期信号を特定することができる。
　なお、図４では、同期信号を二次元（２Ｄ）で走査する場合を示したが、三次元（３Ｄ）で走査してもよい。例えば、同期信号の送信用の狭いビームの送信方向に仰角方向を追加し、方位角方向及び仰角方向に時間間隔τ毎に変更することにより、Ｍａｓｓｉｖｅ－ＭＩＭＯセルのエリアに位置する全てのユーザ端末を走査することが可能となる。なお、本明細書において、仰角方向とは水平方向に直交し、かつ、下方（または上方）に向かう向きを示す角度を０°とし、水平方向を示す角度を９０°とする角度によって示される方向と定義する。
　また、ユーザ端末は、セルサーチの際に検出した同期信号の識別情報（ビームＩＤ）に関する情報をＭＭ基地局にフィードバックする。これにより、ＭＭ基地局は、特定の同期信号に対応するウェイト情報を把握することができる。ＭＭ基地局は、当該ウェイト情報を、接続後のユーザ端末との無線通信において利用することができる。以下の説明では、ユーザ端末がＭＭセルにおいてセルサーチを行い、ＭＭ基地局と接続済みの状態を想定する。
＜データ信号の送信方法の決定＞
　まず、ＭＭ基地局は、ユーザ端末に対するデータ送信方法を決定する。データ送信方法として、具体的には、データ信号に適用するウェイト種別及び／又は送信ストリーム数を決定する。ウェイト種別としては、あらかじめ所定のウェイトが定義されている固定ウェイト、又はユーザ端末からフィードバックされるチャネル状態情報に基づいて適宜ウェイトを生成する適応ウェイトがある。
　ＭＭ基地局は、上位ノード（例えば、マクロ基地局）からの制御情報、端末からの要求信号、セルサーチ結果（ユーザ端末の受信ビーム数、ビームＩＤ、各ビームの受信品質）等の情報に基づいて、送信方法（ウェイト種別や送信ストリーム数）を総合的に判断する。図５に、ウェイト種別と送信ストリーム数の判断例の一例を示す。
　図５では、ユーザ端末から要求される送信ストリーム数、ユーザ端末に対するデータ信号送信の優先度、セルサーチにおけるユーザ端末の受信ビーム数、当該受信ビームの受信品質に基づいて、送信方法を決定する場合を示している。なお、図５に示す例は一例であり、本実施の形態はこれに限られない。
　図５の例１では、ユーザ端末からの要求ストリーム数が３となっているが、セルサーチにおいて受信できた同期信号のビーム数が２となっている点、優先度が高い点を考慮して、ストリーム数を２とする。また、受信品質が中レベルである点を考慮して固定ウェイトを選択する。
　図５の例２では、ユーザ端末からの要求ストリーム数が４、セルサーチにおいて受信できた同期信号のビーム数が３となっている点、優先度が通常である点を考慮して、ストリーム数を２とする。また、受信品質が高い点を考慮して適応ウェイトを選択する。
　図５の例３では、ユーザ端末からの要求ストリーム数が２、セルサーチにおいて受信できた同期信号のビーム数が２となっているが、優先度が低く、受信品質が低い点を考慮して、ストリーム数１とし、固定ウェイトを選択する。
　なお、データ信号の送信方法は、ＭＭ基地局で決定することが好ましいが、上位ノード（例えば、マクロ基地局）又はユーザ端末で決定することも可能である。なお、ＭＭ基地局以外で送信方法を決定した場合、決定した送信方法を少なくともＭＭ基地局に通知する。例えば、マクロ基地局で送信方法を決定した場合には、バックホールリンク（Ｘ２インタフェース、光ファイバ等）を介してＭＭ基地局に通知する。
　また、ＭＭ基地局又はマクロ基地局でデータ信号の送信方法を決定した場合、当該送信方法に関する情報をユーザ端末に通知してもよい。ユーザ端末側でデータ信号の送信方法を把握することにより、受信動作の負荷を低減することができる。
　なお、ここでは、データ信号を空間多重して送信する場合を示しているが、本実施の形態では、空間多重に加えて他の多重化方式（例えば、周波数多重や時間多重）を組み合わせてデータ信号を送信することができる。
＜チャネル推定用信号の送信方法の決定＞
　ＭＭ基地局は、データ信号の送信方法を決定した後、当該データ信号の送信方法に基づいて、チャネル推定用の参照信号の種類（信号構成等）や送信方法（ビームフォーミング（ウェイト）適用有無、及び／又は送信ストリーム数）を決定する。チャネル推定用の参照信号は、ユーザ端末がチャネル推定を行う参照信号であればよい。
