JP6058820B2 - 無線通信システムにおいて基地局が端末に参照信号を送信する方法及びそのための装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、無線通信システムにおいて基地局が端末に参照信号を送信する方法及びそのための装置に関する。

本発明を適用できる無線通信システムの一例として、３ＧＰＰ ＬＴＥ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；以下、「ＬＴＥ」という。）通信システムについて概略的に説明する。

図１は、無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。Ｅ−ＵＭＴＳ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）は、既存のＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）から進展したシステムであり、現在３ＧＰＰで基礎的な標準化作業が進行中である。一般に、Ｅ−ＵＭＴＳをＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システムと呼ぶこともできる。ＵＭＴＳ及びＥ−ＵＭＴＳの技術規格（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の詳細な内容はそれぞれ、「３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ；Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ」のＲｅｌｅａｓｅ ７及びＲｅｌｅａｓｅ ８を参照すればよい。

図１を参照すると、Ｅ−ＵＭＴＳは、端末（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ＵＥ）、基地局（ｅＮｏｄｅＢ；ｅＮＢ）、及びネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）の終端に位置して外部ネットワークに接続するアクセスゲートウェイ（Ａｃｃｅｓｓ Ｇａｔｅｗａｙ；ＡＧ）を含んでいる。基地局は、ブロードキャストサービス、マルチキャストサービス及び／又はユニキャストサービスのために多重データストリームを同時に送信することができる。

一つの基地局には一つ以上のセルが存在する。セルは、１．４４、３、５、１０、１５、２０ＭＨｚなどの帯域幅のいずれか一つに設定され、複数の端末に下り又は上り送信サービスを提供する。異なったセルは、互いに異なった帯域幅を提供するように設定されればよい。基地局は、複数の端末に関するデータ送受信を制御する。下りリンク（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ；ＤＬ）データについて、基地局は下りリンクスケジューリング情報を送信し、該当の端末にデータが送信される時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ ａｎｄ ｒｅＱｕｅｓｔ）関連情報などを知らせる。また、上りリンク（Ｕｐｌｉｎｋ；ＵＬ）データについて、基地局は上りリンクスケジューリング情報を該当の端末に送信し、該当の端末が使用可能な時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ関連情報などを知らせる。基地局同士の間には、ユーザトラフィック又は制御トラフィックの送信のためのインターフェースを用いることができる。コアネットワーク（Ｃｏｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＮ）は、ＡＧ、及び端末のユーザ登録などのためのネットワークノードなどで構成可能である。ＡＧは、複数のセルで構成されるＴＡ（Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ａｒｅａ）単位に端末の移動性を管理する。

無線通信技術は、ＷＣＤＭＡ（登録商標）に基づいてＬＴＥにまで開発されてきたが、ユーザと事業者の要求と期待は増す一方である。その上、他の無線接続技術の開発が続いており、将来、競争力を持つためには新しい技術進化が要求される。ビット当たりのコストの削減、サービス可用性の増大、柔軟な周波数バンドの使用、単純構造と開放型インターフェース、端末の適度な電力消耗などが要求される。

上述したような議論に基づき、以下では、無線通信システムにおいて基地局が端末に参照信号を送信する方法及びそのための装置を提案する。

本発明で遂げようとする技術的課題は以上に言及した技術的課題に制限されず、言及していない他の技術的課題は、以降の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。

本発明の一様相である、無線通信システムにおいて基地局が端末に参照信号を送信する方法は、システム帯域を１つ以上の部分帯域に区分するステップと、前記システム帯域の中心周波数を基準に、高周波部分帯域に時間軸高密度参照信号を設定し、前記中心周波数を基準に、低周波部分帯域に時間軸低密度参照信号を設定するステップと、前記設定された参照信号を前記端末に送信するステップとを有することを特徴とする。

好適には、前記方法が、システムフレームを構成するサブフレームのそれぞれに対して、異なる時間軸密度の参照信号を設定するステップと、前記設定された参照信号に関する情報を含むサブフレーム設定情報を、前記端末に送信するステップとをさらに有することを特徴とする。ここで、前記サブフレーム設定情報は、所定個数のサブフレームを含む前記システムフレーム単位にビットマップの形態で定義されてもよい。

より好適には、前記異なる時間軸密度の参照信号を設定するステップが、前記カバレッジ内に高速端末と低速移動端末が共存する場合、前記高周波部分帯域に前記時間軸高密度参照信号を設定し、前記低周波部分帯域に前記時間軸低密度参照信号を設定するステップと、前記カバレッジ内に低速移動端末のみが存在する場合、前記システム帯域にわたって前記時間軸低密度参照信号を設定するステップとを有することができる。

一方、本発明の他の様相である、無線通信システムにおける基地局装置であって、システム帯域を１つ以上の部分帯域に区分し、前記システム帯域の中心周波数を基準に、高周波部分帯域に時間軸高密度参照信号を設定し、前記中心周波数を基準に、低周波部分帯域に時間軸低密度参照信号を設定するプロセッサと、前記設定された参照信号を端末装置に送信する送信モジュールとを備えることを特徴とする。

好適には、前記プロセッサが、システムフレームを構成するサブフレームのそれぞれに対して、異なる時間軸密度の参照信号を設定し、前記設定された参照信号に関する情報を含むサブフレーム設定情報を前記端末に送信するように前記送信モジュールを制御することを特徴とする。

より好適には、前記プロセッサが、前記カバレッジ内に高速端末と低速移動端末が共存する場合、前記高周波部分帯域に前記時間軸高密度参照信号を設定し、前記低周波部分帯域に前記時間軸低密度参照信号を設定し、前記カバレッジ内に低速移動端末のみが存在する場合、前記システム帯域にわたって前記時間軸低密度参照信号を設定することを特徴とする。

