JP2015041818A - 同期信号受信方法及び移動局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが適用される通信システムの性能を十分に発揮させること。
【解決手段】複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングによりセルサーチに用いられる同期信号用の送信ビームの送信方向を制御する基地局装置から同期信号を受信する移動局装置であって、同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含む同期信号を受信する受信部（７４）と、同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成する生成部（７３２）と、ＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号を基地局装置に送信する送信部（７５）とを具備することを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、次世代移動通信システムにおける同期信号受信方法及び移動局装置に関する。

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）。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））。

これらのＬＴＥやＬＴＥ−Ａにおいて、移動局装置ＵＥがネットワークと通信を行う場合には、同期を確立するためのセルサーチ処理が必要となる。セルサーチ処理においては、移動局装置ＵＥが、基地局装置から一定時間間隔で送信される同期信号（ＳＳ：Synchronization Signal）を検出し、移動局装置ＵＥが位置するセル（在圏セル）の周波数同期、タイミング同期及びセルＩＤ（ＰＣＩ：Physical Cell ID）を取得する。取得した情報に基づいて、移動局装置ＵＥは在圏セルを確定する。そして、ＲＡＣＨ（Random Access CHannel）を送信することで、セルに在圏を通知し、通信用リソースを確保する。

３ＧＰＰ ＴＲ ２５．９１３"Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡ ａｎｄ Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡＮ"

ところで、ＬＴＥ−Ａ以降の移動システムにおいては、例えば、高周波数帯域において細小化された大量のアンテナ素子を利用するＭＩＭＯ（Massive MIMO（Multi Input Multi Output））の適用が検討されている（以下、適宜「Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ」という）。また、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯのように大量のアンテナ素子を用いることによって、より高度なビームフォーミングが実現可能になる。

ここで、ビームフォーミングとは、複数のアンテナ素子において、それぞれの送受信信号に対して振幅、位相を制御することによって、送受信ビームに指向性、ビームの形状を変更できる技術である。このビームフォーミングにおいては、一般にアンテナ素子数が多いほど高度な制御が可能である。言い換えると、アンテナ素子数に応じてビーム数、各ビーム形状（水平面におけるビームの幅、垂直面におけるビームの幅など、以下、適宜「ビームの幅」という）、ビームの方向及び利得を詳細に制御できる。例えば、ビームの幅を狭くすること（すなわち、細いビームを形成すること）により、高い利得（電力密度）を得ることができる。

このようなＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが適用される通信システムの性能を十分に発揮させるためには、同期信号を確実に移動局装置ＵＥに送信し、移動局装置ＵＥにおいて適切にセルサーチ処理を行う必要がある。しかしながら、現状の構成では、移動局装置ＵＥ側で適切にセルサーチ処理を行うことができない事態が想定され、通信システムの性能を十分に発揮することができない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが適用される通信システムの性能を十分に発揮させることができる同期信号受信方法及び移動局装置を提供することを目的とする。

本発明の同期信号受信方法は、複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングによりセルサーチに用いられる同期信号用の送信ビームの送信方向を制御する基地局装置からの同期信号を受信する同期信号受信方法であって、前記同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含む前記同期信号を受信する受信ステップと、前記同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成するプリアンブル生成ステップと、前記ＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号を前記基地局装置に送信する送信ステップとを具備することを特徴とする。

本発明の移動局装置は、複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングによりセルサーチに用いられる同期信号用の送信ビームの送信方向を制御する基地局装置から同期信号を受信する移動局装置であって、同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含む同期信号を受信する受信部と、前記同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成する生成部と、前記ＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号を前記基地局装置に送信する送信部とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが適用される通信システムの性能を十分に発揮させることができる同期信号受信方法及び移動局装置を提供できる。

Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが適用される基地局装置における送信ビームの到達範囲の説明図である。 本実施の形態に係る基地局装置が適用されるネットワーク構成の一例を示す図である。 第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。 第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。 第１、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法におけるＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局及び移動局間の動作シーケンスの説明図である。 第１、第２の態様に係るＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局の構成例を説明するためのブロック図である。 第１、第２の態様に係る移動局の構成例を説明するためのブロック図である。 第１、第２の態様に係るＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局からＢＦ−ＳＳ信号の送信動作を説明するためのフロー図である。 第１、第２の態様に係るＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局からＢＦ−ＳＳ信号の送信動作を説明するためのフロー図である。 第１、第２の態様に係る移動局のＢＦ−ＳＳ信号の受信動作を説明するためのフロー図である。 第１、第２の態様に係る移動局のＢＦ−ＳＳ信号の受信動作を説明するためのフロー図である。 第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。 第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法で送信されるビーム群の模式図である。 第２の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。 第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。

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。
まず、本実施の形態に係る移動局装置の通信対象となる基地局装置に適用されるＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式の概要について説明する。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式においては、例えば、１００個以上のアンテナ素子を用いてデータを送信することでデータレート（周波数利用効率）を向上させる。１００個以上のアンテナ素子を用いてデータを送信することから、少数のアンテナ素子を用いる場合と比べて多重化に伴う伝送効率を改善でき、従来よりも高速な無線通信が可能となる。また、ビームフォーミング時におけるアンテナ素子の組み合わせの選択肢を多様化でき、従来よりも高度なビームフォーミングが可能となる。このような高度なビームフォーミングにより、ビームフォーミング利得による受信信号電力の増加や、干渉低減及び無線リソースの有効利用などの効果を期待できる。

また、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式においては、例えば、１０ＧＨｚ以上の高周波数帯を好適に用いることができる。一般に、アンテナ素子のサイズは、送信信号の波長に比例したサイズとなる。高周波数帯においては、相対的に送信信号の波長が短く、アンテナ素子のサイズを小型化できる。このため、多数のアンテナ素子を備えるＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式にとって好ましい。また、高周波数帯は、低周波数帯と比較して相対的に利用率が低く、広い帯域幅のリソースを確保することが容易である。一方で、高周波数帯を用いた信号伝送においては、伝搬損失が増加する。したがって、同一の送信電力で信号伝送を行う場合においても、低周波数帯を用いた信号伝送に比べ、移動局装置ＵＥにおける受信信号強度が低下し得る。しかしながら、このような受信信号強度の低下は、ビームフォーミング利得によりカバーすることができる。

ここで、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式が適用される基地局装置（以下、「Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局」という）における送信ビームの到達範囲について説明する。図１は、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局における送信ビームの到達範囲の説明図である。図１Ａにおいては、一般的な基地局装置（Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが適用されない基地局装置）から出力される送信ビームの到達範囲を示し、図１Ｂにおいては、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局から出力される送信ビームの到達範囲を示している。なお、ここでは、図１Ｂに示すＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局にて高周波数帯を用いた信号伝送を行い、図１Ａに示す基地局装置にて低周波数帯を用いた信号伝送を行う場合について示している。

図１Ａに示す一般的な基地局装置ｅＮＢ１においては、低周波数帯を用いて信号伝送を行うため、ビーム幅の広い送信ビーム（広範囲に及ぶ送信ビーム）を形成する場合でも遠距離まで送信ビームが到達する。一方、図１Ｂに示すＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局ｅＮＢ２においては、ビーム幅の広い送信ビームを形成する場合、高周波数帯の伝搬特性から遠距離まで送信ビームを到達させることができない。これに対し、ビーム幅が狭い送信ビーム（狭範囲（局所的範囲）に及ぶ送信ビーム）をビームフォーミングで形成する場合には、遠距離まで送信ビームを到達させることができる。このため、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局においては、送信対象となる移動局装置ＵＥの位置（方向、距離）を把握した上、その位置に指向性を有する送信ビームをビームフォーミングにより形成して、ユーザデータを送信することが好ましい。

このようなＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局との間で無線通信を行う場合、ＬＴＥやＬＴＥ−Ａと同様に、移動局装置ＵＥは、同期を確立するためのセルサーチ処理が必要となる。しかしながら、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局から、ビームフォーミングなしで同期信号（ＳＳ：Synchronization Signal）が送信される場合において、移動局装置ＵＥがＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局から離れた位置に存在する場合には、同期信号の受信電力が低下し、適切にセルサーチ処理を行うことができない事態が発生し得る。

Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯが適用される通信システムにおいては、ビームフォーミングされるユーザデータと、ビームフォーミングされない同期信号との間で到達距離に差異が存在する。したがって、移動局装置ＵＥにおけるセルサーチ処理の可否が、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局からの移動局装置ＵＥの距離に依存する。本発明者等は、このような背景に伴うセルサーチ処理の不具合等が、システム全体のスループット特性の低下の原因となり得ることに着目し、本発明に至った。

すなわち、本発明の骨子は、複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングによりセルサーチに用いられる同期信号用の送信ビームの送信方向を制御する基地局装置からの同期信号を受信する同期信号受信方法において、同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含む同期信号を受信し、この同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成し、このＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号を基地局装置に送信するものである。

本発明によれば、同期信号を受信すると、同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成し、このＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号が基地局装置に送信することで接続要求を行う。これにより、同期信号にビームフォーミングが適用される場合であっても、移動局装置にて同期信号を識別でき、適切にセルサーチ処理を行うことができるので、セルサーチ処理の不具合等に起因するスループット特性の低下を抑制することができる。

