(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スモール基地局が複数のアンテナを用いてユーザ装置と無線通信を行う通信制御方法であって、複数の前記アンテナの全部又は一部を各々が含む複数のアンテナグループと１以上の前記アンテナグループを各々が含む複数のアンテナグループパターンとが設定され、
１つの前記アンテナグループパターンが含むアンテナグループごとに異なる系列の参照信号を前記スモール基地局から送信することと、
前記ユーザ装置において前記参照信号を受信することと、
前記参照信号の受信結果に基づいて、前記スモール基地局からの無線信号の送信に用いられるべき使用アンテナグループパターン及び使用アンテナグループを決定することと
を備え、
複数のアンテナグループを含む各アンテナグループパターンにおいて、前記スモール基地局の前記複数のアンテナは複数のアンテナグループに分けられ、当該複数のアンテナの各々はいずれか１つのアンテナグループに含まれ、
前記複数のアンテナグループパターン間において、一のアンテナグループが含むアンテナの数は互いに異なり、
各アンテナグループパターンに含まれるアンテナグループの数は、前記アンテナグループパターン間で互いに異なる
通信制御方法。
【請求項２】
前記参照信号の前記受信結果に基づいて、前記使用アンテナグループパターンが含む各前記使用アンテナグループにおける送信ビーム角度を決定することを更に備える
請求項１の通信制御方法。
【請求項３】
複数の前記アンテナグループパターンは、１番目からＮ番目（Ｎは、２以上の自然数）までのアンテナグループパターンであり、ｎ番目（ｎは、Ｎ≧ｎ≧２を満たす自然数）のアンテナグループパターンが含むアンテナグループは（ｎ−１）番目のアンテナグループパターンが含むアンテナグループよりも多く、
前記送信ビーム角度を決定することにおいて、含むアンテナグループの数が少ないアンテナグループパターンから順に送信ビーム角度を決定し、（ｎ−１）番目のアンテナグループパターンにおいて決定された送信ビーム角度に基づいてｎ番目のアンテナグループパターンにおける送信ビーム角度が決定される
請求項２の通信制御方法。
【請求項４】
見込みスループットを最大化するように、前記使用アンテナグループパターン及び各前記使用アンテナグループにおける前記送信ビーム角度を前記ユーザ装置において決定する
請求項２の通信制御方法。
【請求項５】
見込みスループットを最大化するように、前記使用アンテナグループパターン及び各前記使用アンテナグループにおける前記送信ビーム角度を前記スモール基地局において決定する
請求項２の通信制御方法。
【請求項６】
各アンテナグループパターン専用の無線リソースを用いて送信される、各アンテナグループパターンに固有のディスカバリ信号を、前記参照信号として用いる
請求項１から５のいずれかの通信制御方法。
【請求項７】
前記参照信号の前記受信結果は、前記ユーザ装置における前記アンテナグループ毎の受信品質を含み、
閾値を下回る受信品質を示すアンテナグループを前記使用アンテナグループパターンから除くことを更に備える
請求項１から６のいずれかの通信制御方法。
【請求項８】
ユーザ装置と、
複数のアンテナを有するスモール基地局とを備え、
複数の前記アンテナの全部又は一部を各々が含む複数のアンテナグループと１以上の前記アンテナグループを各々が含む複数のアンテナグループパターンとが設定され、
前記スモール基地局は、
１つの前記アンテナグループパターンが含むアンテナグループごとに異なる系列の参照信号を送信する参照信号送信部を備え、
前記ユーザ装置は、
前記スモール基地局から送信された前記参照信号を受信する参照信号受信部を備え、
さらに、前記参照信号の受信結果に基づいて、前記スモール基地局からの無線信号の送信に用いられるべき使用アンテナグループパターン及び使用アンテナグループを決定するアンテナ制御部とを備え、
複数のアンテナグループを含む各アンテナグループパターンにおいて、前記スモール基地局の前記複数のアンテナは複数のアンテナグループに分けられ、当該複数のアンテナの各々はいずれか１つのアンテナグループに含まれ、
前記複数のアンテナグループパターン間において、一のアンテナグループが含むアンテナの数は互いに異なり、
各アンテナグループパターンに含まれるアンテナグループの数は、前記アンテナグループパターン間で互いに異なる
無線通信システム。
【請求項９】
複数のアンテナを備え、
複数の前記アンテナの全部又は一部を各々が含む複数のアンテナグループと１以上の前記アンテナグループを各々が含む複数のアンテナグループパターンとが設定され、
さらに、１つの前記アンテナグループパターンが含むアンテナグループごとに異なる系列の参照信号をユーザ装置に送信する参照信号送信部と、
前記ユーザ装置における前記参照信号の受信結果に基づいて決定された使用アンテナグループパターン及び使用アンテナグループを用いてユーザ固有データを送信する固有信号送信部とを備え、
複数のアンテナグループを含む各アンテナグループパターンにおいて、前記スモール基地局の前記複数のアンテナは複数のアンテナグループに分けられ、当該複数のアンテナの各々はいずれか１つのアンテナグループに含まれ、
前記複数のアンテナグループパターン間において、一のアンテナグループが含むアンテナの数は互いに異なり、
各アンテナグループパターンに含まれるアンテナグループの数は、前記アンテナグループパターン間で互いに異なる
スモール基地局。
【請求項１０】
複数のアンテナを有するスモール基地局と無線通信する無線通信部を備え、
複数の前記アンテナの全部又は一部を各々が含む複数のアンテナグループと１以上の前記アンテナグループを各々が含む複数のアンテナグループパターンとが設定され、
さらに、前記スモール基地局から送信された、１つの前記アンテナグループパターンが含むアンテナグループごとに異なる系列の参照信号を受信する参照信号受信部と、
前記参照信号の受信結果に基づいて、前記スモール基地局からの無線信号の送信に用いられるべき使用アンテナグループパターン及び使用アンテナグループを決定するアンテナ制御部とを備え、
複数のアンテナグループを含む各アンテナグループパターンにおいて、前記スモール基地局の前記複数のアンテナは複数のアンテナグループに分けられ、当該複数のアンテナの各々はいずれか１つのアンテナグループに含まれ、
前記複数のアンテナグループパターン間において、一のアンテナグループが含むアンテナの数は互いに異なり、
各アンテナグループパターンに含まれるアンテナグループの数は、前記アンテナグループパターン間で互いに異なる
ユーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信制御方法、無線通信システム、スモール基地局、およびユーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信の分野において、送信機側と受信機側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、信号伝送の高速化及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。【０００３】
また、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）。【０００４】
