JP6680676B2 - 無線送信局および無線通信ネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、無線送信局および無線通信ネットワークに関する。

無線通信の分野において、無線送信局と無線受信局との双方で複数のアンテナを用いて送受信を実行することにより、信号伝送の高速化および高品質化を実現するＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）伝送方式が活用されている。

信号伝送の更なる高速化と干渉低減とを図るために、アンテナの小型化と広い帯域幅の確保とが可能な高周波数帯（例えば、10 GHz以上）において、大量のアンテナ素子（例えば、100素子以上）を使用したＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式が検討されている（例えば、特許文献１）。例えば、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）のＬＴＥ−Ａ以降の移動通信システムでは、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式が検討されている。

Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯにおいては、従来のＭＩＭＯと比較して、大量のアンテナ素子を用いた高度なビームフォーミング（Beam Forming，ＢＦ）が実現され得る。ビームフォーミングは、複数のアンテナ素子を制御することによりビーム（送信アンテナに対応する送信ビーム、受信アンテナに対応する受信ビーム）の指向性および形状を制御する技術である。ＭＩＭＯでは、各アンテナ素子について位相および振幅の制御が可能であるので、使用されるアンテナ素子の数が多いほどビーム制御の自由度が高まる。

特開２０１３−２３２７４１号公報

Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯにおいては、無線送信局は、個々の無線受信局が送信ビームを受信することができるように、個々の無線受信局に向けて送信ビームを形成し、無線受信局宛の信号を送信ビームで送信する。各無線受信局は、無線送信局が多方向に放出する多数のビームのうち、無線受信局自身にとって好適なビームを特定し、好適なビームを無線送信局に報告しなければならない。無線受信局で好適なビームを特定することを容易にするには、無線送信局は、無線受信局がビームを特定することができる信号を多方向にわたってビームで送信しなければならない。つまり、無線送信局は、無線受信局のビームサーチのための信号を多方向に走査する必要がある。このような好適なビームの特定は、例えば、移動局がＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯを実行する基地局に接続する時、または接続を維持または再開するための適切な時期に行われる。

無線受信局でのビームサーチのための信号の受信を確実にするには、無線送信局が、ビームサーチのための信号を非常に多数の通信リソース（周波数および時間で定義される）を使用して、多方向に送信してもよい。しかし、１つの基地局が多数の移動局と通信する移動通信システムにおいて、多数の移動局のために効率的なデータ通信を行うには、なるべく多くの通信リソースをデータ信号の送信のために確保するのが好ましい。また、無線受信局にとっては、あまりに多くの通信リソースをビームサーチのために検査するのは負担が大きい。

そこで、本発明は、効率的なデータ通信を実行しつつ、無線送信局と無線受信局の間の無線チャネルの状態に応じて、適切な通信リソースを使用して、無線受信局によるビームサーチのための信号を送信することができる無線送信局および無線通信ネットワークを提供する。

本発明に係る無線送信局は、電気信号を電波に変換して電波を放出する複数の送信アンテナと、前記送信アンテナに供給される電気信号にビームフォーミングウェイトを与えることにより、前記送信アンテナから放出される電波のビームの方向を制御するビームフォーミング部と、無線受信局がビームを受信してその方向を特定することが可能なようにするビームディスカバリ信号を生成し、前記送信アンテナが前記ビームディスカバリ信号に相当するビームを複数の方向に放出するために、前記ビームディスカバリ信号を前記ビームフォーミング部に供給するビームディスカバリ信号生成部と、当該無線送信局の環境と、前記無線受信局の状況の少なくともいずれかに基づいて、周波数および時間で定義される通信リソースのうちの、前記ビームディスカバリ信号が配置される、周波数および時間で定義される複数のリソースポイントの配置パターンを、あらかじめ準備された複数の候補の中から決定する配置パターン決定部と、前記無線受信局からの信号を受信する無線受信部と、前記無線受信局から報告され前記無線受信部で受信された、前記ビームディスカバリ信号に相当するビームの好適方向を示す情報に基づいて、前記無線受信局を宛先とするデータ信号に前記ビームフォーミング部にて与えられるべき好適ビームフォーミングウェイトを決定するウェイト決定部とを備える。

本発明に係る無線通信ネットワークは、無線送信局と、前記無線送信局と通信する配置パターン決定部とを備える無線通信ネットワークであって、前記無線送信局は、電気信号を電波に変換して電波を放出する複数の送信アンテナと、前記送信アンテナに供給される電気信号にビームフォーミングウェイトを与えることにより、前記送信アンテナから放出される電波のビームの方向を制御するビームフォーミング部と、無線受信局がビームを受信してその方向を特定することが可能なようにするビームディスカバリ信号を生成し、前記送信アンテナが前記ビームディスカバリ信号に相当するビームを複数の方向に放出するために、前記ビームディスカバリ信号を前記ビームフォーミング部に供給するビームディスカバリ信号生成部と、前記無線受信局からの信号を受信する無線受信部と、前記無線受信局から報告され前記無線受信部で受信された、前記ビームディスカバリ信号に相当するビームの好適方向を示す情報に基づいて、前記無線受信局を宛先とするデータ信号に前記ビームフォーミング部にて与えられるべき好適ビームフォーミングウェイトを決定するウェイト決定部とを備え、前記配置パターン決定部は、当該無線送信局の環境と、前記無線受信局の状況の少なくともいずれかに基づいて、周波数および時間で定義される通信リソースのうちの、前記ビームディスカバリ信号が配置される、周波数および時間で定義される複数のリソースポイントの配置パターンを、あらかじめ準備された複数の候補の中から決定する。

本発明においては、無線送信局の環境と無線受信局の状況の少なくともいずれかに基づいて、無線受信局によるビームサーチのためのビームディスカバリ信号が配置されるリソースポイントの配置パターンが決定される。したがって、非常に多数のリソースポイントをビームディスカバリ信号の送信に必要としなくても、無線送信局と無線受信局の間の無線チャネルの状態に応じて、適切なリソースポイントを使用してビームディスカバリ信号を送信することができる。また、このような配置パターンがあらかじめ準備された複数の候補の中から選択（決定）されるので、無線送信局と無線受信局の間の無線チャネルの状態に応じて、適切な配置パターンを迅速に決定することができる。

Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯの概要を説明するための図である。 Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯのビームフォーミングの効果を説明するための図である。 Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯのビームフォーミングで形成されるビームの形状を説明するための図である。 Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが使用されるスモールセル基地局が配置されるヘトロジニアスネットワークを示す概略図である。 ユーザ装置がスモールセル基地局と通信するための動作の段階の概要を示す図である。 スモールセル基地局がＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯで制御することができるビームの俯角を示す図である。 スモールセル基地局がＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯで制御することができるビームの俯角と方位角によって生ずるゾーンを示す図である。 ビームサーチのためのスモールセル基地局によるビームの時分割送信と周波数分割送信を説明するための図である。 段階的なビームサーチを説明するための図である。 スモールセル基地局で使用される下りリンクの無線送信フォーマットを示す図である。 図１０の第１の期間での信号の配置フォーマットの例を示す図である。 図１０の第２の期間での信号の配置フォーマットの例を示す図である。 ビームディスカバリ信号（ＢＤＳ）とビーム参照信号（ＢＲＳ）の配置パターンの例を示す図である。 ＢＤＳとＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 第２の期間における配置パターンの配置の例を示す図である。 ＢＤＳとＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 ＢＤＳとＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 ＢＤＳとＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 ＢＤＳとＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 ＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 ＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 ＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 ＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 ＢＤＳまたはＢＲＳの候補リソースポイントのパターンの変形を示す図である。 ＢＤＳまたはＢＲＳの候補リソースポイントのパターンの他の変形を示す図である。 第１の実施の形態に係るスモールセル基地局の構成を示すブロック図である。 スモールセル基地局が実施する処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係るスモールセル基地局の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態に係る第２の期間で異なった配置パターンを配置した例である。 スモールセル基地局が使用しうるＢＤＳとＢＲＳの単一の配置パターンを示す図である。 スモールセル基地局が使用しうるＢＤＳとＢＲＳの配置パターンの他の例を示す図である。 第３の実施の形態に係るユーザ装置がスモールセル基地局と通信するための動作の段階の概要を示す図である。 第３の実施の形態に係るスモールセル基地局の構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態に係るＢＤＳの配置パターンの候補を示す図である。 第３の実施の形態に係る逆方向ＢＲＳの配置パターンの候補を示す図である。 本発明の無線送信局となりうるグループモビリティ中継局の用途を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。
Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ
本発明の実施の形態に係るＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式について説明する。多数の送信アンテナを用いて無線通信を実行するＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯにおいては、多重化によって高い無線通信速度（データレート）が実現される。また、ビームフォーミングを行う際のアンテナ制御の自由度が高まるため、従来よりも高度なビームフォーミングが実現される。そのため、干渉量の低減および無線リソースの有効利用が実現される。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯに適応した無線送信局が備える送信アンテナの数は、限定されないが、例えば３２本以上であり、１００本以上、１０００本以上のこともある。

Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯでは、高周波数帯（例えば、10 GHz以上の周波数帯）を効果的に使用することができる。高周波数帯では、低周波数帯と比較して、高速通信に帰結する広い帯域幅（例えば、200 MHz以上）の無線リソースを確保しやすい。また、送信アンテナの大きさは信号の波長に比例することから、無線信号の波長が短い高周波数帯を用いる場合には、送信アンテナをより小型化することが可能である。一方、周波数が高いほど伝搬損失が増大するため、仮に同じ送信電力で基地局から無線信号を送信しても、高周波数帯を用いた場合には、低周波数帯を用いる場合と比較して、移動局における受信信号強度が低下する結果となる。しかしながら、高周波数帯を用いることによる受信信号強度の低下は、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯのビームフォーミング利得により補償可能である。

図１は、周波数に応じたビーム（無線信号）の到達範囲を模式的に示す図である。従来の基地局１（例えば、マクロセル基地局）は、低周波数帯を用いて無線通信を行うので、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯを実施せずに幅の広い放射パターンのビームを用いても遠くまでビームを到達させることができる。他方、高周波数帯を使用する基地局２は、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯを実施せずに幅の広い放射パターンのビーム２Ａを用いる場合には、遠くまでビームを到達させることができない。しかし、基地局２がＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯのビームフォーミングによって細い放射パターンのビーム２Ｂを用いる場合には、より遠くまでビームを到達させることができる。

ビームフォーミングは、複数のアンテナについて、電波の振幅および位相を制御することによって、電波のビームに指向性を与える技術である。図２に示すように、各アンテナに送信信号ｓが単に供給される場合には、これらのアンテナから放射されるビーム２Ａの幅は広く、遠くまでビームは到達しない。他方、各アンテナに供給される送信信号ｓに適切なビームフォーミングウェイトｗ_１〜ｗ_ｎ（ｎはアンテナ数）を与えることにより、幅が狭い１以上のビーム２Ｂ１，２Ｂ２がこれらのアンテナから放射され、ビーム２Ｂ１，２Ｂ２はより遠くまで到達する。同時かつ同じ周波数を使用し、複数の無線受信局の各々に、１つ以上の送信ビームを向けることも可能である。アンテナ数が多いほど、ビーム数を増加させ、ビームの幅を狭くし、ビームの方向を精度より制御することができる。ビームの幅が狭いほど、高い利得が得られる（すなわち無線受信局では高い電力で信号を受信することができる）。

