JP6068675B2 - 無線通信システムにおいてコヒーレンス時間変化による参照信号のパターン変更方法及びそのための装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、無線通信システムにおいてコヒーレンス時間（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ）の変化による参照信号のパターン変更方法及びそのための装置に関する。

本発明を適用できる無線通信システムの一例として、３ＧＰＰ ＬＴＥ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；以下、「ＬＴＥ」という。）通信システムについて概略的に説明する。

図１は、無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。Ｅ−ＵＭＴＳ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）は、既存のＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）から進展したシステムであり、現在３ＧＰＰで基礎的な標準化作業が進行中である。一般に、Ｅ−ＵＭＴＳをＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システムと呼ぶこともできる。ＵＭＴＳ及びＥ−ＵＭＴＳの技術規格（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の詳細な内容はそれぞれ、「３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ；Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ」のＲｅｌｅａｓｅ ７及びＲｅｌｅａｓｅ ８を参照すればよい。

図１を参照すると、Ｅ−ＵＭＴＳは、端末（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ＵＥ）、基地局（ｅＮｏｄｅＢ；ｅＮＢ）、及びネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）の終端に位置して外部ネットワークに接続するアクセスゲートウェイ（Ａｃｃｅｓｓ Ｇａｔｅｗａｙ；ＡＧ）を含んでいる。基地局は、ブロードキャストサービス、マルチキャストサービス及び／又はユニキャストサービスのために多重データストリームを同時に送信することができる。

一つの基地局には一つ以上のセルが存在する。セルは、１．４４、３、５、１０、１５、２０ＭＨｚなどの帯域幅のいずれか一つに設定され、複数の端末に下り又は上り送信サービスを提供する。異なったセルは、互いに異なった帯域幅を提供するように設定されればよい。基地局は、複数の端末に関するデータ送受信を制御する。下りリンク（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ；ＤＬ）データについて、基地局は下りリンクスケジューリング情報を送信し、該当の端末にデータが送信される時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ ａｎｄ ｒｅＱｕｅｓｔ）関連情報などを知らせる。また、上りリンク（Ｕｐｌｉｎｋ；ＵＬ）データについて、基地局は上りリンクスケジューリング情報を該当の端末に送信し、該当の端末が使用可能な時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ関連情報などを知らせる。基地局同士の間には、ユーザトラフィック又は制御トラフィックの送信のためのインターフェースを用いることができる。コアネットワーク（Ｃｏｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＮ）は、ＡＧ、及び端末のユーザ登録などのためのネットワークノードなどで構成可能である。ＡＧは、複数のセルで構成されるＴＡ（Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ａｒｅａ）単位に端末の移動性を管理する。

無線通信技術は、ＷＣＤＭＡに基づいてＬＴＥにまで開発されてきたが、ユーザと事業者の要求と期待は増す一方である。その上、他の無線接続技術の開発が続いており、将来、競争力を持つためには新しい技術進化が要求される。ビット当たりのコストの削減、サービス可用性の増大、柔軟な周波数バンドの使用、単純構造と開放型インターフェース、端末の適度な電力消耗などが要求される。

上述したような議論に基づき、以下では、無線通信システムにおいてコヒーレンス時間変化による参照信号のパターン変更方法及びそのための装置を提案する。

本発明の一実施例である、無線通信システムにおいて基地局が端末に参照信号を送信する方法は、制御チャネル及び前記制御チャネルに対応する第１パターンの前記参照信号を前記端末に送信するステップと、データチャネル及び前記データチャネルに対応する第２パターンの前記参照信号を前記端末に送信するステップとを有し、前記第２パターンの参照信号密度は、前記データチャネルのコヒーレンス時間（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ）に基づいて決定され、前記第１パターンは前記第２パターンを含むことを特徴とする。

ここで、上記方法は、前記端末から前記データチャネルのコヒーレンス時間に関する情報を受信するステップをさらに有することができる。ここで、前記データチャネルのコヒーレンス時間に関する情報は、前記データチャネルの有効ドップラー拡散に関する情報を含むことができる。又は、上記方法は、前記端末から前記第２パターンに関する情報を受信するステップをさらに有することもできる。

或いは、前記方法は、前記端末のためのデータチャネルの有効ドップラー拡散を算出するステップと、前記有効ドップラー拡散に基づいて、前記第２パターンを決定するステップとをさらに有することもできる。

また、本発明の一実施例である、無線通信システムにおける基地局装置は、端末装置と信号を送受信するための無線通信モジュールと、前記信号を処理するためのプロセッサとを備え、前記プロセッサは、制御チャネル及び前記制御チャネルに対応する第１パターンの前記参照信号を前記端末装置に送信し、データチャネル及び前記データチャネルに対応する第２パターンの前記参照信号を前記端末装置に送信するように前記無線通信モジュールを制御し、前記第２パターンの参照信号密度は、前記データチャネルのコヒーレンス時間（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ）に基づいて決定され、前記第１パターンは前記第２パターンを含むことを特徴とする。

一方、本発明の他の実施例である、無線通信システムにおいて端末が基地局から参照信号を受信する方法は、制御チャネル及び前記制御チャネルに対応する第１パターンの前記参照信号を前記基地局から受信するステップと、データチャネル及び前記データチャネルに対応する第２パターンの前記参照信号を前記基地局から受信するステップとを有し、前記第２パターンの参照信号密度は、前記データチャネルのコヒーレンス時間（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ）に基づいて決定され、前記第１パターンは前記第２パターンを含むことを特徴とする。

また、本発明の他の実施例である、無線通信システムにおける端末装置は、基地局装置と信号を送受信するための無線通信モジュールと、前記信号を処理するためのプロセッサとを備え、前記プロセッサは、制御チャネル及び前記制御チャネルに対応する第１パターンの前記参照信号を前記基地局装置から受信し、データチャネル及び前記データチャネルに対応する第２パターンの前記参照信号を前記基地局装置から受信するように前記無線通信モジュールを制御し、前記第２パターンの参照信号密度は、前記データチャネルのコヒーレンス時間（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ）に基づいて決定され、前記第１パターンは前記第２パターンを含むことを特徴とする。

上述した実施例において、前記第２パターンは、時間軸において１つ以上の参照信号シンボルが前記第１パターンから除去される階層的構造と定義されることを特徴とする。好ましくは、前記第２パターンの時間軸参照信号密度は、前記第１パターンの時間軸参照信号密度よりも大きいことを特徴とする。

本発明の実施例によれば、無線通信システムにおいて基地局がコヒーレンス時間変化によって参照信号のパターンを変更し、小型セルのための参照信号をより效率的に送信することができる。

本発明で得られる効果は、以上に言及した効果に制限されず、言及していない別の効果は、下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明確に理解されるであろう。

