CN105493547A - 同步信号发送方法以及基站装置 - Google Patents

同步信号发送方法以及基站装置 Download PDF

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Abstract

充分发挥应用大规模MIMO的通信***的性能。一种基站装置，通过使用多个天线元件的波束成形，控制在小区搜索中使用的同步信号用的发送波束的发送方向，其特征在于，包括：同步信号处理单元(62)，生成包含能够识别同步信号用的发送波束的信息的同步信号，并且以规定的时间间隔变更对于同步信号的波束成形用权重；以及发送单元(64)，通过下行链路发送根据各个波束成形用权重而生成的同步信号。

Description

同步信号发送方法以及基站装置
技术领域
本发明涉及下一代移动通信***中的同步信号发送方法以及基站装置。
背景技术
在UMTS(通用移动通信***(UniversalMobileTelecommunicationsSystem))网络中，以更高速的数据速率、低延迟等作为目的，正在研究长期演进(LTE：LongTermEvolution)(非专利文献1)。此外，以从LTE进一步宽带化以及高速化为目的，也在研究LTE的后继***(例如，也有时称作LTE-advanced或LTE-enhancement(以下，称作“LTE-A”))。
在这些LTE和LTE-A中，在移动台装置UE与网络进行通信的情况下，需要用于确立同步的小区搜索处理。在小区搜索处理中，移动台装置UE检测从基站装置以一定时间间隔发送的同步信号(SS：SynchronizationSignal)，取得移动台装置UE所位于的小区(所属小区)的频率同步、定时同步以及小区ID(PCI：物理小区ID(PhysicalCellID))。基于取得的信息，移动台装置UE确定所属小区。然后，通过发送RACH(随机接入信道(RandomAccessCHannel))，从而对小区通知所属，确保通信用资源。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:3GPPTR25.913“RequirementsforEvolvedUTRAandEvolvedUTRAN”
发明内容
发明要解决的课题
另外，在LTE-A以后的移动通信***中，例如，正在研究在高频带中应用采用被细小化的大量的天线元件的MIMO(大规模MIMO(多输入多输出(MultiInputMultiOutput)))(以下，适当地称为“大规模MIMO”)。此外，通过如大规模MIMO这样采用大量的天线元件，从而能够实现更高度的波束成形。
这里，所谓波束成形，是在多个天线元件中，通过对各个发送接收信号控制幅度、相位，从而能够对发送接收波束变更指向性、波束的形状的技术。在该波束成形中，一般天线元件数越多则能够进行越高度的控制。换言之，能够根据天线元件数而详细地控制波束数、各波束的形状(水平面上的波束宽度、垂直面上的波束宽度等，以下，适当称作“波束宽度”)、波束的方向以及增益。例如，通过将波束宽度变窄(即，形成细的波束)，可以得到高的增益(功率密度)。
为了充分地发挥应用这样的大规模MIMO的通信***的性能，需要将同步信号可靠地发送给移动台装置UE，并在移动台装置UE中适当地进行小区搜索处理。但是，在现状的结构中，假设在移动台装置UE侧不能适当地进行小区搜索处理的情况，无法充分发挥通信***的性能。
本发明鉴于这一点而完成，其目的在于提供一种能够充分地发挥应用大规模MIMO的通信***的性能的同步信号发送方法以及基站装置。
用于解决课题的手段
本发明的同步信号发送方法是，一种同步信号发送方法，通过使用基站装置所具有的多个天线元件的波束成形，控制在小区搜索中使用的同步信号用的发送波束的发送方向，其特征在于，包括：同步信号处理步骤，生成包含能够识别同步信号用的发送波束的信息的同步信号，并以规定的时间间隔变更对于所述同步信号的波束成形用权重；以及发送步骤，通过下行链路发送根据各个所述波束成形用权重而生成的所述同步信号。
本发明的基站装置是，一种基站装置，通过使用多个天线元件的波束成形，控制在小区搜索中使用的同步信号用的发送波束的发送方向，其特征在于，包括：同步信号处理单元，生成包含能够识别同步信号用的发送波束的信息的同步信号，并且以规定的时间间隔变更对于所述同步信号的波束成形用权重；以及发送单元，通过下行链路发送根据各个所述波束成形用权重而生成的所述同步信号。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够充分地发挥应用大规模MIMO的通信***的性能的同步信号发送方法以及基站装置。
附图说明
图1是应用大规模MIMO的基站装置中的发送波束的到达范围的说明图。
图2是表示本实施方式的应用基站装置的网络结构的一例的图。
图3是第1方式的BF-SS信号的发送方法的说明图。
图4是第2方式的BF-SS信号的发送方法的说明图。
图5是第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中的大规模MIMO基站以及移动台之间的动作时序的说明图。
图6是用于说明第1、第2方式的大规模MIMO基站的结构例的方框图。
图7是用于说明第1、第2方式的移动台的结构例的方框图。
图8是用于说明从第1、第2方式的大规模MIMO基站发送BF-SS信号的发送动作的流程图。
图9是用于说明从第1、第2方式的大规模MIMO基站发送BF-SS信号的发送动作的流程图。
图10是用于说明第1、第2方式的移动台的BF-SS信号的接收动作的流程图。
图11是用于说明第1、第2方式的移动台的BF-SS信号的接收动作的流程图。
图12是第1变形例的BF-SS信号的发送方法的说明图。
图13是通过第1变形例的BF-SS信号的发送方法所发送的波束群的示意图。
图14是第2变形例的BF-SS信号的发送方法的说明图。
图15是第3变形例的BF-SS信号的发送方法的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
首先，说明本实施方式的基站装置中应用的大规模MIMO传输方式的概要。在大规模MIMO传输方式中，例如，通过使用100个以上的天线元件来发送数据，从而提高数据速率(频率利用效率)。由于使用100个以上的天线元件发送数据，因此与使用少数的天线元件的情况相比，能够改善伴随复用的传输效率，并且能够进行比以往更高速的无线通信。此外，可以使波束成形时的天线元件的组合的选项多样化，并且能够进行比以往更高度的波束成形。通过这样的高度的波束成形，能够期待由波束成形增益带来的接收信号功率的增加、干扰降低以及无线资源的有效利用等效果。
此外，在大规模MIMO传输方式中，例如，能够良好地使用10GHz以上的高频带。一般，天线元件的尺寸为与发送信号的波长成比例的尺寸。在高频带中，发送信号的波长相对短，可以使天线元件的尺寸小型化。因此，对于具有多个天线元件的大规模MIMO传输方式而言比较理想。此外，高频带与低频带相比，利用率相对低，容易确保宽的带宽的资源。另一方面，在使用高频带的信号传输中，传播损失增加。因此，即使在以同一发送功率进行信号传输的情况下，与使用低频带的信号传输相比，移动台装置UE中的接收信号强度也能够降低。但是，这样的接收信号强度的降低可以通过波束成形增益而覆盖。
这里，说明应用大规模MIMO传输方式的基站装置(以下，称作“大规模MIMO基站”)中的发送波束的到达范围。图1是大规模MIMO基站中的发送波束的到达范围的说明图。在图1A中，示出从一般的基站装置(不应用大规模MIMO的基站装置)输出的发送波束的到达范围，在图1B中，示出从大规模MIMO基站输出的发送波束的到达范围。另外，这里，示出图1B所示的大规模MIMO基站中进行使用高频带的信号传输，图1A所示的基站装置中进行使用低频带的信号传输的情况。
