JP2015211282A - 基地局、その制御方法および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】端末の移動に対して、基地局の多数のアンテナの中からＢＦ（ビームフォーミング）とＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）多重を実施するための適切なアンテナ選択を行い、高い受信品質を維持し高スループットを達成することにある。【解決手段】複数のアンテナを具備して端末と通信する基地局であって、前記端末の水平方向および／または垂直方向の移動速度を推定する移動速度推定部と、前記推定した移動速度に基づきＢＦを行うアンテナの組み合わせを前記複数のアンテナの中から決定するＢＦアンテナ決定部と、を有する。【選択図】図１４

Description

本発明は基地局、その制御方法および無線通信システムに関するものである。

無線通信システムにおいてはトラヒックの増大に対応するためにスループットの向上が重要である。スループットを向上させるため、異なる信号を異なるアンテナから同じ時間と周波数を用いて多重伝送するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術が広く使用されている。例えば、現在広く普及しているセルラシステムのＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）では、最大８アンテナを使用したＭＩＭＯ伝送が定義されている。ＭＩＭＯ伝送では多数の信号を多重化するために高い受信品質を維持する必要がある。つまり、高トラヒックに対応するためには高い受信品質の維持が重要である。

一方、高い受信品質を達成する技術として異なるアンテナで同じ信号を伝送することで受信品質を高めるＢＦ（Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）が広く知られている。複数のアンテナを有する場合、受信品質を高めるためには、それら複数のアンテナで同じ信号を送信するＢＦを適用するべきであるが、複数のアンテナで同じ信号を送信するため、ＭＩＭＯ伝送のような高スループットを達成することは困難である。

以上のように、高トラヒックに対応するためには高い受信品質を維持しつつ高いスループットが必要である。現在、高受信品質かつ高スループットを達成する技術として、従来より多いアンテナ（例えば１０以上）を２次元（４アンテナ×４アンテナの正方形配置等）に配置して使用し、ＭＩＭＯとＢＦを同時に実施する３Ｄ ＭＩＭＯ（Ｆｕｌｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ＭＩＭＯとも呼ぶ）が研究されている。３Ｄ ＭＩＭＯでは、使用可能なアンテナ数が従来よりも多いため、ＭＩＭＯ伝送とＢＦを同時に実施することが可能である。ＢＦの効果により高受信品質のエリアを拡大することができ、ＭＩＭＯを実施可能な高スループットのエリアが拡大する。つまり、ＭＩＭＯ伝送が可能なエリアを拡大するＢＦ技術が３Ｄ ＭＩＭＯにおいて重要である。

このような技術に関して例えば特許文献１には、ＭＩＭＯシステムにおいて端末の位置を上りの信号から位置推定を行ってＢＦのパターンを決定する技術が開示されている。

特開２０１３−００５３７９号公報

多数のアンテナを使用してＢＦを行う場合、ビーム幅を狭くすることで端末の受信品質を向上させると同時に、隣接セルに与える干渉を減少させることが可能である。しかし、ビーム幅を狭くするほど端末の移動に対する追従が困難になり、正しいビームを形成することができないことによりスループットが劣化する。

そこで、本発明の目的は、端末の移動に対して、基地局の多数のアンテナの中からＢＦとＭＩＭＯ多重を実施するための適切なアンテナ選択を行い、高い受信品質を維持し高スループットを達成することにある。

本発明に係る代表的な基地局は、複数のアンテナを具備して端末と通信する基地局であって、前記端末の水平方向および／または垂直方向の移動速度を推定する移動速度推定部と、前記推定した移動速度に基づきＢＦを行うアンテナの組み合わせを前記複数のアンテナの中から決定するＢＦアンテナ決定部と、を有することを特徴とする。

また、本発明は基地局の制御方法および無線通信システムとしても把握される。

本発明によれば、端末の移動に対して、基地局の多数のアンテナの中からＢＦとＭＩＭＯ多重を実施するための適切なアンテナ選択を行い、高い受信品質を維持し高スループットを達成することができる。

無線通信システムのネットワーク構成の例を示す図である。 基地局によるセル構成の例を示す図である。 アンテナ構成の例を示す図である。 基地局と端末間において無線通信されるフレームの例を示す図である。 端末と基地局における処理シーケンスの例を示す図である。 基地局が有する処理部の例を示す図である。 ＢＦ可能パターン決定部が有する処理部の例を示す図である。 移動速度推定部の処理フローチャートの例を示す図である。 移動速度を推定するためのアンテナグループの例を示す図である。 移動速度推定部の別の処理フローチャートの例を示す図である。 ＢＦアンテナ決定部の処理フローチャートの例を示す図である。 ＢＦアンテナ参照テーブルの例を示す図である。 ＢＦアンテナグループの例を示す図である。 移動速度とＢＦアンテナグループの関係の例を示す図である。 ＤＬ参照信号情報生成部の処理フローチャートの例を示す図である。 ＤＬ参照信号の例を示す図である。 ＤＬ参照信号を送信するアンテナ構成の第一の例を示す図である。 ＤＬ参照信号を送信するアンテナ構成の第二の例を示す図である。 移動速度とＤＬ参照信号を送信するアンテナ構成の関係の例を示す図である。 ３Ｄ ＭＩＭＯ決定部の処理フローチャートの例を示す図である。 ＲＳアンテナグループのグループ化の例を示す図である。 ３Ｄ ＭＩＭＯの伝送に使用するアンテナ構成の例を示す図である。 実施例２の処理シーケンスの例を示す図である。 実施例３のアンテナ構成の例を示す図である。 実施例３のアンテナ構成の水平方向の分割例を示す図である。 実施例３のアンテナ構成の垂直方向の分割例を示す図である。 実施例３のアンテナ構成の水平方向及び垂直方向の分割例を示す図である。

実施例１の無線通信システムにおける基地局は、水平方向と垂直方向の２次元に配置された複数のアンテナを具備し、端末からのＵＬ（Ｕｐｌｉｎｋ）参照信号から水平方向と垂直方向の端末の移動速度を推定し、ＢＦ可能なアンテナの組み合わせを決定し、当該アンテナの組み合わせに基づいてＤＬ（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ）参照信号を設定した後、端末が当該ＤＬ参照信号からＭＩＭＯ可能な空間多重数を基地局に報告し、報告された空間多重数とＵＬ参照信号と前記ＢＦ可能なアンテナの組み合わせから、ＢＦとＭＩＭＯに使用するアンテナを決定し、ＤＬ伝送を行う。以下、実施例１の無線通信システム及び無線通信システムにおける基地局について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は無線通信システムのネットワーク構成の例を示す図である。無線通信システムは例えば図１に示すネットワーク構成によって実装される。すなわち、無線通信システムは複数の基地局２０（２０ａ、２０ｂ、・・・）と複数の端末２１（２１ａ、２１ｂ、・・・）とバックホール３０５とを備える。また、無線通信システムはネットワーク２０３と接続される。

基地局２０は端末２１から受信した信号をルータ２０１に転送し、さらに、ルータ２０１から受信した信号を端末２１に転送する装置である。基地局２０はプロセッサ及びメモリを備える計算機である。基地局２０はセル２２に含まれる端末２１と、無線によって通信できる。例えば、基地局２０ａはセル２２ａに含まれる端末２１ａと端末２１ｂと通信できる。ここで、セル２２は基地局２０の通信範囲である。端末２１はユーザへのインタフェースを備える装置である。一般的に基地局２０の位置は固定されているが、端末２１は移動する。

バックホール３０５は、複数の基地局２０間の通信を中継したり、端末２１とネットワーク２０３との通信を中継したりするシステムである。バックホール３０５は、ルータ２０１と、ゲートウェイ（ＧＷ）２０２とを備える。ルータ２０１は基地局２０と無線又は有線によって通信する装置である。ルータ２０１は受信した信号の宛先に従って信号を振り分ける装置である。このため、ルータ２０１はＬ３スイッチでもよい。ＧＷ２０２はルータ２０１とネットワーク２０３との間において、通信を中継する装置である。ネットワーク２０３は例えばインターネットである。基地局２０はルータ２０１とＧＷ２０２とを介してネットワーク２０３と接続される。