以下、本実施の形態に係る移動局装置が適用されるネットワーク構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る移動局装置が適用されるネットワーク構成の一例を示す図である。図２においては、本実施の形態に係る移動局装置の通信対象となる基地局装置が、マクロセルＭのセルエリア内にＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭをオーバレイするネットワーク（例えば、ヘテロジーニアスネットワーク：Heterogeneous Network）構成に適用される場合について示している。しかしながら、本実施の形態に係る移動局装置が適用されるネットワークについては、オーバレイするネットワークに限定されるものではなく適宜変更が可能である。

図２に示すＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭをオーバレイするネットワーク（以下、適宜「オーバレイネットワーク」という）構成において、マクロセルＭを形成する基地局装置（以下、適宜「マクロ基地局」という）ＭｅＮＢ及びＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭを形成する基地局装置（以下、適宜「Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局（ＭＭ基地局）」という）ＭＭｅＮＢは、マクロセルＭに配設される中央制御局ＣＣと接続される。この中央制御局ＣＣは、図示しないコアネットワークに接続される。中央制御局ＣＣ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。

移動局装置（以下、単に「移動局」という）ＵＥは、マクロセルＭに位置する場合にマクロ基地局ＭｅＮＢと通信可能に構成され、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭに位置する場合にはマクロ基地局ＭｅＮＢに加えてＭＭ基地局ＭＭｅＮＢと通信可能に構成される。なお、説明の便宜上、マクロ基地局ＭｅＮＢ及びＭＭ基地局ＭＭｅＮＢと無線通信するのは移動局ＵＥであるものとして説明するが、より一般的には移動端末装置も固定端末装置も含むユーザ装置（ＵＥ：User Equipment）でよい。

図２に示すオーバレイネットワーク構成においては、例えば、制御メッセージを取り扱う制御プレーン（Ｃ（Ｃｏｎｔｒｏｌ）−ｐｌａｎｅ）がマクロセルＭによってサポートされる。一方、ユーザデータを取り扱うユーザプレーン（Ｕ（Ｕｓｅｒ）−ｐｌａｎｅ）がＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭによってサポートされる。また、図２に示すオーバレイネットワーク構成においては、マクロセルＭとＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭとを異なる周波数帯で運用できる。例えば、マクロセルＭがサポートするＣ−ｐｌａｎｅを２ＧＨｚ帯で運用でき、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭがサポートするＵ−ｐｌａｎｅを１０ＧＨｚ帯で運用できる。

例えば、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭを１０ＧＨｚ帯で運用する場合、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢと移動局ＵＥとの間は、障害物が存在しない見通し線（ＬｏＳ：Line-of-Sight）で接続されることが多い。このような見通し線で接続される通信環境においては、一般的に周波数選択性が小さい伝搬路が形成される。

図２に示すオーバレイネットワーク構成においては、本実施の形態に係るＭＭ基地局ＭＭｅＮＢがマクロセルＭにオーバーラップして配置される場合について示している。しかしながら、本実施の形態に係るＭＭ基地局ＭＭｅＮＢがオーバーラップされる対象としては、これに限定されるものではない。例えば、マクロセルＭと同様に、広範囲をカバーする無線ＬＡＮ（Local Area Network）や有線ＬＡＮにオーバーラップして配置しても構わない。また、本実施の形態に係るＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、必ずしも他の無線基地局やネットワーク上にオーバーラップして配置する必要もない。

図２に示すオーバレイネットワーク構成において、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭに位置する移動局ＵＥに対してＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式を用いて信号伝送を行うことができる。より具体的には、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、複数のアンテナ素子において、それぞれの信号に対して振幅、位相を制御することによって、移動局ＵＥに向けて指向性を有するような送信ビームを形成（ビームフォーミング）して信号伝送を行うことができる。

なお、図２に示すオーバレイネットワーク構成のように、Ｃ−ｐｌａｎｅ及びＵ−ｐｌａｎｅのサポートが、マクロセルＭ及びＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭで分離される通信環境においては、例えば、移動局ＵＥに対して、マクロ基地局ＭｅＮＢからユーザデータの受信に必要な制御情報を送信する一方、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからユーザデータを送信することができる。また、マクロ基地局ＭｅＮＢから制御情報の一部を送信する一方、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから制御情報の残部及びユーザデータを送信することもできる。

本実施の形態に係る移動局ＵＥの通信対象となるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、移動局ＵＥに対するユーザデータだけでなく、セルサーチ処理に必要な同期信号（以下、「ＳＳ信号」という）についてもビームフォーミングを適用する。より具体的にはＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、ＳＳ信号にビームフォーミングを適用し、ビーム幅が狭い送信ビームを生成して送信する。以下においては、ビームフォーミングが適用されたＳＳ信号を「ＢＦ−ＳＳ信号」という。このように同期信号に対しても、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのサービスエリア（以下、「ＳＡ」という）内の一定範囲に向けて指向性を有するような送信ビームを形成して送信することにより、同期信号における受信電力の低下を防止できる。これにより、移動局ＵＥがＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから離れた位置に存在する場合においても、移動局ＵＥにて、同期信号を検出でき、適切にセルサーチ処理を行うことが可能となる。

以下、本実施の形態に係る移動局ＵＥの通信対象となるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢにおける同期信号（ＢＦ−ＳＳ信号）の送信方法の複数の態様について説明する。本実施の形態に係る同期信号受信方法は、これらの複数の態様で送信される同期信号（ＢＦ−ＳＳ信号）を受信する方法である。

（第１の態様）
まず、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法について説明する。図３は、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。図３Ａにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからＳＡに対して送信されるＢＦ−ＳＳ信号の送信イメージを模式的に示している。図３Ｂにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから送信されるＢＦ−ＳＳ信号を時間軸及び周波数軸上に示している。

第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法では、図３に示すように、ＢＦ−ＳＳ信号の送信のために、ビーム幅が狭い送信ビーム（以下、「狭いビーム」と略す）を生成する。そして、この狭いビームの送信方向を方位角方向に時間間隔τ毎に変更することで、予め定めた総時間ＴにおいてＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体にＢＦ−ＳＳ信号を送信する。すなわち、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法は、ＢＦ−ＳＳ信号の送信用の狭いビームの送信方向を、方位角方向に時間間隔τ毎に変更することで、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡに位置する全ての移動局ＵＥを走査する送信方法である。

例えば、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法では、タイミングｔ_１でＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのある方向に向けて狭いビームを送信した後、タイミングｔ_２でビーム幅Φだけ方位角方向に送信方向をずらして狭いビームを送信する（図３Ａ参照）。同様に、時間間隔τ毎にビーム幅Φだけ方位角方向に送信方向をずらして狭いビームの送信を繰り返す。タイミングｔ_ｎで、タイミングｔ_１における狭いビームと隣り合う方向に向けて狭いビームを送信することにより、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体（全方向）を走査することができる。なお、時間間隔τ毎に送信されるＢＦ−ＳＳ信号は、通信システムのシステム全体の帯域幅を利用して送信することができる（図３Ｂ参照）。

第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、ＢＦ−ＳＳ信号Ｓ（ｔ）は、例えば、以下の（式１）により求めることができる。
（式１）
Ｓ（ｔ） ＝ Ｗ_ｎ（ｔ，ｆ）・Ｓ_ＳＳ（ｔ）
ここで、Ｗ_ｎ（ｔ，ｆ）はビームフォーミングウェイト（以下、「ＢＦウェイト」という）を示し、Ｓ_ＳＳ（ｔ）はＳＳ信号を示す。

また、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体（全方向）にＢＦ−ＳＳ信号を送信するための総時間Ｔは、例えば、以下の（式２）により求めることができる。
（式２）
Ｔ ＝ ３６０τ／Φ
ここで、τはＢＦ−ＳＳ信号の時間間隔を示し、ΦはＢＦ−ＳＳ信号のビーム幅を示す。

なお、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、時間間隔τ及びビーム幅Φは、通信システムにおけるパラメータとして選択可能に構成できる。例えば、時間間隔τは、ＳＳ信号の信号長に応じて決定できる。ＳＳ信号の信号長が長い場合には時間間隔τを大きくする一方、ＳＳ信号の信号長が短い場合には時間間隔τを小さくすることができる。また、ビーム幅Φは、アンテナ素子数、送信電力、周波数帯、帯域幅及び総時間Ｔに応じて決定できる。アンテナ素子数が多い場合にはビーム幅Φを狭くする一方、アンテナ素子数が少ない場合にはビーム幅Φを広くすることができる。送信電力が大きい場合にはビーム幅Φを広くする一方、送信電力が小さい場合にはビーム幅Φを狭くすることができる。周波数帯が高い場合にはビーム幅Φを狭くする一方、周波数帯が低い場合にはビーム幅Φを広くすることができる。帯域幅が広い場合にはビーム幅Φを狭くする一方、帯域幅が狭い場合にはビーム幅Φを広くすることができる。総時間Ｔが長い場合にはビーム幅Φを狭くする一方、総時間Ｔが短い場合にはビーム幅Φを広くすることができる。セル半径が大きい場合にはビーム幅Φを狭くする一方、セル半径が小さい場合にはビーム幅Φを広くすることができる。

また、時間間隔τ及びビーム幅Φについては、予め定められた内容に応じて決定するようにしてもよい。さらに、時間間隔τ及びビーム幅Φについては、通信環境によって適応的に算出するようにしてもよい。通信環境については、例えば、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭ内における移動局ＵＥの数や、隣接するセル（Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭなど）までの距離などが想定される。なお、この通信環境に関する情報については、例えば、オーバーラップして配置されるマクロセルＭ（より具体的には、マクロ基地局ＭｅＮＢ）から取得することができる。

