(57)【要約】【課題】移動局によるビームフォーミングを実現する通信システム、基地局、移動局及び通信制御方法を提供する。【解決手段】本発明に係る通信システム100は、ＴＤＤ方式を採用する通信システム100において、通信システム100は、基地局101と、アダプティブアレイ方式を用いて基地局101と無線通信を行う移動局103とを備え、基地局101は、移動局103が自局101との上り通信で使用する使用上り無線リソースを移動局103に割り当て、且つ使用上り無線リソースと周波数帯域の少なくとも一部を共通にする無線リソースを、自局101が参照信号の送信に使用する参照信号用下り無線リソースとして移動局103に割り当て、移動局103は、基地局101から参照信号を受信すると、使用上り無線リソースで無線信号を送信するときに、受信された参照信号を用いてビームフォーミングを行う通信システムである。【選択図】図１
2013176008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式を採用する通信システムにおいて、当該通信システムは、基地局と、アダプティブアレイ方式を用いて前記基地局と無線通信を行う移動局とを備え、
前記基地局は、
前記移動局が自局との上り通信で使用する使用上り無線リソースを前記移動局に割り当て、且つ
前記使用上り無線リソースと周波数帯域の少なくとも一部を共通にする無線リソースを、自局が参照信号の送信に使用する参照信号用下り無線リソースとして前記移動局に割り当て、
前記移動局は、
前記基地局から前記参照信号を受信すると、前記使用上り無線リソースで無線信号を送信するときに、受信された前記参照信号を用いてビームフォーミングを行う
通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載に通信システムにおいて、前記基地局は、前記移動局に割り当てる使用上り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを周期的に変更することを特徴とする通信システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の通信システムに用いられる基地局であって、
前記移動局が自局との上り通信で使用する使用上り無線リソースを前記移動局に割り当て、且つ、前記使用上り無線リソースと周波数帯域の少なくとも一部を共通にする無線リソースを、自局が参照信号の送信に使用する参照信号用下り無線リソースとして前記移動局に割り当てる基地局制御部
を備える基地局。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の通信システムに用いられる移動局であって、
複数アンテナを介して前記参照信号を受信する移動局通信部と、
前記使用上り無線リソースで無線信号を送信するときに、前記移動局通信部により受信された前記参照信号を用いてビームフォーミングを行う移動局制御部と
を備える移動局。
【請求項５】
ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式を採用し、基地局と、アダプティブアレイ方式を用いて前記基地局と無線通信を行う移動局とを備える通信システムにおける通信制御方法であって、
前記基地局が、前記移動局が自局との上り通信で使用する使用上り無線リソースを前記移動局に割り当てるステップと、
前記基地局が、前記使用上り無線リソースと周波数帯域の少なくとも一部を共通にする無線リソースを、自局が参照信号の送信に使用する参照信号用下り無線リソースとして前記移動局に割り当てるステップと、
前記移動局が、前記基地局から前記参照信号を受信すると、前記使用上り無線リソースで無線信号を送信するときに、受信された前記参照信号を用いてビームフォーミングを行うステップと
を含む通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム、基地局、移動局及び通信制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信性能の向上を実現する次世代通信システムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムやＸＧＰ（eXtended Global Platform）システムなどが注目されている。
【０００３】
従来、ＬＴＥシステムにおいて通信サービスの向上を図る種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の基地局では、スケジューラ、回線終端、チャネル符号化・復号化が同一デバイスによって時分割で処理される。これにより、種々のデータレート及びセクタ構成において処理負荷が均一化され、デバイスの処理能力が最大限に活用される。よって、部品点数削減及び運用の高柔軟性が達成される。
【０００４】
また、ＴＤＤ（Time Divisional Duplex：時分割複信）を採用するＸＧＰシステムにおいては、通信品質を向上させるために、複数アンテナを含むアダプティブアレイアンテナを実装する基地局が知られている（例えば、特許文献２参照）。アダプティブアレイアンテナによるＡＡＳ（Adaptive Antenna System：アダプティブアレイ方式）機能により、強い干渉が予想される無線チャネルでの通信が可能になる。
