JP6553533B2

JP6553533B2 - 基地局

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Publication number: JP6553533B2
Application number: JP2016048756A
Authority: JP
Inventors: 達樹奥山; 聡須山; 奥村　幸彦; 幸彦奥村
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2019-07-31
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Description

本発明は、基地局に関する。

ＬＴＥ（Long Term Evolution）では、システム容量の更なる大容量化、データ伝送速度の更なる高速化、無線区間における更なる低遅延化などを実現するために、５Ｇと呼ばれる無線通信方式の検討が進んでいる。５Ｇでは、１０Ｇｂｐｓ以上のスループットを実現しつつ無線区間の遅延を１ｍｓ以下にするという要求条件を満たすために、様々な要素技術の検討が行われている。

５Ｇでは、ＬＴＥよりも更に高周波数帯を使用することが想定されている。ここで、高周波数帯では伝搬ロスが増大することから、それを補うために、ビーム幅の狭いビームフォーミングを行うＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）を適用することが検討されている。ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯは、基地局側に多数（例：１００素子）のアンテナ素子を設置する大規模ＭＩＭＯであり、狭い領域に電界の強さを集中させることができるため、ユーザ間の干渉を小さくすることができる。

図１（ａ）は、ＬＴＥ等の従来の基地局が行うビームフォーミングの例を示しており、図１（ｂ）は、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯを用いる基地局が行うビームフォーミングの例を示している。ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯでは、図１（ｂ）に示すように、ビーム幅の狭いビームフォーミングにより、遠方まで無線信号を送信することができるようになる。

株式会社ＮＴＴドコモ、"ドコモ５Ｇホワイトペーパー"、２０１４年９月

現在、５Ｇの基本的なアーキテクチャとして、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ基地局が形成するスモールセルをマクロセルにオーバーレイさせるようにして、上位レイヤ（ＲＲＣ（Radio Resource Control）など）の制御信号や低速なユーザデータの送受信はマクロセル側で行い、高速なデータ送受信をスモールセルで行うようなシナリオが提唱されている。本シナリオでは、移動局は、最初に無線リンクを確立する際、マクロセルの基地局との間でランダムアクセス手順を実行する。

一方、将来的には、制御信号の送受信をスモールセル側でも行えるようにするシナリオや、スモールセルのみで通信が行われるようなシナリオも想定される。これらのシナリオを実現するためには、移動局とＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ基地局との間で直接ランダムアクセス手順を実現するための技術が必要になる。

ランダムアクセス手順において、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ基地局は、図２に示すように、移動局から受信するＲＡＣＨ（Random Access Channel）信号の到来方向にビームフォーミングを行った上でＲＡＣＨ信号の系列（シーケンス）を特定することが望ましい。しかしながら、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ基地局は、移動局からＲＡＣＨ信号を受信する前に移動局との間のチャネル情報を把握することは困難であるため、予めＲＡＣＨ信号の到来方向にビームフォーミングを行うことができないという問題がある。なお、本課題は、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ基地局に限られず、ビームフォーミングを行う基地局全般に発生し得る。

開示の技術は上記に鑑みてなされたものであって、ランダムアクセス手順において、ＲＡＣＨ信号の系列を特定すると共に、ＲＡＣＨ信号の受信方向を特定することが可能な技術を提供することを目的とする。

開示の技術の基地局は、基地局と、前記基地局と通信する１以上の移動局とを備える無線通信システムにおける基地局であって、前記１以上の移動局の各々から複数のランダムアクセス系列のうち特定のランダムアクセス系列の信号を受信する受信部と、複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号と、前記複数のランダムアクセス系列の各々との間の組み合わせにおける相関値を算出し、前記組み合わせにおける相関値を前記複数のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値の大きさに基づいて、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する特定部と、を有する。

開示の技術によれば、ランダムアクセス手順において、ＲＡＣＨ信号の系列を特定すると共に、ＲＡＣＨ信号の受信方向を特定することが可能な技術が提供される。

ビームフォーミングの例を示す図である。課題を説明するための図である。実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。実施の形態に係る基地局の機能構成例を示す図である。実施の形態に係る基地局のハードウェア構成例を示す図である。ＲＡＣＨシーケンス及び受信方向を特定する処理手順の一例を示すフローチャートである。ビーム候補を示す図である。信号処理フローの一例を示す図である。ＲＡＣＨシーケンス及び受信方向を特定する処理手順の具体例を説明するための図である。ＲＡＣＨシーケンス及び受信方向を特定する処理手順（変形例１）の一例を示すフローチャートである。選択されたビーム候補を示す図である。ＲＡＣＨシーケンス及び受信方向を特定する処理手順（変形例２）の一例を示すフローチャートである。ＲＡＣＨシーケンス及び受信方向を特定する処理手順（変形例２）の具体例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。例えば、本実施の形態に係る無線通信システムはＬＴＥ又は５Ｇに準拠した方式のシステムを想定しているが、本発明はＬＴＥ又は５Ｇに限定されるわけではなく、他の方式にも適用可能である。

