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JP6507230B2 - ユーザ端末、無線基地局及び無線通信方法 - Google Patents

ユーザ端末、無線基地局及び無線通信方法 Download PDF

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Description

本発明は、次世代移動通信システムにおけるユーザ端末、無線基地局及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（例えば、非特許文献１参照）。また、ＬＴＥからの更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（例えば、ＬＴＥアドバンスト（以下、「ＬＴＥ−Ａ」と表す）、ＦＲＡ（Future Radio Access）等ともいう）も検討されている。
ところで、近年、通信装置の低コスト化に伴い、ネットワークに繋がれた装置が、人間の手を介さずに相互に通信して自動的に制御を行う機器間通信（Ｍ２Ｍ：Machine-to-Machine）の技術開発が盛んに行われている。特に、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）は、Ｍ２Ｍの中でも機器間通信用のセルラシステムとして、ＭＴＣ（Machine Type Communication）の最適化に関する標準化を進めている（例えば、非特許文献２参照）。例えば、ＭＴＣ端末は、電気メータ、ガスメータ、自動販売機、車両、その他産業機器等の幅広い分野への利用が考えられている。
コストの低減及びセルラシステムにおけるカバレッジエリアの改善の観点から、ＭＴＣ端末の中でも、簡易なハードウェア構成で実現可能な低コストＭＴＣ端末（low-cost MTC UE）の需要が高まっている。低コストＭＴＣ端末は、上りリンク（ＵＬ）及び下りリンク（ＤＬ）の使用帯域を、システム帯域（例えば、１コンポーネントキャリア）の一部に制限することで実現される。
使用帯域がシステム帯域の一部（例えば、１．４ＭＨｚの周波数帯域幅）に制限されたことにより受信特性が劣化してしまう。さらに、ＭＴＣ端末では、カバレッジを拡張すること（Coverage enhancement）が検討されている。ＭＴＣ端末における受信特性の改善及びカバレッジを拡張する方法として、下りリンク（ＤＬ）及び／又は上りリンク（ＵＬ）において同じ信号を複数サブフレームに渡って繰り返し送信することで、受信信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal-to-Interference plus Noise Ratio）を向上させる繰り返し送信法（repetition）の適用が考えられる。
このようなrepetitionを、上りリンクのランダムアクセス手順に適用することが考えられる。しかしながら、使用帯域がシステム帯域の一部に制限される通信環境下において、上りリンクのランダムアクセス手順に対するrepetitionの適用方法は確立されていない。このような使用帯域が制限されたユーザ端末に対する上りリンクのランダムアクセス手順を最適化することが要請されている。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、使用帯域がシステム帯域の一部の狭帯域に制限されるユーザ端末の通信において、カバレッジを拡張する場合であっても、上りリンクのランダムアクセス手順の最適化を図ることができるユーザ端末、無線基地局及び無線通信方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るユーザ端末は、システム帯域の一部の狭帯域に使用帯域が制限されたユーザ端末であって、ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel）を用いて、ランダムアクセスプリアンブルを送信する送信部と、ＰＲＡＣＨの繰り返し送信を指示する情報に含まれるＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連付けられたサブフレームの内の少なくとも１つを用いて、前記情報に含まれる、複数のシステムフレームにわたる繰り返し回数に従ってＰＲＡＣＨを用いた送信を繰り返すように前記送信部を制御する制御部と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、使用帯域がシステム帯域の一部の狭帯域に制限されるユーザ端末の通信において、カバレッジを拡張する場合であっても、上りリンクのランダムアクセス手順の最適化を図ることができる。
下りリンクのシステム帯域に対する狭帯域の配置例を示す図である。 下りリンクのシステム帯域に対する狭帯域の他の配置例を示す図である。 既存のＬＴＥシステムにおける上りリンクのランダムアクセス手順の説明図である。 ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの説明図である。 ＭＴＣ端末から送信されるＰＲＡＣＨの説明図である。 ＭＴＣ端末からＣＤＭを適用して送信されるＰＲＡＣＨの説明図である。 ＭＴＣ端末から周波数ホッピングを適用して送信されるＰＲＡＣＨの説明図である。 ＭＴＣ端末から周波数ホッピングを適用して送信されるＰＲＡＣＨの説明図である。 新たに追加されるランダムアクセスコンフィギュレーションを定めたランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの説明図である。 ランダムアクセスコンフィギュレーションの内容の一部を置き換えて定めたランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの説明図である。 本実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。 本実施形態に係る無線基地局の全体構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る無線基地局の機能構成の一例を示す図である。 本実施形態に係るユーザ端末の全体構成の一例を示す図である。 本実施形態に係るユーザ端末の機能構成の一例を示す図である。
ＭＴＣ端末の低コスト化のために、ピークレートの減少、リソースブロックの制限、受信ＲＦ制限によって端末の処理能力を抑えることが検討されている。例えば、下りデータチャネル（PDSCH：Physical Downlink Shared Channel）を用いたユニキャスト送信で最大トランスポートブロックサイズが１０００ビット、下りデータチャネルを用いたＢＣＣＨ送信で最大トランスポートブロックサイズが１０００ビット以下に制限される。また、下りデータチャネルの帯域幅が６リソースブロック（RB（Resource Block）、PRB（Physical Resource Block）ともいう）に制限される。さらに、ＭＴＣ端末における受信ＲＦが１に制限される。
また、低コストＭＴＣ端末（low-cost MTC UE）は、既存のユーザ端末よりもトランスポートブロックサイズ、リソースブロックが制限されるため、ＬＴＥのＲｅｌ．８−１１セルには接続できない。このため、低コストＭＴＣ端末は、報知信号によってアクセス許可が通知されているセルのみに接続される。さらに、下りデータ信号だけでなく、下りリンクで送信される各種制御信号（システム情報、下り制御情報）や、上りリンクで送信されるデータ信号や各種制御信号についても、規定の狭帯域（例えば、１．４ＭＨｚ）に制限することが考えられている。
このように帯域が制限されたＭＴＣ端末は、既存のユーザ端末との関係を考慮してＬＴＥのシステム帯域で動作させる必要がある。例えば、システム帯域において、帯域が制限されたＭＴＣ端末と帯域が制限されない既存のユーザ端末との間で周波数多重がサポートされる。また、帯域が制限されたユーザ端末は、上りリンクと下りリンクにおいて、所定の狭帯域のＲＦのみがサポートされる。ここで、ＭＴＣ端末は、システム帯域の一部の狭帯域に使用帯域が制限された端末であり、既存のユーザ端末は、システム帯域を使用帯域とする端末である。
すなわち、ＭＴＣ端末の使用帯域の上限は狭帯域に制限され、既存のユーザ端末の使用帯域の上限はシステム帯域に設定される。ＭＴＣ端末は、狭帯域を基準として設計されているため、ハードウェア構成を簡略化して、既存のユーザ端末よりも処理能力が抑えられている。なお、ＭＴＣ端末は、ＭＴＣ ＵＥと呼ばれてもよい。既存のユーザ端末は、ノーマルＵＥ又はｎｏｎ−ＭＴＣ ＵＥと呼ばれてもよい。
ここで、図１及び図２を参照して、下りリンクにおけるシステム帯域に対する狭帯域の配置について説明する。図１Ａに示すように、ＭＴＣ端末の使用帯域がシステム帯域の一部の狭帯域（例えば、１．４ＭＨｚ）に制限されている。狭帯域がシステム帯域の所定の周波数位置に固定されると、周波数ダイバーシチ効果が得られないため、周波数利用効率が低下するおそれがある。一方で、図１Ｂに示すように、使用帯域となる狭帯域の周波数位置がサブフレーム毎に変化すると、周波数ダイバーシチ効果が得られるため、周波数利用効率の低下が抑えられる。
例えば、図２に示すように、狭帯域の周波数位置をサブフレーム毎に変化させて、報知情報を送信する場合、ＰＢＣＨ（Physical Broadcast Channel）信号やＳＩＢ（System Information Block）−１等のシステム情報と、ＳＩＢ−２以降のシステム情報とが異なる周波数位置で送信される。ＰＢＣＨ等のシステム情報は、アイドルモードのユーザ端末向けに、システム帯域の中心周波数位置の狭帯域で送信されることが考えられる。このとき、ＰＢＣＨ信号やＳＩＢ−１等の報知情報に、後続のＳＩＢの周波数位置を示す情報を載せれば、後続のＳＩＢの周波数位置を変えることも可能である。