【０００５】
ＡＡＳ機能とは、アンテナウェイトを算出し、算出したアンテナウェイトを利用してビームフォーミングやヌルステアリングを行うことである。ビームフォーミングは、基地局の電波を送信先に集中させる、つまりビームを向ける機能である。また、ヌルステアリングは、干渉局が存在する方向に電波が飛ばないように、且つその方向からの電波を受信しないように干渉局方向に指向性の谷間（ヌル）を向ける機能である。つまり、基地局は、ある干渉局にヌルを向け、通信希望移動局にビームを向けることにより、当該干渉局が使用する無線チャネルを通信希望移動局に割り当てて、通信希望移動局と通信を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−９９０７９号公報
【特許文献２】特開２００７−３１８６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＸＧＰシステムのみならず、ＬＴＥシステムにもＴＤＤ方式を採用すること（ＴＤ−ＬＴＥシステム）が提案されているため、当該システムにおいてもＡＡＳ機能を利用することが想定される。この場合、基地局が、移動局からＳＲＳ（Sounding Reference Signal：音声基準信号）を受信することにより、ビームフォーミングやヌルステアリングを実現する。
【０００８】
しかし、移動局がＡＡＳ機能を利用することは想定されていないため、基地局が、ＳＲＳに相当する信号を移動局に送信することはない。そのため、ＴＤ−ＬＴＥシステムにおける移動局がＡＡＳ機能の一つであるビームフォーミングを行うことはできない。
【０００９】
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、移動局によるビームフォーミングを実現する通信システム、基地局、移動局及び通信制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した諸課題を解決すべく、第１の観点に係る通信システムの発明は、
ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式を採用する通信システムにおいて、当該通信システムは、基地局と、アダプティブアレイ方式を用いて前記基地局と無線通信を行う移動局とを備え、
前記基地局は、
前記移動局が自局との上り通信で使用する使用上り無線リソースを前記移動局に割り当て、且つ
前記使用上り無線リソースと周波数帯域の少なくとも一部を共通にする無線リソースを、自局が参照信号の送信に使用する参照信号用下り無線リソースとして前記移動局に割り当て、
前記移動局は、
前記基地局から前記参照信号を受信すると、前記使用上り無線リソースで無線信号を送信するときに、受信された前記参照信号を用いてビームフォーミングを行う
通信システムである。
【００１１】
また、第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る通信システムにおいて、前記基地局は、前記移動局に割り当てる使用上り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを周期的に変更することを特徴とするものである。
【００１２】
また、第３の観点に係る発明は、第１又は第２の観点に係る通信システムに用いられる基地局であって、
前記移動局が自局との上り通信で使用する使用上り無線リソースを前記移動局に割り当て、且つ、前記使用上り無線リソースと周波数帯域の少なくとも一部を共通にする無線リソースを、自局が参照信号の送信に使用する参照信号用下り無線リソースとして前記移動局に割り当てる基地局制御部
を備える基地局である。
【００１３】
また、第４の観点に係る発明は、第１又は第２の観点に係る通信システムに用いられる移動局であって、
複数アンテナを介して前記参照信号を受信する移動局通信部と、
前記使用上り無線リソースで無線信号を送信するときに、前記移動局通信部により受信された前記参照信号を用いてビームフォーミングを行う移動局制御部と
を備える移動局である。
【００１４】
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【００１５】
例えば、本発明を方法として実現させた第５の観点に係る通信制御方法は、
ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式を採用し、基地局と、アダプティブアレイ方式を用いて前記基地局と無線通信を行う移動局とを備える通信システムにおける通信制御方法であって、
前記基地局が、前記移動局が自局との上り通信で使用する使用上り無線リソースを前記移動局に割り当てるステップと、
前記基地局が、前記使用上り無線リソースと周波数帯域の少なくとも一部を共通にする無線リソースを、自局が参照信号の送信に使用する参照信号用下り無線リソースとして前記移動局に割り当てるステップと、
