JP6045812B2 - 無線通信方法、無線基地局及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、マクロセルとスモールセルとが地理的に重複するように配置される次世代移動通信システムにおける無線通信方法、無線基地局及び無線通信システムに関する。

ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）ネットワークにおいて、さらなる高速データレート、低遅延などを目的としてロングタームエボリューション（ＬＴＥ:Long Term Evolution）が検討されている（非特許文献１）。ＬＴＥではマルチアクセス方式として、下り回線（下りリンク）にＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）をベースとした方式を用い、上り回線（上りリンク）にＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）をベースとした方式を用いている。

また、ＬＴＥからのさらなる広帯域化及び高速化を目的として、ＬＴＥの後継システムも検討されている（例えば、ＬＴＥアドバンスト又はＬＴＥエンハンスメントと呼ぶこともある（以下、「ＬＴＥ−Ａ」という））。ＬＴＥ−Ａ（Rel-10）においては、ＬＴＥシステムのシステム帯域を１単位とする複数のコンポーネントキャリア（CC: Component Carrier）を束ねて広帯域化するキャリアアグリゲーションが用いられる。また、ＬＴＥ−Ａでは、干渉コーディネーション技術（eICIC: enhanced Inter-Cell Interference Coordination）を用いたＨｅｔＮｅｔ（Heterogeneous Network）構成などが検討されている。

3GPP TR 25.913"Requirements for Evolved UTRA and Evolved UTRAN"

ところで、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＬＴＥ（Rel.8）、ＬＴＥの後継システム（例えば、Rel.9、Rel.10）等のセルラシステムでは、マクロセルに適した無線通信方式（無線インタフェース）が設計されている。今後は、このようなマクロセルと、局所的なカバレッジで高速無線サービスを提供する多数のスモールセルとを、地理的に重複するように配置することが想定される。このため、マクロセルでカバレッジを確保しつつ、スモールセルでキャパシティを確保できるように、マクロセルと地理的に重複するように配置されるスモールセルでの通信に適した無線通信方式の設計が求められている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、マクロセルと地理的に重複するように配置されるスモールセルでの通信に適した無線通信方法、無線基地局及び無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の無線通信方法は、マクロセルを形成するマクロ基地局と第１キャリアを用いて通信するユーザ端末が、前記マクロセルよりも小さいスモールセルを形成するスモール基地局と前記第１キャリアよりも高い周波数帯域の第２キャリアを用いて通信する無線通信方法であって、前記マクロ基地局と前記ユーザ端末との前記第１キャリアを用いた通信により取得された前記ユーザ端末の位置関連情報に基づいて、前記スモール基地局から前記ユーザ端末に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を生成する工程と、前記スモール基地局が、前記ビーム形成情報に基づいて、前記スモールセル内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つをプリコーディングして、前記第２キャリアを用いて複数の送信アンテナから送信する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の無線基地局は、マクロセルを形成するマクロ基地局と第１キャリアを用いて通信するユーザ端末と前記第１キャリアよりも高い周波数帯域の第２キャリアを用いて通信するとともに、前記マクロセルよりも小さいスモールセルを形成する無線基地局であって、前記ユーザ端末に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報に基づいて、前記スモールセル内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つをプリコーディングするプリコーディング部と、プリコーディングされた前記共通制御信号及び前記参照信号の少なくとも１つを、前記第２キャリアを用いて送信する複数の送信アンテナと、を具備し、前記ビーム形成情報は、前記マクロ基地局と前記ユーザ端末との前記第１キャリアを用いた通信により取得された前記ユーザ端末の位置関連情報に基づいて生成されることを特徴とする。

本発明の無線基地局は、第１キャリアを用いてユーザ端末と通信するとともに、前記第１キャリアよりも高い周波数帯域の第２キャリアを用いて前記ユーザ端末と通信するスモール基地局に接続された無線基地局であって、前記ユーザ端末との前記第１キャリアを用いた通信により前記ユーザ端末の位置関連情報を取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記ユーザ端末の位置関連情報、又は、前記ユーザ端末の位置関連情報に基づいて生成された前記スモール基地局から前記ユーザ端末に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を、前記スモール基地局に通知する通知部と、を具備し、前記ビーム形成情報は、前記スモール基地局が、前記スモールセル内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つをプリコーディングして、前記第２キャリアを用いて複数の送信アンテナから送信するために用いられることを特徴とする。

本発明の無線通信システムは、マクロセルを形成するマクロ基地局と第１キャリアを用いて通信するユーザ端末が、前記マクロセルよりも小さいスモールセルを形成するスモール基地局と前記第１キャリアよりも高い周波数帯域の第２キャリアを用いて通信する無線通信システムであって、前記マクロ基地局と前記ユーザ端末との前記第１キャリアを用いた通信により取得された前記ユーザ端末の位置関連情報に基づいて、前記スモール基地局から前記ユーザ端末に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を生成し、前記スモール基地局が、前記ビーム形成情報に基づいて、前記スモールセル内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つをプリコーディングして、前記第２キャリアを用いて複数の送信アンテナから送信することを特徴とする。

本発明によれば、マクロセルと地理的に重複するように配置されるスモールセルでの通信に適した無線通信方法、無線基地局及び無線通信システムを提供できる。特に、スモールセルを形成する無線基地局が、マクロセルを形成する無線基地局のアシストによりユーザ端末の大まかな位置に向けた送信ビームを形成し、当該送信ビームを用いてスモールセル内で共通の共通制御／参照信号を送信することで、当該共通制御／参照信号のカバレッジを確保しながら、当該共通制御／参照信号をユーザ端末が検出するまでに要する時間を短縮できる。

ＬＴＥ−Ａシステムのシステム帯域の説明図である。 マクロセル内に多数のスモールセルを配置した構成を示す図である。 ２種類のHeterogeneous Network構成を示す図である。 マクロセルとスモールセルとで用いられるキャリアを示す図である。 マクロセルとスモールセルとの相違点を示すテーブルである。 第２のＨｅｔＮｅｔ構成における無線通信方式の一例を示す図である。 スモールセルでの信号設計の一例を示す図である。 スモールセルでの送信ビーム形成について説明するための図である。 本実施の形態に係るスモールセルでの送信ビーム形成を示す概念図である。 本実施の形態の第１の態様に係る無線通信方法を示すシーケンス図である。 本実施の形態の第２の態様に係る無線通信方法を示すシーケンス図である。 本実施の形態に係るスモール基地局での“Massive MIMO”の適用例を説明するための図である。 本実施の形態に係る無線通信システムの一例を示す概略図である。 本実施の形態に係るマクロ基地局の一例を示す構成図である。 本実施の形態に係るスモール基地局の一例を示す構成図である。 本実施の形態に係るユーザ端末の一例を示す構成図である。

図１は、ＬＴＥ−Ａで定められた階層型帯域幅構成を示す図である。図１に示す例は、複数の基本周波数ブロック（以下、コンポーネントキャリアとする）で構成される第１システム帯域を持つＬＴＥ−Ａシステムと、１コンポーネントキャリアで構成される第２システム帯域を持つＬＴＥシステムとが併存する場合の階層型帯域幅構成である。ＬＴＥ−Ａシステムにおいては、例えば、１００ＭＨｚ以下の可変システム帯域幅で無線通信し、ＬＴＥシステムでは、２０ＭＨｚ以下の可変システム帯域幅で無線通信する。ＬＴＥ−Ａシステムのシステム帯域は、ＬＴＥシステムのシステム帯域を１単位とする少なくとも１つのコンポーネントキャリアとなっている。このように、複数のコンポーネントキャリアを集めて広帯域化することをキャリアアグリゲーションという。