在图1A所示的一般的基站装置eNB1中，由于使用低频带进行信号传输，因此即使在形成波束宽度宽的发送波束(波及宽范围的发送波束)的情况下，发送波束也会到达远距离。另一方面，在图1B所示的大规模MIMO基站eNB2中，在形成波束宽度宽的发送波束的情况下，由于高频带的传播特性，不能使发送波束到达远距离。与此相对，在通过波束成形而形成波束宽度窄的发送波束(波及狭范围(局部范围)的发送波束)的情况下，可以使发送波束到达远距离。因此，在大规模MIMO基站中，在掌握了成为发送对象的移动台装置UE的位置(方向、距离)的基础上，通过波束成形而形成对该位置具有指向性的发送波束，从而发送用户数据。
在与这样的大规模MIMO基站之间进行无线通信的情况下，与LTE或LTE-A同样，移动台装置UE需要进行用于确立同步的小区搜索处理。但是，在从大规模MIMO基站不波束成形地发送同步信号(SS：SynchronizationSignal)的情况下，在移动台装置UE存在于远离大规模MIMO基站的位置时，同步信号的接收功率降低，会发生不能适当地进行小区搜索处理的情况。
在应用大规模MIMO的通信***中，在被波束成形的用户数据和没被波束成形的同步信号之间，在到达距离上存在差异。因此，移动台装置UE中的小区搜索处理的可否依赖于从大规模MIMO基站到移动台装置UE的距离。本发明人等着眼于伴随这样的背景的小区搜索处理的缺陷等可能成为***整体的吞吐量特性降低的原因的情况，完成了本发明。
即，本发明要点在于，在通过使用大规模MIMO基站装置所具有的多个天线元件的波束成形，控制在小区搜索中使用的同步信号用的发送波束的发送方向的同步信号发送方法中，生成包含能够识别同步信号用的发送波束的信息的同步信号，并以规定的时间间隔变更对于同步信号的波束成形用权重，通过下行链路发送根据各个波束成形用权重而生成的同步信号。
根据本发明，生成在每规定的时间间隔变更了波束成形用权重的同步信号并发送，因此能够使同步信号从大规模MIMO基站到达远距离的位置。由此，能够在移动台装置UE中适当地进行小区搜索处理，所以能够抑制由小区搜索处理的缺陷等引起的吞吐量特性的低下。尤其，根据本发明，由于各同步信号中含有能够识别同步信号用的发送波束的信息，因此在移动台装置UE中能够识别同步信号用的发送波束，所以即使在对同步信号应用波束成形的情况下，也能够适当地进行小区搜索处理。
以下，说明应用本实施方式的基站装置(大规模MIMO基站)的网络结构。图2是表示本实施方式的应用基站装置的网络结构的一例的图。在图2中，表示本实施方式的基站装置被应用于在宏小区M的小区区域内覆盖大规模MIMO小区MM的网络(例如，异构网络：HeterogeneousNetwork)结构的情况。但是，关于本实施方式的应用大规模MIMO基站的网络，不限定于覆盖的网络，能够适当变更。
在覆盖图2所示的大规模MIMO小区MM的网络(以下，适当称作“重叠网络(Overlaynetwork)”)结构中，形成宏小区M的基站装置(以下，适当称作“宏基站”)MeNB以及形成大规模MIMO小区MM的基站装置(以下，适当称作“大规模MIMO基站(MM基站)”)MMeNB与配置在宏小区M中的中央控制站CC连接。该中央控制站CC与未图示的核心网络连接。中央控制站CC中，例如，包括接入网关装置、无线网络控制器(RNC)、移动性管理实体(MME)等，但不限定于此。
移动台装置(以下，仅称作“移动台”)UE在位于宏小区M的情况下，构成为能够与宏基站MeNB进行通信，在位于大规模MIMO小区MM的情况下，构成为除了宏基站MeNB之外还能够与MM基站MMeNB进行通信。另外，为了说明的方便，以与宏基站MeNB以及MM基站MMeNB进行无线通信的是移动台UE而进行说明，更一般的也可以是包含移动终端装置和固定终端装置的用户装置(UE：UserEquipment)。
在图2所示的重叠网络结构中，例如，对控制消息进行处理的控制平面(C(Control)-plane)由宏小区M支持。另一方面，处理用户数据的用户平面(U(User)-plane)由大规模MIMO小区MM支持。此外，在图2所示的重叠网络结构中，能够将宏小区M和大规模MIMO小区MM在不同的频带下运用。例如，能够将宏小区M所支持的C-plane在2GHz带下运用，并可以将大规模MIMO小区MM所支持的U-plane在10GHz带下运用。
例如，在10GHz频带中运用大规模MIMO小区MM的情况下，MM基站MMeNB和移动台UE之间很多情况下通过不存在障碍物的视线(LoS：Line-of-Sight)连接。在这样的通过视线连接的通信环境下，一般形成频率选择性小的传播路径。
在图2所示的重叠网络结构中，示出本实施方式的MM基站MMeNB与宏小区M重叠配置的情况。但是，作为本实施方式的MM基站MMeNB被重叠的对象，不限定于此。例如，与宏小区M同样，也可以与覆盖宽范围的无线LAN(局域网(LocalAreaNetwork))或有线LAN重叠配置。此外，本实施方式的MM基站MMeNB不一定需要与其他无线基站或网络上重叠配置。
在图2所示的重叠网络结构中，MM基站MMeNB可以对位于大规模MIMO小区MM的移动台UE使用大规模MIMO传输方式进行信号传输。更具体地说，MM基站MMeNB在多个天线元件中，通过对各个信号控制幅度、相位，从而能够形成向移动台UE具有指向性的发送波束(波束成形)而进行信号传输。
另外，如图2所示的重叠网络结构这样，C-plane以及U-plane的支持在宏小区M以及大规模MIMO小区MM分离的通信环境下，例如，对于移动台UE，可以从宏基站MeNB发送用户数据的接收所需的控制信息，另一方面，从MM基站MMeNB发送用户数据。此外，也可以从宏基站MeNB发送控制信息的一部分，另一方面，从MM基站MMeNB发送控制信息的剩余部分以及用户数据。
本实施方式的MM基站MMeNB不仅对对于移动台UE的用户数据应用波束成形，对于小区搜索处理所需的同步信号(以下，称作“SS信号”)也应用波束成形。更具体地说，MM基站MMeNB对SS信号应用波束成形，生成波束宽度窄的发送波束而发送。以下，将应用了波束成形的SS信号称作“BF-SS信号”。这样，对于同步信号，也通过形成向大规模MIMO小区MM的服务区域(以下，称作“SA”)内的一定范围具有指向性的发送波束来进行发送，从而能够防止同步信号中的接收功率降低。由此，即使在移动台UE存在于远离MM基站MMeNB的位置的情况下，在移动台UE中也能够检测同步信号，并且能够适当地进行小区搜索处理。
以下，说明本实施方式的MM基站MMeNB中的同步信号(BF-SS信号)的发送方法的多个方式。
(第1方式)
首先，说明第1方式的BF-SS信号的发送方法。图3是第1方式的BF-SS信号的发送方法的说明图。在图3A中，示意性地示出从MM基站MMeNB对SA发送的BF-SS信号的发送图案。在图3B中，将从MM基站MMeNB发送的BF-SS信号表示在时间轴以及频率轴上。
在第1方式的BF-SS信号的发送方法中，如图3所示，为了发送BF-SS信号，生成波束宽度窄的发送波束(以下，简称为“窄波束”)。然后，通过在每个时间间隔τ将该窄波束的发送方向向方位角方向进行变更，在预定的总时间T中对大规模MIMO小区MM的SA全体发送BF-SS信号。即，第1方式的BF-SS信号的发送方法是，通过将BF-SS信号的发送用的窄波束的发送方向在每个时间间隔τ向方位角方向变更，从而对位于大规模MIMO小区MM的SA的全部移动台UE进行扫描的发送方法。
例如，在第1方式的BF-SS信号的发送方法中，在定时t1向大规模MIMO小区MM的某一方向发送了窄波束之后，在定时t2将发送方向向方位角方向偏移波束宽度Φ而发送窄波束(参照图3A)。同样，在每时间间隔τ，将发送方向向方位角方向偏移波束宽度Φ而重复窄波束的发送。在定时tn，向与定时t1的窄波束相邻的方向发送窄波束，从而能够对大规模MIMO小区MM的SA全体(全方向)进行扫描。另外，在每时间间隔τ发送的BF-SS信号可以利用通信***的***全体的带宽来发送(参照图3B)。
在第1方式的BF-SS信号的发送方法中，BF-SS信号S(t)，例如，可以通过以下的(式1)求出。
(式1)
S(t)＝Wn(t，f)·SSS(t)
这里，Wn(t，f)表示波束成形权重(以下，称作“BF权重”)，SSS(t)表示SS信号。
此外，第1方式的BF-SS信号的发送方法中，用于对大规模MIMO小区MM的SA全体(全方向)发送BF-SS信号的总时间T，例如，可以通过以下的(式2)求出。
(式2)