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）が実行される。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）の指向性や形状、利得（ゲイン）等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及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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2013-232741号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
数多くのアンテナ素子を独立して制御することには、困難が伴う。各アンテナ素子を独立して制御するためには、アンテナ素子ごとに増幅器、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等の素子を設ける必要があるため、回路構成が複雑になり処理負荷が増大することに加えて、各アンテナ素子を制御するためにユーザ装置から基地局（スモール基地局又はマクロ基地局）にフィードバックされるチャネル情報が多くなるからである。一方で、全てのアンテナ素子を一括で制御する場合には、回路構成及び制御処理は単純になるが、MIMOによる有利な技術的特徴である複数ビーム（ストリーム）多重が不可能となる。【０００７】
以上の事情を考慮して、本発明は、Massive MIMO伝送において、フィードバックされる情報量を抑制しつつ、複数のアンテナを適切に制御して複数ビーム多重を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の通信制御方法は、スモール基地局が複数のアンテナを用いてユーザ装置と無線通信を行う通信制御方法であって、複数の前記アンテナの全部又は一部を各々が含む複数のアンテナグループと１以上の前記アンテナグループを各々が含む複数のアンテナグループパターンとが設定され、１つの前記アンテナグループパターンが含むアンテナグループごとに異なる系列の参照信号を前記スモール基地局から送信することと、前記ユーザ装置において前記参照信号を受信することと、前記参照信号の受信結果に基づいて、前記スモール基地局からの無線信号の送信に用いられるべき使用アンテナグループパターン及び使用アンテナグループを決定することとを備える。【０００９】
本発明の無線通信システムは、ユーザ装置と、複数のアンテナを有するスモール基地局とを備える。複数の前記アンテナの全部又は一部を各々が含む複数のアンテナグループと１以上の前記アンテナグループを各々が含む複数のアンテナグループパターンとが設定される。前記スモール基地局は、１つの前記アンテナグループパターンが含むアンテナグループごとに異なる系列の参照信号を送信する参照信号送信部を備え、前記ユーザ装置は、前記スモール基地局から送信された前記参照信号を受信する参照信号受信部を備える。さらに、前記無線通信システムは、前記参照信号の受信結果に基づいて、前記スモール基地局からの無線信号の送信に用いられるべき使用アンテナグループパターン及び使用アンテナグループを決定するアンテナ制御部とを備える。【００１０】
本発明のスモール基地局は、複数のアンテナを備え、複数の前記アンテナの全部又は一部を各々が含む複数のアンテナグループと１以上の前記アンテナグループを各々が含む複数のアンテナグループパターンとが設定され、さらに、１つの前記アンテナグループパターンが含むアンテナグループごとに異なる系列の参照信号をユーザ装置に送信する参照信号送信部と、前記ユーザ装置における前記参照信号の受信結果に基づいて決定された使用アンテナグループパターン及び使用アンテナグループを用いてユーザ固有データを送信する固有信号送信部とを備える。【００１１】
本発明のユーザ装置は、複数のアンテナを有するスモール基地局と無線通信する無線通信部を備え、複数の前記アンテナの全部又は一部を各々が含む複数のアンテナグループと１以上の前記アンテナグループを各々が含む複数のアンテナグループパターンとが設定され、さらに、前記スモール基地局から送信された、１つの前記アンテナグループパターンが含むアンテナグループごとに異なる系列の参照信号を受信する参照信号受信部と、前記参照信号の受信結果に基づいて、前記スモール基地局からの無線信号の送信に用いられるべき使用アンテナグループパターン及び使用アンテナグループを決定するアンテナ制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Massive MIMO伝送において、フィードバックされる情報量が抑制されつつ、複数のアンテナがアンテナグループ単位で適切に制御されて複数ビーム多重が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る無線通信システムの概略図である。
【図２】無線通信システムにて使用されるキャリアの周波数帯の説明図である。
【図３】Massive MIMOにおけるアンテナの配置例を示す図である。
【図４】使用される周波数と配置可能なアンテナ数との関係の説明図である。
【図５】使用される周波数と配置可能なアンテナ数との関係の説明図である。
【図６】周波数とアンテナ数とビームフォーミング利得との関係を示す図である。
【図７】ビームフォーミングの可否に応じて生ずるスモールセルカバレッジの差異の説明図である。
【図８】参照信号の送信電力ブーストについての説明図である。
【図９】Massive MIMOアンテナ装置の模式図である。
【図１０】アンテナグループパターン及びアンテナグループの説明図である。
【図１１】Massive MIMOアンテナ制御の概略的説明図である。
【図１２】送信ウェイト（送信ビーム角度）の説明図である。
【図１３】アンテナグループのクローズドループ制御の時系列を示す図である。
【図１４】クローズドループ制御の第１ステップの動作フローである。
【図１５】クローズドループ制御の第２ステップの動作フローである。
【図１６】アンテナグループの使用要否選択についての説明図である。
【図１７】アンテナグループのオープンループ制御の時系列を示す図である。
【図１８】オープンループ制御の第２ステップの動作フローである。
【図１９】マクロ基地局の構成ブロック図である。
【図２０】スモール基地局の構成ブロック図である。
【図２１】ユーザ装置の構成ブロック図である。
【図２２】参照信号を並列的に送信する変形例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１−１．  無線通信システムの概略
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線通信システムＣＳを示す概略図である。無線通信システムＣＳは、マクロ基地局ＭｅＮＢとスモール基地局ＳｅＮＢとユーザ装置ＵＥとを備える。マクロ基地局ＭｅＮＢおよびスモール基地局ＳｅＮＢは「基地局ｅＮＢ」と総称される場合がある。マクロ基地局ＭｅＮＢおよびスモール基地局ＳｅＮＢは、光ファイバ等のインタフェースにより相互に接続される。マクロ基地局ＭｅＮＢはその周囲にマクロセルＣ１を形成し、スモール基地局ＳｅＮＢはその周囲にスモールセルＣ２を形成する。図１に示されるように、マクロセルＣ１とスモールセルＣ２とは重畳され得る。
【００１５】
