(57)【要約】【課題】指向性を切り替えて初期接続を行う際に、初期接続が確立されるまでの時間を短縮すること。【解決手段】ＲＡＣＨ信号が検出されるまで、フレームタイミング制御部１０１は、探索信号および報知信号を送信する送信フレームの送信タイミングと、対応するＲＡＣＨ信号の受信を開始する受信開始タイミングを設定する。探索・報知信号生成部１０２は、受信タイミング情報を含む探索信号及び報知信号を生成する。ビーム指向性制御部１０６は、受信開始タイミングから所定期間において、対応する送信タイミング情報の際の指向性パターンと同じ方向に指向性が向くように指向性パターンを設定し、ビーム指向性操作部１０７を制御する。【選択図】図１
2015185914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を切り替えて端末装置と初期接続を行う基地局であって、
探索信号及び報知信号の送信タイミングとＲＡＣＨの受信開始タイミングとを設定するタイミング制御手段と、
前記送信タイミングにおいて、前記受信開始タイミングを示す受信タイミング情報を含む前記探索信号及び前記報知信号を前記端末装置に向けて指向性送信する送信手段と、
前記受信開始タイミングから所定期間において前記端末装置からＲＡＣＨを指向性受信する受信手段と、
前記受信開始タイミングから所定期間において、対応する送信タイミングの指向性パターンと同じ方向に指向性が向くように指向性を制御する指向性制御手段と、
を具備する基地局。
【請求項２】
前記ＲＡＣＨを受信した指向性パターンの履歴を示す履歴情報を探索方向毎に記憶する記憶手段を具備し、
前記指向性制御手段は、前記履歴情報を参照して前記端末装置の検出確率を計算し、前記検出確率の高い方向から順番に指向性が向くように指向性パターンを設定する、
請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記指向性制御手段は、
前記検出確率が高い方向ほど指向性の幅を狭くするように指向性パターンを設定する、
請求項２記載の基地局。
【請求項４】
指向性を切り替えて初期接続を行う基地局に対してＲＡＣＨを送信する端末装置であって、
前記基地局から、前記基地局における前記ＲＡＣＨの受信開始タイミングを示す受信タイミング情報を含む探索信号及び報知信号を受信する受信手段と、
前記受信タイミング情報が示す前記受信開始タイミングから所定期間内に前記ＲＡＣＨを送信するように送信タイミングを制御するタイミング制御手段と、
前記送信タイミングにおいて前記ＲＡＣＨを送信する送信手段と、
を具備する端末装置。
【請求項５】
指向性を切り替えて送受信を行う基地局と、端末装置との間の初期接続方法であって、
前記基地局が、探索信号及び報知信号の送信タイミングとＲＡＣＨの受信開始タイミングとを設定し、
前記基地局が、前記送信タイミングにおいて、前記受信開始タイミングを示す受信タイミング情報を含む前記探索信号及び前記報知信号を前記端末装置に向けて指向性送信し、
前記端末装置が、前記受信タイミング情報を含む探索信号及び報知信号を受信し、
前記端末装置が、前記受信タイミング情報が示す前記受信開始タイミングから所定期間内に前記ＲＡＣＨを送信するように送信タイミングを制御し、
前記端末装置が、前記制御した送信タイミングにおいて前記ＲＡＣＨを送信し、
前記基地局が、前記受信開始タイミングから所定期間において、対応する送信タイミングの指向性パターンと同じ方向に指向性が向くように指向性を制御し、前記端末装置から前記ＲＡＣＨを指向性受信する、
初期接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、初期接続の前に端末装置を探索する基地局、端末装置及び初期接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＴＥ（3GPP Long Term Evolution）移動通信システムでは、基地局及び端末装置が、以下の手順で行って初期接続を確立し、通信を行う。
【０００３】
基地局は、まず、ＰＳＳ(Primary Synchronization Signal)／ＳＳＳ(Secondary Synchronization Signal)等の探索信号（Discovery signal）と、ＰＢＣＨ(Physical Broadcast Channel)等の報知チャネルの信号（以下、「報知信号」と記載する）と、を送信する。この際、基地局は、自局がカバーするセルエリア内全体で探索信号を受信できるように送信する。言い換えれば、基地局から送信された探索信号の受信が不可能な地点は、端末装置が基地局を検出することができないため、基地局のカバーするセルエリア外となる。
【０００４】
ここで、探索信号は、基地局と端末装置とで既知の参照信号系列であり、端末装置による基地局の存在の検出、セル番号の検出、無線フレームタイミングの検出、及び受信品質の測定に用いられる。探索信号は、同期信号又はビーコン信号等とも呼ばれる。また、報知信号には、基地局の無線フレーム番号及びシステム帯域幅の情報が含まれる。
【０００５】