T＝360τ/Φ
这里，τ表示BF-SS信号的时间间隔，Φ表示BF-SS信号的波束宽度。
另外，在第1方式的BF-SS信号的发送方法中，时间间隔τ以及波束宽度Φ可以构成为能够作为通信***中的参数来选择。例如，时间间隔τ可以根据SS信号的信号长度而决定。可以在SS信号的信号长度长的情况下加大时间间隔τ，而在SS信号的信号长度短的情况下减小时间间隔τ。此外，波束宽度Φ可以根据天线元件数、发送功率、频带、带宽以及总时间T而决定。可以在天线元件数多的情况下缩窄波束宽度Φ，而在天线元件数少的情况下加宽波束宽度Φ。可以在发送功率大的情况下加宽波束宽度Φ，而在发送功率小的情况下缩窄波束宽度Φ。可以在频带高的情况下缩窄波束宽度Φ，而在频带低的情况下加宽波束宽度Φ。可以在带宽宽的情况下缩窄波束宽度Φ，而在带宽窄的情况下加宽波束宽度Φ。可以在总时间T长的情况下缩窄波束宽度Φ，而在总时间T短的情况下加宽波束宽度Φ。可以在小区半径大的情况下缩窄波束宽度Φ，而在小区半径小的情况下加宽波束宽度Φ。
此外，关于时间间隔τ以及波束宽度Φ，可以根据预定的内容来决定。而且，关于时间间隔τ以及波束宽度Φ，可以根据通信环境适当地计算。关于通信环境，例如，假设大规模MIMO小区MM内的移动台UE的数目、到相邻小区(大规模MIMO小区MM等)的距离等。另外，关于与该通信环境有关的信息，例如，可以从重叠配置的宏小区M(更具体来说，宏基站MeNB)取得。
而且，在第1方式的BF-SS信号的发送方法中，构成为各个BF-SS信号在移动台UE中能够识别。例如，考虑对向各方向发送的窄波束赋予唯一的识别信息(波束ID)。例如，这样的波束ID在MM基站MMeNB中被生成，并且与小区ID等***信息同样被包含在同步信号中。由于被包含在同步信号中，因此通过移动台UE接收同步信号，从而能够与***信息同样适当地接收。通常，小区ID优选使用能够识别基站的小区固有的正交序列。
另外，以下，为了说明方便，将说明对向各方向发送的窄波束赋予唯一的波束ID的情况，但关于该识别信息，不限定于波束ID。只要能够识别向各方向发送的窄波束，则可以采用任意的识别信息。例如，如LTE中的PSS(主同步信号(PrimarySynchronizationSignal))和SSS(副同步信号(SecondarySynchronizationSignal))这样，可以是预先准备多个种类的SS信号，分别赋予不同的***信息的方式。此外，可以将上述(式1)中的BF权重用作识别信息。
这样，根据第1方式的BF-SS信号的发送方法，生成在每时间间隔τ被变更波束成形用权重的同步信号(BF-SS信号)并发送，因此，可以使同步信号从大规模MIMO基站MMeNB到达远距离的位置。由此，在移动台UE中能够适当地进行小区搜索处理，所以能够抑制由小区搜索处理的缺陷等引起的吞吐量特性的降低。
尤其，根据第1方式的BF-SS信号的发送方法，在各同步信号中包含能够识别同步信号用的发送波束的波束ID，因此在移动台UE中能够识别同步信号用的发送波束，所以即使在对同步信号应用波束成形的情况下，也能够适当地进行小区搜索处理。
另外，关于第1方式的BF-SS信号的发送方法中的同步信号(BF-SS信号)的生成，优选以下方式作为实施方式：事先生成与各种波束方向、波束形状(宽度)对应的BF权重，作为数据库的保存信息而存储在大规模MIMO基站MMeNB内(或网络内)，在波束成形时，根据波束方向和宽度等，仅选择BF权重。在该情况下，由于可以省略根据波束方向和宽度而生成BF权重的处理，因此能够减轻生成大规模MIMO基站MMeNB中的同步信号(BF-SS信号)时的负荷。
(第2方式)
接着，说明第2方式的BF-SS信号的发送方法。关于第2方式的BF-SS信号的发送方法，对BF-SS信号的发送用的窄波束的发送方向追加仰角方向，在这一点上与第1方式的BF-SS信号的发送方法不同。即，第2方式的BF-SS信号的发送方法，是通过每时间间隔τ将BF-SS信号的发送用的窄波束的发送方向在方位角方向以及仰角方向上进行变更，从而对位于大规模MIMO小区MM的SA的全部移动台UE进行扫描的发送方法。以下，以与第1方式的BF-SS信号的发送方法的不同点为中心进行说明。另外，在本说明书中，仰角方向定义为由以下的角度表示的方向：将与水平方向正交且表示朝向下方(或上方)的方向的角度设为0°，将表示水平方向的角度设为90°的角度。
图4是第2方式的BF-SS信号的发送方法的说明图。在图4A中，是从MM基站MMeNB发送的BF-SS信号的仰角方向的说明图。在图4B中，示意地表示从MM基站MMeNB对SA发送的BF-SS信号的发送图案。在图4C中，在时间轴和频率轴上表示从MM基站MMeNB发送的BF-SS信号。
在第2方式的BF-SS信号的发送方法中，假设MM基站MMeNB配置在远离地面的位置。例如，第2方式的BF-SS信号的发送方法中利用的MM基站MMeNB，如图4A所示，相对于与大规模MIMO小区MM的SA的半径对应的位置，配置在发送波束在仰角方向上具有角度α的位置上。例如，第2方式的BF-SS信号的发送方法中利用的MM基站MMeNB，如图4A所示，生成在仰角方向上具有角度α1的发送波束、在仰角方向上具有角度α2的发送波束以及在仰角方向上具有角度α3的发送波束，从而可以向在大规模MIMO小区MM的SA中包含的3个区域发送BF-SS信号。
在第2方式的BF-SS信号的发送方法中，如图4B、图4C所示，在大规模MIMO小区MM的半径方向上生成不同的发送波束，在这一点上与第1方式的BF-SS信号的发送方法不同。另外，在大规模MIMO小区MM的半径方向上生成不同的发送波束，例如，通过具有垂直方向的指向性的波束成形(3D波束成形)技术进行。
另外，在图4B、图4C中，为了说明的方便，作为大规模MIMO小区MM的半径方向上的发送波束的波束宽度Φ相当于大规模MIMO小区MM的半径的一半的长度而进行说明。即，在图4B、图4C中，说明在大规模MIMO小区MM的半径方向生成两个不同的发送波束的情况下。但是，关于在大规模MIMO小区MM的半径方向上生成的发送波束数，不限定于此，可以适当变更。
例如，在第2方式的BF-SS信号的发送方法中，在定时t11，在向大规模MIMO小区MM内侧的某一方向发送了窄波束之后，在定时t12，将发送方向向仰角方向外侧偏移波束宽度Φ而发送窄波束(参照图4B)。而且，在定时t21，将发送方向向方位角方向偏移波束宽度Φ而发送了窄波束之后，在定时t22，将发送方向向仰角方向内侧偏移波束宽度Φ而发送窄波束(参照图4B)。同样，每时间间隔τ，将发送方向向仰角方向或方位角方向偏移波束宽度Φ而重复窄波束的发送。在定时tn1、tn2，向与定时t11，t12的窄波束相邻的方向发送窄波束，从而能够扫描大规模MIMO小区MM的SA全体(全方向)。
另外，在第2方式的BF-SS信号的发送方法中，BF-SS信号S(t)，例如，可以通过上述(式1)求出。另一方面，在第2方式的BF-SS信号的发送方法中，向大规模MIMO小区MM的SA全体(全方向)发送BF-SS信号时的总时间T，例如，可以通过以下(式3)求出。
(式3)
T＝360ατ/Φ2
这里，τ表示BF-SS信号的时间间隔，α表示发送波束的最大仰角方向的角度，Φ表示BF-SS信号的波束宽度。
此外，在第2方式的BF-SS信号的发送方法中，时间间隔τ以及波束宽度Φ，与第1方式同样，可以构成为能够作为通信***中的参数进行选择。而且，与第1方式同样，关于时间间隔τ以及波束宽度Φ，可以根据预定的内容而决定，或者，根据通信环境而自适应地计算。
另外，这里，说明了水平面上的波束宽度(水平波束宽度)和垂直面上的波束宽度(垂直波束宽度)为相同的波束宽度Φ时的例子，但水平波束宽度和垂直波束宽度也可以设定为不同的值。在该情况下，向大规模MIMO小区MM的SA全体(全方向)发送BF-SS信号时的总时间T，例如，可以通过以下的(式4)求出。
(式4)
T＝360ατ/(ΦHΦV)
这里，τ表示BF-SS信号的时间间隔，α表示发送波束的最大仰角方向的角度，ΦH表示BF-SS信号的水平波束宽度，ΦV表示BF-SS信号的垂直波束宽度。