ところで、ＭＴＣ端末との無線通信においては、カバレッジを拡張すること（Coverage enhancement）が検討されている。例えば、ＭＴＣ端末では、既存のユーザ端末と比較して最大で１５ｄＢのカバレッジ拡張が検討されている。ＭＴＣ端末の無線通信におけるカバレッジ拡張方法としては、下りリンク（ＤＬ）及び／又は上りリンク（ＵＬ）において同一の信号を繰り返し送信するrepetitionの適用が検討されている。
このようなrepetitionを、上りリンクのランダムアクセス手順に適用することが考えられる。しかしながら、使用帯域がシステム帯域の一部に制限される通信環境下において、上りリンクのランダムアクセス手順に対するrepetitionの適用方法は確立されていない。このような使用帯域が制限されたユーザ端末に対する上りリンクのランダムアクセス手順は、既存の上りリンクのランダムアクセス手順との仕様の互換性や、周波数利用効率を考慮して最適化することが要請される。
ここで、既存のＬＴＥシステムにおける上りリンクのランダムアクセス手順について、図３を参照しながら簡単に説明する。図３は、ランダムアクセスにおける、いわゆる、衝突型ランダムアクセス（ＣＢＲＡ：Contention-Based Random Access）の概要を示している。
図３に示すように、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセス手順では、無線基地局ｅＮＢからユーザ端末ＵＥに下りリンクで、ＭＩＢ（Master Information Block）、ＳＩＢ（System Information Block）が送信される（ステップ（以下、「ＳＴ」という）１）。ＭＩＢによってＳＩＢの受信に必要な情報がユーザ端末に報知され、ＭＩＢに基づいて後続のＳＩＢがユーザ端末ＵＥで受信される。
このとき、後続のＳＩＢには、ランダムアクセスコンフィギュレーションを定めたテーブル（ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブル）に応じたＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスが含まれる。図４は、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの説明図である。図４においては、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルにおける一部のランダムアクセスコンフィギュレーションを示している。
図４に示すように、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルには、＃０〜＃６３の６４個のＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスが定められている。各ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスには、プリアンブルフォーマット、システムフレーム番号及びサブフレーム番号が関連づけられている。ユーザ端末ＵＥは、ＳＩＢに含まれるＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを検出することにより、ＰＲＡＣＨを送信可能なシステムフレーム及びサブフレームを把握する。
例えば、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス＃２を受け取ると、ユーザ端末ＵＥは、偶数（Ｅｖｅｎ）番目のシステムフレームにおける７番目のサブフレームでＰＲＡＣＨを送信可能であることを把握する。一方、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス＃４１を受け取ると、ユーザ端末ＵＥは、全て（Ａｎｙ）のシステムフレームにおける１番目、４番目、７番目のいずれかのサブフレームでＰＲＡＣＨを送信可能であることを把握する。
ＰＲＡＣＨを送信可能なシステムフレーム番号及びサブフレーム番号を把握したユーザ端末ＵＥは、直近のＰＲＡＣＨを送信可能なサブフレームでランダムアクセスプリアンブル（ＰＲＡＣＨ）を送信する（ＳＴ２：メッセージ１）。無線基地局ｅＮＢは、ランダムアクセスプリアンブルを検出すると、その応答としてランダムアクセスレスポンス（ＲＡＲ：Random Access Response）を送信する（ＳＴ３：メッセージ２）。
ユーザ端末ＵＥは、ランダムアクセスプリアンブルの送信後、所定の区間の間、メッセージ２の受信を試みる。メッセージ２の受信に失敗した場合には、ＰＲＡＣＨの送信電力を上げてメッセージ１を再度送信（再送）する。なお、信号の再送時に送信電力を増加させることを、パワーランピングともいう。
ランダムアクセスレスポンスを受信したユーザ端末ＵＥは、ランダムアクセスレスポンスに含まれる上りグラントによって指定された物理上りリンク共有チャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared Channel）でデータ信号を送信する（ＳＴ４：メッセージ３）。メッセージ３を受信した無線基地局ｅＮＢは、衝突解決（Contention resolution）メッセージをユーザ端末ＵＥに送信する（ＳＴ５：メッセージ４）。ユーザ端末ＵＥは、これらのメッセージ１〜４によって同期を確保し、無線基地局ｅＮＢを識別すると、ランダムアクセス処理を完了しコネクションを確立する。
上述したように、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルでは、ＰＲＡＣＨを送信可能なサブフレームがシステムフレーム毎に１つに限定されている。使用帯域がシステム帯域の一部に制限される通信環境下において、このようなランダムアクセス手順を適用する場合、繰り返し回数が不足し、十分に受信特性を改善することや、十分にカバレッジを拡張することができない事態が発生し得る。
そこで、本発明者等は、使用帯域がシステム帯域の一部に制限される通信環境下において、無線基地局からシステムフレーム内及び／又はシステムフレーム間におけるＰＲＡＣＨの繰り返し送信（repetition）に関する情報（例えば、repetitionの要否、repetitionの回数及びリソース等）を通知し、これに従ってユーザ端末（ＭＴＣ端末）からＰＲＡＣＨを繰り返し送信することにより、十分に受信特性を改善し、或いは、十分にカバレッジを拡張することができることを見出した。
以下、本実施の形態に係る無線通信方法について説明する。使用帯域がシステム帯域の一部の狭帯域に制限されるユーザ端末（ＭＴＣ端末）による上りリンクの周波数同期では、下りリンクで同期補足した後に報知情報及びシステム情報が通知される。また、下り制御チャネル（ＥＰＤＣＣＨ：Enhanced Physical Downlink Control Channel）の共通サーチスペースでＳＩ−ＲＮＴＩ（System Information Radio Temporary Identifier）が検出される。そして、ＳＩ−ＲＮＴＩに基づいて、データチャネル（ＰＤＳＣＨ）上に割り当てられた狭帯域用のシステム情報としてＭＴＣ用（狭帯域用）のＳＩＢが復調される。このとき、ＥＰＤＣＣＨを用いないで、予め決められた送信パターンや、他のＭＴＣ用のＳＩＢで通知された送信パターンに基づいて、データチャネル（ＰＤＳＣＨ）上に割り当てられた狭帯域用のシステム情報としてＭＴＣ用（狭帯域用）のＳＩＢが復調されてもよい。また、このとき、帯域幅が一定（１．４ＭＨｚ）に規定されているため、ＭＴＣ用のＳＩＢで帯域幅を通知しなくても良い。
ＭＴＣ用のＳＩＢには、上りキャリア周波数の指示情報（ul-CarrierFreq）として、上りキャリア周波数の周波数値が含まれている。この周波数値によって狭帯域の基準となる周波数位置（基準周波数位置）が特定され、この基準周波数位置の上りリンクの狭帯域がＰＲＡＣＨ用の狭帯域に設定される。そして、ＰＲＡＣＨ用の狭帯域でＭＴＣ端末から無線基地局にランダムアクセスプリアンブルが送信されてランダムアクセス手順が開始される。なお、狭帯域用のシステム情報としてのＳＩＢは、ＭＴＣ用のＳＩＢと呼ばれてもよい。
例えば、無線基地局は、このようなＭＴＣ用のＳＩＢに、システムフレーム内及び／又はシステムフレーム間におけるＰＲＡＣＨの繰り返し送信（repetition）に関する情報（以下、「ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報」という）を含めて通知する。ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報には、repetitionの要否、repetitionの回数及びリソース等が含まれるが、これらに限定されない。このようなＰＲＡＣＨのrepetition関連情報を受信することにより、ＭＴＣ端末では、システムフレーム内及び／又はシステムフレーム間におけるＰＲＡＣＨのrepetitionの要否等を把握でき、通信環境等に適した頻度でＰＲＡＣＨを無線基地局に繰り返し送信することができる。この結果、通信環境等に応じて十分に受信特性を改善し、或いは、十分にカバレッジを拡張することが可能となる。