無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。 ３ＧＰＰ無線接続ネットワーク規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮ間の無線インターフェースプロトコル（Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のコントロールプレーン（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｌａｎｅ）及びユーザプレーン（Ｕｓｅｒ Ｐｌａｎｅ）構造を示す図である。 ３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般的な信号送信方法を説明するための図である。 多重アンテナ通信システムの構成図である。 ＬＴＥシステムで用いられる下りリンク無線フレームの構造を例示する図である。 ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である。 次世代通信システムにおいてＤＡＳの構成を例示する図である。 ＤＡＳでＢＴＳホテル（ｈｏｔｅｌ）の概念を例示する図である。 既存ＬＴＥシステムのフレーム構造を示す図である。 ４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける下りリンク参照信号の構造を示す図である。 ４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける下りリンク参照信号の構造を示す図である。 現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＤＭ−ＲＳ割当ての例を示す図である。 現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＣＳＩ−ＲＳ設定のうち、一般ＣＰの場合におけるＣＳＩ−ＲＳ設定＃０を示す図である。 将来ＬＴＥシステムに導入されると予想される小型セル（ｓｍａｌｌ−ｃｅｌｌ）概念を示す図である。 高周波帯域でナロービームフォーミング（ｎａｒｒｏｗ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）時にドップラーススペクトル分布を例示する図である。 高周波帯域でナロービームフォーミング時にＡＦＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ）機能を用いてドップラー周波数を減少させる概念図である。 本発明の第１実施例によって制御チャネルとデータチャネルのそれぞれに対する要求ＲＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）密度を例示する図である。 本発明の第１実施例によって制御チャネルとデータチャネルのそれぞれに対するＲＳパターンを例示する図である。 本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

以下に添付の図面を参照して説明された本発明の実施例から、本発明の構成、作用及び他の特徴が容易に理解されるであろう。以下に説明される実施例は、本発明の技術的特徴が３ＧＰＰシステムに適用された例である。

本明細書ではＬＴＥシステム及びＬＴＥ−Ａシステムを用いて本発明の実施例を説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、上述した定義に該当するいかなる通信システムにも適用可能である。また、本明細書は、ＦＤＤ方式を基準にして本発明の実施例について説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、Ｈ−ＦＤＤ方式又はＴＤＤ方式にも容易に変形されて適用されてもよい。

図２は、３ＧＰＰ無線接続網規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮとの間の無線インターフェースプロトコル（Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のコントロールプレーン及びユーザプレーンの構造を示す図である。コントロールプレーンとは、端末（ＵＥ）とネットワークとが呼を管理するために用いる制御メッセージが送信される通路のことを意味する。ユーザプレーンとは、アプリケーション層で生成されたデータ、例えば、音声データ又はインターネットパケットデータなどが送信される通路のことを意味する。

第１層である物理層は、物理チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）を用いて上位層に情報送信サービス（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ）を提供する。物理層は、上位の媒体接続制御（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層とは伝送チャネル（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を介して接続されている。該伝送チャネルを通じて媒体接続制御層と物理層との間にデータが移動する。送信側の物理層と受信側の物理層との間には物理チャネルを通じてデータが移動する。該物理チャネルは、時間及び周波数を無線リソースとして活用する。具体的に、物理チャネルは、下りリンクにおいてＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式で変調され、上りリンクにおいてＳＣ−ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式で変調される。

第２層の媒体接続制御（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＭＡＣ）層は、論理チャネル（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）を通じて、上位層である無線リンク制御（Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＲＬＣ）層にサービスを提供する。第２層のＲＬＣ層は、信頼できるデータ送信を支援する。ＲＬＣ層の機能は、ＭＡＣ内部の機能ブロックとしてもよい。第２層のＰＤＣＰ（Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）層は、帯域幅の狭い無線インターフェースでＩＰｖ４やＩＰｖ６のようなＩＰパケットを效率的に送信するために、余分の制御情報を減らすヘッダー圧縮（Ｈｅａｄｅｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）機能を果たす。

第３層の最下部に位置する無線リソース制御（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＲＲＣ）層は、コントロールプレーンにのみ定義される。ＲＲＣ層は、無線ベアラー（Ｒａｄｉｏ Ｂｅａｒｅｒ）の設定（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）、再設定（Ｒｅ−ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）及び解除（Ｒｅｌｅａｓｅ）に関連して、論理チャネル、伝送チャネル及び物理チャネルの制御を担当する。無線ベアラー（ＲＢ）とは、端末とネットワーク間のデータ伝達のために第２層により提供されるサービスのことを意味する。そのために、端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層とはＲＲＣメッセージを互いに交換する。端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層間にＲＲＣ接続（ＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）がある場合に、端末はＲＲＣ接続状態（Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｍｏｄｅ）にあり、そうでない場合は、ＲＲＣ休止状態（Ｉｄｌｅ Ｍｏｄｅ）にあるようになる。ＲＲＣ層の上位にあるＮＡＳ（Ｎｏｎ−Ａｃｃｅｓｓ Ｓｔｒａｔｕｍ）層は、セッション管理（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）と移動性管理（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）などの機能を果たす。

基地局（ｅＮＢ）を構成する一つのセルは、１．４、３、５、１０、１５、２０ＭＨｚなどの帯域幅のいずれか一つとして設定され、複数の端末に下り又は上り送信サービスを提供する。互いに異なるセルは、互いに異なる帯域幅を提供するように設定することができる。

ネットワークから端末にデータを送信する下り伝送チャネルとしては、システム情報を送信するＢＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ページングメッセージを送信するＰＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する下りＳＣＨ（Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）などがある。下りマルチキャスト又は放送サービスのトラフィック又は制御メッセージは、下りＳＣＨを通じて送信されてもよく、別の下りＭＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を通じて送信されてもよい。一方、端末からネットワークにデータを送信する上り伝送チャネルとしては、初期制御メッセージを送信するＲＡＣＨ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する上りＳＣＨ（Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）がある。伝送チャネルの上位に存在し、伝送チャネルにマッピングされる論理チャネル（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）としては、ＢＣＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＰＣＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＣＣＣＨ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＭＣＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＭＴＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ）などがある。

図３は、３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般の信号送信方法を説明するための図である。

端末は、電源が入ったり、新しくセルに進入したりした場合に、基地局と同期を取る等の初期セル探索（Ｉｎｉｔｉａｌ ｃｅｌｌ ｓｅａｒｃｈ）作業を行う（Ｓ３０１）。そのために、端末は、基地局からプライマリ同期チャネル（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ；Ｐ−ＳＣＨ）及びセカンダリ同期チャネル（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ；Ｓ−ＳＣＨ）を受信して基地局と同期を取り、セルＩＤなどの情報を取得すればよい。その後、端末は、基地局から物理放送チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を受信し、セル内放送情報を取得できる。一方、端末は、初期セル探索段階で、下りリンク参照信号（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ；ＤＬ ＲＳ）を受信し、下りリンクチャネル状態を確認できる。

初期セル探索を終えた端末は、物理下りリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＤＣＣＨ）、及び該ＰＤＣＣＨに載せられた情報に基づいて物理下りリンク共有チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＤＳＣＨ）を受信することによって、より具体的なシステム情報を取得できる（Ｓ３０２）。