さらに、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法では、それぞれのＢＦ−ＳＳ信号が移動局ＵＥにて識別できるように構成される。例えば、各方向に送信される狭いビームに一意の識別情報（ビームＩＤ）を付与することが考えられる。例えば、このようなビームＩＤは、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢで生成されると共に、セルＩＤ等のシステム情報と同様に同期信号に含められる。同期信号に含まれることから、移動局ＵＥで同期信号を受信することにより、システム情報と同様に適切に受信することが可能となる。通常、セルＩＤは基地局を識別できるセル固有の直交系列を用いることが好ましい。

なお、以下においては、説明の便宜上、各方向に送信される狭いビームに一意のビームＩＤが付与される場合について説明するが、その識別情報についてはビームＩＤに限定されるものではない。各方向に送信される狭いビームを識別できれば、任意の識別情報を採用できる。例えば、ＬＴＥにおけるＰＳＳ（Primary Synchronization Signal）やＳＳＳ（Secondary Synchronization Signal）のように、予め複数種類のＳＳ信号を用意しておき、それぞれに異なるシステム情報を付与する態様としてもよい。また、上述した（式１）におけるＢＦウェイトを識別情報として利用することもできる。

なお、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法における同期信号（ＢＦ−ＳＳ信号）が生成に関し、各種ビーム方向、ビーム形状（幅）に対応したＢＦウェイトを事前に生成して、データベースの保存情報としてＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局ＭＭｅＮＢ内（または、ネットワーク内）に記憶させておき、ビームフォーミング時はビーム方向や幅などにより、ＢＦウェイトのみを選択することは実施の形態として好ましい。この場合には、ビーム方向や幅に基づいてＢＦウェイトを生成する処理を省略できることから、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局ＭＭｅＮＢにおける同期信号（ＢＦ−ＳＳ信号）の生成時の負荷を軽減することが可能となる。

（第２の態様）
次に、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法について説明する。第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、ＢＦ−ＳＳ信号の送信用の狭いビームの送信方向に仰角方向が追加される点で、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法と相違する。すなわち、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法は、ＢＦ−ＳＳ信号の送信用の狭いビームの送信方向を、方位角方向及び仰角方向に時間間隔τ毎に変更することで、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡに位置する全ての移動局ＵＥを走査する送信方法である。以下においては、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法との相違点を中心に説明する。

図４は、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。図４Ａにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから送信されるＢＦ−ＳＳ信号の仰角方向の説明図である。図４Ｂにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからＳＡに対して送信されるＢＦ−ＳＳ信号の送信イメージを模式的に示している。図４Ｃにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから送信されるＢＦ−ＳＳ信号を時間軸及び周波数軸上に示している。

第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢが地上から離れた位置に配置されることを想定している。例えば、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法で利用されるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、図４Ａに示すように、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡの半径に対応する位置に対して、送信ビームが仰角方向に角度αを有する位置に配置される。例えば、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法で利用されるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、図４Ａに示すように、仰角１、仰角２及び仰角３を有する送信ビームを生成することで、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡに含まれる３つの領域に向けてＢＦ−ＳＳ信号を送信することができる。

第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法では、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの半径方向に異なる送信ビームを生成する点で、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法と相違する。なお、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの半径方向に異なる送信ビームの生成は、例えば、垂直方向の指向性を持たせるビームフォーミング（３Ｄビームフォーミング）技術により行われる。

なお、図４Ｂ、図４Ｃにおいては、説明の便宜上、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの半径方向における送信ビームのビーム幅Φが、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの半径の半分に相当する長さであるものとして説明する。すなわち、図４Ｂ、図４Ｃにおいては、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの半径方向に２つの異なる送信ビームが生成される場合について説明する。しかしながら、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの半径方向に生成される送信ビーム数については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。

例えば、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法では、タイミングｔ_１１でＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの内側のある方向に向けて狭いビームを送信した後、タイミングｔ_１２でビーム幅Φだけ仰角方向外側に送信方向をずらして狭いビームを送信する（図４Ｂ参照）。さらに、タイミングｔ_２１でビーム幅Φだけ方位角方向に送信方向をずらして狭いビームを送信した後、タイミングｔ_２２でビーム幅Φだけ仰角方向内側に送信方向をずらして狭いビームを送信する（図４Ｂ参照）。同様に、時間間隔τ毎にビーム幅Φだけ仰角方向又は方位角方向に送信方向をずらして狭いビームの送信を繰り返す。タイミングｔ_ｎ１、ｔ_ｎ２で、タイミングｔ_１１、ｔ_１２における狭いビームと隣り合う方向に向けて狭いビームを送信することにより、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体（全方向）を走査することができる。

なお、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、ＢＦ−ＳＳ信号Ｓ（ｔ）は、例えば、上述した（式１）により求めることができる。一方、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体（全方向）にＢＦ−ＳＳ信号を送信する場合の総時間Ｔは、例えば、以下の（式３）により求めることができる。
（式３）
Ｔ ＝ ３６０ατ／Φ^２
ここで、τはＢＦ−ＳＳ信号の時間間隔を示し、αは送信ビームの最大仰角方向の角度を示し、ΦはＢＦ−ＳＳ信号のビーム幅を示す。

また、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、時間間隔τ及びビーム幅Φは、第１の態様と同様に、通信システムにおけるパラメータとして選択可能に構成できる。さらに、第１の態様と同様に、時間間隔τ及びビーム幅Φについては、予め定められた内容に応じて決定し、或いは、通信環境によって適応的に算出するようにしてもよい。

なお、ここでは、水平面におけるビーム幅（水平ビーム幅）と垂直面におけるビーム幅（垂直ビーム幅）とが同じビーム幅Φであるときの例を説明しているが、水平ビーム幅と垂直ビーム幅とを異なる値に設定することも可能である。この場合、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体（全方向）にＢＦ−ＳＳ信号を送信する場合の総時間Ｔは、例えば、以下の（式４）により求めることができる。
（式４）
Ｔ ＝ ３６０ατ／（Φ_ＨΦ_Ｖ）
ここで、τはＢＦ−ＳＳ信号の時間間隔を示し、αは送信ビームの最大仰角方向の角度を示し、Φ_ＨはＢＦ−ＳＳ信号の水平ビーム幅を示し、Φ_ＶはＢＦ−ＳＳ信号の垂直ビーム幅を示す。

また、仰角方向にビームの送信方向を変更する場合、ビームの仰角によって、同じ幅のビームによる照射範囲（面積）が異なる事態が発生する。すなわち、仰角が高い場合では照射面積が広くなる一方（図４Ａに示す仰角１参照）、仰角が低い場合では照射範囲が狭くなる（図４Ａに示す仰角３参照）。これらの照射面積の広狭に伴い、前者の場合には電力密度が低くなる一方、後者の場合には電力密度が高くなる。第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、このような現象と、ＳＡ内におけるＢＦ−ＳＳ信号の走査の均一性、効率性を考慮してビーム幅、時間間隔などのパラメータを選択することは実施の形態として好ましい。この場合、例えば、仰角が高い場合と低い場合とでビーム幅と時間間隔を調整することで、ビームの総電力を共通化でき、ＢＦ−ＳＳ信号走査の均一性を確保することが可能となる。

なお、送信ビームの走査順序及び走査範囲についても、通信システムにおけるパラメータとして選択可能に構成できる。例えば、図４Ｂにおいては、方位角方向に送信ビームの送信方向を変更する際、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの半径方向にて同一方向側から走査する場合について説明している。例えば、方位角方向に送信ビームの送信方向を変更する際、変更前の送信ビームがＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの外側にある場合には、同一方向側である外側に送信ビームを送信する。しかしながら、送信ビームの走査順序については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、方位角方向に送信ビームの送信方向を変更する際、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの半径方向にて異なる方向側から走査することも可能である。例えば、方位角方向に送信ビームの送信方向を変更する際、変更前の送信ビームがＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの外側にある場合において、異なる方向側である内側に送信ビームを送信するようにしてもよい。

また、図４Ｂにおいては、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体を走査範囲とする場合について説明している。しかしながら、送信ビームの走査範囲については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの一定領域のみを送信ビームで走査することも可能である。このような局所的な走査範囲の選択は、オーバーラップして配置されるマクロセルＭ（より具体的には、マクロ基地局ＭｅＮＢ）から移動局ＵＥの位置を予め取得できるような場合に想定される。

なお、以上の説明においては、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法で方位角方向にのみ送信方向を変更する場合について説明し、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法で方位角方向及び仰角方向に送信方向を変更する場合について説明している。これらの第１、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法を組み合わせることもできる。ここでは、説明の便宜上、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法による走査モードを二次元（２Ｄ）走査モードと呼び、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法による走査モードを三次元（３Ｄ）走査モードと呼ぶものとする。

これらの走査モードは、通信システムにおけるパラメータとして選択可能に構成できる。例えば、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡが相対的に大きい場合に３Ｄ走査モードを選択する一方、ＳＡが相対的に小さい場合に２Ｄ走査モードを選択できる。また、ＳＡに対し、垂直面におけるビーム幅が広いビームがカバー可能な場合は２Ｄ走査モードを選択できる。また、オーバーラップして配置されるマクロセルＭ（より具体的には、マクロ基地局ＭｅＮＢ）から移動局ＵＥの位置を予め取得できるような場合において、移動局ＵＥの配置状況等の通信環境に応じて２Ｄ走査モードと３Ｄ走査モードとを動的に切り替えることもできる。