　具体的に、ＭＭ基地局は、選択するウェイト種別（固定ウェイト又は適応ウェイト）に応じて、参照信号に対するウェイトの適用有無を決定する。参照信号としては、既存システムの下り参照信号（ＣＳＩ－ＲＳ、ＤＭ－ＲＳ、ＣＲＳ等）をリユースしてもよいし、新しい参照信号を定義してもよい。
　以下に、データ信号の送信方法に応じたチャネル推定用参照信号の送信方法について具体的に説明する。なお、以下の説明では、ウェイト種別及びストリーム数の双方を考慮する場合について示すが、これに限られない。例えば、チャネル推定用参照信号に対するビームフォーミング適用の有無については、ウェイト種別のみを考慮して決定することも可能である。
（１）固定ウェイト適用・１ストリーム送信
　ＭＭ基地局は、例えば、ユーザ端末に対するトラフィックが少ない場合、又はデータ信号送信の優先度が低い場合に、データ信号に固定ウェイトを適用して１ストリームで送信する。この場合、ＭＭ基地局は、例えば、上述したセルサーチの際にユーザ端末で受信した同期信号（所定ビームＩＤ）の固定ウェイトと同一の固定ウェイトをチャネル推定用の参照信号に適用して送信することができる。
　また、ＭＭ基地局は、チャネル推定用の参照信号に適用した固定ウェイトをデータ信号に対しても適用してデータ信号の送信を行う。データ信号の送信方法として固定ウェイトを選択する場合、チャネル推定用信号として、例えば、既存システムにおけるＤＭ－ＲＳを利用することができる。
　固定ウェイトを適用することにより、ＭＭ基地局から離れて位置するユーザ端末（例えば、上記図３のＵＥ１）に対しても、ビームフォーミングを適用してデータ信号の送信を適切に行うことができる。また、ＭＭ基地局は、上述したセルサーチの際に取得した固定ウェイト（ビームＩＤ）を用いて適用する固定ウェイトを決定することにより、高いチャネル推定精度に基づいてビームフォーミングを行うことができる。
　なお、ＭＭ基地局が利用する固定ウェイトは、上述したセルサーチの際に取得した固定ウェイトを利用する構成に限られず、他の方法で取得した固定ウェイトの情報に基づいて決定してもよい。
（２）適応ウェイト適用・１ストリーム送信
　ＭＭ基地局は、例えば、ユーザ端末に対するトラフィックが少ない場合、又はデータ信号送信の優先度は低いが受信状況が良好な場合に、データ信号に適応ウェイトを適用して１ストリームで送信する。この場合、ＭＭ基地局は、ビームフォーミングを適用せずにチャネル推定用の参照信号を送信する。ユーザ端末は、当該参照信号に基づいてチャネル状態を測定する。
　そして、ＭＭ基地局は、ユーザ端末からフィードバックされたチャネル状態情報を取得して、当該チャネル状態情報に基づいて送信ウェイトを生成し、データ信号に生成したウェイトを適用する。データ信号の送信方法として適応ウェイトを選択する場合、ビームフォーミング非適用の参照信号として、例えば、既存システムにおけるＣＲＳ、ＣＳＩ－ＲＳ等を利用することができる。
　適応ウェイトを適用することにより、ＭＭ基地局の近傍に位置するユーザ端末（例えば、上記図３のＵＥ２）に対しては、チャネル状態に応じて最適なウェイトを生成することが出来るため、データ信号の通信品質を向上することができる。
（３）固定ウェイト適用・複数ストリーム送信
　ＭＭ基地局は、例えば、ユーザ端末に対するトラフィックが多い場合、又はデータ信号送信の優先度が高い場合に、データ信号に固定ウェイトを適用して複数ストリームで多重送信する。この場合、ＭＭ基地局は、送信ストリーム数と同数の直交系列を利用してチャネル推定用の参照信号を生成すると共に、各参照信号にそれぞれ別々に固定ウェイトを適用する。
　固定ウェイトとしては、上述したセルサーチの際にユーザ端末で受信した同期信号（ビームＩＤ）の固定ウェイトと同一の固定ウェイトを適用することができる。また、ＭＭ基地局は、各ストリームで送信するデータ信号に対しても複数の固定ウェイトをそれぞれ適用して、多重送信を行う。
　これにより、ＭＭ基地局から離れて位置するユーザ端末（例えば、上記図３のＵＥ１）に対しても、複数ストリームでビームフォーミングを適用して多くのデータ信号を送信することができる。なお、複数の参照信号に適用する直交系列は、周波数多重及び／又は時間多重させる系列とすることができる。