此外，在仰角方向上变更波束的发送方向的情况下，根据波束的仰角，会发生相同宽度的波束的照射范围(面积)不同的情况。即，在仰角高的(角度α大的)情况下照射面积加宽(参照图4A所示的角度α1)，而在仰角低的(角度α小的)情况下照射范围缩窄(参照图4A所示的角度α3)。随着这些照射面积的宽窄，在前者的情况下功率密度降低，而在后者的情况下功率密度提高。在第2方式的BF-SS信号的发送方法中，作为实施方式，优选考虑这样的现象、SA内的BF-SS信号的扫描的均匀性、效率性而选择波束宽度、时间间隔等参数。在该情况下，例如，在仰角高的情况和低的情况下，通过调整波束宽度和时间间隔，从而能够使波束的总功率相同，可以确保BF-SS信号扫描的均匀性。
另外，关于发送波束的扫描顺序以及扫描范围，也可以构成为能够作为通信***中的参数进行选择。例如，在图4B中，说明了在方位角方向上变更发送波束的发送方向时，在大规模MIMO小区MM的半径方向上，从同一方向侧扫描的情况。例如，在将发送波束的发送方向在方位角方向上进行变更时，在变更前的发送波束处于大规模MIMO小区MM外侧的情况下，向作为同一方向侧的外侧发送发送波束。但是，关于发送波束的扫描顺序，不限定于此，可以适当变更。例如，在将发送波束的发送方向在方位角方向上进行变更时，也可以在大规模MIMO小区MM的半径方向上，从不同方向侧扫描。例如，在将发送波束的发送方向在方位角方向上进行变更时，在变更前的发送波束处于大规模MIMO小区MM的外侧的情况下，也可以向作为不同的方向侧的内侧发送发送波束。
此外，在图4B中，说明了将大规模MIMO小区MM的SA全体作为扫描范围的情况。但是，关于发送波束的扫描范围，不限定于此，可以适当变更。例如，也可以通过发送波束扫描大规模MIMO小区MM的仅一定区域。这样的局部扫描范围的选择，被假设在从重叠配置的宏小区M(更具体地说，宏基站MeNB)能够预先取得移动台UE的位置这样的情况下。
这样，根据第2方式的BF-SS信号的发送方法，与第1方式的BF-SS信号的发送方法同样，生成在每时间间隔τ被变更了波束成形用权重的同步信号(BF-SS信号)并发送，因此能够使同步信号从大规模MIMO基站MMeNB到达远距离的位置。由此，在移动台UE中能够适当地进行小区搜索处理，所以可以抑制小区搜索处理的缺陷等引起的吞吐量特性的降低。此外，由于各同步信号中包含能够识别同步信号用的发送波束的波束ID，因此在移动台UE中能够识别同步信号用的发送波束，所以即使在对同步信号应用波束成形的情况下，也能够适当地进行小区搜索处理。
另外，在以上说明中，说明通过第1方式的BF-SS信号的发送方法仅向方位角方向变更发送方向的情况，并说明了通过第2方式的BF-SS信号的发送方法向方位角方向以及仰角方向变更发送方向的情况。也可以将这些第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法组合。这里，为了方便说明，将通过第1方式的BF-SS信号的发送方法的扫描模式称作二维(2D)扫描模式，将通过第2方式的BF-SS信号的发送方法的扫描模式称作三维(3D)扫描模式。
这些扫描模式可以构成为能够作为通信***中的参数进行选择。例如，可以在大规模MIMO小区MM的SA相对大的情况下选择3D扫描模式，而在SA相对小的情况下选择2D扫描模式。此外，在垂直面上的波束宽度宽的波束能够覆盖SA的情况下，可以选择2D扫描模式。此外，在能够从重叠配置的宏小区M(更具体地说，宏基站MeNB)预先取得移动台UE的位置这样的情况下，可以根据移动台UE的配置状况等通信环境而动态地切换2D扫描模式和3D扫描模式。
例如，这些扫描模式可以通过选择将BF-SS信号的发送方向在方位角方向上进行控制的BF权重和在方位角方向以及仰角方向上进行控制的BF权重来切换。通过这样选择BF权重来切换2D扫描模式和3D扫描模式，因此不需要复杂的控制，能够灵活地切换小区搜索处理所需的同步信号。
这里，说明上述第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中的MM基站MMeNB以及移动台UE之间的动作时序的概略。图5是第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中的MM基站MMeNB以及移动台UE之间的动作时序的一例的说明图。另外，在图5中，说明在从MM基站MMeNB发送的同步信号(BF-SS信号)中包含波束ID作为发送波束的识别信息的情况。
如图5所示，MM基站MMeNB首先对SS信号应用波束成形(乘以BF权重)，从而生成BF-SS信号(步骤(以下，称作“ST”)501)。例如，MM基站MMeNB通过上述(式1)的运算，生成BF-SS信号。然后，MM基站MMeNB发送生成的BF-SS信号(ST502)。该BF-SS信号向由BF权重指定的大规模MIMO小区MM的一定区域被发送。另外，该BF-SS信号中包含小区ID、波束ID等。
在移动台UE中，在电源接通时和从小区范围外(小型小区范围外)回到小区范围内时等，进行小区搜索处理(ST503)。在该小区搜索处理中，移动台UE监视来自MM基站MMeNB的BF-SS信号。在接收到BF-SS信号的情况下，根据该BF-SS信号确定频率，并且取得定时同步。此外，移动台UE取得小区ID、波束ID以及BF-SS信号的接收质量信息(例如，接收功率信息)等。通过这些信息的取得而完成小区搜索处理。
另外，在小区搜索处理中，接收了多个发送波束(BF-SS信号)的情况下，例如，移动台UE取得接收的全部波束ID和接收质量等。另外，也可以取得接收质量良好的上位M个发送波束(BF-SS信号)的波束ID和接收质量等，或者取得预定的接收质量以上的发送波束(BF-SS信号)的波束ID和接收质量等。另外，在这些情况下，发送波束数(M个)和接收质量的阈值可以构成为能够作为通信***中的参数进行选择。
在完成了小区搜索处理之后，移动台UE基于在小区搜索处理中取得的小区ID以及波束ID、和自身的终端ID(UE-ID)，生成RACH前导码(ST504)。然后，将生成的RACH前导码与发送波束(BF-SS信号)的接收质量信息等一同发送给MM基站MMeNB(ST505)。
另外，在小区搜索处理中，在接收到多个发送波束(BF-SS信号)的情况下，例如，移动台UE对全部发送波束生成RACH前导码，与各发送波束的接收质量信息等一同发送给MM基站MMeNB。此外，也可以对于接收质量良好的上位M个发送波束生成RACH前导码后发送，或者对于预定的接收质量以上的发送波束生成RACH前导码后发送。而且，也可以将发送波束(BF-SS信号)的接收质量信息与RACH前导码分别发送。
MM基站MMeNB在ST502中发送了BF-SS信号之后，监视来自移动台UE的RACH前导码。然后，若接收到RACH前导码，则将RACH响应发送给移动台UE(ST506)。另外，该RACH响应中包含由MM基站MMeNB检测出的前导码号码和发送定时信息等信息。
另一方面，移动台UE在ST505中发送了RACH前导码之后，监视来自MM基站MMeNB的RACH响应。然后，若接收到RACH响应(ST507)，则移动台UE从PBCH(物理广播信道(PhysicalBroadcastChannel))中包含的MIB(主信息块(MasterInformationBlock))中，取得***带宽、***帧号码(SFN：SystemFrameNumber)、发送天线数等基本信息。然后，基于这些信息与MM基站MMeNB连接。
接着，说明上述第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中利用的MM基站MMeNB以及移动台UE的结构例。图6是用于说明第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中利用的MM基站MMeNB的结构例的方框图。图7是用于说明第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中利用的移动台UE的结构例的方框图。
另外，如图6以及图7所示的MM基站MMeNB以及移动台UE的结构为了说明本发明而进行了简化，假设分别包括通常的基站装置以及移动台装置所具有的结构。尤其，在图7所示的移动台UE中，省略了与数据通信有关的结构要素。此外，在图6以及图7所示的MM基站MMeNB以及移动台UE中，为了方便说明，说明具有从宏小区M等取得各种信息(外部信息)的信息取得单元611、711的情况，但这些结构要素也可以省略。