端末装置は、探索信号を受信することで、基地局の存在を検出して受信品質を測定する。端末装置は、複数の基地局を検出した場合に、検出した基地局の中で最も受信品質の高い基地局を接続先として決定する。次に、端末装置は、接続先として決定した基地局に対して、接続要求であるランダムアクセスチャネル（RACH）の信号（以下、「ＲＡＣＨ信号」と記載する）を送信する。ＬＴＥでは、ランダムアクセスチャネル用の信号系列として６４通りのプリアンブル系列が用意されている。端末装置は、この６４通りのプリアンブル系列の中から１つのプリアンブル系列をランダムに選択して、基地局に対して送信する。基地局は、ＲＡＣＨ信号を受信すると、ＲＡＣＨ信号を送信した端末装置に対して、確認応答であるランダムアクセスレスポンス（RAR）の信号（以下、「ＲＡＲ信号」と記載する）を送信する。ＲＡＲ信号には、端末装置に対する無線リソースの割当情報と、端末装置に付与される識別番号(Temporary C-RNTI(cell radio network temporary identity))と、が含まれている。端末装置は、ＲＡＲ信号により通知された無線リソース割当情報と識別番号とを用いて、以降の基地局との通信を行う（非特許文献１）。
【０００６】
近年、トラヒック需要の急増に対して、１ＧＨｚ以上の帯域幅を確保するために、ミリ波帯を用いて通信を行う小型基地局が導入されている。かかる小型基地局では、ミリ波帯を用いるために電波の到達距離を延ばすことができず、伝搬損が格段に大きくなる。
【０００７】
このような伝搬損の克服、又は、通信速度の高速化及びセルエリアの拡大に寄与する一つの方式としては、基地局で複数のアンテナ素子（アンテナアレー）を用いて指向性制御（ビームフォーミング）を行う方式がある。指向性制御を行う方式では、基地局の送信する電波を、端末装置の存在する方向に向けることによって、無指向性での送信を行った場合よりも遠距離の地点まで電波を到達させることができ、カバーするセルエリアを拡大することができる。また、端末装置は、受信信号対干渉雑音電力比（SINR: Signal to Interference-plus-Noise power Ratio）を改善することができるため、周波数利用効率の高い変調方式及び符号化率を適用することができるようになり、高い伝送速度で通信を行うことができる（非特許文献２）。
【０００８】
ただし、初期接続が確立する前の段階では、基地局が端末装置の存在する方向を判断する情報を持たないため、端末装置の存在する方向だけに指向性を向けて探索信号を送信することはできない。
【０００９】
そこで、ＬＴＥ移動通信システムでは、基地局がセルエリアとしたい範囲を指向性の幅に従って細かく分割し、分割した範囲それぞれに指向性が向けられるように逐次的に指向性を切り替えながら探索信号を送信する方法が提案されている。この方法によれば、逐次的な操作によってセルエリアとしたい範囲全体をカバーしつつ、指向性制御によってカバーエリアを広げることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】3GPP TS 36.213 V12.0.0 (2013-12) Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); Physical layer procedures
【００１１】
【非特許文献２】IEEE 802.15.3c-2009 Standard for Information Technology-Telecommunications and Information Exchange between systems-Local and Metropolitan networks-Specific requirements-Part 15.3: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs): Millimeter-wave based Alternative Physical Layer Extension Amendment is ratified by Standards Board of IEEE.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、指向性を切り替えて初期接続を行う場合、無指向性の場合に比べて、初期接続を確立するまでの時間が長くなってしまうという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、指向性を切り替えて初期接続を行う際に、初期接続が確立されるまでの時間を短縮することができる基地局、端末装置及び初期接続方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る基地局は、指向性を切り替えて端末装置と初期接続を行う基地局であって、探索信号及び報知信号の送信タイミングとＲＡＣＨの受信開始タイミングとを設定するタイミング制御手段と、前記送信タイミングにおいて、前記受信開始タイミングを示す受信タイミング情報を含む前記探索信号及び前記報知信号を前記端末装置に向けて指向性送信する送信手段と、前記受信開始タイミングから所定期間において前記端末装置からＲＡＣＨを指向性受信する受信手段と、前記受信開始タイミングから所定期間において、対応する送信タイミングの指向性パターンと同じ方向に指向性が向くように指向性を制御する指向性制御手段と、を具備する構成を採る。
