特許 6306064 ＬＴＥにおけるビームフォーミングを用いた改善されたランダムアクセスプロシージャ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6306064

(24)【登録日】2018年3月16日

(45)【発行日】2018年4月4日

(54)【発明の名称】ＬＴＥにおけるビームフォーミングを用いた改善されたランダムアクセスプロシージャ

(51)【国際特許分類】

   H04W 74/08 20090101AFI20180326BHJP

   H04W 16/28 20090101ALI20180326BHJP

【ＦＩ】

   H04W74/08

   H04W16/28

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-561895(P2015-561895)

(86)(22)【出願日】2013年3月15日

(65)【公表番号】特表2016-510197(P2016-510197A)

(43)【公表日】2016年4月4日

(86)【国際出願番号】CN2013072758

(87)【国際公開番号】WO2014139174

(87)【国際公開日】20140918

【審査請求日】2016年2月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】595020643

【氏名又は名称】クゥアルコム・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100194814

【弁理士】

【氏名又は名称】奥村 元宏

(72)【発明者】

【氏名】ホウ、ジレイ

(72)【発明者】

【氏名】ワン、ネン

(72)【発明者】

【氏名】ウェイ、チャオ

【審査官】 青木 健

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１４７８１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０２４８５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１５９２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０３２０８７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０７２５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２０３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００４５８３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 CATT，Support of multiple timing advances in LTE-A Rel-11 with CA[online]，3GPP TSG-RAN WG1#68b R1-121083，＜URL:http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/WG1_RL1/TSGR1_68b/Docs/R1-121083.zip＞，２０１２年 ３月２６日

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４− ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００−９９／００

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１−４

ＳＡ ＷＧ１−４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＵＥによる改善されたランダムアクセスプロシージャのための方法であって、
共通ＣＳＩ−ＲＳを測定することと、
固定ビームのセットから最良水平／垂直ビームを選択することと、
前記選択された水平／垂直ビームにマッピングされたプリアンブルを決定することと、
前記プリアンブルを送信することと、
ランダムアクセス応答を受信することと
を備え、前記ランダムアクセス応答は、前記水平／垂直ビームに対応するＵＥ固有探索空間にマッピングされ、前記ランダムアクセス応答をマッピングすることは、拡張ＲＡ−ＲＮＴＩを使用することを備え、前記拡張ＲＡ−ＲＮＴＩは、ＰＤＣＣＨ許可のＣＲＣスクランブルのために使用され、新しいプリアンブルは、各水平／垂直ビームについて定義される、方法。

【請求項2】

前記プリアンブルは、ランダムアクセスプロシージャの一部としてｅＮＢに送信される、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記選択された水平／垂直ビームへの前記プリアンブルの前記マッピングは、事前構成される、
請求項１に記載の方法。

【請求項4】

ｅＮＢによる改善されたランダムアクセスプロシージャのための方法であって、
共通ＣＳＩ−ＲＳをブロードキャストすることと、
ＵＥからプリアンブルを受信することと、
前記受信されたプリアンブルに基づいて前記ＵＥのための選択された水平／垂直ビームを決定することと、
前記選択された水平／垂直ビームを含む拡張ＲＡ−ＲＮＴＩを使用してＲＡＲのＰＤＣＣＨをＵＥ固有探索空間にマッピングすることと、
前記選択された水平／垂直ビームを使用して前記ＲＡＲを前記ＵＥに送信することと
を備え、前記拡張ＲＡ−ＲＮＴＩは、ＰＤＣＣＨ許可のＣＲＣスクランブルのために使用され、新しいプリアンブルは、各水平／垂直ビームについて定義される、方法。

【請求項5】

前記プリアンブルは、ランダムアクセスプロシージャの一部として受信される、
請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記選択された水平／垂直ビームへの前記プリアンブルの前記マッピングは、事前構成される、
請求項４に記載の方法。

【請求項7】

すべてのプリアンブルは、いくつかのグループにグループ化され、各グループは、１つの水平／垂直ビームに対応する、
請求項４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示は、一般にワイヤレス通信システムに関する。より詳細には、本開示は、ＬＴＥにおけるビームフォーミングを用いた改善されたランダムアクセスプロシージャのためのシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002]ワイヤレス通信システムは、音声、ビデオ、データなど、様々なタイプの通信コンテンツを提供するために広く展開されている。これらのシステムは、１つまたは複数の基地局との複数の端末の同時通信をサポートすることが可能な多元接続システムであり得る。