無線通信システムＣＳ内の各要素は、所定のアクセス技術（Access Technology）、例えば３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）規格に含まれるＬＴＥ／ＳＡＥ（Long Term Evolution / System Architecture Evolution）規格に従って通信を実行する。ユーザ装置ＵＥと各基地局（ＭｅＮＢ，ＳｅＮＢ）との無線通信の方式は任意である。例えば、下りリンクではＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が採用され、上りリンクではＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access）が採用される。マクロ基地局ＭｅＮＢが用いる無線通信の方式と、スモール基地局ＳｅＮＢが用いる無線通信の方式が異なる構成も採用可能である。
【００１６】
１−２．  基地局（セル）と周波数帯との関係
図２に示すように、マクロ基地局ＭｅＮＢは比較的低い周波数帯（例えば、既存の800 MHz帯や2 GHz帯）のキャリアＷ１を用いて無線通信を実行し、スモール基地局ＳｅＮＢは比較的高い周波数帯（例えば、3 GHz帯や10 GHz帯）のキャリアＷ２を用いて無線通信を実行する。周波数ｆが高いほど無線信号の伝搬損失（パスロス）ＰＬが大きいので、スモール基地局ＳｅＮＢが形成するスモールセルＣ２は、マクロ基地局ＭｅＮＢが形成するマクロセルＣ１よりも面積が小さい。伝搬損失ＰＬと周波数ｆとの関係は、以下の式で概算的に示される。
ＰＬ＝２０ｌｏｇ１０（ｆ）
【００１７】
以上の周波数特性に応じてマクロセルＣ１とスモールセルＣ２とが使い分けられると好適である。すなわち、送信電力密度が高く到達範囲が広い低周波数帯のキャリアＷ１が用いられるマクロセルＣ１によって無線通信カバレッジの確保とユーザ装置ＵＥのモビリティサポートが実現され、広帯域の確保が容易で高データレートを実現できる高周波数帯のキャリアＷ２が用いられるスモールセルＣ２によってセル容量の増大とトラフィックオフロードが実現されると好適である。
【００１８】
１−３．  Massive MIMOによるビームフォーミング利得
本実施形態では、高周波数帯のキャリアＷ２が用いられるスモールセルＣ２（スモール基地局ＳｅＮＢ）において、多数のアンテナＡを用いるMassive MIMO伝送方式が適用される。Massive MIMOは3D/Massive MIMOとも称される。前述された高周波数帯のキャリアＷ２における大きな伝搬損失ＰＬは、以下のように、Massive MIMOによって得られるビームフォーミング利得により補償される。
【００１９】
図３に示すように、本実施形態のMassive MIMOにおいては、スモール基地局ＳｅＮＢのアンテナＡが２次元的に配置される。水平方向（Ｘ軸方向）と垂直方向（Ｚ軸方向）とで同数のアンテナＡが配置される場合、配置されるアンテナＡの数は、理論的には、無線通信に使用する周波数ｆを２乗した値に比例して増大する。後述の通り、ある線分上に配置されるアンテナＡの数は周波数ｆに比例して増大するからである。なお、アンテナＡの配置手法は任意である。例えば、水平方向と垂直方向とで異なる数のアンテナＡが配置されてもよいし、アンテナＡが３次元的に配置されてもよい。
【００２０】
図４及び図５を参照して、周波数ｆと、所定区間に配置可能なアンテナ数ＮＴとの関係を詳細に説明する。以下では、アンテナＡが１次元的に（１直線上に）配置されている構成に基づいて説明する。アンテナＡが２次元的に配置される場合、それぞれの軸（水平方向及び垂直方向）について以下の説明が適用されることは、当然に理解される。
【００２１】
図４は、周波数ｆ（ｆ１）が2 GHzである場合のアンテナＡ配置を示す図である。また、図５は、周波数ｆ（ｆ２）が4 GHzである場合のアンテナＡ配置を示す図である。図４及び図５では、所定のアンテナ長Ｌ内に複数のアンテナＡが配置される。アンテナＡ間の最小距離ＭＬは、一般的に、以下の式（１）で示される。
ＭＬ＝λ／２（λはアンテナＡから送信される電波の波長）  ……式（１）
また、波長λは、一般的に、以下の式（２）で示される。
λ＝ｃ／ｆ（ｃは光速度）  ……式（２）
【００２２】
図４の周波数ｆ１と図５の周波数ｆ２とは式（３）の関係にあるから、式（２）より、図４の波長λ１と図５の波長λ２とは式（４）の関係にある。
ｆ２＝２ｆ１  ……式（３）
λ２＝（１／２）λ１  ……式（４）
したがって、周波数ｆ２におけるアンテナＡ間の最小距離ＭＬ２は、周波数ｆ１における最小距離ＭＬ１の半分である（ＭＬ２＝（１／２）ＭＬ１）。すなわち、周波数ｆが２倍になると、所定のアンテナ長Ｌ内に配置可能なアンテナ数ＮＴは２倍になる。図４では、アンテナ長Ｌ内に６個のアンテナＡが配置され、図５では１２個（＝６個×２）のアンテナＡが配置されている。以上の関係性が一般化できることは自明である。すなわち、周波数ｆがｎ倍になると、所定のアンテナ長Ｌ内に配置可能なアンテナ数ＮＴはｎ倍になる。
【００２３】
アンテナ数ＮＴが増加すると、最小ビーム幅Φｍｉｎが減少すると共にビームフォーミング利得Ｇが増大する。アンテナＡが１次元的に配置される場合には、図４及び図５に示す通り、アンテナ数ＮＴがｎ倍になると、最小ビーム幅Φｍｉｎが（１／ｎ）倍になり、ビームフォーミング利得Ｇがｎ倍になる。
【００２４】
図６は、アンテナＡが２次元的に配置される場合における、周波数ｆとアンテナ数ＮＴとビームフォーミング利得Ｇとの関係を概略的に示す。前述のように、アンテナＡが１次元的に配置される場合、周波数ｆがｎ倍になるとアンテナ数ＮＴがｎ倍になることを踏まえると、アンテナＡが２次元的に配置される場合には、周波数ｆがｎ倍になるとアンテナ数ＮＴがｎ２倍になる。図６では、2.5 GHzにおけるアンテナ数ＮＴが基準（１倍）となる。周波数ｆが2.5 GHzから3.5 GHzに変化する（3.5/2.5=1.4倍になる）と、アンテナ数ＮＴは約2倍（1.42=1.96≒2）になる。また、周波数ｆが2.5 GHzから5 GHzに変化する（5/2.5=2倍になる）と、アンテナ数ＮＴは4倍（22=4）になる。同様に、周波数ｆが2.5 GHzから10 GHz（4倍），20 GHz（8倍）に変化すると、アンテナ数ＮＴはそれぞれ16倍（42=16），64倍（82=64）になる。また、アンテナ数ＮＴが増大するに従って、ビームフォーミング利得Ｇも図６に示すように増大する。以上のように、本実施形態のMassive MIMOにおいては、使用される周波数ｆが高い程、大きなビームフォーミング利得Ｇが得られる。
【００２５】
以上のように、本実施形態のMassive MIMO伝送方式においては、多数のアンテナＡを用いることにより、ビームフォーミング利得Ｇが増大する。また、使用される周波数ｆが高い程、大きなビームフォーミング利得Ｇが得られる。結果として、高周波数帯における高い伝搬損失ＰＬがビームフォーミング利得Ｇによって補償される。
【００２６】
１−４．  スモールセルにおける参照信号の送信