例えば、図１においては、ＬＴＥ−Ａシステムのシステム帯域は、ＬＴＥシステムのシステム帯域（ベース帯域：２０ＭＨｚ）を１つのコンポーネントキャリアとする５つのコンポーネントキャリアの帯域を含むシステム帯域（２０ＭＨｚ×５＝１００ＭＨｚ）となっている。図１においては、ユーザ端末ＵＥ（User Equipment）＃１は、ＬＴＥ−Ａシステム対応（ＬＴＥシステムにも対応）のユーザ端末であり、１００ＭＨｚまでのシステム帯域に対応可能である。ＵＥ＃２は、ＬＴＥ−Ａシステム対応（ＬＴＥシステムにも対応）のユーザ端末であり、４０ＭＨｚ（２０ＭＨｚ×２＝４０ＭＨｚ）までのシステム帯域に対応可能である。ＵＥ＃３は、ＬＴＥシステム対応（ＬＴＥ−Ａシステムには対応せず）のユーザ端末であり、２０ＭＨｚ（ベース帯域）までのシステム帯域に対応可能である。

ところで将来のシステムでは、図２に示すように、マクロセルＭと多数のスモールセルＳとが地理的に重複するように配置される構成が想定される。この場合、ネットワークコストに対するキャパシティを考慮して、スモールセルＳを設計することが求められている。ネットワークコストとしては、例えば、ネットワークノードやバックホールリンク等の設置コスト、セルプランニングや保守対応等のオペレーションコスト、ネットワーク側の消費電力等が挙げられる。また、スモールセルＳには、キャパシティ以外の要求として、ユーザ端末側の省消費電力化やランダムセルプランニングのサポートが求められている。

マクロセルＭとスモールセルＳとを地理的に重複するように配置する場合、図３Ａ、３Ｂに示すように２種類のHeterogeneous Network（以下、ＨｅｔＮｅｔと称する）構成が考えられる。図３Ａに示す第１のＨｅｔＮｅｔ構成では、マクロセルＭとスモールセルＳとが同一のキャリアを用いるようにスモールセルＳが配置される。図３Ｂに示す第２のＨｅｔＮｅｔ構成では、マクロセルＭとスモールセルＳとが異なるキャリアを用いるようにスモールセルＳが配置される。第２のＨｅｔＮｅｔ構成では、スモールセルＳが専用のキャリアを用いるので、マクロセルＭでカバレッジを確保しつつ、スモールセルＳでキャパシティを確保できる。今後（Ｒｅｌ．１２以降）は、この第２のＨｅｔＮｅｔ構成が重要になると考えられる。

図４を参照し、第２のＨｅｔＮｅｔ構成において用いられるキャリアの一例を説明する。なお、第２のＨｅｔＮｅｔ構成において、マクロセルＭは、相対的に広範なカバレッジ（例えば、半径１０ｋｍ程度）を有するセルであり、ワイドエリア等と称されても良く、セクタであってもよい。また、スモールセルＳは、局所的なカバレッジを有するセル（例えば、半径数メートル程度）であり、ローカルエリア、ピコセル、ナノセル、フェムトセル、マイクロセル、ｅＬＡ（enhanced local area）セル等と称されてもよい。以下、マクロセルＭ、スモールセルＳをそれぞれ形成する（カバレッジとする）無線基地局、装置、ノード、送信ポイントなどをマクロ基地局、スモール基地局と称する。

図４に示すように、第２のＨｅｔＮｅｔ構成のマクロセルＭでは、例えば、２ＧＨｚ帯等の低周波数帯域のキャリアが用いられる。マクロセル用キャリアは、広範なカバレッジを有するように、相対的に高い電力密度を有し、相対的に大きい送信電力で送信される。このマクロセル用キャリアは、カバレッジキャリアやレガシーキャリア等と呼ばれてもよく、以下では、カバレッジキャリアと称する。また、マクロセルＭで用いられる周波数帯域は、カバレッジ帯域、既存セルラ帯域等と呼ばれてもよい。

一方、第２のＨｅｔＮｅｔ構成のスモールセルＳでは、例えば、３．５ＧＨｚ帯や１０ＧＨｚ帯等の高周波数帯域のキャリアが用いられる。スモールセル用キャリアは、高い伝送レートを実現できるように、相対的に広い帯域幅を有する。すなわち、スモールセル用キャリアは、スモールセルＳのキャパシティを向上させるため、マクロセル用キャリアよりも広い帯域幅を有する。また、スモールセル用キャリアの帯域幅は、周波数帯が高くなるほど広くなる。例えば、図４に示すように、１０ＧＨｚ帯のキャリアの帯域幅は、３．５ＧＨｚ帯のキャリアよりも広くなる。また、スモールセル用キャリアは、キャパシティキャリア、追加キャリア（additional carrier）や拡張キャリア（extension carrier）等と呼ばれてもよく、以下では、キャパシティキャリアと称する。また、スモールセルＭで用いられる周波数帯域は、キャパシティ帯域等と呼ばれてもよい。

このような第２のＨｅｔＮｅｔ構成では、図５に示すように、マクロセルＭとスモールセルＳとで要求条件等が異なることが想定される。例えば、マクロセルＭでは、帯域幅が限定されるため、周波数利用効率が非常に重要である。これに対して、スモールセルＳでは、帯域幅を広く取り易いので、広い帯域幅を確保できればワイドエリアほど周波数利用効率の重要性は高くない。マクロセルＭでは車等の高いモビリティにも対応する必要があるが、スモールセルＳでは低いモビリティに対応すればよい。また、マクロセルＭではカバレッジを広く確保する必要がある。一方で、スモールセルＳではカバレッジを広く確保することが好ましいが、カバレッジの不足分はマクロセルＭでカバー可能である。

また、マクロセルＭでは、マクロ基地局とユーザ端末との能力差が大きいので、上下リンクの最大送信電力差が大きくなり、上下リンクの送信電力が非対称となる。一方、スモールセルＳでは、スモール基地局とユーザ端末との能力差が小さいので、上下リンクの最大送信電力差が小さくなり、上下リンクの送信電力が対称に近くなっている。さらに、マクロセルＭでは、セル当たりの接続ユーザ数が多く、セルプランニングもされているため、トラヒックの変動が小さい。これに対し、スモールセルＳでは、セル当たりの接続ユーザ数が少なく、セルプランニングがされていない可能性もあるので、トラヒックの変動が大きい。このように、スモールセルＳの特性はマクロセルＭとは異なるので、スモールセルＳに適した無線通信方式の設計が望まれる。

図６は、第２のＨｅｔＮｅｔ構成における無線通信方式の一例を示す図である。図６では、例えば、２ＧＨｚ帯などの低周波数帯が用いられるマクロセルＭと、例えば、３．５ＧＨｚ帯などの高周波数帯が用いられるスモールセルＳと、が地理的に重複するように、配置されている。

図６に示す第２のＨｅｔＮｅｔ構成において、ユーザ端末は、マクロセルＭを形成するマクロ基地局とＣプレーンの通信を行うとともに、スモールセルＳを形成するスモール基地局とＵプレーンの通信を行う。具体的には、ユーザ端末は、マクロ基地局の制御により、スモール基地局との間のコネクションの確立、再構成、開放などを行う。ユーザ端末は、スモール基地局との間において、ユーザデータを主に送受信することから、スモールセルにおけるキャパシティを向上させることができる。このように、ユーザ端末とスモール基地局との間の通信をマクロ基地局がアシストする方式は、“Macro-assisted”とも呼ばれる。

また、第２のＨｅｔＮｅｔ構成のスモールセルＳでは、マクロセルＭに対する干渉低減やシステム全体のスループット向上のため、ユーザデータが存在する場合にのみ信号送信が行なわれることが好ましい。このため、図７に示すように、スモールセルＳでは、UE-specificな信号をベースとした設計が望まれる。例えば、図７では、ＬＴＥにおけるＰＳＳ／ＳＳＳ（Primary Synchronization Signal/Secondary Synchronization Signal）、ＣＲＳ（Cell-specific Reference Signal）、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）等を使用せずｅＰＤＣＣＨ（enhanced Physical Downlink Control Channel）、ＤＭ−ＲＳ（Demodulation − Reference Signal）をベースとした信号設計が示される。