　なお、ＭＭ基地局が利用する固定ウェイトは、上述したセルサーチの際に取得した固定ウェイトを利用する構成に限られず、他の方法で取得した固定ウェイトの情報に基づいて決定してもよい。
（４）適応ウェイト適用・複数ストリーム送信
　ＭＭ基地局は、例えば、ユーザ端末の受信状況が良好であって、トラフィックが多い又はデータ信号送信の優先度が高い場合に、データ信号に適応ウェイトを適用して複数ストリームで送信する。この場合、ＭＭ基地局は、ビームフォーミングを適用せずに互いに直交系列により直交された複数のチャネル推定用の参照信号を送信する。ユーザ端末は、各参照信号に基づいて各ストリームのチャネル状態を測定する。
　そして、ＭＭ基地局は、ユーザ端末からフィードバックされた各ストリームのチャネル状態情報を取得して、当該チャネル状態情報に基づいて各ストリームに対応する送信ウェイトを生成する。生成した送信ウェイトは、各ストリームで送信するデータ信号に適用する。
　これにより、ＭＭ基地局の近傍に位置するユーザ端末（例えば、上記図３のＵＥ２）に対しては、チャネル状態に応じて最適なウェイトを生成すると共に複数ストリームでビームフォーミングを適用して多くのデータ信号を送信することができる。
　なお、複数のユーザ端末が存在する場合、各ユーザ端末の状態に応じて、それぞれ送信方法などを決定してもよい。また、かかる場合、各ユーザ端末のそれぞれの送信方法にあった参照信号を時間方向などで多重して送信してもよい。
＜ユーザ端末の動作＞
　ユーザ端末は、データ信号に固定ウェイトが適用される場合、ＭＭ基地局から送信されるチャネル推定用の参照信号に基づいてチャネル状態を推定して受信ウェイトを生成する。この場合、チャネル推定用の参照信号はデータ信号を復調するための復調用参照信号としても機能する。また、ユーザ端末が、データ信号の送信方法（適用するウェイト種別及び／又はストリーム数）に関する情報を取得する場合、当該送信方法に関する情報に基づいて受信動作（チャネル推定処理等）の負荷を低減することが可能となる。
　また、ユーザ端末は、データ信号に適応ウェイトが適用される場合、ＭＭ基地局から送信されるチャネル推定用の参照信号を用いてチャネル状態を推定し、ユーザ端末における送受信ウェイトを算出する。さらに、ＭＭ基地局へ何らかの方法を用いて、チャネル状態を伝達する。この場合、ユーザ端末は、推定結果をチャネル状態として上位ノード（例えば、マクロ基地局）を経由してＭＭ基地局にフィードバックしてもよい。または、ユーザ端末が、ＭＭ基地局に対して、当該ユーザ端末で算出される送信ウェイトを適用した参照信号を送信し、ＭＭ基地局が当該参照信号を受信することによってチャネル状態を推定してもよい。なお、どちらの方法を用いるかは、システムなどに応じて、適切なものを決定すればよい。
　なお、上述した説明ではＴＤＤを適用する場合を想定しているが、本実施の形態はＦＤＤに適用することも可能である。ＦＤＤでは、下りリンクと上りリンクで異なる周波数帯を適用するため、下りリンクとは別に上りリンクのチャネル状態を推定する必要がある。このため、上りリンクについては、ユーザ端末からチャネル推定用の参照信号（例えば、ＳＲＳ）を送信し、ＭＭ基地局が端末から送信される参照信号を用いて上りリンクのチャネル状態を推定すればよい。この場合、ユーザ端末は、参照信号に送信ウェイトを使用してもよいし、送信ウェイトを使用しなくてもよい。ＭＭ基地局は、当該上りリンクのチャネル状態に基づいて受信ウェイトを生成することができる。
＜動作方法＞
　次に、ＭＭ基地局及びユーザ端末の動作について説明する。図６は、本実施の形態に係るＭＭ基地局からビームフォーミングを適用してデータ信号を送信する場合の動作を説明するためのフロー図である。なお、図６では、ユーザ端末がＭＭセルにおいてセルサーチを行い、ＭＭ基地局と接続済みの状態を前提としている。
　図６に示すように、まず、ＭＭ基地局はデータ信号の送信方法を決定する（ＳＴ１０１）。具体的に、ＭＭ基地局は、上位ノード（例えば、マクロ基地局）から送信される制御情報等に基づいて、ビームフォーミングに適用するウェイト種別（固定ウェイト又は適応ウェイト）を決定すると共に（ＳＴ１０１ａ）、送信ストリーム数を決定する（ＳＴ１０１ｂ）。送信方法は、上位ノード（例えば、マクロ基地局）からの制御情報、端末からの要求信号、セルサーチ結果（ユーザ端末の受信ビーム数、各ビームの受信品質）等の情報に基づいて、総合的に判断する。