【００１５】
本発明に係る端末装置は、指向性を切り替えて初期接続を行う基地局に対してＲＡＣＨを送信する端末装置であって、前記基地局から、前記基地局における前記ＲＡＣＨの受信開始タイミングを示す受信タイミング情報を含む探索信号及び報知信号を受信する受信手段と、前記受信タイミング情報が示す前記受信開始タイミングから所定期間内に前記ＲＡＣＨを送信するように送信タイミングを制御するタイミング制御手段と、前記送信タイミングにおいて前記ＲＡＣＨを送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
【００１６】
本発明に係る初期接続方法は、指向性を切り替えて送受信を行う基地局と、端末装置との間の初期接続方法であって、前記基地局が、探索信号及び報知信号の送信タイミングとＲＡＣＨの受信開始タイミングとを設定し、前記基地局が、前記送信タイミングにおいて、前記受信開始タイミングを示す受信タイミング情報を含む前記探索信号及び前記報知信号を前記端末装置に向けて指向性送信し、前記端末装置が、前記受信タイミング情報を含む探索信号及び報知信号を受信し、前記端末装置が、前記受信タイミング情報が示す前記受信開始タイミングから所定期間内に前記ＲＡＣＨを送信するように送信タイミングを制御し、前記端末装置が、前記制御した送信タイミングにおいて前記ＲＡＣＨを送信し、前記基地局が、前記受信開始タイミングから所定期間において、対応する送信タイミングの指向性パターンと同じ方向に指向性が向くように指向性を制御し、前記端末装置から前記ＲＡＣＨを指向性受信する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、指向性を切り替えて初期接続を行う際に、初期接続が確立されるまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る基地局の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る基地局及び端末装置の動作を示すシーケンス図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る基地局の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第２の実施形態における指向性範囲を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態における履歴情報を記憶したテーブルを示す図
【図８】本発明の第２の実施形態における狭い指向性で初期接続に成功した場合の手順を示す図
【図９】本発明の第２の実施形態における広い指向性で初期接続に成功した場合の手順を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態に係る基地局及び端末装置について、詳細に説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
＜基地局の構成＞
まず、本発明の第１の実施形態に係る基地局１００の構成について、図１を参照しながら説明する。
【００２１】
基地局１００は、フレームタイミング制御部１０１と、探索・報知信号生成部１０２と、ＲＡＲ信号生成部１０３と、無線送信部１０４と、送受信分離部１０５と、ビーム指向性制御部１０６と、ビーム指向性操作部１０７と、乗算器１０８と、アンテナアレー１０９と、無線受信部１１０と、ＲＡＣＨ信号取得部１１１と、データ取得部１１２と、を有している。
【００２２】
フレームタイミング制御部１０１は、送信フレームの送信タイミングと、受信フレームの受信タイミングとを設定する。フレームタイミング制御部１０１は、送信タイミングを示す送信タイミング情報、および、受信タイミングを示す受信タイミング情報を生成し、ビーム指向性制御部１０６に出力する。
【００２３】
特に、フレームタイミング制御部１０１は、ＲＡＣＨ信号取得部１１１においてＲＡＣＨ信号が検出されるまで、各指向性パターンにおける探索信号および報知信号を送信する送信フレームの送信タイミングと、対応するＲＡＣＨ信号の受信を開始する受信開始タイミングを設定する。フレームタイミング制御部１０１は、ＲＡＣＨ信号取得部１１１においてＲＡＣＨ信号が検出されるまで、送信タイミング情報および受信タイミング情報を探索・報知信号生成部１０２およびビーム指向性制御部１０６に出力する。なお、指向性パターンは、指向性の幅及び方向により規定される。
【００２４】
また、フレームタイミング制御部１０１は、ＲＡＣＨ信号取得部１１１においてＲＡＣＨ信号が検出された場合、ＲＡＲ（確認応答）信号を送信する送信フレームの送信タイミングを設定する。フレームタイミング制御部１０１は、ＲＡＲ信号の送信タイミングを示す送信タイミング情報をＲＡＲ信号生成部１０３およびビーム指向性制御部１０６に出力する。
【００２５】