前記移動局が、前記基地局から前記参照信号を受信すると、前記使用上り無線リソースで無線信号を送信するときに、受信された前記参照信号を用いてビームフォーミングを行うステップと
を含む通信制御方法である。
【発明の効果】
【００１６】
上記のように構成された本発明に係る通信システム、基地局、移動局及び通信制御方法によれば、移動局はビームフォーミングを実行することができ、移動局は、通信品質の良い信号を基地局に届けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な通信システム構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る移動局の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成の種類を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成の詳細を示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る基地局の処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の一実施形態に係る移動局の処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の一実施形態に係る参照信号用下り無線リソース及び使用上り無線リソースの周波数帯域の関係を示す説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に係る参照信号用下り無線リソースのホッピングを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な通信システム構成図である。通信システム１００は、基地局１０１と、移動局１０３とから構成されている。通信システム１００は、ＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）方式が採用されているシステムであり、例えばＬＴＥシステムやＸＧＰシステムである。移動局１０３は、例えば、携帯電話端末やＸＧＰ端末である。移動局１０３は、複数アンテナ（アレイアンテナ）を有し、アダプティブアレイ方式（ＡＡＳ）を用いて基地局１０１と無線通信することが可能である。本実施形態では、移動局１０３は、アダプティブアレイ方式によるビームフォーミングを実行することができる。以下、本実施形態では、通信システム１００は、ＴＤ−ＬＴＥシステムであるとする。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態に係る基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。本実施形態の基地局１０１は、基地局通信部１１１と、基地局ベースバンド部１１３と、基地局制御部１１５とを備えている。基地局通信部１１１及び基地局ベースバンド部１１３は、基地局制御部１１５に接続されている。
【００２１】
基地局通信部１１１は、アンテナを介して移動局１０３と無線信号（データ）を送受信するものである。基地局通信部１１１は、受信した無線信号（受信信号）に対して低雑音での増幅及びダウンコンバート等を行い、当該信号を基地局ベースバンド部１１３に送る。また、基地局通信部１１１は、基地局ベースバンド部１１３からの信号に対しアップコンバート及び増幅等を行い、無線信号を生成する。そして、基地局通信部１１１は、アンテナを介して当該無線信号を移動局１０３に送信する。
【００２２】
基地局ベースバンド部１１３は、基地局通信部１１１からの受信信号に対してＡＤ変換や高速フーリエ変換などを行うことにより、受信信号を復調し、ベースバンド信号を取り出す。そして、基地局ベースバンド部１１３は、ベースバンド信号を基地局制御部１１５に送る。また、基地局ベースバンド部１１３は、基地局制御部１１５により生成されたベースバンド信号に対して逆高速フーリエ変換やＤＡ変換などを行うことにより、ベースバンド信号を変調する。そして、変調されたベースバンド信号を基地局通信部１１１に送る。
【００２３】
基地局制御部１１５は、基地局１０１の各機能ブロックをはじめとして基地局１０１の全体を制御及び管理している。基地局制御部１１５は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。
【００２４】
基地局制御部１１５は、基地局１０１と移動局１０３との無線通信を実現するために、時間軸のスロットと周波数軸のキャリアとの組み合わせである無線リソースを移動局１０３に割り当てる。より詳細には、基地局制御部１１５は、使用下り無線リソース、使用上り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを移動局１０３に割り当てる。使用下り無線リソースとは、基地局１０１が移動局１０３との下り通信で使用する無線リソースである。使用上り無線リソースとは、移動局１０３が基地局１０１との上り通信で使用する無線リソースである。
【００２５】