一方、基地局に最初に接続したり信号送信のための無線リソースがない場合には、端末は、基地局にランダムアクセス手順（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ；ＲＡＣＨ）を行ってよい（Ｓ３０３乃至Ｓ３０６）。そのために、端末は、物理ランダムアクセスチャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＲＡＣＨ）を通じて特定シーケンスをプリアンブルとして送信し（Ｓ３０３及びＳ３０５）、ＰＤＣＣＨ及び対応するＰＤＳＣＨを通じて、プリアンブルに対する応答メッセージを受信すればよい（Ｓ３０４及びＳ３０６）。競合ベースのＲＡＣＨについては、衝突解決手順（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）をさらに行ってもよい。

上述の手順を行った端末は、以降、一般的な上りリンク／下りリンク信号送信手順として、ＰＤＣＣＨ／ＰＤＳＣＨ受信（Ｓ３０７）、及び物理上りリンク共有チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＵＳＣＨ）／物理上りリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＵＣＣＨ）送信（Ｓ３０８）を行えばよい。特に、端末はＰＤＣＣＨを通じて下りリンク制御情報（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＤＣＩ）を受信する。ここで、ＤＣＩは、端末に対するリソース割当情報のような制御情報を含んでおり、その使用目的によってフォーマットが異なっている。

一方、端末が上りリンクを通じて基地局に送信する又は端末が基地局から受信する制御情報としては、下りリンク／上りリンクＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｅｘ）、ＲＩ（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）などを含む。３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでは、端末は、これらのＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩなどの制御情報をＰＵＳＣＨ及び／又はＰＵＣＣＨを通じて送信してもよい。

以下、ＭＩＭＯシステムについて説明する。ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）は、複数個の送信アンテナと複数個の受信アンテナを使用する方法で、この方法によりデータの送受信効率を向上させることができる。すなわち、無線通信システムの送信端あるいは受信端で複数個のアンテナを使用することによって容量を増大させ、性能を向上させることができる。以下、本文献ではＭＩＭＯを「多重アンテナ」と呼ぶこともできる。

多重アンテナ技術では、一つの全体メッセージを受信するに単一のアンテナ経路に依存せず、複数のアンテナに受信されたデータ断片（ｆｒａｇｍｅｎｔ）をまとめて併合することによってデータを完成する。多重アンテナ技術を用いると、特定のサイズのセル領域内でデータ伝送速度を向上させたり、又は特定のデータ伝送速度を保障しながらシステムカバレッジ（ｃｏｖｅｒａｇｅ）を増加させることができる。また、この技術は、移動通信端末と中継機などに幅広く使用可能である。多重アンテナ技術によれば、単一のアンテナを使用した従来技術による移動通信における伝送量の限界を克服することが可能になる。

本発明で説明する多重アンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムの構成図が、図４に示されている。送信端では送信アンテナがＮ_T個設けられており、受信端では受信アンテナがＮ_R個が設けられている。このように送信端及び受信端の両方とも複数個のアンテナを使用する場合は、送信端又は受信端のいずれか一方のみ複数個のアンテナを使用する場合に比べて、理論的なチャネル伝送容量がより増加する。チャネル伝送容量の増加はアンテナの数に比例する。これにより、伝送レートが向上し、周波数効率が向上する。１個のアンテナを使用する場合の最大伝送レートをＲ_oとすれば、多重アンテナを使用する場合の伝送レートは、理論的に、下記の数式１のように、最大伝送レートＲ_oにレート増加率Ｒ_iを掛けた分だけ増加可能となる。ここで、Ｒ_iは、Ｎ_TとＮ_Rのうちの小さい値を表す。

例えば、４個の送信アンテナと４個の受信アンテナを用いるＭＩＭＯ通信システムでは、単一アンテナシステムに比べて理論上、４倍の伝送レートを取得できる。このような多重アンテナシステムの理論的容量増加が９０年代半ばに証明されて以来、これを実質的なデータ伝送率の向上へと導くための種々の技術が現在まで活発に研究されている。それらのいくつかの技術は既に３世代移動通信と次世代無線ＬＡＮなどの様々な無線通信の標準に反映されている。

現在までの多重アンテナ関連研究動向をみると、様々なチャネル環境及び多重接続環境における多重アンテナ通信容量計算などと関連した情報理論側面の研究、多重アンテナシステムの無線チャネル測定及び模型導出の研究、及び伝送信頼度の向上及び伝送率の向上のための時空間信号処理技術の研究などを含め、様々な観点で活発に研究が進行されている。

多重アンテナシステムにおける通信方法をより具体的な方法で説明するべく、それを数学的にモデリングすると、次のように示すことができる。図７に示すように、Ｎ_T個の送信アンテナとＮ_R個の受信アンテナが存在するとする。まず、送信信号について説明すると、Ｎ_T個の送信アンテナがある場合に、送信可能な最大情報はＮ_T個であるから、送信情報を下記の数式２のようなベクトルで表現できる。

一般に、チャネル行列のランクの物理的な意味は、与えられたチャネルで互いに異なった情報を送信できる最大数を意味する。したがって、チャネル行列のランク（ｒａｎｋ）は、互いに独立した（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）行（ｒｏｗ）又は列（ｃｏｌｕｍｎ）の個数のうち、最小個数と定義され、よって、行列のランクは、行（ｒｏｗ）又は列（ｃｏｌｕｍｎ）の個数より大きくなることはない。数式的に例を挙げると、チャネル行列Ｈのランク（ｒａｎｋ(Ｈ)）は、数式６のように制限される。

また、多重アンテナ技術を用いて送る互いに異なった情報のそれぞれを「送信ストリーム（Ｓｔｒｅａｍ）」、又は簡単に「ストリーム」と定義するものとする。このような「ストリーム」は、「レイヤー（Ｌａｙｅｒ）」と呼ぶこともできる。そのため、送信ストリームの個数は当然ながら、互いに異なった情報を送信できる最大数であるチャネルのランクより大きくなることがない。したがって、チャネル行列Ｈは、下記の数式７のように表すことができる。

ここで、「＃ ｏｆ ｓｔｒｅａｍｓ」は、ストリームの数を表す。一方、ここで、１個のストリームは１個以上のアンテナから送信可能であるということに留意されたい。

１個以上のストリームを複数のアンテナに対応させる様々な方法が存在する。この方法を、多重アンテナ技術の種類によって次のように説明できる。１個のストリームが複数のアンテナから送信される場合は空間ダイバーシティ方式といえ、複数のストリームが複数のアンテナから送信される場合は空間マルチプレクシング方式といえる。勿論、これらの中間方式である、空間ダイバーシティと空間マルチプレクシングとの混合（Ｈｙｂｒｉｄ）した形態も可能である。