探索・報知信号生成部１０２は、フレームタイミング制御部１０１の制御に従って、初期接続を行うための信号として探索信号及び報知信号を生成する。この際、探索・報知信号生成部１０２は、探索信号及び報知信号の各々に対して、フレームタイミング制御部１０１から出力された受信タイミング情報を含める。探索・報知信号生成部１０２は、フレームタイミング制御部１０１によって設定された送信タイミングで、探索信号及び報知信号を無線送信部１０４に出力する。
【００２６】
ＲＡＲ信号生成部１０３は、フレームタイミング制御部１０１の制御に従って、ＲＡＣＨ信号を送信した端末装置に対して、無線リソースを割り当てると共に識別番号を付与する。ＲＡＲ信号生成部１０３は、割り当てた無線リソースを示すリソース割当情報と、識別番号とを含むＲＡＲ信号を生成する。ＲＡＲ信号生成部１０３は、フレームタイミング制御部１０１によって設定された送信タイミングで、ＲＡＲ信号を無線送信部１０４に出力する。
【００２７】
無線送信部１０４は、探索・報知信号生成部１０２から出力された探索信号及び報知信号に対して変調、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、送受信分離部１０５に出力する。同様に、無線送信部１０４は、ＲＡＲ信号生成部１０３から出力されたＲＡＲ信号に対して変調、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、送受信分離部１０５に出力する。
【００２８】
送受信分離部１０５は、無線送信部１０４と乗算器１０８の接続（探索信号及び報知信号又はＲＡＲ信号の乗算器１０８への出力）と、無線受信部１１０と乗算器１０８の接続（受信信号の無線受信部１１０への出力）とを切り替える。
【００２９】
ビーム指向性制御部１０６は、フレームタイミング制御部１０１から出力された送信タイミング情報及び受信タイミング情報を参照して、送信フレーム毎及び受信フレーム毎に指向性パターンを設定する。ビーム指向性制御部１０６は、設定した指向性パターンを順次切り替えて形成するようにビーム指向性操作部１０７を制御する。
【００３０】
特に、ビーム指向性制御部１０６は、ＲＡＣＨ信号取得部１１１においてＲＡＣＨ信号が検出されるまで、受信タイミング情報に基づく受信開始タイミングから所定期間において、対応する送信タイミング情報の際の指向性パターンと同じ方向に指向性が向くように、指向性パターンを設定する。
【００３１】
なお、ビーム指向性制御部１０６は、基地局１００の能力に応じて、１つの探索方向に向ける指向性パターン、あるいは、複数の探索方向の各々にむける指向性パターンを設定することができる。
【００３２】
ビーム指向性制御部１０６は、ＲＡＣＨ信号取得部１１１においてＲＡＣＨ信号が検出された場合に、ＲＡＣＨ信号を送信した端末装置に向けた指向性パターンを設定し、設定した指向性パターンを形成するようにビーム指向性操作部１０７を制御する。ビーム指向性制御部１０６は、データ取得部１１２においてデータが取得された場合に、データを送信した端末装置に向けた指向性パターンを設定し、設定した指向性パターンを形成するようにビーム指向性操作部１０７を制御する。
【００３３】
ビーム指向性操作部１０７は、ビーム指向性制御部１０６の制御に従って、フレーム毎に指向性を形成するための重み係数を乗算器１０８に出力する。
【００３４】
乗算器１０８は、送受信分離部１０５から出力された送信信号又はアンテナアレー１０９に受信された受信信号に対して、ビーム指向性操作部１０７から出力された重み係数を乗算する。これにより、送信信号は指向性送信され、受信信号は指向性受信される。
【００３５】
無線受信部１１０は、送受信分離部１０５から出力された受信信号に対して、ダウンコンバート、増幅、復調等の無線処理を行い、ＲＡＣＨ信号取得部１１１及びデータ取得部１１２に出力する。
【００３６】
ＲＡＣＨ信号取得部１１１は、無線受信部１１０から出力された信号からＲＡＣＨ信号を検出し、検出結果（ＲＡＣＨ信号を検出できたか否か）をフレームタイミング制御部１０１及びビーム指向性制御部１０６に出力する。
【００３７】
データ取得部１１２は、無線受信部１１０から出力された信号からデータを取得し、取得結果（データを取得できたか否か）をビーム指向性制御部１０６に出力する。
【００３８】
＜端末装置の構成＞
次に、本発明の第１の実施形態に係る端末装置２００の構成について、図２を参照しながら説明する。
【００３９】
端末装置２００は、アンテナ２０１と、送受信分離部２０２と、無線受信部２０３と、探索・報知信号取得部２０４と、ＲＡＲ信号取得部２０５と、フレームタイミング制御部２０６と、ＲＡＣＨ信号生成部２０７と、無線送信部２０８と、を有している。
【００４０】
送受信分離部２０２は、アンテナ２０１と無線受信部２０３の接続（受信信号の無線受信部２０３への出力）と、アンテナ２０１と無線送信部２０８の接続（送信信号のアンテナ２０１への出力）とを切り替える。
【００４１】
無線受信部２０３は、送受信分離部２０２から出力された受信信号に対して、ダウンコンバート、増幅、復調等の無線処理を行い、探索・報知信号取得部２０４及びＲＡＲ信号取得部２０５に出力する。
【００４２】