スモール基地局ＳｅＮＢから無線信号を送信する場合に、常にビームフォーミングが可能であるとは限らない。ビームフォーミングを実行するためには、ユーザ装置ＵＥからのフィードバックにより得られるチャネル状態情報（Channel State Information，ＣＳＩ）、並びに発射角（Angle Of Departure，ＡＯＤ）及び到来角（Angle Of Arrival，ＡＯＡ）等の情報に基づいて、スモール基地局ＳｅＮＢが有する各アンテナＡについて重み付けを行って無線信号を送信する必要がある。したがって、チャネル状態情報等のユーザ装置ＵＥからのフィードバック情報を使用できない期間においては、スモール基地局ＳｅＮＢがビームフォーミングを実行できない。結果として、以上の期間ではビームフォーミング利得Ｇが得られず、ひいては、スモール基地局ＳｅＮＢのカバレッジが十分に得られない。
【００２７】
図７を参照して、ビームフォーミングの実行可否に基づくスモールセルＣ２のカバレッジの差異を説明する。ビームフォーミングが実行可能である場合、スモール基地局ＳｅＮＢは様々な方向に送信ビームＢｍ（Ｂｍ１，Ｂｍ２，…）を向けることが可能である。結果として、形成し得る複数の送信ビームＢｍによってカバーされる領域を合わせた広カバレッジＣ２ｗを得ることできる。一方で、ビームフォーミングが不可である場合、スモール基地局ＳｅＮＢは、ビームフォーミングせずに（すなわち、ビームフォーミング利得Ｇ無しで）無線信号を送信し得る領域である狭カバレッジＣ２ｎを得ることとなる。
【００２８】
ビームフォーミングを実行している場合、送信ビームＢｍが向けられた方向以外の領域に対しては、スモール基地局ＳｅＮＢからの無線信号が弱められる。すなわち、スモール基地局ＳｅＮＢは、ある時点において、広カバレッジＣ２ｗ内の全ての領域に無線信号を送信できる訳ではない。以上の事象は、複数のユーザ装置ＵＥに共通して受信されるべき無線信号（例えば、受信品質（ＲＳＲＱ）／受信電力（ＲＳＲＰ）を測定するための参照信号）を送信する際に特に問題となる。例えば、送信ビームＢｍの向いていない方向に位置するユーザ装置ＵＥは、たとえ狭カバレッジＣ２ｎ内に位置していたとしても、十分な受信品質で参照信号を受信できない可能性がある。
【００２９】
以上の事象を解消するため、本実施形態のスモール基地局ＳｅＮＢは、図８に示すように、ビームフォーミングを実行しない区間Ｐ１（周波数帯及び時間帯）において、送信周波数帯を限定し参照信号の送信電力をブーストして送信する。一方、区間Ｐ２においては、スモール基地局ＳｅＮＢがビームフォーミングを実行してユーザ固有信号（制御メッセージ及びユーザ固有データ）を送信する。区間Ｐ２では、区間Ｐ１で実行されるようなパワーブーストは実行されない。
【００３０】
以上のように参照信号の送信電力をブーストすることで、参照信号に関してはスモールセルＣ２のカバレッジが広くなる。結果として、ユーザ装置ＵＥが、ビームフォーミング利得Ｇが高く広い帯域幅が得られるスモールセルＣ２に接続される可能性が増大する。
【００３１】
なお、区間Ｐ１において、ビームフォーミングを実行した場合のビームフォーミング利得Ｇと等しい利得が得られるように、参照信号の送信パワーがブーストされると好適である。以上の場合、参照信号のカバレッジが、ビームフォーミングが実行可能な場合の広カバレッジＣ２ｗに等しくなる。一方で、以上のような送信パワーのブーストは常に必須ではない。例えば、参照信号に関しても一般的なビームサーチが行われてよい。
【００３２】
１−５．  Massive MIMOアンテナ制御
図９は、複数のアンテナＡを有するMassive MIMOアンテナ装置ＡＡの模式図である。図９に示されるように、スモール基地局ＳｅＮＢが有するアンテナ装置ＡＡは、水平方向及び垂直方向に１６個ずつ配置された合計２５６個のアンテナＡを有する。アンテナ装置ＡＡに含まれる大量のアンテナＡをそれぞれ独立して制御することには困難が伴う。各アンテナＡを独立して制御するためには、アンテナＡごとに増幅器、Ｄ／Ａ変換器、及びＡ／Ｄ変換器等の素子を設ける必要があるため、回路構成が複雑になると共に処理負荷が増大するからである。一方で、全てのアンテナＡを一括で制御する場合、回路構成及び制御処理は単純になるが、MIMOによるストリーム多重が不可能となる。そこで、本実施形態では、複数のアンテナＡをグループ化して制御することにより、制御の簡素化と複数ビーム（ストリーム）多重とを併せて実現する。
【００３３】
図１０を参照して、本実施形態の制御単位であるアンテナグループパターンＡＰ及びアンテナグループＡＧについて説明する。スモール基地局ＳｅＮＢにおいて複数のアンテナグループパターンＡＰが設定される。各アンテナグループパターンＡＰは、１個以上のアンテナグループＡＧを含む。各アンテナグループＡＧは、２個以上のアンテナＡを含む。各アンテナＡは、１個のアンテナグループパターンＡＰに含まれる１個以上のアンテナグループＡＧのいずれか１個に属する。ｎ番目のアンテナグループパターンＡＰ内のアンテナグループＡＧに含まれるアンテナＡの数は、（ｎ−１）番目のアンテナグループパターンＡＰ中のアンテナグループＡＧに含まれるアンテナＡの数よりも少ないと好適である。
【００３４】
図１０の例では、アンテナグループパターンＡＰ１が１個のアンテナグループＡＧ１を含み、アンテナグループパターンＡＰ２が４個のアンテナグループＡＧ２（ＡＧ２：１，…，ＡＧ２：４）を含み、アンテナグループパターンＡＰ３が１６個のアンテナグループＡＧ３（ＡＧ３：１，…，ＡＧ３：１６）を含む。アンテナグループＡＧ１は全て（２５６個）のアンテナＡを含み、アンテナグループＡＧ２はそれぞれ６４個のアンテナＡを含み、アンテナグループＡＧ３はそれぞれ１６個のアンテナＡを含む。
【００３５】
なお、本実施形態の位相制御において、１個のアンテナグループＡＧ内ではアナログ的に位相制御が行われ、アンテナグループＡＧ間ではディジタル的に位相制御が行われる、ハイブリッド・アナログ／ディジタル・ビームフォーミングが適用されると好適である。
【００３６】
図１１を参照して、本実施形態のMassive MIMOアンテナ制御を概略的に説明する。本実施形態では、送信ビームＢｍがアンテナグループＡＧごとに形成される。送信ビームＢｍの方向性（送信角度）が、アンテナグループパターンＡＰごとに検索され決定される。図１１に示されるように、ビーム方向性検索は段階的に実行される。すなわち、ストリーム多重度が最も低い（含むアンテナグループＡＧが最も少ない）アンテナグループパターンＡＰ１から方向性検索が開始され、ストリーム多重度がより高いアンテナグループパターンＡＰ２，ＡＰ３へと段階的に検索が進められる。また、アンテナグループＡＧの観点から説明すると、最も大きなアンテナグループＡＧ１から方向性検索が開始され、より小さなアンテナグループＡＧ２，ＡＧ３へと段階的に検索が進められる。
【００３７】
ビーム方向性検索とは、あるアンテナグループＡＧについて、より高いスループットを実現可能な（好適には、最も高いスループットを実現可能な）送信ビームの角度Ｄ（φ，θ）を決定することを意味する。φは水平方向（Ｘ軸方向）の送信ビーム角度を示し、θは垂直方向（Ｚ軸方向）の送信ビーム角度を示す。１つのアンテナグループパターンＡＰに含まれる複数のアンテナグループＡＧのビーム方向性については、並列的に検索が行われると好適である。
【００３８】
また、前ステップ（例えば、ＡＰ１）のビーム方向性検索の結果（送信ビーム角度Ｄ）が、次ステップ（例えば、ＡＰ２）においてビーム方向性を検索する際の基準（検索中心）として用いられると好適である。例えば、前ステップで検索された送信ビーム角度Ｄ（φ，θ）が、次ステップでスモール基地局ＳｅＮＢから送信される参照信号のビームフォーミングに使用されると好適である。１つのユーザ装置ＵＥに対して適切な送信ビーム角度Ｄは、ステップが進んでも（すなわち、アンテナグループＡＧのサイズが変わっても）大きく変動しない可能性が高いから、以上の構成によれば、より効率的に送信ビーム角度Ｄの検索を行うことができる。