図２は基地局２０によるセル構成の例を示す図である。基地局２０は図２に示すようなセルを構成するように設置されてもよい。図２に示す三つの基地局２０（２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅ）は３セルを構成するように設置される。基地局２０ｃ、２０ｄ、及び２０ｅは指向性を持つアンテナを含み、各々セル２２ｃ、２２ｄ、及び２２ｅの範囲の端末２１と通信できる。セルはセクタと呼ばれることもある。ただし、この例の基地局２０はセクタ構成である必要はなく、１つの基地局２０で円状の範囲をカバーするオムニセル構成等、基地局２０がある範囲をカバーするものであればこれに限定するものではない。

図３は実施例１の基地局２０が具備するアンテナ構成の例を示す図である。基地局２０のアンテナは図３に示すように複数のアンテナ素子３０１で構成され、各アンテナ素子３０１が水平方向と垂直方向に格子状に並べられる。図３では水平方向に４アンテナ素子、垂直方向に４アンテナ素子の合計１６アンテナ素子の例を示しているが、水平方向と垂直方向にアンテナ素子が並ぶものであればこれに限定するものではない。例えば、正方形の配置ではなく、端末２１の分布や移動方向の頻度などに応じて水平方向４アンテナ素子、垂直方向８アンテナ素子のように長方形に配置されてもよい。また、平面上ではなく、曲面状にアンテナ素子を配置してもよい。なお、各アンテナ素子３０１はいわゆるパッチアンテナなどでもよいが、パッチアンテナに限定されるものではなく、他の形式のアンテナでもよい。以下で説明するように、図３に示すような水平方向のアンテナと垂直方向のアンテナに対して、ＢＦを適用するアンテナの組み合わせと、ＭＩＭＯ多重を適用するアンテナの組み合わせを適応的に選択し、ＤＬ送信を行う。

図４は基地局２０と端末２１間において無線通信されるフレームの例を示す図である。基地局２０は周波数領域と時間領域とを有する無線リソースをフレームに割り当てる。一つのフレームにおいて、あらかじめ定められた周波数帯域幅４０４の周波数領域に情報が含まれる。また、一つのフレームにおいて、Ｄｏｗｎｌｉｎｋ（ＤＬ）４０５及びＵｐｌｉｎｋ（ＵＬ）４０６の時間領域に情報が含まれる。周波数帯域幅４０４は複数のサブチャネル４０１を含む。また、一つのフレームは時間方向に複数のサブフレーム４０２を含む。ＰＲＢ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｂｌｏｃｋ）４０３は、一つのサブチャネル４０１によって区切られた周波数領域であり、かつ、一つのサブフレーム４０２によって区切られた時間領域である。

制御チャネル４０７は少なくとも一つのサブフレーム４０２に含まれる時間領域である。図４に示すフレームが基地局２０から端末２１へ送信されるフレームにおいて、制御チャネル４０７は、端末が送受信するフレームに割り当てられる無線リソースに関する割当情報、及び端末が含まれる無線通信システムの構成情報等の制御情報を含む。ＤＬ４０５及びＵＬ４０６における制御メッセージは、各サブフレーム４０２の制御チャネル４０７以外のＰＲＢ４０３に含まれる。図４に示すフレームの構成は、例えばＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）のＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）において用いられるフレームの構成である。なお、１つのサブフレーム４０２は複数のシンボルを含み、１つのサブチャネルは複数のサブキャリアを含む。基地局２０は後述する処理により決定したＢＦとＭＩＭＯのＤＬ送信構成を示す制御情報及びＤＬ信号を、図４に示すようなフレームを用いて端末２１に送信することによって、ＤＬ伝送を行う。

図５は基地局２０と端末２１における処理シーケンスの例を示す図である。まず、端末２１はステップ５０１でＵＬ参照信号を基地局２０に送信する。ＵＬ参照信号はＵＬサブフレームで送信される信号であり、使用する無線リソース等の情報としては、接続時はハンドオーバ時等に予め設定されているものとする。設定されていない場合、基地局２０から端末２１に対してＵＬ参照信号の設定情報を通知する。例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の場合、ＳＲＳ（Ｓｏｕｎｄｉｎｇ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）が当該ＵＬ参照信号に相当する。ＵＬ参照信号はＵＬサブフレームの特定のシンボルや周波数を用いて送信される信号であり、基地局２０と端末２１との間で既知の信号であればよい。また、当該使用する無線リソース等の情報は、使用する周波数、シンボル、送信周期、ＵＬ参照信号の系列番号、使用するアンテナ情報を含んでもよい。

ＵＬ参照信号を受信した基地局２０はステップ５０２で端末２１の移動速度を推定する。この推定の処理については後述する。ステップ５０２で推定した移動速度に応じて、ステップ５０３で、図３に示すような水平方向と垂直方向のアンテナから、ＢＦに使用するアンテナの組み合わせを決定する。この決定の処理については後述する。さらに、ステップ５０３で決定したＢＦに使用するアンテナの組み合わせから、ＭＩＭＯ多重数を端末が推定するためのＤＬ参照信号を生成する。このＤＬ参照信号の生成の処理は後述する。

ステップ５０４で生成したＤＬ参照信号の設定情報をステップ５０５で端末２１に通知し、ＤＬ参照信号をステップ５０６で端末２１に送信する。ステップ５０５で端末２１へ通知する情報には、ＤＬ参照信号のリソース割当情報、変調方式、送信タイミング等の情報を含む。ただし、ＤＬ参照信号を端末２１が特定できるための情報であればこれに限定するものではない。また、ステップ５０６で端末に送信するＤＬ参照信号は、このタイミングのみ送信するものでもよいし、または周期的に送信するものでもよい。

ＤＬ参照信号を受信した端末２１は、ステップ５０７でＭＩＭＯの空間多重数を推定し、ステップ５０８で基地局２０に通知する。空間多重数とは、基地局２０がＭＩＭＯによって異なる信号を同じ時間、周波数に多重して送信しても端末が分離受信することのできる数であり、無線伝搬路から推定することができる。例えば、ＤＬ参照信号から無線伝搬路を推定し、伝搬路行列のＲａｎｋ情報から推定してもよい。ただし、ＭＩＭＯ空間多重数の推定処理は、ＤＬ参照信号から多重数を推定するものであればこれに限定するものではない。ステップ５０８での基地局への通知処理は、このタイミングのみでもよいし、周期的に送信してもよい。

基地局２０は、ステップ５０８で通知されたＭＩＭＯ多重数と、ステップ５０３で決定したＢＦ可能なアンテナの組み合わせから、ステップ５０９においてＢＦに使用するアンテナとＭＩＭＯ多重に使用するアンテナを同時に決定する。最後に、ステップ５０９で決定したアンテナの使用構成を用いて、ステップ５１０でＤＬデータ伝送を行う。

図６は基地局２０が有する処理部の例を示す図である。基地局２０が有する複数の処理部は、回線インタフェース６０１、上位レイヤ制御部６０２、スケジューリング部６０３、Ｄｏｗｎｌｉｎｋベースバンド処理部６０４、Ｕｐｌｉｎｋベースバンド処理部６０５、送信ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部６０６、受信ＲＦ部６０７、スイッチ６０８、コントローラ６１０、ＢＦ可能パターン決定部６１１、３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２、及びＢＦ処理部６１３である。また、基地局２０はアンテナ６０９を備える。アンテナ６０９は、端末２１と無線電波によって通信するために、無線信号を送受信する装置であり、図３に示したようなアンテナ構成となっている。

コントローラ６１０は、基地局２０に含まれる複数の処理部に、処理のタイミングを通知したり、あらかじめ定められた設定値に従って指示を入力したりする処理部である。基地局２０がバックホール３０５からＤＬデータを受信した場合、回線インタフェース６０１がデータを受信する。上位レイヤ制御部６０２は回線インタフェース６０１からデータを受信し、ＧＷ２０２と通信するためのヘッダ処理等を受信したデータに行う。スケジューリング部６０３はヘッダ処理されたデータを上位レイヤ制御部６０２から入力される。