また、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報には、ＰＲＡＣＨを送信可能なシステムフレームを含めることもできる。例えば、１０個のシステムフレームの中からＰＲＡＣＨを送信可能な特定の２個や４個のシステムフレームを指定して通知することができる。また、ＰＲＡＣＨを送信可能なシステムフレームの周期を指定して通知するようにしてもよい。この周期としては、例えば、４０ｍｓ、８０ｍｓ、１６０ｍｓ、３２０ｍｓ、６４０ｍｓ、１．２８ｓを指定して通知することができる。このような通知を行うことにより、ＰＲＡＣＨの送信に必要となるリソースを低減でき、オーバーヘッドを回避することが可能となる。
図５は、このようなＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に基づいてＭＴＣ端末から無線基地局に送信されるＰＲＡＣＨの説明図である。なお、図５においては、説明の便宜上、２つのシステムフレームのみを示している。また、図５においては、説明の便宜上、既存のＬＴＥシステムにおける上りリンクのランダムアクセス手順に従ってＰＲＡＣＨを送信するユーザ端末ＵＥ＃１を示している。
ユーザ端末ＵＥ＃１には、ＳＩＢによりＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス＃７が通知された場合について示している（図４参照）。図５において、ユーザ端末ＵＥ＃１は、サブフレーム番号＃２、＃７のうち、サブフレーム番号＃２を選択してＰＲＡＣＨを無線基地局に送信する場合している。この場合、ユーザ端末ＵＥ＃１からは、repetitionが行われず、既存のＬＴＥと同様にしてＰＲＡＣＨが送信される。
ＭＴＣ端末ＵＥ＃２には、ＭＴＣ用のＳＩＢにより、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、repetitionが必要であり、その回数がシステムフレーム内で２回、システムフレーム間で不要である旨（すなわち、繰り返し回数が２回である旨）が通知された場合について示している。また、ＭＴＣ端末ＵＥ＃２には、repetitionのリソースとして、ユーザ端末ＵＥ＃１と同一の周波数におけるサブフレーム＃４、＃９が通知された場合について示している。このＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に基づいて、ＭＴＣ端末ＵＥ＃２は、システムフレーム＃１及び＃２におけるサブフレーム＃４、＃９でＰＲＡＣＨを繰り返して無線基地局に送信する。
ＭＴＣ端末ＵＥ＃３には、ＭＴＣ用のＳＩＢにより、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、repetitionが必要であり、その回数がシステムフレーム内で２回、システムフレーム間で２回である旨（すなわち、繰り返し回数が４回である旨）が通知された場合について示している。また、ＭＴＣ端末ＵＥ＃３には、repetitionのリソースとして、ＭＴＣ端末ＵＥ＃２と異なる周波数におけるサブフレーム＃４、＃９が通知された場合について示している。このＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に基づいて、ＭＴＣ端末ＵＥ＃３は、システムフレーム＃１及び＃２におけるサブフレーム＃４、＃９でＰＲＡＣＨを繰り返して無線基地局に送信する。
このように、本実施の形態に係る無線通信方法においては、無線基地局からシステムフレーム内及び／又はシステムフレーム間におけるＰＲＡＣＨのrepetition関連情報がＭＴＣ端末に通知される。ＭＴＣ端末は、このＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に従ってＰＲＡＣＨを繰り返し送信する。これにより、ＭＴＣ端末から通信環境等に対応した頻度でＰＲＡＣＨを繰り返し送信することができ、十分に受信特性を改善し、或いは、十分にカバレッジを拡張することが可能となる。
なお、このようなＰＲＡＣＨのrepetition関連情報の通知には、例えば、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを利用（再利用）することができる。図４に示すように、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルには、複数のサブフレーム番号が関連付けられたＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスが含まれる。例えば、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス＃４１では、サブフレーム番号＃１、＃４、＃７が関連付けられている。無線基地局は、これらの複数のサブフレームの一部又は全てのサブフレームでのＰＲＡＣＨの送信を指示することにより、システムフレーム内におけるＰＲＡＣＨの繰り返し回数及びリソース（サブフレーム）を通知することができる。
この場合、無線基地局は、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルにおけるサブフレーム番号の使用に関する情報をＭＴＣ端末に通知する必要がある。より具体的には、無線基地局は、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルにおけるサブフレーム番号の解釈が既存のＬＴＥシステムと異なる点をＭＴＣ端末に通知する必要がある。しかしながら、既存のＬＴＥシステムで利用されるランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの内容を利用できるので、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセス手順に大幅な変更を必要とすることなくＰＲＡＣＨのrepetition関連情報をＭＴＣ端末に通知することができる。
なお、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルにおけるサブフレーム番号の使用に関する情報は、例えば、ＭＴＣ用のＳＩＢ、上位レイヤシグナリング（例えば、ＲＲＣシグナリングやＭＡＣシグナリング）、下り制御情報（ＤＣＩ：Downlink Control Information）のいずれかを利用してＭＴＣ端末に通知することができる。
ところで、ＭＴＣ端末毎に異なる狭帯域（１．４ＭＨｚ）を割り当てる場合、狭帯域を割り当て可能なリソースが不足する事態が想定される。そこで、キャパシティ増大を図るため、繰り返し送信される信号にＣＤＭ（Code Division Multiplexing）を適用することが検討されている。具体的には、各ＭＴＣ端末が送信及び／又は受信する信号を、複数のサブフレームに渡って同一のリソース（時間・周波数リソース）に多重することが検討されている。これらの信号には、各ＭＴＣ端末に対応する異なる拡散符号が適用（乗算）される。送信側（例えば、ＭＴＣ端末）は、繰り返し送信する信号に、サブフレーム単位で拡散符号の要素を乗算して送信する。
受信側（例えば、無線基地局）は、各ＭＴＣ端末の拡散符号に基づいて、受信信号処理（例えば、デマッピング、復調、復号など）を行う。例えば、無線基地局は、受信した複数のサブフレームの信号に対して、各ＭＴＣ端末の拡散符号に対応する逆拡散符号を用いて逆拡散を行い、各ＭＴＣ端末からの送信信号を復号する。なお、ＣＤＭでは、拡散符号として、例えば、ＯＶＳＦ（Orthogonal Variable Spreading Factor）符号が利用される。
ＭＴＣ端末から繰り返し送信されるＰＲＡＣＨにＣＤＭが適用される場合、上述したＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に拡散符号に関する情報（例えば、ＯＶＳＦ符号）を含めて通知することができる。この場合、例えば、通知されたＯＶＳＦ符号に基づいて、異なるＭＴＣ端末から繰り返し送信されるＰＲＡＣＨにＣＤＭを適用することにより、異なる繰り返し回数のＰＲＡＣＨを同一のリソース（時間・周波数リソース）に多重することが可能となる。
図６は、図５に示すＭＴＣ端末ＵＥ＃２、＃３からのＰＲＡＣＨをＣＤＭにより同一のリソースに多重した場合について示している。図６に示すように、繰り返し回数が２回（例えば、拡散率（Spreading factor）が２）であるＭＴＣ端末ＵＥ＃２のＰＲＡＣＨと、繰り返し回数が４回（例えば、拡散率が４）であるＭＴＣ端末ＵＥ＃３のＰＲＡＣＨとが同一のリソース（同一の周波数におけるサブフレーム＃４、＃９）に多重されている。このように異なるＭＴＣ端末ＵＥ＃２、＃３から繰り返し送信されるＰＲＡＣＨにＣＤＭを適用することにより、システムフレームにおける時間・周波数利用効率を向上することが可能となる。
なお、図６に示すＭＴＣ端末ＵＥ＃３のように、複数のシステムフレーム（ここでは、システムフレーム＃１、＃２）に跨ってＣＤＭを適用する場合には、ＭＴＣ端末間の直交性を保って、各ＵＥから送信されるランダムアクセスプリアンブルを区別するために、ＰＲＡＣＨが多重される先頭のリソース（サブフレーム）を予め固定しておく必要がある。
例えば、ＰＲＡＣＨが多重される先頭のリソースを、システムフレームにおける偶数又は奇数番目のサブフレームに固定しておくことができる。また、ＯＶＳＦ符号などの拡散符号における拡散率が大きい場合には、以下の数式により演算されるサブフレームを、ＰＲＡＣＨが多重される先頭のリソースとして特定するようにしてもよい。なお、「Ｒ」はＰＲＡＣＨが多重される先頭のリソースを示し、「Ｎ」は拡散率を示している。