例えば、これらの走査モードは、ＢＦ−ＳＳ信号の送信方向を方位角方向に制御するＢＦウェイトと、方位角方向及び仰角方向に制御するＢＦウェイトとを選択することで切り替えられる。このようにＢＦウェイトを選択することで２Ｄ走査モードと３Ｄ走査モードとが切り替えられることから、複雑な制御を必要とすることなく柔軟にセルサーチ処理に必要な同期信号を切り替えることができる。

ここで、上述した第１、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法におけるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢ及び移動局ＵＥ間の動作シーケンスの概略について説明する。図５は、第１、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法におけるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢ及び移動局ＵＥ間の動作シーケンスの一例の説明図である。なお、図５においては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから送信される同期信号（ＢＦ−ＳＳ信号）に、送信ビームの識別情報としてビームＩＤが含まれる場合について説明するものとする。

図５に示すように、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、まず、ＳＳ信号にビームフォーミングを適用（ＢＦウェイトを乗算）することで、ＢＦ−ＳＳ信号を生成する（ステップ（以下、「ＳＴ」という）５０１）。例えば、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、上述した（式１）の演算によって、ＢＦ−ＳＳ信号を生成する。そして、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、生成したＢＦ−ＳＳ信号を送信する（ＳＴ５０２）。このＢＦ−ＳＳ信号は、ＢＦウェイトで指定されるＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの一定領域に向けて送信される。なお、このＢＦ−ＳＳ信号には、セルＩＤ、ビームＩＤなどが含まれる。

移動局ＵＥにおいては、電源投入時やセル圏外（スモールセル圏外）からセル圏内への復帰時等にセルサーチ処理を行う（ＳＴ５０３）。このセルサーチ処理において、移動局ＵＥは、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからのＢＦ−ＳＳ信号を監視する。ＢＦ−ＳＳ信号を受信した場合、このＢＦ−ＳＳ信号から周波数を特定すると共に、タイミング同期を取る。また、移動局ＵＥは、セルＩＤ、ビームＩＤ及びＢＦ−ＳＳ信号の受信品質情報（例えば、受信電力情報）などを取得する。これらの情報の取得によりセルサーチ処理が完了する。

なお、セルサーチ処理において、複数の送信ビーム（ＢＦ−ＳＳ信号）を受信した場合、例えば、移動局ＵＥは、受信した全てのビームＩＤや受信品質などを取得する。なお、受信品質が良好な上位Ｍ個の送信ビーム（ＢＦ−ＳＳ信号）のビームＩＤや受信品質などを取得することや、予め定められた受信品質以上の送信ビーム（ＢＦ−ＳＳ信号）のビームＩＤや受信品質などを取得することも可能である。なお、これらの場合、送信ビームの数（Ｍ個）や受信品質の閾値は、通信システムにおけるパラメータとして選択可能に構成できる。

セルサーチ処理を完了した後、移動局ＵＥは、セルサーチ処理で取得したセルＩＤ及びビームＩＤと、自身の端末ＩＤ（ＵＥ−ＩＤ）とに基づいてＲＡＣＨプリアンブルを生成する（ＳＴ５０４）。そして、生成したＲＡＣＨプリアンブルを、送信ビーム（ＢＦ−ＳＳ信号）の受信品質情報などと共にＭＭ基地局ＭＭｅＮＢに送信する（ＳＴ５０５）。

なお、セルサーチ処理において、複数の送信ビーム（ＢＦ−ＳＳ信号）を受信した場合、例えば、移動局ＵＥは、全ての送信ビームについてＲＡＣＨプリアンブルを生成し、各送信ビームの受信品質情報などと共にＭＭ基地局ＭＭｅＮＢに送信する。また、受信品質が良好な上位Ｍ個の送信ビームについてＲＡＣＨプリアンブルを生成して送信することや、予め定められた受信品質以上の送信ビームについてＲＡＣＨプリアンブルを生成して送信することも可能である。さらに、送信ビーム（ＢＦ−ＳＳ信号）の受信品質情報を、ＲＡＣＨプリアンブルとは別に送信することも可能である。

ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、ＳＴ５０２にてＢＦ−ＳＳ信号を送信した後、移動局ＵＥからのＲＡＣＨプリアンブルを監視する。そして、ＲＡＣＨプリアンブルを受信すると、ＲＡＣＨレスポンスを移動局ＵＥに送信する（ＳＴ５０６）。なお、このＲＡＣＨレスポンスには、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢで検出したプリアンブル番号や送信タイミング情報などの情報が含まれる。

一方、移動局ＵＥは、ＳＴ５０５にてＲＡＣＨプリアンブルを送信した後、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからのＲＡＣＨレスポンスを監視する。そして、ＲＡＣＨレスポンスを受信すると（ＳＴ５０７）、移動局ＵＥは、ＰＢＣＨ（Physical Broadcast Channel）に含まれるＭＩＢ（Master Information Block）から、システム帯域幅やシステムフレーム番号（ＳＦＮ：System Frame Number）、送信アンテナ数などの基本情報を取得する。そして、これらの情報に基づいてＭＭ基地局ＭＭｅＮＢと接続する。

次に、本実施の形態に係る移動局ＵＥ及び移動局ＵＥの通信対象となるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢの構成例について説明する。図６は、本実施の形態に係る移動局ＵＥ及び移動局ＵＥの通信対象となるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢの構成例を説明するためのブロック図である。図７は、本実施の形態に係る移動局ＵＥの構成例を説明するためのブロック図である。

なお、図６及び図７に示すＭＭ基地局ＭＭｅＮＢ及び移動局ＵＥの構成は、本発明を説明するために簡略化したものであり、それぞれ通常の基地局装置及び移動局装置が有する構成は備えているものとする。特に、図７に示す移動局ＵＥにおいては、データ通信に関する構成要素を省略している。また、図６及び図７に示すＭＭ基地局ＭＭｅＮＢ及び移動局ＵＥにおいては、説明の便宜上、マクロセルＭ等から各種の情報（外部情報）を取得する情報取得部６１１、７１１を有する場合について説明するが、これらの構成要素については省略することも可能である。

図６に示すように、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは、同期信号（ＳＳ）信号制御部６１、ＳＳ信号処理部６２、データ信号処理部６３、送信部６４及び受信部６５を含んで構成される。ＳＳ信号制御部６１は、情報取得部６１１及びＳＳ制御情報生成部６１２を有する。ＳＳ信号処理部６２は、ＳＳ信号生成部６２１、記憶部６２２、ＢＦウェイト生成部６２３及びＢＦ−ＳＳ信号生成部６２４を有する。データ信号処理部６３は、データ生成部６３１、記憶部６３２、データウェイト生成部６３３及び送受信信号生成部６３４を有する。送信部６４は、送信制御部６４１及び信号送信部６４２を有する。受信部６５は、受信制御部６５１及び信号受信部６５２を有する。

ＳＳ信号制御部６１は、ＳＳ信号処理部６２、データ信号処理部６３、送信部６４及び受信部６５に対して、ＢＦ−ＳＳ信号の生成又は送信処理に必要な情報（ＳＳ制御情報）を提供する。特に、マクロセルＭ等からの外部情報を取得する場合には、これらの外部情報に基づくＳＳ制御情報を生成してＳＳ信号処理部６２等に提供する。情報取得部６１１は、マクロセルＭ等からの外部情報を取得する。そして、取得した外部情報をＳＳ制御情報生成部６１２に出力する。例えば、マクロセルＭ等からの外部情報としては、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭ内における移動局ＵＥの数や、隣接するＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭまでの距離などの通信環境に関する情報が取得される。

ＳＳ制御情報生成部６１２は、情報取得部６１１から受け取った外部情報に基づいて、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢ内で利用されるＳＳ制御情報を生成する。このＳＳ制御情報には、例えば、ＢＦ−ＳＳ信号のためのビーム幅Φや、送信方向を切り替える時間間隔τ、走査方法（走査モードを含む）が含まれる。そして、ＳＳ制御情報生成部６１２は、生成したＳＳ制御情報を、ＳＳ信号処理部６２の記憶部６２２及びＢＦウェイト生成部６２３、データ信号処理部６３の記憶部６３２及びデータウェイト生成部６３３、送信部６４の送信制御部６４１並びに受信部６５の受信制御部６５１に出力する。

なお、ここでは、ＳＳ制御情報生成部６１２が、情報取得部６１１から受け取った外部情報に基づいてＳＳ制御情報を生成する場合について説明している。これに対し、情報取得部６１１を有しない態様においては、ＢＦ−ＳＳ信号のためのビーム幅Φや、送信方向を切り替える時間間隔τ、走査方法（走査モードを含む）が、例えば、通信システムにおけるパラメータとして選択可能に構成される。ＳＳ制御情報生成部６１２は、これらのパラメータに基づいてＳＳ制御情報を生成する。

ＳＳ信号処理部６２は、ＳＳ信号制御部６１から受け取ったＳＳ制御情報に基づいて、ＢＦ−ＳＳ信号を生成して送信部６４に出力する。記憶部６２２は、ＳＳ制御情報及びこれに基づいて生成された情報（ＳＳ生成情報）を記憶するデータベースを備える。このデータベースには、例えば、ＳＳ制御情報生成部６１２から受け取ったＳＳ制御情報や、ＳＳ信号生成部６２１及びＢＦウェイト生成部６２３で生成されたＳＳ生成情報が保存される。ＳＳ生成情報には、ＳＳ信号やＳＳ信号用ＢＦウェイト（ＢＦウェイト）が含まれる。なお、ＢＦウェイトについては、予めテーブル管理しておくことも可能である。

