JP6415074B2 - 無線通信端末、無線基地局および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、次世代移動通信システムにおける無線通信端末、無線基地局および無線通信方法に関する。

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）が仕様化された（非特許文献１参照）。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。

ＬＴＥからのさらなる広帯域化および高速化を目的として、ＬＴＥの後継システムが検討されている。このＬＴＥの後継システムを、たとえば、ＬＴＥアドバンストまたはＬＴＥエンハンスメントと呼ぶこともある（以下、「ＬＴＥ−Ａ」と記す）。近年、ＬＴＥ−Ａシステムにおいては、人間の操作を介さない小型モジュール向け通信端末（ＭＴＣ：Machine Type Communication端末）の需要が高まっている。ＭＴＣ端末は、たとえば電気メータ、ガスメータ、自動販売機、車両、その他産業機器などでの利用が考えられる。

3GPP TS 36.300"Evolved UTRA and Evolved UTRAN Overall description"

将来的にＭＴＣ端末数が増大すると、ネットワークは大量の無線通信端末の接続をサポートする必要が生じる。これにより、無線通信端末が発信時に無線基地局と接続を確立する場合に行うランダムアクセスにおけるＲＡＣＨリソース数が増加し、上り共有チャネルのリソース量が減少するという課題が生じる。

したがって、ＲＡＣＨ相当を実現するために、新たな無線アクセス技術が必要となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ＲＡＣＨトラフィックのオフロードを実現できる無線通信端末、無線基地局および無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信端末は、非ライセンスバンドを含む接続するキャリアとは異なるキャリアを用いて無線基地局と通信を行う無線通信端末であって、クロスキャリアＲＡＣＨを前記非ライセンスバンドを含むキャリアで送信する送信部と、前記クロスキャリアＲＡＣＨを受信した無線基地局から送信されるランダムアクセスレスポンスを受信する受信部と、を有し、前記ランダムアクセスレスポンス受信以降のランダムアクセスプロシージャをすべて前記接続するキャリアであるライセンスバンドのキャリアで行い、前記ライセンスバンドのキャリアを用いて前記無線基地局とコネクション確立することを特徴とする。

本発明によれば、ＲＡＣＨトラフィックのオフロードを実現できる。

衝突型ランダムアクセス手順を説明する図である。 ＲＡプリアンブルの構成を示す図である。 クロスキャリアＲＡＣＨの概念を説明する図である。 クロスキャリアＲＡＣＨのフレーム構成の一例を説明する図である。 クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセス手順の一例を説明する図である。 クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセス手順の一例を説明する図である。 クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセス手順の一例を説明する図である。 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無線基地局の全体構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の機能構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線通信端末の全体構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線通信端末の機能構成の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
将来的にＭＴＣ端末数が増大し、ネットワークはＨＴＣ端末とＭＴＣ端末とをあわせて、大量の端末の接続をサポートする必要がある。ここで、ＨＴＣ端末とは、人間の操作により信号の伝送が決定される通信端末（ＨＴＣ：Human Type Communication端末）を指す。

ＨＴＣ端末と比較して、ＭＴＣ端末ではパケットサイズが小さく、相対的に各レイヤにおけるオーバーヘッドの割合が多くなるため、その簡易化が検討されている。

ランダムアクセス（ＲＡ：Random Access）は、無線通信端末ＵＥが発信時やハンドオーバなどにより、無線基地局ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）と接続を確立する場合や再同期を行う場合に行われる。無線通信端末ＵＥは、初期接続などのランダムアクセス制御を行う際に、最初にＲＡプリアンブル（preamble）を送信する。ランダムアクセスにおいて最初にＲＡプリアンブルを送信するためのチャネルを、物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ：Physical Random Access Channel）とよぶ。

ランダムアクセスは、衝突型と非衝突型の２種類のタイプに分けることができる。本発明においては、衝突型のランダムアクセスを対象として検討する。衝突型のランダムアクセスにおいて、無線通信端末ＵＥは、セル内に用意された複数のＲＡプリアンブル（contention preamble）からランダムに選択したプリアンブルをＰＲＡＣＨで送信する。この場合、無線通信端末ＵＥ間で同一のＲＡプリアンブルを使用することにより、衝突（Contention）が発生する可能性がある。

図１は、衝突型ランダムアクセスのプロシージャ（手順）を示す図である。無線通信端末ＵＥは、セル内に用意されたランダムアクセス（ＲＡ）プリアンブルからランダムに選択したプリアンブルを、メッセージ１としてＰＲＡＣＨで無線基地局ｅＮＢに送信する。無線基地局ｅＮＢは、ランダムアクセス（ＲＡ）プリアンブルを検出すると、その応答情報であるランダムアクセス（ＲＡ）レスポンスを、メッセージ２として無線通信端末ＵＥに送信する。ランダムアクセス（ＲＡ）レスポンスを受信した無線通信端末ＵＥは、コネクション要求信号（ＲＲＣ（Radio Resource Control） connection request）を、メッセージ３として無線基地局ｅＮＢに送信する。無線基地局ｅＮＢは、メッセージ３受信後にコネクション確立のためのセル設定情報などを含むコネクション設定信号（ＲＲＣ connection setup）を、メッセージ４として無線通信端末ＵＥに送信する。