【００３９】
各アンテナグループパターンＡＰについてビーム方向性検索が実行された後、より高いスループットを実現可能な（好適には、最も高いスループットを実現可能な）アンテナグループパターンＡＰが選択され、スモール基地局ＳｅＮＢが無線信号を送信する動作（プリコーディング等）に用いられる。
【００４０】
以上のように、複数のアンテナグループＡＧを含むアンテナグループパターンＡＰにおいて、アンテナグループＡＧごとに送信ビーム角度Ｄ（φ，θ）、ひいては送信ウェイト
【数１】
0006560229.tif 000002
が決定される。各ストリーム（各アンテナグループＡＧ）の送信信号に対して以上の送信ウェイトが乗算されることにより、ビームフォーミングが実行され送信ビームＢｍが形成される。結果として、ストリーム多重が実現される。なお、最大送信ストリーム数は、アンテナグループパターンＡＰに含まれるアンテナグループＡＧの数に等しい。
【００４１】
アンテナグループパターンＡＰに基づくアンテナグループＡＧの制御は、ユーザ装置ＵＥによって制御されるクローズドループ制御と、基地局ｅＮＢ（マクロ基地局ＭｅＮＢ又はスモール基地局ＳｅＮＢ）によって制御されるオープンループ制御とに大別される（各制御の詳細は後述される）。
【００４２】
図１２を参照して、アンテナグループＡＧごとに決定される送信ウェイト
【数２】
0006560229.tif 000003
の具体的な構成を説明する。アンテナグループＡＧのＸ軸方向に含まれるアンテナＡの数（アンテナ列数）をＮＴＸと称し、アンテナグループＡＧのＺ軸方向に含まれるアンテナＡの数をＮＴＺと称し、アンテナグループＡＧに含まれるアンテナＡの総数をＮＴと称する。ここで、ＮＴ＝ＮＴＸ×ＮＴＺという関係が成立することは自明である。
【００４３】
図１２において、Ｘ軸方向のアンテナ間隔がΔｘで表され、Ｚ軸方向のアンテナ間隔がΔｚで表される。図１２において、Ｙ軸は、Ｘ軸とＺ軸との双方に垂直な直線（ＸＺ平面の法線）である。送信ビーム角度Ｄにおけるφは、送信ビームＢｍのＸＹ平面上の角度である。送信ビーム角度Ｄにおけるθは、送信ビームＢｍのＹＺ平面上の角度である。
【００４４】
送信ウェイト
【数３】
0006560229.tif 000004
は、以下の式で表される。
【数４】
0006560229.tif 000005
ここで、以上の式中の
【数５】
0006560229.tif 000006
は、アンテナグループＡＧ内の第ｎｘ列，第ｎｚ行に位置するアンテナＡにおける位相回転量を示す値であり、具体的には以下の式で表される。
【数６】
0006560229.tif 000007
なお、以上の式において、λは搬送波の波長である。
【００４５】
１−６．  アンテナグループ制御
前述の通り、本実施形態におけるアンテナグループＡＧの制御は、クローズドループ制御とオープンループ制御とに大別される。概略的には、クローズドループ制御では、ユーザ装置ＵＥにおいてビーム方向性検索が実行され、基地局ｅＮＢ（マクロ基地局ＭｅＮＢ又はスモール基地局ＳｅＮＢ）に検索結果（送信ビーム角度Ｄ等）がフィードバックされる。一方、オープンループ制御では、参照信号の受信品質を示すチャネル品質指標（Channel Quality Indicator，ＣＱＩ）がユーザ装置ＵＥからフィードバックされ、基地局ｅＮＢにて送信ビーム角度Ｄが決定される。
【００４６】
１−６−１．  クローズドループ制御
図１３から図１５を参照して、本実施形態のクローズドループ制御を時系列的に説明する。第１ステップＳＣ１、第２ステップＳＣ２、及び第３ステップＳＣ３が順番に実行され、使用すべきアンテナグループパターンＡＰが決定される。各ステップＳＣ（ＳＣ１〜ＳＣ３）は、各アンテナグループパターンＡＰ（ＡＰ１〜ＡＰ３）にそれぞれ対応する。
【００４７】
図１３の第１ステップＳＣ１では、アンテナグループパターンＡＰ１が含むアンテナグループＡＧ１について第１送信ビーム角度Ｄ１（φ１，θ１）が決定される。図１４は、第１ステップＳＣ１の詳細を示す。
【００４８】
第１ステップＳＣ１が開始する時点において、スモール基地局ＳｅＮＢはユーザ装置ＵＥの位置（使用すべき送信ビーム角度Ｄ）を認識していない。そこで、スモール基地局ＳｅＮＢは、第１ステップＳＣ１において、送信ビーム角度Ｄがそれぞれ異なる複数の候補送信ビームＣＢｍを時系列的に切り替えながら用いて、ユーザ装置ＵＥによるビームサーチのための参照信号を送信する。以上の参照信号として、例えば、図１３に示されるようなアンテナグループパターンＡＰ１専用の無線リソース（時間−周波数リソース）を用いて送信される、アンテナグループパターンＡＰ１に固有のディスカバリ信号が採用される。
【００４９】
スモール基地局ＳｅＮＢは、アンテナグループパターンＡＰ１に含まれるアンテナグループＡＧ１を用いて、候補送信ビームＣＢｍを形成して参照信号を送信する（S100）。ユーザ装置ＵＥは、候補送信ビームＣＢｍに含まれる参照信号を受信し、受信した参照信号のＣＱＩをスモール基地局ＳｅＮＢにフィードバックする（S102）。前述のように、スモール基地局ＳｅＮＢは複数の候補送信ビームＣＢｍを切り替えながら送信しているので、ユーザ装置ＵＥからフィードバックされるＣＱＩは、各送信ビーム角度Ｄにおける受信品質を示す。以上のステップS100及びS102は、候補送信ビームＣＢｍの数ＮＢ（候補となる送信ビーム角度Ｄの数）だけ繰り返される。スモール基地局ＳｅＮＢは、ユーザ装置ＵＥからフィードバックされた複数のＣＱＩのうち、最大のＣＱＩに相当する送信ビームＢｍの送信ビーム角度Ｄ（φ，θ）を、第１ステップＳＣ１の結果である第１送信ビーム角度Ｄ１（φ１，θ１）として決定する（S104）。
【００５０】
ユーザ装置ＵＥからのフィードバックは、スモール基地局ＳｅＮＢに直接的に送信されずに、マクロ基地局ＭｅＮＢに送信されてもよい。その場合、マクロ基地局ＭｅＮＢは、フィードバックされた情報をスモール基地局ＳｅＮＢに通知する。第２ステップＳＣ２以降においても同様である。
【００５１】
なお、以上の第１ステップＳＣ１のビームサーチにおいて、検索すべき送信ビームの幅を段階的に狭めていく階層型ビームサーチ（Hierarchical Beam Search）が用いられてもよいし、マクロ基地局ＭｅＮＢから提供される補助情報を利用するマクロ補助ビームサーチ（Macro-assisted Beam Search）が用いられてもよい。
【００５２】
図１５は、第２ステップＳＣ２の詳細を示す。第２ステップＳＣ２では、アンテナグループパターンＡＰ２が含むアンテナグループＡＧ２（２：１，２：２，…）の各々について、第２送信ビーム角度Ｄ２（φ２：１，θ２：１；φ２：２，θ２：２；…）が決定される。より詳細には以下の通りである。
【００５３】
スモール基地局ＳｅＮＢは、前ステップで決定された第１送信ビーム角度Ｄ１に基づいてビームフォーミングを行い、アンテナグループＡＧ２ごとに、互いに異なる系列の参照信号を送信する（S200）。ユーザ装置ＵＥは、各アンテナグループＡＧ２について参照信号のビーム方向性検索を行う（S202）。すなわち、ユーザ装置ＵＥは、各アンテナグループＡＧ２から送信された参照信号に基づいて、伝搬路の状態を示すチャネル情報（チャネル行列）
【数７】
0006560229.tif 000008