アンテナ６０９がＵＬデータを受信した場合、スイッチ６０８は自らを受信側のスイッチに切り替える。受信ＲＦ部６０７はスイッチ６０８から入力されたデータにＲＦ処理を行う。ＲＦ処理を行われたＵＬデータはＵｐｌｉｎｋベースバンド処理部６０５によって処理され、当該情報を、スケジューリング部６０３、ＢＦ可能パターン決定部６１１、及び上位レイヤ制御部６０２に伝送する。上位レイヤ制御部６０２が受信したＵＬデータは、回線インタフェース６０１を介してバックホール３０５に送信される。

ＢＦ可能パターン決定部６１１は、図５のステップ５０１で送信されたＵＬ参照信号の情報をＵｐｌｉｎｋベースバンド処理部６０５から受信し、端末２１の移動速度を推定し、ＢＦ可能なアンテナの組み合わせを決定する。アンテナの組み合わせを決定した後、ＤＬ参照信号を生成するための情報を上位レイヤ制御部６０２に伝送し、端末２１への通知メッセージを生成するよう要求する。上位レイヤ制御部６０２は、ＤＬ参照信号を生成するための情報をＢＦ可能パターン決定部６１１から受信すると、ＤＬ参照信号を端末に伝送するために、当該情報をスケジューリング部６０３に通知する。また、ＢＦ可能パターン決定部６１１は決定したアンテナの組み合わせ情報を３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２に通知する。

３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２は、図５のステップ５０８で通知されたＭＩＭＯ多重数の情報をＵｐｌｉｎｋベースバンド処理部６０５または上位レイヤ制御部６０２から受信し、ＢＦ可能パターン決定部６１１から受信するアンテナの組み合わせ情報とあわせて、各アンテナについてＢＦするアンテナとＭＩＭＯ多重を行うアンテナの組み合わせを決定する。決定されたＢＦアンテナ情報はＢＦ処理部６１３に通知され、ＢＦ処理部６１３でＢＦを実施するためのウエイト計算が行われる。ウエイト計算の内容はＢＦの一般的な技術であり、例えばＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）基準のウエイト計算式を用いてもよいし、ＢＦを実施するための異なるウエイト計算式を用いてもよい。

スケジューリング部６０３は、上位レイヤ制御部６０２から入力されたサービスの情報、受信ＲＦ部６０７から入力された情報、Ｕｐｌｉｎｋベースバンド処理部６０５から入力された情報、及び３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２から入力される情報に基づいて、基地局２０が端末２１へ送信するためのフレームのＤＬ４０５及びＵＬ４０６に割り当てる無線リソース、及びＢＦ、ＭＩＭＯの伝送の構成を決定する。そして、上位レイヤ制御部６０２から入力されたデータは無線リソースを割り当てられたフレームによって端末２１に送信される。ただし、スケジューリング部７０３が無線リソースを割り当てるために用いる情報は前述のような情報に限定されず、スケジューリング部６０３は他の処理部から入力された情報を利用して無線リソースの割り当てを決定してもよい。

その後、Ｄｏｗｎｌｉｎｋベースバンド処理部６０４はスケジューリング部６０３から入力されたデータに符号化及び変調等を行う。ここで、Ｄｏｗｎｌｉｎｋベースバンド処理部６０４は、ＢＦ処理部６１３で決定したＢＦウエイトを、ＭＩＭＯ処理された信号に乗算することでＢＦ処理を行う。ＢＦウエイトを信号に適用する処理もＢＦの一般的な技術である。

そして、送信ＲＦ部６０６はＤｏｗｎｌｉｎｋベースバンド処理部６０４から入力されたデータにＲＦ処理を行う。そして、スイッチ６０８は、送信ＲＦ部６０６からデータを入力された場合、自らを送信用のスイッチに切り替える。スイッチ６０８からデータを入力された場合、アンテナ６０９は入力されたデータをアンテナ６０９から無線信号によって送信する。

以上で説明した処理となるように各処理部はコントローラ６１０からの制御信号に従い動作する。なお、図６に示す各処理部は、ソフトウェアによって実装されてもよいし、集積回路等の物理的な装置によって実装されてもよい。図６に示す処理部がソフトウェアによって実装される場合、基地局２０が有するプロセッサによって、処理部に対応するソフトウェアが実行される。また、基地局２０が物理的な送受信機及びネットワークインタフェースを備える場合、送信ＲＦ部６０６、受信ＲＦ部６０７、スイッチ６０８、アンテナ６０９、ＢＦパターン決定部６１１、３Ｄ ＭＩＭＯ決定部は、送受信機に格納されてもよい。そして、回線インタフェース６０１はネットワークインタフェースに格納されてもよい。そして、その他の処理部はソフトウェアとして実装されてもよい。

図７はＢＦ可能パターン決定部６１１が有する処理部の例を示す図である。ＢＦ可能パターン決定部６１１は、端末の移動速度を推定する移動速度推定部７０１と、ＢＦ可能なアンテナの組み合わせを決定するＢＦアンテナ決定部７０２と、ＢＦアンテナ決定部が参照するＢＦアンテナ参照テーブル７０４と、ＤＬ参照信号を決定し、関連する設定情報を生成するＤＬ参照信号情報生成部７０３とから構成される。

移動速度推定部７０１は、Ｕｐｌｉｎｋベースバンド処理部６０５から受信するＵＬ参照信号の情報または上位レイヤ制御部６０２から送信される移動速度に関する情報を受信し、各端末２１の水平方向、垂直方向の移動速度を推定する。移動速度推定部７０１の処理は図５のステップ５０２の処理に相当する。ＢＦアンテナ決定部７０２は、移動速度推定部７０１で決定した水平方向、垂直方向の移動速度からＢＦを行うことのできるアンテナの組み合わせを決定し、決定したアンテナの組み合わせを３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２に通知する。ＢＦアンテナ決定部７０２の処理は図５のステップ５０３の処理に相当する。ＤＬ参照信号情報生成部７０３は、３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２で決定したアンテナの組み合わせに基づいて、空間多重を行うためＤＬ参照信号の情報を決定し、当該情報を端末２１に通知するための情報を生成して当該情報を上位レイヤ制御部６０２に通知する。ＤＬ参照信号情報生成部７０３の処理は図５のステップ５０４の処理に相当する。

図８は移動速度推定部７０１の処理フローチャートの例を示す図である。移動速度推定部７０１は、Ｕｐｌｉｎｋベースバンド処理部６０５から受信するＵＬ参照信号情報を使用して、水平方向のアンテナの情報から水平方向の移動速度を推定し、垂直方向のアンテナの情報から垂直方向の移動速度を推定する。移動速度推定部７０１はステップ８０１で水平方向のＵＬ参照信号情報を取得する。

水平方向のＵＬ参照信号情報とは、図９（ａ）に示すように基地局２０が水平方向のアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４で受信したＵＬ参照信号から算出される各アンテナの情報を示す。図９（ａ）のように４×４アンテナ構成の場合、水平方向のアンテナはアンテナグループ９０１、９０２、９０３、９０４の４つの組み合わせが存在する。ステップ８０１では、図９（ａ）のアンテナグループ９０１、９０２、９０３、９０４のいずれか１つ、または複数のアンテナグループの情報を取得する。

ステップ８０３では、取得したアンテナグループの情報から水平方向の移動速度を推定する。ＵＬ参照信号情報はＵＬ伝搬路の情報を示し、移動速度推定部７０１はアンテナグループ内のアンテナごとに当該情報を収集している。例えば、アンテナグループ９０１ではアンテナＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４のＵＬ伝搬路情報を収集している。収集したＵＬ伝搬路情報から到来方向推定を行う。この到来方向推定では各アンテナのＵＬ伝搬路情報の位相差、波長、アンテナ間隔から到来方向を推定することができる。例えば、位相差δ[rad]、波長λ[m]、アンテナ間隔ｄ[m]の場合、到来方向θは次の式で求めることができる。
θ=asin(λ(δ+2πn)/2πd)
ここで、asin(x)はsinの逆関数であり、nは任意の整数である。