また、参照信号用下り無線リソースとは、基地局１０１が、移動局１０３に参照信号を送信するために使用する無線リソースであり、上記使用下り無線リソースとは区別されるものである。基地局制御部１１５は、既知の参照信号を生成し、移動局１０３に送信するように基地局ベースバンド部１１３及び基地局通信部１１１を制御する。この参照信号は、移動局１０３が、ビームフォーミングを実現するための送信ウェイトを求めるためのものであり、複数の複素シンボルで構成されている。参照信号は、例えば、ＬＴＥシステムにおいて移動局１０３が送信できるＳＲＳに相当するものである。後述するように、移動局１０３は、基地局１０１から受信した参照信号に基づいてアレイアンテナＡＮＴの送信指向性の制御を行い、ビームフォーミングを実現することができる。基地局制御部１１５が行うその他の処理については後述する。
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態に係る移動局の概略構成を示す機能ブロック図である。本実施形態の移動局１０３は、アレイアンテナＡＮＴを有する移動局通信部１２１と、移動局ベースバンド部１２３と、記憶部１２４と、移動局制御部１２５とを備えている。移動局通信部１２１と、移動局ベースバンド部１２３と、記憶部１２４とは、移動局制御部１２５に接続されている。
【００２７】
アレイアンテナＡＮＴは、複数のアンテナにより構成され、ビームフォーミングといった送信指向性制御の実現が可能なものであり、例えばアダプティブアレイアンテナである。
【００２８】
移動局通信部１２１は、アレイアンテナＡＮＴを介して基地局１０１と無線信号を送受信するものである。移動局通信部１２１は、受信した無線信号（受信信号）に対して低雑音での増幅及びダウンコンバート等を行い、当該信号を移動局ベースバンド部１２３に送る。また、移動局通信部１２１は、移動局ベースバンド部１２３からの信号に対しアップコンバート及び増幅等を行い、無線信号を生成する。移動局通信部１２１は、アレイアンテナＡＮＴを介して当該無線信号を基地局１０１に送信する。
【００２９】
移動局ベースバンド部１２３は、移動局通信部１２１からの受信信号に対してＡＤ変換や高速フーリエ変換などを行うことにより、受信信号を復調し、ベースバンド信号を取り出す。そして、移動局ベースバンド部１２３は、ベースバンド信号を移動局制御部１２５に送る。また、移動局ベースバンド部１２３は、移動局制御部１２５により生成されたベースバンド信号に対して逆高速フーリエ変換やＤＡ変換などを行うことにより、ベースバンド信号を変調する。そして、変調されたベースバンド信号を移動局通信部１２１に送る。
【００３０】
記憶部１２４は、各種情報を記憶するものであり、ワークメモリ等としても機能する。
【００３１】
移動局制御部１２５は、移動局１０３の各機能ブロックをはじめとして移動局１０３の全体を制御及び管理している。移動局制御部１２５は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。
【００３２】
本実施形態では、移動局制御部１２５は、受信信号処理部１２７及び送信信号処理部１２９を有している。
【００３３】
受信信号処理部１２７は、基地局１０１から受信した参照信号に基づいて、アレイアンテナＡＮＴでの受信指向性を制御するための複数の受信ウェイトをそれぞれ求める。そして、受信信号処理部１２７は、複数の受信ウェイトがそれぞれ設定された複数の受信信号を合成し、合成された受信信号からデータ（制御データ及びユーザデータ）を取得する。
【００３４】
送信信号処理部１２９は、基地局１０１に送信するベースバンド信号を、アレイアンテナＡＮＴを構成する複数のアンテナの数だけ生成する。また、送信信号処理部１２９は、受信信号処理部１２７により求められた受信ウェイトに基づいて、アレイアンテナＡＮＴでの送信指向性を制御するための複数の送信ウェイトをそれぞれ求める。そして、送信信号処理部１２９は、生成された複数のベースバンド信号に対して、複数の送信ウェイトをそれぞれ設定し、当該信号を移動局ベースバンド部１２３に送る。以上より、移動局制御部１２５は、移動局通信部１２１により受信された参照信号を用いてビームフォーミングを行う。移動局制御部１２５が行うその他の処理については後述する。
【００３５】
ここで、ＴＤＤ方式の通信システム１００において、基地局１０１と移動局１０３との間で使用されるＴＤＤフレーム１３１について図４〜図６を用いて説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成の種類を示す図である。図６は、本発明の一実施形態に係るＴＤＤフレームの構成の詳細を示す図である。
【００３６】
ＴＤＤフレーム１３１は、時間軸と周波数軸とからなる２次元で特定される。ＴＤＤフレーム１３１の周波数帯域幅（システム帯域幅）は例えば１０ＭＨｚであって、ＴＤＤフレーム１３１の時間長は１０ｍｓである。基地局１０１は、ＴＤＤフレーム１３１から、時間と周波数を特定し、移動局１０３に対して割り当てる使用上り無線リソース、使用下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを決定する。
【００３７】