を推定する。そして、アンテナグループＡＧ２ごとに、推定されたチャネル情報
【数８】
0006560229.tif 000009
に対して、候補送信ビーム角度Ｄ（φ，θ）がそれぞれ異なる複数の候補送信ウェイト
【数９】
0006560229.tif 000010
を乗算して複数の
【数１０】
0006560229.tif 000011
を算定する。そして、算定された
【数１１】
0006560229.tif 000012
に基づき、見込みスループットが極大となる送信ビーム角度Ｄ（φ，θ）を、そのアンテナグループＡＧ２に関する第２ステップＳＣ２の結果である第２送信ビーム角度Ｄ２として決定する。ユーザ装置ＵＥは、複数のアンテナグループＡＧ２について以上のビーム方向性検索を並列的に実行すると好適である。
【００５４】
なお、ステップＳＣ１と同様、アンテナグループパターンＡＰ２に固有のディスカバリ信号が参照信号として採用されると好適である。アンテナグループパターンＡＰ２は複数のアンテナグループＡＧ２を含むから、ステップＳＣ２のディスカバリ信号は、複数のアンテナグループＡＧ２に対応する複数の信号系列のセットである。
【００５５】
ユーザ装置ＵＥは、各アンテナグループＡＧ２について、そのアンテナグループＡＧ２を識別するグループインデックスと、そのアンテナグループＡＧ２の第２送信ビーム角度Ｄ２と、そのアンテナグループＡＧ２からの参照信号のＣＱＩとを、スモール基地局ＳｅＮＢにフィードバックする（S204）。
【００５６】
以下、第２ステップＳＣ２と同様に、第ｎステップＳＣｎにおいては、アンテナグループパターンＡＰｎが含むアンテナグループＡＧｎ（ｎ：１，ｎ：２，…）の各々について、第（ｎ−１）ステップで決定された第（ｎ−１）送信ビーム角度Ｄ（ｎ−１）に基づいて、第ｎ送信ビーム角度Ｄｎ（φｎ：１，θｎ：１；φｎ：２，θｎ：２；…）が決定され、各アンテナグループＡＧｎのＣＱＩと共にスモール基地局ＳｅＮＢにフィードバックされる。
【００５７】
全てのアンテナグループパターンＡＰについて以上のビーム方向性検索が完了した後、ユーザ装置ＵＥは、見込みスループットが最も大きくなる使用アンテナグループパターンＵＡＰと、そのアンテナグループパターンＡＰに含まれる各アンテナグループＡＧ（使用アンテナグループＵＡＧ）の送信ビーム角度Ｄとを、スモール基地局ＳｅＮＢにフィードバックする。
【００５８】
その後、スモール基地局ＳｅＮＢは、フィードバックされた使用アンテナグループパターンＵＡＰ及び送信ビーム角度Ｄ（すなわち、参照信号の受信結果）を用いて、ユーザ固有信号（ＤＭＲＳ，ユーザ固有データ等）の送信を行う。すなわち、フィードバックされた使用アンテナグループパターンＵＡＰに含まれるアンテナグループＡＧの各々において、フィードバックされた送信ビーム角度Ｄを用いてプリコーディングを行い、ユーザ固有信号の送信を行う。
【００５９】
なお、以上の制御動作における「見込みスループット」は、理論的、統計的、又は実験的に算定される推定スループットである。「見込みスループット」は、ユーザ装置ＵＥのユーザスループットであってもよいし、システムスループットであってもよい。
【００６０】
スモール基地局ＳｅＮＢは、ユーザ固有信号の送信において、使用アンテナグループパターンＵＡＰに含まれる全てのアンテナグループＡＧを使用しなくてもよい。複数のアンテナグループＡＧのうち、フィードバックされたＣＱＩが所定の閾値を下回るアンテナグループＡＧを、使用アンテナグループパターンＵＡＰから除いて送信を実行すると好適である。図１６は、黒色で示されるＣＱＩが所定の閾値を下回るアンテナグループＡＧ（ＡＧ３：１，ＡＧ３：４，…）においては送信ビームＢｍが形成されず、無線信号が送信されないことが示されている。以上のアンテナグループＡＧの使用要否は、ユーザ装置ＵＥにて判定されてもよいし、基地局ｅＮＢにて判定されてもよい。
【００６１】
以上の各ステップＳＣにおいて、ユーザ装置ＵＥがさらに位相差情報ωを決定してスモール基地局ＳｅＮＢにフィードバックしてもよい。位相差情報ωは、ユーザ装置ＵＥが各ステップＳＣにおいて決定した第ｎ送信ビーム角度Ｄｎを更に最適化するための情報であり、第ｎ送信ビーム角度Ｄｎからのずれ（偏角ｄ（φ，θ））を示す。ユーザ装置ＵＥは、各アンテナグループＡＧについて、見込みスループットが極大となる第ｎ送信ビーム角度Ｄｎを決定した後に、その見込みスループットをさらに増大させる第ｎ送信ビーム角度Ｄｎの偏角ｄ（φ，θ）を検索し、最大の見込みスループットを実現する偏角ｄ（φ，θ）を決定する。以上の位相差情報ωの算定は、第ｎ送信ビーム角度Ｄｎの検索（決定）とは別に実行されるので、ディスジョイントサーチ（Disjoint Search）と称される。
【００６２】
ここで、第ｎ送信ビーム角度Ｄｎを検索する際に用いられる複数の候補送信ビーム角度Ｄにおける単位角度（ビーム角度間の最小値）よりも、位相差情報ωを決定する際に用いられる複数の偏角ｄにおける単位角度が小さいと好適である。より微細な送信ビーム角度Ｄの調整が可能となるからである。
【００６３】
なお、以上の位相差情報ωの算定は、第ｎ送信ビーム角度Ｄｎの検索と同時に実行されてもよい。以上の同時検索動作はジョイントサーチ（Joint Search）と称される。ジョイントサーチは、ディスジョイントサーチと比較してスループットをより高めることが可能である。ただし、ジョイントサーチの方が演算負荷が大きいので、処理量を抑制する観点からはディスジョイントサーチが好適である。
【００６４】
１−６−２．  オープンループによるアンテナ制御
図１７および図１８を参照して、本実施形態のオープンループ制御を時系列的に説明する。第１ステップＳＯ１、第２ステップＳＯ２、及び第３ステップＳＯ３が順番に実行され、使用すべきアンテナグループパターンＡＰが決定される。各ステップＳＯ（ＳＯ１〜ＳＯ３）は、各アンテナグループパターンＡＰ（ＡＰ１〜ＡＰ３）にそれぞれ対応する。
【００６５】
図１７の第１ステップＳＯ１では、クローズドループ制御の第１ステップＳＣ１（図１４，S100〜S104）と同様にして、スモール基地局ＳｅＮＢが、ユーザ装置ＵＥからのＣＱＩフィードバックに基づいて、アンテナグループパターンＡＰ１が含むアンテナグループＡＧ１について、第１送信ビーム角度Ｄ１（φ１，θ１）を決定する。
【００６６】
図１８は、第２ステップＳＯ２の詳細を示す。スモール基地局ＳｅＮＢは、各アンテナグループＡＧ２について、クローズドループ制御の第１ステップＳＣ１と同様に、送信ビーム角度Ｄがそれぞれ異なる複数の候補送信ビームＣＢｍを時系列的に切り替えながら用いて、ビームサーチのための参照信号を送信する。なお、前述のクローズドループ制御と同様に、各ステップＳＯにおいて、各アンテナグループパターンＡＰに固有のディスカバリ信号が参照信号として採用されると好適である。
【００６７】
スモール基地局ＳｅＮＢは、アンテナグループパターンＡＰ２に含まれる各アンテナグループＡＧ２について、候補送信ビームＣＢｍを形成し、互いに異なる系列の参照信号を送信する（S210）。ユーザ装置ＵＥは、アンテナグループＡＧ２からの候補送信ビームＣＢｍに含まれる参照信号を受信し、受信した参照信号のＣＱＩをスモール基地局ＳｅＮＢにフィードバックする（S212）。各アンテナグループＡＧ２は複数の候補送信ビームＣＢｍを切り替えながら送信しているので、ユーザ装置ＵＥからフィードバックされるＣＱＩは、各送信ビーム角度Ｄにおける受信品質を示す。以上のステップS210及びS212は、各アンテナグループＡＧ２における候補送信ビームＣＢｍの数ＮＢ（候補となる送信ビーム角度Ｄの数）だけ繰り返される。スモール基地局ＳｅＮＢは、各アンテナグループＡＧ２について、ユーザ装置ＵＥからフィードバックされた複数のＣＱＩのうち、最大のＣＱＩに相当する送信ビームＢｍの送信ビーム角度Ｄ（φ，θ）を、第２ステップＳＯ１の結果である第２送信ビーム角度Ｄ２の１つとして決定する（S214）。なお、アンテナグループＡＧ間で互いに直行する送信ビームＢｍが選択されると好適である。