それぞれ推定した到来方向は各アンテナ間で平均して最終的な到来方向として計算してもよい。また、アンテナグループ間で平均して最終的な到来方向として計算してもよい。ステップ８０３では到来方向を推定するものであれば任意の処理を用いてよく、例えばＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）等を用いてもよい。ステップ８０３では、時間間隔の離れた複数のＵＬ参照信号情報について、前記のように到来方向推定を行い、単に時間当たりの到来方向の変化速度Ｖを次の式にて計算する。
Ｖ=Δθ/T
ここで、Δθは前回推定した到来方向値と今回推定した到来方向値の差分、ＴはＵＬ参照信号の受信間隔である。変化速度Ｖは、複数のＵＬ参照信号情報から平均化して求めてもよい。ここで算出した変化速度Ｖを、推定方向の移動速度Ｖとして確定する。

また、移動速度推定部７０１は、ステップ８０２で垂直方向のＵＬ参照信号情報を取得する。垂直方向のＵＬ参照信号情報とは、図９（ｂ）に示すように基地局２０が垂直方向のアンテナＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１で受信したＵＬ参照信号から算出される各アンテナの情報を示す。図９（ｂ）のように４×４アンテナ構成の場合、垂直方向のアンテナはアンテナグループ９０１、９０２、９０３、９０４の４つの組み合わせが存在する。ステップ８０２では、図９（ｂ）のアンテナグループ９０１、９０２、９０３、９０４のいずれか１つ、または複数のアンテナグループの情報を取得する。

ステップ８０４では、取得したアンテナグループの情報から垂直方向の移動速度を推定する。移動速度の推定処理の内容は、使用する情報が垂直方向のアンテナの情報であること以外、ステップ８０３の水平方向の処理と同様である。水平方向と垂直方向の両方の移動速度を推定するためにステップ８０１とステップ８０２とは同時に実行してもよいし、何らかの順番に基づき実行してもよい。

移動速度推定部７０１では水平方向、垂直方向の移動速度を推定すると説明したが、基地局２０の処理量を低減するために水平方向の推定のみを実施してもよい。一般に端末２１は垂直方向より水平方向に広く分布しているので、水平方向の移動速度のほうが垂直方向より速い。このため、水平方向の推定精度を重視して水平方向のみを実施してもよい。ただし、高層ビルのエレベータ付近等、垂直方向の移動速度のほうが支配的である場合、垂直方向の推定のみを行ってもよい。

このように、基地局２０を設置する環境によって移動速度を推定する方向を限定してもよい。移動速度の推定方向を限定することにより、基地局２０の処理負荷を軽減することができる。また、処理量を低減するため、水平方向と垂直方向を分離せず、単に移動速度として推定してもよい。その場合も同様に水平方向と垂直方向のどちらかが支配的であると仮定し、処理を進める。

また、移動速度推定部７０１では図８に示すように到来方向推定により移動速度を推定すると説明したが、図１０に示すように、到来方向を直接推定するのではなく、伝搬路の変化速度から移動速度を推定してもよい。ステップ１００１では、上位レイヤ制御部６０２から伝搬路情報を取得する。例えば、端末２１からフィードバックされたＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）情報、ＵＬ参照信号情報から計算されるＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）等を使用してもよい。移動速度の推定自体を端末２１で行うよう指示しておき、端末２１にフィードバックさせた情報を上位レイヤ制御部６０２から取得してもよい。

ステップ１００２ではステップ１００１で取得した情報から端末２１の移動速度を推定する。例えば、ステップ１００１でＣＱＩを取得した場合、ＣＱＩの分散を計算し、分散値を移動速度として推定する。すなわち、移動速度が速い場合は分散が大きく、移動速度が遅い場合は分散が小さくなるとみなす。このような処理の例では、水平方向と垂直方向を区別することができない場合もある。その場合は前述のように端末２１の移動は水平方向の確率が高いとし、水平方向の移動速度と推定してもよい。例えば、垂直方向の移動速度は０としてもよい。

ただし、基地局２１の設置環境が高層ビルのエレベータ付近等であって、垂直方向の移動が支配的であると予めわかっている場合は当該移動速度を垂直方向として推定してもよい。なお、端末２１がＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）測定可能なものであれば、ＧＰＳによる位置情報により移動速度を推定するなどの別の処理でもよい。そして、移動速度推定部７０１はＵＬ参照信号を受信するごとに動作してもよいし、一定時間間隔で動作してもよい。

図１１はＢＦアンテナ決定部７０２の処理フローチャートの例を示す図である。ＢＦアンテナ決定部７０２は、移動速度推定部７０１で推定した移動速度情報から、ＢＦ可能なアンテナの組み合わせを決定する。ステップ１１０１では、移動速度推定部７０１で推定した移動速度情報を取得する。取得する移動速度情報は水平方向の移動速度または垂直方向の移動速度またはそれら両方である。

取得した移動速度情報からステップ１１０２でテーブル参照によりＢＦ可能なアンテナの組み合わせを決定する。移動速度が速い場合はＢＦの追従特性が劣化するため、当該方向のアンテナについてはＢＦをすることができないと決定する。移動速度が遅い場合はＢＦによる受信電力改善と隣接セルへの干渉低減のため、ＢＦを行うことが可能であると決定する。すなわち、水平方向または垂直方向の移動速度が遅い場合、当該方向と同じ方向に並ぶアンテナを用いてＢＦが可能であると決定する。水平方向または垂直方向の移動速度が速い場合、当該方向と同じ方向に並ぶアンテナを用いてＢＦすることはできないと決定する。また、ステップ１１０２では、移動速度が遅いほどＢＦに使用することのできるアンテナ数を増やす決定をし、移動速度が速いほどＢＦに使用することのできるアンテナ数を減らす決定をする。

図１２はステップ１１０２で使用するＢＦアンテナ参照テーブル７０４の例を示す図である。ステップ１１０２では取得した移動速度情報に基づきＢＦアンテナ参照テーブル７０４を使用することによりＢＦ可能なアンテナを決定する。列１２０１には、垂直方向の移動速度Ｖ＿ｖを閾値ｙ１、ｙ２．．．ｙＭによって段階分けし、各段階ごとに垂直方向に使用可能なアンテナ数を設定してある。ここで、垂直方向に使用可能なアンテナ数は垂直方向の移動速度Ｖ＿ｖが大きいほど少なくなるように設定する。例えば、垂直方向の移動速度Ｖ＿ｖが最も値の小さい閾値ｙ１より小さい場合は垂直方向の全てのアンテナを使用可能とし、垂直方向の移動速度Ｖ＿ｖがｙ１以上でｙ２未満の場合は垂直方向のアンテナ数の半分を使用してＢＦ可能とし、垂直方向の移動速度Ｖ＿ｖが最も値の大きい閾値ｙＭ以上の場合は垂直方向はＢＦ不可能のアンテナ数を１としてもよい。

すなわち、水平方向または垂直方向のアンテナ数Ｎが２のべき乗の場合はｌｏｇ２（Ｎ）段階に分けてもよい。そのような分け方で最も低速と判断した場合は全てのアンテナによりＢＦ可能とし、１段階速くなるごとにアンテナ数を１／２にしてもよい。アンテナ数が２のべき乗でない場合は移動速度が速くなるごとに、１／２、１／３、１／４と減らしていってもよい。アンテナ数の減らし方は各アンテナグループのアンテナ数が同一になるように分割することが望ましいが、同数に分割できない場合はアンテナ数の差が最小となるように分割してもよい。例えば、アンテナ数Ｎ＝１５の場合は７アンテナと８アンテナに分割する等である。

また、閾値ｙ１、ｙ２．．．ｙＭは予め運用者が設定しておく。水平方向の移動速度Ｖ＿ｈの行１２０２についても同様である。垂直方向の移動速度Ｖ＿ｖと各閾値との比較および水平方向の移動速度Ｖ＿ｈと各閾値の比較からＢＦに使用可能なアンテナｆｉｊ１２０３をＢＦアンテナ参照テーブル７０４の中の要素（テーブルの値）として特定する。ここで、ｉは垂直方向の第ｉ段階の要素を示し、ｊは水平方向の第ｊ段階の要素を示し、ｆの情報としてはアンテナ数とアンテナ位置であるＢＦに使用可能なアンテナの組み合わせの列挙または全アンテナのビットマップで示す。