図４に示されるように、ＴＤＤフレーム１３１は、２つのハーフフレーム１３３で構成されている。各ハーフフレーム１３３は、５個のサブフレーム１３５で構成されている。つまり、ＴＤＤフレーム１３１は１０個のサブフレーム１３５で構成されている。サブフレーム１３５の時間長は１ｍｓである。本実施形態では、ＴＤＤフレーム１３１を構成する１０個のサブフレーム１３５を、先頭から順に第０〜第９サブフレーム１３５と呼ぶことにする。
【００３８】
サブフレーム１３５には、下り通信専用の下りサブフレーム１３５Ｄと、上り通信専用の上りサブフレーム１３５Ｕと、下り通信から上り通信への切り替えが行われるスペシャルサブフレーム１３５Ｓとが含まれる。基地局１０１は、下りサブフレーム１３５Ｄで移動局１０３にデータを送信し、移動局１０３は、上りサブフレーム１３５Ｕで基地局１０１にデータを送信する。
【００３９】
ＬＴＥシステムでは、ＴＤＤフレーム１３１の構成において、上りサブフレーム１３５Ｕと、下りサブフレーム１３５Ｄと、スペシャルサブフレーム１３５Ｓとの組み合わせが７種類規定されている。この７種類の構成について示したものが図５である。通信システム１００では、この７種類の構成のうちの１つの構成が使用される。図５において、「Ｄ」は下りサブフレーム１３５Ｄを、「Ｕ」は上りサブフレーム１３５Ｕを、「Ｓ」はスペシャルサブフレーム１３５Ｓをそれぞれ意味する。本実施形態では、１番の構成が使用されるとする。
【００４０】
図４において、各サブフレーム１３５は、時間方向に２つのスロット１３７を含んでいる。各スロット１３７は、７個のシンボル期間１３９で構成されている。したがって、各サブフレーム１３５は、時間方向に１４個のシンボル期間１３９を含んでいる。このシンボル期間１３９は、ＬＴＥシステムの下り通信で採用されているＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）方式におけるＯＦＤＭシンボルの１シンボル期間である。また、シンボル期間１３９は、ＬＴＥシステムの上り通信で採用されているＳＣ（Single Carrier）−ＦＤＭＡ方式におけるＤＦＴＳ（Discrete Fourier Transform Spread）−ＯＦＤＭシンボルの１シンボル期間である。
【００４１】
ここで、図６を用いて、１番の構成を有するＴＤＤフレーム１３１について更に詳細に説明する。
【００４２】
スペシャルサブフレーム１３５Ｓは、時間方向に、下りパイロットタイムスロット（ＤｗＰＴＳ）１４１と、ガードタイム（ＧＰ）１４３と、上りパイロットタイムスロット（ＵｐＰＴＳ）１４５とを含んでいる。
【００４３】
下りパイロットタイムスロット１４１では、基地局１０１は、移動局１０３と下り通信を行うことが可能である。また。上りパイロットタイムスロット１４５では、移動局１０３は、基地局１０１と上り通信を行うことが可能である。ガードタイム１４３は、下り通信から上り通信に切り替えるために必要な無信号期間であって、通信には使用されない。
【００４４】
ＬＴＥシステムでは、下りパイロットタイムスロット１４１、ガードタイム１４３及び上りパイロットタイムスロット１４５の時間長の組み合わせは、複数種類規定されている。図６の例では、下りパイロットタイムスロット１４１の時間長として１１個分のシンボル期間１３９が規定され、ガードタイム１４３の時間長として１個分のシンボル期間１３９が規定され、上りパイロットタイムスロット１４５の時間長として２個分のシンボル期間１３９が規定されている。
【００４５】
本実施形態では、移動局１０３は、上りパイロットタイムスロット１４５の各シンボル期間１３９においてデータを基地局１０１に送信する。また、基地局１０１は、下りパイロットタイムスロット１４１の最後の２つのシンボル期間において参照信号を送信する。以下、下りパイロットタイムスロット１４１のうち参照信号が送信されるシンボル期間を参照信号送信期間１４７（１４７−１及び１４７−２）と称する。また、以下、上りパイロットタイムスロット１４５と、これに連続して続く２つの上りサブフレーム１３５Ｕとを合わせた期間を上り期間１５１と称する。
【００４６】
なお、参照信号が送信される期間は、下りパイロットタイムスロット１４１の最後の２つのシンボル期間に限定されるものではなく、基地局１０１は、下りサブフレーム１３５Ｄ及び下りパイロットタイムスロット１４１のいずれかのシンボル期間において参照信号を送信することができる。また、基地局１０１は、下りサブフレーム１３５Ｄ及び下りパイロットタイムスロット１４１において、参照信号を送信しないシンボル期間１３９では、データを移動局１０３に送信できる。
【００４７】
ここで、スペシャルサブフレーム１３５Ｓの参照信号送信期間１４７−１の先頭から、その次のスペシャルサブフレーム１３５Ｓの参照信号送信期間１４７−１の先頭までの期間を単位期間１４９と称する。基地局１０１は、移動局１０３に対する使用上り無線リソース、使用下り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースの割り当てを単位期間１４９毎に行うことができる。本通信システム１００では、単位期間１４９は繰り返されるとする。
【００４８】