図３に示すように、ビームフォーミングで形成されるビーム２Ｂの形状は、アンテナの配列により制約される。図３では、紙面に対して平行なビーム２Ｂの断面を示すが、実際のビーム２Ｂの形状は当然、立体的である。横方向一列にアンテナが配列される場合には、縦方向に長く横方向に短い断面を持つビーム２Ｂが形成され、縦方向一列にアンテナが配列される場合には、横方向に長く縦方向に短い断面を持つビーム２Ｂが形成される。縦横ともに複数列にアンテナが配列される場合には、縦横に狭いビーム２Ｂが形成されうる。

ビームフォーミングは無線送信局で送信ビームを形成するために使われるだけではなく、無線受信局において受信アンテナで受信した信号にウェイトを与えることにより受信ビームを形成するためにも使われる。無線送信局でのビームフォーミングを送信ビームフォーミングと呼び、無線受信局でのビームフォーミングを受信ビームフォーミングと呼ぶ。

ヘテロジニアスネットワーク
図４は、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが使用される基地局の配置の例を示す。図４に示す無線通信ネットワークは、マクロセル基地局１０、中央制御局（ＭＭＥ（Mobility Management Entity））１２およびスモールセル基地局２０を備える。マクロセル基地局１０およびスモールセル基地局２０は、ユーザ装置（移動局、UE（User Equipment））３０と通信する。図４では、１つのユーザ装置３０のみが図示されているが、各基地局は多数のユーザ装置３０と通信する。

マクロセル基地局１０は、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯを使用しないが、低周波数帯（例えば、2 GHz帯）を使用し、そこから放出された電波は遠くまで到達する。図４において、符号１０Ａはマクロセル基地局１０のマクロセルエリアを示す。マクロセル基地局１０は広いカバレッジを有するので、ユーザ装置３０と安定的に接続する。

スモールセル基地局２０は、高周波数帯（例えば、10 GHz帯）を使用する。スモールセル基地局２０はＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯを使用するが、そこから放出された電波の到達範囲（スモールセル基地局２０のスモールセルエリア２０Ａ）は、マクロセルエリア１０Ａより小さい。そのため、スモールセル基地局２０とユーザ装置３０は見通し線（line-of-sight）で接続される可能性が高く、その場合には、スモールセル基地局２０とユーザ装置３０の間の無線チャネルでは周波数選択性が小さいであろう。スモールセル基地局２０は、広い帯域幅（例えば、200 MHz以上）を使用し、高速通信に適する。

スモールセルエリア２０Ａがマクロセルエリア１０Ａに重なるように、スモールセル基地局２０は配置される。スモールセルエリア２０Ａに入ったユーザ装置３０はスモールセル基地局２０と通信する。典型的には、スモールセル基地局２０は多くのユーザ装置３０が存在しトラフィック量が多いであろうホットスポットに配置されるであろう。図４では、１つのスモールセル基地局２０のみが図示されているが、マクロセルエリア１０Ａには多数のスモールセル基地局２０を配置することができる。このように、図示のネットワークは、カバレッジが異なる異種の基地局を有するヘテロジニアスネットワークである。

ユーザ装置３０は、複数の基地局と同時に通信するMultiple Connectivityをサポートする機能を有する。典型的には、スモールセルエリア２０Ａに入ったユーザ装置３０に対して、スモールセル基地局２０は広い帯域幅による高速という長所を活用したデータ通信を行う一方、マクロセル基地局１０はユーザ装置３０との接続を維持したまま、ユーザ装置３０に制御信号を送信し、ユーザ装置３０からスモールセル基地局２０との接続に必要な信号を受信する。この場合、マクロセル基地局１０は、ユーザ装置３０の無線通信ネットワークへの接続およびユーザ装置３０のモビリティを維持する役割を果たす。つまり、スモールセル基地局２０はＵプレーン（user plane）を担当し、マクロセル基地局１０はＣプレーン（control plane）を担当する。スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０とデータ通信を行うだけでなく、データ通信に必要ないくつかの制御信号もユーザ装置３０と交換してもよい。マクロセル基地局１０とスモールセル基地局２０は、上位レベルの制御情報を共有する。

マクロセル基地局１０は、スモールセルエリア２０Ａに入ったユーザ装置３０がスモールセル基地局２０と通信するために必要な情報（サイドインフォメーション）をスモールセル基地局２０に供給する。このようなマクロセル基地局１０によるユーザ装置３０とスモールセル基地局２０の通信の支援をマクロアシストまたはネットワークアシストと呼ぶ。図４の例では、スモールセル基地局２０とマクロセル基地局１０は中央制御局１２に接続されており、中央制御局１２が両者の間の情報を中継する。但し、スモールセル基地局２０とマクロセル基地局１０は直接接続されていてもよい。

このネットワークでは、下りリンクの無線通信にはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が使用され、上りリンクの無線通信にはＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access）が使用される。スモールセル基地局２０の下りリンクの無線通信は、ＯＦＤＭＡの多重の利益に加え、ＭＩＭＯの空間多重の利益を享受する。

図４の例では、マクロセル基地局１０とスモールセル基地局２０は同じ無線アクセス技術（ＲＡＴ（Radio Access Technology））を使用する。例えば、マクロセル基地局１０とスモールセル基地局２０はＬＴＥ−Ａまたはそれ以降の３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）の規格に準拠した通信を行ってもよい。しかし、マクロセル基地局１０とスモールセル基地局２０は、異なるＲＡＴを使用してもよい。例えば、マクロセル基地局１０とスモールセル基地局２０のいずれかが、ＷｉＦｉ（登録商標）などの無線ＬＡＮの規格に準拠した通信を行ってもよい。

以下、スモールセル基地局２０が無線送信局であり、ユーザ装置３０が無線受信局である例をとって、本発明に係る実施の形態を説明する。但し、本発明に係る無線送信局は、スモールセル基地局２０に限らず、複数の送信アンテナとこれらの送信アンテナから放出される電波のビームの方向を制御する機構を有する他の通信装置であってもよい。

ユーザ装置がスモールセル基地局と通信する動作
図５は、ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０と通信するための動作の概要を示す。スモールセル基地局２０はＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯにより幅が狭いビームを形成するため、スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０との通信に適したビーム（より具体的には適切な方向にビームを向けるためのビームフォーミングウェイト）を特定する必要がある。また、一旦、ユーザ装置３０との通信に適したビームフォーミングウェイトを特定したら、スモールセル基地局２０はそのビームフォーミングウェイトが反映されたチャネル品質推定結果を得る必要がある。チャネル品質推定結果を用いて、スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０との通信に使用する各種のパラメータを制御する。ユーザ装置３０は、図５に示された動作を、ユーザ装置３０のスモールセル基地局２０への初期接続の工程において実行し、さらに移動可能なユーザ装置３０のスモールセル基地局２０への接続を維持または再開するために実行する。例えば、初期接続の工程の後では、ユーザ装置３０は、図５に示された動作を周期的に実行してもよいし、ユーザ装置３０が所定の速度より大きい速度で移動している時、所定の距離より大きい距離移動した後、またはスモールセル基地局２０への接続が切れた時に実行してもよい。

第１段階では、スモールセル基地局２０は、ビームフォーミングウェイトの候補を変更しながら様々な方向のビームを放出する。ビームフォーミングウェイトの候補は、あらかじめスモールセル基地局２０のデータベースに記憶されている。ユーザ装置３０は、好適な１つ以上のビームを特定するために、各ビームの受信電力を測定する。つまりユーザ装置３０はビームサーチを行う。ビームサーチのために、ビームフォーミングされる信号をビームディスカバリ信号（ＢＤＳ）と呼ぶ。ユーザ装置３０は、ビームディスカバリ信号に相当するビームを受信したことを受信電力により検出するとともに、受信した各ビームの方向を識別する必要がある。各ビームの識別は、ノンコヒーレント検波（遅延検波、相関検出、電力検出等）により達成される。例えば、各ビームの方向と放出時間スロットの対応関係があらかじめ決められていれば、ユーザ装置３０がどの時間スロットで受信電力が上昇するかを識別することにより、受信したビームの方向とそのビームの受信電力を識別することができる。あるいは、各ビームの方向と周波数の対応関係があらかじめ決められていれば、ユーザ装置３０がどの周波数で受信電力が上昇するかを識別することにより、受信したビームの方向とそのビームの受信電力を識別することができる。

好ましくは、ＢＤＳは同期信号と同じ役割を有する。すなわち、ユーザ装置３０は、ＢＤＳによりスモールセル基地局２０の識別子であるセルＩＤ（ＰＣＩ（Physical Cell ID））を認識し、スモールセル基地局２０とのタイミング同期をとる。この点で、ビームサーチは従来のセルサーチと同じである。さらに、以上のように、ビームサーチでは、ユーザ装置３０は好適なビーム方向を識別する。

第２段階では、ユーザ装置３０は、各ビームの受信電力の測定結果から１つの最適なビーム（例えば受信電力が最大のビーム）を選択し、選択結果を示す情報をスモールセル基地局２０にフィードバックする。ユーザ装置３０は、いくつかの好適なビーム（例えば受信電力がベストないくつかのビーム）を選択し、選択されたビームのランキングを示す情報をスモールセル基地局２０にフィードバックしてもよい。いずれにせよ、フィードバックされる情報は、ビームディスカバリ信号に相当するビームの好適方向を示す情報である。ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に接続されていない初期接続の工程では、この好適方向のフィードバックは、ネットワークアシストを利用するのが好ましい。すなわち、ユーザ装置３０は、接続されているマクロセル基地局１０に情報を送信し、マクロセル基地局１０はスモールセル基地局２０にその情報を転送するのが好ましい。

スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０からフィードバックされたビームの好適方向を示す情報に基づいて、ユーザ装置３０との通信に利用する好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定する。ユーザ装置３０が１つの最適方向を示す情報をフィードバックする場合には、スモールセル基地局２０はその最適方向に従って好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定する。ユーザ装置３０がいくつかの好適方向のランキングを示す情報をフィードバックする場合には、スモールセル基地局２０はその好適方向に基づいて好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定する。この場合には、ユーザ装置３０にとっての最適方向が他の多くのユーザ装置のために使用されていれば、ユーザ装置３０にとって２番目にベストな方向に対応する好適ビームフォーミングウェイトのセットをそのユーザ装置３０のために選択するなど、複数のユーザ装置３０のためのビームの方向の使用状態を考慮して、好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定することができる。

また、ユーザ装置３０に複数のランク（複数のストリーム）を利用して下りリンク送信する場合には、スモールセル基地局２０は、複数のランクに対応する複数のビームを形成する。ユーザ装置３０がいくつかの好適方向のランキングを示す情報をフィードバックする場合には、スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０にとってのいくつかの好適方向に対応するいくつかの好適ビームフォーミングウェイトのセットをそのユーザ装置３０のために選択する。

第３段階では、スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０にとっての好適方向に対応するチャネル状態を推定することがユーザ装置３０で可能なようにする参照信号を少なくとも１つの好適方向のビームに載せて送信する。具体的には、スモールセル基地局２０は、決定された少なくとも１つの好適ビームフォーミングウェイトのセットを用いて方向を制御した参照信号をユーザ装置３０に向けて送信する。この参照信号は、ビームフォーミングされているのでビームフォームド参照信号またはビーム参照信号（ＢＲＳ）と呼ぶことができる。