如图6所示，MM基站MMeNB包含同步信号(SS)信号控制单元61、SS信号处理单元62、数据信号处理单元63、发送单元64以及接收单元65而构成。SS信号控制单元61具有信息取得单元611以及SS控制信息生成单元612。SS信号处理单元62具有SS信号生成单元621、存储单元622、BF权重生成单元623以及BF-SS信号生成单元624。数据信号处理单元63具有数据生成单元631、存储单元632、数据权重生成单元633以及发送接收信号生成单元634。发送单元64具有发送控制单元641以及信号发送单元642。接收单元65具有接收控制单元651以及信号接收单元652。
SS信号控制单元61对SS信号处理单元62、数据信号处理单元63、发送单元64以及接收单元65提供BF-SS信号的生成或发送处理所需的信息(SS控制信息)。尤其，在取得来自宏小区M等的外部信息的情况下，生成基于这些外部信息的SS控制信息后提供给SS信号处理单元62等。信息取得单元611取得来自宏小区M等的外部信息。然后，将取得的外部信息输出到SS控制信息生成单元612。例如，作为来自宏小区M等的外部信息，取得大规模MIMO小区MM内的移动台UE数目、到相邻的大规模MIMO小区MM的距离等的与通信环境有关的信息。
SS控制信息生成单元612基于从信息取得单元611取得的外部信息，生成在MM基站MMeNB内利用的SS控制信息。该SS控制信息中，例如，包括用于BF-SS信号的波束宽度Φ、切换发送方向的时间间隔τ、扫描方法(包含扫描模式)。然后，SS控制信息生成单元612将生成的SS控制信息输出到SS信号处理单元62的存储单元622以及BF权重生成单元623、数据信号处理单元63的存储单元632以及数据权重生成单元633、发送单元64的发送控制单元641和接收单元65的接收控制单元651。
另外，这里，对SS控制信息生成单元612基于从信息取得单元611取得的外部信息生成SS控制信息的情况进行了说明。与此相对，在不具有信息取得单元611的方式中，构成为用于BF-SS信号的波束宽度Φ、切换发送方向的时间间隔τ、扫描方法(包含扫描模式)，例如，可以选择作为通信***中的参数。SS控制信息生成单元612基于这些参数生成SS控制信息。
SS信号处理单元62基于从SS信号控制单元61取得的SS控制信息，生成BF-SS信号并输出到发送单元64。存储单元622包括存储SS控制信息以及基于其生成的信息(SS生成信息)的数据库。该数据库中，例如，保存从SS控制信息生成单元612取得的SS控制信息，或由SS信号生成单元621和BF权重生成单元623生成的SS生成信息。SS生成信息中包含SS信号和SS信号用BF权重(BF权重)。另外，对于BF权重也可以预先进行表格管理。
SS信号生成单元621基于在存储单元622(数据库)中保存的SS控制信息生成SS信号。然后，将生成的SS信号输出到BF-SS信号生成单元624以及存储单元622。BF权重生成单元623基于从SS控制信息生成单元612取得的SS控制信息生成BF权重。然后，将生成的BF权重输出到BF-SS信号生成单元624以及存储单元622。在能够利用存储单元622中保存的SS生成信息(SS信号、BF权重)的情况下，SS信号生成单元621以及BF权重生成单元623对其进行调用并输出到BF-SS信号生成单元624。BF-SS信号生成单元624基于来自SS信号生成单元621的SS信号以及来自BF权重生成单元623的BF权重，生成BF-SS信号。然后，将生成的BF-SS信号输出到发送单元64。
数据信号处理单元63基于从上位层指示的数据源以及控制信息，生成被波束成形的发送信号(BF发送信号)后输出到发送单元64。数据生成单元631根据发送数据用的数据源和控制信息生成发送数据。存储单元632中，例如，存储从SS控制信息生成单元612取得的发送数据用的权重生成用信息。数据权重生成单元633基于在存储单元632中存储的权重生成用信息生成数据权重(发送权重)。然后，将生成的数据权重输出到发送接收信号生成单元634以及存储单元632。发送接收信号生成单元634基于来自数据生成单元631的发送数据以及来自数据权重生成单元633的发送权重，生成被波束成形的发送信号(BF发送信号)。然后，将生成的BF发送信号输出到发送单元64。
另一方面，数据信号处理单元63从由接收单元65接收到的接收信号中提取数据源以及控制信息。存储单元632中，例如，存储从SS控制信息生成单元612取得的接收数据用的权重生成用信息。数据权重生成单元633基于在存储单元632中存储的权重生成用信息，生成数据权重(接收权重)。然后，将生成的数据权重输出到发送接收信号生成单元634以及存储单元632。发送接收信号生成单元634取得从接收单元65输出的接收信号。此外，发送接收信号生成单元634基于从数据权重生成单元633取得的接收权重，生成接收信号。然后，将生成的接收信号输出到数据生成单元631。数据生成单元631基于该接收信号生成接收数据。然后，将生成的接收数据输出到未图示的上位构成要素(例如，应用处理单元)。
发送单元64将来自SS信号处理单元62或数据信号处理单元63的BF-SS信号或BF发送信号通过下行链路发送。发送控制单元641基于从SS控制信息生成单元612取得的SS控制信息，控制信号发送单元642对BF-SS信号的发送处理。例如，发送控制单元641控制信号发送单元642对BF-SS信号的发送的时间间隔τ。信号发送单元642在发送控制单元641的控制下，发送BF-SS信号和BF发送信号。
接收单元65接收来自移动台UE的接收信号，并输出到数据信号处理单元63。接收控制单元651基于从SS控制信息生成单元612取得的SS控制信息，控制信号接收单元652对RACH前导码等的接收处理。信号接收单元652在接收控制单元651的控制下，接收RACH前导码和接收信号。然后，将接收到的RACH前导码和接收信号输出到数据信号处理单元63。
另一方面，如图7所示，移动台UE包括小区搜索(CS)控制单元71、SS信号处理单元72、连接请求单元73、接收单元74以及发送单元75而构成。CS控制单元71具有信息取得单元711以及CS控制信息生成单元712。SS信号处理单元72具有SS关联信息提取单元721、接收质量测量单元722以及存储单元723。连接请求单元73具有接收质量信息生成单元731、RACH前导码生成单元732以及发送信号生成单元733。接收单元74具有接收控制单元741以及信号接收单元742。发送单元75具有发送控制单元751以及信号发送单元752。
CS控制单元71对SS信号处理单元72、连接请求单元73、接收单元74以及发送单元75提供小区搜索处理所需的信息(CS控制信息)。尤其在取得来自宏小区M等的外部信息的情况下，生成基于这些外部信息的CS控制信息后提供给SS信号处理单元72等。信息取得单元711取得来自宏小区M等的外部信息。例如，作为来自宏小区M等的外部信息，取得大规模MIMO小区MM的候选列表(大规模MIMO小区ID和小区位置坐标)等信息。此外，信息取得单元711取得从SS信号处理单元72的SS关联信息提取单元721输入的SS关联信息。然后，将取得的外部信息和SS关联信息输出到CS控制信息生成单元712。
CS控制信息生成单元712基于从信息取得单元711取得的外部信息和SS关联信息，生成在移动台UE内利用的CS控制信息。该CS控制信息中，例如，包含BF-SS信号的发送波束的波束方向、波束宽度、信号长度、频率、带宽、扫描定时和扫描方法等信息。然后，CS控制信息生成单元712将生成的CS控制信息输出到SS信号处理单元72的存储单元723、连接请求单元73的发送信号生成单元733、接收单元74的接收控制单元741以及发送单元75的发送控制单元751。
另外，这里，说明CS控制信息生成单元712基于从信息取得单元711取得的外部信息生成CS控制信息的情况。与此相对，在不具有信息取得单元711的方式中，构成为BF-SS信号的发送波束的波束方向和波束宽度等CS控制信息，例如，能够作为通信***中的参数进行选择。CS控制信息生成单元712基于这些参数生成SS控制信息。