ここでｅＰＤＣＣＨ（拡張下り制御信号）は、ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）（下りデータ信号）と周波数分割多重される下り制御信号である。ｅＰＤＣＣＨは、ＰＤＳＣＨと同様に、ユーザ固有の復調用参照信号であるＤＭ−ＲＳを用いて復調される。スモールセルＳでは、サブフレームの先頭から最大３ＯＦＤＭシンボルに配置されるＰＤＣＣＨ（下り制御信号）を設けずに、ｅＰＤＣＣＨ（拡張下り制御信号）に基づいてＰＤＳＣＨ（下りデータ信号）を受信するように構成することも可能である。なおｅＰＤＣＣＨは、ＦＤＭ型ＰＤＣＣＨと呼ばれてもよいし、ＵｅＰＤＣＣＨと呼ばれてもよい。図７では、ＰＤＳＣＨ、ｅＰＤＣＣＨ、ＤＭ−ＲＳ等が、UE-specific L1/L2 signalsとして記載されている。

また、スモールセルＳでは、図７に示すように、下りリンクにおいてディスカバリー信号（Discovery Signal）を定義することも検討されている。ここで、ディスカバリー信号とは、ユーザ端末によるスモール基地局の検出に用いられる検出信号であり、スモールセルＳ内で共通の共通制御信号の１つである。図７に示すように、ディスカバリー信号は、ユーザ端末が測定回数を減らしてバッテリセービングできるように、比較的長周期（例えば、数秒周期）で送信されてもよい。このディスカバリー信号は、ＰＤＣＨ（Physical Discovery Channel）、ＢＳ（Beacon Signal）、ＤＰＳ（Discovery Pilot Signal）等と呼ばれてもよい。

ところで、以上のような第２のＨｅｔＮｅｔ構成のスモールセルＳでは、３．５ＧＨｚ帯や１０ＧＨｚ帯などの高周波数帯のキャパシティキャリアが用いられることから、カバレッジが小さくなる傾向にある。そこで、図８Ａに示すように、スモール基地局からユーザ端末（ＵＥ）に向けた送信ビームを形成することで、スモールセルＳのカバレッジを拡大することが想定される。ユーザ端末に向けた送信ビームは、ユーザ端末からのフィードバック情報（例えば、ＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator））など）に基づいて形成できる。ユーザ端末は、この送信ビームを用いて送信された下りデータ信号（ＰＤＳＣＨ）や拡張下り制御信号（ｅＰＤＣＣＨ）について、ビームフォーミングゲインを得ることができる。

一方、図８Ｂに示すように、ユーザ端末の接続前においては、スモール基地局は、ユーザ端末からのフィードバック情報を取得できず、当該フィードバック情報に基づく送信ビームを形成することもできない。このため、ユーザ端末の接続前にスモール基地局から送信されるスモールセルＳ内で共通の共通制御／参照信号については、ビームフォーミングゲインを得ることができず、カバレッジを確保できない。

この共通制御／参照信号のカバレッジを確保する方法としては、図８Ｃに示すように、時分割又は周波数分割で、スモールセルＳ内のあらゆる方向に向けた送信ビームを形成することが考えられる。例えば、図８Ｃに示すように、タイムスロット＃１〜＃３でそれぞれ異なる方向に向けた送信ビームを形成することや、周波数ビン＃１〜＃３でそれぞれ異なる方向に向けた送信ビームを形成することが考えられる。

図８Ｃに示すように、時分割又は周波数分割で異なる方向に向けた送信ビームを形成する場合、ユーザ端末からのフィードバック情報がなくとも、上記共通制御／参照信号のカバレッジを確保可能である。一方で、図８Ｃに示す場合、ユーザ端末が存在しない方向（例えば、ユーザ端末の位置とは全く逆の方向）へも送信ビームが形成され得るため、当該送信ビームを用いて送信される共通制御／参照信号をユーザ端末が検出するまでに要する時間が長くなるという問題点があった。また、この問題点は、ユーザ端末の接続前に送信される共通制御／参照信号だけでなく、ユーザ端末の接続後に送信される共通制御／参照信号にも生じ得ることが想定される。

そこで、本発明者らは、マクロセルと地理的に重複して配置され、高周波数帯のキャリアが用いられるスモールセルにおいて、スモール基地局から送信される制御／参照信号のカバレッジを確保しながら、スモールセル内で共通の共通制御／参照信号をユーザ端末が検出するまでに要する時間を短縮するために、本発明に至った。すなわち、本発明の骨子は、マクロ基地局が、ユーザ端末とのカバレッジキャリアを用いた通信により推定されたユーザ端末の大まかな位置を推定し、スモール基地局が、推定されたユーザ端末の大まかな位置に向けた送信ビームを用いて、スモールセル内で共通の共通制御／参照信号を送信することである。これにより、スモールセル内で共通の共通制御／参照信号のカバレッジを確保しながら、当該共通制御／参照信号をユーザ端末が検出するまでに要する時間を短縮することにある。

以下、本実施の形態に係るスモールセルでの送信ビーム形成について説明する。なお、以下の説明は、マクロセルＣ１内に複数のスモールセルＣ２を配置した無線通信システム（図１３参照）を想定する。この無線通信システムでは、上述の第２のＨｅｔＮｅｔ構成が適用されており、マクロセルＣ１では、例えば、２ＧＨｚ帯などの低周波数帯のカバレッジキャリアが用いられ、スモールセルＣ２では、例えば、３．５ＧＨｚ帯や１０ＧＨｚ帯などの高周波数帯のキャパシティキャリアが用いられるものとする。ただし、この無線通信システムは、例示にすぎず、マクロセルＣ１で、高周波数帯のキャリアが用いられてもよい。

図９は、本実施の形態に係るスモールセルでの送信ビーム形成を示す概念図である。図９に示すように、マクロ基地局１０は、カバレッジキャリア（第１キャリア）を用いたユーザ端末３０との通信により、ユーザ端末３０の位置関連情報を推定する。マクロ基地局１０は、バックホールリンク（Ｘ２インターフェースなどの有線インターフェースや、無線インターフェース）を介して、推定したユーザ端末３０の位置関連情報をスモール基地局２０に通知する。スモール基地局２０は、マクロ基地局１０から通知されたユーザ端末３０の位置関連情報に基づいて、ユーザ端末３０に向けたキャパシティキャリア（第２キャリア）の送信ビームＢを形成し、当該送信ビームＢを用いてスモールセルＣ２内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つを送信する。

ここで、ユーザ端末３０の位置関連情報とは、ユーザ端末３０の位置情報（例えば、緯度及び経度など）であってもよいし、マクロ基地局１０からユーザ端末３０までの距離情報、カバレッジキャリアにおけるユーザ端末３０までのパスロス、カバレッジキャリアの送信/受信ビームの方向（Direction of departure (DOD)、Direction of arrival (DOA)等）や当該送信ビームを形成するためのプリコーディングウェイト、送信電力など、ユーザ端末３０の位置を推定可能な情報であってもよい。同様に、後述するスモール基地局２０の位置関連情報とは、スモール基地局２０の位置情報であってもよいし、スモール基地局２０の位置を推定可能な情報であってもよい。

また、共通制御信号とは、スモールセルＣ２内で共通（Cell-Specific）の制御信号であり、例えば、図７で説明したディスカバリー信号や、ＣＣＨ（Common Control Channel）信号、報知信号ＢＣＨ（Broadcast Channel），同期用信号などが含まれる。また、参照信号には、ＣＲＳ（Cell-Specific Reference Signal）や、チャネル推定用参照信号ＣＳＩ−ＲＳ(Channel State Information Reference Signal)などが含まれる。以下、図９の送信ビームＢを用いて送信される共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つを、説明の便宜上、共通制御／参照信号と略する。