また、前記システムフレームは、前記時間軸高密度参照信号と前記時間軸低密度参照信号が共に設定された第１サブフレームタイプ、及び前記時間軸低密度参照信号のみが設定された第２サブフレームタイプで構成されてもよい。さらに、前記時間軸高密度参照信号及び前記時間軸低密度参照信号のそれぞれの周波数軸参照信号密度は同一であってもよい。
本明細書は、少なくとも、以下の項目も提供する。
（項目１）
無線通信システムにおいて基地局が端末に参照信号を送信する方法であって、
システム帯域を１つ以上の部分帯域に区分するステップと、
前記システム帯域の中心周波数を基準に、高周波部分帯域に時間軸高密度参照信号を設定し、前記中心周波数を基準に、低周波部分帯域に時間軸低密度参照信号を設定するステップと、
前記設定された参照信号を前記端末に送信するステップと、
を有することを特徴とする、参照信号送信方法。
（項目２）
システムフレームを構成するサブフレームのそれぞれに対して、異なる時間軸密度の参照信号を設定するステップと、
前記設定された参照信号に関する情報を含むサブフレーム設定情報を、前記端末に送信するステップと、
をさらに有することを特徴とする、項目１に記載の参照信号送信方法。
（項目３）
前記サブフレーム設定情報は、所定個数のサブフレームを含む前記システムフレーム単位にビットマップの形態で定義されることを特徴とする、項目１に記載の参照信号送信方法。
（項目４）
前記異なる時間軸密度の参照信号を設定するステップは、
前記カバレッジ内に高速端末と低速移動端末が共存する場合、前記高周波部分帯域に前記時間軸高密度参照信号を設定し、前記低周波部分帯域に前記時間軸低密度参照信号を設定するステップと、
前記カバレッジ内に低速移動端末のみが存在する場合、前記システム帯域にわたって前記時間軸低密度参照信号を設定するステップと、
を有することを特徴とする、項目２に記載の参照信号送信方法。
（項目５）
前記システムフレームは、前記時間軸高密度参照信号と前記時間軸低密度参照信号が共に設定された第１サブフレームタイプ、及び前記時間軸低密度参照信号のみが設定された第２サブフレームタイプで構成されることを特徴とする、項目２に記載の参照信号送信方法。
（項目６）
前記時間軸高密度参照信号及び前記時間軸低密度参照信号のそれぞれの周波数軸参照信号密度は同一であることを特徴とする、項目１に記載の参照信号送信方法。
（項目７）
無線通信システムにおける基地局装置であって、
システム帯域を１つ以上の部分帯域に区分し、前記システム帯域の中心周波数を基準に、高周波部分帯域に時間軸高密度参照信号を設定し、前記中心周波数を基準に、低周波部分帯域に時間軸低密度参照信号を設定するプロセッサと、
前記設定された参照信号を端末装置に送信する送信モジュールと、
を備えることを特徴とする、基地局装置。
（項目８）
前記プロセッサは、
システムフレームを構成するサブフレームのそれぞれに対して、異なる時間軸密度の参照信号を設定し、
前記設定された参照信号に関する情報を含むサブフレーム設定情報を前記端末に送信するように前記送信モジュールを制御することを特徴とする、項目７に記載の基地局装置。
（項目９）
前記サブフレーム設定情報は、所定個数のサブフレームを含む前記システムフレーム単位にビットマップの形態で定義されることを特徴とする、項目７に記載の基地局装置。
（項目１０）
前記プロセッサは、
前記カバレッジ内に高速端末と低速移動端末が共存する場合、前記高周波部分帯域に前記時間軸高密度参照信号を設定し、前記低周波部分帯域に前記時間軸低密度参照信号を設定し、
前記カバレッジ内に低速移動端末のみが存在する場合、前記システム帯域にわたって前記時間軸低密度参照信号を設定することを特徴とする、項目８に記載の基地局装置。
（項目１１）
前記システムフレームは、前記時間軸高密度参照信号と前記時間軸低密度参照信号が共に設定された第１サブフレームタイプ、及び前記時間軸低密度参照信号のみが設定された第２サブフレームタイプで構成されることを特徴とする、項目８に記載の基地局装置。
（項目１２）
前記時間軸高密度参照信号及び前記時間軸低密度参照信号のそれぞれの周波数軸参照信号密度は同一であることを特徴とする、項目７に記載の基地局装置。

したがって、本発明は、次の効果及び／又は特長を提供することができる。

本発明の実施例によれば、無線通信システムにおいて基地局は参照信号密度又は参照信号パターンを周波数帯域にしたがって別々に構成することにより、チャネル特性に適した参照信号送信を行うことができる。

本発明で得られる効果は、以上に言及した効果に制限されず、言及していない別の効果は、以下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明確に理解されるであろう。

本発明について前述した一般的な説明と後述する詳細な説明は、例示的なものであり、請求項に記載の発明に関する更なる説明のためのものである。

本明細書に添付される図面は、本発明に関する理解を提供するためのもので、本発明の様々な実施の形態を示し、明細書の記載と共に本発明の原理を説明するためのものである。
図１は、無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。 図２は、３ＧＰＰ無線接続ネットワーク規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮ間の無線インターフェースプロトコル（Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のコントロールプレーン（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｌａｎｅ）及びユーザプレーン（Ｕｓｅｒ Ｐｌａｎｅ）構造を示す図である。 図３は、３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般的な信号送信方法を説明するための図である。 図４は、多重アンテナ通信システムの構成図である 図５は、ＬＴＥシステムで用いられる下りリンク無線フレームの構造を例示する図である。 図６は、ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である 図７及び図８は、４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける下りリンク参照信号の構造を示す図である。 図７及び図８は、４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける下りリンク参照信号の構造を示す図である。 図９は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＤＭ−ＲＳ割り当て例を示す図である。 図１０は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＣＳＩ−ＲＳ設定のうち、一般ＣＰの場合におけるＣＳＩ−ＲＳ設定＃０を例示する図である。 図１１は、将来ＬＴＥシステムに導入されることが予想される小型セル（ｓｍａｌｌ−ｃｅｌｌ）概念を例示する図である。 図１２は、高周波において広帯域システム帯域幅割り当ての例を示す図である。 図１３は、本発明の第１実施例に係る、Ｎ個の部分帯域別の基準中心周波数設定の例を示す図である。 図１４は、本発明の第１実施例に係る、部分帯域別に異なる密度の時間軸参照信号パターンを割り当てた例を示す図である。 図１５は、本発明の第３実施例に係る、サブフレーム別に異なる参照信号パターンを適用した例を示す図である。 図１６は、本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

以下に添付の図面を参照して説明された本発明の実施例から、本発明の構成、作用及び他の特徴が容易に理解されるであろう。以下に説明される実施例は、本発明の技術的特徴が３ＧＰＰシステムに適用された例である。

本明細書ではＬＴＥシステム及びＬＴＥ−Ａシステムを用いて本発明の実施例を説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、上述した定義に該当するいかなる通信システムにも適用可能である。また、本明細書は、ＦＤＤ方式を基準にして本発明の実施例について説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、Ｈ−ＦＤＤ方式又はＴＤＤ方式にも容易に変形されて適用されてもよい。

図２は、３ＧＰＰ無線接続網規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮとの間の無線インターフェースプロトコル（Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のコントロールプレーン及びユーザプレーンの構造を示す図である。コントロールプレーンとは、端末（ＵＥ）とネットワークとが呼を管理するために用いる制御メッセージが送信される通路のことを意味する。ユーザプレーンとは、アプリケーション層で生成されたデータ、例えば、音声データ又はインターネットパケットデータなどが送信される通路のことを意味する。

第１層である物理層は、物理チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）を用いて上位層に情報送信サービス（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ）を提供する。物理層は、上位の媒体接続制御（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層とは伝送チャネル（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を介して接続されている。該伝送チャネルを通じて媒体接続制御層と物理層との間にデータが移動する。送信側の物理層と受信側の物理層との間には物理チャネルを通じてデータが移動する。該物理チャネルは、時間及び周波数を無線リソースとして活用する。具体的に、物理チャネルは、下りリンクにおいてＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式で変調され、上りリンクにおいてＳＣ−ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式で変調される。