＜システム構成＞
図３は、実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示す図である。実施の形態に係る無線通信システムは、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯをサポートする基地局１と、マクロセルを形成する基地局２と、中央制御局３と、移動局４とを含む。基地局１は、多数のアンテナ素子を有しており、ＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯセル（ＭＭセル）を形成している。なお、ＭＭセルとは、基地局１から送信される多数のビームにより形成されるセルを意図している。ＭＭセルでは、例えば５ＧＨｚ以上で帯域幅が１００ＭＨｚ以上のバンド等を用いることで、マクロセルよりも高速な通信を実現することができる。

基地局２はＭＭセルよりカバレッジが広いマクロセルを形成する。マクロセルは、ＬＴＥ（ＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced）を含む）のセルを想定しているが、これに限られず、無線ＬＡＮ等のＬＴＥ以外の無線技術を用いたセルであってもよい。すなわち、本実施の形態では、ＬＴＥのセル、無線ＬＡＮのセル等と、ＭＭセルとがオーバーラップするように配置されている。

中央制御局３は、基地局１及び基地局２を集中制御する機能を有している。例えば、中央制御局３は、基地局１及び基地局２が有する無線リソースのスケジューリング、上位レイヤ（例えばＲＲＣレイヤ等）の制御等を行う。

移動局４は、基地局１又は基地局２と通信を行う機能を有する。図３には移動局４が１つ示されているが、本実施の形態では２つ以上の移動局４を有していてもよい。また、移動局４は、通信を開始する際に、基地局１との間でランダムアクセス手順を行う機能を有する。また、移動局４は、基地局１又は基地局２のいずれか一方と通信する機能を有していてもよいし、基地局１及び基地局２と同時に通信を行う機能（Multiple Connectivity）を有していてもよい。

従来のＬＴＥでは、移動局４は、マクロセルの基地局２との間で無線リンクを確立する際に、ランダムアクセス手順を行う。移動局４は、セル内に予め用意された複数のＲＡＣＨシーケンス（ＲＡＣＨ系列）候補からランダムに選択したＲＡＣＨシーケンスの信号（ランダムアクセスプリアンブルやメッセージ１とも呼ばれる）を基地局２に送信することで、ランダムアクセス手順を開始する。

本実施の形態でも、従来のＬＴＥと同様、移動局４は、基地局１との間で無線リンクを確立する際に、ＭＭセル内に予め用意された複数のＲＡＣＨシーケンス候補からランダムに選択したＲＡＣＨシーケンスの信号（以下、「ＲＡＣＨ信号」と呼ぶ）を基地局１に送信する前提とする。

なお、本実施の形態は、図３に示すようにマクロセルとＭＭセルとがオーバーラップしている無線通信システムのみならず、ＭＭセル単独で通信を行う無線通信システム（例えば、基地局１のみを有する無線通信システム）においても適用可能である。

＜機能構成＞
図４は、実施の形態に係る基地局の機能構成例を示す図である。図７（ａ）に示すように、基地局１は、信号送信部１０１、信号受信部１０２、受信電力測定部１０３、及び特定部１０４を有する。図４は、本実施の形態における主要な機能部のみを示すものであり、本無線通信システムで用いられる通信方式に準拠した動作を行うための図示しない機能も有するものである。ただし、以下で説明する基地局の処理の一部（例：特定の１つの実施例、変形例のみ等）を実行可能としてもよい。

信号送信部１０１は、基地局１から送信すべき上位レイヤの信号から物理レイヤの信号を生成し、生成された信号を無線送信する機能を有する。また、信号送信部１０１は、ビームフォーミング（送信ビームフォーミング）を行うことで、特定の方向に向けて信号を無線送信する機能を有する。信号受信部１０２は、移動局４から物理レイヤの信号を受信し、受信した信号からより上位のレイヤの信号を取得する機能を有する。信号受信部１０２は、ビームフォーミング（受信ビームフォーミング）を行うことで、特定の方向にビームを向けて信号を受信する機能を有する。また、信号受信部１０２は、受信した信号をメモリ等の記憶部に記憶する機能を有する。

受信電力測定部１０３は、信号受信部１０２で受信される信号の受信電力を測定する機能を有する。また、受信電力測定部１０３は、ビームフォーミングにより特定の方向から受信される信号の受信電力を測定する機能を有する。