SS信号处理单元72从来自接收单元74的接收信号提取与SS信号关联的信息(SS关联信息)并进行保存，并且输出到CS控制单元71。SS关联信息提取单元721在从接收单元74取得的接收信号中提取SS关联信息。在提取的SS关联信息中含有在BF-SS信号中包含的波束ID。然后，SS关联信息提取单元721将提取的SS关联信息输出到存储单元723以及CS控制单元71的信息取得单元711。接收质量测量单元722从由接收单元74取得的接收信号测量接收质量。然后，将测量的接收质量输出到存储单元723。存储单元723包括存储从SS关联信息提取单元721以及接收质量测量单元722取得的SS关联信息以及接收质量的数据库。
连接请求单元73基于来自CS信号控制单元71的CS控制信息、在SS信号处理单元72中保存的SS关联信息以及接收质量，生成包含RACH前导码以及接收质量信息的发送信号后输出到发送单元75。接收质量信息生成单元731从SS信号处理单元72的存储单元723中读出接收质量后生成接收质量信息。然后，将生成的接收质量信息输出到发送信号生成单元733。RACH前导码生成单元732从SS信号处理单元72的存储单元723中读出SS关联信息，从而生成RACH前导码。然后，将生成的RACH前导码输出到发送信号生成单元733。发送信号生成单元733生成包含RACH前导码以及接收质量信息的发送信号。然后，将生成的发送信号输出到发送单元75。
接收单元74接收来自MM基站MMeNB的接收信号后输出到SS信号处理单元72。接收控制单元741基于从CS控制信息生成单元712取得的CS控制信息，控制信号接收单元742对BF-SS信号等的接收处理。例如，接收控制单元741控制信号接收单元742对BF-SS信号的接收定时等。信号接收单元742在接收控制单元741的控制下，接收BF-SS信号。然后，将接收的BF-SS信号输出到SS信号处理单元72。
发送单元75将来自连接请求单元73的发送信号通过上行链路发送给MM基站MMeNB。发送控制单元751基于从CS控制信息生成单元712取得的CS控制信息，控制信号发送单元752对发送信号的发送处理。例如，发送控制单元751控制信号发送单元752对发送信号的发送定时等。信号发送单元752在发送控制单元751的控制下，发送发送信号。
接着，说明这些MM基站MMeNB以及移动台UE的动作。图8以及图9是用于说明从第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中利用的MM基站MMeNB发送BF-SS信号的发送动作的流程图。图10以及图11是用于说明第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中利用移动台UE接收BF-SS信号的接收动作的流程图。另外，图9是将图8所示的动作流程变更了一部分的图，对于与图8相同的处理，赋予同一标号并省略说明。此外，图11是将图10所示的动作流程变更了一部分的图，对于与图10相同的处理，赋予同一标号并省略说明。
如图8所示，在发送BF-SS信号时，在MM基站MMeNB中，由SS信号控制单元61基于外部信息生成SS控制信息(ST801)。在ST801中生成的SS控制信息被输出到SS信号处理单元62的存储单元622内的数据库、BF权重生成单元623以及发送单元64的发送控制单元641。存储单元622将该SS控制信息保存在数据库中(ST802)。
此外，SS控制信息生成单元612选择BF参数(ST803)。例如，SS控制信息生成单元612选择用于BF-SS信号的波束宽度Φ、对发送方向进行切换的时间间隔τ、扫描方法(包含扫描模式)。SS信号生成单元621基于这些BF参数，生成SS信号(ST804)。生成的SS信号被输出到BF-SS信号生成单元624。另外，SS控制信息生成单元612所选择的BF参数被输出到数据库并保存。SS信号生成单元621可以基于在数据库中保存的BF参数，生成SS信号。
另一方面，BF权重生成单元623基于从SS信号控制单元61取得的SS控制信息，生成BF权重(SS信号用BF权重)(ST805)。然后，生成的BF权重被输出到BF-SS信号生成单元624。
BF-SS信号生成单元624根据这些SS信号以及BF权重，生成BF-SS信号(ST806)。生成的BF-SS信号被输出到发送单元64的信号发送单元642。信号发送单元642将该BF-SS信号通过下行链路发送(ST807)。在该情况下，发送控制单元641基于从SS信号控制单元61取得的SS控制信息，控制信号发送单元642对BF-SS信号的发送。由此，例如，向图3A所示的定时t1的发送方向发送发送波束(BF-SS信号)。
在发送BF-SS信号后，在MM基站MMeNB中，接收单元65的接收控制单元651监视是否接收到来自移动台UE的信号(RACH前导码)(ST808)。若使用上述例子，则监视是否从接收了定时t1的发送波束的移动台UE接收到RACH前导码。在从移动台UE接收到RACH前导码的情况下，该RACH前导码中包含的信息被输出到SS信号控制单元61。在SS信号控制单元61中，基于该RACH前导码中包含的信息，能够进一步生成SS控制信息。
接着，SS信号控制单元61判定对于大规模MIMO小区MM的全部SA是否完成了扫描(即，是否对全部SA发送了BF-SS信号)(ST809)。在没有对大规模MIMO小区MM的全部SA完成扫描的情况下，将处理返回到ST803，并重复ST803～ST809的处理。若使用上述例子，在发送定时t1的发送波束之后，向定时t2的发送方向发送发送波束(BF-SS信号)。然后，在ST809中，判定为对大规模MIMO小区MM的全部SA完成了扫描的情况下，结束处理。另外，在判定为对大规模MIMO小区MM的全部SA完成了扫描的情况下，例如，成为向图3A所示的全方位发送BF-SS信号的状态。
在图8所示的动作流程中，在ST807中发送了BF-SS信号之后，等待接收来自移动台UE的信号而生成新的BF-SS信号用的发送波束。在图9所示的动作流程中，在ST807中发送了BF-SS信号之后，不等待接收来自移动台UE的信号而生成新的BF-SS信号用的发送波束，这一点与图8所示的动作流程不同。
在图9所示的动作流程中，在ST807中发送了BF-SS信号之后，SS信号控制单元61判定对大规模MIMO小区MM的全部SA是否完成了扫描(即，是否对全部SA发送了BF-SS信号)(ST901)。在对大规模MIMO小区MM的全部SA完成了扫描的情况下，将处理返回到ST803，并重复ST803～ST807以及ST901的处理。
另一方面，在对大规模MIMO小区MM的全部SA完成了扫描的情况下，接收单元65的接收控制单元651监视是否接收到来自移动台UE的信号(RACH前导码)(ST902)。在从移动台UE接收到RACH前导码的情况下，该RACH前导码中包含的信息被输出到SS信号控制单元61(信息取得单元611)。在图9所示的动作流程中，例如，在发送最后的BF-SS信号之后经过了一定时间的情况下，处理结束。
这样，在MM基站MMeNB中，由于生成在每时间间隔τ被变更波束成形用权重的同步信号(BF-SS信号)并发送，因此可以使同步信号从大规模MIMO基站MMeNB到达远距离的位置。由此，在移动台UE中能够适当地进行小区搜索处理，所以能够抑制由小区搜索处理的缺陷等引起的吞吐量特性的降低。
在接收BF-SS信号的情况下，在移动台UE中，如图10所示，在CS信号控制单元71中基于外部信息而生成CS控制信息(ST1001)。在ST1001中生成的CS控制信息被输出到SS信号处理单元72的存储单元723、接收单元74的接收控制单元741、连接请求单元73的发送信号生成单元733以及发送单元75的发送控制单元751。被输出到存储单元723的CS控制信息被保存在数据库中。
若接收到CS控制信息，则接收单元74的信号接收单元742监视BF-SS信号的接收。然后，若接收到BF-SS信号(ST1002)，则信号接收单元742将BF-SS信号输出到SS信号处理单元72的SS关联信息提取单元721。在该情况下，接收控制单元741基于从CS信号控制单元71取得的CS控制信息，通过信号接收单元742控制BF-SS信号的接收。