図２は、ランダムアクセス（ＲＡ）プリアンブルの構成を示す。図２に示すように、ランダムアクセス（ＲＡ）プリアンブルには、上りチャネルの無線リソースとして、ＰＲＡＣＨが割り当てられている。

ＰＲＡＣＨは、６ＲＢ分の帯域幅を使用する。ＰＲＡＣＨに関する情報は、報知情報（ＳＩＢ：System Information Block）あるいはＲＲＣメッセージとして通知される。ＰＲＡＣＨの周波数方向のリソースの位置は、ＰＲＡＣＨ Frequency Offsetによって指定される。ＰＲＡＣＨの時間方向のリソースの位置は、ＰＲＡＣＨ configuration indexによって指定される。

ＲＡＣＨの場合、プリアンブルを衝突型のマルチアクセスで送信するため、送信する情報の削減は困難である。したがって、端末数の増加に伴いＲＡＣＨ送信が増加した場合、ＲＡＣＨのリソース量を増加させる以外の対策は有効ではない。

一方、ＰＲＡＣＨのリソース量は報知情報で構成を通知するため動的に変更することは困難である。また、ＲＡＣＨリソース量が増加することは、上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared Channel）のリソース量が減少することにつながるため、両者はトレードオフの関係にある。

したがって、ＲＡＣＨ相当を実現するために、新たな無線アクセス技術（ＲＡＴ：Radio Access Technology）が必要となる。

本発明者らは、ランダムアクセスプロシージャにおけるＲＡＣＨ送信だけを、たとえば非ライセンスバンド（Unlicensed band）などの別バンドで行うことにより、ＲＡＣＨオフロードを実現する方法を見出した。

非ライセンスバンドとは、通信事業者（オペレータ）にライセンスされた周波数帯域（Licensed band）に対して、ライセンス不要の周波数帯域（Unlicensed band）を指す。ライセンスバンド（Licensed band）は特定の事業者が独占的に使用することを許可された帯域であり、非ライセンスバンドは特定事業者に限定されずに無線局を設置可能な帯域である。非ライセンスバンドとしては、たとえばＷｉＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を使用可能な、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯またはミリ波レーダを使用可能な６０ＧＨｚ帯などの利用が検討されている。

本実施の形態では、ランダムアクセスプロシージャにおけるＲＡＣＨ送信だけを、たとえば非ライセンスバンドなどの別バンドで行うクロスキャリアＲＡＣＨ（Cross carrier RACH）について説明する。

図３は、クロスキャリアＲＡＣＨの概念を説明する図である。図３において、キャリアＬはライセンスバンドのキャリアを示し、キャリアＵは非ライセンスバンドのキャリアを示す。ただし、キャリアＵは必ずしも非ライセンスバンドのキャリアでなくてもよく、キャリアＬとキャリアＵの周波数が異なっていればよい。無線基地局ｅＮＢにおけるキャリアＬとキャリアＵの受信機は併置（Co-location）されていることを想定する。また、キャリアＬとキャリアＵとは、理想的バックホール（ideal backhaul）で接続されていることを想定する。

無線基地局ｅＮＢは、キャリアＬ上の報知チャネルまたはＲＲＣ（Radio Resource Control）を含む上位レイヤシグナリングでクロスキャリアＲＡのケーパビリティ（capability）およびクロスキャリアＲＡＣＨを送信可能なキャリアＵを、無線通信端末ＵＥに通知する。キャリアＵは、ＬＴＥキャリアでなくてもよいし、下りリンク信号の送信がなくてもよい。

無線通信端末ＵＥは、無線基地局ｅＮＢから通知された情報に基づき、クロスキャリアＲＡＣＨをキャリアＵで送信する。なお、クロスキャリアＲＡＣＨは、ＲＡＣＨないしＲＡＣＨに類似した信号、ＷｉＦｉの信号でもよい。無線通信端末ＵＥは、クロスキャリアＲＡＣＨを用いて、接続したいキャリアＬの情報、すなわちセルＩＤやバンドなどを通知する。

無線基地局ｅＮＢは、キャリアＵでクロスキャリアＲＡＣＨを受信し、キャリアＬでＲＡＣＨレスポンスを送信する。

以降のランダムアクセスプロシージャは、すべてキャリアＬで行われる。ただし、ランダムアクセスプロシージャのすべてまたは一部をキャリアＵで行ってもよい。

クロスキャリアＲＡＣＨは、Ｒｅｌ．８−１２ ＬＴＥで規定されるＲＡＣＨであってもよいし、全く異なる構成を有するＲＡＣＨであってもよい。

クロスキャリアＲＡＣＨのフレーム構成は、たとえば図４に示すように、サイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）、プリアンブル、制御フィールド、データフィールド、ガードタイム（ＧＴ：Guard Time）のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成されてもよい。制御フィールドは、データフィールドの受信に要するパラメータを無線通信端末ＵＥおよび無線基地局ｅＮＢにあらかじめ設定しておくか、または無線基地局ｅＮＢがＲＡＣＨ構成として無線通信端末ＵＥにシグナリングしておくことで省略可能である。データフィールドでは、任意のビット列を送信することができる。