【００６８】
以下、第２ステップＳＯ２と同様に、第ｎステップＳＯｎにおいては、アンテナグループパターンＡＰｎが含むアンテナグループＡＧｎ（ｎ：１，ｎ：２，…）の各々から送信された参照信号のＣＱＩを、ユーザ装置ＵＥがスモール基地局ＳｅＮＢにフィードバックする。以上のＣＱＩフィードバックは各アンテナグループＡＧｎにおける候補送信ビームＣＢｍの数ＮＢ（候補となる送信ビーム角度Ｄの数）だけ繰り返される。
【００６９】
なお、ユーザ装置ＵＥは、前ステップ（第（ｎ−１）ステップ）にて決定された送信ビーム角度Ｄ（ｎ−１）を、第ｎステップのビームサーチ中心として用いてもよい。以上の送信ビーム角度Ｄ（ｎ−１）は、スモール基地局ＳｅＮＢからユーザ装置ＵＥへ送信されると好適である。
【００７０】
全てのアンテナグループパターンＡＰについて以上のビーム方向性検索が完了した後、スモール基地局ＳｅＮＢは、見込みスループットが最も大きくなる使用アンテナグループパターンＵＡＰと、使用アンテナグループパターンＵＡＰに含まれる各アンテナグループＡＧ（使用アンテナグループＵＡＧ）の送信ビーム角度Ｄとを選択し、ユーザ固有信号（ＤＭＲＳ，ユーザ固有データ等）の送信を行う。
【００７１】
なお、以上のオープンループ制御において、前述のクローズドループ制御と同様に、フィードバックされたＣＱＩに基づくアンテナグループＡＧの使用要否判定が実行されてもよい。
【００７２】
クローズドループ制御とは異なり、オープンループ制御においては、ユーザ装置ＵＥによる位相差情報ωの決定及びフィードバックは実行されない。オープンループ制御において、ユーザ装置ＵＥは単にＣＱＩをフィードバックするだけだからである。
【００７３】
１−６−３．  再サーチ
クローズドループ制御とオープンループ制御とのいずれにおいても、所定の条件が充足されると再サーチ（ＳＣ１〜ＳＣ３又はＳＯ１〜ＳＯ３）が実行される。例えば、ユーザ固有信号の送信中に、ユーザ装置ＵＥにおけるスループットが所定の閾値を下回ったら、再サーチが実行される。その他、任意の条件で再サーチをトリガすることが可能である。
【００７４】
１−７．  各要素の構成
１−７−１．  マクロ基地局の構成
図１９は、本実施形態に係るマクロ基地局ＭｅＮＢの構成ブロック図である。マクロ基地局ＭｅＮＢは、無線通信部１１０とネットワーク通信部１２０と記憶部１３０と制御部１４０とを備える。無線通信部１１０は、ユーザ装置ＵＥと無線通信を実行するための要素であり、送受信アンテナと受信回路と送信回路とを含む。ネットワーク通信部１２０は、スモール基地局ＳｅＮＢをはじめとするネットワーク内の他のノードと通信を実行するための要素であり、他のノードと信号を送受信する。記憶部１３０は、通信制御に関する情報および後述のコンピュータプログラムを記憶する。
【００７５】
制御部１４０は、送受信制御部１４２と補助情報通知部１４４とを備える。送受信制御部１４２は、ユーザ装置ＵＥ及びスモール基地局ＳｅＮＢが実行する通信を統合的に制御する。また、送受信制御部１４２は、ユーザ装置ＵＥからのフィードバックをスモール基地局ＳｅＮＢへ通知する。補助情報通知部１４４は、マクロ補助ビームサーチに必要な補助情報を、必要に応じてユーザ装置ＵＥ及びスモール基地局ＳｅＮＢに提供する。制御部１４０及び制御部１４０内の各要素は、マクロ基地局ＭｅＮＢ内のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、記憶部１３０に記憶された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り実現される機能ブロックである。
【００７６】
１−７−２．  スモール基地局の構成
図２０は、本実施形態に係るスモール基地局ＳｅＮＢの構成ブロック図である。スモール基地局ＳｅＮＢは、無線通信部２１０とネットワーク通信部２２０と記憶部２３０と制御部２４０とを備える。無線通信部２１０は、ユーザ装置ＵＥと無線通信を実行するための要素であり、複数のアンテナＡを有するアンテナ装置ＡＡと受信回路と送信回路とを含む。ネットワーク通信部２２０は、マクロ基地局ＭｅＮＢをはじめとするネットワーク内の他のノードと通信を実行するための要素であり、他のノードと信号を送受信する。記憶部２３０は、通信制御に関する情報および後述のコンピュータプログラムを記憶する。
【００７７】
制御部２４０は、参照信号送信部２４２とアンテナ制御部２４４と固有信号送信部２４６とを備える。参照信号送信部２４２は、アンテナグループＡＧごとに異なる系列の参照信号（例えば、ディスカバリ信号）を生成して、各アンテナグループＡＧを介して参照信号を送信する。アンテナ制御部２４４は、クローズドループ制御においてはユーザ装置ＵＥからのビーム方向性検索の結果フィードバックに基づいてアンテナ装置ＡＡを制御し、オープンループ制御においてはユーザ装置ＵＥからの参照信号ＣＱＩフィードバックに基づいて送信ビーム角度Ｄを決定し、アンテナ装置ＡＡを制御する。固有信号送信部２４６は、決定された使用アンテナグループパターンＵＡＰ及び送信ビーム角度Ｄに基づいて、ユーザ固有信号の送信を行う。制御部２４０及び制御部２４０内の各要素は、スモール基地局ＳｅＮＢ内のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、記憶部２３０に記憶された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り実現される機能ブロックである。
【００７８】
１−７−３．  ユーザ装置の構成
図２１は、本実施形態に係るユーザ装置ＵＥの構成ブロック図である。ユーザ装置ＵＥは、無線通信部３１０と記憶部３２０と制御部３３０とを備える。音声・映像等を出力する出力装置及びユーザからの指示を受け付ける入力装置等の図示は便宜的に省略されている。無線通信部３１０は、マクロ基地局ＭｅＮＢおよびスモール基地局ＳｅＮＢと無線通信を実行するための要素であり、送受信アンテナと、無線信号（電波）を受信して電気信号に変換する受信回路と、制御信号、ユーザ信号等の電気信号を無線信号（電波）に変換して送信する送信回路とを含む。記憶部３２０は、通信制御に関する情報および後述のコンピュータプログラムを記憶する。
【００７９】
制御部３３０は、参照信号受信部３３２とフィードバック制御部３３４とを備える。参照信号受信部３３２は、マクロ基地局ＭｅＮＢ及びスモール基地局ＳｅＮＢから送信される参照信号を受信する。フィードバック制御部３３４は、参照信号の受信結果等をマクロ基地局ＭｅＮＢまたはスモール基地局ＳｅＮＢにフィードバックする。フィードバック制御部３３４は、クローズドループ制御においては前述のビーム方向性検索等の処理を実行してその結果をフィードバックし、オープンループ制御においては参照信号のＣＱＩを算定してその結果をフィードバックする。制御部３３０及び制御部３３０内の各要素は、ユーザ装置ＵＥ内のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、記憶部３２０に記憶された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り実現される機能ブロックである。