ユーザ装置３０は、ビーム参照信号の受信結果に基づいて、少なくとも１つの好適方向に対応するチャネル状態を推定すなわち決定し、決定されたチャネル状態情報（channel state information（ＣＳＩ））をスモールセル基地局２０にフィードバックする。ユーザ装置３０からフィードバックされたＣＳＩに応じて、スモールセル基地局２０は、そのユーザ装置３０に適した下りリンクのデータ送信パラメータを決定する。スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０からフィードバックされたＣＳＩをそのユーザ装置３０のための下りリンクのデータ送信パラメータとして使用してもよい。ユーザ装置からフィードバックされるＣＳＩは、チャネル品質インジケータ（channel quality indicator、CQI）、プリコーディング行列インジケータ（precoding matrix indicator、PMI）、およびランクインジケータ（rank indicator、RI）のセットであってよい。この後、スモールセル基地局２０は、ＣＳＩに基づいて決定されたデータ送信パラメータを用いて、ユーザ装置３０を宛先とする下りリンクのデータ信号を送信する。

スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０への下りリンクのデータ信号およびＢＤＳの送信に好適ビームフォーミングウェイトのセットを使用する。つまり、スモールセル基地局２０は、ＢＤＳをデータ信号と同じ好適方向のビームに載せる。これは、データ信号の送信に適するデータ送信パラメータを決定するためである。

ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に接続されていない初期接続の工程では、ＣＳＩのフィードバックは、ネットワークアシストを利用してもよい。あるいは、スモールセル基地局２０はユーザ装置３０の好適方向を知っているので、スモールセル基地局２０が上りリンク信号の受信ビームフォーミングを実施して受信感度方向をユーザ装置３０の方向に合わせれば、ユーザ装置３０からの無線信号を受信することが可能である。したがって、ユーザ装置３０はスモールセル基地局２０に直接ＣＳＩをフィードバックしてもよい。

第１段階および第２段階を実施せずに、スモールセル基地局２０は、マクロセル基地局１０により通知されるユーザ装置３０の位置に基づいて、ユーザ装置３０との通信に利用する少なくとも１つの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定してもよい。ユーザ装置３０がＧＰＳ（Global Positioning System）またはその他の測位システムを用いる測位機能を働かせる場合には、ユーザ装置３０はマクロセル基地局１０にその位置情報を送信することができ、マクロセル基地局１０はスモールセル基地局２０に位置情報を転送することができる。ビームディスカバリ信号（ＢＤＳ）の受信にユーザ装置３０が失敗した場合には、スモールセル基地局２０は、そのユーザ装置３０の位置に基づいて、ユーザ装置３０との通信に利用する少なくとも１つの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定してもよい。

スモールセル基地局のビーム方向制御
図６および図７を参照し、スモールセル基地局２０の送信ビームフォーミングによるビーム方向制御を説明する。図６はスモールセル基地局２０の正面図であり、図７はスモールセル基地局２０の平面図である。スモールセル基地局２０は、ビームの俯角（下向きの角度）を制御することができ、かつビームの方位角（水平面での角度）を制御することができる。図示の例では、ビームの俯角を３段階に制御することができ、スモールセルエリア２０Ａはビームの俯角に応じた３つの範囲Ａ，Ｂ，Ｃに区分される。また、ビームの方位角を１０°おきに３６段階に制御することができる。したがって、図示の例では、スモールセルエリア２０Ａは、方位角Ｘ（１０°）を持つ、扇形またはほぼ四角形の１０８のゾーンＺに区分される。各ゾーンＺは、送信ビームフォーミングで形成される１つの送信ビームに対応する。したがって、スモールセル基地局２０は、１０８のビームを送信することができる。

図示の例では、ＢＤＳは１０８のビームで送信される。ビームサーチにおいては、時分割送信と周波数分割送信を使用することができる。時分割送信では、１０８のゾーンＺに合わせて１０８セットのビームフォーミングウェイトを順に使用して、スモールセル基地局２０は、１０８のビームを次々と放出する。つまり異なる時間スロットで異なるビームが放出される。周波数分割送信では、１０８の周波数でスモールセル基地局２０は１０８のビームを同時に放出する。

時分割送信と周波数分割送信を組み合わせてもよい。例えば、図８に示す例において、スモールセル基地局２０は、同じ着色パターンの複数のゾーンＺに対応する複数のビームを同時に放出する。但し、同時に放出されるビーム（１ゾーンＺに対応する）の周波数は異なる（周波数分割送信）。スモールセル基地局２０は、別の時間スロットで、別の着色パターンの複数のゾーン群に対応するビームを放出する（時分割送信）。ユーザ装置３０は、受信電力が上昇した時間スロットおよび周波数を特定することにより、好適ビームの方向を特定することができる。

また、時分割送信において、スモールセル基地局２０は、段階的なビームサーチを実行してもよい。例えば、図９に示すように、最初の時間スロットで、スモールセル基地局２０は複数のゾーンＺの広い組み合わせ（図９の例では９０°に相当する９のゾーンＺ）に対応する複数のビームを同時に放出する。ユーザ装置３０がこれらのビームを受信できない場合または受信電力が極めて低い場合には、ユーザ装置３０は、スモールセル基地局２０に情報をフィードバックしないか、受信電力が極めて低いことを示す情報をフィードバックする。この場合、次の時間スロットでスモールセル基地局２０は、他の複数のゾーンＺ（図９の例では９のゾーンＺ）の組み合わせに対応する複数のビームを同時に放出し、ユーザ装置３０の応答を待つ。

ユーザ装置３０がいずれかのビームを高い受信電力で受信した場合には、ユーザ装置３０はスモールセル基地局２０に高い受信電力で受信したことを示す情報をフィードバックする。すると、スモールセル基地局２０は、その９０°の範囲内のより少ない数のゾーンＺの狭い組み合わせ（図９の例では３０°に相当する３のゾーンＺ）に対応する複数のビームを同時に放出する。ユーザ装置３０がこれらのビームを受信できない場合または受信電力が極めて低い場合には、次の時間スロットでスモールセル基地局２０は、他の複数のゾーンＺ（図９の例では３のゾーンＺ）の組み合わせに対応する複数のビームを同時に放出し、ユーザ装置３０の応答を待つ。

ユーザ装置３０がいずれかのビームを高い受信電力で受信した場合には、ユーザ装置３０はスモールセル基地局２０に高い受信電力で受信したことを示す情報をフィードバックする。すると、スモールセル基地局２０は、その３０°の範囲内の個々のゾーンＺに対応する個々のビームを別な時間スロットで放出する。このようにして、ユーザ装置３０は最終的に１つ以上のビームの好適方向（１つ以上のゾーンＺに対応する）を特定することができる。図９の例では、３段階でビームの好適方向を特定するが、段階数は２でも４以上でもよい。また、ゾーンＺの組み合わせを構成するゾーンＺの数も図９の例に限られない。

Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯに好適な無線送信フォーマット
図１０は、スモールセル基地局２０で使用される下りリンクの無線送信フォーマットを示す。スモールセル基地局２０での下りリンク送信の時間は、周期的に繰り返される第１の期間１Ｐと第２の期間２Ｐに区分される。第１の期間１Ｐおよび第２の期間２Ｐはそれぞれ一定の時間長を有する。第１の期間１Ｐの時間長はＬＴＥ−Ａでの無線フレームの長さ（１０ｍｓ）と同じであってもよいし違ってもよい。第２の期間２Ｐの時間長はＬＴＥ−Ａでの無線フレームの長さと同じであってもよいし違ってもよい。好ましくは、第１の期間１Ｐよりも第２の期間２Ｐが長い。

図１１は、第１の期間１Ｐでの信号の配置フォーマットの例を示す。図における各マス目は、周波数および時間で定義されるポイントであり、以降の説明ではリソースポイントＲＰと呼ぶ。また、以降の説明では、図における周波数方向の単位を周波数ポイントと呼び、時間方向の単位を時間ポイントと呼ぶ。

リソースポイントＲＰは、ＬＴＥ−Ａでのリソースエレメントまたはリソースブロックであってもよいし、これらとは異なっていてもよい。すなわち、各リソースポイントＲＰを構成するシンボルの数（時間ポイントの長さ）は一定であり、各リソースポイントＲＰを構成するサブキャリアの数（周波数ポイントのサブキャリアの数）も一定であるが、リソースポイントＲＰを構成するシンボルの数およびサブキャリアの数は限定されない。各時間ポイントの長さは、ＬＴＥ−ＡでのＴＴＩ（Transmission Time Interval）と同じでもよいし異なっていてもよい。

図１１に示すように、第１の期間１Ｐでは、スモールセル基地局２０はデータ信号と同期信号を送信する。データ信号は、既にスモールセル基地局２０との接続が確立されている１以上のユーザ装置を宛先とする。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯの空間多重の利益により、複数のユーザ装置宛てのデータ信号が同じリソースポイントＲＰを使用することもある。

第１の期間１Ｐには、同期信号のためのリソースポイントＲＰが規則的なパターンで配置されている。ユーザ装置３０は、同期信号によりスモールセル基地局２０の識別子であるセルＩＤを認識し、スモールセル基地局２０とのタイミング同期をとる。この点で、第１の期間１Ｐは従来のセルサーチのために設けられている。

後述する第２の期間２Ｐで送信されるＢＤＳの受信にユーザ装置が失敗した場合には、そのユーザ装置は、第１の期間１Ｐで送信される同期信号を利用して、スモールセル基地局２０のセルＩＤを認識し、スモールセル基地局２０とのタイミング同期をとる。そして、そのユーザ装置はマクロセル基地局１０にその位置情報を送信し、マクロセル基地局１０はスモールセル基地局２０に位置情報を転送する。スモールセル基地局２０は、マクロセル基地局１０により通知されるユーザ装置の位置に基づいて、ユーザ装置との通信に利用する少なくとも１つの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定し、その好適ビームフォーミングウェイトをそのユーザ装置への下りリンクのデータ信号およびＢＤＳの送信に使用する。

この目的のため、同期信号はスモールセル基地局２０のスモールセルエリア２０Ａにある多くのユーザ装置に、（たとえユーザ装置がスモールセル基地局２０から遠隔にあるとしても、）受信されるべきである。そこで、同期信号はビームフォーミングされず、スモールセル基地局２０のアンテナが放出可能なあらゆる方向に放出される。多方向に放出される高周波の同期信号が遠隔の場所に到達するように、同期信号は多くの周波数ポイントに配置され、電流密度が向上される。

図１２に示すように、第２の期間２Ｐでは、スモールセル基地局２０はデータ信号とＢＤＳとＢＲＳを送信する。データ信号は、既にスモールセル基地局２０との接続が確立されている１以上のユーザ装置を宛先とする。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯの空間多重の利益により、複数のユーザ装置宛てのデータ信号が同じリソースポイントＲＰを使用することもある。

図１２における着色部分は、ＢＤＳまたはＢＲＳの候補となりうる候補リソースポイント（被検査リソースポイント）を示す。ＢＤＳおよびＢＲＳは、例えば、図１３または図１４に示すように、候補リソースポイントのいずれかに配置される。候補リソースポイントは、無線受信局であるユーザ装置３０がＢＤＳおよびＢＲＳの有無を検査するために使用される。ＢＤＳおよびＢＲＳが、図１３および図１４に例示されるいずれの配置パターンで配置されていても、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントは必ず候補リソースポイントにある。したがって、ユーザ装置３０はＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを知らなくても、ＢＤＳとＢＲＳを認識することができる。候補リソースポイントの配置パターンは、システムパラメータとして設定されていると好ましい。