図５は、下りリンク無線フレームにおいて一つのサブフレームの制御領域に含まれる制御チャネルを例示する図である。

図５を参照すると、サブフレームは１４個のＯＦＤＭシンボルで構成されている。サブフレーム設定によって、先頭における１個〜３個のＯＦＤＭシンボルは制御領域として用いられ、残りの１３個〜１１個のＯＦＤＭシンボルはデータ領域として用いられる。同図で、Ｒ１乃至Ｒ４は、アンテナ０乃至３に対する参照信号（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ（ＲＳ）又はパイロット信号（Ｐｉｌｏｔ Ｓｉｇｎａｌ））を表す。ＲＳは、制御領域及びデータ領域にかかわらず、サブフレーム内に一定のパターンで固定される。制御チャネルは、制御領域においてＲＳが割り当てられていないリソースに割り当てられ、トラフィックチャネルも、データ領域においてＲＳが割り当てられていないリソースに割り当てられる。制御領域に割り当てられる制御チャネルには、ＰＣＦＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｏｒｍａｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ＣＨａｎｎｅｌ）、ＰＨＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｈｙｂｒｉｄ−ＡＲＱ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ＣＨａｎｎｅｌ）、ＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）などがある。

ＰＣＦＩＣＨは、物理制御フォーマット指示子チャネルであり、毎サブフレームごとにＰＤＣＣＨに用いられるＯＦＤＭシンボルの個数を端末に知らせる。ＰＣＦＩＣＨは、最初のＯＦＤＭシンボルに位置し、ＰＨＩＣＨ及びＰＤＣＣＨに優先して設定される。ＰＣＦＩＣＨは４個のＲＥＧ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）で構成され、それぞれのＲＥＧはセルＩＤ（Ｃｅｌｌ ＩＤｅｎｔｉｔｙ）に基づいて制御領域内に分散される。１個のＲＥＧは４個のＲＥ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）で構成される。ＲＥは、１個の副搬送波×１個のＯＦＤＭシンボルで定義される最小物理リソースを表す。ＰＣＦＩＣＨ値は、帯域幅によって、１乃至３、又は２乃至４の値を示し、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）で変調される。

ＰＨＩＣＨは、物理ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ−Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ ａｎｄ ｒｅｑｕｅｓｔ）指示子チャネルであり、上りリンク送信に対するＨＡＲＱ ＡＣＫ／ＮＡＣＫを運ぶために用いられる。すなわち、ＰＨＩＣＨは、ＵＬ ＨＡＲＱのためのＤＬ ＡＣＫ／ＮＡＣＫ情報が送信されるチャネルを表す。ＰＨＩＣＨは、１個のＲＥＧで構成され、セル特定（ｃｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）にスクランブルされる。ＡＣＫ／ＮＡＣＫは、１ビットで指示され、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）で変調する。変調されたＡＣＫ／ＮＡＣＫは、拡散因子（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ；ＳＦ）＝２又は４で拡散される。同一のリソースにマップされる複数のＰＨＩＣＨはＰＨＩＣＨグループを構成する。ＰＨＩＣＨグループに多重化されるＰＨＩＣＨの個数は、拡散コードの個数によって決定される。ＰＨＩＣＨ（グループ）は、周波数領域及び／又は時間領域においてダイバーシティ利得を得るために３回反復（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ）される。

ＰＤＣＣＨは、物理下りリンク制御チャネルであり、サブフレームの先頭におけるｎ個のＯＦＤＭシンボルに割り当てられる。ここで、ｎは１以上の整数であり、ＰＣＦＩＣＨによって指示される。ＰＤＣＣＨは、一つ以上のＣＣＥで構成される。ＰＤＣＣＨは、伝送チャネルであるＰＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）及びＤＬ−ＳＣＨ（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ−ｓｈａｒｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ）のリソース割当てに関する情報、上りリンクスケジューリンググラント（Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｇｒａｎｔ）、ＨＡＲＱ情報などを各端末又は端末グループに知らせる。ＰＣＨ及びＤＬ−ＳＣＨは、ＰＤＳＣＨを介して送信される。そのため、基地局と端末は、一般に、特定の制御情報又は特定のサービスデータ以外は、ＰＤＳＣＨを介してデータをそれぞれ送信及び受信する。

ＰＤＳＣＨのデータがいずれの端末（一つ又は複数の端末）に送信されるか、それらの端末がどのようにＰＤＳＣＨデータを受信してデコードしなければならないかに関する情報などは、ＰＤＣＣＨに含まれて送信される。例えば、特定ＰＤＣＣＨが「Ａ」というＲＮＴＩ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）でＣＲＣマスクされており、「Ｂ」という無線リソース（例、周波数位置）及び「Ｃ」という伝送形式情報（例、伝送ブロックサイズ、変調方式、コーディング情報など）を用いて送信されるデータに関する情報が特定サブフレームで送信されると仮定する。この場合、セル内の端末は、自身が持っているＲＮＴＩ情報を用いてＰＤＣＣＨをモニタし、「Ａ」のＲＮＴＩを持っている一つ以上の端末があると、当該端末はＰＤＣＣＨを受信し、受信したＰＤＣＣＨの情報に基づいて、「Ｂ」と「Ｃ」が示すＰＤＳＣＨを受信する。

図６は、ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である。

図６を参照すると、上りリンクサブフレームは制御情報を運ぶＰＵＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）が割り当てられる領域と、ユーザデータを運ぶＰＵＳＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ ＣＨａｎｎｅｌ）が割り当てられる領域とに区別される。サブフレームにおいて周波数領域の中間部分がＰＵＳＣＨに割り当てられ、周波数領域でデータ領域の両側部分がＰＵＣＣＨに割り当てられる。ＰＵＣＣＨ上で送信される制御情報には、ＨＡＲＱに用いられるＡＣＫ／ＮＡＣＫ、下りリンクチャネル状態を示すＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＭＩＭＯのためのＲＩ（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、上りリンクリソース割当て要請であるＳＲ（Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｒｅｑｕｅｓｔ）などがある。一つの端末に対するＰＵＣＣＨは、サブフレーム内の各スロットで互いに異なる周波数を占める一つのリソースブロックを使用する。すなわち、ＰＵＣＣＨに割り当てられる２個のリソースブロックは、スロット境界で周波数ホッピング（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ）される。特に、図６は、ｍ＝０のＰＵＣＣＨ、ｍ＝１のＰＵＣＣＨ、ｍ＝２のＰＵＣＣＨ、ｍ＝３のＰＵＣＣＨがサブフレームに割り当てられることを例示する。

現在の無線通信環境は、Ｍ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ−ｔｏ−Ｍａｃｈｉｎｅ）通信及び高いデータ伝送量を要求する様々なデバイスの出現及び普及に伴ってセルラー網に対するデータ要求量が急増している。高いデータ要求量を満たすために、通信技術は、より多くの周波数帯域を效率的に使用するための搬送波集成（ｃａｒｒｉｅｒ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）技術などと、限定された周波数内でデータ容量を高めるための多重アンテナ技術、多重基地局協調技術などへと発展しており、通信環境は、ユーザの周辺にアクセス可能なノードの密度が高くなる方向に進化している。このような高い密度のノードを備えたシステムは、ノード同士の協調によってより高いシステム性能を示すことができる。このような方式は、各ノードが独立した基地局（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ（ＢＳ）、Ａｄｖａｎｃｅｄ ＢＳ（ＡＢＳ）、Ｎｏｄｅ−Ｂ（ＮＢ）、ｅＮｏｄｅ−Ｂ（ｅＮＢ）、Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ（ＡＰ）など）として動作して互いに協調しない時に比べて、遥かに優れた性能を示す。