特定部１０４は、移動局４から受信するＲＡＣＨ信号のＲＡＣＨシーケンス（ＲＡＣＨ系列と同義）及びＲＡＣＨ信号の受信方向を特定する機能を有する。また、特定部１０４は、ビームフォーミングによる複数の受信方向ごとに受信される信号と、複数のＲＡＣＨシーケンスの各々との間の組み合わせにおける相関値を算出し、当該組み合わせにおける相関値を複数のＲＡＣＨシーケンスごとに合算した相関値の大きさに基づいて、移動局４から送信された特定のＲＡＣＨシーケンスと、当該特定のＲＡＣＨシーケンスの信号が受信された受信方向とを特定する機能を有する。

以上説明した基地局１の機能構成は、全体をハードウェア回路（例えば、１つ又は複数のＩＣチップ）で実現してもよいし、一部をハードウェア回路で構成し、その他の部分をＣＰＵとプログラムとで実現してもよい。

図５は、実施の形態に係る基地局のハードウェア構成の一例を示す図である。図５は、図４よりも実装例に近い構成を示している。図５に示すように、基地局１は、無線信号に関する処理を行うＲＦ（Radio Frequency）モジュール２０１と、ベースバンド信号処理を行うＢＢ（Base Band）処理モジュール２０２と、上位レイヤ等の処理を行う装置制御モジュール２０３と、ネットワークと接続するためのインタフェースである通信ＩＦ２０４とを有する。

ＲＦモジュール２０１は、ＢＢ処理モジュール２０２から受信したデジタルベースバンド信号に対して、Ｄ／Ａ（Digital-to-Analog）変換、変調、周波数変換、及び電力増幅等を行うことでアンテナから送信すべき無線信号を生成する。また、受信した無線信号に対して、周波数変換、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換、復調等を行うことでデジタルベースバンド信号を生成し、ＢＢ処理モジュール２０２に渡す。ＲＦモジュール２０１は、例えば、図４に示す信号送信部１０１の一部、信号受信部１０２の一部を含む。

ＢＢ処理モジュール２０２は、ＩＰパケットとデジタルベースバンド信号とを相互に変換する処理を行う。ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２１２は、ＢＢ処理モジュール２０２における信号処理を行うプロセッサである。メモリ２２２は、ＤＳＰ２１２のワークエリアとして使用される。ＢＢ処理モジュール２０２は、例えば、図４に示す信号送信部１０１の一部、信号受信部１０２の一部、受信電力測定部１０３及び特定部１０４を含む。

装置制御モジュール２０３は、ＩＰレイヤのプロトコル処理、ＯＡＭ（Operation and Maintenance）処理等を行う。プロセッサ２１３は、装置制御モジュール２０３が行う処理を行うプロセッサである。メモリ２２３は、プロセッサ２１３のワークエリアとして使用される。補助記憶装置２３３は、例えばＨＤＤ等であり、基地局１自身が動作するための各種設定情報等が格納される。

＜処理手順＞
続いて、基地局１が、移動局４から受信したＲＡＣＨ信号のＲＡＣＨシーケンスを特定すると共に、ＲＡＣＨ信号の受信方向（ＲＡＣＨ信号を受信したビームの方向）を特定する際の具体的な処理手順について説明する。

本実施の形態では、基地局１の信号受信部１０２は、移動局４から受信したＲＡＣＨ信号をメモリ等の記憶部に格納しておくようにする。基地局１の特定部１０４は、記憶部に一旦格納されたＲＡＣＨ信号に対してビームフォーミング等のデジタル信号処理を行うことで、ＲＡＣＨシーケンスの特定及びＲＡＣＨ信号の受信方向を特定する。

図６は、ＲＡＣＨシーケンス及び受信方向を特定する処理手順の一例を示すフローチャートである。以下、移動局４がＭＭセル内で選択可能なＲＡＣＨシーケンス候補の数は「Ｃ１」個であるとして説明する。

ステップＳ１１で、特定部１０４は、信号受信部１０２で受信されたＲＡＣＨ信号に対して、Ｃ０個のビーム候補（受信ビームフォーミングを行う方向）の各々に対応するウェイト（Ｗ）を乗算することで、ＲＡＣＨ信号に対して受信ビームフォーミングを行う。なお、ビーム候補に対応するウェイト（Ｗ）とは、基地局１の全アンテナ素子の各々で受信されたＲＡＣＨ信号に乗算するウェイト量であり、ステアリングベクトルとも呼ばれる。

図７（ａ）にＣ０個のビーム候補の例を示す。本実施の形態では、各ビーム候補の方向及びビーム候補の数については任意であるが、例えば、アンテナ面から水平方向及び垂直方向に所定の間隔の角度で離散的にビーム候補を設けるようにしてもよい。図７（ｂ）は、ｘｙ面（アンテナ面に対して水平方向）でのビーム角度（φ）と、ｙｚ面（アンテナ面に対して垂直方向）でのビーム角度（θ）を表している。例えば、φ＝０〜１８０°、θ＝０〜１８０°として、φ及びθ方向にそれぞれ１０°おきに離散的にビーム候補を設けるようにしてもよい。この場合、ビーム候補数は１８×１８＝３２４通り（Ｃ０＝３２４）になる。また、例えば、φ＝０〜１８０°、θ＝０〜１８０°として、φ及びθ方向にそれぞれ５°おきにビーム候補を設けるようにしてもよい。この場合、ビーム候補数は３６×３６＝１２９６通り（Ｃ０＝１２９６）になる。