図１３および図１４は、第２の期間２Ｐの一部を示しており、図１５に示すように、第２の期間２Ｐには、図１３または図１４に示すＢＤＳおよびＢＲＳの配置パターンが、時間軸上に複数並んでいる。あるいは、第２の期間２Ｐの先頭だけに図１３または図１４に示すＢＤＳおよびＢＲＳの配置パターンを配置し、その後はすべてのリソースポイントＲＰをデータ信号の送信に利用してもよい。

第１の実施の形態
ＢＤＳの送信に多くのリソースポイントＲＰを使用すれば、ユーザ装置３０でのＢＤＳの受信の確実性が向上し、ＢＲＳの送信に多くのリソースポイントＲＰを使用すれば、ユーザ装置３０でのＢＲＳの受信の確実性が向上する。しかし、ＢＤＳが配置されるＢＤＳリソースポイントとＢＲＳが配置されるＢＲＳリソースポイントが多い場合には、データ信号が配置されるリソースポイントＲＰがその分減少してしまう。ＢＤＳとＢＲＳはビームフォーミングされて方向が定められているので、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯの空間多重の利益により、他の方向に位置するユーザ装置のために、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントでデータ信号を送信してもよい。しかし、多くのユーザ装置３０がスモールセル基地局２０にアクセスする場合には、ＢＤＳリソースポイントとＢＲＳリソースポイントの増加は、データ信号のためのリソースの不足を招きうる。また、無線受信局であるユーザ装置３０にとっては、あまりに多くのＢＤＳリソースポイントをビームサーチのために検査するのは、負担が大きい。

スモールセル基地局２０とユーザ装置３０の間の無線チャネルの状態に応じて、適切なＢＤＳリソースポイントとＢＲＳリソースポイントの配置パターンがあるはずである。例えば、無線チャネルの時間的変動が大きい場合には、短時間でＢＤＳを送信するのが好ましく、無線チャネルの周波数選択性が大きい場合には、ＢＲＳを多くの周波数ポイントで送信するのが好ましい。

そこで、スモールセル基地局２０は、スモールセル基地局２０とユーザ装置３０の間の予測される無線チャネルの状態に適応するように、できるだけ適切な通信リソースを使用して、ＢＤＳおよびＢＲＳを送信すべきである。しかし、ＢＤＳとＢＲＳがユーザ装置に利用される工程、特に初期接続の工程では、スモールセル基地局２０はチャネル状態を知らない。

本発明に係る第１の実施の形態においては、スモールセル基地局２０は、スモールセル基地局２０の環境を示す指標に基づいて、周波数および時間で定義される通信リソースのうちのＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを決定する。スモールセル基地局２０とユーザ装置３０の間の無線チャネルは、スモールセル基地局２０の環境に依存する。例えば、列車が頻繁に走行する駅のプラットフォームでは、列車による電波の障害に起因する無線チャネルの時間的変動が大きい。さらに多くの人が速く歩行している場所では、ユーザ装置３０のユーザも速く歩行している可能性が高く、このため無線チャネルの時間的変動が大きいと考えられる。また、建物などの障害物が密集した地域では、無線チャネルの周波数選択性が大きい。したがって、環境を示す指標としては、移動する物体の数と速度、移動する人の数と速度、もしくは静的な障害物の数と大きさ、またはこれらの組み合わせがある。スモールセル基地局２０の環境を示す指標は、ＣＳＩより正確ではないが、無線チャネルの状態をある程度反映している。

スモールセル基地局２０は、スモールセル基地局２０の環境に関する情報を取得して、その情報に基づいて環境に関する指標を計算し、環境に関する指標に基づいて配置パターンを決定する。例えば、スモールセル基地局２０は、少なくとも１つのカメラで撮影された画像を解析する解析機を有してよく、その解析結果に基づいて配置パターンを決定してもよい。解析される画像は静止画像でもよいし動画像でもよい。スモールセル基地局２０は、少なくとも１つの光学的センサを有してよく、その解析結果に基づいて配置パターンを決定してもよい。スモールセル基地局２０のカバレッジは小さいので、小さい数の測定装置によって、環境を示す情報を取得することができると考えられる。

スモールセル基地局２０は、スモールセル基地局２０に接続されている複数のユーザ装置３０から供給される情報に基づいて配置パターンを決定してもよい。例えば、供給される情報としては、各ユーザ装置３０の速度情報でもよいし、各ユーザ装置３０の位置情報でもよいし、各ユーザ装置３０のカメラで撮影された動画像情報でもよい。位置情報または動画像情報が供給される場合には、スモールセル基地局２０は供給される情報に基づいて、これらのユーザ装置の速度を計算し、計算結果に基づいて、配置パターンを決定してもよい。上記の通り、多くのユーザの歩行速度は、あるユーザ装置に関する無線チャネルの状態に影響すると考えられる。

スモールセル基地局２０は、過去のスモールセル基地局２０に関する無線チャネル状態またはその他の環境に関する指標を記録したデータベースを参照し、その記録に基づいて、配置パターンを決定してもよい。スモールセル基地局２０は、マクロセル基地局１０などのネットワーク内の他の要素から供給されるスモールセル基地局２０の環境に関する情報または環境を示す指標を参照し、配置パターンを決定してもよい。

あるいは、スモールセル基地局２０は、上記の各種の情報のいずれかまたはすべての組み合わせに基づいて環境を示す指標を計算し、配置パターンを決定してもよい。

スモールセル基地局２０は、環境を示す指標から無線チャネルの時間変動が閾値より大きいか否かを判定し、判定結果に基づいて、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを複数の候補の中から選択する。図１３および図１４は、配置パターンの２つの候補を示す。図１３および図１４に示すように、これらの配置パターンの候補においては、ＢＤＳまたはＢＲＳの候補リソースポイントは共通であり、ＢＤＳが配置される複数のＢＤＳリソースポイントとＢＲＳが配置される複数のＢＲＳリソースポイントが候補リソースポイントの一部に配置される。複数のＢＤＳリソースポイントは配置パターンの候補によって異なり、複数のＢＲＳリソースポイントも配置パターンの候補によって異なる。

図において、ＢＤＳリソースポイントの着色パターンの違いは、異なるビーム方向（すなわち、ＢＤＳがビームフォーミングウェイトの異なるセットでビームフォーミングされていること）を表す。ＢＲＳもビームフォーミングされているが、スモールセル基地局２０に接続されるすべてのユーザ装置３０にとってＢＲＳリソースポイントは共通である。したがって、ＢＲＳリソースポイントは単に黒で示されている。

図１３に示す配置パターンは、時間変動が小さい無線チャネルに適しており、図１４に示す配置パターンは、時間変動が大きい無線チャネルに適する。時間変動が小さい無線チャネルについては、時間がかかってもユーザ装置３０で正確に好適なビーム方向を特定することが好ましい。一方、時間変動が大きい無線チャネルについては、短時間でユーザ装置３０で好適なビーム方向を特定することが好ましい。そのため、図１３の配置パターンでは、ＢＤＳは時間方向に配置されており、図１４の配置パターンでは、ＢＤＳは周波数方向に配置されている。図１３の配置パターンを選択する場合には、スモールセル基地局２０は、上記の時分割送信によって、同じ周波数ポイントにて複数の時間ポイントでビームを放出する。図１４の配置パターンを選択する場合には、スモールセル基地局２０は、上記の周波数分割送信によって、同じ時間ポイントにて複数の周波数ポイントでビームを放出する。

多くの周波数ポイントでユーザ装置３０がチャネル推定できるように、いずれの配置パターンでも多くの周波数ポイントでＢＲＳが送信される。時間変動が大きい無線チャネルについては、多くの時間ポイントでチャネル推定を行うことが好ましい。そのため、図１４の配置パターンでは、多くの候補リソースポイントがＢＲＳリソースポイントとして使用される。

しかし、時間変動が小さい無線チャネルについては、多くの時間ポイントでチャネル推定を行う必要はなく、データ信号をより多く送信するべきである。図中のデータ信号リソースポイントはデータ信号の送信専用のリソースポイントＲＰであるが、候補リソースポイントでもスモールセル基地局２０はデータ信号を送信してもよい。したがって、図１３の配置パターンでは、ＢＲＳリソースポイントは、図１４の配置パターンに比べて、時間方向に間引かれている。接続されるユーザ装置３０が多い場合または下りリンクのデータ量が多い場合には、ＢＲＳが送信されない候補リソースポイントはデータ信号の送信に利用されるであろう。

時間変動が小さい無線チャネルについては、図１３の配置パターンに代えて、図１６または図１７の配置パターンを用いてもよい。図１６の配置パターンによれば、同じビーム方向のＢＤＳが複数の周波数で送信され、ユーザ装置３０でのＢＤＳの受信の確実性が向上する一方、図１３と同様に異なるビーム方向のＢＤＳが時分割で送信される。図１７の配置パターンによれば、異なるビーム方向のＢＤＳが３つの周波数ポイントおよびより多くの時間ポイントで送信される。図１７の配置パターンを使用する場合には、スモールセル基地局２０は、上記の時分割送信と周波数分割送信の組み合わせを使用する。

時間変動が大きい無線チャネルについては、図１４の配置パターンに代えて、図１８または図１９の配置パターンを用いてもよい。図１８の配置パターンによれば、同じビーム方向のＢＤＳが複数の時間ポイントで送信され、ユーザ装置３０でのＢＤＳの受信の確実性が向上する一方、図１４と同様に異なるビーム方向のＢＤＳが周波数分割で送信される。図１９の配置パターンによれば、異なるビーム方向のＢＤＳが３つの時間ポイントおよびより多くの周波数ポイントで送信される。図１９の配置パターンを使用する場合には、スモールセル基地局２０は、上記の時分割送信と周波数分割送信の組み合わせを使用する。

ＢＲＳリソースポイントのパターンも変形してよい。例えば、時間変動が小さい無線チャネルについては、図２０に示すパターンを使用し、時間変動が大きい無線チャネルについては、図２１に示すパターンを使用してもよい。あるいは、時間変動が小さい無線チャネルについては、図２２に示すパターンを使用し、時間変動が大きい無線チャネルについては、図２３に示すパターンを使用してもよい。接続されるユーザ装置３０が多い場合または下りリンクのデータ量が多い場合には、ＢＲＳが送信されない候補リソースポイントはデータ信号の送信に利用されるであろう。

候補リソースポイントのパターンも変形してよい。図２４および図２５は、候補リソースポイントのパターンの変形を示す。

以上の例では、無線チャネルの時間変動の大きさに応じて、２つの候補から配置パターンが選択される。スモールセル基地局２０は、環境を示す指標から無線チャネルの周波数選択性が閾値より大きいか否かを判定し、判定結果に基づいて、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを２つの候補の中から選択してもよい。例えば、周波数選択性が小さい場合には、図１３に示すように１つの周波数ポイントにＢＤＳリソースポイントを配置するのが好ましいが、周波数選択性が大きい場合には、図１６に示すように複数の周波数ポイントに同じビーム方向のＢＤＳリソースポイントを配置するのが好ましい。また、周波数選択性が小さい場合には、図２０または図２１に示すように少ない数の周波数ポイントにＢＲＳリソースポイントを配置するのが好ましいが、周波数選択性が大きい場合には、図１４、図２２または図２３に示すように複数の周波数ポイントにＢＤＳリソースポイントを配置するのが好ましい。