このようなノードは、ＲＲＨ（ｒｅｍｏｔｅ ｒａｄｉｏ ｈｅａｄ）或いはＤＡＳ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ）のＡＮ（ａｎｔｅｎｎａ ｎｏｄｅ）などのような形態としても具現することができる。ＤＡＳは、アンテナがセル中央に集まっているＣＡＳ（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ）と違い、セル内の様々な位置に分散しているアンテナを単一基地局で管理するシステムのことを意味する。ＤＡＳは、複数のアンテナノードが一つのセルを構成するという点でフェムト（ｆｅｍｔｏ）／ピコ（ｐｉｃｏ）セルとは区別される。

初期のＤＡＳは、陰影地域をカバーするためにアンテナをさらに設置し、信号を反復送信する程度の用途であった。しかし、ＤＡＳは、基地局アンテナが同時に複数のデータストリームを送受信し、単一或いは複数のユーザを支援できるという点で、一種のＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ）システムと見なすこともできる。また、ＭＩＭＯシステムは、高い周波数効率性から、次世代通信の要求事項を満たす上で必須の要件として認識されている。ＭＩＭＯシステムの観点で、ＤＡＳは、ＣＡＳシステムに比べてユーザとアンテナ間の距離が小さくなることから得られる高い電力効率、低い基地局アンテナ間の相関度及び干渉による高いチャネル容量、セルにおけるユーザの位置に関係なく相対的に均一な品質を有する通信性能の確保といった長所を有する。

図７は、次世代通信システムにおいてＤＡＳの構成を例示する図である。

図７を参照すると、ＤＡＳは、基地局及びそれに接続しているアンテナノードで構成される。アンテナノードは、基地局と有線又は無線で接続しており、それぞれのアンテナノードは１個又は複数個のアンテナを含むことができる。一般に、一つのアンテナノードに属しているアンテナは、最も近接しているアンテナ間の距離が数メートル以内であって、地域的には同一スポット（ｓｐｏｔ）に属している特性を有し、アンテナノードは、端末がアクセス（ａｃｃｅｓｓ）可能なＡＰ（ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ）のような役割を担う。既存のＤＡＳではアンテナノードをアンテナと同一視し、両者を区別しないのが一般的であるが、実際にＤＡＳを效率的に運用するためには、アンテナノートとアンテナとの関係を明確に定義しなければならない。

図８は、ＤＡＳでＢＴＳホテル（ｈｏｔｅｌ）の概念を例示する図である。

図８の（ａ）は、既存のセルラーシステムであり、１個の基地局（ＢＴＳ）が３個のセクター（ｓｅｃｔｏｒ）を管轄し、それぞれの基地局はバックボーン（ｂａｃｋｂｏｎｅ）網を介してＢＳＣ（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）／ＲＮＣ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と接続していることがわかる。

しかし、図８の（ｂ）のようなＤＡＳでは、各ＡＮと接続する基地局を一ケ所に集めることができる。これをＢＴＳホテルと呼ぶ。これによって、基地局を設置する土地と建物にかかるコストを低減し、基地局の維持及び管理を一箇所で容易に行うことができ、ＢＴＳとＭＳＣ／ＢＳＣ／ＲＮＣを全て一箇所に設置することによってバックホール容量（ｂａｃｋｈａｕｌ ｃａｐａｃｉｔｙ）を大きく増加させることができる。

図９は、既存ＬＴＥシステムのフレーム構造を示す図である。特に、図９の（ａ）は、一般（Ｎｏｒｍａｌ）ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）の場合を、図９の（ｂ）は拡張（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ）ＣＰの場合を示している。

ＬＴＥシステムでは、図９のように２類型のフレーム構造を支援する。これは、ＬＴＥシステムがセルラーシステムの様々なシナリオを支援するためである。実際にＬＴＥシステムは室内（ｉｎｄｏｏｒ）セル、都市（ｕｒｂａｎ）セル、郊外（ｓｕｂｕｒｂａｎ）セル、田舎（ｒｕｒａｌ）セルなどの環境をカバーし、端末の移動速度として３５０ｋｍ〜５００ｋｍを含む。ＬＴＥシステムが運用される中心周波数は４００ＭＨｚ〜４ＧＨｚが一般的であり、可用周波数帯域は１．４ＭＨｚ〜２０ＭＨｚである。これは、中心周波数と可用周波数帯域によって遅延拡散（ｄｅｌａｙ ｓｐｒｅａｄ）とドップラー周波数（Ｄｏｐｐｌｅｒ’ｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が互いに異なりうるということを意味する。

したがって、拡張ＣＰは、長いＣＰ長から、相対的に広い郊外セル又は田舎セルを支援することができる。一般に、郊外セルや田舎セルであるほど遅延拡散が長くなるため、ＩＳＩ（Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を確実に解決するために、相対的に長い区間を有する拡張ＣＰが必要である。しかし、相対的なオーバーヘッドの増加によって周波数効率／送信リソース上の損失が発生するトレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）が存在する。

以下では、参照信号についてより詳しく説明する。

一般に、チャネル測定のためにデータと共に送信側と受信側の両方で既に知っている参照信号が送信側から受信側に送信される。このような参照信号は、チャネル測定に加え、変調技法を知らせて復調過程が行われるようにする役割を持つ。参照信号は、基地局と特定端末のための専用参照信号（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ＲＳ；ＤＲＳ）、すなわち、端末特定参照信号と、セル内の全端末のためのセル特定参照信号である共通参照信号（ｃｏｍｍｏｎ ＲＳ又はＣｅｌｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＲＳ；ＣＲＳ）とに区別される。また、セル特定参照信号は、端末でＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩを測定して基地局に報告するための参照信号を含み、これをＣＳＩ−ＲＳ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ−ＲＳ）と称する。

図１０及び図１１は、４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける参照信号の構造を示す図である。特に、図１０は一般（ｎｏｒｍａｌ）ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）の場合を示し、図１１は拡張（ｅｘｔｅｎｄｅｄ）ＣＰの場合を示す。

図１０及び図１１を参照すると、格子に記載された０乃至３は、アンテナポート０乃至３のそれぞれに対応してチャネル測定とデータ復調のために送信されるセル特定参照信号であるＣＲＳ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）を意味し、セル特定参照信号のＣＲＳは、データ情報領域の他、制御情報領域全般にわたっても端末に送信されている。

また、格子に記載された「Ｄ」は、端末特定ＲＳである下りリンクＤＭ−ＲＳ（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ＲＳ）を意味し、ＤＭ−ＲＳは、データ領域、すなわち、ＰＤＳＣＨを通じて単一アンテナポート送信を支援する。端末特定ＲＳであるＤＭ−ＲＳ存在の有無は上位層を通じて端末にシグナルされる。図１０及び図１１は、アンテナポート５に対応するＤＭ−ＲＳを例示しており、３ＧＰＰ標準文書３６．２１１ではアンテナポート７乃至１４、すなわち、総８個のアンテナポートに対するＤＭ−ＲＳも定義している。