クロスキャリアＲＡＣＨのフレーム構成は、たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズで規定されるフレームであってもよい。具体的には、たとえば、プローブ要求（Probe request）のような管理フレーム（Management frame）であってもよい。この場合、プリアンブルがＬＴＥの場合とは異なるため、ランダムアクセスプロシージャに必要なプリアンブルインデックスなどをデータフィールドで通知してもよい。また、プリアンブルインデックスの代わりにＳＳＩＤ（Service Set IDentifier）やアドレスなどを通知するフィールドで任意のビット列を通知してもよい。この場合、ランダムアクセスレスポンスではプリアンブルインデックスの代わりにそのビット列を返してもよい。

クロスキャリアＲＡＣＨのフレーム構成において、プリアンブルの繰り返し送信により信号品質を確保してもよいし、ＣＰ長を長くすることでより大きな伝搬遅延を解消可能としてもよい。

キャリアＵが非ライセンスバンドである場合、クロスキャリアＲＡＣＨを用いて接続先のオペレータＩＤやキャリアＩＤ、無線通信端末ＵＥのＬＴＥ−Ｕケーパビリティ（capability）などを識別可能としてもよい。オペレータＩＤやキャリアＩＤ、無線通信端末ＵＥのＬＴＥ−Ｕケーパビリティなどは、クロスキャリアＲＡＣＨがデータフィールドを含む場合にはデータフィールドにより通知してもよい。あるいは、クロスキャリアＲＡＣＨに用いる時間、周波数または系列により暗黙的に識別してもよい。ＬＴＥ−Ｕケーパビリティにより、クロスキャリアＲＡＣＨを受信した基地局は、メッセージ２を非ライセンスバンドで送信するか、無線通信端末ＵＥが接続するライセンスバンドで送信するかを決定してもよい。

クロスキャリアＲＡＣＨの構成、すなわち送信リソース、送信電力制御パラメータ、系列またはフレーム構成などは、キャリアＬまたはキャリアＵの報知またはＲＲＣを含む上位レイヤシグナリングにより通知される。

続いて、クロスキャリアＲＡＣＨを用いるランダムアクセスプロシージャの例について説明する。

クロスキャリアＲＡＣＨのケーパビリティおよび構成（configuration）は、キャリアＬから送信してもよいし、キャリアＵから送信してもよい。図５Ａに示す例では、クロスキャリアＲＡＣＨのケーパビリティおよび構成をキャリアＬから送信している。図５Ｂに示す例では、クロスキャリアＲＡＣＨのケーパビリティおよび構成をキャリアＵから送信している。図５Ａ，Ｂに示す例では、クロスキャリアＲＡＣＨのケーパビリティおよび構成を受信した無線通信端末ＵＥは、クロスキャリアＲＡＣＨをキャリアＵに送信する。無線基地局ｅＮＢはキャリアＵでクロスキャリアＲＡＣＨを受信し、キャリアＬでランダムアクセスレスポンスを送信する。

ランダムアクセスレスポンスはキャリアＬから送信してもよいし、キャリアＵから送信してもよい。図６Ａに示す例では、ランダムアクセスレスポンスをキャリアＬから送信している。図６Ｂに示す例では、ランダムアクセスレスポンスをキャリアＵから送信している。

なお、図５および図６に示した例は適宜組み合わせることができる。図示していないが、たとえば、クロスキャリアＲＡＣＨのケーパビリティおよび構成をキャリアＵから送信し、かつ、ランダムアクセスレスポンスをキャリアＵから送信する構成とすることもできる。

図７に示すように、ランダムアクセスレスポンスの後、衝突型ランダムアクセスプロシージャと同様に、メッセージ３，４を送受してもよい。

図３に示す例において、キャリアＬとキャリアＵとがたとえばＸ２インタフェースなどの遅延の無視できない非理想的バックホール（non-ideal backhaul）で接続されている場合には、クロスキャリアＲＡＣＨは以下の方法で実現できる。

第１の方法として、遅延レスポンスにより、クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセスプロシージャを行うことが想定される。この方法では、ランダムアクセスレスポンスをキャリアＬ側から送信する。そして、クロスキャリアＲＡＣＨ送信後にランダムアクセスレスポンスの検出を行う時間ウィンドウをバックホール遅延および無線通信端末ＵＥのキャリア切り替え時間よりも遅くまたは大きくする。このウィンドウ定義はあらかじめ無線基地局ｅＮＢおよび無線通信端末ＵＥに記録されていてもよいし、キャリアＬまたはキャリアＵの報知信号で通知されてもよい。

第２の方法として、衝突型ＲＡＣＨを、キャリアＵを介することで非衝突型ＲＡＣＨに置き換えることが想定される。この方法では、クロスキャリアＲＡＣＨをキャリアＵに送信し、ランダムアクセスレスポンスでＴＡ（Timing Advance）コマンドおよびキャリアＬのＲＡＣＨ系列を受信した後に、キャリアＬに対して非衝突型のＲＡＣＨを送信する。