例えば、図３のような４×４アンテナ構成に対し、水平方向と垂直方向の移動速度について各々閾値が２つ存在し、各々３段階に分けている場合において、垂直方向の移動速度Ｖ＿ｖが第２段階つまり遅くもなく早くもない状態であり、水平方向の移動速度Ｖ＿ｈが第１段階つまりもっとも遅い状態とすると、水平方向は４アンテナ全て使用してＢＦが可能であるが、垂直方向はやや移動速度が速いために全てのアンテナを使用することはできず、２アンテナをＢＦに使用可能と決定する。この例を図１３に示す。水平方向は４アンテナであり、垂直方向は２アンテナであるため、ＢＦアンテナ参照テーブル７０４においてｆ２１＝（Ａ１， Ａ２， Ａ３， Ａ４， Ｂ１， Ｂ２， Ｂ３， Ｂ４）、（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）と表すことができ、アンテナグループ１３０１、１３０２を構成する。

４×４アンテナで３段階にアンテナの組み合わせを変える場合のＢＦ可能なアンテナの組み合わせの例を図１４に示す。ＢＦアンテナ参照テーブル７０４は例えば図１４に示すＢＦ可能なアンテナの組み合わせに基づき設定される。図１４において４×４アンテナがアンテナの組み合わせであり、その中の黒枠で囲んでいるアンテナがＢＦ可能なアンテナの組み合わせである。アンテナの組み合わせ１４０１は、水平方向も垂直方向も移動速度が遅いため、全てのアンテナをＢＦに使用可能なことを示している。アンテナの組み合わせ１４０２では、水平方向の移動速度がやや速いため、水平方向のアンテナを全て使用するのではなく２アンテナ使用することで、水平方向２アンテナと垂直方向４アンテナの計８アンテナでＢＦ可能であることを示している。

アンテナの組み合わせ１４０５では、水平方向も垂直方向も移動速度がやや速いため、水平方向２アンテナと垂直方向２アンテナの計４アンテナでＢＦ可能であることを示している。アンテナの組み合わせ１４０９では、水平方向も垂直方向の移動速度が速いため、ＢＦ可能なアンテナの組み合わせがないことを示している。ここで、移動速度推定部７０１において、水平方向または垂直方向の移動速度のみを推定していた場合、図１４に示すアンテナの組み合わせの一部を当該移動速度から選択する。水平方向の移動速度のみを推定していた場合は垂直方向の移動速度は推定していないため、図１４の横３つからアンテナの組み合わせを選択する。

例えば、垂直方向の移動速度が遅いと仮定した場合はアンテナの組み合わせ１４０１、１４０２、１４０３から選択する。垂直方向の移動速度が速いと仮定した場合はアンテナの組み合わせ１４０７、１４０８、１４０９から選択する。垂直方向の移動速度のみを推定していた場合は縦３つから同様に選択する。ここで、推定していない方向の移動速度は、予め設定された値でもよいし、基地局２０の設置環境によって変えてもよい。以下では、ＢＦアンテナ決定部７０２で決定したアンテナの組み合わせをＢＦアンテナグループと呼ぶ。ＢＦアンテナ決定部７０２は、移動速度推定部７０１からの推定値を受信するごとに動作してもよいし、周期的に動作してもよい。

図１５はＤＬ参照信号情報生成部７０３の処理フローチャートの例を示す図である。ＤＬ参照信号情報生成部７０３は、ＢＦアンテナ決定部７０２から受信するＢＦアンテナグループ情報とＭＩＭＯ多重数を推定するための端末２１のアンテナ数情報から、ＤＬ参照信号情報を生成する。ＢＦでは異なるアンテナから同じ信号を重み付けして送信するが、ＭＩＭＯ多重では異なるアンテナから異なる信号を送信することでスループットを向上させる。ＭＩＭＯ多重を行う場合、端末２１が多重された信号を分離することができる受信環境にあるかどうかを基地局２０が推定する必要がある。端末２１が分離可能な多重数をＲａｎｋと呼ぶ。端末２１はＲａｎｋを推定する場合、異なる信号を送信するアンテナから参照信号を受信し、分離可能かどうかを信号処理によって推定する。

図１６に端末２１が４アンテナを具備しており、４多重まで可能な場合のＤＬ参照信号の例を示す。ここで、多重する信号をストリームと呼ぶ。図１６に示すＤＬ参照信号の配置１６０１〜１６０４は、１２サブキャリアと１４シンボルで構成されるＲＢについて、各ストリームに対するＤＬ参照信号の配置を示している。当該ＤＬ参照信号は例えばＬＴＥのＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＲＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）を示している。ＤＬ参照信号の配置１６０１と１６０２は同じサブキャリア、シンボルでＤＬ参照信号を伝送しているが、送信系列を変えているため端末２１において分離することができる。ＤＬ参照信号の配置１６０１と１６０３は使用するサブキャリア、シンボルが異なるため分離することができる。これらのＤＬ参照信号を端末２１が受信処理することによりＲａｎｋを推定することができる。

ただし、ＤＬ参照信号は、端末２１がＲａｎｋを推定できるものであれば、全てのストリームについて異なるサブキャリアとシンボルを使用してもよいし、全て同じサブキャリアとシンボルを使用し、異なる系列を使用してもよい。また、ＤＬ参照信号に使用する信号点数は、図１６では１２であるが、１以上であればこれより多くても少なくてもよい。また、ＤＬ参照信号はＲＢ単位ではなく複数ＲＢ単位に設定してもよい。ＤＬ参照信号情報生成部７０３では、各ストリームについて図１６に示すような使用するサブキャリア、シンボル、系列、各ＤＬ参照信号を送信するアンテナを図３のようなアンテナ構成の中から決定し、上位レイヤ制御部に通知する。

ＤＬ参照信号情報生成部７０３は、まずステップ１５０１においてＢＦアンテナ決定部７０２で決定したアンテナの組み合わせ情報ｆｉｊを取得する。次に、ステップ１５０２で端末２１のアンテナ数を上位レイヤから取得する。ここで、端末２１のアンテナ数は基地局２０と端末２１の接続時に端末２１が基地局２０に通知しているものとする。

端末２１のアンテナ数とＢＦ可能なアンテナの組み合わせ情報ｆｉｊに基づきステップ１５０３でＤＬ参照信号の設定情報を決定する。ここで、ＤＬ参照信号の各ストリームのサブキャリア位置、シンボル位置は図１６のように予め決められているものとする。例えば端末２１が２アンテナの場合、ストリーム１、２のＤＬ参照信号を使用し、ストリーム３、４のＤＬ参照信号は使用しない。４アンテナの場合、全てのストリームのＤＬ参照信号を使用する。

次に、各ストリームのＤＬ参照信号がどのアンテナを用いて送信されるかを決定する。ＢＦ可能なアンテナの組み合わせにおいて、図１４の黒枠で分類される各アンテナグループは、アンテナグループ内の各アンテナから同じ信号を送信してＢＦを実施する可能性がある。逆に、アンテナグループ間ではＢＦを実施しないため異なる信号を送信する。つまり、異なるアンテナグループ間はＭＩＭＯ多重の異なるストリームを送信する可能性があるため異なるストリームのＤＬ参照信号を送信するように設定する。

一方、アンテナグループ内の異なるアンテナでは、ＢＦによって同じ信号を送信するため、同じＤＬ参照信号を送信するように設定する。ただし、アンテナグループがストリーム数以上存在する場合、例えば図１４のアンテナの組み合わせ１４０６、１４０８、１４０９のような場合、ストリーム数以上のＤＬ参照信号は送信できないため、複数のアンテナグループ間で同じＤＬ参照信号を送信し、最大で４ストリームぶんのＤＬ参照信号となるようにする。例えば、アンテナの組み合わせ１４０８の場合、水平方向の４アンテナで同じＤＬ参照信号を送信するように、図１７（ａ）のように設定してもよいし、正方形の４アンテナで同じＤＬ参照信号を送信するように、図１７（ｂ）のように設定してもよい。