ＳＳ信号生成部６２１は、記憶部６２２（データベース）に保存されたＳＳ制御情報に基づいてＳＳ信号を生成する。そして、生成したＳＳ信号をＢＦ−ＳＳ信号生成部６２４及び記憶部６２２に出力する。ＢＦウェイト生成部６２３は、ＳＳ制御情報生成部６１２から受け取ったＳＳ制御情報に基づいてＢＦウェイトを生成する。そして、生成したＢＦウェイトをＢＦ−ＳＳ信号生成部６２４及び記憶部６２２に出力する。記憶部６２２に保存されたＳＳ生成情報（ＳＳ信号、ＢＦウェイト）を利用できる場合、ＳＳ信号生成部６２１及びＢＦウェイト生成部６２３は、これらを呼び出してＢＦ−ＳＳ信号生成部６２４に出力する。ＢＦ−ＳＳ信号生成部６２４は、ＳＳ信号生成部６２１からのＳＳ信号及びＢＦウェイト生成部６２３からのＢＦウェイトに基づいてＢＦ−ＳＳ信号を生成する。そして、生成したＢＦ−ＳＳ信号を送信部６４に出力する。

データ信号処理部６３は、上位レイヤから指示されたデータソース及び制御情報に基づいてビームフォーミングされた送信信号（ＢＦ送信信号）を生成して送信部６４に出力する。データ生成部６３１は、送信データ用のデータソースや制御情報から送信データを生成する。記憶部６３２は、例えば、ＳＳ制御情報生成部６１２から受け取った送信データ用のウェイト生成用情報が記憶される。データウェイト生成部６３３は、記憶部６３２に記憶されたウェイト生成用情報に基づいてデータウェイト（送信ウェイト）を生成する。そして、生成したデータウェイトを送受信信号生成部６３４及び記憶部６３２に出力する。送受信信号生成部６３４は、データ生成部６３１からの送信データ及びデータウェイト生成部６３３からの送信ウェイトに基づいてビームフォーミングされた送信信号（ＢＦ送信信号）を生成する。そして、生成したＢＦ送信信号を送信部６４に出力する。

一方、データ信号処理部６３は、受信部６５で受信した受信信号からデータソース及び制御情報を抽出する。記憶部６３２は、例えば、ＳＳ制御情報生成部６１２から受け取った受信データ用のウェイト生成用情報が記憶される。データウェイト生成部６３３は、記憶部６３２に記憶されたウェイト生成用情報に基づいてデータウェイト（受信ウェイト）を生成する。そして、生成したデータウェイトを送受信信号生成部６３４及び記憶部６３２に出力する。送受信信号生成部６３４は、受信部６５から出力される受信信号を受け取る。また、送受信信号生成部６３４は、データウェイト生成部６３３から受け取った受信ウェイトに基づいて受信信号を生成する。そして、生成した受信信号をデータ生成部６３１に出力する。データ生成部６３１は、この受信信号に基づいて受信データを生成する。そして、生成した受信データを図示しない上位構成要素（例えば、アプリケーション処理部）に出力する。

送信部６４は、ＳＳ信号処理部６２又はデータ信号処理部６３からのＢＦ−ＳＳ信号又はＢＦ送信信号を下りリンクで送信する。送信制御部６４１は、ＳＳ制御情報生成部６１２から受け取ったＳＳ制御情報に基づいて、信号送信部６４２によるＢＦ−ＳＳ信号の送信処理を制御する。例えば、送信制御部６４１は、信号送信部６４２によるＢＦ−ＳＳ信号の送信の時間間隔τを制御する。信号送信部６４２は、送信制御部６４１の制御の下、ＢＦ−ＳＳ信号やＢＦ送信信号を送信する。

受信部６５は、移動局ＵＥからの受信信号を受信してデータ信号処理部６３に出力する。受信制御部６５１は、ＳＳ制御情報生成部６１２から受け取ったＳＳ制御情報に基づいて、信号受信部６５２によるＲＡＣＨプリアンブル等の受信処理を制御する。信号受信部６５２は、受信制御部６５１の制御の下、ＲＡＣＨプリアンブルや受信信号を受信する。そして、受信したＲＡＣＨプリアンブルや受信信号をデータ信号処理部６３に出力する。

一方、移動局ＵＥは、図７に示すように、セルサーチ（ＣＳ）制御部７１、ＳＳ信号処理部７２、接続要求部７３、受信部７４及び送信部７５を含んで構成される。ＣＳ制御部７１は、情報取得部７１１及びＣＳ制御情報生成部７１２を有する。ＳＳ信号処理部７２は、ＳＳ関連情報抽出部７２１、受信品質計測部７２２及び記憶部７２３を有する。接続要求部７３は、受信品質情報生成部７３１、ＲＡＣＨプリアンブル生成部７３２及び送信信号生成部７３３を有する。受信部７４は、受信制御部７４１及び信号受信部７４２を有する。送信部７５は、送信制御部７５１及び信号送信部７５２を有する。

ＣＳ制御部７１は、ＳＳ信号処理部７２、接続要求部７３、受信部７４及び送信部７５に対して、セルサーチ処理に必要な情報（ＣＳ制御情報）を提供する。特に、マクロセルＭ等からの外部情報を取得する場合には、これらの外部情報に基づくＣＳ制御情報を生成してＳＳ信号処理部７２等に提供する。情報取得部７１１は、マクロセルＭ等からの外部情報を取得する。例えば、マクロセルＭ等からの外部情報としては、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの候補リスト（Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＩＤやセル位置座標）等の情報が取得される。また、情報取得部７１１は、ＳＳ信号処理部７２のＳＳ関連情報抽出部７２１から入力されるＳＳ関連情報を取得する。そして、取得した外部情報やＳＳ関連情報をＣＳ制御情報生成部７１２に出力する。

ＣＳ制御情報生成部７１２は、情報取得部７１１から受け取った外部情報やＳＳ関連情報に基づいて、移動局ＵＥ内で利用されるＣＳ制御情報を生成する。このＣＳ制御情報には、例えば、ＢＦ−ＳＳ信号の送信ビームのビーム方向、ビーム幅、信号長、周波数、帯域幅、走査タイミングや走査方法などの情報が含まれる。そして、ＣＳ制御情報生成部７１２は、生成したＣＳ制御情報を、ＳＳ信号処理部７２の記憶部７２３、接続要求部７３の送信信号生成部７３３、受信部７４の受信制御部７４１及び送信部７５の送信制御部７５１に出力する。

なお、ここでは、ＣＳ制御情報生成部７１２が、情報取得部７１１から受け取った外部情報に基づいてＣＳ制御情報を生成する場合について説明している。これに対し、情報取得部７１１を有しない態様においては、ＢＦ−ＳＳ信号の送信ビームのビーム方向やビーム幅などのＣＳ制御情報が、例えば、通信システムにおけるパラメータとして選択可能に構成される。ＣＳ制御情報生成部７１２は、これらのパラメータに基づいてＳＳ制御情報を生成する。

ＳＳ信号処理部７２は、受信部７４からの受信信号からＳＳ信号に関連する情報（ＳＳ関連情報）を抽出して保存すると共に、ＣＳ制御部７１に出力する。ＳＳ関連情報抽出部７２１は、受信部７４から受け取った受信信号からＳＳ関連情報を抽出する。抽出されたＳＳ関連情報には、ＢＦ−ＳＳ信号に含まれるビームＩＤが含まれる。そして、ＳＳ関連情報抽出部７２１は、抽出したＳＳ関連情報を記憶部７２３及びＣＳ制御部７１の情報取得部７１１に出力する。受信品質計測部７２２は、受信部７４から受け取った受信信号から受信品質を計測する。そして、計測した受信品質を記憶部７２３に出力する。記憶部７２３は、ＳＳ関連情報抽出部７２１及び受信品質計測部７２２から受け取ったＳＳ関連情報及び受信品質を記憶するデータベースを備える。

接続要求部７３は、ＣＳ信号制御部７１からのＣＳ制御情報、ＳＳ信号処理部７２に保存されたＳＳ関連情報及び受信品質に基づいて、ＲＡＣＨプリアンブル及び受信品質情報を含む送信信号を生成して送信部７５に出力する。受信品質情報生成部７３１は、ＳＳ信号処理部７２の記憶部７２３から受信品質を読み出して受信品質情報を生成する。そして、生成した受信品質情報を送信信号生成部７３３に出力する。ＲＡＣＨプリアンブル生成部７３２は、ＳＳ信号処理部７２の記憶部７２３からＳＳ関連情報を読み出してＲＡＣＨプリアンブルを生成する。そして、生成したＲＡＣＨプリアンブルを送信信号生成部７３３に出力する。送信信号生成部７３３は、ＲＡＣＨプリアンブル及び受信品質情報を含む送信信号を生成する。そして、生成した送信信号を送信部７５に出力する。