探索・報知信号取得部２０４は、無線受信部２０３から出力された信号から探索信号及び報知信号を抽出してフレームタイミング制御部２０６に出力する。
【００４３】
ＲＡＲ信号取得部２０５は、無線受信部２０３から出力された信号からＲＡＲ信号を抽出してフレームタイミング制御部２０６に出力する。
【００４４】
フレームタイミング制御部２０６は、探索信号を用いて基地局１００との間の回線品質を測定し、所定の回線品質以上の基地局１００を接続先の基地局１００として選択する。また、フレームタイミング制御部２０６は、報知信号を参照して帯域幅を設定する。フレームタイミング制御部２０６は、選択した基地局１００に対して、設定した帯域幅を用いてＲＡＣＨ信号を送信するようにＲＡＣＨ信号生成部２０７を制御する。この際、フレームタイミング制御部２０６は、探索・報知信号取得部２０４から出力された探索信号又は報知信号に含まれる受信タイミング情報を抽出し、ＲＡＣＨ信号生成部２０７に出力する。
【００４５】
ＲＡＣＨ信号生成部２０７は、フレームタイミング制御部２０６の制御に従ってＲＡＣＨ信号を生成し、受信タイミング情報が示すタイミングから所定期間の中でＲＡＣＨ信号が基地局１００に受信されるように、ＲＡＣＨ信号を無線送信部２０８に出力する。
【００４６】
無線送信部２０８は、ＲＡＣＨ信号生成部２０７から出力されたＲＡＣＨ信号に対して変調、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、送受信分離部２０２に出力する。
【００４７】
＜基地局及び端末装置の動作＞
次に、本発明の第１の実施形態に係る基地局１００及び端末装置２００の動作について、図３を参照しながら説明する。
【００４８】
まず、基地局１００は、各探索方向に対応する指向性＃１〜＃Ｎを順次切り替えて形成し、探索信号及び報知信号を指向性送信する（ＳＴ３０１）。この時、基地局１００は、探索信号及び報知信号に受信タイミング情報を含める。
【００４９】
次に、端末装置２００は、探索信号及び報知信号を取得することにより基地局１００を検出し（ＳＴ３０２）、検出した基地局との間の回線品質を測定する（ＳＴ３０３）。ここでは、指向性＃ｉ（ｉは１以上ｎ以下の自然数）のときに、端末装置２００が探索信号及び報知信号を取得したものとする。
【００５０】
端末装置２００は、探索信号又は報知信号より受信タイミング情報を取得し、受信タイミング情報に基づいてＲＡＣＨ信号を送信するタイミングを検出する（ＳＴ３０４）。この受信タイミング情報は、基地局１００が指向性＃ｉを形成する開始タイミング＃ｉを示すものである。
【００５１】
次に、端末装置２００は、受信タイミング情報が示すタイミング＃ｉから所定期間内のいずれかのタイミングでＲＡＣＨ信号を送信する（ＳＴ３０５）。
【００５２】
基地局１００は、タイミング＃ｉから所定期間内において、端末装置２００に向けた指向性＃ｉで受信することにより、端末装置２００から送信されたＲＡＣＨ信号を検出することができる（ＳＴ３０６）。なお、探索信号を受信した複数の端末装置からＲＡＣＨ信号が同時に送信されることによりＲＡＣＨ信号の衝突が生じた場合には、基地局１００においてＲＡＣＨ信号を検出することができない。従って、ＲＡＣＨ信号を送信する各端末装置は、基地局１００がＲＡＣＨ信号を検出するか又は送信回数が上限値に達するまで、ＲＡＣＨ信号を送信し続ける。一方、基地局１００は、上記の衝突を考慮して、ＲＡＣＨ信号を指向性受信する際に、所定期間において、各探索方向に向ける指向性を維持する。この際、基地局１００が指向性の幅を狭くするほど、基地局１００と通信可能なエリアに複数の端末装置２００が存在する確率が低くなるので、ＲＡＣＨ信号の衝突が起こる確率を低くすることができる。従って、基地局１００は、指向性の幅を狭くするほど、各探索方向に向ける指向性を維持する時間を短くすることができる。
【００５３】
次に、基地局１００は、検出したＲＡＣＨ信号を送信した端末装置２００に対して、無線リソースを割り当てる（ＳＴ３０７）。
【００５４】
次に、基地局１００は、割り当てた無線リソースを示すリソース割当情報と、検出した端末装置に付与した識別番号と、を含むＲＡＲ信号を端末装置２００に送信する（ＳＴ３０８）。
【００５５】
次に、端末装置２００は、ＲＡＲ信号を取得し、ＲＡＲ信号からリソース割当情報を抽出する（ＳＴ３０９）。これにより、基地局１００と端末装置２００とは初期接続を確立する。
【００５６】
その後、基地局１００と端末装置２００とは、基地局１００が割り当てた無線リソースを用いて、データ通信を開始する（ＳＴ３１０）。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、指向性を切り替えて初期接続を行う際に、基地局１００が、探索信号あるいは報知信号によって、端末装置２００に指向性受信を開始するタイミングを知らせる。これにより、基地局１００が、端末装置２００のＲＡＣＨ信号送信時に、端末装置２００の方向に確実に指向性を向けることができるので、ＲＡＣＨ信号の受信成功率を向上させることができ、初期接続が確立するまでの時間を短縮することができる。
【００５８】