Ｒ ＝サブフレーム番号 ｍｏｄ Ｎ
また、ＭＴＣ端末との無線通信においては、受信特性の改善を図るため、繰り返し送信される信号に周波数ホッピングを適用することが検討されている。ＭＴＣ端末から送信されるＰＲＡＣＨに周波数ホッピングを適用する場合、上述したＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に周波数ホッピングに関する情報を含めて通知することができる。周波数ホッピングに関する情報には、例えば、周波数ホッピングの要否及び周波数ホッピング先のリソース等が含まれるが、これらに限定されない。このような周波数ホッピングに関する情報を含むＰＲＡＣＨのrepetition関連情報を受信することにより、ＭＴＣ端末では、ＰＲＡＣＨのrepetitionの要否等に加え、周波数ホッピングの要否等を把握でき、周波数ダイバーシチ利得を確保しながら、通信環境等に適した頻度でＰＲＡＣＨを無線基地局に繰り返し送信することができる。
図７及び図８は、ＭＴＣ端末から周波数ホッピングを適用して送信されるＰＲＡＣＨの説明図である。図７においては、システムフレーム間でＰＲＡＣＨに周波数ホッピングが適用される場合について示している。図８においては、システムフレーム内でＰＲＡＣＨに周波数ホッピングが適用される場合について示している。なお、図７及び図８においては、説明の便宜上、２つのシステムフレームのみを示している。また、図７において、ＭＴＣ端末ＵＥ＃２は、図５及び図６に示す場合と同様のＰＲＡＣＨのrepetition関連情報の通知を受けているものとする。
図７において、ＭＴＣ端末ＵＥ＃４には、ＭＴＣ用のＳＩＢにより、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、repetitionが必要であり、その回数がシステムフレーム内で２回、システムフレーム間で不要である旨が通知された場合について示している。また、ＭＴＣ端末ＵＥ＃４には、repetitionのリソースとして、ユーザ端末ＵＥ＃２と異なる周波数におけるサブフレーム＃３、＃８が通知された場合について示している。このＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に基づいて、ＭＴＣ端末ＵＥ＃４は、システムフレーム＃２におけるサブフレーム＃３、＃８でＰＲＡＣＨを繰り返して無線基地局に送信する。
ＭＴＣ端末ＵＥ＃３には、ＭＴＣ用のＳＩＢにより、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、repetitionが必要であり、その回数がシステムフレーム内で２回、システムフレーム間で２回である旨が通知された場合について示している。また、ＭＴＣ端末ＵＥ＃３には、システムフレーム＃１におけるrepetitionのリソースとして、ＭＴＣ端末ＵＥ＃２と同一の周波数におけるサブフレーム＃４、＃９が通知されると共に、システムフレーム＃２におけるrepetitionのリソースとして、ＭＴＣ端末ＵＥ＃４と同一の周波数におけるサブフレーム＃３、＃８が通知された場合について示している。システムフレーム＃１、＃２で異なるrepetitionのリソースが通知されることで、ＰＲＡＣＨの周波数ホッピングが実現されている。また、システムフレーム＃１、＃２でそれぞれＭＴＣ端末ＵＥ＃２、ＵＥ＃４と同一のrepetitionのリソースが通知されることで、異なるＭＴＣ端末（ＵＥ＃２、ＵＥ＃４）との間のＰＲＡＣＨのＣＤＭが実現されている。
このような周波数ホッピングに関する情報を含むＰＲＡＣＨのrepetition関連情報の通知にも、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを利用することができる。例えば、周波数ホッピングを行うＭＴＣ端末に対して、上述したＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを２つ割り当てることにより、周波数ホッピングに関する情報を含むＰＲＡＣＨのrepetition関連情報を通知することができる。
より具体的には、奇数番目のシステムフレームの第１の周波数で使用される第１のＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスとして、例えば、図４に示すＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス＃４１を割り当てる一方、偶数番目のシステムフレームの第２の周波数で使用される第２のＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスとして、例えば、図４に示すＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス＃４２を割り当てることができる。この場合、ＭＴＣ端末は、奇数番目のシステムフレームの第１の周波数におけるサブフレーム番号＃１、＃４、＃７のサブフレームでＰＲＡＣＨを繰り返し送信でき、偶数番目のシステムフレームの第２の周波数におけるサブフレーム番号＃２、＃５、＃８のサブフレームでＰＲＡＣＨを繰り返し送信することができる。
この場合、無線基地局は、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルにおけるサブフレーム番号の使用に関する情報に加え、システムフレーム番号の使用に関する情報をＭＴＣ端末に通知する必要がある。より具体的には、無線基地局は、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルにおけるシステムフレーム番号の解釈が既存のＬＴＥシステムと異なる点をＭＴＣ端末に通知する必要がある。しかしながら、既存のＬＴＥシステムで利用されるランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの内容を利用できるので、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセス手順に大幅な変更を必要とすることなく、周波数ホッピングに関する情報を含むＰＲＡＣＨのrepetition関連情報をＭＴＣ端末に通知することができる。
なお、ランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルにおけるシステムフレーム番号の使用に関する情報は、例えば、ＭＴＣ用のＳＩＢ、上位レイヤシグナリング（例えば、ＲＲＣシグナリングやＭＡＣシグナリング）、下り制御情報（ＤＣＩ：Downlink Control Information）のいずれかを利用してＭＴＣ端末に通知することができる。
なお、周波数ホッピングを行うＭＴＣ端末に対して、上述したＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを１つだけ割り当てることにより、周波数ホッピングに関する情報を含むＰＲＡＣＨのrepetition関連情報を通知するようにしてもよい。
より具体的には、奇数番目のシステムフレームの第１の狭帯域で使用されるＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスとして、並びに、偶数番目のシステムフレームの第２の狭帯域で使用されるＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスとして、例えば、図４に示すＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス＃４１を割り当てることができる。この場合、ＭＴＣ端末は、奇数番目のシステムフレームの第１の狭帯域におけるサブフレーム番号＃１、＃４、＃７のサブフレームでＰＲＡＣＨを繰り返し送信でき、偶数番目のシステムフレームの第２の狭帯域におけるサブフレーム番号＃１、＃４、＃７のサブフレームでＰＲＡＣＨを繰り返し送信することができる。
一方、図８において、ＭＴＣ端末ＵＥ＃５には、ＭＴＣ用のＳＩＢにより、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、repetitionが必要であり、その回数がシステムフレーム内で４回、システムフレーム間で不要である旨が通知された場合について示している。また、ＭＴＣ端末ＵＥ＃５には、repetitionのリソースとして、システムフレーム＃１の第１の周波数におけるサブフレーム＃１、＃３と、システムフレーム＃１の第２の周波数におけるサブフレーム＃７、＃９が通知された場合について示している。
一方、ＭＴＣ端末ＵＥ＃６には、ＭＴＣ用のＳＩＢにより、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、repetitionが必要であり、その回数がシステムフレーム内で４回、システムフレーム間で不要である旨が通知された場合について示している。また、ＭＴＣ端末ＵＥ＃６には、repetitionのリソースとして、ＭＴＣ端末ＵＥ＃５と同様に、システムフレーム＃１の第１の周波数におけるサブフレーム＃１、＃３と、システムフレーム＃１の第２の周波数におけるサブフレーム＃７、＃９が通知された場合について示している。
このＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に基づいて、ＭＴＣ端末ＵＥ＃５、＃６は、システムフレーム＃１の第１の周波数におけるサブフレーム＃１、＃３と、第２の周波数におけるサブフレーム＃７、＃９とを利用してＰＲＡＣＨを繰り返して無線基地局に送信する。システムフレーム＃１内のサブフレーム間で異なるrepetitionのリソースが通知されることで、ＰＲＡＣＨの周波数ホッピングが実現されている。また、システムフレーム＃１内のサブフレーム＃１、＃３と、サブフレーム＃７、＃９とでＭＴＣ端末ＵＥ＃５、ＵＥ＃６間で同一のrepetitionのリソースが通知されることで、ＭＴＣ端末ＵＥ＃５、ＵＥ＃６間のＰＲＡＣＨのＣＤＭが実現されている。
なお、以上の説明においては、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの内容を再利用してＰＲＡＣＨのrepetition関連情報を通知する場合について説明している。しかしながら、本実施の形態に係る無線通信方法で利用するランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルについては、これに限定されるものでなく適宜変更が可能である。
例えば、図９に示すように、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの内容に新たにランダムアクセスコンフィギュレーションを定めるようにしてもよい。図９は、新たに追加されるランダムアクセスコンフィギュレーションを定めたランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの説明図である。
図９に示すランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルでは、新たに追加されるＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスの一例（＃６４〜＃６７）を示している。新たに追加されるランダムアクセスコンフィギュレーションにおいては、ＭＴＣ用のＰＲＡＣＨやＣＤＭを考慮したサブフレーム番号を定めることが好ましい。図９では、４つのサブフレームにＰＲＡＣＨを繰り返し送信することを想定したＰＲＡＣＨコンフィギュレーションを示しているが、これに限定されるものではない。
また、図１０に示すように、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの内容の一部を置き換えてランダムアクセスコンフィギュレーションを定めるようにしてもよい。図１０は、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの内容の一部を置き換えてランダムアクセスコンフィギュレーションを定めたランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの説明図である。
図１０に示すランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルでは、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス＃４１〜＃４３を置き換えた場合について示している。図９に示す場合と同様に、置き換えられるランダムアクセスコンフィギュレーションにおいては、ＭＴＣ用のＰＲＡＣＨやＣＤＭを考慮したサブフレーム番号を定めることが好ましい。図１０では、４つのサブフレームにＰＲＡＣＨを繰り返し送信することを想定したＰＲＡＣＨコンフィギュレーションを示しているが、これに限定されるものではない。
（無線通信システムの構成）
以下、本発明の一実施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、本発明の実施形態に係る無線通信方法が適用される。なお、上記の各実施形態に係る無線通信方法は、それぞれ単独で適用されてもよいし、組み合わせて適用されてもよい。ここでは、狭帯域に使用帯域が制限されたユーザ端末としてＭＴＣ端末を例示するが、ＭＴＣ端末に限定されるものではない。
図１１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。図１１に示す無線通信システム１は、マシン通信システムのネットワークドメインにＬＴＥシステムを採用した一例である。当該無線通信システム１では、ＬＴＥシステムのシステム帯域幅を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（ＣＡ）及び／又はデュアルコネクティビティ（ＤＣ）を適用することができる。また、ＬＴＥシステムが下りリンク及び上りリンク共に最大２０ＭＨｚのシステム帯域に設定されるものとするが、この構成に限られない。なお、無線通信システム１は、ＳＵＰＥＲ ３Ｇ、ＬＴＥ−Ａ（LTE-Advanced）、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、４Ｇ、５Ｇ、ＦＲＡ（Future Radio Access）等と呼ばれてもよい。
無線通信システム１は、無線基地局１０と、無線基地局１０に無線接続する複数のユーザ端末２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃとを含んで構成されている。無線基地局１０は、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、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。
複数のユーザ端末２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃは、セル５０において無線基地局１０と通信を行うことができる。例えば、ユーザ端末２０Ａは、ＬＴＥ（Ｒｅｌ−１０まで）又はＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（Ｒｅｌ−１０以降も含む）をサポートするユーザ端末（以下、ＬＴＥ端末）であり、他のユーザ端末２０Ｂ、２０Ｃは、マシン通信システムにおける通信デバイスとなるＭＴＣ端末である。以下、特に区別を要しない場合は、ユーザ端末２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｃは単にユーザ端末２０と呼ぶ。
なお、ＭＴＣ端末２０Ｂ、２０Ｃは、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａなどの各種通信方式に対応した端末であり、電気メータ、ガスメータ、自動販売機等の固定通信端末に限らず、車両等の移動通信端末でもよい。また、ユーザ端末２０は、直に他のユーザ端末と通信してもよいし、無線基地局１０を介して他のユーザ端末と通信してもよい。
無線通信システム１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、システム帯域幅を端末毎に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。なお、上り及び下りの無線アクセス方式は、これらの組み合わせに限られない。
無線通信システム１では、下りリンクのチャネルとして、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）、報知チャネル（ＰＢＣＨ：Physical Broadcast Channel）、下りＬ１／Ｌ２制御チャネル等が用いられる。ＰＤＳＣＨにより、ユーザデータや上位レイヤ制御情報、所定のＳＩＢ（System Information Block）が伝送される。また、ＰＢＣＨにより、ＭＩＢ（Master Information Block）などが伝送される。
下りＬ１／Ｌ２制御チャネルは、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）、ＥＰＤＣＣＨ（Enhanced Physical Downlink Control Channel）、ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator Channel）、ＰＨＩＣＨ（Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel）等を含む。ＰＤＣＣＨにより、ＰＤＳＣＨ及びＰＵＳＣＨのスケジューリング情報を含む下り制御情報（ＤＣＩ：Downlink Control Information）等が伝送される。ＰＣＦＩＣＨにより、ＰＤＣＣＨに用いるＯＦＤＭシンボル数が伝送される。ＰＨＩＣＨにより、ＰＵＳＣＨに対するＨＡＲＱの送達確認信号（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）が伝送される。ＥＰＤＣＣＨは、ＰＤＳＣＨ（下り共有データチャネル）と周波数分割多重され、ＰＤＣＣＨと同様にＤＣＩ等の伝送に用いられる。
無線通信システム１では、上りリンクのチャネルとして、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）、上り制御チャネル（ＰＵＣＣＨ：Physical Uplink Control Channel）、ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ：Physical Random Access Channel）等が用いられる。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）、送達確認信号などが伝送される。ＰＲＡＣＨにより、セルとの接続確立のためのランダムアクセスプリアンブル（ＲＡプリアンブル）が伝送される。