一方、アンテナグループがストリーム数未満の場合、例えば図１４のアンテナの組み合わせ１４０１、１４０２、１４０４のような場合、端末２１には最大でストリーム数ぶんのＭＩＭＯ多重が可能なため、ストリーム数ぶんのＤＬ参照信号を送信するように設定する。その場合、複数のＢＦアンテナグループ間で同じＤＬ参照信号を送信しないように設定する。例えばアンテナの組み合わせ１４０２の場合、垂直方向の４アンテナで同じＤＬ参照信号を送信するように図１８（ａ）のように設定してもよいし、正方形の４アンテナで同じＤＬ参照信号を送信するように図１８（ｂ）のように設定してもよい。ＤＬ参照信号を送信するアンテナの組み合わせが複数存在する場合、どの組み合わせを選択するかは、予め設定されていてもよいし、ランダムに設定してもよい。

アンテナの組み合わせ１４０１のように、水平方向、垂直方向どちらでもＢＦ可能な場合、隣接セルへの干渉低減効果を考慮すると水平方向のアンテナを用いてＢＦするほうがよい。つまり、図１７（ａ）のように選択するとよい。また、水平方向の移動速度のほうが垂直方向より変化しやすいと想定し、ＢＦは垂直方向のアンテナを優先的に使用して実施するよう、ＤＬ参照信号を垂直方向のアンテナで同じ信号を送信するように設定してもよい。つまり、図１８（ａ）のように設定してもよい。ここでは、予め図１９に示す例のように設定されているとする。

図１９の例では隣接セルへの干渉を抑制するため、可能な限り水平方向のアンテナを使用してＢＦするとしている。つまり、全アンテナでＢＦできるアンテナの組み合わせ１４０１の場合は水平方向のアンテナを使用してＢＦできるよう、アンテナの組み合わせ１９０１のように水平方向のアンテナで同じＤＬ参照信号を送信する設定とする。また、水平方向の移動速度が速く、水平方向の全アンテナをＢＦに使用できない場合、垂直方向のアンテナを使用してＢＦするとする。つまり、アンテナの組み合わせ１４０８のような場合は水平方向２アンテナと垂直方向２アンテナでアンテナの組み合わせ１９０８のようにＤＬ参照信号を送信する。

ＢＦができないアンテナの組み合わせ１４０９の場合であっても、ＭＩＭＯ多重可能な場合もあるため、ＤＬ参照信号は４ストリームぶん送信する必要がある。その場合に水平方向は１アンテナしかＢＦに使用できないため、垂直方向で同じＤＬ参照信号を送信するようにアンテナの組み合わせ１９０９の設定とする。さらに、当該ＤＬ参照信号は当該端末２１固有の参照信号となっているため、送信するサブフレーム、フレーム、周波数位置（ＲＢ位置）を指定し、当該サブフレーム、フレーム、ＲＢ位置において端末２１は当該ＤＬ参照信号を受信し、Ｒａｎｋ推定を行う。よって、基地局２０は同時にＤＬ参照信号を送信するサブフレーム、フレーム、ＲＢ位置を決定する。

なお、使用するＲＢ数は予め設定されているものとする。ＲＢ位置は各端末２１の順にＲＢ番号の小さいほうから順に割り当てる。また、サブフレーム番号とフレーム番号も各端末２１の順にＲＢ番号に小さいほうから順に割り当てる。ここで、割当周期は予め設定されているものとする。ここで、ＲＢ数は端末２１ごとに変更してもよい。また、割り当てるサブフレーム、フレーム、ＲＢ位置は、ＤＬ参照信号のサブキャリア、シンボル、系列の全てが重ならないように設定するのであれば、順に割り当てるのではなく、ランダムに分散させてもよい。

以下では、ステップ１５０３で決定した、同じＤＬ参照信号を送信するアンテナの組み合わせをＲＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）アンテナグループと呼ぶ。ＲＳアンテナグループは、ＲＳアンテナグループ内のアンテナが複数のＢＦアンテナグループにまたがり、かつ当該ＢＦアンテナグループ内の各アンテナが複数のＲＳアンテナグループにまたがって設定されないようにする。つまり、ＲＳアンテナグループは、１つのＢＦアンテナグループ内に複数存在し、異なるＢＦアンテナグループのアンテナを使用することがない状態、または１つのＲＳアンテナグループが複数のＢＦアンテナグループを含み、当該ＢＦアンテナグループが異なるＲＳアンテナグループのアンテナを使用することがない状態である。なお、以上の説明とは別にＢＦアンテナグループとＲＳアンテナグループとが同じ構成のアンテナグループでもよい。

ステップ１５０４では、ステップ１５０３で決定したＤＬ参照信号の設定情報を上位レイヤ制御部６０２へ通知する。当該ＤＬ参照信号はＤｏｗｎｌｉｎｋベースバンド処理部６０４から送信するため当該設定情報が必要である。よって、上位レイヤ制御部６０２はスケジューリング部６０３を通じて当該情報をＤｏｗｎｌｉｎｋベースバンド処理部６０４に通知する。

ＤＬ参照信号を受信した端末２１では、図５のステップ５０７でＲａｎｋを推定し、当該Ｒａｎｋ情報を基地局２０へフィードバックする。Ｒａｎｋ情報を受信した基地局２０は当該情報を３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２に通知する。なお、ＤＬ参照信号生成部７０３は、ＢＦアンテナ決定部７０２からの情報を受信するごとに動作してもよいし、周期的に動作してもよい。

図２０は３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２の処理フローチャートの例を示す図である。３Ｄ ＭＩＭＯ決定部６１２は、ＢＦ可能パターン決定部６１１から通知されるＢＦアンテナグループ情報、ＲＳアンテナグループ情報、端末２１からフィードバックされるＲａｎｋ情報から、ＢＦに使用するアンテナとＭＩＭＯ多重に使用するアンテナを決定する。ステップ２００１では、ＢＦアンテナグループ情報、ＲＳアンテナグループ情報、Ｒａｎｋ情報を取得する。ここで、ＲＳアンテナグループの総数をＧとする。

ＭＩＭＯ多重はＲａｎｋ数（Ｒ）ぶんのストリームを多重する。つまり、ＭＩＭＯ多重数＝Ｒとする。Ｒ＜Ｇの場合は複数のＲＳアンテナグループ間で同じストリームの信号を送信する必要がある。このため、まずステップ２００２においてｆｌｏｏｒ（Ｇ／Ｒ）個のＲＳアンテナグループを１つのグループとしてグループ化し、当該グループをＲ−Ｇ ｍｏｄ（Ｒ）個生成する。ここで、ｆｌｏｏｒ（ｘ）はｘを超えない最大の整数を返す関数、ｘ ｍｏｄ（ｙ）はｘをｙで割った場合の余りを返す関数である。また、残りのＲＳアンテナグループについてはステップ２００３でｆｌｏｏｒ（Ｇ／Ｒ）＋１個のＲＳアンテナグループを１つのグループとしてグループ化し、当該グループをＧ ｍｏｄ（Ｒ）個生成する。

ここで、グループ化する場合は隣り合うＲＳアンテナグループでグループ化する。すなわち、統合するアンテナグループの数の差が１になるように合計Ｒ個にＲＳアンテナグループをグループ化する。ただし、ＲＳアンテナグループをグループ化する場合、可能な限り異なるＢＦアンテナグループ間をまたがないようにする。例えば、ＢＦアンテナグループがアンテナの組み合わせ１４０２、ＲＳアンテナグループがアンテナの組み合わせ１９０２、Ｒ＝２の場合は、２つのＲＳアンテナグループをグループ化して１つにする。その場合に図２１（ａ）と図２１（ｂ）の２通りのいずれかであるが、図２１（ａ）であるとアンテナの組み合わせ１４０２に示すＢＦアンテナグループをまたぐことになるので、図２１（ｂ）とする。