受信部７４は、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからの受信信号を受信してＳＳ信号処理部７２に出力する。受信制御部７４１は、ＣＳ制御情報生成部７１２から受け取ったＣＳ制御情報に基づいて、信号受信部７４２によるＢＦ−ＳＳ信号等の受信処理を制御する。例えば、受信制御部７４１は、信号受信部７４２によるＢＦ−ＳＳ信号の受信タイミング等を制御する。信号受信部７４２は、受信制御部７４１の制御の下、ＢＦ−ＳＳ信号を受信する。そして、受信したＢＦ−ＳＳ信号をＳＳ信号処理部７２に出力する。

送信部７５は、接続要求部７３からの送信信号を上りリンクでＭＭ基地局ＭＭｅＮＢに送信する。送信制御部７５１は、ＣＳ制御情報生成部７１２から受け取ったＣＳ制御情報に基づいて、信号送信部７５２による送信信号の送信処理を制御する。例えば、送信制御部７５１は、信号送信部７５２による送信信号の送信タイミング等を制御する。信号送信部７５２は、送信制御部７５１の制御の下、送信信号を送信する。

次に、これらのＭＭ基地局ＭＭｅＮＢ及び移動局ＵＥの動作について説明する。図８及び図９は、本実施の形態に係る移動局ＵＥの通信対象となるＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからＢＦ−ＳＳ信号の送信動作を説明するためのフロー図である。図１０及び図１１は、本実施の形態に係る移動局ＵＥのＢＦ−ＳＳ信号の受信動作を説明するためのフロー図である。なお、図９は、図８に示す動作フローを一部変更したものであり、図８と共通する処理については同一の符号を付して説明を省略する。また、図１１は、図１０に示す動作フローを一部変更したものであり、図１０と共通する処理については同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、ＢＦ−ＳＳ信号を送信する際、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢにおいては、ＳＳ信号制御部６１で外部情報に基づいてＳＳ制御情報を生成する（ＳＴ８０１）。ＳＴ８０１で生成されたＳＳ制御情報は、ＳＳ信号処理部６２の記憶部６２２内のデータベース、ＢＦウェイト生成部６２３及び送信部６４の送信制御部６４１に出力される。記憶部６２２は、このＳＳ制御情報をデータベースに保存する（ＳＴ８０２）。

また、ＳＳ制御情報生成部６１２は、ＢＦパラメータを選定する（ＳＴ８０３）。例えば、ＳＳ制御情報生成部６１２は、ＢＦ−ＳＳ信号のためのビーム幅Φや、送信方向を切り替える時間間隔τ、走査方法（走査モードを含む）を選定する。ＳＳ信号生成部６２１は、これらのＢＦパラメータに基づいてＳＳ信号を生成する（ＳＴ８０４）。生成されたＳＳ信号は、ＢＦ−ＳＳ信号生成部６２４に出力される。なお、ＳＳ制御情報生成部６１２で選定されたＢＦパラメータは、データベースに出力され保存される。ＳＳ信号生成部６２１は、データベースに保存されたＢＦパラメータに基づいてＳＳ信号を生成することもできる。

一方、ＢＦウェイト生成部６２３は、ＳＳ信号制御部６１から受け取ったＳＳ制御情報に基づいてＢＦウェイト（ＳＳ信号用ＢＦウェイト）を生成する（ＳＴ８０５）。そして、生成されたＢＦウェイトは、ＢＦ−ＳＳ信号生成部６２４に出力される。

ＢＦ−ＳＳ信号生成部６２４は、これらのＳＳ信号及びＢＦウェイトに応じてＢＦ−ＳＳ信号を生成する（ＳＴ８０６）。生成されたＢＦ−ＳＳ信号は、送信部６４の信号送信部６４２に出力される。信号送信部６４２は、このＢＦ−ＳＳ信号を下りリンクで送信する（ＳＴ８０７）。この場合、送信制御部６４１は、ＳＳ信号制御部６１から受け取ったＳＳ制御情報に基づいて、信号送信部６４２によるＢＦ−ＳＳ信号の送信を制御する。これにより、例えば、図３Ａに示すタイミングｔ_１の送信方向に向けて送信ビーム（ＢＦ−ＳＳ信号）が送信される。

ＢＦ−ＳＳ信号の送信後、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢにおいては、受信部６５の受信制御部６５１が移動局ＵＥからの信号（ＲＡＣＨプリアンブル）を受信するか監視する（ＳＴ８０８）。上述の例を用いると、タイミングｔ_１における送信ビームを受信した移動局ＵＥからＲＡＣＨプリアンブルを受信するか監視している。移動局ＵＥからＲＡＣＨプリアンブルを受信した場合には、そのＲＡＣＨプリアンブルに含まれる情報がＳＳ信号制御部６１に出力される。ＳＳ信号制御部６１においては、このＲＡＣＨプリアンブルに含まれる情報に基づいて、更にＳＳ制御情報を生成できる。

次に、ＳＳ信号制御部６１は、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの全ＳＡに対して走査が完了したか（すなわち、全ＳＡに対してＢＦ−ＳＳ信号を送信したか）を判定する（ＳＴ８０９）。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの全ＳＡに対して走査が完了していない場合には、処理をＳＴ８０３に戻し、ＳＴ８０３〜ＳＴ８０９の処理を繰り返す。上述の例を用いると、タイミングｔ_１における送信ビームの送信後、タイミングｔ_２の送信方向に向けて送信ビーム（ＢＦ−ＳＳ信号）が送信される。そして、ＳＴ８０９において、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの全ＳＡに対して走査が完了したと判定された場合には、処理を終了する。なお、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの全ＳＡに対して走査が完了したと判定された場合には、例えば、図３Ａに示す全方位に向けてＢＦ−ＳＳ信号が送信された状態となる。

図８に示す動作フローにおいては、ＳＴ８０７にてＢＦ−ＳＳ信号を送信した後、移動局ＵＥからの信号受信を待機して新たなＢＦ−ＳＳ信号用の送信ビームを生成している。図９に示す動作フローにおいては、ＳＴ８０７にてＢＦ−ＳＳ信号を送信した後、移動局ＵＥからの信号受信を待機することなく、新たなＢＦ−ＳＳ信号用の送信ビームを生成する点で、図８に示す動作フローと相違する。

図９に示す動作フローにおいては、ＳＴ８０７にてＢＦ−ＳＳ信号を送信した後、ＳＳ信号制御部６１が、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの全ＳＡに対して走査が完了したか（すなわち、全ＳＡに対してＢＦ−ＳＳ信号を送信したか）を判定する（ＳＴ９０１）。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの全ＳＡに対して走査が完了していない場合には、処理をＳＴ８０３に戻し、ＳＴ８０３〜ＳＴ８０７及びＳＴ９０１の処理を繰り返す。

一方、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの全ＳＡに対して走査が完了している場合には、受信部６５の受信制御部６５１が移動局ＵＥからの信号（ＲＡＣＨプリアンブル）を受信するか監視する（ＳＴ９０２）。移動局ＵＥからＲＡＣＨプリアンブルを受信した場合には、そのＲＡＣＨプリアンブルに含まれる情報がＳＳ信号制御部６１（情報取得部６１１）に出力される。図９に示す動作フローにおいては、例えば、最後のＢＦ−ＳＳ信号を送信後、一定時間が経過した場合に処理が終了する。

このようにＭＭ基地局ＭＭｅＮＢにおいては、時間間隔τ毎にビームフォーミング用ウェイトが変更された同期信号（ＢＦ−ＳＳ信号）が生成されて送信されることから、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ基地局ＭＭｅＮＢから遠距離の位置まで同期信号を到達させることができる。これにより、移動局ＵＥにおいてセルサーチ処理を適切に行うことができるので、セルサーチ処理の不具合等に起因するスループット特性の低下を抑制することができる。

ＢＦ−ＳＳ信号を受信する場合、移動局ＵＥにおいては、図１０に示すように、ＣＳ信号制御部７１で外部情報に基づいてＣＳ制御情報を生成する（ＳＴ１００１）。ＳＴ１００１で生成されたＣＳ制御情報は、ＳＳ信号処理部７２の記憶部７２３、受信部７４の受信制御部７４１、接続要求部７３の送信信号生成部７３３及び送信部７５の送信制御部７５１に出力される。記憶部７２３に出力されたＣＳ制御情報は、データベースに保存される。

ＣＳ制御情報を受信すると、受信部７４の信号受信部７４２は、ＢＦ−ＳＳ信号の受信を監視する。そして、ＢＦ−ＳＳ信号を受信すると（ＳＴ１００２）、信号受信部７４２は、ＢＦ−ＳＳ信号をＳＳ信号処理部７２のＳＳ関連情報抽出部７２１に出力される。この場合において、受信制御部７４１は、ＣＳ信号制御部７１から受け取ったＣＳ制御情報に基づいて、信号受信部７４２によりＢＦ−ＳＳ信号の受信を制御する。

ＢＦ−ＳＳ信号を受け取ると、ＳＳ関連情報抽出部７２１は、ＢＦ−ＳＳ信号に含まれるＳＳ関連情報を抽出する（ＳＴ１００３）。抽出されたＳＳ関連情報は、記憶部７２３に出力される。このＳＳ関連情報には、ＢＦ−ＳＳ信号に一意に付与されるビームＩＤが含まれる。すなわち、移動局ＵＥにおいては、ＢＦ−ＳＳ信号を受け取ると、記憶部７２３にＢＦ−ＳＳ信号に付与されたビームＩＤが抽出され、記憶部７２３に出力される。