なお、基地局１００が、複数の指向性を形成して同時に受信処理を行う能力を有する場合、各指向性に対応する受信タイミングが同一であってもよい。この場合、同時に受信処理を行うことにより、基地局１００が用意すべき受信タイミングリソースを削減することができる。すなわち、基地局１００が同時に受信できる指向性の数に応じて、柔軟に受信タイミング数を調整し、無線リソースを効率的に利用することができる。複数の指向性を用いてＲＡＣＨ信号を同時に受信する場合、基地局１００は、指向性の組は直交性の高いものを選択する。例えば、指向性の取り得る方位が３６０°であるとして、ｍ方向（ｍは複数）からＲＡＣＨ信号を同時に受信する場合、基地局１００は、３６０をｍで分割した間隔を最小の間隔とする複数の指向性を用いる。これにより、基地局１００において、異なる指向性の受信信号間の干渉を最小とすることができ、異なる指向性に対応する複数の端末装置２００が同時にＲＡＣＨ信号を送信したとしても基地局１００で正常に受信できる確率を高めることができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、基地局のみが指向性送信／受信する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基地局に加えて端末装置も指向性送信／受信するようにしてもよい。
【００６０】
（第２の実施形態）
＜基地局の構成＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る基地局４００の構成について、図４を参照しながら説明する。なお、図４において、図１と同一構成である部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６１】
図４に示す基地局４００は、図１に示した基地局１００と比較して、ビーム指向性制御部４０６の機能が、ビーム指向性制御部１０６と異なる。また、基地局４００は、基地局１００と比較して、ビーム指向性学習部４１３を追加した構成を採る。
【００６２】
ビーム指向性学習部４１３は、履歴情報を記憶している。ここで、履歴情報は、エリア（指向性パターン）毎の、端末装置５００（図５参照）からＲＡＣＨ信号を受信した履歴を示す情報であり、ビーム指向性制御部４０６により適宜更新される。なお、履歴情報の具体例については後述する。
【００６３】
ビーム指向性制御部４０６は、ビーム指向性制御部１０６の機能を全て有している。ビーム指向性制御部４０６は、フレームタイミング制御部１０１から出力された送信タイミング情報及び受信タイミング情報を参照して、送信フレーム毎及び受信フレーム毎に指向性パターンを設定する。この際、ビーム指向性制御部４０６は、ビーム指向性学習部４１３に記憶している履歴情報を参照して、端末装置５００の検出確率の高い指向性パターンから順次設定する。また、ビーム指向性制御部４０６は、端末装置５００の検出確率が高い探索方向ほど指向性の幅を狭くするように指向性パターンを設定する。
【００６４】
ビーム指向性制御部４０６は、ＲＡＣＨ信号取得部１１１においてＲＡＣＨ信号が検出された場合に、その指向性パターンにおいて端末装置５００を検出したことを示す情報を、ビーム指向性学習部４１３に記憶している履歴情報に書き込んで履歴情報を更新する。
【００６５】
＜端末装置の構成＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る端末装置５００の構成について、図５を参照しながら説明する。なお、図５において、図２と同一構成である部分については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６６】
図５に示す端末装置５００は、図２に示した端末装置２００と比較して、フレームタイミング制御部５０６の機能が、フレームタイミング制御部２０６と異なる。
【００６７】
フレームタイミング制御部５０６は、フレームタイミング制御部２０６の機能を全て有している。フレームタイミング制御部５０６は、受信に成功した複数の探索信号の回線品質の中で最も良好なものに含まれる受信タイミング情報を抽出し、ＲＡＣＨ信号生成部２０７に出力する。
【００６８】
＜基地局及び端末装置の動作＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る基地局４００及び端末装置５００の動作について、図６から図９を参照しながら説明する。
【００６９】
図６に示すように、基地局４００は、アンテナアレー１０９を原点として、ｘ−ｙ平面からなる指向性範囲を分割した何れかの領域に指向性を向けることができる。
【００７０】
ビーム指向性学習部４１３は、図７（ａ）に示すテーブル７０１に履歴情報を記憶している。テーブル７０１は、ｘ−ｙ平面をマトリクス状に分割したものである。マトリクスの各小領域７０２は、基地局４００が指向性を向ける範囲に相当している。各小領域７０２内の数字は、初期接続の前において端末装置５００を検出した回数（以下、「検出回数」と記載する）を示している。ここで、端末装置５００を検出した場合とは、ＲＡＣＨ信号取得部１１１からＲＡＣＨ信号がビーム指向性制御部４０６に出力された場合である。
【００７１】