図１２は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＤＭ−ＲＳ割当例を示す図である。

図１２を参照すると、ＤＭ−ＲＳグループ１にはアンテナポート｛７、８、１１、１３｝に該当するＤＭ−ＲＳがアンテナポート別シーケンスを用いてマップされ、ＤＭ−ＲＳグループ２にはアンテナポート｛９、１０、１２、１４｝に該当するＤＭ−ＲＳが同様、アンテナポート別シーケンスを用いてマップされる。

一方、上述したＣＳＩ−ＲＳは、ＣＲＳとは別にＰＤＳＣＨに対するチャネル測定を目的に提案されたし、ＣＲＳとは違い、ＣＳＩ−ＲＳは、多重セル環境でセル間干渉（ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＩＣＩ）を減らすために、最大３２通りの異なったＣＳＩ−ＲＳ設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）が定義されてもよい。

ＣＳＩ−ＲＳ設定は、アンテナポートの個数によってそれぞれ異なり、隣接セル間には、できるだけ、異なったＣＳＩ−ＲＳ設定と定義されたＣＳＩ−ＲＳが送信されるように構成される。ＣＳＩ−ＲＳは、ＣＲＳとは違い、最大８個のアンテナポートまで支援し、３ＧＰＰ標準文書では、アンテナポート１５乃至２２までの総８個のアンテナポートを、ＣＳＩ−ＲＳのためのアンテナポートとして割り当てる。下記の表１及び表２は、３ＧＰＰ標準文書で定義しているＣＳＩ−ＲＳ設定を示すものであり、特に、表１は、一般ＣＰ（Ｎｏｒｍａｌ ＣＰ）である場合を、表２は、拡張ＣＰ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ＣＰ）である場合を示している。

将来、ＬＴＥシステムは、ローカル領域（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ）の導入を検討している。すなわち、ユーザ別サービス支援をより強化するために、ローカル領域アクセス（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ａｃｃｅｓｓ）という概念の新しいセル構築（ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ）が導入されると予想される。

図１４は、将来、ＬＴＥシステムに導入されると予想される小型セル（ｓｍａｌｌ−ｃｅｌｌ）概念を例示する図である。

図１４を参照すると、既存のＬＴＥシステムに運用される周波数帯域ではなく、より高い中心周波数を有する帯域に、より広いシステム帯域を設定して運用することを予想することができる。また、既存のセルラー帯域ではシステム情報（ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）のような制御信号に基づいて基本的なセルカバレッジを支援し、高周波の小型セルでは、より広い周波数帯域を用いて送信効率を極大化するデータ伝送を行うことができる。このため、ローカル領域アクセスは、より狭い地域に位置している低〜高移動性（ｌｏｗ−ｔｏ−ｍｅｄｉｕｍ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）の端末をその対象とし、端末と基地局間の距離は既存ｋｍ単位のセルよりも小さい１００ｍ単位の小さいセルになるはずである。

このようなセルでは、端末と基地局間の距離が短くなり、高周波帯域を用いることから、次のようなチャネル特性を予想することができる。

まず、遅延拡散の側面では、基地局と端末間の距離が短くなるため、信号の遅延も短くなりうる。また、副搬送波間隔（Ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ ｓｐａｃｉｎｇ）の側面では、ＬＴＥシステムと同一のＯＦＤＭベースのフレームを適用する場合、割り当てられた周波数帯域が相対的に大きいため、既存の１５ｋＨｚより極端に大きい値に設定されうる。最後に、ドップラー周波数（Ｄｏｐｐｌｅｒ’ｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の側面では、高周波帯域を用いることから、同一の端末速度の低周波帯域に比べて高いドップラー周波数が現れ、コヒーレンス時間（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｔｉｍｅ）が極端に短くなりうる。ここで、コヒーレンス時間とは、時間的にチャネルが静的な特性又は均一な特性を示す時間区間を意味する。コヒーレンス帯域幅（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）は、時間的にチャネルが静的な特性又は均一な特性を示す帯域幅を意味する。

一方、既存のＬＴＥシステムは、最大ドップラー周波数に基づいて導出されたコヒーレンス時間（Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ）に基づいて参照信号（ＲＳ）の密集度及びパターンを設計した。これによって端末はチャネル推定が可能であり、受信データ復調が可能となる。実際に、ＬＴＥシステムは、中心周波数２ＧＨｚ、端末の移動速度５００ｋｍ／ｈを仮定する場合、最大ドップラー周波数は９５０Ｈｚ、すなわち、約１０００Ｈｚとなる。一般に、コヒーレンス時間は、最大ドップラー周波数から約５０％を得ることができる。このため、ＬＴＥシステムでは次の式８のような関係を成立することができる。

また、高周波帯域の特性の上、既存のいくつかのチャネルと違い、ドップラーススペクトルに、変化された特性と直接的な補償技法を適用することができる。一般に、高周波帯域ではアンテナエレメント（ｅｌｅｍｅｎｔ）を構成する波長λが短くなるため、同一の空間に多数のアンテナを具備できるマッシブアンテナ（Ｍａｓｓｉｖｅ ａｎｔｅｎｎａ）構成が可能であり、これによって、ナロービームフォーミング（ｎａｒｒｏｗ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）技法をより容易に適用することができる。

また、数十ＧＨｚ帯の高い中心周波数によって、基本数ＧＨｚ帯の通信帯域に比べて大きい経路損失が発生し、高周波帯域の特性の上、更なる経路損失も発生する。したがって、既存の多重経路チャネル（Ｍｕｌｔｉｐａｔｈ ｃｈａｎｎｅｌ）のうち、スキャッタリング（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）によって反射して入る成分の更なる経路減衰が相対的に大きいため、基地局でナロービームフォーミング技法を適用しやすい環境が作られる。

このようなナロービームフォーミングによって、端末受信機の全方向ではなく特定方向でのみ信号が受信されるため、ドップラーススペクトルは、図１５のようにススペクトル自体が相対的に鋭くなる現象が得られる。

図１５は、高周波帯域でナロービームフォーミング時にドップラーススペクトルの分布を示す図である。特に、図１５は、５ＧＨｚ以下の一般的な帯域と、１０ＧＨｚ以上の高周波帯域とを比較した図である。また、図１５で、ＰＳＤ（Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）は、周波数による信号の電力分布であり、ドップラー信号の確率密度関数を表現する。

このようなナロービームフォーミングを考慮したドップラーススペクトルの特性を用いると、ススペクトルが全体ドップラー拡散ではなく一部の領域に凝集しているため、受信端でＡＦＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ又はＡｄａｐｔｉｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ）機能を用いて、図１６のように、最終的にドップラー周波数を減少させることができる。

図１６は、高周波帯域でナロービームフォーミング時にＡＦＣ機能を用いてドップラー周波数を減少させる概念図である。

図１６を参照すると、ＡＦＣ機能を用いて最大ドップラー周波数

に減少させたことがわかる。さらに、上述した式８を参照すると、最大ドップラー周波数とコヒーレンス時間は逆関数の関係を有するため、最大ドップラー周波数の減少はコヒーレンス時間の増加を意味する。これは、時間軸でより長時間にチャネルが変わらないことを意味する。