本実施形態では、基地局１０１は、参照信号用下り無線リソースの割り当てによって、例えば、１つの単位期間１４９毎に少なくとも１回参照信号を移動局１０３に送信する。つまり、基地局１０１は、各単位期間１４９において、当該単位期間１４９に含まれる参照信号送信期間１４７−１及び１４７−２のうちのどちらか一方、あるいは両方において参照信号を送信する。なお、基地局１０１は、複数の単位期間１４９毎に１回参照信号を送信することもできる。
【００４９】
続いて、本実施形態の係る移動局１０３がビームフォーミングを行うまでの通信システム１００の一連の動作について図７〜図１０を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る基地局の処理を示すフローチャートである。図８は、本発明の一実施形態に係る移動局の処理を示すフローチャートである。図９は、本発明の一実施形態に係る参照信号用下り無線リソース及び使用上り無線リソースの周波数帯域の関係を示す説明図である。図１０は、本発明の一実施形態に係る参照信号用下り無線リソースのホッピングを示す説明図である。なお、以下、基地局１０１と通信する移動局は、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂの２つ存在するとする。
【００５０】
基地局１０１の基地局制御部１１５は、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂと通信するために、使用下り無線リソース、使用上り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを決定し、これらの無線リソースを移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当てる必要がある。この際、基地局制御部１１５は、使用上り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを、以下のように関連性を持たせて割り当てる。
【００５１】
まず、基地局制御部１１５は、使用上り無線リソースを移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当てる（ステップＳ１０１）。例えば、基地局制御部１１５は、図９に示されるように、上り期間１５１で移動局１０３Ａ及び１０３Ｂがデータを送信できるように、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに使用上り無線リソース１５３ａ及び１５３ｂをそれぞれ割り当てる。なお、図９に示されているように、使用上り無線リソース１５３ａ及び１５３ｂは、時間軸と周波数軸とからなる２次元で特定されている。
【００５２】
続いて、基地局制御部１１５は、参照信号用下り無線リソースを、使用上り無線リソースと周波数帯域の少なくとも一部が共通するように、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当てる（ステップＳ１０２）。例えば、図９では、基地局制御部１１５は、第１参照信号送信期間１４７−１において、使用上り無線リソース１５３ａと周波数帯域を同一にする参照信号用下り無線リソース１５５ａを移動局１０３Ａに割り当てる。また、基地局制御部１１５は、第２参照信号送信期間１４７−２において、使用上り無線リソース１５３ｂと周波数帯域を同一にする参照信号用下り無線リソース１５５ｂを移動局１０３Ｂに割り当てる。
【００５３】
そして、基地局制御部１１５は、参照信号を変調するように基地局ベースバンド部１１３を制御する。その後、基地局制御部１１５は、参照信号用下り無線リソース１５５ａを使用して、変調された参照信号を移動局１０３Ａに送信するように基地局通信部１１１を制御する（ステップＳ１０３）。また、基地局制御部１１５は、参照信号用下り無線リソース１５５ｂを使用して、変調された参照信号を移動局１０３Ｂに送信するように基地局通信部１１１を制御する（ステップＳ１０３）。
【００５４】
なお、本発明は、基地局制御部１１５が、参照信号を送信する際に、参照信号用下り無線リソースを構成する複数のサブキャリア全てを使用することに限定されるものではない。例えば、基地局制御部１１５は、参照信号用下り無線リソースを構成する複数のサブキャリアのうち、周波数方向において、１つ置きのサブキャリアを使用することができる。つまり、使用されるサブキャリアは、参照信号用下り無線リソースにおいて櫛歯状になる。これにより、基地局制御部１１５は、同一の参照信号用下り無線リソースの未使用のサブキャリアを他の移動局に割り当て、他の基地局に参照信号を送信することができる。よって、ある１つの参照信号用下り無線リソースで、２つの移動局に参照信号を送信することが可能になるので、有限である無線リソースの利用効率を高めることができる。
【００５５】
続いて、移動局１０３（１０３Ａ及び１０３Ｂ）の処理を説明する。なお、以下、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂを区別する必要がある場合には、移動局１０３Ａに関する機能ブロックの参照符号にはａを付し、移動局１０３Ｂに関する機能ブロックの参照符号にはｂを付して説明する。移動局１０３Ａ及び１０３Ｂの双方において共通する事項の説明においては、参照符号にａ及びｂを付さないこととする。