第２層の媒体接続制御（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＭＡＣ）層は、論理チャネル（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）を通じて、上位層である無線リンク制御（Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＲＬＣ）層にサービスを提供する。第２層のＲＬＣ層は、信頼できるデータ送信を支援する。ＲＬＣ層の機能は、ＭＡＣ内部の機能ブロックとしてもよい。第２層のＰＤＣＰ（Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）層は、帯域幅の狭い無線インターフェースでＩＰｖ４やＩＰｖ６のようなＩＰパケットを効率的に送信するために、余分の制御情報を減らすヘッダー圧縮（Ｈｅａｄｅｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）機能を果たす。

第３層の最下部に位置する無線リソース制御（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＲＲＣ）層は、コントロールプレーンにのみ定義される。ＲＲＣ層は、無線ベアラー（Ｒａｄｉｏ Ｂｅａｒｅｒ）の設定（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）、再設定（Ｒｅ−ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）及び解除（Ｒｅｌｅａｓｅ）に関連して、論理チャネル、伝送チャネル及び物理チャネルの制御を担当する。無線ベアラー（ＲＢ）とは、端末とネットワーク間のデータ伝達のために第２層により提供されるサービスのことを意味する。そのために、端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層とはＲＲＣメッセージを互いに交換する。端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層間にＲＲＣ接続（ＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）がある場合に、端末はＲＲＣ接続状態（Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｍｏｄｅ）にあり、そうでない場合は、ＲＲＣ休止状態（Ｉｄｌｅ Ｍｏｄｅ）にあるようになる。ＲＲＣ層の上位にあるＮＡＳ（Ｎｏｎ−Ａｃｃｅｓｓ Ｓｔｒａｔｕｍ）層は、セッション管理（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）と移動性管理（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）などの機能を果たす。

基地局（ｅＮＢ）を構成する一つのセルは、１．４、３、５、１０、１５、２０ＭＨｚなどの帯域幅のいずれか一つとして設定され、複数の端末に下り又は上り送信サービスを提供する。互いに異なるセルは、互いに異なる帯域幅を提供するように設定することができる。

ネットワークから端末にデータを送信する下り伝送チャネルとしては、システム情報を送信するＢＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ページングメッセージを送信するＰＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する下りＳＣＨ（Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）などがある。下りマルチキャスト又は放送サービスのトラフィック又は制御メッセージは、下りＳＣＨを通じて送信されてもよく、別の下りＭＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を通じて送信されてもよい。一方、端末からネットワークにデータを送信する上り伝送チャネルとしては、初期制御メッセージを送信するＲＡＣＨ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する上りＳＣＨ（Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）がある。伝送チャネルの上位に存在し、伝送チャネルにマッピングされる論理チャネル（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）としては、ＢＣＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＰＣＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＣＣＣＨ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＭＣＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＭＴＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ）などがある。

図３は、３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般の信号送信方法を説明するための図である。

端末は、電源が入ったり、新しくセルに進入したりした場合に、基地局と同期を取る等の初期セル探索（Ｉｎｉｔｉａｌ ｃｅｌｌ ｓｅａｒｃｈ）作業を行う（Ｓ３０１）。そのために、端末は、基地局からプライマリ同期チャネル（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ；Ｐ−ＳＣＨ）及びセカンダリ同期チャネル（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ；Ｓ−ＳＣＨ）を受信して基地局と同期を取り、セルＩＤなどの情報を取得すればよい。その後、端末は、基地局から物理放送チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を受信し、セル内放送情報を取得できる。一方、端末は、初期セル探索段階で、下りリンク参照信号（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ；ＤＬ ＲＳ）を受信し、下りリンクチャネル状態を確認できる。

初期セル探索を終えた端末は、物理下りリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＤＣＣＨ）、及び該ＰＤＣＣＨに載せられた情報に基づいて物理下りリンク共有チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＤＳＣＨ）を受信することによって、より具体的なシステム情報を取得できる（Ｓ３０２）。

一方、基地局に最初に接続したり信号送信のための無線リソースがない場合には、端末は、基地局にランダムアクセス手順（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ；ＲＡＣＨ）を行ってよい（Ｓ３０３乃至Ｓ３０６）。そのために、端末は、物理ランダムアクセスチャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＲＡＣＨ）を通じて特定シーケンスをプリアンブルとして送信し（Ｓ３０３及びＳ３０５）、ＰＤＣＣＨ及び対応するＰＤＳＣＨを通じて、プリアンブルに対する応答メッセージを受信すればよい（Ｓ３０４及びＳ３０６）。競合ベースのＲＡＣＨについては、衝突解決手順（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）をさらに行ってもよい。

上述の手順を行った端末は、以降、一般的な上りリンク／下りリンク信号送信手順として、ＰＤＣＣＨ／ＰＤＳＣＨ受信（Ｓ３０７）、及び物理上りリンク共有チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＵＳＣＨ）／物理上りリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＵＣＣＨ）送信（Ｓ３０８）を行えばよい。特に、端末はＰＤＣＣＨを通じて下りリンク制御情報（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＤＣＩ）を受信する。ここで、ＤＣＩは、端末に対するリソース割り当て情報のような制御情報を含んでおり、その使用目的によってフォーマットが異なっている。

一方、端末が上りリンクを通じて基地局に送信する又は端末が基地局から受信する制御情報としては、下りリンク／上りリンクＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｅｘ）、ＲＩ（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）などを含む。３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでは、端末は、これらのＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩなどの制御情報をＰＵＳＣＨ及び／又はＰＵＣＣＨを通じて送信してもよい。

以下、ＭＩＭＯシステムについて説明する。ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）は、複数個の送信アンテナと複数個の受信アンテナを使用する方法で、この方法によりデータの送受信効率を向上させることができる。すなわち、無線通信システムの送信端あるいは受信端で複数個のアンテナを使用することによって容量を増大させ、性能を向上させることができる。以下、本文献ではＭＩＭＯを「多重アンテナ」と呼ぶこともできる。

多重アンテナ技術では、一つの全体メッセージを受信するに単一のアンテナ経路に依存せず、複数のアンテナに受信されたデータ断片（ｆｒａｇｍｅｎｔ）をまとめて併合することによってデータを完成する。多重アンテナ技術を用いると、特定のサイズのセル領域内でデータ伝送速度を向上させたり、又は特定のデータ伝送速度を保障しながらシステムカバレッジ（ｃｏｖｅｒａｇｅ）を増加させることができる。また、この技術は、移動通信端末と中継機などに幅広く使用可能である。多重アンテナ技術によれば、単一のアンテナを使用した従来技術による移動通信における伝送量の限界を克服することが可能になる。