なお、図示しないが、図９で形成される送信ビームＢは、制御信号や参照信号を複数の送信ビーム（マルチビーム）で送信してもよい。かかる場合、各送信ビームは、図８Ｃに示すように、ユーザ端末３０の大まかな位置に向けた異なるビームパターン（指向性、プリコーディングウェイト）を有していてもよい。

また、図９で形成される送信ビームＢは、送信タイムスロットやサブフレームなどの時間リソースユニットが異なる複数の送信ビームであってもよいし，周波数方向で周波数ブロックなどの周波数リソースユニットが異なる複数の送信ビームであってもよい。かかる場合、各送信ビームは、図８Ｃに示すように、ユーザ端末３０の大まかな位置に向けた異なるビームパターン（指向性、プリコーディングウェイト）を有していてもよい。

以上のように、図９では、マクロ基地局１０とユーザ端末３０とのカバレッジキャリアを用いた通信により推定されたユーザ端末３０の位置関連情報（すなわち、ユーザ端末３０の大まかな（Rough）位置）に基づいて、キャパシティキャリアの送信ビームＢが形成される。このため、ユーザ端末３０が全く存在しない方向に向けた送信ビームが形成されることがない。この結果、スモールセルＣ２で共通の共通制御／参照信号のカバレッジを確保しながら、当該共通制御／参照信号をユーザ端末が検出するまでに要する時間を短縮できる。

次に、図１０及び１１を参照して、本実施の形態に係る無線通信方法を詳述する。図１０は、本実施の形態の第１の態様に係る無線通信方法を示すシーケンス図である。図１０において、マクロ基地局１０とスモール基地局２０とは、バックホールリンク（Ｘ２インターフェースなどの有線インターフェース、又は、無線インターフェース）で接続されている。また、ユーザ端末３０は、マクロ基地局１０及びスモール基地局２０と無線インターフェースで接続されるものとする。

図１０に示すように、ユーザ端末３０は、カバレッジキャリアを用いて、マクロ基地局１０に対する接続処理を行う（ステップＳ１０１）。マクロ基地局１０は、カバレッジキャリアを用いたユーザ端末３０との通信に基づいて、ユーザ端末３０の位置関連情報を推定する（ステップＳ１０２）。例えば、マクロ基地局１０は、カバレッジキャリアの信号受信品質（例えば、ＳＩＮＲ（signal to noise interference ratio）など）などに基づいて、ユーザ端末３０の位置関連情報を推定する。なお、マクロ基地局１０は、ユーザ端末３０の位置関連情報をユーザ端末３０から取得してもよい。

マクロ基地局１０は、バックホールリンクを介して、ユーザ端末３０の位置関連情報を通知する（ステップＳ１０３）。スモール基地局２０は、マクロ基地局１０から通知されたユーザ端末３０の位置関連情報と、自局（スモール基地局２０）の位置関連情報とに基づいて、ビーム形成情報を生成する（ステップＳ１０４）。

ここで、ビーム形成情報とは、スモール基地局２０からユーザ端末３０に向けたキャパシティキャリアの送信ビームを形成するための情報であり、例えば、当該送信ビームの方向（Direction of departure (DOD)、Direction of arrival (DOA)等）や、プリコーディングウェイトや、送信電力や、ユーザ端末３０までのパスロスなどである。

例えば、スモール基地局２０は、ユーザ端末３０の位置関連情報をＩ１、スモール基地局２０の位置関連情報をＩ２として、以下の式（１）に示すように、所定の関数を用いてビーム形成情報としてのプリコーディングウェイトＷ_ｂｅａｍ及び送信電力Ｐを生成してもよい。
（Ｐ，Ｗ_ｂｅａｍ）＝ｆｕｎｃｔｉｏｎ（Ｉ１，Ｉ２）…式（１）

スモール基地局２０は、ステップＳ１０４のビーム形成情報に基づいて形成された送信ビームを用いて、共通制御／参照信号（例えば、ディスカバリー信号）を送信する（ステップＳ１０５）。具体的には、スモール基地局２０は、ビーム形成情報として生成されたプリコーディングウェイトを用いて共通制御／参照信号をプリコーディングし、プリコーディングされた共通制御／参照信号を複数の送信アンテナからキャパシティキャリアを用いて送信してもよい。また、スモール基地局２０は、ビーム形成情報として生成された送信電力で、共通制御／参照信号を送信してもよい。

ユーザ端末３０は、上記送信ビームを用いて送信された共通制御／参照信号を検出すると、当該共通制御／参照信号の検出結果に基づいて、キャパシティキャリアを用いてスモール基地局２０に対する接続処理を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、ユーザ端末３０は、スモール基地局２０に対して上り制御信号（例えば、ＤＡＣＨ（Direct Access Channel）など）を送信する。この上り制御信号には、スモール基地局２０からの共通制御／参照信号の受信品質やパスロスや、測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）に基づいて測定されたチャネル状態情報（ＣＳＩ）などのフィードバック情報が含まれてもよい。

ユーザ端末３０によるスモール基地局２０に対する接続処理が完了すると、スモール基地局２０は、拡張下り制御信号（ｅＰＤＣＣＨ）及び下りデータ信号（ＰＤＳＣＨ）を送信する（ステップＳ１０７）。このｅＰＤＣＣＨ及びＰＤＳＣＨは、ユーザ端末３０からのフィードバック情報（例えば、ＰＭＩなど）に基づいて形成されるユーザ端末３０固有（UE-Specific）の送信ビームを用いて送信される。

以上のように、図１０に示す第１の態様に係る無線通信方法によれば、マクロ基地局１０とユーザ端末３０とのカバレッジキャリアを用いた通信により推定されたユーザ端末３０の位置関連情報（すなわち、ユーザ端末３０の大まかな（Rough）位置）と、スモール基地局２０の位置関連情報とに基づいて、キャパシティキャリアの送信ビームが形成される。このため、スモール基地局２０は、ユーザ端末３０からのフィードバック情報を取得できない場合であっても、ユーザ端末３０が全く存在しない方向に向けた送信ビームを形成することがない。この結果、スモールセルＣ２で共通の共通制御／参照信号のカバレッジを確保しながら、当該共通制御／参照信号をユーザ端末３０が検出するまでに要する時間を短縮できる。

図１１は、本実施の形態の第２の態様に係る無線通信方法を示すシーケンス図である。図１１に示す無線通信方法は、ビーム形成情報が、スモール基地局２０ではなく、マクロ基地局１０で生成される点で、図１０に示す無線通信方法と異なる。以下、図１０との相違点を中心に説明を行う。

図１１のステップＳ２０１、Ｓ２０２は、図１０のステップＳ１０１、Ｓ１０２と同様である。図１１に示すように、マクロ基地局１０は、スモール基地局２０の位置関連情報を取得する（ステップＳ２０３）。なお、マクロ基地局１０は、予めスモール基地局２０の位置関連情報を記憶している場合、ステップＳ２０３は省略されてもよい。

マクロ基地局１０は、ステップＳ２０２で推定されたユーザ端末３０の位置関連情報と、スモール基地局２０の位置関連情報とに基づいて、上述のビーム形成情報を生成する（ステップＳ２０４）。マクロ基地局１０は、生成されたビーム形成情報をスモール基地局２０に通知する（ステップＳ２０５）。

スモール基地局２０は、マクロ基地局１０から通知されたビーム形成情報に基づいて送信ビームを形成する（ステップＳ２０６）。具体的には、スモール基地局２０は、ビーム形成情報（例えば、プリコーディングウェイト、送信ビームの方向に基づいて算出されるプリコーディングウェイトなど）を用いて共通制御／参照信号をプリコーディングする。