図１２は、本発明の一実施形態に係る無線基地局の全体構成の一例を示す図である。無線基地局１０は、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、伝送路インターフェース１０６とを備えている。なお、送受信部１０３は、送信部及び受信部で構成される。
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から伝送路インターフェース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、ユーザデータに関して、ＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）レイヤの処理、ユーザデータの分割・結合、ＲＬＣ（Radio Link Control）再送制御等のＲＬＣレイヤの送信処理、ＭＡＣ（Medium Access Control）再送制御（例えば、ＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）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等の送信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など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からアンテナ毎にプリコーディングして出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換して送信する。送受信部１０３で周波数変換された無線周波数信号は、アンプ部１０２により増幅され、送受信アンテナ１０１から送信される。送受信部１０３は、システム帯域幅（例えば、１コンポーネントキャリア）より制限された狭い帯域幅（例えば、１．４ＭＨｚ）で、各種信号を送受信することができる。
送受信部１０３は、ユーザ端末２０（ＭＴＣ端末２０Ｂ、２０Ｃ）から繰り返し送信されるＰＲＡＣＨを受信することができる。また、送受信部１０３は、ＰＲＡＣＨの繰り返し送信に関する情報（ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報）をユーザ端末２０（ＭＴＣ端末２０Ｂ、２０Ｃ）に通知することができる。この場合、送受信部１０３は、ＭＴＣ用のＳＩＢ、上位レイヤシグナリング（例えば、ＲＲＣシグナリングやＭＡＣシグナリング）や下り制御情報を用いて、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報をユーザ端末２０（ＭＴＣ端末２０Ｂ、２０Ｃ）毎に個別に通知することができる。例えば、送受信部１０３は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを通知する。
送受信部１０３は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明されるトランスミッター／レシーバー、送受信回路又は送受信装置とすることができる。
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で増幅される。各送受信部１０３はアンプ部１０２で増幅された上り信号を受信する。送受信部１０３は、受信信号をベースバンド信号に周波数変換して、ベースバンド信号処理部１０４に出力する。
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、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ：Inverse Discrete Fourier Transform）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、伝送路インターフェース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等の呼処理や、無線基地局１０の状態管理や、無線リソースの管理を行う。
伝送路インターフェース１０６は、所定のインターフェースを介して、上位局装置３０と信号を送受信する。また、伝送路インターフェース１０６は、基地局間インターフェース（例えば、光ファイバ、Ｘ２インターフェース）を介して隣接無線基地局１０と信号を送受信（バックホールシグナリング）してもよい。
図１３は、本実施形態に係る無線基地局の機能構成の一例を示す図である。なお、図１３では、本実施形態における特徴部分の機能ブロックを主に示しており、無線基地局１０は、無線通信に必要な他の機能ブロックも有しているものとする。図１３に示すように、ベースバンド信号処理部１０４は、制御部（スケジューラ）３０１と、送信信号生成部３０２と、マッピング部３０３と、受信信号処理部３０４と、を備えている。
制御部（スケジューラ）３０１は、ＰＤＳＣＨで送信される下りデータ信号、ＰＤＣＣＨ及び／又はＥＰＤＣＣＨで伝送される下り制御信号のスケジューリング（例えば、リソース割り当て）を制御する。また、システム情報、同期信号、ＣＲＳ（Cell-specific Reference Signal）、ＣＳＩ−ＲＳ（Channel State Information Reference Signal）等の下り参照信号等のスケジューリングの制御も行う。また、上り参照信号、ＰＵＳＣＨで送信される上りデータ信号、ＰＵＣＣＨ及び／又はＰＵＳＣＨで送信される上り制御信号、ＰＲＡＣＨで送信されるランダムアクセスプリアンブル等のスケジューリングを制御する。
制御部３０１は、各種信号を狭帯域に割り当ててユーザ端末２０に対して送信するように、送信信号生成部３０２及びマッピング部３０３を制御する。例えば、制御部３０１は、下りリンクのシステム情報（ＭＩＢ、ＳＩＢ）や、ＥＰＤＣＣＨを狭帯域幅に割り当てるように制御する。
また、制御部３０１は、所定の狭帯域でＰＤＳＣＨをユーザ端末２０に送信するように制御する。なお、無線基地局１０がカバレッジ拡張を適用されている場合、制御部３０１は、所定のユーザ端末２０からのＵＬ信号（ＰＲＡＣＨ、ＰＵＣＣＨ、ＰＵＳＣＨ等）の繰り返し送信の要否（有無）、繰り返し数及びリソース（サブフレーム）を設定し、これらを含む情報（ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報）を、ＭＴＣ用のＳＩＢ、上位レイヤシグナリングや下り制御情報などで通知するように制御することができる。
例えば、制御部３０１は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスと、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連付けられるサブフレームの使用に関する情報を通知することができる。この場合には、既存のＬＴＥシステムで利用されるランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの内容を再利用できるので、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセス手順に大幅な変更を必要とすることなくＰＲＡＣＨのrepetition関連情報をユーザ端末２０（ＭＴＣ端末２０Ｂ、２０Ｃ）に通知することができる。
また、所定のユーザ端末２０へのＤＬ信号の繰り返し数を設定し、当該繰り返し数に従ってＤＬ信号を繰り返し送信してもよい。また、制御部３０１は、ユーザ端末２０に対して、当該繰り返し数をＥＰＤＣＣＨの制御信号（ＤＣＩ）、上位レイヤシグナリング（例えば、ＲＲＣシグナリング、報知情報）などで通知するように制御してもよい。
制御部３０１は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明されるコントローラ、制御回路又は制御装置とすることができる。
送信信号生成部３０２は、制御部３０１からの指示に基づいて、ＤＬ信号を生成して、マッピング部３０３に出力する。例えば、送信信号生成部３０２は、制御部３０１からの指示に基づいて、下り信号の割り当て情報を通知するＤＬアサインメント及び上り信号の割り当て情報を通知するＵＬグラントを生成する。また、下りデータ信号には、各ユーザ端末２０からのチャネル状態情報（ＣＳＩ）等に基づいて決定された符号化率、変調方式などに従って符号化処理、変調処理が行われる。
また、送信信号生成部３０２は、ＤＬ信号の繰り返し送信（例えば、ＰＤＳＣＨの繰り返し送信）が設定されている場合、複数のサブフレームに渡って同じＤＬ信号を生成してマッピング部３０３に出力する。
送信信号生成部３０２は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明される信号生成器、信号生成回路又は信号生成装置とすることができる。
マッピング部３０３は、制御部３０１からの指示に基づいて、送信信号生成部３０２で生成された下り信号を、所定の狭帯域の無線リソース（例えば、最大６リソースブロック）にマッピングして、送受信部１０３に出力する。
マッピング部３０３は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明されるマッパー、マッピング回路又はマッピング装置とすることができる。
受信信号処理部３０４は、ユーザ端末２０から送信されるＵＬ信号（例えば、送達確認信号（ＨＡＲＱ−ＡＣＫ）、ＰＵＳＣＨで送信されたデータ信号、ＰＲＡＣＨで送信されたランダムアクセスプリアンブル等）に対して、受信処理（例えば、デマッピング、復調、復号など）を行う。処理結果は、制御部３０１に出力される。