ビーム指向性制御部４０６は、図７（ａ）のテーブル７０１を参照して、テーブル７０１における所定数の小領域７０２からなる中領域７１１を設定し、設定した中領域７１１に含まれる各小領域７０２の検出回数の合算値を、その中領域７１１における検出回数とする。
【００７２】
ビーム指向性制御部４０６は、検出回数が多いものほど端末装置５００の検出確率の高い中領域７１１であるとみなして、検出回数が多い中領域７１１から順番に指向性を向けるように指向性パターンを設定する。また、ビーム指向性制御部４０６は、隣接する複数の中領域７１１からなる大領域の検出回数の平均値を計算し、検出回数の平均値が多い大領域から順番に指向性を向けるように指向性パターンを設定しても良い。また、ビーム指向性制御部４０６は、端末装置５００の検出確率の高い中領域７１１、あるいは、大領域ほど指向性の幅を狭くするように指向性パターンを設定する。
【００７３】
例えば、ビーム指向性制御部４０６は、図７（ｃ）に示すように、２つの中領域７１１の組である大領域＃０を、２つの中領域７１１の組である大領域＃１よりも優先して指向性を向ける指向性パターンを設定する。また、ビーム指向性制御部４０６は、大領域＃２及び＃３よりも検出回数の平均値が高い大領域＃０及び＃１の指向性の幅を、大領域＃２及び＃３の指向性の幅よりも狭くする指向性パターンを設定する。
【００７４】
指向性パターンを設定した後の基地局４００及び端末装置５００の動作について、最初に、幅を狭くした指向性で端末装置５００を検出した場合について、図８を用いて説明する。
【００７５】
基地局４００は、図８に示すように、まず探索信号＃０を図７（ｃ）に示す大領域＃０に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に失敗するものとする。
【００７６】
次に、基地局４００は、探索信号＃１を大領域＃１に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に成功するものとする。
【００７７】
次に、基地局４００は、探索信号＃２を大領域＃２に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に失敗するものとする。
【００７８】
次に、基地局４００は、探索信号＃３を大領域＃３に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に成功するものとする。
【００７９】
端末装置５００は、受信に成功した探索信号＃１及び探索信号＃３を用いて回線品質を測定し、探索信号＃３の回線品質よりも探索信号＃１の回線品質の方が良好である場合に、探索信号＃１に対する応答を優先する。
【００８０】
次に、端末装置５００は、探索信号＃１に対する応答としてＲＡＣＨ信号＃１を送信する。
【００８１】
基地局４００は、探索信号＃０、探索信号＃２及び探索信号＃３に対するＲＡＣＨ信号＃０、＃２、＃３を検出せず、探索信号＃１に対するＲＡＣＨ信号＃１のみを検出する。この際、基地局４００は、大領域＃１に向けた指向性は指向性の幅を狭くしているので、即時に通信可能と判断する。上記第１の実施形態と同様に、基地局４００は、指向性の幅を狭くするほど、各探索方向に向ける指向性を維持する時間を短くすることができる。
【００８２】
次に、基地局４００は、検出したＲＡＣＨ＃１に対するＲＡＲ信号を送信する。
【００８３】
そして、基地局４００は、大領域＃１に向けた指向性の指向性パターンで端末装置５００とのデータ通信を開始する。
【００８４】
次に、幅を広くした指向性で端末装置５００を検出した場合について、図９を用いて説明する。
【００８５】
基地局４００は、図９に示すように、まず探索信号＃０を図７（ｃ）に示す大領域＃０に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に失敗するものとする。
【００８６】
次に、基地局４００は、探索信号＃１を大領域＃１に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に失敗するものとする。
【００８７】
次に、基地局４００は、探索信号＃２を大領域＃２に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に失敗するものとする。
【００８８】
次に、基地局４００は、探索信号＃３を大領域＃３に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に成功するものとする。
【００８９】
端末装置５００は、受信に成功した探索信号＃３を用いて回線品質を測定し、測定した探索信号＃３の回線品質が所定値以上の場合に、探索信号＃３に対するＲＡＣＨ信号＃３を送信する。
【００９０】
次に、基地局４００は、探索信号＃０から＃２に対するＲＡＣＨ信号＃０から＃２を検出せず、探索信号＃３に対するＲＡＣＨ信号＃３のみを検出する。この際、基地局４００は、大領域＃３に向けた指向性は指向性の幅を広くしているので、追加で探索を行うことを通知する追加探索予告信号を送信する。
【００９１】
次に、端末装置５００は、追加探索予告信号を受信する。
【００９２】