一方、ＢＦ−ＳＳ信号を受け取ると、受信品質計測部７２２は、ＢＦ−ＳＳ信号の受信品質を計測する（ＳＴ１００４）。計測された受信品質は、記憶部７２３に出力される。記憶部７２３は、これらのＳＳ関連情報及び受信品質をデータベースに保存する（ＳＴ１００５）。なお、ここでは、ＳＳ関連情報の抽出後に受信品質を計測する態様について説明しているが、これらの順序が逆であってもよい。

ＳＳ関連情報及び受信品質がデータベースに保存されると、受信部７４の受信制御部７４１は、ＢＦ−ＳＳ信号の受信を完了したか判定する（ＳＴ１００６）。ＢＦ−ＳＳ信号の受信が完了していない場合には、処理をＳＴ１００２に戻し、ＳＴ１００２〜ＳＴ１００６の処理を繰り返す。一方、ＢＦ−ＳＳ信号の受信が完了している場合には、処理をＳＴ１００７に進める。

ＳＴ１００７において、接続要求部７３は、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢに対する送信信号（返信信号）を生成する。より具体的には、記憶部７２３（データベース）内の受信品質に基づいて受信品質情報生成部７３１が受信品質情報を生成する一方、記憶部７２３（データベース）内のＳＳ関連情報に基づいてＲＡＣＨプリアンブル生成部７３２がＲＡＣＨプリアンブルを生成する。この場合、ＲＡＣＨプリアンブル生成部７３２に生成されるＲＡＣＨプリアンブルには、ＢＦ−ＳＳ信号に付与されたビームＩＤが含まれる。そして、送信信号生成部７３３が、これらの受信品質情報及びＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号を生成する。この場合、送信信号生成部７３３は、ＣＳ制御情報生成部７１２から受け取ったＣＳ制御情報に基づいて送信信号を生成する。送信信号生成部７３３は、データベースに保存されたＣＳ制御情報に基づいて送信信号を生成することもできる。生成された送信信号は、送信部７５に出力される。

送信信号生成部７３３から送信信号を受け取ると、送信部７５の信号送信部７５２は、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢに対して送信信号（返信信号）を送信する（ＳＴ１００８）。この場合、送信制御部７５２は、ＣＳ信号制御部７１から受け取ったＣＳ制御情報に基づいて、信号送信部７５２による送信信号（返信信号）の送信を制御する。

ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢに対して送信信号（返信信号）を送信すると、受信制御部７４１は、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからＲＡＣＨレスポンスを受信するかを監視する。そして、移動局ＵＥは、ＲＡＣＨレスポンス等により情報交換を行い、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢと接続する（ＳＴ１００９）。この情報交換により取得した情報は、ＣＳ制御部７１に出力され、ＣＳ制御情報の生成に利用される。

ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢとの接続が完了した場合には、移動局ＵＥ（ＣＳ制御部７１）は、セルサーチ（ＣＳ）処理が完了したか判定する（ＳＴ１０１０）。セルサーチ処理が完了していない場合には、処理をＳＴ１００２に戻し、ＳＴ１００２〜ＳＴ１０１０の処理を繰り返す。一方、セルサーチ処理が完了している場合には、一連の処理を終了する。

図１０に示す動作フローにおいては、ＳＴ１００６にてＢＦ−ＳＳ信号の受信完了を判定し、ＢＦ−ＳＳ信号の受信が完了した場合にＭＭ基地局ＭＭｅＮＢへの送信信号（返信信号）を生成している。図１１に示す動作フローにおいては、ＢＦ−ＳＳ信号の受信完了を判定する工程を省略する点で、図１０に示す動作フローと相違する。

図１１に示す動作フローにおいては、ＳＴ１００５にて記憶部７２３がＳＳ関連情報及び受信品質をデータベースに保存すると、ＢＦ−ＳＳ信号の受信完了を判定することなく、ＳＴ１００７〜ＳＴ１０１０の処理を行う。そして、図１０に示す処理と同様に、ＳＴ１０１０において、セルサーチ処理が完了していない場合には、処理をＳＴ１００２に戻し、ＳＴ１００２〜ＳＴ１０１０（ＳＴ１００６を除く）の処理を繰り返す。一方、セルサーチ処理が完了している場合には、一連の処理を終了する。

このように移動局ＵＥにおいては、ＢＦ−ＳＳ信号を受信すると、ＢＦ−ＳＳ信号を識別可能な情報（ビームＩＤ）を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成し、このＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号をＭＭ基地局ＭＭｅＮＢに送信することで接続要求を行う。これにより、同期信号にビームフォーミングが適用される場合であっても、移動局ＵＥにてＢＦ−ＳＳ信号を識別でき、適切にセルサーチ処理を行うことができるので、セルサーチ処理の不具合等に起因するスループット特性の低下を抑制することができる。

また、マクロセルＭ等から外部情報を事前に取得する場合には、その外部情報を利用することでセルサーチ処理の負担を軽減することができる。例えば、外部情報の例としては、タイミング情報、リソース割り当て情報などのシステムパラメータ、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭの候補リスト（Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＩＤやセル位置座標）、ＢＦ−ＳＳ信号の送信ビームのビーム方向、ビーム幅、信号長、周波数、帯域幅、走査タイミングや走査方法などの情報が含まれる。

これらの外部情報は、例えば、接続中のマクロ基地局ＭｅＮＢや、隣接するＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから取得することが考えられる。これらのマクロ基地局ＭｅＮＢやＭＭ基地局ＭＭｅＮＢは外部通信装置を構成する。移動局ＵＥにおいて、これらの外部情報を事前に取得することにより、例えば、ＣＳ制御情報を生成する処理やＲＡＣＨプリアンブルを生成する処理の一部を省略することができるので、セルサーチ処理の負担を軽減することが可能となる。

また、外部情報を接続中のマクロ基地局ＭｅＮＢや、隣接するＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから取得する場合、これらの外部通信装置（マクロ基地局ＭｅＮＢやＭＭ基地局ＭＭｅＮＢ）を通じてＲＡＣＨプリアンブルを送信することも可能である。この場合には、接続要求を行うＭＭ基地局ＭＭｅＮＢとの間で接続されていない状態においても、接続要求を行うことができる。

なお、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、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。本実施の形態に係る移動局ＵＥにおける同期信号受信方法は、上述した第１、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法を変形した場合にも適用できる。以下、第１、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の複数の変形例を示す。

（第１の変形例）
例えば、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、ビームフォーミングにより単一の狭いビームを生成してＢＦ−ＳＳ信号を送信している。しかしながら、ＢＦ−ＳＳ信号の送信のための送信ビームの態様については、これに限定されず適宜変更が可能である。例えば、ビームフォーミングにより狭いビームを同時に複数生成してＢＦ−ＳＳ信号を送信することができる。以下においては、狭いビーム群（ビーム群）を構成するそれぞれの狭いビームをサブビームと呼ぶものとする。

図１２は、第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。図１２Ａにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからＳＡに対して送信されるＢＦ−ＳＳ信号の送信イメージを模式的に示している。図１２Ｂにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから送信されるＢＦ−ＳＳ信号を時間軸及び周波数軸上に示している。

図１２Ａに示すように、第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、タイミングｔ_１で送信方向の異なる５つのサブビーム（各サブビームのビーム幅がΦ）を含むビーム群を同時に送信する。その後、タイミングｔ_２でビーム幅Φの５倍だけ方位角方向に送信方向をずらしてビーム群を送信する。同様に、時間間隔τ毎にビーム幅Φの５倍だけ方位角方向に送信方向をずらしてビーム群の送信を繰り返す。タイミングｔ_ｎで、タイミングｔ_１におけるビーム群と隣り合う方向に向けてビーム群を送信することにより、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体（全方向）を走査することができる。

このように第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法では、送信方向の異なる複数のサブビームを含むビーム群が同時に送信されると共に、これらのビーム群の送信方向を時間間隔τ毎にずらすことにより、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法に比べて短時間でＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセルＭＭのＳＡ全体を走査することができる。例えば、ビーム群に含まれるサブビーム数がｂである場合、ＳＡ全体の走査時間Ｔ´は、第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信に要する総時間Ｔの１／ｂに短縮することができる。

また、第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、ビーム群に含まれるそれぞれのサブビームは、例えば、一部のアンテナ素子（例えば、１００個のアンテナ素子に含まれる１０個のアンテナ素子）を利用して生成することができる。

さらに、第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、ビーム群に含まれるそれぞれのサブビーム間は互いに直交される。例えば、サブビーム間の直交関係は、それぞれ異なる周波数帯域を使う周波数多重、３Ｄビームフォーミングを用いた空間多重やこれらの周波数多重及び空間多重の組み合わせ等により実現される。図１３Ａでは、３Ｄビームフォーミングを用いた空間多重により生成される、直交関係を有するビーム群を模式的に示している。また、図１３Ｂでは、３Ｄビームフォーミングを用いた空間多重と周波数多重との組み合わせにより生成される、直交関係を有するビーム群を模式的に示している。

第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、移動局ＵＥにて、ビーム群を構成するサブビームに関する制御情報（例えば、サブビームの数や多重化の方向）を事前に取得できると、ＢＦ−ＳＳ信号の受信が容易になる。このため、第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法が適用される場合、移動局ＵＥにおいてマクロ基地局ＭｅＮＢなどの接続中の基地局装置からこのようなサブビームの制御情報を事前に取得することが好ましい。