【００５６】
まず、移動局通信部１２１は、アレイアンテナＡＮＴを介して参照信号を受信すると、参照信号を移動局ベースバンド部１２３に送る（ステップＳ２０１）。移動局ベースバンド部１２３で復調された参照信号は、受信信号処理部１２７に送られ、受信信号処理部１２７は、参照信号から受信ウェイトを算出し、当該受信ウェイトを送信信号処理部１２９に送る。送信信号処理部１２９は、受信ウェイトに基づいて、ビームフォーミングが実現される送信ウェイトを算出する（ステップＳ２０２）。そして、移動局制御部１２５は、送信ウェイトの情報を記憶部１２４に記憶させることができる。
【００５７】
その後、上り期間１５１において、送信信号処理部１２９は、基地局１０１に送信すべきデータ信号に記憶部１２４に記憶されている送信ウェイトを設定し、送信信号を生成する。移動局１０３Ａの移動局制御部１２５ａは、使用上り無線リソース１５３ａを使用して、生成された送信信号を基地局１０１に送信するように移動局通信部１２１ａを制御する。参照信号用下り無線リソース１５５ａと使用上り無線リソース１５３ａとの周波数帯域が同一であるため、参照信号に基づく送信ウェイトが設定された送信信号の送信は、ビームフォーミングの実行を意味する（ステップＳ２０３）。なお、参照信号用下り無線リソースと使用上り無線リソースとの周波数帯域の少なくとも一部が共通していれば、双方の周波数帯域が同一の場合に比べ精度は落ちるものの、ビームフォーミングの実現は可能である。
【００５８】
移動局１０３Ａと同様にして、移動局１０３Ｂの移動局制御部１２５ｂは、使用上り無線リソース１５３ｂを使用して、生成された送信信号を基地局１０１に送信するように移動局通信部１２１ｂを制御する。
【００５９】
図９は、ある１つのスペシャルサブフレーム１３５Ｓにおける参照信号用下り無線リソースについて示しているが、基地局１０１は、周期的又は非周期的に、移動局１０３に割り当てる参照信号用下り無線リソース及び使用上り無線リソースを変更することができる。例えば、図１０に示されるように、基地局１０１は、単位期間１４９毎に、つまり移動局１０３Ａ及び１０３Ｂの各々に対しスペシャルサブフレーム１３５Ｓ毎に、参照信号用下り無線リソースを変更（ホッピング）することができる。
【００６０】
図１０では、基地局１０１は、ある単位期間１４９において、参照信号用下り無線リソース１５５ａを使用して移動局１０３Ａに参照信号を送信し、次の単位期間では、参照信号用下り無線リソース１５５ａとは異なる参照信号用下り無線リソース１５７ａを使用して参照信号を送信する。また、基地局１０１は、ある単位期間１４９において、参照信号用下り無線リソース１５５ｂを使用して移動局１０３Ｂに参照信号を送信し、次の単位期間では、参照信号用下り無線リソース１５５ｂとは異なる参照信号用下り無線リソース１５７ｂを使用して参照信号を送信する。
【００６１】
基地局１０１の基地局制御部１１５は、参照信号用下り無線リソースの変更に伴い、使用下り無線リソースも変更し、参照信号用下り無線リソースと使用下り無線リソースとの周波数帯域の少なくとも一部が共通になるように、双方の無線リソースを移動局１０３に割り当てる。
【００６２】
なお、参照信号用下り無線リソースがホッピングされる場合に、移動局１０３の移動局制御部１２５は、移動局通信部１２１が参照信号を受信するたびに、当該参照信号から求まる送信ウェイトを記憶部１２４に記憶させることができる。
【００６３】
このように本実施形態では、基地局１０１の基地局制御部１１５は、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂが自局１０１との上り通信で使用する使用上り無線リソース１５３ａ又は１５３ｂを移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当て、且つ使用上り無線リソース１５３ａ又は１５３ｂと周波数帯域の少なくとも一部を共通にする無線リソース１５５ａ又は１５５ｂを、自局１０１が参照信号の送信に使用する参照信号用下り無線リソースとして移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当てる。これにより、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂは、データ送信時に使用できる無線リソースと周波数の一部を共通にする参照信号に基づいて送信ウェイトを求めることができ、ビームフォーミングを実現できる。これにより、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂから基地局１０１へ送信される信号の強度が強くなり、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂは、通信品質の良い信号を基地局１０１へ届けることができる。
【００６４】