【００８０】
１−８．  本実施形態の効果
以上の本実施形態の構成によれば、ユーザ装置ＵＥからのアンテナグループＡＧごとのチャネル情報フィードバックに基づいて、アンテナグループパターンＡＰ（使用アンテナグループパターンＵＡＰ）が決定されると共に、使用アンテナグループパターンＵＡＰに含まれるアンテナグループＡＧ（使用アンテナグループＵＡＧ）の送信ビーム角度Ｄが決定され、スモール基地局ＳｅＮＢにおける無線信号の送信に用いられる。したがって、本実施形態のMassive MIMO伝送では、フィードバックされる情報量が抑制されつつ、複数のアンテナＡがアンテナグループＡＧ単位で適切に制御され複数ビーム多重が実現される。より具体的には、以上の構成によれば、アンテナグループＡＧごとの制御処理により複数の送信ビームＢｍが形成されるので、処理負荷の抑制とストリーム多重によるスループットの向上とが併せて実現される。
【００８１】
２．  変形例
以上の実施形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以上の実施の形態および以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合され得る。
【００８２】
２（１）．  変形例１
以上の実施形態では、無線通信システムＣＳがマクロ基地局ＭｅＮＢとスモール基地局ＳｅＮＢとを備える。しかしながら、無線通信システムＣＳがスモール基地局ＳｅＮＢのみを備える構成も採用可能である。
【００８３】
２（２）．  変形例２
以上の実施形態のアンテナグループＡＧの各々は、水平方向と垂直方向とに同数のアンテナＡを含む。しかし、１以上のアンテナグループＡＧが水平方向と垂直方向とで異なる数のアンテナＡを含む構成も採用可能である。また、以上の実施形態のアンテナグループパターンＡＰの各々は、水平方向と垂直方向とに同数のアンテナグループＡＧを含む。しかし、１以上のアンテナグループパターンＡＰが水平方向と垂直方向とで異なる数のアンテナグループＡＧを含む構成も採用可能である。
【００８４】
２（３）．  変形例３
以上の実施形態では、スモール基地局ＳｅＮＢにおいて３個のアンテナグループパターンＡＰが設定されたが、２個のアンテナグループパターンＡＰ又は４個以上のアンテナグループパターンＡＰが設定されてもよい。例えば、アンテナＡの数が１０２４本の場合、１０２４本のアンテナＡを備える第１アンテナグループＡＧ１を含むアンテナグループパターンＡＰ１と、２５６本のアンテナＡを各々が備える第２アンテナグループＡＧ２を含むアンテナグループパターンＡＰ２と、６４本のアンテナＡを各々が備える第３アンテナグループＡＧ３を含むアンテナグループパターンＡＰ３と、１６本のアンテナＡを各々が備える第４アンテナグループＡＧを含むアンテナグループパターンＡＰ４とが設定されてもよい。
【００８５】
２（４）．  変形例４
以上の実施形態では、複数のアンテナグループパターンＡＰに対応する参照信号が時系列的に送信される（例えば、図１３及び図１６）。しかしながら、図２２に示すように、複数のアンテナグループパターンＡＰに対応する参照信号が異なる周波数帯を用いて並列的に送信されてもよい。ただし、以上の構成では、参照信号の送信帯域がより広がり、前ステップのビーム方向性検索の結果を用いることができないため、参照信号の伝送距離（カバレッジ）が小さくなる。したがって、伝送距離（カバレッジ）の観点からは、実施形態の構成が採用されるとより好適である。
【００８６】
２（５）．  変形例５
以上の実施形態では、スモール基地局ＳｅＮＢがアンテナ制御部２４４を備える。しかしながら、以上のアンテナ制御部は無線通信システムＣＳの任意の箇所に配置され得る。例えば、マクロ基地局ＭｅＮＢが以上のアンテナ制御部を備えてもよいし、他のノードが以上のアンテナ制御部を備えてもよい。
【００８７】
２（６）．  変形例６
ユーザ装置ＵＥは、ネットワーク内の基地局（マクロ基地局ＭｅＮＢ、スモール基地局ＳｅＮＢ）と無線通信が可能な任意の装置である。ユーザ装置ＵＥは、例えば、フィーチャーフォンまたはスマートフォン等の携帯電話端末でもよく、タブレット端末でもよく、デスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ノート型パーソナルコンピュータでもよく、ＵＭＰＣ（Ultra-Mobile Personal Computer）でもよく、携帯用ゲーム機でもよく、その他の無線端末でもよい。
【００８８】
２（７）．  変形例７
無線通信システムＣＳ内の各要素（ユーザ装置ＵＥ、スモール基地局ＳｅＮＢ、マクロ基地局ＭｅＮＢ）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。
【符号の説明】
【００８９】
ＭｅＮＢ……マクロ基地局、１１０……無線通信部、１２０……ネットワーク通信部、１３０……記憶部、１４０……制御部、１４２……送受信制御部、１４４……補助情報通知部、ＳｅＮＢ……スモール基地局、２１０……無線通信部、２２０……ネットワーク通信部、２３０……記憶部、２４０……制御部、２４２……参照信号送信部、２４４……アンテナ制御部、２４６……固有信号送信部、ＵＥ……ユーザ装置、３１０……無線通信部、３２０……記憶部、３３０……制御部、３３２……参照信号受信部、３３４……フィードバック制御部、Ａ……アンテナ、ＡＡ……アンテナ装置、ＡＧ……アンテナグループ、ＡＰ……アンテナグループパターン、Ｂｍ……送信ビーム、Ｃ１……マクロセル、Ｃ２……スモールセル、ＣＳ……無線通信システム、Ｄ……送信ビーム角度、ｅＮＢ……基地局、ｆ……周波数、Ｇ……ビームフォーミング利得、ＰＬ……伝搬損失、Ｗ……キャリア、λ……波長、ω……位相差情報。
【図１】
0006560229.tif 000013
【図２】
0006560229.tif 000014
【図３】
0006560229.tif 000015
【図４】
0006560229.tif 000016
【図５】
0006560229.tif 000017
【図６】
0006560229.tif 000018
【図７】
0006560229.tif 000019
【図８】
0006560229.tif 000020
【図９】
0006560229.tif 000021
【図１０】
0006560229.tif 000022
【図１１】
0006560229.tif 000023
【図１２】
0006560229.tif 000024
【図１３】
0006560229.tif 000025
【図１４】
0006560229.tif 000026
【図１５】
0006560229.tif 000027
【図１６】
0006560229.tif 000028
【図１７】
0006560229.tif 000029
【図１８】
0006560229.tif 000030
【図１９】
0006560229.tif 000031
【図２０】
0006560229.tif 000032
【図２１】
0006560229.tif 000033
【図２２】
0006560229.tif 000034