本発明で説明する多重アンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムの構成図が、図４に示されている。送信端では送信アンテナがＮ_Ｔ個設けられており、受信端では受信アンテナがＮ_Ｒ個が設けられている。このように送信端及び受信端の両方とも複数個のアンテナを使用する場合は、送信端又は受信端のいずれか一方のみ複数個のアンテナを使用する場合に比べて、理論的なチャネル伝送容量がより増加する。チャネル伝送容量の増加はアンテナの数に比例する。これにより、伝送レートが向上し、周波数効率が向上する。１個のアンテナを使用する場合の最大伝送レートをＲ_ｏとすれば、多重アンテナを使用する場合の伝送レートは、理論的に、下記の数式１のように、最大伝送レートＲ_ｏにレート増加率Ｒ_ｉを掛けた分だけ増加可能となる。ここで、Ｒ_ｉは、Ｎ_ＴとＮ_Ｒのうちの小さい値を表す。

例えば、４個の送信アンテナと４個の受信アンテナを用いるＭＩＭＯ通信システムでは、単一アンテナシステムに比べて理論上、４倍の伝送レートを取得できる。このような多重アンテナシステムの理論的容量増加が９０年代半ばに証明されて以来、これを実質的なデータ伝送率の向上へと導くための種々の技術が現在まで活発に研究されている。それらのいくつかの技術は既に３世代移動通信と次世代無線ＬＡＮなどの様々な無線通信の標準に反映されている。

現在までの多重アンテナ関連研究動向をみると、様々なチャネル環境及び多重接続環境における多重アンテナ通信容量計算などと関連した情報理論側面の研究、多重アンテナシステムの無線チャネル測定及び模型導出の研究、及び伝送信頼度の向上及び伝送率の向上のための時空間信号処理技術の研究などを含め、様々な観点で活発に研究が進行されている。

多重アンテナシステムにおける通信方法をより具体的な方法で説明するべく、それを数学的にモデリングすると、次のように示すことができる。図７に示すように、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナとＮ_Ｒ個の受信アンテナが存在するとする。まず、送信信号について説明すると、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナがある場合に、送信可能な最大情報はＮ_Ｔ個であるから、送信情報を下記の数式２のようなベクトルで表現できる。

一方、それぞれの送信情報

において送信電力を別々にしてもよい。それぞれの送信電力を

とする場合、送信電力の調整された送信情報をベクトルで示すと、下記の数式３のとおりである。

また、

を送信電力の対角行列

を用いて示すと、下記の数式４のとおりである。

一方、送信電力の調整された情報ベクトル

に重み行列

が適用され、実際に送信されるＮ_Ｔ個の送信信号（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）

が構成される場合を考慮してみる。重み行列

は、送信情報を伝送チャネル状況などに応じて各アンテナに適切に分配する役割を果たす。このように送信信号

は、ベクトル

を用いて下記の数式５のように表現できる。ここで、

は、ｉ番目の送信アンテナとｊ番目の情報間の重み値を意味する。

は、重み行列（Ｗｅｉｇｈｔ Ｍａｔｒｉｘ）又はプリコーディング行列（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ）と呼ばれる。

一般に、チャネル行列のランクの物理的な意味は、与えられたチャネルで互いに異なった情報を送信できる最大数を意味する。したがって、チャネル行列のランク（ｒａｎｋ）は、互いに独立した（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）行（ｒｏｗ）又は列（ｃｏｌｕｍｎ）の個数のうち、最小個数と定義され、よって、行列のランクは、行（ｒｏｗ）又は列（ｃｏｌｕｍｎ）の個数より大きくなることはない。数式的に例を挙げると、チャネル行列Ｈのランク（ｒａｎｋ（Ｈ））は、数式６のように制限される。

また、多重アンテナ技術を用いて送る互いに異なった情報のそれぞれを「送信ストリーム（Ｓｔｒｅａｍ）」、又は簡単に「ストリーム」と定義するものとする。このような「ストリーム」は、「レイヤー（Ｌａｙｅｒ）」と呼ぶこともできる。そのため、送信ストリームの個数は当然ながら、互いに異なった情報を送信できる最大数であるチャネルのランクより大きくなることがない。したがって、チャネル行列Ｈは、下記の数式７のように表すことができる。

ここで、「＃ ｏｆ ｓｔｒｅａｍｓ」は、ストリームの数を表す。一方、ここで、１個のストリームは１個以上のアンテナから送信可能であるということに留意されたい。

１個以上のストリームを複数のアンテナに対応させる様々な方法が存在する。この方法を、多重アンテナ技術の種類によって次のように説明できる。１個のストリームが複数のアンテナから送信される場合は空間ダイバーシティ方式といえ、複数のストリームが複数のアンテナから送信される場合は空間マルチプレクシング方式といえる。勿論、これらの中間方式である、空間ダイバーシティと空間マルチプレクシングとの混合（Ｈｙｂｒｉｄ）した形態も可能である。

図５は、下りリンク無線フレームにおいて一つのサブフレームの制御領域に含まれる制御チャネルを例示する図である。

図５を参照すると、サブフレームは１４個のＯＦＤＭシンボルで構成されている。サブフレーム設定によって、先頭における１個〜３個のＯＦＤＭシンボルは制御領域として用いられ、残りの１３個〜１１個のＯＦＤＭシンボルはデータ領域として用いられる。同図で、Ｒ１乃至Ｒ４は、アンテナ０乃至３に対する参照信号（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ（ＲＳ）又はパイロット信号（Ｐｉｌｏｔ Ｓｉｇｎａｌ））を表す。ＲＳは、制御領域及びデータ領域にかかわらず、サブフレーム内に一定のパターンで固定される。制御チャネルは、制御領域においてＲＳが割り当てられていないリソースに割り当てられ、トラフィックチャネルも、データ領域においてＲＳが割り当てられていないリソースに割り当てられる。制御領域に割り当てられる制御チャネルには、ＰＣＦＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｏｒｍａｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ＣＨａｎｎｅｌ）、ＰＨＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｈｙｂｒｉｄ−ＡＲＱ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ＣＨａｎｎｅｌ）、ＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）などがある。

ＰＣＦＩＣＨは、物理制御フォーマット指示子チャネルであり、毎サブフレームごとにＰＤＣＣＨに用いられるＯＦＤＭシンボルの個数を端末に知らせる。ＰＣＦＩＣＨは、最初のＯＦＤＭシンボルに位置し、ＰＨＩＣＨ及びＰＤＣＣＨに優先して設定される。ＰＣＦＩＣＨは４個のＲＥＧ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）で構成され、それぞれのＲＥＧはセルＩＤ（Ｃｅｌｌ ＩＤｅｎｔｉｔｙ）に基づいて制御領域内に分散される。１個のＲＥＧは４個のＲＥ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）で構成される。ＲＥは、１個の副搬送波×１個のＯＦＤＭシンボルで定義される最小物理リソースを表す。ＰＣＦＩＣＨ値は、帯域幅によって、１乃至３、又は２乃至４の値を示し、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）で変調される。