　固定ウェイトを適用して１ストリームで送信を行う場合、ＭＭ基地局は、チャネル推定用の参照信号に所定の固定ウェイトを乗算し、ビームフォーミングを適用して送信を行う（ＳＴ１１１）。なお、適用する固定ウェイトはデータベース（記憶部）から出力される情報に基づいて決定することができる（ＳＴ１０２）。ＭＭ基地局が選択する所定の固定ウェイトとしては、上述したように、ユーザ端末のセルサーチの際に取得した所定の同期信号（ビームＩＤ）に対応する固定ウェイトを適用することができる。
　ユーザ端末は、ＭＭ基地局から送信される参照信号に基づいてチャネル推定を行うことにより受信ウェイトを生成する（ＳＴ１１２）。また、ＭＭ基地局は、参照信号に適用した固定ウェイトと同一の固定ウェイトをデータ信号に乗算し、ビームフォーミングを適用して送信を行う（ＳＴ１１３）。なお、チャネル推定用の参照信号とデータ信号は、同一タイミング（例えば、同一サブフレーム）に割当てて送信することも可能である。
　固定ウェイトを適用して複数ストリーム（例えば、ｎストリーム（ｎ＞１））で送信を行う場合、ｎ個のチャネル推定用の参照信号にそれぞれ独立した固定ウェイトを乗算すると共に、異なる直交系列を適用する（ＳＴ１２１）。これにより、ＭＭ基地局から互いに直交するｎ個の参照信号をビームフォーミングにより送信することができる。
　また、各ストリームに対応する参照信号にそれぞれ適用するｎ個の固定ウェイト、ｎ個の直交系列はデータベースから出力される情報により決定することができる（ＳＴ１０２）。ｎ個の固定ウェイトは、上述したように、ユーザ端末のセルサーチの際に取得した所定の同期信号（ビームＩＤ）に対応する固定ウェイトから選択することができる。
　ユーザ端末は、ＭＭ基地局から送信されるｎ個のチャネル推定用の参照信号に基づいて各ストリームのチャネル推定を行って受信ウェイトを生成する（ＳＴ１２２）。また、ＭＭ基地局は、各ストリームの参照信号に適用したウェイトと同一のウェイトを各ストリームで送信するデータ信号に乗算し、ビームフォーミングを適用して送信を行う（ＳＴ１２３）。なお、チャネル推定用の参照信号とデータ信号は、同一タイミング（例えば、同一サブフレーム）に割当てて送信することも可能である。
　適応ウェイトを適用して１ストリームで送信を行う場合、ＭＭ基地局はビームフォーミング（ウェイト乗算）を行わずにチャネル推定用の参照信号を送信する（ＳＴ１３１）。ユーザ端末は、ＭＭ基地局から送信されるチャネル推定用の参照信号に基づいてチャネル推定を行った後、チャネル状態に関する情報をＭＭ基地局に伝達する（ＳＴ１３２）。ＭＭ基地局は、ユーザ端末から取得したチャネル状態情報を受信し（ＳＴ１３３）、当該チャネル状態情報に基づいてウェイトを生成する（ＳＴ１３４）。そして、生成したウェイトをデータ信号に乗算し、ビームフォーミングを適用してデータ信号の送信を行う（ＳＴ１３５）。なお、ＳＴ１３２におけるユーザ端末からＭＭ基地局へのチャネル状態情報の伝達は、上述したように、推定結果をチャネル状態として上位ノード（例えば、マクロ基地局）を経由してＭＭ基地局にフィードバックする方法、あるいは、ユーザ端末で算出された送信ウェイトが適用された参照信号を当該ユーザ端末から受信したＭＭ基地局が当該参照信号を用いてチャネル状態を推定する方法を利用することができる。なお、ＦＤＤを利用する場合には、前者の方法を利用することが好ましい。
　適応ウェイトを適用して複数ストリーム（例えば、ｎストリーム（ｎ＞１））で送信を行う場合、ＭＭ基地局はビームフォーミング（ウェイト乗算）を行わずにｎ個のチャネル推定用の参照信号を送信する（ＳＴ１４１）。ｎ個の参照信号は、データベースから出力されるｎ個の直交系列を用いて互いに直交して送信される（ＳＴ１０２）。
　ユーザ端末は、ＭＭ基地局から送信されるｎ個のチャネル推定用の参照信号に基づいてチャネル推定を行った後、各ストリームのチャネル状態情報をＭＭ基地局に伝達する（ＳＴ１４２）。ＭＭ基地局は、ユーザ端末から取得したチャネル状態情報を受信し（ＳＴ１４３）、当該チャネル状態情報に基づいてｎ個の適応ウェイトを生成する（ＳＴ１４４）。そして、生成したｎ個の適応ウェイトをそれぞれ各ストリームで送信するデータ信号に乗算し、ビームフォーミングを適用してデータ信号の送信を行う（ＳＴ１４５）。なお、ＳＴ１４２におけるユーザ端末からＭＭ基地局へのチャネル状態情報の伝達は、上記ＳＴ１３２で示した方法を利用することができる。