上述したように、高周波帯域でナロービームフォーミング時にＡＦＣ機能によってコヒーレンス時間は増加することがわかる。本発明では、コヒーレンス時間変化に弾力的に対応し得る参照信号（以下、ＲＳ）パターン運営方法に関して提案する。

＜第１実施例＞
本発明の第１実施例では、制御チャネルとデータチャネルのそれぞれに対して、時間軸ＲＳ密度が互いに異なるＲＳパターンを定義することを提案する。ただし、本発明で制御チャネルとデータチャネルは、既存のＬＴＥシステムとは違い、互いに異なるＴＴＩで送信されると仮定する。

制御チャネルは、基本的に全ての端末が共通に受信すべき情報を含んでいる。このため、基本的に特定端末のために信号がビームフォーミングされる場合、他の端末は当該情報を受信できない場合もある。このような特性から、制御チャネルは、ナロービームフォーミングを適用することが好ましくない。したがって、既存のドップラーススペクトルに対応するコヒーレンス時間に基づいて時間軸ＲＳ密度を定義することが好ましい。

一方、データチャネルは特定ユーザにのみ送信される情報であるため、ナロービームフォーミングを適用しやすい。したがって、減少した有効ドップラー拡散（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ’ｓ ｓｐｒｅａｄ）を反映して時間軸ＲＳ密度を定義することができる。コヒーレンス時間が長いほど、より少ない時間軸ＲＳシンボルだけでもチャネル推定が可能となるため、データチャネルが制御チャネルに比べてより少ない時間軸ＲＳ密度を要求することとなる。

仮に、ナロービームフォーミングとＡＦＣ方式が適用されて有効ドップラー周波数が１／２に減少すると、該当のデータチャネルのコヒーレンス時間は、下記の式１３のように定義することができる。

また、端末が各移動速度にかかわらずに正確なチャネル推定をするためには、コヒーレンス時間内に少なくとも２個のＲＳシンボルを有しなければならず、サブフレーム当たり或いは基本チャネル推定時間単位当たりＲＳ個数を逆に換算すればよい。

例えば、基本チャネル推定時間単位がサブフレームである１ｍｓであれば、要求ＲＳ密度は、下記の式１４のように定義することができる。

図１７は、本発明の第１実施例によって制御チャネルとデータチャネルのそれぞれに対する要求ＲＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）密度を例示する図である。

図１７を参照すると、上記の式１４によって、制御チャネルとデータチャネルのそれぞれに対する要求ＲＳ密度はそれぞれ下記の式１５及び式１６のように算出されることがわかる。

結論的に、端末の立場では、減少したドップラー拡散を考慮して、時間軸ＲＳ密度がより少ないパターンを用いても、同一の移動速度下でデータチャネルの復調が可能になる。一方、周波数軸のＲＳ密度は、チャネル特性、すなわち、コヒーレンス帯域幅によって決定される。

図１８は、本発明の第１実施例によって制御チャネルとデータチャネルのそれぞれに対するＲＳパターンを例示する。特に、図１８の（ａ）は制御チャネルのためのＲＳパターンを、図１８の（ｂ）はデータチャネルのためのＲＳパターンを例示する。

＜第２実施例＞
一方、制御チャネルとデータチャネルのそれぞれのためのＲＳパターンを、独立した形態ではなく、基本構造において所定のＲＳ ＲＥを除去する形態、すなわち、階層的構造を有する形態とすることもできる。すなわち、基地局は、制御チャネルのドップラー拡散を考慮して基本ＲＳパターンを定義し、ナロービームフォーミング及びＡＦＣ方式などを用いてデータチャネルのドップラー拡散が減少した場合、データチャネルのドップラー周波数減少の程度によって基本ＲＳパターンから所定のＲＳを除去し、可変的なＲＳパターンを構成することができる。

＜第３実施例＞
次に、基地局は、一つ以上の端末がフィードバックした有効ドップラー拡散情報を用いて端末別或いはセル別ＲＳパターンをそれぞれ定義し、決定されたＲＳパターン情報を端末に送信する方法を考慮することもできる。

そのために、端末は、自身のドップラー拡散を推定し、推定されたドップラー拡散に基づいて周波数補償を適用して有効ドップラー拡散を算出しなければならない。また、端末は有効ドップラー拡散に基づいてフィードバック情報を構成して基地局に送信する。基地局は、端末からフィードバックされた情報に基づいて、端末に適したＲＳパターンを設定し、ＲＳパターン設定情報を端末に送信することができる。特に、上記フィードバック情報は、有効ドップラー拡散に基づいて再換算された移動速度値、再換算された移動速度値を量子化した移動速度レベル、又は

一方、端末は、有効ドップラー拡散を用いて選好ＲＳパターンを直接選択し、それに関する情報を基地局に送信することもできる。選好ＲＳパターンの選択時に、端末は、有効ドップラー拡散に基づいて再換算された移動速度値、再換算された移動速度値を量子化した移動速度レベル、又は副搬送波間隔で正規化したドップラー周波数

などを用いることができる。

さらに、上述したＲＳが端末のデータ復調のために用いられるＤＭ−ＲＳ（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ＲＳ）であると、端末特定のＲＳパターン設定が可能である。しかし、制御チャネル送信、放送（Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）情報送信などの特定目的によっては、端末グループ特定のＲＳパターン、又はセル特定のＲＳパターン設定を用いることもできる。

＜第４実施例＞
最後に、基地局は、端末の有効ドップラー拡散を直接推定／予測し、該当の情報を用いて端末別ＲＳパターン又はセル別ＲＳパターンをそれぞれ定義することもできる。すなわち、基地局は、端末のフィードバック無しでＲＳパターンを決定するために、直接端末のＡＦＣ範囲を予測し、データチャネル送信時にリソース効率を極大化できる低いＲＳ密度のＲＳパターンを設定し、該当のＲＳパターン設定情報を端末に送信することができる。

同様に、上述したＲＳが端末のデータ復調のために用いられるＤＭ−ＲＳ（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ＲＳ）であると、端末特定のＲＳパターン設定が可能である。しかし、制御チャネル送信、放送情報送信などの特定目的によっては、端末グループ特定のＲＳパターン、又はセル特定のＲＳパターン設定を用いることもできる。

図１９は、本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

図１９を参照すると、通信装置１９００は、プロセッサ１９１０、メモリ１９２０、ＲＦモジュール１９３０、ディスプレイモジュール１９４０、及びユーザインターフェースモジュール１９５０を備えている。

通信装置１９００は説明の便宜のために示されたもので、一部のモジュールは省略されてもよい。また、通信装置１９００は必要なモジュールをさらに備えてもよい。また、通信装置１９００において一部のモジュールはより細分化したモジュールにしてもよい。プロセッサ１９１０は、図面を参照して例示した本発明の実施例に係る動作を実行するように構成される。具体的に、プロセッサ１９１０の詳細な動作は、図１乃至図１８に記載された内容を参照すればよい。