続いて、特定部１０４は、Ｃ０個のビーム候補毎のＲＡＣＨ信号（各ビーム候補に対応するウェイトが乗算されたＲＡＣＨ信号）と、Ｃ１個のＲＡＣＨシーケンス候補との組み合わせの相関値（ρ）を算出し、ビーム候補毎に、相関値が高い順に所定の個数（Ｃ２個）のＲＡＣＨシーケンス候補を選択する。なお、ビーム候補のＲＡＣＨ信号とＲＡＣＨシーケンス候補との相関値を算出することは、ビーム候補のＲＡＣＨ信号とＲＡＣＨシーケンス候補のレプリカ信号との相関値を算出することである。

ステップＳ１２で、特定部１０４は、各ビーム候補でＣ２個ずつ選択されたＲＡＣＨシーケンス候補の相関値を、ＲＡＣＨシーケンス候補ごとに合算する。

ステップＳ１３で、特定部１０４は、ステップＳ１２で算出されたＲＡＣＨシーケンス候補ごとの相関値の合計値のうち、合計値が所定の閾値（Ｘ）以上であるＲＡＣＨシーケンス候補を選択することで、移動局４から受信したＲＡＣＨシーケンスを特定する。なお、特定部１０４は、合計値が所定の閾値（Ｘ）以上であるＲＡＣＨシーケンス候補を選択することに代えて、合計値が大きい順に所定の個数のＲＡＣＨシーケンス候補を選択することで、移動局４から受信したＲＡＣＨシーケンスを特定するようにしてもよい。

また、特定部１０４は、当該特定されたＲＡＣＨシーケンスの相関値の合計値に含まれる個々の相関値に対応するビーム候補を、当該特定されたＲＡＣＨシーケンスのＲＡＣＨ信号を受信した方向として特定する。例えば、ＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）の相関値の合計値は、ビーム候補（１０）とＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）の間の相関値及びビーム候補（２０）とＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）の間の相関値とを合計したものである場合、ビーム候補（１０）とビーム候補（２０）を、ＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）のＲＡＣＨ信号を受信した方向として特定する。なお、特定部１０４は、当該特定されたＲＡＣＨシーケンスとの間の相関値が所定の閾値（Ｙ）以下（未満）であるビーム候補については、当該特定されたＲＡＣＨシーケンスのＲＡＣＨ信号を受信した方向に含めないようにしてもよい。例えば、ＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）の相関値の合計値は、ビーム候補（１０）とＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）の間の相関値及びビーム候補（２０）とＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）の間の相関値とを合計したものであるものの、ビーム候補（２０）とＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）の間の相関値が所定の閾値（Ｙ）より低い場合、ビーム候補（１０）のみを、ＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_３０）のＲＡＣＨ信号を受信した方向として特定する。これは、特定されたＲＡＣＨシーケンスとの相関値が低いビーム候補が、ＲＡＣＨ信号を受信した方向に含まれてしまうことを避けるためである。

以上説明したステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理手順に該当する信号処理フローの一例を図８に示す。ステップＳ１１で説明したＣ０個のビーム候補の各々に対応するウェイト（Ｗ）は、図８のＷ_１〜Ｗ_Ｃ０に該当する。Ｃ１個のＲＡＣＨシーケンスの候補は、図８のＳ_１〜Ｓ_Ｃ１に該当する。

続いて、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理手順の具体例を、図９を用いて説明する。図９の例では、ＲＡＣＨシーケンス候補の数はＳ_１〜Ｓ_１００までの１００（Ｃ１＝１００）である前提とする。また、図９の例では、各ビーム候補を区別して表現するために、各ビーム候補に対応するウェイト（Ｗ_１〜Ｗ_Ｃ０）を用いて「ビーム候補（Ｗ_１〜Ｗ_Ｃ０）」と表現する。また、図９の例では、１以上の移動局４から同時に１以上のＲＡＣＨ信号が送信されている前提とする。