続いて、クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセスプロシージャにおけるランダムアクセスレスポンスの構成例について説明する。

ランダムアクセスレスポンスは、下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ：Physical Downlink Shared Channel）を用いてもよいし、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズで規定されるフレームを用いてもよい。

ランダムアクセスレスポンスには少なくともＴＡコマンド、識別子であるＣ−ＲＮＴＩ（Cell-Radio Network Temporary Identifier）、上りリンクスケジューリンググラント、受信したランダムアクセスプリアンブルのインデックスまたはこれらの情報の組み合わせが含まれる。ランダムアクセスレスポンスにＰＤＳＣＨを用いる場合には、ＭＡＣ ＰＤＵ（Media Access Control Packet Data Unit）にこれらの情報が含まれる。

キャリアＵが非ライセンスバンドである場合、ＲＡＣＨの衝突確率は非常に小さいため、受信したランダムアクセスプリアンブルのインデックス情報は省略してもよい。

ランダムアクセスレスポンスを非ライセンスバンドで送信する場合、上りリンクスケジューリンググラントは省略してもよい。上りリンクスケジューリンググラントのかわりに、ランダムアクセスレスポンスＩＤを通知してもよい。このランダムアクセスレスポンスＩＤをメッセージ３で通知することで、無線基地局ｅＮＢはランダムアクセスレスポンスとメッセージ３との対応関係を確認することができる。

ランダムアクセスレスポンスの受信サブフレームはクロスキャリアＲＡＣＨの送信後Ｘサブフレーム以内とし、Ｘサブフレーム以内にランダムアクセスレスポンスが受信できない場合は、無線通信端末ＵＥはクロスキャリアランダムアクセスプロシージャ失敗とみなす。あるいは、最大試行回数までクロスキャリアＲＡＣＨの送信を試みてもよい。

従来のＲＡＣＨとクロスキャリアＲＡＣＨとの選択方法について説明する。

無線通信端末ＵＥは、キャリアＵの下りリンク信号が受信できる場合のみキャリアＵを用いてクロスキャリアＲＡＣＨを送信するとしてもよい。この場合、セル中心の無線通信端末ＵＥのＲＡＣＨがキャリアＵにオフロードされる。

または、特定のＵＥカテゴリやケーパビリティを持つ無線通信端末ＵＥのみがクロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセスプロシージャを行うとしてもよい。

または、無線通信端末ＵＥの動作として、従来のＲＡＣＨに失敗した場合のみクロスキャリアＲＡＣＨを送信するとしてもよい。

クロスキャリアＲＡＣＨの送信電力制御には、キャリアＵのパスロスに基づいて所要受信電力を実現する送信電力制御を用いてもよい。この場合、キャリアＵに下りリンクが必要となる。

または、クロスキャリアＲＡＣＨの送信電力制御は、キャリアＬのパスロスに基づいた送信電力制御であってもよい。

または、クロスキャリアＲＡＣＨの送信電力制御では、キャリアＵが非ライセンスバンドである場合、無線通信端末ＵＥが自律的に送信電力を決定してもよいし、無線基地局ｅＮＢからシグナリングされた送信電力を用いてもよい。

または、クロスキャリアＲＡＣＨの送信電力制御では、パワーランピングは適用しなくてもよい。

クロスキャリアＲＡＣＨの送信タイミングは、キャリアＬが下りリンク信号を受信したタイミングまたはキャリアＵが下りリンク信号を受信したタイミングとする。キャリアＵが非ライセンスバンドである場合には、無線通信端末ＵＥはキャリアセンスの後にクロスキャリアＲＡＣＨを送信する。

無線通信端末ＵＥは、キャリアＵでクロスキャリアＲＡＣＨの送信後、ランダムアクセスレスポンスが受信できない場合には、異なるキャリア、たとえばキャリアＬや他のキャリアでＲＡＣＨを送信してもよい。

以上説明したように、容量バンドに対してクロスキャリアＲＡＣＨを送信し、カバレッジバンドに対するタイミングアドバンスを実現することにより、ＲＡＣＨトラフィックのオフロードが実現できる。特に、衝突型ＲＡＣＨによるＲＡＣＨの衝突確率を低減させることができる。

特に、非ライセンスバンドを用いた場合、非ライセンスバンドにおける直交マルチアクセスとランダムアクセスにおける衝突型ＲＡＣＨとの親和性を活かすことができる。ライセンスバンドでは実質的にランダムアクセス専用に時間および周波数リソースを確保するため、ＲＡＣＨ容量とＰＵＳＣＨ容量との間にトレードオフの関係があるが、非ライセンスバンドでは全リソースをランダムアクセス用に用いることが可能である。

クロスキャリアＲＡＣＨとハンドオーバにおけるＲＡＣＨとの違いについて説明する。

ハンドオーバにおけるＲＡＣＨにおいて、無線通信端末ＵＥは、サービングセルに対してＲＲＣ接続状態（RRC connected）であり、ハンドオーバ元無線基地局（source eNB）のＲＡＣＨ構成情報（RACH config）に従い非衝突型ＲＡＣＨを送信する。ハンドオーバ先無線基地局（destination eNB）側でＲＡＣＨを受信し、ハンドオーバ元無線基地局からランダムアクセスレスポンスを送信する。