　図７は、本実施の形態に係るユーザ端末がＭＭ基地局から送信される参照信号に基づいて受信ウェイトを生成する場合の動作の一例を説明するためのフロー図である。まず、ユーザ端末は、ＭＭ基地局から送信されるデータ信号の送信方法（適用されるウェイト種別や送信ストリーム数）に関する情報を取得する（ＳＴ２０１）。データ信号の送信方法に関する情報は、ＭＭ基地局から受信してもよいし、上位ノード（例えば、マクロ基地局）から受信する構成としてもよい。なお、ユーザ端末に対して送信方法に関する情報を通知しない場合には、ＳＴ２０１を省略する。
　ユーザ端末は、ＭＭ基地局から通知されるチャネル推定用の参照信号に基づいてチャネル推定を行う（ＳＴ２０２）。ユーザ端末が適用されるウェイト種別や送信ストリーム数に関する情報を取得している場合には、チャネル推定動作の負荷を低減することができる。
　具体的に、ユーザ端末は、チャネル推定用信号にビームフォーミングが適用（固定ウェイトが乗算）されているか判断し（ＳＴ２０３）、固定ウェイトが乗算されている場合には、当該チャネル推定用の参照信号を用いて受信ウェイトを生成する（ＳＴ２０５）。
　一方、チャネル推定用の参照信号にビームフォーミングが適用されていない場合、ユーザ端末はビームフォーミング非適用の参照信号を用いてチャネル推定した結果（チャネル状態情報）をＭＭ基地局（又は上位ノード）に伝達する（ＳＴ２０４）。この場合、ユーザ端末は、伝達したチャネル状態に基づいて受信ウェイトを生成することができる（ＳＴ２０５）。
　なお、ユーザ端末が、ＭＭ基地局に対して、当該ユーザ端末で算出される送信ウェイトを適用した参照信号を送信し、ＭＭ基地局が当該参照信号を受信することによってチャネル状態を推定する場合、図７におけるＳＴ２０３の前に送受信ウェイトを生成する工程（ＳＴ２０５’）を設けることが好ましい（図８参照）。なお、ＴＤＤを利用する場合には、図８の動作方法を利用できる。
＜ＭＭ基地局及びユーザ端末の構成＞
　次に、本実施の形態に係るＭＭ基地局及びユーザ端末の構成例について説明する。図９は、ＭＭ基地局の構成の一例を示すブロック図である。図１０は、ユーザ端末の構成の一例を示すブロック図である。
　なお、図９、図１０に示すＭＭ基地局及びユーザ端末の構成は、本実施の形態の特徴部分を説明するために簡略化したものであり、それぞれ通常の無線基地局及びユーザ端末が具備する構成は備えているものとする。
　図９に示すように、ＭＭ基地局は、送信方法決定部１０１と、参照信号処理部１０２と、送信部１０３と、受信部１０４と、チャネル（ＣＨ）情報取得部１０５と、を有する。
　参照信号処理部１０２は、参照信号に関する処理を行うブロックであり、具体的には参照信号（ＲＳ）制御部１２１、記憶部１２２、参照信号（ＲＳ）生成部１２３及びウェイト生成部１２４（ウェイト制御部）を有している。送信部１０３は、送信処理を行うブロックであり、具体的には、送信信号生成部１３１、送信制御部１３２及び信号送信部１３３を有している。受信部１０４は、送信処理を行うブロックであり、具体的には、信号受信部１４１、受信制御部１４２及び受信信号生成部１４３を有している。
　送信方法決定部１０１は、所定の情報に基づいてデータ信号の送信方法を決定する。例えば、送信方法決定部１０１は、上位ノード（例えば、マクロ基地局）からの制御情報、端末からの要求信号、セルサーチ結果（ユーザ端末の受信ビーム数、各ビームの受信品質）等の情報に基づいて、送信方法（ウェイト種別や送信ストリーム数）を総合的に判断する（上記図５参照）。
　参照信号制御部１２１は、送信方法決定部１０１で決定された送信方法に基づいて、参照信号生成部１２３、ウェイト生成部１２４に出力する情報（ウェイト種別及び／又はストリーム数）を決定し、記憶部１２２に所定情報の出力を指示する。例えば、固定ウェイトを適用する場合、参照信号制御部１２１は、記憶部１２２に対して固定ウェイトに関する情報をウェイト生成部１２４に出力するように指示する。また、複数ストリーム数で送信する場合、参照信号制御部１２１は、記憶部１２２に対して、参照信号に適用する直交系列に関する情報を参照信号生成部１２３に出力するように指示する。