ステップＳ１１の処理手順により、図９（ａ）に示すように、ビーム候補Ｗ_１〜Ｗ_Ｃ０ごとに、相関値が高い順にＣ２個（例えば１０個など）のＲＡＣＨシーケンス候補が選択される。例えば、ビーム候補（Ｗ_１）については、Ｃ２個のＲＡＣＨシーケンス候補としてＳ_２〜Ｓ_１００が選択され、選択された各ＲＡＣＨシーケンス候補とビーム候補（Ｗ_１）のＲＡＣＨ信号との間のそれぞれの相関値は、ρ_１，２〜ρ_{１，１００}であることが示されている。なお、図９（ａ）において、選択されたＲＡＣＨシーケンス候補は「Ｓ_２〜Ｓ_１００」と図示されているが、Ｓ_２〜Ｓ_１００までの９９個のＲＡＣＨシーケンスが選択されていることを意図しているのではなく、Ｓ_２〜Ｓ_１００までのＲＡＣＨシーケンスの中でＣ２個のＲＡＣＨシーケンスが選択されていることを意図している。例えば、Ｃ２＝５であると仮定した場合、Ｓ_２、Ｓ_２５、Ｓ_５５、Ｓ_９０、Ｓ_１００のように５個のＲＡＣＨシーケンスが選択されていることを意図している。

続いて、ステップＳ１２の処理手順により、ＲＡＣＨシーケンス候補ごとに相関値が合算される。図９（ｂ）の例では、ＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_１）との間で相関値が高いビーム候補（Ｗ_２）及びビーム候補（Ｗ_Ｃ０）のそれぞれの相関値（ρ_２，１）及び（ρ_Ｃ０，１）が合計されている。他のＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_２、・・・、Ｓ_９０、Ｓ_９２、Ｓ_９５、Ｓ_１００）についても同様である。

続いて、ステップＳ１３の処理手順により、相関値の合計が所定の閾値（Ｘ）以上であるＲＡＣＨシーケンス候補が選択される。図９の例では、相関値の合計が所定の閾値（Ｘ）以上であるＲＡＣＨシーケンス候補は、Ｓ_１、Ｓ_９０、及びＳ_１００である。従って、特定部１０４は、３つのＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_１、Ｓ_９０、及びＳ_１００）を、複数の移動局４から受信したＲＡＣＨシーケンスとして特定する。

また、特定されたＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_１）は、ビーム候補（Ｗ_２）及びビーム候補（Ｗ_Ｃ０）のそれぞれの相関値が合計されている。従って、特定部１０４は、ＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_１）であるＲＡＣＨ信号の受信方向は、ビーム候補（Ｗ_２）及びビーム候補（Ｗ_Ｃ０）の方向であると特定する。同様に、特定されたＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_９０）は、ビーム候補（Ｗ_１）及びビーム候補（Ｗ_Ｃ０）のそれぞれの相関値が合計されている。従って、特定部１０４は、ＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_９０）であるＲＡＣＨ信号の受信方向は、ビーム候補（Ｗ_１）及びビーム候補（Ｗ_Ｃ０）の方向であると特定する。また、特定されたＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_１００）は、ビーム候補（Ｗ_１）の相関値が合計されている。従って、特定部１０４は、ＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_１００）であるＲＡＣＨ信号の受信方向は、ビーム候補（Ｗ_１）の方向であると特定する。

（変形例１）
以上説明した処理手順では、全ビーム候補の各々について全てのＲＡＣＨシーケンス候補との相関値を算出することになるため、計算量が膨大になってしまう。例えば、ビーム候補数（Ｃ０）が３２４であり、ＲＡＣＨシーケンス候補の数（Ｃ１）が１００である場合、３２４００通りの組み合わせについて相関値を算出する必要がある。

そこで、変形例１では、全ビーム候補の各々について全てのＲＡＣＨシーケンス候補との相関値を算出するのではなく、受信電力が大きいビーム候補に絞ってＲＡＣＨシーケンス候補との相関値を算出するようにする。

図１０は、ＲＡＣＨシーケンス及び受信方向を特定する処理手順（変形例１）の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０で、受信電力測定部１０３は、ビーム候補毎の受信電力を測定する。より具体的には、受信電力測定部１０３は、信号受信部１０２で受信されたＲＡＣＨ信号に対して、Ｃ０個のビーム候補（受信ビームフォーミングを行う方向）の各々に対応するウェイト（Ｗ）を乗算し、ウェイトが乗算されたＲＡＣＨ信号の受信電力を測定する。続いて、受信電力測定部１０３は、受信電力が所定の閾値以上であるビーム候補（Ｃ０´個）を選択する。図１１は、選択されたビーム候補の例を示している。

続いて、特定部１０４は、ステップＳ１０の処理手順で選択されたビーム候補（Ｃ０´個）に対して、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理手順を行う。ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理手順は、図６と同一であるため説明は省略する。

以上説明した変形例１により、ＲＡＣＨシーケンス及びＲＡＣＨ信号の受信方向を特定する処理における計算量を削減することが可能になり、ＲＡＣＨシーケンス及びＲＡＣＨ信号の受信方向を迅速に特定することが可能になる。