スモール基地局２０は、形成された送信ビームを用いて共通制御／参照信号を送信する（ステップＳ２０７）。具体的には、スモール基地局２０は、プリコーディングされた共通制御／参照信号を複数の送信アンテナからキャパシティキャリアを用いて送信する。また、スモール基地局２０は、マクロ基地局１０から通知されたビーム形成情報（例えば、送信電力）を用いて、共通制御／参照信号を送信してもよい。なお、図１１のステップＳ２０７−Ｓ２０９は、図１０のステップＳ１０５−１０７と同様である。

以上のように、図１１に示す第２の態様に係る無線通信方法によれば、マクロ基地局１０とユーザ端末３０とのカバレッジキャリアを用いた通信により推定されたユーザ端末３０の位置関連情報（すなわち、ユーザ端末３０の大まかな（Rough）位置）に基づいて、マクロ基地局１０がビーム形成情報を生成してスモール基地局２０に通知する。この結果、スモール基地局２０で、ユーザ端末３０に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を生成する必要がなく、第１の態様に係る無線通信方法と比較して、スモール基地局２０の処理負荷を軽減できる。

次に、図１２を参照し、本実施の形態に係るスモール基地局に適した送信アンテナ構成を説明する。図４を参照して説明したように、スモールセルＣ２では、３．５ＧＨｚ帯や１０ＧＨｚ帯などの高周波数帯が用いられる。高周波数帯では、２０〜２３^＊ｌｏｇ（ｆ）でパスロスが大きくなる。例えば、１ＧＨｚ帯のキャリアを１０ＧＨｚ帯のキャリアに変更することは、２０ｄＢの電力を喪失することと等しい。このため、スモール基地局において”Massive MIMO”を適用することで、高周波数帯でのパスロスを補償し、カバレッジの縮小を防止することが考えられる。

図１２は、本実施の形態に係るスモール基地局での“Massive MIMO”の適用例を説明するための図である。図１２Ａは、スモール基地局２０において６個の送信アンテナ２０７（素子）をアンテナ長さＬ及び素子間隔λ／２で配置した場合を示す。この場合、図１２Ａに示すように、２ＧＨｚ帯などの低周波数帯では、ビーム幅φ_ｍｉｎでビームフォーミングゲインＧの送信ビームが形成される。

図１２Ｂは、図１２Ａの２倍のアンテナ長さ２Ｌに図１２Ａと同じ素子間隔λ／２で、図１２Ａの２倍の１２個の送信アンテナ２０７（素子）を配置した場合を示す。この場合、図１２Ａと同じ２ＧＨｚ帯などの低周波数帯においても、ビーム幅を図１２Ａの半分のφ_ｍｉｎ／２とすることができ、図１２Ａの２倍のビームフォーミングゲイン２Ｇの送信ビームを形成できる。一方で、図１２Ｂでは、送信アンテナ２０７（素子）のアンテナ長さ２Ｌが図１２Ａの２倍となるため、スペース上の問題が大きい。

図１２Ｃは、図１２Ａと同じアンテナ長さＬ及び図１２Ａの半分の素子間隔（λ／２）／２で、図１２Ａの２倍の１２個の送信アンテナ２０７（素子）を配置した場合を示す。この場合、図１２Ａの２倍の周波数帯（すなわち、４ＧＨｚ帯などの高周波数帯）を用いることで、ビーム幅を図１２Ａの半分のφ_ｍｉｎ／２とすることができ、図１２Ａの２倍のビームフォーミングゲイン２Ｇの送信ビームを形成できる。すなわち、図１２Ｃでは、図１２Ａと同じスペースで、図１２Ｂと同様の効果を得ることができる。

このため、３．５ＧＨｚ帯や１０ＧＨｚ帯などの高周波数帯が用いるスモール基地局２０において、図１２Ｃに示すように、送信アンテナ２０７（素子）の素子間隔を、送信アンテナ数（素子数）を増加させても同じアンテナ長さＬとなるように、短く設定することが考えられる。これにより、スモール基地局２０において、送信アンテナ２０７の配置スペースを拡大せずに、ビーム幅が狭い送信ビームを形成でき、カバレッジを効果的に拡大できる。

以上のように、スモール基地局２０において“Massive MIMO”を適用することで、高周波数帯のキャパシティキャリアの送信ビームのカバレッジをより効果的に拡大できる。

ここで、本実施の形態に係る無線通信システムについて詳細に説明する。

図１３は、本実施の形態に係る無線通信システムのシステム構成の説明図である。なお、図１３に示す無線通信システムは、例えば、ＬＴＥシステム或いは、ＳＵＰＥＲ ３Ｇが包含されるシステムである。この無線通信システムでは、ＬＴＥシステムのシステム帯域を１単位とする複数の基本周波数ブロック（コンポーネントキャリア）を一体としたキャリアアグリゲーションが適用される。また、この無線通信システムは、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄと呼ばれても良いし、４Ｇ、ＦＲＡ（Future Radio Access）と呼ばれても良い。

図１３に示すように、無線通信システム１は、マクロセルＣ１を形成するマクロ基地局１０と、マクロセルＣ１内に配置され、マクロセルＣ１よりも狭いスモールセルＣ２を形成する複数の複数のスモール基地局２０とを備えている。また、マクロセルＣ１及び各スモールセルＣ２には、多数のユーザ端末３０が配置されている。ユーザ端末３０は、マクロセル用及びスモールセル用の無線通信方式に対応しており、マクロ基地局１０及びスモール基地局２０と無線通信可能に構成されている。

ユーザ端末３０とマクロ基地局１０との間は、カバレッジキャリア（例えば、低周波数帯のキャリア）を用いて通信される。ユーザ端末３０とスモール基地局２０との間は、キャパシティキャリア（例えば、高周波数帯のキャリア）を用いて通信される。また、マクロ基地局１０及び各スモール基地局２０は、有線接続又は無線接続されている。

マクロ基地局１０及び各スモール基地局２０は、それぞれ図示しない上位局装置に接続され、上位局装置を介してコアネットワーク４０に接続される。なお、上位局装置には、例えば、アクセスゲートウェイ装置、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）等が含まれるが、これに限定されるものではない。また、スモール基地局２０は、マクロ基地局１０を介して上位局装置に接続されてもよい。

なお、マクロ基地局１０は、相対的に広いカバレッジを有する無線基地局であり、ｅＮｏｄｅＢ、無線基地局装置、送信ポイントなどと呼ばれてもよい。また、スモール基地局２０は、局所的なカバレッジを有する無線基地局であり、ピコ基地局、フェムト基地局、Ｈｏｍｅ ｅＮｏｄｅＢ、ＲＲＨ（Remote Radio Head）、マイクロ基地局、送信ポイントなどと呼ばれてもよい。各ユーザ端末３０は、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａなどの各種通信方式に対応した端末であり、移動通信端末だけでなく固定通信端末を含んでよい。

無線通信システムにおいては、無線アクセス方式として、下りリンクについてはＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）が適用され、上りリンクについてはＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリア−周波数分割多元接続）が適用される。ＯＦＤＭＡは、周波数帯域を複数の狭い周波数帯域（サブキャリア）に分割し、各サブキャリアにデータをマッピングして通信を行うマルチキャリア伝送方式である。ＳＣ−ＦＤＭＡは、システム帯域を端末毎に１つ又は連続したリソースブロックからなる帯域に分割し、複数の端末が互いに異なる帯域を用いることで、端末間の干渉を低減するシングルキャリア伝送方式である。