次に、基地局４００は、探索信号＃３−０を、図示しない大領域＃３−０に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に成功するものとする。
【００９３】
次に、基地局４００は、探索信号＃３−１を、図示しない大領域＃３−１に指向性を向ける指向性パターンで指向性送信する。この際、端末装置５００は、探索信号及び報知信号の受信に成功するものとする。
【００９４】
端末装置５００は、受信に成功した探索信号＃３−０及び探索信号＃３−１を用いて回線品質を測定し、測定した探索信号＃３−０の回線品質と探索信号＃３−１の回線品質を比較し、探索信号＃３−０の回線品質よりも探索信号＃３−１の回線品質の方が良好である場合に、探索信号＃３−１に対する応答を優先する。
【００９５】
次に、端末装置５００は、探索信号＃３−１に対するＲＡＣＨ信号＃３−１を送信する。
【００９６】
基地局４００は、探索信号＃３−０に対するＲＡＣＨ信号＃３−０を検出せず、探索信号＃３−１に対するＲＡＣＨ信号＃３−１のみを検出する。
【００９７】
次に、基地局４００は、ＲＡＣＨ信号＃３−１に対するＲＡＲ信号を送信する。
【００９８】
そして、基地局４００は、大領域＃３−１に向けた指向性の指向性パターンで端末装置５００とのデータ通信を開始する。
【００９９】
なお、基地局４００は、図７（ｃ）に示すように、検出回数が「０」である領域を探索対象から除外するか又は探索の頻度を他の領域よりも減らすことができる。
【０１００】
このように、本実施形態によれば、指向性を切り替えて初期接続を行う際に、過去の実績に基づいて、端末装置５００の検出確率の高い方向から順番に指向性を向けることにより、通信を確立するまでの時間を短縮することができる。
【０１０１】
また、本実施形態によれば、端末装置５００の検出確率の高いエリアに向ける指向性の幅を狭くすることにより、その指向性における基地局４００と端末装置５００との間の回線品質を良好にすることができるので、端末装置を確実に検出することができる。
【０１０２】
なお、本実施形態において、基地局の設置時に、基地局が天井方向に指向性を向ける指向性パターンを設定しないように設計してもよい。
【０１０３】
また、本実施形態において、基地局に加速度センサーを設け、加速度センサーの検出結果によりテーブルのｘ方向及びｙ方向の指向性範囲を設定してもよい。
【０１０４】
また、本実施形態において、基地局間の通信又は基地局の上位局からの指示により、隣接する基地局同士で探索方向の重複を生じないように、テーブルを設定してもよい。
【０１０５】
また、本実施形態において、近隣の基地局から端末装置の存在する可能性の高い方向を通知してもらい、その方向に指向性を向ける指向性パターンを設定してもよい。
【０１０６】
また、本実施の形態では、初期接続時の場合を例に説明したが、本発明はこれに限られず、セル間のハンドオーバ時に適用することもできる。例えば、セル間のハンドオーバを行う端末装置は、ハンドオーバ先の基地局から探索信号を受信した後に、初期接続の際の接続要求に代えて品質測定情報をハンドオーバ元の基地局に送信してもよい。
【０１０７】
また、本実施の形態では、履歴情報がＲＡＣＨ信号を受信した履歴を示す情報である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、履歴情報は、基地局が形成した指向性の履歴であっても良い。
【０１０８】
また、本実施形態では、基地局のみが指向性送信／受信をする場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基地局に加えて端末装置も指向性送信／受信をするようにしてもよい。この際、図７（ａ）のテーブルを端末装置と基地局とで共有することができる。端末装置は、近隣の基地局又は通信を行っていた基地局よりテーブルを取得することができる。これにより、端末装置は、効率よく基地局にＲＡＣＨ信号を送信することができ、通信のオーバーヘッドを削減することができ、送信電力の消費を抑制することができると共に、周辺セルに対する干渉を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、ＬＴＥ移動通信システムの基地局及び端末装置に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００、４００  基地局
１０１、２０６、５０６  フレームタイミング制御部
１０２  探索・報知信号生成部
１０３  ＲＡＲ信号生成部
１０４、２０８  無線送信部
１０５、２０２  送受信分離部
１０６、４０６  ビーム指向性制御部
１０７  ビーム指向性操作部
１０８  乗算器
１０９  アンテナアレー
１１０、２０３  無線受信部
１１１  ＲＡＣＨ信号取得部
１１２  データ取得部
２００、５００  端末装置
２０１  アンテナ
２０４  探索・報知信号取得部
２０５  ＲＡＲ信号取得部
２０７  ＲＡＣＨ信号生成部
４１３  ビーム指向性学習部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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