さらに、無線チャネルの時間変動が第１の閾値より大きいか否か、および無線チャネルの周波数選択性が第２の閾値より大きいか否かに応じて、あらかじめ準備された４つの候補から、スモールセル基地局２０はＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを選択してもよい。さらに、時間変動のレベルに対する閾値の数を増やして、時間変動を３以上のレベルに分類してもよいし、周波数選択性のレベルに対する閾値の数を増やして、周波数選択性を３以上のレベルに分類してもよく、これらの分類に適したより多くの候補を準備してもよい。

図２６は、スモールセル基地局２０の構成を示す。スモールセル基地局２０は、無線送信部２２、複数の送信アンテナ２４、無線受信部２６、複数の受信アンテナ２８、ネットワーク通信部４０、記憶装置４２および制御部４４を備える。無線送信部２２は、電気信号を送信アンテナ２４から送信する電波に変換して電波を放出するための送信回路である。無線受信部２６は、受信アンテナ２８から受信した電波を電気信号に変換するための受信回路である。

記憶装置４２には、各種の通信のための各種のデータおよびコンピュータプログラムが記憶されている。また、これらのデータは、ビームフォーミングウェイトの候補を示すデータ、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンの候補を示すデータ、ならびに配置パターンの決定に使用される閾値を示すデータを含む。

ネットワーク通信部４０は、スモールセル基地局２０がネットワーク内の他の要素、例えば中央制御局１２およびマクロセル基地局１０と通信するための通信インターフェースである。

制御部４４は、例えばＣＰＵ（central processing unit）である。制御部４４は、環境情報取得部４６、配置パターン決定部４８、送信制御部５０、ＢＤＳ・ＢＲＳ生成部（ビームディスカバリ信号生成部、ビーム参照信号生成部）５２、送信ビームフォーミング（ＢＦ）ウェイト供給部５４、送信ビームフォーミングウェイト決定部５６、受信ビームフォーミングウェイト決定部５８、受信制御部６０および復調復号部６２を有する。これらの制御部４４の要素は、制御部４４がコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することによって実現される機能ブロックである。

環境情報取得部４６は、上記の通り、スモールセル基地局２０の環境に関する情報を取得して、その情報に基づいて環境を示す指標を計算するか、環境を示す指標を取得する。配置パターン決定部４８は、環境を示す指標に基づいて、無線チャネルの時間変動と周波数選択性の少なくとも一方に従って、無線チャネルを分類し、その分類に従って、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを決定する。すなわち、配置パターン決定部４８は、スモールセル基地局２０の環境に基づいて、周波数および時間で定義される通信リソースのうちの、ＢＤＳが配置される周波数および時間で定義される複数のリソースポイントの配置パターンを決定する。ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンの決定においては、配置パターン決定部４８は、記憶装置４２に記憶された複数の候補を参照し、その中から適切な配置パターンを選択する。配置パターン決定部４８は配置パターンを送信制御部５０に供給する。

ＢＤＳ・ＢＲＳ生成部５２は、ＢＤＳおよびＢＲＳを生成し、これらを送信制御部５０に供給する。送信制御部５０には下りリンクデータ信号も供給される。送信制御部５０は、無線送信部２２による下りリンクの信号送信を制御する。

送信ＢＦウェイト供給部５４は、記憶装置４２からビームフォーミングウェイトの候補を示すデータを読み出して、送信ビームフォーミングウェイトのセットを送信制御部５０に供給する。上記のビームサーチにおいては、送信ＢＦウェイト供給部５４は、送信ビームフォーミングウェイトのセットの候補を送信制御部５０に供給し、送信制御部５０は、ＢＤＳ・ＢＲＳ生成部５２で生成されたＢＤＳに送信ビームフォーミングウェイトのセットの候補を与え、配置パターン決定部４８で決定された配置パターンに適合するようにＢＤＳを整列し、整列されたＢＤＳを無線送信部２２に供給する。このように、ビームサーチにおいては、送信ＢＦウェイト供給部５４および送信制御部５０は、ビームフォーミング部として機能し、送信アンテナ２４に供給されるＢＤＳにビームフォーミングウェイトのセットの候補を与えた上で、配置パターン決定部４８で決定された配置パターンにＢＤＳを適合させることにより、送信アンテナ２４から放出される電波のビームの方向を制御して、送信アンテナ２４がＢＤＳに相当するビームを複数の方向に放出できるようにする。

送信ＢＦウェイト決定部（ウェイト決定部）５６は、ユーザ装置３０からフィードバックされてネットワーク通信部４０で受信されたＢＤＳに相当するビームの好適方向を示す情報に基づいて、ユーザ装置３０との通信に利用する少なくとも１つの下りリンクの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定する。但し、送信ＢＦウェイト決定部５６は、マクロセル基地局１０により通知されるユーザ装置３０の位置に基づいて、ユーザ装置３０との通信に利用する少なくとも１つの下りリンクの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定してもよい。送信ＢＦウェイト決定部５６は、下りリンクの好適ビームフォーミングウェイトのセットを送信制御部５０に供給する。

ＢＲＳの送信においては、送信制御部５０は、ＢＤＳ・ＢＲＳ生成部５２で生成されたＢＲＳに好適ビームフォーミングウェイトのセットを与え、配置パターン決定部４８で決定された配置パターンに適合するようにＢＲＳを整列し、整列されたＢＲＳを無線送信部２２に供給する。

また、送信制御部５０には、ユーザ装置３０からフィードバックされて復調復号部６２で復号されたＣＳＩが供給される。下りリンクデータ信号の送信においては、送信制御部５０は、下りリンクデータ信号に好適ビームフォーミングウェイトのセットを与え、ＣＳＩに基づいて決定されたデータ送信パラメータ（CQI、PMI、RI）を用いて下りリンクデータ信号を制御し、制御された下りリンクデータ信号を無線送信部２２に供給する。

受信制御部６０は、無線受信部２６による上りリンクの信号受信を制御する。無線受信部２６で受信された電気信号は復調復号部６２で復調および復号される。受信ＢＦウェイト決定部５８は、ユーザ装置３０からフィードバックされてネットワーク通信部４０で受信されたＢＤＳに相当するビームの好適方向を示す情報に基づいて、ユーザ装置３０との通信に利用する上りリンクの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定する。但し、送信ＢＦウェイト決定部５６は、マクロセル基地局１０により通知されるユーザ装置３０の位置に基づいて、ユーザ装置３０との通信に利用する上りリンクの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定してもよい。受信ＢＦウェイト決定部５８は、上りリンクの好適ビームフォーミングウェイトを受信制御部６０に供給する。これにより、上りリンク信号の受信ビームフォーミングを実施して受信アンテナ２８の受信感度方向をユーザ装置３０の方向に合わせることができる。

図２７は、スモールセル基地局２０が実施する処理の流れを示す。まずステップＳ１で、環境情報取得部４６は、スモールセル基地局２０の環境に関する情報を取得して、その情報に基づいて環境を示す指標を計算するか、環境を示す指標を取得する。ステップＳ２で、配置パターン決定部４８は、環境を示す指標に基づいて、無線チャネルの時間変動と周波数選択性の少なくとも一方に従って、無線チャネルを分類し、その分類に従って、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを決定する。

ステップＳ３で、送信ＢＦウェイト供給部５４は、記憶装置４２からビームフォーミングウェイトのセットの候補を示すデータを読み出す。ステップＳ４で、送信ＢＦウェイト供給部５４および送信制御部５０は、協働して、ビームサーチのためＢＤＳに相当するビームを複数の方向に放出できるようにする。

ステップＳ５で、ネットワーク通信部４０は、ユーザ装置３０からのビームの好適方向を示す情報のフィードバックをマクロセル基地局１０経由で受信する。ステップＳ６で、送信ＢＦウェイト決定部５６は、ユーザ装置３０を宛先とする下りリンクのデータ信号およびＢＲＳに送信制御部５０にて与えられるべき下りリンクの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定する。

ステップＳ７で、送信制御部５０は、そのユーザ装置３０のために好適ビームフォーミングウェイトのセットでビームフォーミングされたＢＲＳの送信を開始する。ステップＳ８で、スモールセル基地局２０は、ユーザ装置３０からのＣＳＩのフィードバックを受信する。ネットワーク通信部４０がユーザ装置３０からのＣＳＩのフィードバックをマクロセル基地局１０経由で受信してもよいし、ユーザ装置３０からのビームの好適方向を示す情報のフィードバックに基づいて、受信ＢＦウェイト決定部５８が上りリンクの好適ビームフォーミングウェイトのセットを決定することにより、無線受信部２６がＣＳＩのフィードバックを受信してもよい。ステップＳ９で、送信制御部５０はＣＳＩに基づいてデータ送信パラメータを決定する。この処理の後、送信制御部５０は、そのユーザ装置３０のために好適ビームフォーミングウェイトのセットでビームフォーミングされ、データ送信パラメータで制御されたデータ信号の送信を開始する。

以上のように、この実施の形態においては、スモールセル基地局２０の環境に基づいて、ユーザ装置３０によるビームサーチのためのＢＤＳが配置されるＢＤＳリソースポイントとチャネル推定のためのＢＲＳが配置されるＢＲＳリソースポイントの配置パターンが決定される。したがって、非常に多数のリソースポイントをＢＤＳおよびＢＲＳの送信に必要としなくても、スモールセル基地局２０とユーザ装置３０の間の無線チャネルの状態に応じて、適切なリソースポイントを使用してＢＤＳおよびＢＲＳを送信することができる。また、このような配置パターンがあらかじめ準備された複数の候補の中から選択（決定）されるので、無線チャネルの状態に応じて、適切な配置パターンを迅速に決定することができる。

また、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンの複数の候補は、ユーザ装置３０がＢＤＳおよびＢＲＳの有無を検査する複数の被検査リソースポイント（候補リソースポイント）を共通に有しており、これらの複数の候補においては、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントが、複数の被検査リソースポイントの一部に配置されている。つまり、ＢＤＳおよびＢＲＳがいずれの配置パターンで配置されていても、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントは必ず被検査リソースポイントにある。したがって、ユーザ装置３０はＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを知らなくても、ＢＤＳとＢＲＳを認識することができる。このため、スモールセル基地局２０またはマクロセル基地局１０が、スモールセル基地局２０のＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンをユーザ装置３０に伝達する必要がない。したがってトラフィックを削減することができる。

第２の実施の形態
第１の実施の形態では、スモールセル基地局２０の環境に基づいて、ユーザ装置３０によるビームサーチのためのＢＤＳが配置されるＢＤＳリソースポイントとチャネル推定のためのＢＲＳが配置されるＢＲＳリソースポイントの配置パターンが決定される。スモールセル基地局２０の環境に代えてあるいはこれに加えて、個々のユーザ装置３０の状況に基づいて、配置パターンを決定してもよい。本発明のこの態様を第２の実施の形態として、以下に説明する。