同様に、Ｒ＝３の場合は図２１（ｃ）、Ｒ＝１の場合は図２１（ｄ）となる。図２１（ｃ）の場合、ＲＳアンテナグループを２つグループ化する位置は、予め決めておいてもよいし、ランダムに設定してもよい。また、ここではＲａｎｋ数ぶんのストリームを多重するとしたが、報告されたＲａｎｋ数と多重するストリーム数は一致しなくてもよい。例えば、報告されたＲａｎｋ数で多重した場合にＢＬＥＲ（Ｂｌｏｃｋ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）が高いと判断される場合は、ストリーム多重数を下げることでＢＬＥＲを下げることもできる。また、逆に、ＢＬＥＲが低いと判断される場合は、ストリーム多重数を上げることでスループットを改善することもできる。

ステップ２００２、２００３で決定したＲＳアンテナグループをグループ化したアンテナ内で、同じＭＩＭＯストリームの信号を伝送するとステップ２００４で決定する。つまり、図２１（ｃ）の場合、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１ではストリーム１を送信し、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２ではストリーム２を送信し、Ａ３、Ａ４、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ３、Ｄ４ではストリーム３を送信する。

ステップ２００５では、ステップ２００４で決定した同じストリームの信号を送信するアンテナグループ内において、決定したＢＦアンテナグループのアンテナを用いてＢＦを実施すると決定する。図２１（ｃ）のようにステップ２００４で決定した場合、ステップ２００５では異なるストリームの信号を送信するアンテナ間でＢＦを実施することはできないため、図２１（ｃ）とアンテナの組み合わせ１４０２の黒枠を重ねて、図２２（ａ）の点線のようにＢＦするアンテナを決定する。つまり、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１でストリーム１をＢＦし、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２でストリーム２をＢＦし、Ａ３、Ａ４、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ３、Ｄ４でストリーム３をＢＦする。

同様に、図２１（ｄ）のようにステップ２００４で決定した場合、図２２（ｂ）の点線のように、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２でストリーム１をＢＦし、Ａ３、Ａ４、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ３、Ｃ４、Ｄ３、Ｄ４でストリーム１をＢＦする。つまり、例えば水平方向のアンテナを用いてＢＦする場合は、垂直方向にＭＩＭＯ多重を行い、垂直方向のアンテナを用いてＢＦする場合は、水平方向にＭＩＭＯ多重を行うようにする。なお、Ｒ＝Ｇの場合、ＲＳアンテナグループそれぞれにストリームを割当ててもよい。

基地局２０は、ステップ２００５で決定したＢＦを実施するアンテナの組み合わせ情報を用いて、ＵＬ参照信号からＢＦウエイトを生成するため、当該情報をＢＦ処理部６１３に通知する。また、ステップ２００４で決定したＭＩＭＯ多重数の情報はスケジューリング部６０３に通知され、無線リソースのスケジューリングに用いられる。

以上で説明したように実施例１によれば、水平方向と垂直方向の移動速度によってＢＦするアンテナの方向と数を変更し、さらに当該ＢＦに合わせたＭＩＭＯ多重を行うことにより、端末の移動に適したＢＦを行いつつ、ＭＩＭＯ多重によりスループットを改善することが可能となる。

以下では実施例２を図面に従い説明する。実施例２では、水平方向にＢＦする場合のＤＬデータ送信と垂直方向にＢＦする場合のＤＬデータ送信を、異なる時間または異なる周波数において両方実施し、スループットの高い水平または垂直方向のアンテナを優先的に選択する、という動作を繰り返すことにより、適切な３Ｄ ＭＩＭＯを実施する。

図２３に実施例２の処理シーケンスの例を示す。まず、ステップ２３０２で移動速度を仮推定する。仮推定する移動速度は、図５のステップ５０２で推定した値と同様であるが、ＵＬ参照信号に基づいて計算するのではなく、任意の値を与えるものである。ここで与えられる任意の値は、予め設定された値でもよいし、ランダムでもよい。ステップ２３０３からステップ２３１０は図５のステップ５０３から５１０と同様に３Ｄ ＭＩＭＯの処理を決定する。

決定した３Ｄ ＭＩＭＯの伝送処理でＤＬデータ伝送した場合のスループットをステップ２３１１で測定する。ここで測定したスループットは、ステップ２３１２で、異なる移動速度と推定した場合の３Ｄ ＭＩＭＯの伝送処理とどちらが優位かを決定するために使用する。ステップ２３１２では、ステップ２３１１までに使用した移動速度（パターン１）と異なる移動速度を使用した３Ｄ ＭＩＭＯ伝送を試みる。ここで使用する移動速度は、水平方向、垂直方向の移動速度のいずれか一方、または両方がパターン１と異なる値であり、ＢＦ可能なアンテナの組み合わせがパターン１と異なるように選択する。

例えば、パターン１で図１４に示すアンテナの組み合わせ１４０５のＢＦアンテナグループを選択するような移動速度と決定していた場合は、水平方向の移動速度がパターン１より遅い場合と比較するためにアンテナの組み合わせ１４０４を選択するか、水平方向の移動速度がパターン１より速い場合と比較するためにアンテナの組み合わせ１４０６を選択するか、垂直方向の移動速度がパターン１より遅い場合と比較するためにアンテナの組み合わせ１４０２を選択するか、垂直方向の移動速度がパターン１より速い場合と比較するためにアンテナの組み合わせ１４０８を選択するかがある。

異なる２つのＢＦアンテナグループで伝送した後、ステップ２３１３でスループットを比較し、スループットの高いほうの移動速度を選択する。選択した移動速度について、ステップ２３１２と同様に、選択した移動速度を基準に、異なる移動速度を使用した３Ｄ ＭＩＭＯ伝送を試みる。以下、この動作を繰り返し、適した３Ｄ ＭＩＭＯ伝送処理に更新していく。

ここで、新しい移動速度を試すステップ２３１２は、周期的に動作してもよいし、スループット計測２３１１の結果が所定の閾値を下回った場合等の無線品質が悪くなったと判断される場合に実施してもよい。ステップ２３１２を実施するまでは、それまでに決定した３Ｄ ＭＩＭＯの伝送処理を用いてＵＬ参照信号から３Ｄ ＭＩＭＯを実行すればよい。また、比較する移動速度は２パターン以上でもよい。さらに、図２３では比較する移動速度のパターンを異なる時間で実行しているが、異なる周波数を用いて実行してもよい。例えば、パターン１をＲＢの半分とパターン２をＲＢの半分用いて実行し、比較してもよい。

実施例２によれば移動速度を推定するためのＵＬ参照信号が不要となる。また、移動速度推定自体に誤差がある場合でも、異なる移動速度に対応するＢＦアンテナグループを選択することが可能なため、適した３Ｄ ＭＩＭＯ伝送処理を選択できる可能性が高くなる。

以下では実施例３を図面に従い説明する。実施例３ではアンテナ素子の配置が正方形や長方形のように均一ではなく不均一な場合においてＢＦアンテナグループを形成する。アンテナの構成が実施例１と異なることにより、アンテナのグループ化処理において実施例１と異なる。

図２４に実施例３のアンテナ構成の一例を示す。図２４の例ではアンテナ素子が格子状ではなく不均一に配置されている。これは、例えば各アンテナ素子２４０１がある平面上に予め配置されているような製造工程ではなく、個別に生成されてアンテナの設置要件に合わせて後で各アンテナ素子を配置する場合等に発生する。そのような場合、必ずしも格子状にアンテナを配置できるとは限らないため、図２４のように不均一になる場合がある。また、図２４に示す例は平面上であるが、曲面状に配置されてもよい。