これに対して、クロスキャリアＲＡＣＨにおいては、無線通信端末ＵＥは、初期接続の場合もある。ＲＡＣＨ構成は、ＲＡＣＨ送信先（キャリアＵ）または接続先（キャリアＬ）のいずれかから通知される。ＲＡＣＨは、初期接続の場合には、衝突型ＲＡＣＨである。無線通信端末ＵＥが送信するＲＡＣＨはＲｅｌ．８−１２ ＬＴＥで規定されるＲＡＣＨとは異なる信号フォーマット、フレーム構成を有していてもよい。ランダムアクセスレスポンスは、ＲＡＣＨ送信先（キャリアＵ）または接続先（キャリアＬ）のいずれかから通知される。

このように、クロスキャリアＲＡＣＨとハンドオーバにおけるＲＡＣＨとは、異なるセルからトリガをかけてＲＡＣＨを送信させるという点では似ているが、それ以外は全く異なる方法である。

（無線通信システムの構成）
以下、本実施の形態に係る無線通信システムの構成について説明する。この無線通信システムでは、上記クロスキャリアＲＡＣＨを用いてランダムアクセスを行う無線通信方法が適用される。

図８は、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構成図である。図８に示す無線通信システムは、非ライセンスバンド（ＬＴＥ−Ｕ基地局）を有している。

図８に示すように、無線通信システム１は、マクロセルＣ１を形成する無線基地局１１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を形成する無線基地局１２ａおよび１２ｂと、を備えている。

無線通信システム１において、たとえば、マクロセルＣ１をライセンスバンドで利用し、スモールセルＣ２を非ライセンスバンド（ＬＴＥ−Ｕ）で利用する形態が考えられる。あるいは、無線基地局１１が、ライセンスバンドおよび非ライセンスバンドを利用する形態であってもよい。この場合、無線基地局１１が形成するライセンスバンドのセルと非ライセンスバンドのセルのサイズが異なっていてもよい。

ユーザ端末２０は、無線基地局１１および無線基地局１２の双方に接続することができる。ユーザ端末２０と無線基地局１１との間は、相対的に低い周波数帯域（たとえば、２ＧＨｚ）で帯域幅が狭いキャリア（既存キャリア、Legacy carrierなどと呼ばれる）を用いて通信を行うことができる。一方、ユーザ端末２０と無線基地局１２との間は、相対的に高い周波数帯域（たとえば、３．５ＧＨｚ、５ＧＨｚ等）で帯域幅が広いキャリアが用いられてもよいし、無線基地局１１との間と同じキャリアが用いられてもよい。無線基地局１１と無線基地局１２間、または、無線基地局１２間は、有線接続（Optical fiber、Ｘ２インタフェース等）または無線接続した構成とすることができる。

無線基地局１１および各無線基地局１２は、それぞれ上位局装置３０に接続され、上位局装置３０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３０には、たとえば、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、無線基地局１２は、無線基地局１１を介して上位局装置３０に接続されてもよい。

無線基地局１１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（ｅＮＢ）、無線基地局、送信ポイント（transmission point）などと呼ばれてもよい。無線基地局１２は、局所的なカバレッジを有する無線基地局であり、ＲＲＨ（Remote Radio Head）、ピコ基地局、フェムト基地局、ＨｅＮＢ（Ｈｏｍｅ ｅＮｏｄｅＢ）、送信ポイント、ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）などと呼ばれてもよい。ユーザ端末２０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１では、マクロセルごとに形成されるネットワーク間が非同期となる場合（非同期運用）を想定している。また、無線通信システム１では、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。

無線通信システム１では、下りリンクの通信チャネルとして、各ユーザ端末２０で共有される下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ：Physical Downlink Shared Channel）と、下り制御チャネル（ＰＤＣＣＨ：Physical Downlink Control Channel）、ＥＰＤＣＣＨ（Enhanced Physical Downlink Control Channel）、ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator Channel）、ＰＨＩＣＨ（Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel）、報知チャネル（ＰＢＣＨ：Physical Broadcast Channel）などが用いられる。ＰＤＳＣＨにより、ユーザデータや上位レイヤ制御情報が伝送される。ＰＤＣＣＨ、ＥＰＤＣＣＨにより、下り制御情報（ＤＣＩ：Downlink Control Information）が伝送される。

また、無線通信システム１では、上りリンクの通信チャネルとして、各ユーザ端末２０で共有される上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared Channel）と、上り制御チャネル（ＰＵＣＣＨ：Physical Uplink Control Channel）などが用いられる。ＰＵＳＣＨにより、ユーザデータや上位レイヤ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）や、送達確認情報（ＡＣＫ/ＮＡＣＫ）等が伝送される。

図９は、本実施の形態に係る無線基地局１０の全体構成図である。図９に示すように、無線基地局１０は、ＭＩＭＯ伝送のための複数の送受信アンテナ１０１と、アンプ部１０２と、送受信部１０３と、ベースバンド信号処理部１０４と、呼処理部１０５と、インタフェース部１０６とを備えている。