ＰＨＩＣＨは、物理ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ−Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ ａｎｄ ｒｅｑｕｅｓｔ）指示子チャネルであり、上りリンク送信に対するＨＡＲＱ ＡＣＫ／ＮＡＣＫを運ぶために用いられる。すなわち、ＰＨＩＣＨは、ＵＬ ＨＡＲＱのためのＤＬ ＡＣＫ／ＮＡＣＫ情報が送信されるチャネルを表す。ＰＨＩＣＨは、１個のＲＥＧで構成され、セル特定（ｃｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）にスクランブルされる。ＡＣＫ／ＮＡＣＫは、１ビットで指示され、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）で変調する。変調されたＡＣＫ／ＮＡＣＫは、拡散因子（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ；ＳＦ）＝２又は４で拡散される。同一のリソースにマップされる複数のＰＨＩＣＨはＰＨＩＣＨグループを構成する。ＰＨＩＣＨグループに多重化されるＰＨＩＣＨの個数は、拡散コードの個数によって決定される。ＰＨＩＣＨ（グループ）は、周波数領域及び／又は時間領域においてダイバーシティ利得を得るために３回反復（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ）される。

ＰＤＣＣＨは、物理下りリンク制御チャネルであり、サブフレームの先頭におけるｎ個のＯＦＤＭシンボルに割り当てられる。ここで、ｎは１以上の整数であり、ＰＣＦＩＣＨによって指示される。ＰＤＣＣＨは、一つ以上のＣＣＥで構成される。ＰＤＣＣＨは、伝送チャネルであるＰＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）及びＤＬ−ＳＣＨ（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ−ｓｈａｒｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ）のリソース割り当てに関する情報、上りリンクスケジューリンググラント（Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｇｒａｎｔ）、ＨＡＲＱ情報などを各端末又は端末グループに知らせる。ＰＣＨ及びＤＬ−ＳＣＨは、ＰＤＳＣＨを介して送信される。そのため、基地局と端末は、一般に、特定の制御情報又は特定のサービスデータ以外は、ＰＤＳＣＨを介してデータをそれぞれ送信及び受信する。

ＰＤＳＣＨのデータがいずれの端末（一つ又は複数の端末）に送信されるか、それらの端末がどのようにＰＤＳＣＨデータを受信してデコードしなければならないかに関する情報などは、ＰＤＣＣＨに含まれて送信される。例えば、特定ＰＤＣＣＨが「Ａ」というＲＮＴＩ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）でＣＲＣマスクされており、「Ｂ」という無線リソース（例、周波数位置）及び「Ｃ」という伝送形式情報（例、伝送ブロックサイズ、変調方式、コーディング情報など）を用いて送信されるデータに関する情報が特定サブフレームで送信されると仮定する。この場合、セル内の端末は、自身が持っているＲＮＴＩ情報を用いてＰＤＣＣＨをモニタし、「Ａ」のＲＮＴＩを持っている一つ以上の端末があると、当該端末はＰＤＣＣＨを受信し、受信したＰＤＣＣＨの情報に基づいて、「Ｂ」と「Ｃ」が示すＰＤＳＣＨを受信する。

図６は、ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である
図６を参照すると、上りリンクサブフレームは制御情報を運ぶＰＵＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）が割り当てられる領域と、ユーザデータを運ぶＰＵＳＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ ＣＨａｎｎｅｌ）が割り当てられる領域とに区別される。サブフレームにおいて周波数領域の中間部分がＰＵＳＣＨに割り当てられ、周波数領域でデータ領域の両側部分がＰＵＣＣＨに割り当てられる。ＰＵＣＣＨ上で送信される制御情報には、ＨＡＲＱに用いられるＡＣＫ／ＮＡＣＫ、下りリンクチャネル状態を示すＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＭＩＭＯのためのＲＩ（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、上りリンクリソース割り当て要請であるＳＲ（Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｒｅｑｕｅｓｔ）などがある。一つの端末に対するＰＵＣＣＨは、サブフレーム内の各スロットで互いに異なる周波数を占める一つのリソースブロックを使用する。すなわち、ＰＵＣＣＨに割り当てられる２個のリソースブロックは、スロット境界で周波数ホッピング（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ）される。特に、図６は、ｍ＝０のＰＵＣＣＨ、ｍ＝１のＰＵＣＣＨ、ｍ＝２のＰＵＣＣＨ、ｍ＝３のＰＵＣＣＨがサブフレームに割り当てられることを例示する。

以下では、参照信号についてより詳しく説明する。

一般に、チャネル測定のためにデータと共に送信側と受信側の両方で既に知っている参照信号が送信側から受信側に送信される。このような参照信号は、チャネル測定に加え、変調技法を知らせて復調過程が行われるようにする役割を持つ。参照信号は、基地局と特定端末のための専用参照信号（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ＲＳ；ＤＲＳ）、すなわち、端末特定参照信号と、セル内の全端末のためのセル特定参照信号である共通参照信号（ｃｏｍｍｏｎ ＲＳ又はＣｅｌｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＲＳ；ＣＲＳ）とに区別される。また、セル特定参照信号は、端末でＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩを測定して基地局に報告するための参照信号を含み、これをＣＳＩ−ＲＳ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ−ＲＳ）と称する。

図７及び図８は、４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける参照信号の構造を示す図である。特に、図７は一般（ｎｏｒｍａｌ）ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）の場合を示し、図８は拡張（ｅｘｔｅｎｄｅｄ）ＣＰの場合を示す。

図７及び図８を参照すると、格子に記載された０乃至３は、アンテナポート０乃至３のそれぞれに対応してチャネル測定とデータ復調のために送信されるセル特定参照信号であるＣＲＳ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）を意味し、セル特定参照信号のＣＲＳは、データ情報領域の他、制御情報領域全般にわたっても端末に送信されている。

また、格子に記載された「Ｄ」は、端末特定ＲＳである下りリンクＤＭ−ＲＳ（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ＲＳ）を意味し、ＤＭ−ＲＳは、データ領域、すなわち、ＰＤＳＣＨを通じて単一アンテナポート送信を支援する。端末特定ＲＳであるＤＭ−ＲＳ存在の有無は上位層を通じて端末にシグナルされる。図７及び図８は、アンテナポート５に対応するＤＭ−ＲＳを例示しており、３ＧＰＰ標準文書３６．２１１ではアンテナポート７乃至１４、すなわち、総８個のアンテナポートに対するＤＭ−ＲＳも定義している。

図９は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＤＭ−ＲＳ割り当て例を示す図である。

図９を参照すると、ＤＭ−ＲＳグループ１にはアンテナポート｛＃７、＃８、＃１１、＃１３｝に該当するＤＭ−ＲＳがアンテナポート別シーケンスを用いてマップされ、ＤＭ−ＲＳグループ２にはアンテナポート｛＃９、＃１０、＃１２、＃１４｝に該当するＤＭ−ＲＳが同様に、アンテナポート別シーケンスを用いてマップされる。

一方、上述したＣＳＩ−ＲＳは、ＣＲＳとは別にＰＤＳＣＨに対するチャネル測定を目的に提案されたし、ＣＲＳとは違い、ＣＳＩ−ＲＳは、多重セル環境でセル間干渉（ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＩＣＩ）を減らすために、最大３２通りの異なったＣＳＩ−ＲＳ設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）が定義されてもよい。