　記憶部１２２は、ユーザ端末に送信する参照信号やデータ信号に適用する所定の固定ウェイトに関する情報や、複数のストリーム数で送信を行う場合に適用する直交系列等を保持している。例えば、記憶部１２２は、ユーザ端末のセルサーチの際に取得した所定の同期信号（ビームＩＤ）に対応する固定ウェイト情報を保持する。
　参照信号生成部１２３は、ユーザ端末がチャネル推定に利用する参照信号を生成する。複数のストリーム数を用いて送信を行う場合、参照信号生成部１２３は、ストリーム数に応じた参照信号を生成する。
　ウェイト生成部１２４（ウェイト制御部）は、送信信号に適用するウェイトを制御する。具体的に、ウェイト生成部１２４は、データ信号の送信方法（ウェイト種別）に応じて、参照信号に対するウェイトの適用有無を決定する。例えば、送信方法決定部１０１が、ウェイト種別として固定ウェイトを選択した場合、ウェイト生成部１２４は記憶部１２２から出力された情報に基づいて所定の固定ウェイトを、参照信号生成部１２３で生成された参照信号に適用する。
　また、送信方法決定部１０１が、ウェイト種別として適応ウェイトを選択した場合、ウェイト生成部１２４は参照信号生成部１２３で生成された参照信号にウェイトを適用しない。この場合、ウェイト生成部１２４は、ユーザ端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいて適応ウェイトを生成し、当該適応ウェイトをデータ信号に適用する。あるいは、ウェイト生成部１２４は、ユーザ端末が自装置で算出した送信ウェイトを適用して送信した参照信号に基づいてチャネル状態を推定して適応ウェイトを生成し、当該適応ウェイトをデータ信号に適用してもよい。
　なお、図９では、ウェイト生成部１２４で生成されたウェイトを送信信号生成部１３１に出力して、送信信号生成部１３１で当該ウェイトを送信信号に乗算する場合を示しているが、ウェイト生成部１２４が、送信信号にウェイトを乗算する機能を備えていてもよい。また、複数の送信ストリームで送信を行う場合、ウェイト生成部１２４は、各ストリームに応じて複数のウェイトを生成する。
　送信信号生成部１３１は、送信方法決定部１０１で決定された送信方法に基づいて送信信号を生成する。例えば、送信信号生成部１３１は、固定ウェイトを適用する場合、所定の固定ウェイトが適用されたデータ信号及び参照信号を生成する。また、複数のストリーム数で送信する場合、ストリーム数に応じたデータ信号及び参照信号を生成する。
　送信制御部１３２は、送信制御情報（スケジューリング情報）に基づいて送信信号の送信タイミング等を制御する。信号送信部１３３は、送信制御部１３２からの指示に基づいて、送信信号生成部１３１で生成されたデータ信号や参照信号を送信する。
　信号受信部１４１は、ユーザ端末から送信される信号を受信する。また、信号受信部１４１は、受信制御部１４２から出力される情報（タイミング等）に基づいて、信号の受信を制御する。受信信号生成部１４３は、信号受信部１４１で受信した信号を生成する。例えば、ユーザ端末がビームフォーミングを適用して信号を送信する場合、受信信号生成部１４３はチャネル状態から生成された受信ウェイトに基づいて受信信号を生成する。
　チャネル情報取得部１０５は、ユーザ端末から伝達されるチャネル状態に関する情報を取得する。例えば、ＭＭ基地局から送信される参照信号にビームフォーミングが適用されていない場合、ユーザ端末は当該ビームフォーミング非適用の参照信号を用いてチャネル推定した結果（チャネル状態情報）をＭＭ基地局にフィードバックする。あるいは、ユーザ端末は自装置で算出した送信ウェイトを適用した参照信号をＭＭ基地局に送信する。したがって、チャネル情報取得部１０５は、ユーザ端末から伝達されるチャネル状態情報を取得し、ウェイト生成部１２４に出力する。なお、ユーザ端末側で送信信号（ＵＬ信号）にウェイトを乗算してビームフォーミングを適用する場合には、受信部１０４に対して受信ウェイトを生成する受信ウェイト生成部を設けた構成としてもよい。