下りリンクにより無線基地局１０からユーザ端末２０に送信されるユーザデータは、上位局装置３０からインタフェース部１０６を介してベースバンド信号処理部１０４に入力される。

ベースバンド信号処理部１０４では、ＰＤＣＰレイヤの処理、ユーザデータの分割・結合、ＲＬＣ（Radio Link Control）再送制御の送信処理などのＲＬＣレイヤの送信処理、ＭＡＣ（Medium Access Control）再送制御、たとえば、ＨＡＲＱの送信処理、スケジューリング、伝送フォーマット選択、チャネル符号化、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）処理、プリコーディング処理が行われて各送受信部１０３に転送される。また、下り制御信号に関しても、チャネル符号化や逆高速フーリエ変換等の送信処理が行われて、各送受信部１０３に転送される。

各送受信部１０３は、ベースバンド信号処理部１０４からアンテナごとにプリコーディングして出力された下り信号を無線周波数帯に変換する。アンプ部１０２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ１０１により送信する。

各送受信部１０３は、ユーザ端末２０がキャリアＵで送信するクロスキャリアＲＡＣＨを受信する受信部として機能する。各送受信部１０３は、キャリアＬまたはキャリアＵでランダムアクセスレスポンスを送信する送信部として機能する。また、各送受信部１０３は、クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセスのケーパビリティおよびクロスキャリアＲＡＣＨを送信可能な非ライセンスバンドの情報をキャリアＬまたはキャリアＵで送信する送信部として機能する。

一方、上り信号については、各送受信アンテナ１０１で受信された無線周波数信号がそれぞれアンプ部１０２で増幅され、各送受信部１０３で周波数変換されてベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部１０４に入力される。

ベースバンド信号処理部１０４では、入力された上り信号に含まれるユーザデータに対して、ＦＦＴ処理、ＩＤＦＴ処理、誤り訂正復号、ＭＡＣ再送制御の受信処理、ＲＬＣレイヤ、ＰＤＣＰレイヤの受信処理がなされ、インタフェース部１０６を介して上位局装置３０に転送される。呼処理部１０５は、通信チャネルの設定や解放などの呼処理や、無線基地局１０の状態管理や、無線リソースの管理を行う。

インタフェース部１０６は、基地局間インタフェース（たとえば、光ファイバ、Ｘ２インタフェース）を介して隣接無線基地局と信号を送受信（バックホールシグナリング）する。あるいは、インタフェース部１０６は、所定のインタフェースを介して、上位局装置３０と信号を送受信する。

図１０は、本実施の形態に係る無線基地局１０が有するベースバンド信号処理部１０４の主な機能構成図である。図１０に示すように、無線基地局１０が有するベースバンド信号処理部１０４は、制御部３０１と、下り制御信号生成部３０２と、下りデータ信号生成部３０３と、マッピング部３０４と、デマッピング部３０５と、チャネル推定部３０６と、上り制御信号復号部３０７と、上りデータ信号復号部３０８と、判定部３０９と、を少なくとも含んで構成されている。

制御部３０１は、ＰＤＳＣＨで送信される下りユーザデータ、ＰＤＣＣＨと拡張ＰＤＣＣＨ（ＥＰＤＣＣＨ）の両方、またはいずれか一方で伝送される下り制御情報、下り参照信号などのスケジューリングを制御する。また、制御部３０１は、ＰＲＡＣＨで伝送されるＲＡプリアンブル、ＰＵＳＣＨで伝送される上りデータ、ＰＵＣＣＨまたはＰＵＳＣＨで伝送される上り制御情報、上り参照信号のスケジューリングの制御（割り当て制御）も行う。上りリンク信号（上り制御信号、上りユーザデータ）の割り当て制御に関する情報は、下り制御信号（ＤＣＩ）を用いてユーザ端末２０に通知される。

制御部３０１は、上位局装置３０からの指示情報や各ユーザ端末２０からのフィードバック情報に基づいて、下りリンク信号および上りリンク信号に対する無線リソースの割り当てを制御する。つまり、制御部３０１は、スケジューラとしての機能を有している。

下り制御信号生成部３０２は、制御部３０１により割り当てが決定された下り制御信号（ＰＤＣＣＨ信号とＥＰＤＣＣＨ信号の両方、またはいずれか一方）を生成する。具体的に、下り制御信号生成部３０２は、制御部３０１からの指示に基づいて、下りリンク信号の割り当て情報を通知するＤＬアサインメントと、上りリンク信号の割り当て情報を通知するＵＬグラントを生成する。

下りデータ信号生成部３０３は、制御部３０１によりリソースへの割り当てが決定された下りデータ信号（ＰＤＳＣＨ信号）を生成する。下りデータ信号生成部３０３により生成されるデータ信号には、各ユーザ端末２０からのＣＳＩ等に基づいて決定された符号化率、変調方式に従って符号化処理、変調処理が行われる。

マッピング部３０４は、制御部３０１からの指示に基づいて、下り制御信号生成部３０２で生成された下り制御信号と、下りデータ信号生成部３０３で生成された下りデータ信号の無線リソースへの割り当てを制御する。