ＣＳＩ−ＲＳ設定は、アンテナポートの個数によってそれぞれ異なり、隣接セル間には、できるだけ、異なったＣＳＩ−ＲＳ設定と定義されたＣＳＩ−ＲＳが送信されるように構成される。ＣＳＩ−ＲＳは、ＣＲＳとは違い、最大８個のアンテナポートまで支援し、３ＧＰＰ標準文書では、アンテナポート１５乃至２２までの総８個のアンテナポートを、ＣＳＩ−ＲＳのためのアンテナポートとして割り当てる。下記の表１及び表２は、３ＧＰＰ標準文書で定義しているＣＳＩ−ＲＳ設定を示すものであり、特に、表１は、一般ＣＰ（Ｎｏｒｍａｌ ＣＰ）である場合を、表２は、拡張ＣＰ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ＣＰ）である場合を示している。

表１及び表２で、

は、ＲＥインデックスを表し、

は、副搬送波インデックスを、

は、ＯＦＤＭシンボルインデックスを表す。図１０は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義されたＣＳＩ−ＲＳ設定のうち、一般ＣＰの場合におけるＣＳＩ−ＲＳ設定＃０を例示する。

また、ＣＳＩ−ＲＳサブフレーム設定を定義することができ、これは、サブフレーム単位で表現される周期

とサブフレームオフセット

で構成される。下記の表３は、３ＧＰＰ標準文書で定義しているＣＳＩ−ＲＳサブフレーム設定を示すものである。

将来、ＬＴＥシステムは、ローカル領域（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ）の導入を検討している。すなわち、ユーザ別サービス支援をより強化するために、ローカル領域アクセス（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ａｃｃｅｓｓ）という概念の新しいセル構築（ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ）が導入されると予想される。

図１１は、将来、ＬＴＥシステムに導入されると予想される小型セル（ｓｍａｌｌ−ｃｅｌｌ）概念を例示する図である。

図１１を参照すると、既存のＬＴＥシステムに運用される周波数帯域ではなく、より高い中心周波数を有する帯域に、より広いシステム帯域を設定して運用することを予想することができる。また、既存のセルラー帯域ではシステム情報（ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）のような制御信号に基づいて基本的なセルカバレッジを支援し、高周波の小型セルでは、より広い周波数帯域を用いて送信効率を極大化するデータ伝送を行うことができる。このため、ローカル領域アクセスは、より狭い地域に位置している低〜高移動性（ｌｏｗ−ｔｏ−ｍｅｄｉｕｍ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）の端末をその対象とし、端末と基地局間の距離は既存ｋｍ単位のセルよりも小さい１００ｍ単位の小さいセルになるはずである。

このようなセルでは、端末と基地局間の距離が短くなり、高周波帯域を用いることから、次のようなチャネル特性を予想することができる。

まず、遅延拡散の側面では、基地局と端末間の距離が短くなるため、信号の遅延も短くなりうる。また、副搬送波間隔（Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ ｓｐａｃｉｎｇ）の側面では、ＬＴＥシステムと同一のＯＦＤＭベースのフレームを適用する場合、割り当てられた周波数帯域が相対的に大きいため、既存の１５ｋＨｚより極端に大きい値に設定されうる。最後に、ドップラー周波数（Ｄｏｐｐｌｅｒ’ｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の側面では、高周波帯域を用いることから、同一の端末速度の低周波帯域に比べて高いドップラー周波数が現れ、コヒーレンス時間（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ）が極端に短くなりうる。ここで、コヒーレンス時間とは、時間的にチャネルが静的な特性又は均一な特性を示す時間区間を意味する。コヒーレンス帯域幅（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）は、時間的にチャネルが静的な特性又は均一な特性を示す帯域幅を意味する。

一般に、参照信号を設計するためには、目標とする中心周波数

と端末の最大移動速度を規定しなければならない。また、一つの重要要素である帯域幅サイズは中心周波数に対する比率が相対的に小さいため、システム帯域別代表中心周波数を、既存の中心周波数に近似化することができる。実際にＬＴＥシステムでは最大帯域幅が２０ＭＨｚであるが、全体システム帯域に対して中心周波数２ＧＨｚ、端末の最大移動速度５８０ｋｍ／ｈを支援するために、参照信号（ＲＳ）、特に、セル特定参照信号（ＣＲＳ）が設計されており、実際にＬＴＥシステムは、中心周波数２ＧＨｚ、端末の最大移動速度５００ｋｍ／ｈを仮定するとき、下記の式９によって最大ドップラー周波数は１０７４Ｈｚ、約１０００Ｈｚとなる。

一般に、コヒーレンス時間は、最大ドップラー周波数から約５０％を得ることができる。このため、ＬＴＥシステムでは下記の式１０のような関係が成立し得る。

上記の式１０で、

はコヒーレンス時間を表し、

はドップラー周波数を表す。このような関係は、コヒーレンス時間内に最大２個のＲＳが必要であることを意味することができる。すなわち、ＬＴＥシステムでは、約１，０００Ｈｚのドップラー周波数に相応する端末の移動速度を支援するために、１ｍｓサブフレーム内に時間軸に４個の参照信号密度を維持するようにＣＲＳを設計している。

しかしながら、数十ＧＨｚの中心周波数を有する高周波帯域では、既存の数十ＭＨｚ帯域幅ではなく数百ＭＨｚ又は数ＧＨｚ帯域幅を用いた送信を考慮している。このような状況では、システム帯域幅が中心周波数に対比して無視できない値に算定されうる。例えば、中心周波数が２ＧＨｚであり、帯域幅が２０ＭＨｚである場合、中心周波数対比帯域幅の比率が１％であるが、中心周波数が１０ＧＨｚであり、帯域幅１ＧＨｚであれば、中心周波数対比帯域幅の比率が１０％と増加するためである。

このため、端末は、サービスを受ける帯域幅の位置によって中心周波数が異なりうる。例えば、中心周波数が１０ＧＨｚであり、端末の移動速度が２００ｋｍ／ｈであれば、最大ドップラー周波数は、下記の式１１のように算出される。

図面を参照してさらに詳しく説明する。図１２には、高周波において広帯域システム帯域幅割り当ての例を示している。特に、図１２では、同じ中心周波数下でシステム帯域幅が１ＧＨｚであり、端末の移動速度は２００ｋｍ／ｈであると仮定する。

図１２を参照して、帯域幅内の上段、中段、下段のドップラー周波数を求めると、下記の式１２乃至式１４のとおりである。このとき、中心周波数補正値は、各位置の端末の帯域幅が加減された中心周波数を意味する。

式１２乃至式１４を参照すると、帯域幅内の上段と下段のドップラー周波数の差が最大約２００Ｈｚも出るということがわかる。上段、中段及び下段のそれぞれに対するコヒーレンス時間を算出すると、下記の式１５乃至式１７のとおりである。同様に、コヒーレンス時間は、各コヒーレンス時間内に少なくとも２個の参照信号が要求されるということを意味する。