ＢＦ可能パターン決定部６１１の構成は図７と同様であるが、その処理は以下の点で異なる。図２４のように配置されている場合の移動速度推定では、水平方向と垂直方向に厳密にアンテナ素子が配置されていないため、水平方向の広がりが小さいアンテナ素子、垂直方向の広がりが小さいアンテナ素子をグループ化し移動速度推定を行う。移動速度推定部７０１では、水平方向と垂直方向の移動速度を推定するため、アンテナ素子を図２５に示すようにまず水平方向にグループ化する。ここでは、点線で示すように４分割する例を示す。アンテナ素子が配置される面を垂直方向にＮ分割し、分割した部分に含まれる各アンテナ素子をグループ化する。分割数Ｎは予め設定されており、どのように分割するかも予め設定されていてもよいし、アンテナが設置される場所によって変更してもよい。例えば図２５の場合、Ａで示される各アンテナ素子２５０１と、Ｂで示される各アンテナ素子２５０２と、Ｃで示される各アンテナ素子２５０３と、Ｄで示される各アンテナ素子２５０４にグループ化される。これらのアンテナ素子を用いて実施例１と同様に水平方向の移動速度推定を行う。同様に図２６のように垂直方向にグループ化する。ここでは、点線で示すように４分割する例を示す。アンテナ素子が配置される面を水平方向にＭ分割し、分割した部分に含まれる各アンテナ素子をグループ化する。分割数Ｍは予め設定されており、どのように分割するかも予め設定されていてもよいし、アンテナが設置される場所によって変更してもよい。例えば図２６の場合、１で示される各アンテナ素子２６０１と、２で示される各アンテナ素子２６０２と、３で示される各アンテナ素子２６０３と、４で示される各アンテナ素子２６０４にグループ化される。これらのアンテナ素子を用いて実施例１と同様に垂直方向の移動速度推定を行う。ただし、アンテナ素子の分割は図２５と図２６の点線ように直線ではなく、曲線によって分割してもよい。

ＢＦアンテナグループの設定及びＲＳアンテナグループの設定に用いるアンテナ素子の配置は、以上の図２５と図２６を用いて説明したアンテナ分割を用いる。例えば図２５と図２６のように分割した場合、これらを統合して図２７のように分割する。すなわち、垂直方向にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに４分割、水平方向に１、２、３、４に４分割している。このような分割はＢＦアンテナ参照テーブル７０４の中に定義しておいてもよい。このように分割したアンテナについて、実施例１と同様にＢＦアンテナグループ、ＲＳアンテナグループを決定し、３Ｄ ＭＩＭＯの伝送処理を決定する。

以上で説明したように実施例３によれば、均一にアンテナを配置することが困難な環境においても、適切な３Ｄ ＭＩＭＯの伝送処理を選択することが可能となる。

２０ 基地局
２１ 端末
２２ セル
６１１ ＢＦ可能パターン決定部
６１２ ３Ｄ ＭＩＭＯ決定部
７０１ 移動速度決定部
７０２ ＢＦアンテナ決定部
７０３ ＤＬ参照信号情報生成部
７０４ ＢＦアンテナ参照テーブル

Claims (15)

1. 複数のアンテナを具備して端末と通信する基地局であって、
   前記端末の水平方向および／または垂直方向の移動速度を推定する移動速度推定部と、
   前記推定した移動速度に基づきＢＦ（ビームフォーミング）を行うアンテナの組み合わせを前記複数のアンテナの中から決定するＢＦアンテナ決定部と、
   を有することを特徴とする基地局。
2. 前記基地局は前記複数のアンテナとして水平方向に複数のアンテナを具備し、
   前記ＢＦアンテナ決定部は、前記推定した水平方向の移動速度が速いほど、ＢＦを行う水平方向のアンテナ数を少なく決定し、前記推定した水平方向の移動速度が遅いほど、ＢＦを行う水平方向のアンテナ数を多く決定すること
   を特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 前記基地局は前記複数のアンテナとしてさらに垂直方向に複数のアンテナを具備し、
   前記ＢＦアンテナ決定部は、前記推定した垂直方向の移動速度が速いほど、ＢＦを行う垂直方向のアンテナ数を少なく決定し、前記推定した垂直方向の移動速度が遅いほど、ＢＦを行う垂直方向のアンテナ数を多く決定すること
   を特徴とする請求項２に記載の基地局。
4. 前記基地局はさらに水平方向および垂直方向それぞれの移動速度の組み合わせに応じたＢＦを行うアンテナ数のテーブルを有し、
   前記ＢＦアンテナ決定部は前記推定した水平方向および垂直方向の移動速度の組み合わせに基づき前記テーブルを参照してアンテナ数を決定すること
   を特徴とする請求項３に記載の基地局。
5. 前記基地局はさらに３Ｄ ＭＩＭＯ決定部を有し、
   前記ＢＦアンテナ決定部は前記複数のアンテナをそれぞれがＢＦを行うアンテナグループに分け、
   前記３Ｄ ＭＩＭＯ決定部は、ＭＩＭＯ多重数と前記アンテナグループ数とが同じ場合、前記アンテナグループそれぞれへＭＩＭＯストリームを割り当てること
   を特徴とする請求項４に記載の基地局。
6. 前記基地局はさらに３Ｄ ＭＩＭＯ決定部を有し、
   前記ＢＦアンテナ決定部は前記複数のアンテナをそれぞれがＢＦを行うアンテナグループに分け、
   前記３Ｄ ＭＩＭＯ決定部は、ＭＩＭＯ多重数より前記アンテナグループ数が多い場合、１つのＭＩＭＯストリームを前記アンテナグループの複数へ割り当てること
   を特徴とする請求項５に記載の基地局。
7. 前記移動速度推定部は複数の移動速度を推定し、
   前記３Ｄ ＭＩＭＯ決定部は、前記推定した複数の移動速度に対するＢＦを行うアンテナの組み合わせにより前記基地局と前記端末との間の通信スループットそれぞれ測定し、前記スループットの最も高いＢＦを行うアンテナの組み合わせでＭＩＭＯストリームを割り当てること
   を特徴とする請求項５または６に記載の基地局。
8. 前記基地局は前記複数のアンテナとして水平方向および／または垂直方向に複数のアンテナを具備し、
   前記移動速度推定部は、水平方向または垂直方向の２つのアンテナの間隔と各アンテナで受信した信号の位相差に基づき、水平方向または垂直方向の移動速度をそれぞれ推定すること
   を特徴とする請求項１に記載の基地局。
9. 前記複数のアンテナは水平方向と垂直方向に格子状に配置されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の基地局。
10. 前記複数のアンテナは水平方向と垂直方向に不均一に配置され、
    前記ＢＦアンテナ決定部は前記不均一な配置の複数のアンテナを疑似的に水平方向と垂直方向に分割すること
    を特徴とする請求項１に記載の基地局。
11. 複数のアンテナを具備して端末と通信する基地局の制御方法であって、
    前記端末の水平方向および／または垂直方向の移動速度を推定するステップと、
    前記推定した移動速度に基づきＢＦ（ビームフォーミング）を行うアンテナの組み合わせを前記複数のアンテナの中から決定するステップと、
    を有することを特徴とする基地局の制御方法。
12. 前記基地局は前記複数のアンテナとして水平方向に複数のアンテナを具備し、
    前記決定するステップは、前記推定した水平方向の移動速度が速いほど、ＢＦを行う水平方向のアンテナ数を少なく決定し、前記推定した水平方向の移動速度が遅いほど、ＢＦを行う水平方向のアンテナ数を多く決定すること
    を特徴とする請求項１１に記載の基地局の制御方法。
13. 前記基地局は前記複数のアンテナとしてさらに垂直方向に複数のアンテナを具備し、
    前記決定するステップは、前記推定した垂直方向の移動速度が速いほど、ＢＦを行う垂直方向のアンテナ数を少なく決定し、前記推定した垂直方向の移動速度が遅いほど、ＢＦを行う垂直方向のアンテナ数を多く決定すること
    を特徴とする請求項１２に記載の基地局の制御方法。
14. 前記複数のアンテナをそれぞれがＢＦを行うアンテナグループに分けるステップと、
    ＭＩＭＯ多重数と前記アンテナグループ数とが同じ場合、前記アンテナグループそれぞれへＭＩＭＯストリームを割り当てるステップと、
    を有することを特徴とする請求項１３に記載の基地局の制御方法。
15. 端末と基地局とが無線で通信する無線通信システムであって、
    前記端末は水平方向および／または垂直方向に移動し、
    前記基地局は、
    複数のアンテナと、
    前記端末の水平方向および／または垂直方向の移動速度を推定する移動速度推定部と、
    前記推定した移動速度に基づきＢＦ（ビームフォーミング）を行うアンテナの組み合わせを前記複数のアンテナの中から決定するＢＦアンテナ決定部と、
    を有することを特徴とする無線通信システム。

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