ここで、図１３に示す無線通信システムで用いられる通信チャネルについて説明する。下りリンクの通信チャネルは、各ユーザ端末３０で共有されるＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）と、下りＬ１／Ｌ２制御チャネル（ＰＤＣＣＨ、ＰＣＦＩＣＨ、ＰＨＩＣＨ）とを有する。ＰＤＳＣＨにより、ユーザデータ及び上位制御情報が伝送される。ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）により、ＰＤＳＣＨおよびＰＵＳＣＨのスケジューリング情報等が伝送される。ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator Channel）により、ＰＤＣＣＨに用いるＯＦＤＭシンボル数が伝送される。ＰＨＩＣＨ（Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel）により、ＰＵＳＣＨに対するＨＡＲＱのＡＣＫ/ＮＡＣＫが伝送される。また、ｅＰＤＣＣＨ（Enhanced Physical Downlink Control Channel）により、ＰＤＳＣＨ及びＰＵＳＣＨのスケジューリング情報等が伝送されてもよい。

上りリンクの通信チャネルは、各ユーザ端末３０で共有される上りデータチャネルとしてのＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel）と、上りリンクの制御チャネルであるＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel）とを有する。このＰＵＳＣＨにより、ユーザデータや上位制御情報が伝送される。また、ＰＵＣＣＨにより、下りリンクの無線品質情報（CQI：Channel Quality Indicator）、ＡＣＫ/ＮＡＣＫ等が伝送される。また、マクロ基地局１０に対するアクセスチャネルとして、ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access channel）、スモール基地局２０に対するアクセスチャネルとして、ＤＡＣＨ（Direct Access Channel）などが用いられてもよい。

次に、図１４〜１６を参照して、本実施の形態に係る無線通信システムの詳細構成を説明する。

図１４は、本実施の形態に係るマクロ基地局１０の詳細構成を示す概略ブロック図である。マクロ基地局１０は、送信系の処理部として、送信信号処理部１０１、複数の送信アンテナ１０２を備えている。

送信信号処理部１０１は、カバレッジキャリアを用いて送信する下り信号を生成し、後述するフィードバック情報取得部１０５から入力されたフィードバック情報に基づいて、生成した下り信号の符号化・変調処理、プリコーディング処理、リソースエレメントへのマッピング処理、ＯＦＤＭ変調処理などの送信信号処理を行う。送信アンテナ１０２は、送信信号処理部１０１から入力された下り信号を、カバレッジキャリアを用いて送信する。

また、マクロ基地局１０は、受信系の処理部として、受信アンテナ１０３、受信信号処理部１０４、フィードバック情報取得部１０５（取得部）、位置関連情報推定部１０６（通知部）を備えている。受信アンテナ１０３は、ユーザ端末３０からカバレッジキャリアを用いて送信された上り信号（例えば、上りデータ信号（ＰＵＳＣＨ）や上り制御信号（ＰＵＣＣＨ）やアクセス信号（ＰＲＡＣＨ）など）を受信する。受信信号処理部１０４は、受信アンテナ１０３による受信信号に対して、ＯＦＤＭ復調処理、復調処理、復号処理などの受信信号処理を行う。

フィードバック情報取得部１０５は、受信信号処理部１０４で受信信号処理された受信信号からユーザ端末３０からのフィードバック情報を取得する。フィードバック情報には、例えば、マクロセルＣ１におけるカバレッジキャリアによるチャネル状態を示す情報（例えば、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）、ＲＩ（Rank Indicator）などのＣＳＩ（Channel State Information）など）が含まれる。また、フィードバック情報には、ユーザ端末３０におけるカバレッジキャリアの受信品質（例えば、ＳＩＮＲなど）やパスロス、ユーザ端末３０の位置情報（例えば、経度、緯度）などが含まれてもよい。

位置関連情報推定部１０６は、フィードバック情報取得部１０５で取得されたフィードバック情報に基づいて、ユーザ端末３０の位置関連情報を推定する。上述のように、ユーザ端末３０の位置関連情報は、ユーザ端末３０の位置情報（例えば、緯度及び経度など）であってもよいし、マクロ基地局１０からユーザ端末３０までの距離情報、カバレッジキャリアのパスロス、カバレッジキャリアの送信／受信ビームの方向（Direction of departure (DOD)、Direction of arrival (DOA)等）や当該送信ビームを形成するためのプリコーディングウェイト、送信電力など、ユーザ端末３０の位置を推定可能な情報であってもよい。位置関連情報推定部１０６は、推定したユーザ端末３０の位置関連情報を、Ｘ２インターフェースなどの有線インターフェース又は無線インターフェースを介して、スモール基地局２０に通知する。

なお、マクロ基地局１０は、位置関連情報推定部１０６で推定されたユーザ端末３０の位置関連情報と、スモール基地局２０の位置関連情報とに基づいて、スモール基地局２０からユーザ端末３０に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を生成するビーム形成情報生成部（通知部）（図１４では、不図示）を具備してもよい。ここで、ビーム形成情報は、上記送信ビームの方向（Direction of departure (DOD)、Direction of arrival (DOA)等）であってもよいし、上記送信ビームを形成するためのプリコーディングウェイト、送信電力、ユーザ端末３０までのパスロスなどであってもよい。ビーム形成情報生成部は、生成されたビーム形成情報をＸ２インターフェースなどの有線インターフェース又は無線インターフェースを介して、スモール基地局２０に通知する。

また、図１４に示すマクロ基地局１０の構成は、模式的なものであり、これに限られるものではない。例えば、送信アンテナ１０２と受信アンテナ１０３は、別々に構成されているが、物理的には同じアンテナで構成されていてもよい。また、マクロ基地局１０は、図示しないプロセッサ、メモリなどを含んでも良いことはもちろんである。

図１５は、本実施の形態に係るスモール基地局２０の詳細構成を示す概略ブロック図である。スモール基地局２０は、送信系の処理部として、複数の符号化・変調部２０１、共通制御信号生成部２０２、参照信号生成部２０３、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４、複数のリソースエレメントマッピング部２０５、複数のＯＦＤＭ信号生成部２０６、複数の送信アンテナ２０７を具備する。

符号化・変調部２０１は、上位レイヤから入力された送信データに対して符号化処理及び変調処理を行う。具体的には、符号化・変調部２０１は、後述するフィードバック情報取得部２１０で取得されたフィードバック情報（例えば、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator））に基づいて符号化率及び変調方式を決定する。符号化・変調部２０１は、決定した符号化率及び変調方式を用いて、ユーザ端末３０に対する送信データに対して符号化処理及び変調処理を行ってビームフォーミング及びプリコーディング部２０４に出力する。なお、上位レイヤから符号化・変調部２０１に入力される送信データには、ユーザ端末３０に対するユーザデータだけでなく、ＲＲＣシグナリングなど上位レイヤシグナリングの制御データなどが含まれてもよい。

共通制御信号生成部２０２は、共通制御信号を生成する。ここで、共通制御信号とは、スモールセルＳ内で共通の制御信号であり、例えば、図７で説明したディスカバリー信号や、ＣＣＨ（Common Control Channel）信号、報知信号（ＢＣＨ：Broadcast Channel）、同期用信号などを生成する。なお、共通制御信号生成部２０２は、所定の符号化率及び変調方式を用いて、共通制御信号に対して符号化処理及び変調処理を行ってもよい。共通制御信号生成部２０２は、生成された共通制御信号をビームフォーミング及びプリコーディング部２０４に出力する。

参照信号生成部２０３は、参照信号を生成する。ここで、参照信号には、例えば、ユーザ端末３０における下りデータ信号（ＰＤＳＣＨ：Physical Data Shared Channel）の復調に用いられる復調用参照信号（ＤＭ−ＲＳ：Demodulation-Reference Signal）、ユーザ端末３０におけるチャネル推定に用いられる測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ：Channel State Information-Reference Signal）、セル固有の参照信号（ＣＲＳ：Cell-specific Reference Signal）などを生成する。参照信号生成部２０３は、生成された参照信号をビームフォーミング及びプリコーディング部２０４に出力する。

ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４は、スモール基地局２０からユーザ端末３０に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を生成する。具体的には、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４は、マクロ基地局１０から通知されたユーザ端末３０の位置関連情報と、自局（スモール基地局２０）の位置関連情報とに基づいて、共通制御／参照信号を送信する送信ビームを形成するためのビーム形成情報（例えば、送信ビームの方向（Direction of departure (DOD)、Direction of arrival (DOA)等）やプリコーディングウェイト、送信電力、ユーザ端末３０までのパスロスなど）を生成する。当該ビーム形成情報は、マクロ基地局１０から、Ｘ２インターフェースなどの有線インターフェース又は無線インターフェースを介して通知されてもよい。

なお、共通制御／参照信号を送信する送信ビームは、異なる送信レイヤ（アンテナポート）の複数の送信ビームであってもよいし、異なる時間リソース単位（例えば、タイムスロットやサブフレームなど）に割り当てられる複数の送信ビームであってもよいし、異なる周波数リソース単位（例えば、リソースブロックなど）に割り当てられる複数の送信ビームであってもよい。かかる場合、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４は、図８Ｃに示すように、ユーザ端末３０の大まかな位置に向けた異なるビームパターン（指向性、プリコーディングウェイト）を有する複数の送信ビームを形成するためのビーム形成情報を生成してもよい。

また、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４は、後述するフィードバック情報取得部２１０から出力されたフィードバック情報（例えば、ＰＭＩ）に基づいて、ユーザ固有の下り信号（例えば、下りデータ信号（ＰＤＳＣＨ）、拡張下り制御信号（ｅＰＤＣＣＨ）、復調用参照信号（ＤＭ−ＲＳ）など）の送信ビームを形成するためのビーム形成情報（例えば、送信ビームの方向やプリコーディングウェイト、送信電力）を生成してもよい。

また、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４は、符号化・変調部２０１から入力されたデータ信号、共通制御信号生成部２０２から入力された共通制御信号、参照信号生成部２０３から入力された参照信号のプリコーディングを行う。具体的には、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４は、上述のビーム形成情報（例えば、送信ビームの方向、又は、プリコーディングウェイト）に基づいて、送信アンテナ２０７毎に、位相及び／又は振幅シフト（プリコーディングによる各送信アンテナ２０７の重みづけ）を施す。なお、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４は、送信レイヤ（アンテナポート）に応じたプリコーディングを行ってもよい。また、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４は、上述のビーム形成情報（例えば、送信電力）に基づいて、送信アンテナ２０７毎に、送信電力を決定してもよい。

リソースエレメントマッピング部２０５は、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４から出力された送信信号を、送信レイヤ（アンテナポート）のリソースエレメントにマッピングする。なお、リソースエレメントマッピング部２０５は、参照信号生成部２０３で生成された参照信号のうちプリコーディングを行わない参照信号を、所定のマッピングパターンに従ってリソースエレメントにマッピングしてもよい。

ＯＦＤＭ信号生成部２０６は、リソースエレメントマッピング部２０５が出力した周波数領域の送信信号を、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ））などにより周波数時間変換処理を行い、時間領域の送信信号に変換する。さらに、ＯＦＤＭ信号生成部２０６は、それぞれのＯＦＤＭシンボルの一部を巡回的に拡張することでガードインターバル（サイクリックプレフィックス）を付加する。

送信アンテナ２０７は、ＯＦＤＭ信号生成部２０６から入力された送信信号に対してベースバンドから無線周波数への変換処理などを行い、キャパシティキャリアを用いて送信する。

また、スモール基地局２０は、受信系の処理部として、受信アンテナ２０８、受信信号処理部２０９、フィードバック情報取得部２１０を具備する。受信アンテナ２０８は、ユーザ端末３０からキャパシティキャリアを用いて送信された上り信号を受信する。受信信号処理部２０９は、受信アンテナ２０８による受信信号に対して、ＯＦＤＭ復調処理、復調処理、復号処理などの受信信号処理を行う。

フィードバック情報取得部２１０は、受信信号に含まれるユーザ端末３０からのフィードバック情報を取得し、ビームフォーミング及びプリコーディング部２０４、符号化・変調部２０１に出力する。フィードバック情報には、例えば、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）、ＲＩ（Rank Indicator）などのＣＳＩ（Channel State Information）などが含まれる。

また、図１５に示すスモール基地局２０の構成は、模式的なものであり、これに限られるものではない。例えば、送信アンテナ２０７と受信アンテナ２０８は、別々に構成されているが、物理的には同じアンテナで構成されていてもよい。また、スモール基地局２０は、図示しないプロセッサ、メモリなどを含んでも良いことはもちろんである。

図１６は、本実施の形態に係るユーザ端末３０の詳細構成を示す概略ブロック図である。ユーザ端末３０は、受信系の処理部として、複数の受信アンテナ３０１、複数のＯＦＤＭ信号復調部３０２、複数のリソースエレメントデマッピング部３０３、チャネル推定部３０４、復調・復号部３０５、送信系の処理部として、送信信号処理部３０６、送信アンテナ３０７を具備する。

受信アンテナ３０１は、マクロ基地局１０からカバレッジキャリアを用いて送信された下り信号及びスモール基地局２０からキャパシティキャリアを用いて送信された下り信号を受信する。受信アンテナ３０１は、マクロ基地局１０又はスモール基地局２０からの下り信号に対して無線周波数からベースバンド信号への変換処理などを行う。

ＯＦＤＭ信号復調部３０２は、受信アンテナ３０１による受信信号に付加されたガードインターバルを除去し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などにより時間周波数変換処理を行い、周波数領域の信号に変換する。

リソースエレメントデマッピング部３０３は、マクロ基地局１０又はスモール基地局２０でマッピングされた信号をデマッピング（分離）し、データ信号を復調・復号部３０５に、測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）および復調用参照信号（ＤＭ−ＲＳ）をチャネル推定部３０４にそれぞれ出力する。また、制御信号は、ユーザ端末３０全体（上位層も含む）で共有され、データ信号の復調など、ユーザ端末３０における様々な制御に用いられる（図示しない）。

チャネル推定部３０４は、入力された復調用参照信号（ＤＭ−ＲＳ）に基づいて、各受信アンテナ３０１の各レイヤー（ランク、空間多重）に対する、それぞれのリソースエレメントにおける振幅と位相の変動（周波数応答、伝達関数）を推定（チャネル推定）する。なお、復調用参照信号がマッピングされていないリソースエレメントは、復調用参照信号がマッピングされたリソースエレメントに基づいて、周波数方向および時間方向にチャネル推定値を補間し、チャネル推定を行う。チャネル推定部３０４は、チャネル推定による推定結果を復調・復号部３０５に出力する。

また、チャネル推定部３０４は、入力された測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）に基づいてチャネル状態を測定して、測定結果に基づいてフィードバック情報を生成する。具体的には、受信した測定用参照信号を用いて、複数の送信アンテナ１０２又は２０８に対する受信アンテナ３０１のチャネル状態をそれぞれ測定し、測定結果に基づいて、フィードバック情報を生成する。さらに、フィードバック情報は、上り制御信号（ＰＵＣＣＨ）又は上りデータ信号（ＰＵＳＣＨ）を用いて、マクロ基地局１０又はスモール基地局２０に通知され、様々な処理の適応制御に用いられる。

復調・復号部３０５は、チャネル推定部３０４から入力されたチャネル推定結果に基づいて、リソースエレメントデマッピング部３０３から入力されたデータ信号の復調処理及び復号処理を行う。

送信信号処理部３０６は、チャネル推定部３０４から入力されたフィードバック情報を含む上り信号を生成し、生成した上り信号に対して、符号化処理、変調処理、ＯＦＤＭ変調処理などの送信信号処理を行う。