第２の実施の形態に係るスモールセル基地局２０の基本的な構成および機能は、第１の実施の形態のそれらと類似する。以下、第１の実施の形態と相違する特徴を説明する。

図２８は、第２の実施の形態に係るスモールセル基地局２０の構成を示す。このスモールセル基地局２０は、第１の実施の形態の要素に加えてユーザ装置状況情報取得部７０を有する。ユーザ装置状況情報取得部７０は、制御部４４がコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することによって実現される機能ブロックである。

ユーザ装置状況情報取得部７０は、個々のユーザ装置３０の状況情報を取得し、状況情報に基づいて、そのユーザ装置の状況を示す指標を計算する。ユーザ装置３０の状況情報は、例えば、ユーザ装置３０自身が計測するユーザ装置３０の移動速度を示す情報またはユーザ装置３０のカメラで撮影された動画像を示す情報であってよい。あるいはまたはさらに、ユーザ装置３０の状況情報は、ユーザ装置３０の位置およびスモールセル基地局２０からの距離を示す情報であってよく、ユーザ装置３０の位置は、ユーザ装置３０自身がＧＰＳまたはその他の測位システムで測位することで得てもよいし、ユーザ装置３０のスモールセル基地局２０からの距離は、ユーザ装置３０で計算されたユーザ装置３０の位置に基づいて、スモールセル基地局２０またはネットワーク内の他の要素で計算してもよい。あるいはまたはさらに、ユーザ装置３０の状況情報は、ユーザ装置３０の移動距離を示す情報であってよく、移動距離はユーザ装置３０で計算されたユーザ装置３０の位置に基づいて、スモールセル基地局２０またはネットワーク内の他の要素で計算してもよい。

ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に接続されていない初期接続の工程では、ユーザ装置３０の状況情報は、ネットワークアシストによりユーザ装置状況情報取得部７０に供給される。すなわち、ユーザ装置３０が状況情報をマクロセル基地局１０に送信し、マクロセル基地局１０がそれをスモールセル基地局２０に転送し、スモールセル基地局２０はネットワーク通信部４０でそれを受信する。ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に既に接続されている工程では、スモールセル基地局２０は、状況情報をネットワークアシストで取得してもよいし、ユーザ装置３０から状況情報を直接受信してもよい。

配置パターン決定部４８は、環境情報取得部４６から供給される環境を示す指標に加えて、ユーザ装置状況情報取得部７０から供給されるユーザ装置の状況を示す指標に基づいて、無線チャネルの時間変動と周波数選択性の少なくとも一方に従って、無線チャネルを分類し、その分類に従って、個々のユーザ装置３０のために、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを決定する。

第１の実施の形態と同様に、無線チャネルの時間変動の大きさに応じて、配置パターン決定部４８は、配置パターンを決定してもよい。例えば、時間変動が小さい無線チャネルについては、図１３、図１６または図１７の配置パターンを選択し、時間変動が大きい無線チャネルについては、図１４、図１８または図１９の配置パターンを選択することができる。無線チャネルの周波数選択性に応じて、配置パターン決定部４８は、配置パターンを決定してもよい。例えば、周波数選択性が小さい場合には、図１３に示すように１つの周波数ポイントにＢＤＳリソースポイントを配置するのが好ましいが、周波数選択性が大きい場合には、図１６に示すように複数の周波数ポイントに同じビーム方向のＢＤＳリソースポイントを配置するのが好ましい。また、周波数選択性が小さい場合には、図２０または図２１に示すように少ない数の周波数ポイントにＢＲＳリソースポイントを配置するのが好ましいが、周波数選択性が大きい場合には、図１４、図２２または図２３に示すように複数の周波数ポイントにＢＤＳリソースポイントを配置するのが好ましい。このように第１の実施の形態と同様に、配置パターンの選択には、様々なバリエーションがありうる。

但し、この実施の形態では、配置パターン決定部４８は、ユーザ装置３０の各々の状況に基づいて、ユーザ装置３０の各々のために配置パターンを決定する。この実施の形態では、ユーザ装置３０によって配置パターンが変わりうるので、配置パターン決定部４８は、個々のユーザ装置３０に、そのユーザ装置３０のための配置パターンを示す情報を伝達する。ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に接続されていない初期接続の工程では、配置パターン決定部４８は、配置パターンを示す情報をサイドインフォメーションに含めて、ネットワーク通信部４０に供給し、ネットワークアシストで、配置パターンを示す情報を宛先のユーザ装置３０に届けてもよい。すなわちマクロセル基地局１０がそれをユーザ装置３０に転送する。ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に既に接続されている工程では、配置パターンを示す情報をネットワークアシストで宛先のユーザ装置３０に届けてもよいし、下りリンクの制御信号に含めて宛先のユーザ装置３０に届けてもよい。

図１０に示す第２の期間２Ｐには、ＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの異なった配置パターンが配列される。図２９は、第２の期間２Ｐで異なった配置パターンを配置した例である。例えば、図２９の最初の部分は第１のユーザ装置群に割り当てられ、次の部分は第２のユーザ装置群に割り当てられる。第１のユーザ装置群は、時間変動が大きい無線チャネルに対応するユーザ装置３０から構成され、第１のユーザ装置群には例えば図１４に類似する送信パターンが割り当てられる。第２のユーザ装置群は、時間変動が小さい無線チャネルに対応するユーザ装置３０から構成され、第２のユーザ装置群には例えば図１３に類似する送信パターンが割り当てられる。これらの配置パターンでＢＤＳおよびＢＲＳが送信される時期も、配置パターンに対応するユーザ装置３０に、配置パターン決定部４８が通知する。具体的には、第１のユーザ装置群には、第１のユーザ装置群のための配置パターンの時期が通知され、第２のユーザ装置群には、第２のユーザ装置群のための配置パターンの時期が通知される。つまり、各ユーザ装置３０には、そのユーザ装置３０が検査すべきＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントが通知される。したがって、各ユーザ装置３０は、他のユーザ装置のためのＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントを検査する必要はない。

初期接続の工程では、配置パターン決定部４８は、配置パターンの時期を示す情報をサイドインフォメーションに含めて、ネットワーク通信部４０に供給し、ネットワークアシストで、配置パターンの時期を示す情報を宛先のユーザ装置３０に届けてもよい。すなわちマクロセル基地局１０がそれをユーザ装置３０に転送する。ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に既に接続されている工程では、配置パターンの時期を示す情報をネットワークアシストで宛先のユーザ装置３０に届けてもよいし、下りリンクの制御信号に含めて宛先のユーザ装置３０に届けてもよい。

以上のように、この実施の形態においては、個々のユーザ装置３０の状況に基づいて、ユーザ装置３０によるビームサーチのためのＢＤＳが配置されるＢＤＳリソースポイントとチャネル推定のためのＢＲＳが配置されるＢＲＳリソースポイントの配置パターンが決定される。したがって、非常に多数のリソースポイントをＢＤＳおよびＢＲＳの送信に必要としなくても、スモールセル基地局２０とユーザ装置３０の間の無線チャネルの状態に応じて、適切なリソースポイントを使用してＢＤＳおよびＢＲＳを送信することができる。また、このような配置パターンがあらかじめ準備された複数の候補の中から選択（決定）されるので、無線チャネルの状態に応じて、適切な配置パターンを迅速に決定することができる。

さらに、この実施の形態では、個々のユーザ装置３０の状況に合わせて、そのユーザ装置３０が検査すべきＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントをカスタマイズすることができる。

スモールセル基地局２０は、単一の配置パターンを使用してもよい。例えば図３０は、ある周波数ポイントｆ１において複数の時間ポイントにわたってスモールセル基地局２０が放出しうるすべてのビーム方向に対応するＢＤＳリソースポイントが配置され、ある時間ポイントｔ１で複数の周波数ポイントにスモールセル基地局２０が放出しうるすべてのビーム方向に対応するＢＤＳリソースポイントが配置された配置パターンを示す。この配置パターンでは、多数の周波数ポイントおよび多数の時間ポイントにＢＲＳリソースポイントが配置されている。

スモールセル基地局２０は、この配置パターンに従ってＢＤＳおよびＢＲＳを送信し、各ユーザ装置３０にはそのユーザ装置のためのＢＤＳリソースポイントおよびＢＲＳリソースポイントの配置パターンを伝達してもよい。例えば、スモールセル基地局２０の配置パターン決定部４８は、時間変動が小さい無線チャネルを有する第１のユーザ装置群には、周波数ポイントｆ１に属し複数の時間ポイントにわたるＢＤＳリソースポイントを割り当て、時間変動が大きい無線チャネルを有する第２のユーザ装置群には、ある時間ポイントｔ１で複数の周波数ポイントを使うＢＤＳリソースポイントを割り当てる。そして、配置パターン決定部４８は、各ユーザ装置に、そのユーザ装置が使用すべきＢＤＳリソースポイントを通知する。また、配置パターン決定部４８は、時間変動が小さい無線チャネルを有する第１のユーザ装置群には、少ない時間ポイントに属するＢＲＳリソースポイント（例えば４時間ポイント間隔で）を割り当てて、割り当てられたＢＲＳリソースポイントを通知し、時間変動が大きい無線チャネルを有する第２のユーザ装置群には、多くの時間ポイントに属するＢＲＳリソースポイント（例えば２時間ポイント間隔で）を割り当てて、割り当てられたＢＲＳリソースポイントを通知する。

また、時間変動が大きい無線チャネルを有するユーザ装置３０には、図３１に示す配置パターンを使用して、上記の段階的なビームサーチを実施してもよい。図３１に示す配置パターンでは、周期的に時間ポイントｔ１，ｔ２，ｔ３．．．で多数の周波数ポイントにスモールセル基地局２０が放出しうるすべてのビーム方向に対応するＢＤＳリソースポイントが配置されている。時間ポイントｔ１では、ユーザ装置３０は、図９の最初の９のゾーンＺに対応する９のＢＤＳの受信電力を検査し、いずれのＢＤＳの受信電力も極めて低い場合には、次の時間ポイントｔ２で次の９のゾーンＺに対応する９のＢＤＳの受信電力を検査する。時間ポイントｔ１でいずれかのＢＤＳを高い受信電力で受信した場合には、ユーザ装置３０は、次の時間ポイントｔ２で最初の９のゾーンＺに属する３のゾーンＺに対応する３のＢＤＳの受信電力を検査する。ＢＤＳが配置される周波数ポイントと時間ポイント（すなわちＢＤＳリソースポイントの配置パターン）をスモールセル基地局２０が最初にユーザ装置３０に指定することにより、ユーザ装置３０は、その後、ＢＤＳの受信電力の結果に応じて、次に検査すべきＢＤＳリソースポイントをユーザ装置３０自身で判断することができる。その他、段階的なセルサーチには様々なバリエーションがありうる。

ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に既に接続されている工程では、スモールセル基地局２０の配置パターン決定部４８は、ユーザ装置３０の移動距離とユーザ装置３０のために既に使用されているビームフォーミングウェイトに基づいて、そのユーザ装置３０に好適であろうビームの方向の範囲を特定してもよい。そして、その範囲に対応するビームフォーミングウェイトでビームフォーミングされたＢＤＳのみが配置された配置パターンを、そのユーザ装置３０のために決定して、その配置パターンをそのユーザ装置３０に通知してもよい。ユーザ装置３０は、その限定された配置パターンに配置されたＢＤＳの受信電力を検査することにより、ビームの好適方向を迅速に決定することができる。