また、第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法のように、サブビームを多重化（周波数多重、空間多重又はこれらの組み合わせによる多重化）する場合、各サブビームに識別可能な識別子（ビームＩＤ）を付与することで、移動局ＵＥ側で各サブビームを特定することが可能になる。さらに、各ビームＩＤにおいて互いに直交する系列を用いることにより、移動局ＵＥ側の処理を簡素化することが可能となる。

（第２の変形例）
第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、時間間隔τ毎に送信されるＢＦ−ＳＳ信号を、通信システムのシステム全体の帯域幅を利用して送信している。しかしながら、ＢＦ−ＳＳ信号の送信のための送信ビーム（以下、適宜「ＳＳビーム」という）の態様については、これに限定されず適宜変更が可能である。例えば、時間間隔τ毎に送信されるＢＦ−ＳＳ信号を、通信システムの一部の帯域幅を利用して送信することができる。

図１４は、第２の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の説明図である。図１４Ａにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢからＳＡに対して送信されるＢＦ−ＳＳ信号の送信イメージを模式的に示している。図１４Ｂにおいては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢから送信されるＢＦ−ＳＳ信号を時間軸及び周波数軸上に示している。

第２の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、図１４Ｂに示すように、時間間隔τ毎に送信されるＢＦ−ＳＳ信号を、通信システムの一部の帯域幅を利用する。このようにＳＳビームの帯域幅を狭くすることにより、受信電力密度を向上することができる。この場合、同一の送信電力であっても、送信電力を狭い帯域幅に集中することで電力線密度を向上でき、ＳＳ信号を遠距離まで送信することが可能となる。なお、第２の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法において、ＳＳビームの帯域幅は、例えば、通信システムにおけるパラメータとして選択可能に構成できる。

なお、第２の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法を、第１の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法と組み合わせることも可能である。

（第３の変形例）
第１の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、ビーム幅を固定した送信ビームの送信方向を切り替えてＢＦ−ＳＳ信号を送信している。しかしながら、ＳＳビームの態様については、これに限定されず適宜変更が可能である。例えば、ＳＳビームのビーム幅を段階的に調整してＢＦ−ＳＳ信号を送信することができる。

例えば、第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、予めＳＳビームのビーム幅を複数用意しておき、広いビーム幅のＳＳビームから順番に狭いビーム幅のＳＳビームに変更することが考えられる。より具体的には、最初の段階で最も広いビーム幅のＳＳビームで全ＳＡを走査することで移動局ＵＥが存在するエリアを選定する。そして、次に狭いビーム幅を有するＳＳビームで移動局ＵＥが存在するエリアのみを走査し、更に移動局ＵＥが存在するエリアを選定する。そして、最も狭いビーム幅を有するＳＳビームに到達するまで、これらの走査処理を繰り返す。

図１５は、第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法の一例の説明図である。ここでは、ＳＳビームの最も広いビーム幅がＳＡの１／４のビーム幅に設定され、ＳＳビームの最も狭いビーム幅がＳＡの１／３２のビーム幅に設定されている場合について説明するものとする。

第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、まず、図１５Ａに示すように、ＳＡの１／４のビーム幅を有するＳＳビームを用いてＳＡ全体を走査する。これにより、移動局ＵＥが存在するエリアを選定すると、図１５Ｂに示すように、ＳＳビームのビーム幅を１段階狭くし、ＳＡの１／８のビーム幅を有するＳＳビームにより移動局ＵＥが存在するエリアに限定して走査する。このように段階的にＳＳビームのビーム幅を狭くしていき、最終的には、図１５Ｃに示すように、ＳＡの１／３２のビーム幅を有するＳＳビームにより移動局ＵＥが存在するエリアに限定して走査する。

このように第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、ＳＳビームのビーム幅を段階的に調整して移動局ＵＥを走査することから、走査処理に必要となる処理回数や走査エリアを削減することができる。これにより、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢにおける処理負担を軽減しながら、走査処理（ＢＦ−ＳＳ信号の送信処理）を行うことが可能となる。

なお、第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、例えば、第1段階など、前半の走査においてより広いビームを利用する場合、電力密度が後半の走査で使う狭いビームより低くなり、ビームが届く範囲が短くなる。このような場合であっても、第２の変形例（狭帯域幅）と組み合わせることによって異なる幅のビームで同じ範囲をカバーすることが可能となる。また、データ通信時においては、前述のように最も狭いビーム（最も利得が高いビーム）を使うことが好ましい。このため、最終段階の走査で使う最も狭い幅のビームは、データ通信時に利用されるビームと同様の幅に設定することが好ましい。

特に、第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においては、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢにて、移動局ＵＥの分布及び位置情報や隣接セルまでの距離などの通信環境情報を事前に取得できると、移動局ＵＥの存在するエリアを選定するまでの広いビーム幅を利用する走査処理を省略できる。このため、第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法が適用される場合、ＭＭ基地局ＭＭｅＮＢにおいてマクロ基地局ＭｅＮＢからこのような通信環境情報を事前に取得することが好ましい。

なお、第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法を、第１、第２の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法と組み合わせることも可能である。

また、以上の第１〜第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法は、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法にも適用することができる。特に、第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法が、第２の態様における３Ｄ走査モードに適用される場合、上述したようなＳＳビームの仰角に応じた照射範囲（電力密度）の変化や、ＳＡ内におけるＢＦ−ＳＳ信号の走査の均一性、効率性を考慮してビーム幅、時間間隔などのパラメータを選択することが好ましい。この場合、例えば、仰角が高い場合と低い場合とでビーム幅を調整することで、電力密度を共通化でき、ＢＦ−ＳＳ信号走査の均一性を確保することが可能となる。

本実施の形態に係る移動局ＵＥにおいては、以上の第１〜第３の変形例に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法においても、ＢＦ−ＳＳ信号を受信すると、第１、第２の態様に係るＢＦ−ＳＳ信号の送信方法と同様に、ＢＦ−ＳＳ信号を識別可能な情報（ビームＩＤ）を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成し、このＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号をＭＭ基地局ＭＭｅＮＢに送信することで接続要求を行う。これにより、同期信号にビームフォーミングが適用される場合であっても、移動局ＵＥにてＢＦ−ＳＳ信号を識別でき、適切にセルサーチ処理を行うことができるので、セルサーチ処理の不具合等に起因するスループット特性の低下を抑制することができる。

６１ 同期信号（ＳＳ）信号制御部
６１１ 情報取得部
６１２ ＳＳ制御情報生成部
６２ ＳＳ信号処理部
６２１ ＳＳ信号生成部
６２２ 記憶部
６２３ ＢＦウェイト生成部
６２４ ＢＦ−ＳＳ信号生成部
６３ データ信号処理部
６３１ データ生成部
６３２ 記憶部
６３３ データウェイト生成部
６３４ 送受信信号生成部
６４ 送信部
６４１ 送信制御部
６４２ 信号送信部
６５ 受信部
６５１ 受信制御部
６５２ 信号受信部
７１ セルサーチ（ＣＳ）制御部
７１１ 情報取得部
７１２ ＣＳ制御情報生成部
７２ ＳＳ信号処理部
７２１ ＳＳ関連情報抽出部
７２２ 受信品質計測部
７２３ 記憶部
７３ 接続要求部
７３１ 受信品質情報生成部
７３２ ＲＡＣＨプリアンブル生成部
７３３ 送信信号生成部
７４ 受信部
７４１ 受信制御部
７４２ 信号受信部
７５ 送信部
７５１ 送信制御部
７５２ 信号送信部

Claims (6)

1. 複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングによりセルサーチに用いられる同期信号用の送信ビームの送信方向を制御する基地局装置からの同期信号を受信する同期信号受信方法であって、
   前記同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含む前記同期信号を受信する受信ステップと、前記同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成するプリアンブル生成ステップと、前記ＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号を前記基地局装置に送信する送信ステップとを具備することを特徴とする同期信号受信方法。
2. 前記受信ステップで受信した前記同期信号の受信品質を計測する計測ステップと、前記計測ステップで計測して受信品質に基づいて受信品質情報を生成する品質情報生成ステップとを更に具備し、送信ステップにおいて、前記受信品質情報を含む送信信号を前記基地局装置に送信することを特徴とする請求項１記載の同期信号受信方法。
3. 外部通信装置から前記同期信号の受信のための情報を取得する取得ステップを更に具備し、前記受信ステップにおいて、前記取得ステップで取得された情報に基づいて前記同期信号を受信することを特徴とする請求項１記載の同期信号受信方法。
4. 外部通信装置から前記ＲＡＣＨプリアンブルを生成するための情報を取得する取得ステップを更に具備し、前記プリアンブル生成ステップにおいて、前記取得ステップで取得された情報に基づいて前記ＲＡＣＨプリアンブルを生成することを特徴とする請求項１記載の同期信号受信方法。
5. 前記送信ステップにおいて、前記外部通信装置を通じて前記ＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号を前記基地局装置に送信することを特徴とする請求項３記載の同期信号受信方法。
6. 複数のアンテナ素子を用いたビームフォーミングによりセルサーチに用いられる同期信号用の送信ビームの送信方向を制御する基地局装置から同期信号を受信する移動局装置であって、
   同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含む同期信号を受信する受信部と、前記同期信号用の送信ビームを識別可能な情報を含むＲＡＣＨプリアンブルを生成する生成部と、前記ＲＡＣＨプリアンブルを含む送信信号を前記基地局装置に送信する送信部とを具備することを特徴とする移動局装置。

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