また、受信信号処理部３０４は、受信した信号を用いて受信電力（例えば、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power））、受信品質（ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality））やチャネル状態などについて測定してもよい。測定結果は、制御部３０１に出力されてもよい。
受信信号処理部３０４は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明される信号処理器、信号処理回路又は信号処理装置、並びに、測定器、測定回路又は測定装置から構成することができる。
図１４は、本実施形態に係るユーザ端末の全体構成の一例を示す図である。なお、ここでは詳細な説明を省略するが、通常のＬＴＥ端末がＭＴＣ端末として振る舞うように動作してもよい。ユーザ端末２０は、送受信アンテナ２０１と、アンプ部２０２と、送受信部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。なお、送受信部２０３は、送信部及び受信部から構成される。また、ユーザ端末２０は、送受信アンテナ２０１、アンプ部２０２、送受信部２０３等を複数備えてもよい。
送受信アンテナ２０１で受信された無線周波数信号は、それぞれアンプ部２０２で増幅される。送受信部２０３は、アンプ部２０２で増幅された下り信号を受信する。送受信部２０３は、受信信号をベースバンド信号に周波数変換して、ベースバンド信号処理部２０４に出力する。
送受信部２０３は、無線基地局１０からＰＲＡＣＨの繰り返し送信に関する情報（ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報）を受信することができる。例えば、送受信部２０３は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、無線基地局１０からＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを受信するようにしてもよい。また、送受信部２０３は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に基づいて、サブフレームの一部又は全部でＰＲＡＣＨを繰り返し送信することができる。例えば、送受信部２０３は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に含まれる繰り返し送信の要否、システムフレーム内及び／又はシステムフレーム間の繰り返し回数及びサブフレームの少なくとも１つに従ってＰＲＡＣＨを繰り返し送信する。
また、送受信部２０３は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に含まれる周波数ホッピングに関する情報に基づいてＰＲＡＣＨに周波数ホッピングを適用して繰り返し送信することができる。例えば、送受信部２０３は、周波数ホッピングに関する情報に基づいて、システムフレーム内及び／又はシステムフレーム間でＰＲＡＣＨに周波数ホッピングを適用して繰り返し送信することができる。さらに、送受信部２０３は、無線基地局１０からＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを受信し、このＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連付けられたサブフレームでＰＲＡＣＨに周波数ホッピングを適用して繰り返し送信することができる。
送受信部２０３は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明されるトランスミッター／レシーバー、送受信回路又は送受信装置とすることができる。
ベースバンド信号処理部２０４は、入力されたベースバンド信号に対して、ＦＦＴ処理や、誤り訂正復号、再送制御の受信処理などを行う。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、再送制御の送信処理（例えば、ＨＡＲＱの送信処理）や、チャネル符号化、プリコーディング、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）処理、ＩＦＦＴ処理などが行われて送受信部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して送信する。送受信部２０３で周波数変換された無線周波数信号は、アンプ部２０２により増幅され、送受信アンテナ２０１から送信される。
図１５は、本実施形態に係るユーザ端末の機能構成の一例を示す図である。なお、図１５においては、本実施形態における特徴部分の機能ブロックを主に示しており、ユーザ端末２０は、無線通信に必要な他の機能ブロックも有しているものとする。図１５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、送信信号生成部４０２と、マッピング部４０３と、受信信号処理部４０４と、を備えている。
制御部４０１は、無線基地局１０から送信された下り制御信号（ＰＤＣＣＨ／ＥＰＤＣＣＨで送信された信号）及び下りデータ信号（ＰＤＳＣＨで送信された信号）を、受信信号処理部４０４から取得する。制御部４０１は、下り制御信号や、下りデータ信号に対する再送制御の要否を判定した結果などに基づいて、上り制御信号（例えば、送達確認信号（ＨＡＲＱ−ＡＣＫ）など）や上りデータ信号の生成を制御する。具体的には、制御部４０１は、送信信号生成部４０２及びマッピング部４０３の制御を行う。
また、制御部４０１は、所定のサブフレームにおけるＰＵＣＣＨリソースの決定や、ＰＵＣＣＨを送信するタイミング（サブフレーム）の制御を実施する。
また、制御部４０１は、無線基地局１０からＰＲＡＣＨのrepetition関連情報を通知された場合には、このＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に基づいてＰＲＡＣＨの繰り返し送信を行うように制御する。例えば、制御部４０１は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に含まれる繰り返し送信の要否、システムフレーム内及び／又はシステムフレーム間の繰り返し回数及びサブフレームの少なくとも１つに従ってＰＲＡＣＨを繰り返し送信するように制御する。
さらに、制御部４０１は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報として、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックス及びＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連づけられたサブフレームの使用に関する情報を受信した場合、前記ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連付けられた一部又は全てのサブフレームでＰＲＡＣＨを繰り返し送信するように制御してもよい。
さらに、制御部４０１は、ユーザ端末２０がＵＬ信号（例えば、ＰＵＣＣＨ及び／又はＰＵＳＣＨ）の繰り返し数を設定されている場合には、無線基地局１０から受信した繰り返し数に関する情報に基づいて、ＰＵＣＣＨ及び／又はＰＵＳＣＨの繰り返し送信数を増減するように制御してもよい。
さらに、制御部４０１は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に含まれる拡散符号に関する情報（例えば、ＯＶＳＦ符号）に基づいて、サブフレームの一部又は全部で送信されるＰＲＡＣＨに所定の拡散符号を適用するように送信信号生成部４０２を制御することができる。この場合、例えば、通知されたＯＶＳＦ符号に基づいて、異なるユーザ端末２０から繰り返し送信されるＰＲＡＣＨにＣＤＭを適用することにより、異なる繰り返し回数のＰＲＡＣＨを同一のリソース（時間・周波数リソース）に多重することが可能となる。
さらに、制御部４０１は、ＰＲＡＣＨのrepetition関連情報に含まれる周波数ホッピングに関する情報に基づいて、サブフレームの一部又は全部で送信されるＰＲＡＣＨに周波数ホッピングを適用して繰り返し送信するように制御してもよい。この場合には、周波数ダイバーシチ利得を確保しながら、通信環境等に適した頻度でＰＲＡＣＨを無線基地局に繰り返し送信でき、無線基地局１０における受信特性を向上することができる。
例えば、制御部４０１は、周波数ホッピングに関する情報として、ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスを受信した場合、このＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連付けられたサブフレームの一部又は全部でＰＲＡＣＨに周波数ホッピングを適用して繰り返し送信するように制御することができる。この場合には、既存のＬＴＥシステムで利用されるランダムアクセスコンフィギュレーションテーブルの内容を利用できるので、既存のＬＴＥシステムにおけるランダムアクセス手順に大幅な変更を必要とすることなく、周波数ホッピングに関する情報を含むＰＲＡＣＨのrepetition関連情報を受信することができる。
制御部４０１は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明されるコントローラ、制御回路又は制御装置とすることができる。