（変形例２）
図６のステップＳ１１の処理手順では、特定部１０４は、ビーム候補毎のＲＡＣＨ信号と、Ｃ１個のＲＡＣＨシーケンス候補の相関値（ρ）を算出し、ビーム候補毎に、相関値が高い順に所定の個数（Ｃ２個）のＲＡＣＨシーケンス候補を選択した。一方、変形例２では、特定部１０４は、ビーム候補順にＲＡＣＨシーケンス候補を徐々に絞っていくことで、最終的に所定の数のＲＡＣＨシーケンス候補を選択するようにする。つまり、図６のステップＳ１１の処理手順では、特定部１０４は、ビーム候補毎に並列に選択処理を行うことができるが、変形例２では、特定部１０４は、ビーム候補毎にシーケンシャルに選択処理を行うことになる。

図１２は、ＲＡＣＨシーケンス及び受信方向を特定する処理手順（変形例２）の一例を示すフローチャートである。なお、図１２において、ｉ＝１〜Ｃ０´である。また、各ビーム候補（１〜Ｃ０´）が実際にどの受信方向を示すのかについては、任意に対応づけられていてよい。なお、ステップＳ１０の処理手順及びステップＳ１３の処理手順は、それぞれ図１０のステップＳ１０及び図６のステップＳ１３の処理手順と同一であるため説明は省略する。ステップＳ１０の処理手順は、受信電力を用いてビーム候補を予め絞る処理に該当するため、計算量の増加が許容される場合は省略されてもよい。

ステップＳ２１で、特定部１０４は、信号受信部１０２で受信されたＲＡＣＨ信号に対して、最初のビーム候補（１）に対応するウェイト（Ｗ_１）を乗算することで受信ビームフォーミングを行う。続いて、特定部１０４は、ビーム候補（１）のＲＡＣＨ信号（ウェイトＷ_１が乗算されたＲＡＣＨ信号）と、Ｃ１個のＲＡＣＨシーケンス候補の各々との相関値（ρ）を算出し、相関値が高い順に所定の個数（Ｃ２_１個）のＲＡＣＨシーケンス候補を選択する。

ステップＳ２２で、特定部１０４は、信号受信部１０２で受信されたＲＡＣＨ信号に対して、次のビーム候補（２）に対応するウェイト（Ｗ_２）を乗算することで受信ビームフォーミングを行う。続いて、特定部１０４は、ビーム候補（２）のＲＡＣＨ信号と、最初のビーム候補（１）で選択されたＣ２_１個のＲＡＣＨシーケンス候補の各々との相関値（ρ）を算出し、相関値が高い順に所定の個数（Ｃ２_２個）のＲＡＣＨシーケンス候補を選択する。ここで、Ｃ２_２＜Ｃ２_１である。つまり、特定部１０４は、ビーム候補順にＲＡＣＨシーケンス候補が徐々に絞られるようにＲＡＣＨシーケンスを選択していく。ビーム候補（ｉ）ごとのＣ２_ｉの値にはどのような値が設定されていてもよい。例えば、ビーム候補数が５本であり、ＲＡＣＨシーケンス候補が１００個である場合を仮定すると、ビーム候補（１）に対するＣ２_１は５０であり、ビーム候補（２）に対するＣ２_２は４０であり、ビーム候補（３）に対するＣ２_３は３０であり、ビーム候補（４）に対するＣ２_４は２０であり、ビーム候補（５）に対するＣ２_５は１０であるというように、ビーム候補順にＣ２の値が小さくなるように設定される。続いて、特定部１０４は、ステップＳ２２の処理手順を、Ｃ０´個のビーム候補順に繰り返し行う（Ｓ２３）。

ステップＳ２４で、特定部１０４は、最終的に選択されたＣ２_ＣＯ´個のＲＡＣＨシーケンス候補の各々と、全てのビーム候補（Ｃ０´個）との間の相関値を合算する。例えば、ビーム候補数が５本（Ｃ０´＝５）であり、最後のビーム候補（５）の処理が完了した時点で、Ｓ_１０、Ｓ_２０、及びＳ_３０のＲＡＣＨシーケンス候補が選択されていたと仮定する。この場合、特定部１０４は、ビーム候補（１〜５）の各々とＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_１０）との相関値を合算する。同様に、ビーム候補（１〜５）の各々とＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_２０）との相関値を合算し、ビーム候補（１〜５）の各々とＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_３０）との相関値を合算する。

以上説明した変形例２の処理手順の具体例を、図１３を用いて説明する。特に言及しない点については図９と同一でよい。

ステップＳ２１〜Ｓ２３の処理手順により、図１３（ａ）に示すように、最後のビーム候補Ｗ_Ｃ０´の時点でＣ２_Ｃ０´個のＲＡＣＨシーケンス候補が選択される。図１３（ａ）の例では、Ｃ２_Ｃ０´＝３であり、ＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_１０、Ｓ_４５、Ｓ_７４）が最終的に選択されたとする。