　なお、本実施の形態において、ビームフォーミングに適用するアンテナは、複数のアンテナ素子を具備している。なお、本実施の形態のアンテナとして、図１１に示すように、複数のアンテナ素子を１個の仮想アンテナ（アンテナクラスター）として利用することができる。このように、アンテナ素子数を十分具備する場合に、複数のアンテナ素子で１個の仮想アンテナを構成することにより、ビームフォーミングゲインを効果的に得ることが出来る。その結果、高精度なチャネル推定が可能となる。例えば、ウェイト種別として適応ウェイトを選択する場合、チャネル状態に応じたウェイトの生成が可能となる。
　次に、図１０を参照してユーザ端末の構成を説明する。ユーザ端末は、受信部２０１と、ウェイト取得部２０２と、送信部２０３と、を有する。受信部２０１は、受信処理を行うブロックであり、具体的には信号受信部２１１、受信制御部２１２及び受信信号生成部２１３を有している。ウェイト取得部２０２は、ウェイト取得を行うブロックであり、具体的には制御部２２１、記憶部２２２、チャネル情報取得部２２３及び送受信ウェイト生成部２２４を有している。送信部２０３は、送信処理を行うブロックであり、具体的には送信信号生成部２３１、送信制御部２３２及び信号送信部２３３を有している。
　信号受信部２１１は、ＭＭ基地局やマクロ基地局から送信される信号（データ信号及び参照信号等）を受信する。また、信号受信部２１１は、受信制御部２１２から出力される情報（タイミング等）に基づいて、信号の受信を制御する。受信信号生成部２１３は、信号受信部２１１で受信した信号を生成する。例えば、ＭＭ基地局がビームフォーミングを適用して信号を送信する場合、受信信号生成部２１３は送受信ウェイト生成部２２４から出力される受信ウェイトに基づいて受信信号を生成する。
　制御部２２１は、ＭＭ基地局から送信されるデータ信号の送信方法（適用されるウェイト種別や送信ストリーム数）に関する情報に基づいてチャネル推定を制御する。チャネル情報取得部２２３は、ＭＭ基地局から通知されるチャネル推定用の参照信号に基づいてチャネル推定を行い、チャネル情報を取得する。この際、制御部２２１から通知される情報（ウェイト種別や送信ストリーム数）を利用することにより、チャネル推定動作の負荷を低減することができる。
　送受信ウェイト生成部２２４は、チャネル情報取得部から出力される情報に基づいて、送受信ウェイトを生成する。例えば、チャネル推定用信号に固定ウェイトが適用されている場合、送受信ウェイト生成部２２４は、固定ウェイトが適用された参照信号を用いて受信ウェイトを生成する。記憶部２２２は、制御部２２１から出力される送信方法に関する情報や、送受信ウェイト生成部２２４で生成された送受信ウェイトに関する情報を保持する。また、送受信ウェイト生成部２２４で生成された送受信ウェイトに関する情報は、受信信号生成部２１３や送信信号生成部２３１に出力される。
　送信信号生成部２３１は、送信信号を生成する。なお、ユーザ端末からビームフォーミングを適用して信号の送信を行う場合、送受信ウェイト生成部２２４で生成された送信ウェイトを適用する。また、ＭＭ基地局から送信される参照信号にビームフォーミングが適用されていない場合、送信信号生成部２３１は、当該参照信号を用いてチャネル推定した結果（チャネル状態情報）を生成する。
　信号送信部２３３は、送信制御部２３２からの指示に基づいて、送信信号生成部２３１で生成されたフィードバック情報やデータ信号を送信する。送信制御部２３２は、ＭＭ基地局又はマクロ基地局から通知された送信制御情報（スケジューリング情報）に基づいて送信信号の送信タイミング等を制御する。
　なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、様々変更して実施することが可能である。例えば、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、上記説明におけるキャリア数、キャリアの帯域幅、シグナリング方法、処理部の数、処理手順については適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することが可能である。
　本出願は、２０１３年９月６日出願の特願２０１３－１８４６５５に基づく。この内容は、すべてここに含めておく。