また本実施形態では、基地局１０１の基地局制御部１１５は、移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに割り当てる使用上り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースを周期的に変更（ホッピング）することができる。これにより、ある周波数帯域の通信品質が悪い場合に、当該通信品質の悪い周波数帯域が使用上り無線リソース及び参照信号用下り無線リソースとして継続して割り当てられることを避けることができる。
【００６５】
また、参照信号用下り無線リソースのホッピングにより、移動局制御部１２５は、ある周波数帯域のみならず、複数の周波数帯域においてビームフォーミングを実現する送信ウェイトを記憶部１２４に記憶させることができる。これにより、基地局１０１が使用上り無線リソースを変更し、変更した使用上り無線リソースに対応する参照信号を送信しない場合にも、移動局制御部１２５は、ビームフォーミングを実行できる場合がある。つまり、移動局制御部１２５は、変更された使用上り無線リソースと周波数帯域の一部を共通にする参照信号を過去に受信していれば、当該参照信号の送信ウェイトを記憶部１２４から読み出すことによりビームフォーミングを実行できる。
【００６６】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【００６７】
例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００６８】
上述の本発明の実施形態の説明において、移動局１０３は送信指向性制御としてビームフォーミングを実行するとして記載したが、移動局１０３は、ビームフォーミングのみならずヌルステアリングを実行することができる場合もある。例えば、移動局の周囲に複数の基地局が存在し、これらの基地局の送信タイミングが同期されている場合は、ある基地局から移動局が受信する参照信号は、他の基地局からの干渉波の影響を反映するものになる。そのため、送信信号処理部は、ビームフォーミングのみならずヌルステアリングも実現する送信ウェイトを算出することができる。
【００６９】
また、上述の本発明の実施形態の説明において、基地局１０１が参照信号を送信して、移動局１０３が送信指向性制御を実行するとして記載したが、移動局が参照信号（ＳＲＳ）を送信すれば、上述の説明と同様にして、基地局が送信指向性制御を行うこともできる。
【００７０】
また、上述の本発明の実施形態の説明において、異なる参照信号送信期間１４７−１及び１４７−２毎に異なる移動局１０３Ａ及び１０３Ｂに参照信号が送信されるとして記載したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、基地局制御部は、ある移動局に、複数の参照信号送信期間に亘って、同一の周波数帯域を使用して参照信号を送信することもできる。
【００７１】
また、上述の本発明の実施形態の説明において、参照信号用下り無線リソースの時間の最小単位は、シンボル期間（参照信号送信期間１４７−１又は１４７−２）であるとして記載したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、基地局制御部は、シンボル期間の半分の時間のみを有する参照信号用下り無線リソースを移動局に割り当てることもできる。
【００７２】
また、上述の本発明の実施形態の説明（特に、図９）において、移動局１０３は、ＴＤＤフレーム１３１の１回目のスペシャルサブフレーム１３５Ｓにおいて参照信号を受信した後、２回目の上り期間でビームフォーミングを実行すると記載したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、移動局は、参照信号直後の上り期間や３回目以降の上り期間でビームフォーミングを実行することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
１００  通信システム
１０１  基地局
１０３  移動局
１１１  基地局通信部
１１３  基地局ベースバンド部
１１５  基地局制御部
１２１  移動局通信部
１２３  移動局ベースバンド部
１２４  記憶部
１２５  移動局制御部
１２７  受信信号処理部
１２９  送信信号処理部
１３１  ＴＤＤフレーム
１３３  ハーフフレーム
１３５  サブフレーム
１３５Ｕ  上りサブフレーム
１３５Ｄ  下りサブフレーム
１３５Ｓ  スペシャルサブフレーム
１３７  スロット
１３９  シンボル期間
１４１  下りパイロットタイムスロット
１４３  ガードタイム
１４５  上りパイロットタイムスロット
１４７  参照信号送信期間
１４７−１、１４７−２  参照信号送信期間
１４９  単位期間
１５１  上り期間
１５３ａ、１５３ｂ  使用上り無線リソース
１５５ａ、１５５ｂ、１５７ａ、１５７ｂ  参照信号用下り無線リソース
ＡＮＴ  アレイアンテナ
【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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【図１０】
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