第３の実施の形態
第１の実施の形態および第２の実施の形態では、スモールセル基地局２０（無線送信局）が下りリンクのＢＤＳとＢＲＳの両方の配置パターンを決定する。しかし、スモールセル基地局２０（無線送信局）が下りリンクのＢＤＳの配置パターンと上りリンクのＢＲＳの配置パターンを決定してもよい。

図５を参照して上記した動作において、スモールセル基地局２０とユーザ装置３０（無線受信局）の間のチャネル状態の推定には、下りリンクのＢＲＳが使用され、ユーザ装置３０はＢＲＳの受信結果に基づいて、好適方向に対応するチャネル状態を推定する。ユーザ装置３０からフィードバックされたＣＳＩに応じて、スモールセル基地局２０は、そのユーザ装置３０に適した下りリンクのデータ送信パラメータを決定する。

しかし、ユーザ装置３０が複数のアンテナを有しており、好適方向の逆方向に対応するビームフォーミングを行って、上りリンクのビームフォーミングされた参照信号を送信することができれば、スモールセル基地局２０はその参照信号（上りリンクのＢＲＳ）の受信結果に基づいて、好適方向に対応するチャネル状態を推定することができ、その結果得られるＣＳＩに応じて、そのユーザ装置３０に適した下りリンクのデータ送信パラメータを決定することができる。特に、同じ周波数帯で、下りリンク送信と上りリンク送信が交互に繰り返される時分割複信（ＴＤＤ）のネットワークシステムでは、下りリンクのチャネル状態と上りリンクのチャネル状態は基本的に同じである。上りリンクのチャネル状態を下りリンクのチャネル状態に代用する場合には、下りリンクのＢＲＳは不要であり、上りリンクのＢＲＳ（逆方向ＢＲＳ）が使用される。本発明のこの態様を第３の実施の形態として、以下に説明する。

図５は図３２のように修正される。第１段階と第２段階は、図５のそれらと同じである。第３段階では、ユーザ装置３０はユーザ装置３０のために好適ビームフォーミングウェイトを用いて方向を制御した上りリンクの参照信号を好適方向の逆方向のビームに載せて送信する。この上りリンクの参照信号は、ビームフォーミングされているので逆方向ビームフォームド参照信号または逆方向ビーム参照信号（ＢＲＳ）と呼ぶことができる。スモールセル基地局２０は、第２段階で決定した好適ビームフォーミングウェイトを例えばネットワークアシストでユーザ装置３０に通知すればよい。あるいは、ユーザ装置３０がビームの最適方向だけをスモールセル基地局２０に通知するのであれば、ユーザ装置３０が第２段階で決定した好適ビームフォーミングウェイトは、ユーザ装置３０が決定した最適方向に対応するので、スモールセル基地局２０が好適ビームフォーミングウェイトをユーザ装置３０に通知する必要はなく、ユーザ装置３０はビームの最適方向に基づいて好適ビームフォーミングウェイトを決定してもよい。

この実施の形態に係るスモールセル基地局２０は、図２６に示す第１の実施の形態および図２８に示す第２の実施の形態のいずれを修正しても得られる。図３３は、この実施の形態に係るスモールセル基地局２０の構成の一例を示す。この例は、第２の実施の形態の修正である。以下、第２の実施の形態と相違する特徴を説明する。

スモールセル基地局２０の制御部４４は、第２の実施の形態の要素に加えてチャネル推定部７２を有する。また、制御部４４は、ＢＤＳ・ＢＲＳ生成部５２の代わりにＢＤＳ生成部１５２を有する。チャネル推定部７２およびＢＤＳ生成部１５２は、制御部４４がコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することによって実現される機能ブロックである。

この実施の形態において、配置パターン決定部４８は、環境情報取得部４６から供給される環境を示す指標に加えて、ユーザ装置状況情報取得部７０から供給されるユーザ装置の状況を示す指標に基づいて、無線チャネルの時間変動と周波数選択性の少なくとも一方に従って、無線チャネルを分類し、その分類に従って、個々のユーザ装置３０のために、下りリンクのＢＤＳリソースポイントの配置パターンを決定する。また、配置パターン決定部４８は、逆方向配置パターン決定部として機能し、無線チャネルの分類に従って、個々のユーザ装置３０のために、上りリンクの逆方向ＢＲＳリソースポイントの配置パターンを決定する。上りリンクのＢＲＳリソースポイントの配置パターンは、ユーザ装置３０から好適方向の逆方向に向けられたビームによって送信されるべき逆方向ＢＲＳが配置される複数のリソースポイントの配置パターンである。第１の実施の形態を修正する場合には、配置パターン決定部４８は、環境情報取得部４６から供給される環境を示す指標に基づいて、無線チャネルを分類し、その分類に従って、下りリンクのＢＤＳリソースポイントの配置パターンと上りリンクの逆方向ＢＲＳリソースポイントの配置パターンを決定する。

図３４は、配置パターン決定部４８で選択される下りリンクのＢＤＳリソースポイントの配置パターンの候補の例を示し、図３５は、配置パターン決定部４８で選択される上りリンクの逆方向ＢＲＳリソースポイントの配置パターンの候補の例を示す。図１３および図１４を参照した説明から明らかなように、図３４の上に示すＢＤＳリソースポイントの配置パターンの候補の例は、時間変動が小さい無線チャネルに適しており、図３４の下に示すＢＤＳリソースポイントの配置パターンの候補の例は、時間変動が大きい無線チャネルに適しており、図３５の上に示す逆方向ＢＲＳリソースポイントの配置パターンの候補の例は、時間変動が小さい無線チャネルに適しており、図３５の下に示す逆方向ＢＲＳリソースポイントの配置パターンの候補の例は、時間変動が大きい無線チャネルに適する。

ビームサーチにおいては、ＢＤＳ生成部１５２はＢＤＳを生成し、ＢＤＳを送信制御部５０に供給する。送信ＢＦウェイト供給部５４および送信制御部５０は、ビームフォーミング部として機能し、送信アンテナ２４に供給されるＢＤＳにビームフォーミングウェイトのセットの候補を与えた上で、配置パターン決定部４８で決定された配置パターンに下りリンクのＢＤＳを適合させることにより、送信アンテナ２４から放出される電波のビームの方向を制御して、送信アンテナ２４が下りリンクのＢＤＳに相当するビームを複数の方向に放出できるようにする。

配置パターン決定部４８は、配置パターン指示部として機能し、各ユーザ装置３０に、そのユーザ装置３０のための逆方向ＢＲＳリソースポイントの配置パターンを指示する。ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に接続されていない初期接続の工程では、配置パターン決定部４８は、配置パターンを示す情報をサイドインフォメーションに含めて、ネットワーク通信部４０に供給し、ネットワークアシストで、配置パターンを示す情報を宛先のユーザ装置３０に届けてもよい。すなわちマクロセル基地局１０がそれをユーザ装置３０に転送する。ユーザ装置３０がスモールセル基地局２０に既に接続されている工程では、配置パターンを示す情報をネットワークアシストで宛先のユーザ装置３０に届けてもよいし、下りリンクの制御信号に含めて宛先のユーザ装置３０に届けてもよい。

逆方向ＢＲＳリソースポイントの配置パターンが通知されると、ユーザ装置３０は、その配置パターンに従って配置された上りリンクの逆方向ＢＲＳを送信する。スモールセル基地局２０の無線受信部２６は、逆方向ＢＲＳを含む上りリンクの信号を受信し、チャネル推定部７２は、逆方向ＢＲＳの受信結果に基づいて、好適方向に対応するチャネル状態を推定すなわち決定し、決定されたＣＳＩを送信制御部５０に供給する。下りリンクデータ信号の送信においては、送信制御部５０は、下りリンクデータ信号に好適ビームフォーミングウェイトのセットを与え、ＣＳＩに基づいて決定されたデータ送信パラメータ（CQI、PMI、RI）を用いて下りリンクデータ信号を制御し、制御された下りリンクデータ信号を無線送信部２２に供給する。

図３４に示すように、下りリンクのＢＤＳリソースポイントの配置パターンの複数の候補は、ユーザ装置３０がＢＤＳの有無を検査する複数の被検査リソースポイント（候補リソースポイント）を共通に有しており、これらの複数の候補においては、ＢＤＳリソースポイントが、複数の被検査リソースポイントの一部に配置されている。つまり、ＢＤＳがいずれの配置パターンで配置されていても、ＢＤＳリソースポイントは必ず被検査リソースポイントにある。したがって、第１の実施の形態を修正する場合には、ユーザ装置３０はＢＤＳリソースポイントの配置パターンを知らなくても、ＢＤＳを認識することができる。このため、スモールセル基地局２０またはマクロセル基地局１０が、スモールセル基地局２０のＢＤＳリソースポイントの配置パターンをユーザ装置３０に伝達する必要がない。したがってトラフィックを削減することができる。但し、第２の実施の形態を修正する場合には、ユーザ装置３０によってＢＤＳリソースポイントの配置パターンが変わりうるので、ユーザ装置３０はＢＤＳリソースポイントの配置パターンを知っていなくてはならない。

図３５に示すように、上りリンクの逆方向ＢＲＳリソースポイントの配置パターンの複数の候補は、スモールセル基地局２０が逆方向ＢＲＳの有無を検査する複数の被検査リソースポイント（候補リソースポイント）を共通に有しており、これらの複数の候補においては、逆方向ＢＲＳリソースポイントが、複数の被検査リソースポイントの一部に配置されている。つまり、逆方向ＢＲＳがいずれの配置パターンで配置されていても、逆方向ＢＲＳリソースポイントは必ず被検査リソースポイントにある。したがって、スモールセル基地局２０は、多数のユーザ装置３０に共通の被検査リソースポイントを検査することによって、多数のユーザ装置３０についての逆方向ＢＲＳを検査することができる。

この実施の形態において、無線受信局はユーザ装置３０であるが、ユーザ装置３０に代えて、後述するＧＭ中継局を無線受信局として適用してもよい。

他の変形
第１〜第３の実施の形態において、無線送信局であるスモールセル基地局２０に環境情報取得部４６、配置パターン決定部４８およびユーザ装置状況情報取得部７０が設けられている。しかし、これらは、スモールセル基地局２０と通信する無線通信ネットワークの他の要素、例えばマクロセル基地局１０または中央制御局１２に設けてもよい。

ヘテロジニアスネットワークにおいて、マクロセルエリア１０Ａには多数のスモールセル基地局２０を配置することができる。ＢＤＳおよびＢＲＳの送信元のスモールセル基地局２０をユーザ装置３０で区別するため、各スモールセル基地局２０は、ＢＤＳおよびＢＲＳをスモールセル基地局２０によって異なる拡散符号で拡散してもよい。あるいは、各スモールセル基地局２０は、隣接するスモールセル基地局２０と異なる時間ポイントおよび／または周波数ポイントをＢＤＳリソースポイントとして使用してもよいし、隣接するスモールセル基地局２０と異なる時間ポイントおよび／または周波数ポイントをＢＲＳリソースポイントとして使用してもよい。

第１〜第３の実施の形態では、スモールセル基地局２０が無線送信局であり、ユーザ装置３０が無線受信局である。しかし、基地局が無線受信局であって、ユーザ装置３０が無線送信局であってもよい。第１〜第３の実施の形態に関する説明は、基地局が無線受信局、ユーザ装置３０が無線送信局として、下りリンクと上りリンクを逆に読み替えることが可能である。すなわち、ユーザ装置３０が多数の送信アンテナを有しており、送信ビームフォーミングを行い、基地局がその基地局にとってのビームの好適方向を特定するために各ビームについてＢＤＳの受信電力を測定し、好適方向に対応する上りリンクのＢＲＳまたは下りリンクの逆方向ＢＲＳを利用して得られるチャネル状態に基づいて、ユーザ装置３０がその基地局に適した上りリンクのデータ送信パラメータを決定してもよい。