Claims (10)

  1. 　複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングを適用してユーザ端末にデータ信号を送信する無線基地局であって、
    　前記データ信号に適用するビームフォーミング用のウェイト種別を少なくとも決定する決定部と、
    　前記ユーザ端末がチャネル推定に利用する参照信号を生成する生成部と、
    　送信信号に適用するウェイトを制御するウェイト制御部と、
    　前記データ信号及び前記参照信号を送信する送信部と、を有し、
    　前記ウェイト制御部は、前記ウェイト種別に基づいて前記参照信号に対するウェイトの適用有無を決定することを特徴とする無線基地局。
  2. 　前記決定部は、前記ウェイト種別に加えて前記データ信号の送信に適用するストリーム数を決定し、
    　前記生成部は、前記ストリーム数に応じた参照信号を生成することを特徴とする請求項１記載の無線基地局。
  3. 　前記決定部が、前記ウェイト種別として固定ウェイトを選択した場合、前記ウェイト制御部は、前記参照信号及び前記データ信号に所定の固定ウェイトを適用し、前記送信部は、前記所定の固定ウェイトが適用された参照信号及びデータ信号を送信することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線基地局。
  4. 　前記所定の固定ウェイトは、前記ユーザ端末がセルサーチの際に検出した同期信号に適用された固定ウェイトであることを特徴とする請求項３記載の無線基地局。
  5. 　前記決定部が、前記ウェイト種別として適応ウェイトを選択した場合、前記送信部は、ビームフォーミングを適用せずに前記参照信号を送信し、前記ウェイト制御部は、前記ビームフォーミングが適用されない参照信号に対してユーザ端末からフィードバックされるチャネル状態情報に基づいてウェイトを生成し、生成したウェイトをデータ信号に適用することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線基地局。
  6. 　前記決定部が、複数のストリーム数を選択した場合、前記送信部は、各ストリームに対応する参照信号を直交させて送信することを特徴とする請求項２記載の無線基地局。
  7. 　前記決定部が、前記ウェイト種別として固定ウェイトを選択すると共に複数のストリーム数を選択した場合、前記ウェイト制御部は、各ストリームに対応する参照信号及びデータ信号にそれぞれ異なるウェイトを適用することを特徴とする請求項６記載の無線基地局。
  8. 　前記送信部は、前記ウェイト種別及び／又は前記ストリーム数に関する情報を前記ユーザ端末に通知することを特徴とする請求項２記載の無線基地局。
  9. 　複数のアンテナ素子を具備する無線基地局からビームフォーミングが適用されて送信されるデータ信号を受信するユーザ端末であって、
    　前記無線基地局から送信される参照信号に基づいてチャネル状態情報を取得する取得部と、
    　前記チャネル状態情報に基づいて受信ウェイトを生成するウェイト生成部と、
    　前記無線基地局から送信される参照信号の種別に基づいて、チャネル状態情報のフィードバックを制御するフィードバック制御部と、を有することを特徴とするユーザ端末。
  10. 　複数のアンテナ素子を具備する無線基地局と、前記無線基地局からビームフォーミングを適用して送信されるデータ信号を受信するユーザ端末と、の無線通信方法であって、
    　前記無線基地局は、前記データ信号に適用するビームフォーミング用のウェイト種別を決定する工程と、前記ユーザ端末がチャネル推定に利用する参照信号を生成する工程と、前記ウェイト種別に基づいて前記参照信号に対するウェイトの適用有無を決定する工程と、前記参照信号と前記データ信号を送信する工程と、を有し、
    　前記ウェイト種別が固定ウェイトである場合に、所定の固定ウェイトを参照信号及びデータ信号に適用して送信し、前記ウェイト種別が適応ウェイトである場合に、ビームフォーミングを適用せずに参照信号を送信することを特徴とする無線通信方法。
     
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