若取得BF-SS信号，则SS关联信息提取单元721提取BF-SS信号中包含的SS关联信息(ST1003)。提取的SS关联信息被输出到存储单元723。该SS关联信息中包含对BF-SS信号唯一赋予的波束ID。即，在移动台UE中，若取得BF-SS信号，则在存储单元723中提取对BF-SS信号赋予的波束ID，并输出到存储单元723。
另一方面，若取得BF-SS信号，则接收质量测量单元722测量BF-SS信号的接收质量(ST1004)。测量的接收质量被输出到存储单元723。存储单元723将这些SS关联信息以及接收质量保存到数据库(ST1005)。另外，这里，说明了在提取SS关联信息后测量接收质量的方式，但这些顺序也可以相反。
若SS关联信息以及接收质量被保存到数据库，则接收单元74的接收控制单元741判定是否完成了BF-SS信号的接收(ST1006)。在BF-SS信号的接收没有完成的情况下，将处理返回到ST1002，并重复ST1002～ST1006的处理。另一方面，在BF-SS信号的接收完成的情况下，将处理前进到ST1007。
在ST1007中，连接请求单元73生成对于MM基站MMeNB的发送信号(回复信号)。更具体地说，基于存储单元723(数据库)内的接收质量，接收质量信息生成单元731生成接收质量信息，另一方面，基于存储单元723(数据库)内的SS关联信息，RACH前导码生成单元732生成RACH前导码。在该情况下，在RACH前导码生成单元732生成的RACH前导码中，包含被赋予BF-SS信号的波束ID。然后，发送信号生成单元733生成包含这些接收质量信息以及RACH前导码的发送信号。在该情况下，发送信号生成单元733基于从CS控制信息生成单元712取得的CS控制信息，生成发送信号。发送信号生成单元733也可以基于在数据库中保存的CS控制信息生成发送信号。生成的发送信号被输出到发送单元75。
若从发送信号生成单元733取得发送信号，则发送单元75的信号发送单元752对MM基站MMeNB发送发送信号(回复信号)(ST1008)。在该情况下，发送控制单元752基于从CS信号控制单元71取得的CS控制信息，控制信号发送单元752对发送信号(回复信号)的发送。
若对MM基站MMeNB发送发送信号(回复信号)，则接收控制单元741监视是否从MM基站MMeNB接收到RACH响应。然后，移动台UE通过RACH响应等进行信息交换，与MM基站MMeNB连接(ST1009)。通过该信息交换取得的信息被输出到CS控制单元71，并被利用于生成CS控制信息。
在与MM基站MMeNB的连接完成的情况下，移动台UE(CS控制单元71)判定小区搜索(CS)处理是否完成(ST1010)。在小区搜索处理没有完成的情况下，将处理返回到ST1002，并重复ST1002～ST1010的处理。另一方面，在小区搜索处理完成的情况下，结束一系列的处理。
在图10所示的动作流程中，在ST1006中判定BF-SS信号的接收完成，在BF-SS信号的接收完成的情况下，生成对MM基站MMeNB的发送信号(回复信号)。在图11所示的动作流程中，在省略判定BF-SS信号的接收完成的步骤这一点上，与图10所示的动作流程不同。
在图11所示的动作流程中，若在ST1005中存储单元723将SS关联信息以及接收质量保存在数据库中，则不判定BF-SS信号的接收完成，而进行ST1007～ST1010的处理。然后，与图10所示的处理同样，在ST1010中，在小区搜索处理没有完成的情况下，将处理返回到ST1002，并重复ST1002～ST1010(除了ST1006)的处理。另一方面，在小区搜索处理完成的情况下，结束一系列的处理。
这样，在移动台UE中，若接收到BF-SS信号，则生成包含能够识别BF-SS信号的信息(波束ID)的RACH前导码，并将包含该RACH前导码的发送信号发送给MM基站MMeNB，从而进行连接请求。由此，即使在对同步信号应用波束成形的情况下，在移动台UE中也能够识别BF-SS信号，并且能够适当地进行小区搜索处理，所以能够抑制由小区搜索处理的缺陷等引起的吞吐量特性的降低。
此外，在从宏小区M等事先取得外部信息的情况下，通过利用该外部信息能够减轻小区搜索处理的负担。例如，作为外部信息的例子，包含定时信息、资源分配信息等***参数、大规模MIMO小区MM的候选列表(大规模MIMO小区ID和小区位置坐标)、BF-SS信号的发送波束的波束方向、波束宽度、信号长度、频率、带宽、扫描定时和扫描方法等信息。
这些外部信息，例如，考虑从连接中的宏基站MeNB、相邻的MM基站MMeNB取得。这些宏基站MeNB和MM基站MMeNB构成外部通信装置。在移动台UE中，通过事先取得这些外部信息，例如，可以省略生成CS控制信息的处理和生成RACH前导码的处理的一部分，所以可以减轻小区搜索处理的负担。
此外，在从连接中的宏基站MeNB和相邻的MM基站MMeNB取得外部信息的情况下，也可以通过这些外部通信装置(宏基站MeNB和MM基站MMeNB)发送RACH前导码。在该情况下，即使在与进行连接请求的MM基站MMeNB之间没有连接的状态下，也能够进行连接请求。
另外，本发明不限定于上述实施方式，可以进行各种变更来实施。例如，只要不脱离本发明的范围，上述说明中的载波数、载波的带宽、信令方法、处理单元数、处理步骤可以适当变更后实施。此外，可以不脱离本发明的范围而适当变更后实施。
(第1变形例)
例如，在第1方式的BF-SS信号的发送方法中，通过波束成形生成单一窄波束并发送BF-SS信号。但是，关于用于发送BF-SS信号的发送波束的方式，不限定于此，可以适当变更。例如，可以通过波束成形同时生成多个窄波束来发送BF-SS信号。以下，将构成窄波束群(波束群)的各个窄波束称作子波束。
图12是第1变形例的BF-SS信号的发送方法的说明图。在图12A中，示意地表示从MM基站MMeNB对SA发送的BF-SS信号的发送图案。在图12B中，将从MM基站MMeNB发送的BF-SS信号在时间轴以及频率轴上示出。
如图12A所示，在第1变形例的BF-SS信号的发送方法中，在定时t1同时发送包含发送方向不同的5个子波束(各子波束的波束宽度为Φ)的波束群。然后，在定时t2，将发送方向向方位角方向偏移波束宽度Φ5倍而发送波束群。同样，在每时间间隔τ，将发送方向向方位角方向偏移波束宽度Φ的5倍而重复发送波束群。在定时tn，向与定时t1中的波束群相邻的方向发送波束群，从而可以扫描大规模MIMO小区MM的SA全体(全方向)。
这样，在第1变形例的BF-SS信号的发送方法中，包含发送方向不同的多个子波束的波束群被同时发送，并且将这些波束群的发送方向在每时间间隔τ偏移，从而与第1方式的BF-SS信号的发送方法相比，能够在短时间扫描大规模MIMO小区MM的SA全体。例如，在波束群中包含的子波束数为b的情况下，SA全体的扫描时间T′可以缩短至第1方式的BF-SS信号的发送所需的总时间T的1/b。
此外，在第1变形例的BF-SS信号的发送方法中，波束群中包含的各个子波束，例如，可以利用一部分天线元件(例如，100个天线元件中包含的10个天线元件)生成。
而且，在第1变形例的BF-SS信号的发送方法中，波束群中包含的各个子波束间相互正交。例如，子波束间的正交关系通过使用分别不同的频带的频率复用、使用3D波束成形的空间复用或这些频率复用以及空间复用的组合等实现。在图13A中，示意地示出通过使用3D波束成形的空间复用而生成的具有正交关系的波束群。此外，在图13B中，示意地示出通过使用3D波束成形的空间复用和频率复用的组合而生成的具有正交关系的波束群。
在第1变形例的BF-SS信号的发送方法中，在移动台UE中，若能够事先取得与构成波束群的子波束有关的控制信息(例如，子波束数和复用方向)，则BF-SS信号的接收变得容易。因此，在应用第1变形例的BF-SS信号的发送方法的情况下，优选在移动台UE中事先从宏基站MeNB等连接中的基站装置取得这样的子波束的控制信息。
此外，如第1变形例的BF-SS信号的发送方法这样，在复用子波束(频率复用、空间复用或通过它们组合的复用)的情况下，通过对各子波束赋予能够识别的识别符(波束ID)，从而能够在移动台UE侧确定各子波束。而且，在各波束ID中使用互相正交的序列，从而能够简化移动台UE侧的处理。