したがって、高周波帯域では、正確なチャネル推定のためには、中心周波数が高いほど同一時間内にさらに多い参照信号を必要とする。中心周波数が低いほど少ない参照信号だけでも正確なチャネル推定が可能である。しかし、既存のシステム設計では無視してもよい、中心周波数による参照信号要求密度の差は、中心周波数が低く、送信帯域幅が広いほど、１つのシステム帯域幅内で発現する確率が高くなる。また、端末の移動速度が高いほど、その差はより一層増加する。

本発明では、中心周波数対比広い送信帯域幅を有するシステムの効率的な帯域幅運用のために、帯域別に可変する時間軸参照信号パターンの設計方式を提案する。

＜第１実施例＞
上述した問題点を解決するために、本発明の第１実施例では、全体周波数帯域に対して部分帯域別に異なる密度の参照信号パターンを構成することを提案する。すなわち、全体システム帯域に対して一様な密度の参照信号を構成するのではなく、帯域別に異なる参照信号密度を有するように構成する。

具体的に、全体送信帯域をＮ個の部分帯域に分割した後、各部分帯域別に異なる時間軸参照信号密度を有するように設定する。特に、全体周波数帯域に対する中心周波数を中心に、下段部分帯域では低い密度の参照信号パターンを構成し、上段帯域では高い密度の参照信号パターンを構成する。

本発明の第１実施例は、図１２のように中心周波数が高周波であるとともに、送信帯域は広帯域を有する通信環境に適する。すなわち、端末にリソースが割り当てられた位置によって中心周波数対比送信帯域の大きさが、無視できない基準値以上に大きくなる環境を意味する。この場合、中心周波数及び端末の移動速度によるコヒーレンス時間が部分帯域別に異なるため、各部分帯域別に異なる中心周波数値を基準にコヒーレンス時間を導出し、参照信号パターンを構成しなければならない。これは、全ての帯域において同じシステム要求事項である端末の移動速度を支援するためである。

図１３は、本発明の第１実施例に係る、Ｎ個の部分帯域別の基準中心周波数の設定の例を示している。特に、図１３では、‘Ｋ’Ｈｚの帯域幅を有する全体システム帯域をＮ個の部分帯域に分割している。この場合、各部分帯域別の基準中心周波数は、下記の表４のとおりである。

ここで、修正された中心周波数を用いて各部分帯域別コヒーレンス時間をそれぞれ算出することができ、算出されたコヒーレンス時間を用いて、各部分帯域別に異なる参照信号密度を有するように参照信号を構成することができる。各部分帯域別に必要な参照信号密度は、下記の式１８のように定義することができる。

図１３及び表４では、部分帯域インデックスが増加するほど基準中心周波数が増加するため、コヒーレンス時間は短くなり、逆に、同じＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）区間内で正確なチャネル推定のために必要な時間軸上の参照信号密度は増加することとなる。

図１４には、本発明の第１実施例に係る、部分帯域別に異なる密度の時間軸参照信号パターンを割り当てた例を示す。特に、図１４では、全体部分帯域の個数が３であり、各部分帯域別に必要な参照信号密度が１倍、２倍及び３倍と異なるとした。ただし、周波数軸参照信号密度は、部分帯域別に同一であると仮定した。

勿論、端末にとっては、参照信号パターンが異なる部分帯域の個数によって、それに相応する個数のチャネル推定器を具備する必要がある。

＜第２実施例＞
本発明の第２実施例では、全体帯域幅に対して同一の参照信号密度を維持するとともに、高速移動端末であるほど、中心周波数対比低い周波数帯域、すなわち、下段帯域を優先的に割り当て、相対的に低速端末であるほど、中心周波数対比高い周波数帯域、すなわち、上段帯域を優先的に割り当てることを提案する。

具体的に、全体帯域に対して同一の参照信号密度を維持する場合には、基地局は、端末へのリソース割り当て時に、基準中心周波数が低い下段帯域を優先的に割り当てる。これは、端末の移動速度に対するチャネル推定性能を極力保障するためのスケジューリング方法である。逆に、端末の移動速度が低いか又は静的な状況にある端末には、上段帯域を優先的に割り当てる。これは、基準中心周波数が高くなっても端末の移動速度が低いと、ドップラー周波数が低くなる一方で、コヒーレンス時間は長くなるため、同じＴＴＩ区間内に要求される参照信号密度が減少するからである。

＜第３実施例＞
一方、本発明の第３実施例では、ＴＴＩ／サブフレーム／システムフレーム別に柔軟に帯域別参照信号パターンを構成することを提案する。

特に、上述した第１実施例のように部分帯域別に異なる密度を有する参照信号パターンを有するサブフレームを運用する際、一定のパターン又は周期を設定して運用する。すなわち、全てのＴＴＩ又はサブフレームに対して常に同じサブフレーム設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を運用するのではなく、動的（Ｄｙｎａｍｉｃ）シグナリング又はＲＲＣシグナリングのような上位層シグナリングを用いてサブフレーム設定／再設定情報を端末に送信することによって柔軟にフレームを運用することができる。基地局は、該当のサービスカバレッジ内通信状況に応じて、特定参照信号が送信されるサブフレームの比率を調整することによってシステムの利得を極大化することができる。

具体的に、異なる参照信号パターンを有するサブフレーム／ＴＴＩ構造を端末と基地局が共有しており、基地局は、特定サブフレームがトリガーされる位置又はサブフレームインデックス情報を端末に送信することができる。図面を参照して詳しく説明する。

図１５は、本発明の第３実施例に係る、サブフレーム別に異なる参照信号パターンを適用する例である。特に、図１５では、２種類の参照信号密度を有するフレームが存在し、このフレーム内参照信号構成については基地局と端末があらかじめ知っていると仮定する。

図１５を参照すると、基地局は、サービスカバレッジ内端末の状況を判断してフレーム構成を変更している。すなわち、サービスカバレッジ内に高速端末と低速移動端末が共存すると、図１５のサブフレーム＃１〜サブフレーム＃４及びサブフレーム＃６〜サブフレーム＃９のような参照信号パターンを割り当てる。しかし、サービスカバレッジ内に低速端末の数が絶対的に多いと、低い参照信号密度のパターンが設定されたサブフレーム＃０及びサブフレーム＃５を割り当てる。

このとき、各フレームの参照信号密度が異なる部分帯域比重を極端に調整することができ、特定参照信号密度のみを有するようにフレームを構成することもできる。

さらに、基地局は、サブフレームを構成する際、端末に該当の情報を送信することができる。例えば、図１５のように１つのシステムフレームが１０個のサブフレームで構成されたとすれば、単一参照信号密度に設定されたサブフレーム情報を‘１００００１００００’のようなビットマップで構成して端末に送信することができる。逆に、多重参照信号密度に設定されたサブフレーム情報を中心にシステム情報を生成する場合には、‘０１１１１０１１１１’のようなビットマップで構成して端末に送信することもできる。