デマッピング部３０５は、ユーザ端末２０から送信された上りリンク信号をデマッピングして、上りリンク信号を分離する。チャネル推定部３０６は、デマッピング部３０５で分離された受信信号に含まれる参照信号からチャネル状態を推定し、推定したチャネル状態を上り制御信号復号部３０７、上りデータ信号復号部３０８に出力する。

上り制御信号復号部３０７は、上り制御チャネル（ＰＲＡＣＨ，ＰＵＣＣＨ）でユーザ端末から送信されたフィードバック信号（送達確認信号等）を復号し、制御部３０１へ出力する。上りデータ信号復号部３０８は、上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ）でユーザ端末から送信された上りデータ信号を復号し、判定部３０９へ出力する。判定部３０９は、上りデータ信号復号部３０８の復号結果に基づいて、再送制御判定（Ａ／Ｎ判定）を行うと共に結果を制御部３０１に出力する。

図１１は、本実施の形態に係るユーザ端末２０、すなわちＭＴＣ端末あるいはＨＴＣ端末の全体構成図である。図１１に示すように、ユーザ端末２０は、ＭＩＭＯ伝送のための複数の送受信アンテナ２０１と、アンプ部２０２と、送受信部（受信部）２０３と、ベースバンド信号処理部２０４と、アプリケーション部２０５と、を備えている。図１１において、送受信アンテナ２０１は複数本示されているが、ユーザ端末２０が備える送受信アンテナ２０１の数は１本であってもよい。

下りリンクのデータについては、複数の送受信アンテナ２０１で受信された無線周波数信号がそれぞれアンプ部２０２で増幅され、送受信部２０３で周波数変換されてベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号は、ベースバンド信号処理部２０４でＦＦＴ処理や、誤り訂正復号、再送制御の受信処理などがなされる。この下りリンクのデータのうち、下りリンクのユーザデータは、アプリケーション部２０５に転送される。アプリケーション部２０５は、物理レイヤやＭＡＣレイヤより上位のレイヤに関する処理などを行う。また、下りリンクのデータのうち、報知情報もアプリケーション部２０５に転送される。

一方、上りリンクのユーザデータについては、アプリケーション部２０５からベースバンド信号処理部２０４に入力される。ベースバンド信号処理部２０４では、再送制御（ＨＡＲＱ：Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ）の送信処理や、チャネル符号化、プリコーディング、ＤＦＴ処理、ＩＦＦＴ処理などが行われて各送受信部２０３に転送される。送受信部２０３は、ベースバンド信号処理部２０４から出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。その後、アンプ部２０２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ２０１により送信する。

各送受信部２０３は、クロスキャリアＲＡＣＨをキャリアＵで送信する送信部として機能する。各送受信部２０３は、無線基地局１０からキャリアＬまたはキャリアＵで送信されるランダムアクセスレスポンスを受信する受信部として機能する。

図１２は、ユーザ端末２０が有するベースバンド信号処理部２０４の主な機能構成図である。図１２に示すように、ユーザ端末２０が有するベースバンド信号処理部２０４は、制御部４０１と、ＰＲＡＣＨ生成部４０２と、上り制御信号生成部４０３と、上りデータ信号生成部４０４と、マッピング部４０５と、デマッピング部４０６と、チャネル推定部４０７と、下り制御信号復号部４０８と、下りデータ信号復号部４０９と、判定部４１０と、を少なくとも含んで構成されている。

制御部４０１は、無線基地局から送信された下り制御信号（ＰＤＣＣＨ信号）や、受信したＰＤＳＣＨ信号に対する再送制御判定結果に基づいて、上り制御信号（Ａ／Ｎ信号等）や上りデータ信号の生成を制御する。無線基地局から受信した下り制御信号は下り制御信号復号部４０８から出力され、再送制御判定結果は、判定部４１０から出力される。

ＰＲＡＣＨ生成部４０２は、制御部４０１からの指示に基づいてＰＲＡＣＨを生成する。上り制御信号生成部４０３は、制御部４０１からの指示に基づいて上り制御信号（送達確認信号やチャネル状態情報（ＣＳＩ）等のフィードバック信号）を生成する。上りデータ信号生成部４０４は、制御部４０１からの指示に基づいて上りデータ信号を生成する。なお、制御部４０１は、無線基地局から通知される下り制御信号にＵＬグラントが含まれている場合に、上りデータ信号生成部４０４に上りデータ信号の生成を指示する。

マッピング部４０５は、制御部４０１からの指示に基づいて、ＰＲＡＣＨと、上り制御信号（送達確認信号等）と、上りデータ信号の無線リソース（ＰＵＣＣＨ、ＰＵＳＣＨ）への割り当てを制御する。

デマッピング部４０６は、無線基地局１０から送信された下りリンク信号をデマッピングして、下りリンク信号を分離する。チャネル推定部４０７は、デマッピング部４０６で分離された受信信号に含まれる参照信号からチャネル状態を推定し、推定したチャネル状態を下り制御信号復号部４０８、下りデータ信号復号部４０９に出力する。