送信信号生成部４０２は、制御部４０１からの指示に基づいて、ＵＬ信号を生成して、マッピング部４０３に出力する。例えば、送信信号生成部４０２は、制御部４０１からの指示に基づいて、送達確認信号（ＨＡＲＱ−ＡＣＫ）やチャネル状態情報（ＣＳＩ）等の上り制御信号を生成する。また、送信信号生成部４０２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。例えば、送信信号生成部４０２は、無線基地局１０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、制御部４０１から上りデータ信号の生成を指示される。
また、送信信号生成部４０２は、ＰＲＡＣＨの繰り返し送信が設定されている場合、複数のサブフレームに渡って同一の態様のＰＲＡＣＨを生成してマッピング部４０３に出力する。ＰＲＡＣＨの繰り返し送信の有無、システムフレーム内及び／又はシステムフレーム間の繰り返し回数については、制御部４０１からの指示に基づいて決定される。
さらに、送信信号生成部４０２は、ＵＬ信号の繰り返し送信（例えば、ＰＵＣＣＨ及び／又はＰＵＳＣＨの繰り返し送信）を設定されている場合、複数のサブフレームに渡って同じＵＬ信号を生成してマッピング部４０３に出力する。繰り返し回数については、制御部４０１からの指示に基づいて、増減されてもよい。
さらに、送信信号生成部４０２は、制御部４０１の指示の下、拡散符号に関する情報（例えば、ＯＶＳＦ符号）に基づいて、繰り返し送信されるＰＲＡＣＨに所定の拡散符号を適用する。
送信信号生成部４０２は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明される信号生成器、信号生成回路又は信号生成装置とすることができる。
マッピング部４０３は、制御部４０１からの指示に基づいて、送信信号生成部４０２で生成された上り信号を無線リソース（最大６リソースブロック）にマッピングして、送受信部２０３へ出力する。
マッピング部４０３は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明されるマッパー、マッピング回路又はマッピング装置とすることができる。
受信信号処理部４０４は、ＤＬ信号（例えば、無線基地局から送信された下り制御信号、ＰＤＳＣＨで送信された下りデータ信号等）に対して、受信処理（例えば、デマッピング、復調、復号など）を行う。
受信信号処理部４０４は、無線基地局１０から受信した情報を、制御部４０１に出力する。受信信号処理部４０４は、例えば、報知情報、システム情報、ＲＲＣシグナリング、ＤＣＩなどを、制御部４０１に出力する。また、受信信号処理部４０４は、受信した信号を用いて、受信電力（ＲＳＲＰ）、受信品質（ＲＳＲＱ）やチャネル状態などについて測定してもよい。なお、測定結果は、制御部４０１に出力されてもよい。
受信信号処理部４０４は、本発明に係る技術分野での共通認識に基づいて説明される信号処理器、信号処理回路又は信号処理装置、並びに、測定器、測定回路又は測定装置から構成することができる。また、受信信号処理部４０４は、本発明に係る受信部を構成することができる。
なお、上記実施形態の説明に用いたブロック図は、機能単位のブロックを示している。これらの機能ブロック（構成部）は、ハードウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。また、各機能ブロックの実現手段は特に限定されない。すなわち、各機能ブロックは、物理的に結合した１つの装置により実現されてもよいし、物理的に分離した２つ以上の装置を有線又は無線で接続し、これら複数の装置により実現されてもよい。
例えば、無線基地局１０やユーザ端末２０の各機能の一部又は全ては、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。また、無線基地局１０やユーザ端末２０は、プロセッサ（ＣＰＵ）と、ネットワーク接続用の通信インターフェースと、メモリと、プログラムを保持したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体と、を含むコンピュータ装置によって実現されてもよい。
ここで、プロセッサやメモリなどは情報を通信するためのバスで接続される。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどの記憶媒体である。また、プログラムは、電気通信回線を介してネットワークから送信されても良い。また、無線基地局１０やユーザ端末２０は、入力キーなどの入力装置や、ディスプレイなどの出力装置を含んでいてもよい。
無線基地局１０及びユーザ端末２０の機能構成は、上述のハードウェアによって実現されてもよいし、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、両者の組み合わせによって実現されてもよい。プロセッサは、オペレーティングシステムを動作させてユーザ端末の全体を制御する。また、プロセッサは、記憶媒体からプログラム、ソフトウェアモジュールやデータをメモリに読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。ここで、当該プログラムは、上記の各実施形態で説明した各動作を、コンピュータに実行させるプログラムであれば良い。例えば、ユーザ端末２０の制御部４０１は、メモリに格納され、プロセッサで動作する制御プログラムによって実現されてもよく、他の機能ブロックについても同様に実現されてもよい。
以上、本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。例えば、上述の各実施形態は単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
本出願は、２０１５年４月９日出願の特願２０１５−０８０４０２に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (7)

  1. システム帯域の一部の狭帯域に使用帯域が制限されたユーザ端末であって、
    ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel）を用いて、ランダムアクセスプリアンブルを送信する送信部と、
    ＰＲＡＣＨの繰り返し送信を指示する情報に含まれるＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連付けられたサブフレームの内の少なくとも１つを用いて、前記情報に含まれる、複数のシステムフレームにわたる繰り返し回数に従ってＰＲＡＣＨを用いた送信を繰り返すように前記送信部を制御する制御部と、を具備することを特徴とするユーザ端末。
  2. 前記制御部は、前記情報に含まれる繰り返し送信の要否及び前記繰り返し回数に従って、前記ＰＲＡＣＨを用いた送信を繰り返すように前記送信部を制御することを特徴とする請求項１記載のユーザ端末。
  3. 前記制御部は、前記情報に含まれる周波数ホッピングに関する情報に基づいて、ランダムアクセスプリアンブルに周波数ホッピングを適用して繰り返し送信するように前記送信部を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のユーザ端末。
  4. 前記制御部は、前記周波数ホッピングに関する情報に基づいて、前記複数のシステムフレーム内及び／又は前記複数のシステムフレーム間でランダムアクセスプリアンブルに周波数ホッピングを適用して繰り返し送信するように前記送信部を制御することを特徴とする請求項３記載のユーザ端末。
  5. 前記制御部は、前記情報に含まれる拡散符号に関する情報に基づいて、前記ランダムアクセスプリアンブルに所定の拡散符号を適用することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のユーザ端末。
  6. システム帯域の一部の狭帯域に使用帯域が制限されたユーザ端末と通信する無線基地局であって、
    前記ユーザ端末にＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel）コンフィギュレーションインデックスを含む、ＰＲＡＣＨの繰り返し送信を指示する情報を送信する送信部と、
    前記繰り返し送信を指示する情報に基づいて、前記ユーザ端末から繰り返し送信されるＰＲＡＣＨを介してランダムアクセスプリアンブルを受信する受信部と、を有し、
    前記ＰＲＡＣＨの繰り返し送信は、前記情報に含まれる、複数のシステムフレームにわたる繰り返し回数に従って、前記ＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連付けられたサブフレームの内の少なくとも１つを用いて行われることを特徴とする無線基地局。
  7. システム帯域の一部の狭帯域に使用帯域が制限されたユーザ端末における無線通信方法であって、
    ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel）を用いて、ランダムアクセスプリアンブルを送信するステップと、
    ＰＲＡＣＨの繰り返し送信を指示する情報に含まれるＰＲＡＣＨコンフィギュレーションインデックスに関連付けられたサブフレームの内の少なくとも１つを用いて、前記情報に含まれる、複数のシステムフレームにわたる繰り返し回数に従ってＰＲＡＣＨを用いた送信を繰り返すように制御するステップと、を有することを特徴とする無線通信方法。
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