また、多重参照信号密度サブフレーム／ＴＴＩを構成する際、その比率をあらかじめ定義することもできるが、ＲＲＣシグナリングを用いて柔軟に設定することもできる。この場合、低密度参照信号パターンが適用された帯域と高密度参照信号パターンが適用された帯域の比率は、基地局がサービスカバレッジ内における端末の移動状況を判断して決定することができる。

最後に、端末は、基地局から伝達されたサブフレーム構成情報に応じて、各サブフレームに適したチャネル推定器を具備したり、又はそれを活性化及び非活性化させなければならない。例えば、単一参照信号密度サブフレームでは単一チャネル推定器を用いてチャネル推定を行い、多重参照信号密度サブフレームでは、異なる参照信号密度の部分帯域数に相応する個数のチャネル推定器を動作させなければならない。

以上では、高周波帯域で広帯域を用いる通信環境に適した参照信号構成及び運用方法について述べたが、これは既存のマクロセルや小型セルにも適用することができる。

図１６は、本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

図１６を参照すると、通信装置１６００は、プロセッサ１６１０、メモリ１６２０、ＲＦモジュール１６３０、ディスプレイモジュール１６４０、及びユーザインターフェースモジュール１６５０を備えている。

通信装置１６００は説明の便宜のために示されたもので、一部のモジュールは省略されてもよい。また、通信装置１６００は必要なモジュールをさらに備えてもよい。また、通信装置１６００において一部のモジュールはより細分化したモジュールにしてもよい。プロセッサ１６１０は、図面を参照して例示した本発明の実施例に係る動作を実行するように構成される。具体的に、プロセッサ１６１０の詳細な動作は、図１乃至図１５に記載された内容を参照すればよい。

メモリ１６２０は、プロセッサ１６１０に接続し、オペレーティングシステム、アプリケーション、プログラムコード、データなどを格納する。ＲＦモジュール１６３０は、プロセッサ１６１０に接続し、基底帯域信号を無線信号に変換したり、無線信号を基底帯域信号に変換する機能を果たす。そのために、ＲＦモジュール１６３０は、アナログ変換、増幅、フィルタリング及び周波数アップコンバート又はこれらの逆過程を行う。ディスプレイモジュール１６４０は、プロセッサ１６１０に接続し、様々な情報をディスプレイする。ディスプレイモジュール１６４０は、これに制限されるものではないが、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）のような周知の要素を用いることができる。ユーザインターフェースモジュール１６５０は、プロセッサ１６１０に接続し、キーパッド、タッチスクリーンなどのような周知のユーザインターフェースの組合せで構成可能である。

以上説明してきた実施例は、本発明の構成要素及び特徴を所定形態に結合したものである。各構成要素又は特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮しなければならない。各構成要素又は特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態で実施することもでき、一部の構成要素及び／又は特徴を結合して本発明の実施例を構成することもできる。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更されてもよい。ある実施例の一部構成や特徴は、他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成又は特徴に取り替わってもよい。特許請求の範囲において明示的な引用関係にない請求項を結合して実施例を構成したり、出願後の補正により新しい請求項として含めたりできるということは明らかである。

本発明に係る実施例は、様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）、ソフトウェア又はそれらの結合などによって具現することができる。ハードウェアによる具現では、本発明の一実施例は、一つ又はそれ以上のＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。

ファームウェアやソフトウェアによる具現では、本発明の一実施例は、以上で説明された機能又は動作を実行するモジュール、手順、関数などの形態で具現されてもよい。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶され、プロセッサによって駆動可能である。メモリユニットは、プロセッサの内部又は外部に設けられ、公知の様々な手段によってプロセッサとデータを交換することができる。

本発明は、本発明の特徴から逸脱しない範囲で別の特定の形態に具体化できるということが当業者にとっては自明である。したがって、上記の詳細な説明は、いずれの面においても制限的に解釈してはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付の請求項の合理的な解釈によって決定すべきであり、本発明の等価的範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。

上述したような無線通信システムにおいて基地局が端末に参照信号を送信する方法及びそのための装置は、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムに適用される例を中心に説明したが、３ＧＰＰ ＬＴＥシステム以外の様々な無線通信システムにも適用可能である。

Claims (10)

1. 無線通信システムにおいて基地局により端末に参照信号を送信する方法であって、前記方法は、
   システムフレームに含まれるサブフレームに対する参照信号を設定することと、
   前記参照信号に関する情報を含むサブフレーム設定情報を前記端末に送信することと、
   前記設定された参照信号を前記端末に送信することと
   を含み、
   前記参照信号は、時間軸高密度を有する第１参照信号と、時間軸低密度を有する第２参照信号とを含み、
   前記第１参照信号は、システム帯域の中心周波数を基準に高周波部分帯域に設定され、前記第２参照信号は、前記中心周波数を基準に低周波部分帯域に設定される、方法。
2. 前記サブフレーム設定情報は、所定個数のサブフレームを含む前記システムフレームの単位でビットマップとして定義される、請求項１に記載の方法。
3. 前記参照信号を設定することは、
   カバレッジ内に高速端末と低速端末が共存する場合に、前記高周波部分帯域、前記低周波部分帯域に、それぞれ、前記第１参照信号、前記第２参照信号を設定することと、
   前記カバレッジ内に前記低速端末が存在する場合に、前記システム帯域にわたって前記第２参照信号を設定することと
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記システムフレームは、前記第１参照信号および前記第２参照信号の両方を有する第１サブフレームタイプと、前記第２参照信号のみを有する第２サブフレームタイプとを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１参照信号の周波数軸密度は、前記第２参照信号の周波数軸密度と同一である、請求項１に記載の方法。
6. 無線通信システムにおける基地局であって、前記基地局は、
   システムフレームに含まれるサブフレームに対する参照信号を設定するプロセッサと、
   前記参照信号に関する情報を含むサブフレーム設定情報を端末に送信することと、前記設定された参照信号を前記端末に送信することとを実行する送信モジュールと
   を備え、
   前記参照信号は、時間軸高密度を有する第１参照信号と、時間軸低密度を有する第２参照信号とを含み、
   前記第１参照信号は、システム帯域の中心周波数を基準に高周波部分帯域に設定され、前記第２参照信号は、前記中心周波数を基準に低周波部分帯域に設定される、基地局。
7. 前記サブフレーム設定情報は、所定個数のサブフレームを含む前記システムフレームの単位でビットマップとして定義される、請求項６に記載の基地局。
8. カバレッジ内に高速端末と低速端末が共存する場合に、前記プロセッサは、前記高周波部分帯域、前記低周波部分帯域に、それぞれ、前記第１参照信号、前記第２参照信号を設定し、
   前記カバレッジ内に前記低速端末が存在する場合に、前記プロセッサは、前記システム帯域にわたって前記第２参照信号を設定する、請求項６に記載の基地局。
9. 前記システムフレームは、前記第１参照信号および前記第２参照信号の両方を有する第１サブフレームタイプと、前記第２参照信号のみを有する第２サブフレームタイプとを含む、請求項６に記載の基地局。
10. 前記第１参照信号の周波数軸密度は、前記第２参照信号の周波数軸密度と同一である、請求項６に記載の基地局。