下り制御信号復号部４０８は、下り制御チャネル（ＰＤＣＣＨ）で送信された下り制御信号（ＰＤＣＣＨ信号）を復号し、スケジューリング情報（上りリソースへの割り当て情報）を制御部４０１へ出力する。また、下り制御信号に送達確認信号をフィードバックするセルに関する情報や、ＲＦ調整の適用有無に関する情報が含まれている場合も、制御部４０１へ出力する。

下りデータ信号復号部４０９は、下り共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）で送信された下りデータ信号を復号し、判定部４１０へ出力する。判定部４１０は、下りデータ信号復号部４０９の復号結果に基づいて、再送制御判定（Ａ／Ｎ判定）を行うとともに、結果を制御部４０１に出力する。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。

１…無線通信システム
１０…無線基地局
１１…無線基地局（マクロ基地局）
１２，１２ａ，１２ｂ…無線基地局（スモール基地局）
２０…ユーザ端末（無線端末装置）
３０…上位局装置
４０…コアネットワーク
１０１…送受信アンテナ
１０２…アンプ部
１０３…送受信部
１０４…ベースバンド信号処理部
１０５…呼処理部
１０６…インタフェース部
２０１…送受信アンテナ
２０２…アンプ部
２０３…送受信部
２０４…ベースバンド信号処理部
２０５…アプリケーション部
３０１…制御部（スケジューラ）
３０２…下り制御信号生成部
３０３…下りデータ信号生成部
３０４…マッピング部
３０５…デマッピング部
３０６…チャネル推定部
３０７…上り制御信号復号部
３０８…上りデータ信号復号部
３０９…判定部
４０１…制御部
４０２…ＰＲＡＣＨ生成部
４０３…上り制御信号生成部
４０４…上りデータ信号生成部
４０５…マッピング部
４０６…デマッピング部
４０７…チャネル推定部
４０８…下り制御信号復号部
４０９…下りデータ信号復号部
４１０…判定部

Claims (10)

1. 非ライセンスバンドを含む接続するキャリアとは異なるキャリアを用いて無線基地局と通信を行う無線通信端末であって、
   クロスキャリアＲＡＣＨを前記非ライセンスバンドを含むキャリアで送信する送信部と、
   前記クロスキャリアＲＡＣＨを受信した無線基地局から送信されるランダムアクセスレスポンスを受信する受信部と、を有し、
   前記ランダムアクセスレスポンス受信以降のランダムアクセスプロシージャをすべて前記接続するキャリアであるライセンスバンドのキャリアで行い、前記ライセンスバンドのキャリアを用いて前記無線基地局とコネクション確立することを特徴とする無線通信端末。
2. 前記クロスキャリアＲＡＣＨは、サイクリックプレフィックス、プリアンブル、制御フィールド、データフィールド、ガードタイムのいずれかまたはこれらの組み合わせで構成される信号であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
3. 前記クロスキャリアＲＡＣＨは、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズで規定されるフレーム構成を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
4. 前記受信部は、前記クロスキャリアＲＡＣＨを送信する前に、クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセスのケーパビリティおよびクロスキャリアＲＡＣＨを送信可能な非ライセンスバンドの情報を受信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
5. 前記クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセスのケーパビリティおよびクロスキャリアＲＡＣＨを送信可能な非ライセンスバンドの情報は、ライセンスバンドのキャリアから送信されることを特徴とする請求項４に記載の無線通信端末。
6. 前記クロスキャリアＲＡＣＨを用いたランダムアクセスのケーパビリティおよびクロスキャリアＲＡＣＨを送信可能な非ライセンスバンドの情報は、前記非ライセンスバンドを含むキャリアから送信されることを特徴とする請求項４に記載の無線通信端末。
7. 前記ランダムアクセスレスポンスは、ライセンスバンドのキャリアから送信されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
8. 前記ランダムアクセスレスポンスは、前記非ライセンスバンドを含むキャリアから送信されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
9. 非ライセンスバンドを用いて無線通信端末と通信を行う無線基地局であって、
   前記無線通信端末が非ライセンスバンドを含む前記無線通信端末が接続するキャリアとは異なるキャリアで送信するクロスキャリアＲＡＣＨを受信する受信部と、
   前記クロスキャリアＲＡＣＨを受信した後、ランダムアクセスレスポンスをライセンスバンドのキャリアで送信する送信部と、を有し、
   前記ランダムアクセスレスポンス送信以降のランダムアクセスプロシージャをすべて前記ライセンスバンドのキャリアで行い、前記ライセンスバンドのキャリアを用いて前記無線通信端末とコネクション確立することを特徴とする無線基地局。
10. 非ライセンスバンドを含む接続するキャリアとは異なるキャリアを用いて無線基地局と通信を行う無線通信端末の無線通信方法であって、
    クロスキャリアＲＡＣＨを前記非ライセンスバンドを含むキャリアで送信する工程と、
    前記クロスキャリアＲＡＣＨを受信した無線基地局から送信されるランダムアクセスレスポンスを受信する工程と、を有し、
    前記ランダムアクセスレスポンス受信以降のランダムアクセスプロシージャをすべて前記接続するキャリアであるライセンスバンドのキャリアで行い、前記ライセンスバンドのキャリアを用いて前記無線基地局とコネクション確立することを特徴とする無線通信方法。

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