(第2变形例)
在第1方式的BF-SS信号的发送方法中，将在每时间间隔τ发送的BF-SS信号利用通信***的***全体的带宽发送。但是，关于用于发送BF-SS信号的发送波束(以下，适当称作“SS波束”)的方式，不限定于此，可以适当变更。例如，可以将在每时间间隔τ发送的BF-SS信号利用通信***的一部分带宽发送。
图14是第2变形例的BF-SS信号的发送方法的说明图。在图14A中，示意地表示从MM基站MMeNB对SA发送的BF-SS信号的发送图案。在图14B中，将从MM基站MMeNB发送的BF-SS信号表示在时间轴以及频率轴上。
在第2变形例的BF-SS信号的发送方法中，如图14B所示，将在每时间间隔τ发送的BF-SS信号利用通信***的一部分带宽。这样，通过缩窄SS波束的带宽，可以提高接收功率密度。在该情况下，即使是同一发送功率，通过将发送功率集中在窄的带宽，也能够提高功率线密度，并能够将SS信号发送到远距离。另外，在第2变形例的BF-SS信号的发送方法中，SS波束的带宽可以构成为，例如，能够作为通信***中的参数进行选择。
另外，第2变形例的BF-SS信号的发送方法也可以与第1变形例的BF-SS信号的发送方法组合。
(第3变形例)
在第1方式的BF-SS信号的发送方法中，对固定了波束宽度的发送波束的发送方向进行切换从而发送BF-SS信号。但是，关于SS波束的方式，不限定于此，可以适当变更。例如，可以逐级地调整SS波束的波束宽度来发送BF-SS信号。
例如，在第3变形例的BF-SS信号的发送方法中，考虑预先准备多个SS波束的波束宽度，从宽的波束宽度的SS波束依次变更为窄的波束宽度的SS波束。更具体地说，通过在最初的阶段通过最宽的波束宽度的SS波束扫描全部SA，从而选定移动台UE存在的区域。然后，通过具有下一个窄波束宽度的SS波束，仅扫描移动台UE存在的区域，进一步选定移动台UE存在的区域。然后，重复这些扫描处理，直到到达具有最窄波束宽度的SS波束为止。
图15是第3变形例的BF-SS信号的发送方法的一例的说明图。这里，说明SS波束的最宽的波束宽度被设定为SA的1/4的波束宽度，SS波束的最窄的波束宽度被设定为SA的1/32的波束宽度的情况。
在第3变形例的BF-SS信号的发送方法中，首先，如图15A所示，使用具有SA的1/4的波束宽度的SS波束扫描SA全体。由此，若选定移动台UE存在的区域，则如图15B所示，将SS波束的波束宽度减小1级，通过具有SA的1/8的波束宽度的SS波束限定在移动台UE存在的区域进行扫描。这样，逐级地缩窄SS波束的波束宽度，最终，如图15C所示，通过具有SA的1/32的波束宽度的SS波束限定于移动台UE存在的区域进行扫描。
这样，在第3变形例的BF-SS信号的发送方法中，由于将SS波束的波束宽度逐级地进行调整从而扫描移动台UE，因此能够削减扫描处理所需的处理次数和扫描区域。由此，能够减轻MM基站MMeNB中的处理负担，同时进行扫描处理(BF-SS信号的发送处理)。
另外，在第3变形例的BF-SS信号的发送方法中，例如，在第1级等，在前半扫描中利用较宽波束的情况下，功率密度比在后半扫描中使用的窄波束降低，波束到达的范围缩小。即使在这样的情况下，也可以通过与第2变形例(窄带宽)组合从而以不同宽度的波束覆盖相同范围。此外，在数据通信时，如前述这样，优选使用最窄波束(增益最高波束)。因此，在最终级的扫描中使用的最窄宽度的波束优选被设定为与在数据通信时利用的波束同样的宽度。
尤其在第3变形例的BF-SS信号的发送方法中，若能够通过MM基站MMeNB事先取得移动台UE的分布以及位置信息和到相邻小区的距离等通信环境信息，则能够省略直到选定移动台UE存在的区域为止的利用宽的波束宽度的扫描处理。因此，在应用第3变形例的BF-SS信号的发送方法的情况下，优选在MM基站MMeNB中事先从宏基站MeNB取得这样的通信环境信息。
另外，第3变形例的BF-SS信号的发送方法也可以与第1、第2变形例的BF-SS信号的发送方法组合。
此外，以上的第1～第3的变形例的BF-SS信号的发送方法也可以应用于第2方式的BF-SS信号的发送方法。尤其，在第3变形例的BF-SS信号的发送方法被应用于第2方式的3D扫描模式的情况下，优选考虑如上述这样的与SS波束的仰角对应的照射范围(功率密度)的变化、SA内的BF-SS信号的扫描的均匀性、效率性，从而选择波束宽度、时间间隔等参数。在该情况下，例如，在仰角高的情况和低的情况下通过调整波束宽度，从而能够使功率密度相同，可以确保BF-SS信号扫描的均匀性。
而且，在第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中，在MM基站MMeNB中，在取得来自宏小区M等外部通信装置的外部信息的情况下，也可以基于取得的外部信息自适应地计算BF权重。在该情况下，作为来自外部通信装置的外部信息的具体例，包含各移动台UE的分布以及位置信息、用户优先级以及相邻的基站装置的位置信息等。
而且，在第1、第2方式的BF-SS信号的发送方法中，例如，在中央控制站CC等上位控制节点中，通过在意图上调整对MM基站MMeNB提供的信息，从而也能够控制大规模MIMO小区MM中的通信状态。通过这样的大规模MIMO小区MM中的通信状态的控制，例如，能够进行考虑了对其他通信***的干扰、通信***整体的负荷平衡和用户满意度等的通信状态的控制。
本申请基于2013年8月20日申请的特愿2013-170814。其内容全部包含于此。

Claims (9)

1.一种同步信号发送方法，通过使用基站装置所具有的多个天线元件的波束成形，控制在小区搜索中使用的同步信号用的发送波束的发送方向，其特征在于，所述同步信号发送方法包括：
同步信号处理步骤，生成包含能够识别同步信号用的发送波束的信息的同步信号，并以规定的时间间隔变更对于所述同步信号的波束成形用权重；以及
发送步骤，通过下行链路发送根据各个所述波束成形用权重而生成的所述同步信号。
2.如权利要求1所述的同步信号发送方法，其特征在于，
在所述同步信号处理步骤中，能够选择将所述同步信号用的发送波束的发送方向在方位角方向上进行控制的所述波束成形用权重、和在方位角方向以及仰角方向上进行控制的所述波束成形用权重。
3.如权利要求1所述的同步信号发送方法，其特征在于，
还包括选择步骤，选择至少包含对所述波束成形用权重进行变更的时间间隔、和所述同步信号用的发送波束的波束宽度的波束成形用参数，
在所述同步信号处理步骤中，基于在所述选择步骤中选择的所述波束成形用参数，控制所述波束成形用权重以及对该波束成形用权重进行变更的时间间隔。
4.如权利要求3所述的同步信号发送方法，其特征在于，
在所述选择步骤中，基于所述同步信号的信号长度来决定对所述波束成形用权重进行变更的时间间隔。
5.如权利要求3所述的同步信号发送方法，其特征在于，
在所述选择步骤中，基于基站装置中的天线元件数、发送功率、频带、带宽以及波束照射范围的至少一个，决定所述同步信号用的发送波束的波束宽度。
6.如权利要求1所述的同步信号发送方法，其特征在于，
在所述同步信号处理步骤中，选择同时生成包含多个所述同步信号用的发送波束的波束群的所述波束成形权重。
7.如权利要求1所述的同步信号发送方法，其特征在于，
在所述发送步骤中，利用通信***的一部分带宽发送所述同步信号用的发送波束。
8.如权利要求1所述的同步信号发送方法，其特征在于，
还包括取得步骤，从外部通信装置取得用于生成所述同步信号用的发送波束的信息，
在所述同步信号处理步骤中，基于在所述取得步骤中取得的信息来选择所述波束成形用权重。
9.一种基站装置，通过使用多个天线元件的波束成形，控制在小区搜索中使用的同步信号用的发送波束的发送方向，其特征在于，所述基站装置包括：
同步信号处理单元，生成包含能够识别同步信号用的发送波束的信息的同步信号，并且以规定的时间间隔变更对于所述同步信号的波束成形用权重；以及
发送单元，通过下行链路发送根据各个所述波束成形用权重而生成的所述同步信号。
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