送信アンテナ３０７は、送信信号処理部３０６から入力されたマクロ基地局１０に対する上り信号を、カバレッジキャリアを用いて送信する。一方、送信アンテナ３０７は、送信信号処理部３０６から入力されたスモール基地局２０に対する上り信号を、キャパシティキャリアを用いて送信する。

また、図１６に示すユーザ端末３０の構成は、模式的なものであり、これに限られるものではない。例えば、受信アンテナ３０１と送信アンテナ３０７は、別々に構成されているが、物理的には同じアンテナで構成されていてもよい。また、ユーザ端末３０は、図示しないプロセッサ、メモリ、ディスプレイ、操作部などを含んでも良いことはもちろんである。また、マクロ基地局１０からのカバレッジキャリアの受信系の処理部と、スモール基地局２０からのキャパシティキャリアの受信系の処理部とは、別々に設けられてもよい。

以上のように、本実施の形態に係る無線通信システム１によれば、マクロ基地局１０とユーザ端末３０とのカバレッジキャリアを用いた通信により推定されたユーザ端末３０の位置関連情報（すなわち、ユーザ端末３０の大まかな（Rough）位置）に基づいて、キャパシティキャリアの送信ビームが形成される。このため、スモール基地局２０が、ユーザ端末３０が全く存在しない方向に向けた送信ビームを形成することがない。この結果、スモールセルＣ２で共通の共通制御／参照信号のカバレッジを確保しながら、当該共通制御／参照信号をユーザ端末３０が検出するまでに要する時間を短縮できる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、様々変更して実施することが可能である。例えば、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、上記説明におけるキャリア数、キャリアの帯域幅、シグナリング方法、追加キャリアタイプの種類、処理部の数、処理手順については適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することが可能である。

１…無線通信システム
１０…マクロ基地局
２０…スモール基地局
３０…ユーザ端末
４０…コアネットワーク
１０１…送信信号処理部
１０２…送信アンテナ
１０３…受信アンテナ
１０４…受信信号処理部
１０５…フィードバック情報取得部
１０６…位置関連情報推定部
２０１…符号化・変調部
２０２…共通制御信号生成部
２０３…参照信号生成部
２０４…ビームフォーミング及びプリコーディング部
２０５…リソースエレメントマッピング部
２０６…ＯＦＤＭ信号生成部
２０７…送信アンテナ
２０８…受信アンテナ
２０９…受信信号処理部
２１０…フィードバック情報取得部
３０１…受信アンテナ
３０２…ＯＦＤＭ信号復調部
３０３…リソースエレメントデマッピング部
３０４…チャネル推定部
３０５…復調・復号部
３０６…送信信号処理部
３０７…送信アンテナ

Claims (12)

1. マクロセルを形成するマクロ基地局と第１キャリアを用いて通信するユーザ端末が、前記マクロセルよりも小さいスモールセルを形成するスモール基地局と前記第１キャリアよりも高い周波数帯域の第２キャリアを用いて通信する無線通信方法であって、
   前記マクロ基地局と前記ユーザ端末との前記第１キャリアを用いた通信により取得された前記ユーザ端末の位置関連情報に基づいて、前記スモール基地局から前記ユーザ端末に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を生成する工程と、
   前記スモール基地局が、前記ビーム形成情報に基づいて、前記スモールセル内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つをプリコーディングして、前記第２キャリアを用いて複数の送信アンテナから送信する工程と、
   を有することを特徴とする無線通信方法。
2. 前記マクロ基地局が、前記ユーザ端末の位置関連情報を前記スモール基地局に通知する工程を更に有し、
   前記ビーム形成情報は、前記スモール基地局において、前記マクロ基地局から通知された前記ユーザ端末の位置関連情報と、該スモール基地局の位置関連情報と、に基づいて生成されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記ビーム形成情報は、前記マクロ基地局において、前記ユーザ端末の位置関連情報と、前記スモール基地局の位置関連情報と、に基づいて生成され、前記スモール基地局に通知されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
4. 前記ビーム形成情報は、前記スモール基地局から前記ユーザ端末に向けた前記送信ビームの方向、該送信ビームを形成するためのプリコーディングウェイト、前記ユーザ端末までのパスロス、前記ユーザ端末に対する送信電力の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信方法。
5. 前記ユーザ端末の位置関連情報は、前記ユーザ端末の位置情報、前記第１キャリアのパスロス、前記マクロ基地局から前記ユーザ端末に向けた送信ビームの方向、前記ユーザ端末から前記マクロ基地局に向けた受信ビームの方向、該送信ビームを形成するためのプリコーディングウェイト、前記マクロ基地局から前記ユーザ端末に向けた送信電力の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線通信方法。
6. 前記送信ビームは、異なる周波数リソースユニットに割り当てられる複数の送信ビームであり、
   前記複数の送信ビームの各々は、前記ユーザ端末の大まかな位置に向けた異なるビームパターンを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線通信方法。
7. 前記送信ビームは、異なる時間リソースユニットに割り当てられる複数の送信ビームであり、
   前記複数の送信ビームの各々は、前記ユーザ端末の大まかな位置に向けた異なるビームパターンを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線通信方法。
8. 前記複数の送信アンテナの素子数は、前記送信ビームのビーム幅を狭くして前記送信ビームのカバレッジが大きくなるように、増加させて設定されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の無線通信方法。
9. 前記複数の送信アンテナの素子間隔は、前記素子数を増加させてもアンテナ長さが等しくなるように、短く設定されることを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
10. マクロセルを形成するマクロ基地局と第１キャリアを用いて通信するユーザ端末と前記第１キャリアよりも高い周波数帯域の第２キャリアを用いて通信するとともに、前記マクロセルよりも小さいスモールセルを形成する無線基地局であって、
    前記ユーザ端末に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報に基づいて、前記スモールセル内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つをプリコーディングするプリコーディング部と、
    プリコーディングされた前記共通制御信号及び前記参照信号の少なくとも１つを、前記第２キャリアを用いて送信する複数の送信アンテナと、を具備し、
    前記ビーム形成情報は、前記マクロ基地局と前記ユーザ端末との前記第１キャリアを用いた通信により取得された前記ユーザ端末の位置関連情報に基づいて生成されることを特徴とする無線基地局。
11. 第１キャリアを用いてユーザ端末と通信するとともに、前記第１キャリアよりも高い周波数帯域の第２キャリアを用いて前記ユーザ端末と通信するスモール基地局に接続された無線基地局であって、
    前記ユーザ端末との前記第１キャリアを用いた通信により前記ユーザ端末の位置関連情報を取得する取得部と、
    前記ユーザ端末の位置関連情報に基づいて生成された前記スモール基地局から前記ユーザ端末に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を、前記スモール基地局に通知する通知部と、
    を具備し、
    前記ビーム形成情報は、前記スモール基地局が、前記スモールセル内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つをプリコーディングして、前記第２キャリアを用いて複数の送信アンテナから送信するために用いられることを特徴とする無線基地局。
12. マクロセルを形成するマクロ基地局と第１キャリアを用いて通信するユーザ端末が、前記マクロセルよりも小さいスモールセルを形成するスモール基地局と前記第１キャリアよりも高い周波数帯域の第２キャリアを用いて通信する無線通信システムであって、
    前記マクロ基地局と前記ユーザ端末との前記第１キャリアを用いた通信により取得された前記ユーザ端末の位置関連情報に基づいて、前記スモール基地局から前記ユーザ端末に向けた送信ビームを形成するためのビーム形成情報を生成し、
    前記スモール基地局が、前記ビーム形成情報に基づいて、前記スモールセル内で共通の共通制御信号及び参照信号の少なくとも１つをプリコーディングして、前記第２キャリアを用いて複数の送信アンテナから送信することを特徴とする無線通信システム。

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