また、ユーザ装置３０に代えて、ＧＭ（グループモビリティ）中継局を無線送信局として適用してもよい。図３６は、ＧＭ中継局の用途を示す。ＧＭ中継局２００は、移動可能な乗り物１００に固定的に搭載されており、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯのアンテナセット２２０を備える。ＧＭ中継局２００は、基地局１５と通信し、少なくとも基地局１５への上りリンク通信にＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯを使用する。基地局１５は、マクロセル基地局１０であってもよいし、スモールセル基地局２０であってもよい。ＧＭ中継局２００は、ユーザ装置３０と通信するための送受信アンテナ２１０と通信する。ＧＭ中継局２００は、基地局１５と乗り物１００内のユーザ装置３０との通信を中継する。つまり、ＧＭ中継局２００は、基地局１５から送信された乗り物１００内のいずれかのユーザ装置３０宛ての下りリンク信号を例えばアンテナセット２２０で受信し、送受信アンテナ２１０でそのユーザ装置３０宛ての下りリンク信号を送信する。また、ＧＭ中継局２００は、乗り物１００内のいずれかのユーザ装置３０から送信された上りリンク信号を送受信アンテナ２１０で受信し、アンテナセット２２０で上りリンク信号のビームを基地局１５に向けて送信する。乗り物１００は、不特定かつ複数のユーザを収容し得るバス、列車、トラム、その他の公共交通機関の乗り物であるが、自家用車等の個人用の乗り物であってもよい。このように、同様に移動する複数のユーザ装置３０で構成されるグループのために信号を中継するため、中継局２００は、ＧＭ（グループモビリティ）中継局と呼ばれる。

第１〜第３の実施の形態に関する説明は、基地局１５が無線受信局、ＧＭ中継局２００が無線送信局として、下りリンクと上りリンクを逆に読み替えることが可能である。すなわち、ＧＭ中継局２００がＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯのアンテナセット２２０を有しており、送信ビームフォーミングを行い、基地局１５がその基地局１５にとってのビームの好適方向を特定するために各ビームについてＢＤＳの受信電力を測定し、好適方向に対応する上りリンクのＢＲＳまたは下りリンクの逆方向ＢＲＳを利用して得られるチャネル状態に基づいて、ＧＭ中継局２００がその基地局に適した上りリンクのデータ送信パラメータを決定してもよい。無線送信局であるＧＭ中継局２００は、少なくとも１つのカメラで撮影された画像を解析する解析機を有してよく、その解析結果に基づいて配置パターンを決定してもよい。解析される画像は静止画像でもよいし動画像でもよい。ＧＭ中継局２００は、少なくとも１つの光学的センサ、少なくとも１つの振動センサ、または少なくとも１つの加速度センサを有してよく、その解析結果に基づいてＢＤＳリソースポイント（好ましくはさらにＢＲＳリソースポイント）の配置パターンを決定してもよい。

上記の実施の形態において、ＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばFPGA（Field Programmable Gate Array），DSP（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。

２ 基地局
２Ａ，２Ｂ ビーム
１０ マクロセル基地局
１０Ａ マクロセルエリア
１２ 中央制御局
２０ スモールセル基地局（無線送信局、無線受信局）
２０Ａ スモールセルエリア
３０ ユーザ装置（無線受信局、無線送信局）
１Ｐ 第１の期間
２Ｐ 第２の期間
２２ 無線送信部
２４ 送信アンテナ
２６ 無線受信部
２８ 受信アンテナ
４０ ネットワーク通信部
４２ 記憶装置
４４ 制御部
４６ 環境情報取得部
４８ 配置パターン決定部（逆方向配置パターン決定部、配置パターン指示部）
５０ 送信制御部（ビームフォーミング部）
５２ ＢＤＳ・ＢＲＳ生成部（ビームディスカバリ信号生成部、ビーム参照信号生成部）
５４ 送信ビームフォーミングウェイト供給部（ビームフォーミング部）
５６ 送信ビームフォーミングウェイト決定部（ウェイト決定部）
５８ 受信ビームフォーミングウェイト決定部
６０ 受信制御部
６２ 復調復号部
７０ ユーザ装置状況情報取得部
７２ チャネル推定部
１５２ ＢＤＳ生成部（ビームディスカバリ信号生成部）
２００ グループモビリティ中継局（無線送信局）
１００ 乗り物
２１０ 送受信アンテナ
２２０ アンテナセット
１５ 基地局（無線送信局）

Claims (9)

1. 電気信号を電波に変換して電波を放出する複数の送信アンテナと、
   前記送信アンテナに供給される電気信号にビームフォーミングウェイトを与えることにより、前記送信アンテナから放出される電波のビームの方向を制御するビームフォーミング部と、
   無線受信局がビームを受信してその方向を特定することが可能なようにするビームディスカバリ信号を生成し、前記送信アンテナが前記ビームディスカバリ信号に相当するビームを複数の方向に放出するために、前記ビームディスカバリ信号を前記ビームフォーミング部に供給するビームディスカバリ信号生成部と、
   前記無線受信局の移動速度、前記無線受信局のカメラによって撮影された動画像、および前記無線受信局の位置の少なくともいずれかに基づいて、周波数および時間で定義される通信リソースのうちの、前記ビームディスカバリ信号が配置される、周波数および時間で定義される複数のリソースポイントの配置パターンを、あらかじめ準備された複数の候補の中から決定する配置パターン決定部と、
   前記無線受信局からの信号を受信する無線受信部と、
   前記無線受信局から報告され前記無線受信部で受信された、前記ビームディスカバリ信号に相当するビームの好適方向を示す情報に基づいて、前記無線受信局を宛先とするデータ信号に前記ビームフォーミング部にて与えられるべき好適ビームフォーミングウェイトを決定するウェイト決定部と
   を備える無線送信局。
2. 前記配置パターンの前記複数の候補は、前記無線受信局が前記ビームディスカバリ信号の有無を検査する複数の被検査リソースポイントを共通に有しており、
   前記複数の候補においては、前記ビームディスカバリ信号が配置される複数のビームディスカバリ信号リソースポイントが、前記複数の被検査リソースポイントの一部に配置されており、
   前記ビームディスカバリ信号リソースポイントは、前記候補によって異なっており、
   前記無線送信局は、前記無線受信局に前記ビームディスカバリ信号リソースポイントの配置を通知しない
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信局。
3. 複数の無線受信局と通信するよう構成されており、
   前記配置パターン決定部は、前記無線受信局の各々の状況に基づいて、前記無線受信局の各々のために前記配置パターンを決定し、前記無線受信局の各々にその無線受信局のための前記配置パターンを通知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信局。
4. 前記好適方向に対応するチャネル状態を推定することが前記無線受信局で可能なようにするビーム参照信号を生成し、前記ビーム参照信号を前記ビームフォーミング部に供給するビーム参照信号生成部をさらに備え、
   前記ビームフォーミング部は、前記ビーム参照信号に前記好適ビームフォーミングウェイトを与え、
   当該無線送信局の環境と、前記無線受信局の状況の少なくともいずれかに基づいて、前記配置パターン決定部は、前記ビームディスカバリ信号および前記ビーム参照信号が配置される複数のリソースポイントの配置パターンを、あらかじめ準備された複数の候補の中から決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線送信局。
5. 前記配置パターンの前記複数の候補は、前記無線受信局が前記ビームディスカバリ信号および前記ビーム参照信号の有無を検査する複数の被検査リソースポイントを共通に有しており、
   前記複数の候補においては、前記ビームディスカバリ信号が配置される複数のビームディスカバリ信号リソースポイントと前記ビーム参照信号が配置される複数のビーム参照信号リソースポイントが、前記複数の被検査リソースポイントの一部に配置されており、
   前記ビームディスカバリ信号リソースポイントおよび前記ビーム参照信号リソースポイントの少なくともいずれかは、前記候補によって異なっており、
   前記無線送信局は、前記無線受信局に前記ビームディスカバリ信号リソースポイントおよび前記ビーム参照信号リソースポイントの配置を通知しない
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線送信局。
6. 複数の無線受信局と通信するよう構成されており、
   前記配置パターン決定部は、前記無線受信局の各々の状況に基づいて、前記無線受信局の各々のために前記配置パターンを決定し、前記無線受信局の各々にその無線受信局のための前記配置パターンを通知する
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線送信局。
7. 当該無線送信局の環境と、前記無線受信局の状況の少なくともいずれかに基づいて、前記無線受信局から前記好適方向の逆方向に向けられたビームによって送信されるべき逆方向ビーム参照信号が配置される複数のリソースポイントの配置パターンを、あらかじめ準備された複数の候補の中から決定する逆方向配置パターン決定部と、
   前記無線受信局に、前記逆方向配置パターン決定部で決定された前記配置パターンを指示する配置パターン指示部と、
   前記配置パターンに従って前記無線受信局から送信され前記無線受信部で受信された逆方向ビーム参照信号を使用して、前記好適方向に対応するチャネル状態を推定するチャネル推定部とをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線送信局。
8. 前記逆方向ビーム参照信号の前記配置パターンの前記複数の候補は、前記無線送信局が前記逆方向ビーム参照信号の有無を検査する複数の被検査リソースポイントを共通に有しており、
   前記複数の候補においては、前記逆方向ビーム参照信号が配置される複数の逆方向ビーム参照信号リソースポイントが、前記複数の被検査リソースポイントの一部に配置されており、
   前記逆方向ビーム参照信号リソースポイントは、前記候補によって異なる
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線送信局。
9. 無線送信局と、前記無線送信局と通信する配置パターン決定部とを備える無線通信ネットワークであって、
   前記無線送信局は、
   電気信号を電波に変換して電波を放出する複数の送信アンテナと、
   前記送信アンテナに供給される電気信号にビームフォーミングウェイトを与えることにより、前記送信アンテナから放出される電波のビームの方向を制御するビームフォーミング部と、
   無線受信局がビームを受信してその方向を特定することが可能なようにするビームディスカバリ信号を生成し、前記送信アンテナが前記ビームディスカバリ信号に相当するビームを複数の方向に放出するために、前記ビームディスカバリ信号を前記ビームフォーミング部に供給するビームディスカバリ信号生成部と、
   前記無線受信局からの信号を受信する無線受信部と、
   前記無線受信局から報告され前記無線受信部で受信された、前記ビームディスカバリ信号に相当するビームの好適方向を示す情報に基づいて、前記無線受信局を宛先とするデータ信号に前記ビームフォーミング部にて与えられるべき好適ビームフォーミングウェイトを決定するウェイト決定部と
   を備え、
   前記配置パターン決定部は、前記無線受信局の移動速度、前記無線受信局のカメラによって撮影された動画像、および前記無線受信局の位置の少なくともいずれかに基づいて、周波数および時間で定義される通信リソースのうちの、前記ビームディスカバリ信号が配置される、周波数および時間で定義される複数のリソースポイントの配置パターンを、あらかじめ準備された複数の候補の中から決定する
   ことを特徴とする無線通信ネットワーク。

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