メモリ１９２０は、プロセッサ１９１０に接続し、オペレーティングシステム、アプリケーション、プログラムコード、データなどを格納する。ＲＦモジュール１９３０は、プロセッサ１９１０に接続し、基底帯域信号を無線信号に変換したり、無線信号を基底帯域信号に変換する機能を果たす。そのために、ＲＦモジュール１９３０は、アナログ変換、増幅、フィルタリング及び周波数アップコンバート又はこれらの逆過程を行う。ディスプレイモジュール１９４０は、プロセッサ１９１０に接続し、様々な情報をディスプレイする。ディスプレイモジュール１９４０は、これに制限されるものではないが、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）のような周知の要素を用いることができる。ユーザインターフェースモジュール１９５０は、プロセッサ１９１０に接続し、キーパッド、タッチスクリーンなどのような周知のユーザインターフェースの組合せで構成可能である。

上説明してきた実施例は、本発明の構成要素及び特徴を所定形態に結合したものである。各構成要素又は特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮しなければならない。各構成要素又は特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態で実施することもでき、一部の構成要素及び／又は特徴を結合して本発明の実施例を構成することもできる。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更されてもよい。ある実施例の一部構成や特徴は、他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成又は特徴に取り替わってもよい。特許請求の範囲において明示的な引用関係にない請求項を結合して実施例を構成したり、出願後の補正により新しい請求項として含めたりできるということは明らかである。

本発明に係る実施例は、様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）、ソフトウェア又はそれらの結合などによって具現することができる。ハードウェアによる具現では、本発明の一実施例は、一つ又はそれ以上のＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。

ファームウェアやソフトウェアによる具現では、本発明の一実施例は、以上で説明された機能又は動作を実行するモジュール、手順、関数などの形態で具現されてもよい。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶され、プロセッサによって駆動可能である。メモリユニットは、プロセッサの内部又は外部に設けられ、公知の様々な手段によってプロセッサとデータを交換することができる。

本発明は、本発明の特徴から逸脱しない範囲で別の特定の形態に具体化できるということが当業者にとっては自明である。したがって、上記の詳細な説明は、いずれの面においても制限的に解釈してはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付の請求項の合理的な解釈によって決定すべきであり、本発明の等価的範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。

上述したような無線通信システムでコヒーレンス時間変化による参照信号のパターン変更方法及びそのための装置は、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムに適用される例を中心に説明したが、３ＧＰＰ ＬＴＥシステム以外の様々な無線通信システムにも適用可能である。

Claims (15)

1. 無線通信システムにおいて基地局が端末に参照信号を送信する方法であって、
   制御チャネル及び前記制御チャネルに対応する第１パターンの前記参照信号を前記端末に送信するステップと、
   データチャネル及び前記データチャネルに対応する第２パターンの前記参照信号を前記端末に送信するステップと、
   を有し、
   前記第２パターンの参照信号密度は、前記データチャネルのコヒーレンス時間に基づいて決定され、
   前記第２パターンのリソース要素（ＲＥ）は、前記第１パターンのリソース要素（ＲＥ）に含まれ、
   前記第２パターンは、前記データチャネルの有効ドップラー拡散に基づいて決定されることを特徴とする、参照信号送信方法。
2. 前記端末から前記データチャネルの前記コヒーレンス時間に関する情報を受信するステップをさらに有する、請求項１に記載の参照信号送信方法。
3. 前記データチャネルの前記コヒーレンス時間に関する情報は、前記データチャネルの前記有効ドップラー拡散に関する情報を含む、請求項２に記載の参照信号送信方法。
4. 前記端末から前記第２パターンに関する情報を受信するステップをさらに有する、請求項１に記載の参照信号送信方法。
5. 前記端末のための前記データチャネルの前記有効ドップラー拡散を算出するステップをさらに有する、請求項１に記載の参照信号送信方法。
6. 前記第２パターンは、時間軸において１つ以上の参照信号シンボルが前記第１パターンから除去される階層的構造と定義される、請求項１に記載の参照信号送信方法。
7. 前記第１パターンの時間軸参照信号密度は、前記第２パターンの時間軸参照信号密度よりも大きい、請求項１に記載の参照信号送信方法。
8. 無線通信システムにおいて端末が基地局から参照信号を受信する方法であって、
   制御チャネル及び前記制御チャネルに対応する第１パターンの前記参照信号を前記基地局から受信するステップと、
   データチャネル及び前記データチャネルに対応する第２パターンの前記参照信号を前記基地局から受信するステップと、
   を有し、
   前記第２パターンの参照信号密度は、前記データチャネルのコヒーレンス時間に基づいて決定され、
   前記第２パターンのリソース要素（ＲＥ）は、前記第１パターンのリソース要素（ＲＥ）に含まれ、
   前記第２パターンは、前記データチャネルの有効ドップラー拡散に基づいて決定されることを特徴とする、参照信号受信方法。
9. 前記基地局に前記データチャネルの前記コヒーレンス時間に関する情報を送信するステップをさらに有する、請求項８に記載の参照信号受信方法。
10. 前記データチャネルの前記コヒーレンス時間に関する情報は、前記データチャネルの前記有効ドップラー拡散に関する情報を含む、請求項９に記載の参照信号受信方法。
11. 前記基地局に前記第２パターンに関する情報を送信するステップをさらに有する、請求項８に記載の参照信号受信方法。
12. 前記第２パターンは、時間軸において１つ以上の参照信号シンボルが前記第１パターンから除去される階層的構造と定義される、請求項８に記載の参照信号受信方法。
13. 前記第１パターンの時間軸参照信号密度は、前記第２パターンの時間軸参照信号密度よりも大きい、請求項８に記載の参照信号受信方法。
14. 無線通信システムにおける基地局装置であって、
    端末装置と信号を送受信するための無線通信モジュールと、
    前記信号を処理するためのプロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、
    制御チャネル及び前記制御チャネルに対応する第１パターンの参照信号を前記端末装置に送信し、データチャネル及び前記データチャネルに対応する第２パターンの参照信号を前記端末装置に送信するように前記無線通信モジュールを制御し、
    前記第２パターンの参照信号密度は、前記データチャネルのコヒーレンス時間に基づいて決定され、
    前記第２パターンのリソース要素（ＲＥ）は、前記第１パターンのリソース要素（ＲＥ）に含まれ、
    前記第２パターンは、前記データチャネルの有効ドップラー拡散に基づいて決定されることを特徴とする、基地局装置。
15. 無線通信システムにおける端末装置であって、
    基地局装置と信号を送受信するための無線通信モジュールと、
    前記信号を処理するためのプロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、
    制御チャネル及び前記制御チャネルに対応する第１パターンの参照信号を前記基地局装置から受信し、データチャネル及び前記データチャネルに対応する第２パターンの参照信号を前記基地局装置から受信するように前記無線通信モジュールを制御し、
    前記第２パターンの参照信号密度は、前記データチャネルのコヒーレンス時間に基づいて決定され、
    前記第２パターンのリソース要素（ＲＥ）は、前記第１パターンのリソース要素（ＲＥ）に含まれ、
    前記第２パターンは、前記データチャネルの有効ドップラー拡散に基づいて決定されることを特徴とする、端末装置。

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