続いて、ステップＳ２４の処理手順により、図１３（ｂ）に示すように、ビーム候補（１〜Ｃ０´）の各々とＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_１０）との間の全ての相関値ρ_１，１０〜ρ_{Ｃ０´，１０}が合算される。同様に、ビーム候補（１〜Ｃ０´）の各々とＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_４５）との間の全ての相関値ρ_１，４５〜ρ_{Ｃ０´，４５}が合算され、ビーム候補（１〜Ｃ０´）の各々とＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_７４）との間の全ての相関値ρ_１，７４〜ρ_{Ｃ０´，７４}が合算される。

続いて、ステップＳ１３の処理手順により、相関値の合計が所定の閾値（Ｘ）以上であるＲＡＣＨシーケンス候補が選択される。図１３（ｂ）の例では、相関値の合計が所定の閾値（Ｘ）以上であるＲＡＣＨシーケンス候補は、Ｓ_１０及びＳ_４５である。従って、特定部１０４は、２つのＲＡＣＨシーケンス候補（Ｓ_１０及びＳ_４５）を、複数の移動局４から受信したＲＡＣＨシーケンスとして特定する。

また、変形例２では、特定された２つのＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_１０及びＳ_４５）は、Ｃ０´個の全てのビーム候補のそれぞれの相関値が合計されている。従って、特定部１０４は、ＲＡＣＨシーケンス（Ｓ_１０及びＳ_４５）であるＲＡＣＨ信号の受信方向は、Ｃ０´個の全てのビーム候補の方向であると特定する。なお、特定部１０４は、Ｃ０´個の全てのビーム候補を受信方向にするのではなく、一部のビーム候補に限定するようにしてもよい。例えば、特定部１０４は、特定されたＲＡＣＨシーケンスごとに、相関値が大きい順に所定の個数のビーム候補を選択し、選択したビーム候補を受信方向とするようにしてもよい。また、特定部１０４は、特定されたＲＡＣＨシーケンスとの間の相関値が所定の閾値（Ｚ）以上であるビーム候補を、当該特定されたＲＡＣＨシーケンスのＲＡＣＨ信号を受信した方向とするようにしてもよい。

以上説明した変形例２により、本実施の形態では、ＲＡＣＨシーケンス及びＲＡＣＨ信号の受信方向を特定する処理を様々な方法で行うことが可能になる。

＜まとめ＞
以上、実施の形態によれば、基地局と、前記基地局と通信する１以上の移動局とを備える無線通信システムにおける基地局であって、前記１以上の移動局の各々から複数のランダムアクセス系列のうち特定のランダムアクセス系列の信号を受信する受信部と、複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号と、前記複数のランダムアクセス系列の各々との間の組み合わせにおける相関値を算出し、前記組み合わせにおける相関値を前記複数のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値の大きさに基づいて、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する特定部と、を有する基地局が提供される。この基地局１により、ランダムアクセス手順において、ＲＡＣＨ信号の系列を特定すると共に、ＲＡＣＨ信号の受信方向を特定することが可能な技術が提供される。

また、前記複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号は、該複数の受信方向ごとの信号のうち受信電力が所定の閾値以上の信号である、ようにしてもよい。これにより、ＲＡＣＨシーケンス及びＲＡＣＨ信号の受信方向を特定する処理における計算量を削減することが可能になり、ＲＡＣＨシーケンス及びＲＡＣＨ信号の受信方向を迅速に特定することが可能になる。

また、前記特定部は、前記組み合わせにおける相関値を前記複数のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値のうち、相関値の大きさが所定の閾値以上であるか否かを判断することで、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する、ようにしてもよい。基地局１は、移動局４から送信された信号のランダムアクセス系列を特定することができる。

また、前記特定部は、前記組み合わせにおける相関値を前記複数のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値のうち、相関値が大きい順にランダムアクセス系列を所定の個数選択することで、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する、ようにしてもよい。これにより、基地局１は、移動局４から送信された信号のランダムアクセス系列を特定することができる。

また、前記特定部は、複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号のうち、所定の受信方向の信号と前記複数のランダムアクセス系列の各々との間の組み合わせにおける相関値を算出し、該組み合わせにおける相関値のうち相関値が大きい順に所定の数のランダムアクセス系列を選択する手順を、該複数の受信方向ごとの信号に対して順に繰り返すことでランダムアクセス系列の候補を絞り込み、絞り込まれた候補のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値の大きさに基づいて、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する、ようにしてもよい。これにより、基地局１は、シーケンシャルに処理を行うことで、移動局４から送信された信号のランダムアクセス系列を特定することができる。

また、複数の受信方向の各々は、当該基地局における信号受信面に対して、水平方向及び垂直方向を所定の間隔の角度に等分することで決定される複数の受信方向の各々であるようにしてもよい。これにより、ビームフォーミングを行う方向を予め定めておくことができる。

また、前記受信部は、前記１以上の移動局の各々から受信する特定のランダムアクセス系列の信号を記憶部に記憶し、前記特定部は、複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号を、前記記憶部に記憶された前記１以上の移動局の各々から受信する特定のランダムアクセス系列の信号に複数の受信方向の各々に対応するウェイトを乗算することで生成するようにしてもよい。これにより、基地局１は、デジタル信号処理により、移動局４から受信した信号のランダムアクセス系列及び受信方向を特定することが可能になる。また、移動局４は、受信ビームフォーミングが行われるビームの向きを意識せずに、ＲＡＣＨ信号を送信することが可能になる。

＜実施形態の補足＞
以上、本発明の実施の形態で説明する各装置（基地局１）の構成は、ＣＰＵとメモリを備える当該装置において、プログラムがＣＰＵ（プロセッサ）により実行されることで実現される構成であってもよいし、本実施の形態で説明する処理のロジックを備えたハードウェア回路等のハードウェアで実現される構成であってもよいし、プログラムとハードウェアが混在していてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、開示される発明はそのような実施形態に限定されず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。上記の説明における項目の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、ある項目に記載された事項が、別の項目に記載された事項に（矛盾しない限り）適用されてよい。機能ブロック図における機能部又は処理部の境界は必ずしも物理的な部品の境界に対応するとは限らない。複数の機能部の動作が物理的には１つの部品で行われてもよいし、あるいは１つの機能部の動作が物理的には複数の部品により行われてもよい。実施の形態で述べたシーケンス及びフローチャートは、矛盾の無い限り順序を入れ替えてもよい。処理説明の便宜上、基地局１は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウェアで、ソフトウェアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明の実施の形態に従って基地局１が有するプロセッサにより動作するソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク（ＨＤＤ）、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、データベース、サーバその他の適切な如何なる記憶媒体に保存されてもよい。

なお、実施の形態において、信号受信部１０２は、受信部の一例である。ＲＡＣＨシーケンスは、ランダムアクセス系列の一例である。

１、２基地局
３中央制御局
４移動局
１０１信号送信部
１０２信号受信部
１０３受信電力測定部
１０４特定部
２０１ＲＦモジュール
２０２ＢＢ処理モジュール
２０３装置制御モジュール
２０４通信ＩＦ

Claims

基地局と、前記基地局と通信する１以上の移動局とを備える無線通信システムにおける基地局であって、
前記１以上の移動局の各々から複数のランダムアクセス系列のうち特定のランダムアクセス系列の信号を受信する受信部と、
複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号と、前記複数のランダムアクセス系列の各々との間の組み合わせにおける相関値を算出し、前記組み合わせにおける相関値を前記複数のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値の大きさに基づいて、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する特定部と、
を有する基地局。
前記複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号は、該複数の受信方向ごとの信号のうち受信電力が所定の閾値以上の信号である、
請求項１に記載の基地局。
前記特定部は、前記組み合わせにおける相関値を前記複数のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値のうち、相関値の大きさが所定の閾値以上であるか否かを判断することで、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する、
請求項１又は２に記載の基地局。
前記特定部は、前記組み合わせにおける相関値を前記複数のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値のうち、相関値が大きい順にランダムアクセス系列を所定の個数選択することで、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する、
請求項１又は２に記載の基地局。
前記特定部は、複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号のうち、所定の受信方向の信号と前記複数のランダムアクセス系列の各々との間の組み合わせにおける相関値を算出し、該組み合わせにおける相関値のうち相関値が大きい順に所定の数のランダムアクセス系列を選択する手順を、該複数の受信方向ごとの信号に対して順に繰り返すことでランダムアクセス系列の候補を絞り込み、絞り込まれた候補のランダムアクセス系列ごとに合算した相関値の大きさに基づいて、前記複数のランダムアクセス系列のうち前記特定のランダムアクセス系列と、前記特定のランダムアクセス系列の信号が受信された受信方向とを特定する、
請求項１又は２に記載の基地局。
複数の受信方向の各々は、当該基地局における信号受信面に対して、水平方向及び垂直方向を所定の間隔の角度に等分することで決定される複数の受信方向の各々である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基地局。
前記受信部は、前記１以上の移動局の各々から受信する特定のランダムアクセス系列の信号を記憶部に記憶し、
前記特定部は、複数の受信方向の各々に対応するウェイトが適用される複数の受信方向ごとの信号を、前記記憶部に記憶された前記１以上の移動局の各々から受信する特定のランダムアクセス系列の信号に複数の受信方向の各々に対応するウェイトを乗算することで生成する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基地局。