【0003】

[0003]すべての通信システムにおいて対処されなければならない問題は、フェージングまたは他の干渉である。受信された信号を復号することに関する問題があり得る。これらの問題に対処する１つの方法は、ビームフォーミングを利用することである。ビームフォーミングでは、空間ストリームを送信するために各送信アンテナを使用するのではなく、送信アンテナ各々は、空間ストリームの線形結合を送信し、この結合は、受信機における応答を最適化するように選定される。

【0004】

[0004]スマートアンテナは、アンテナ要素のアレイであり、それらの各々は、所定の位相オフセットおよび相対利得を用いて送信されるべき信号を受信する。アレイの正味効果は、（送信または受信）ビームを所定の方向に導くことである。ビームは、アレイの要素を励起する信号の位相および利得関係を制御することによってステアリングされる。したがって、スマートアンテナは、従来のアンテナが一般に行うように、エネルギーを所定のカバレージエリア（たとえば、１２０°）内のすべてのモバイルユニットに放射することとは対照的に、ビームを各個のモバイルユニット（または複数のモバイルユニット）に導く。スマートアンテナは、各モバイルユニットにおいて導かれたビームの幅を減少させ、それによってモバイルユニット間の干渉を減少させることによって、システム容量を増加させる。干渉のそのような低減により、信号対干渉比および信号対雑音比が増加し、それにより性能および／または容量が改善された。また、電力制御システムでは、各モバイルユニットにおいて狭いビーム信号を導くことにより、所与のレベルの性能を与えるために必要とされる送信電力が低減する。

【0005】

[0005]ワイヤレス通信システムは、システム全体に及ぶ利得を与えるためにビームフォーミングを使用し得る。ビームフォーミングでは、送信機上の複数のアンテナが、送信の方向を受信機上の複数のアンテナに向けてステアリングし得る。ビームフォーミングは信号対雑音比（ＳＮＲ）を低減し得る。ビームフォーミングはまた、近隣セル中の端末によって受信される干渉の量を減少させ得る。改善されたビームフォーミング技法を提供することによって利益が実現され得る。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】ワイヤレス通信システムを示す図。

【図2】ワイヤレス通信システムにおける垂直セクタ化を示すブロック図。

【図3】ＲＡＲウィンドウのタイミングを示すブロック図。

【図4】ＵＥとｅＮＢとの間の競合ベースランダムアクセスプロシージャを示すブロック図。

【図5】ＬＴＥにおけるビームフォーミングを用いた改善されたランダムアクセスプロシージャのための方法のフローチャート。

【図6】ＬＴＥにおけるビームフォーミングを用いた改善されたランダムアクセスプロシージャのための別の方法のフローチャート。

【図7】２Ｄアンテナアレイを示すブロック図。

【図8】多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムにおける送信機および受信機のブロック図。

【図9】基地局内に含まれ得るいくつかの構成要素を示す図。

【図10】ワイヤレス通信デバイス内に含まれ得るいくつかの構成要素を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

[0016]以下の説明では、簡潔および明快の理由で、国際電気通信連合（ＩＴＵ：International Telecommunication Union）によって第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）の下で公表されたロングタームエボリューション（ＬＴＥ）規格に関連する用語を使用する。本発明は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）などに関係する技術およびその関連規格など、他の技術にも適用可能であることに留意されたい。異なる技術に関連する用語は異なることがある。たとえば、考察する技術に応じて、ワイヤレスデバイスは、ほんのいくつかの例を挙げれば、ユーザ機器、移動局、モバイル端末、加入者ユニット、アクセス端末などと時々呼ばれることがある。同様に、基地局は、アクセスポイント、ノードＢ、発展型ノードＢなどと時々呼ばれることがある。適用可能なとき、異なる用語が異なる技術に適用されることに留意されたい。

【0008】

[0017] 図１に、ワイヤレス通信システムを示す。ワイヤレス通信システムは、音声、データなど、様々なタイプの通信コンテンツを提供するために広く展開されている。ワイヤレス通信システムは複数のワイヤレスデバイスを含み得る。ワイヤレスデバイスはｅＮＢまたはＵＥであり得る。ｅＮＢとＵＥの両方は、大きい２Ｄアレイを用いたシステムのための共通チャネルカバレージおよび／またはＲＲＭ測定信頼性を改善するように構成され得る。３Ｄ−ＭＩＭＯ技術は、ｅＮＢにおける多数のアンテナをもつ２次元アンテナアレイを使用することによってシステム容量を大幅に改善し得る。ｅＮＢは、次いで、２Ｄアンテナアレイを使用することによって水平セクタ化および／または垂直セクタ化を採用し得る。さらなる詳細は付録Ａにおいて見つけられ得る。

【0009】

[0018]基地局は、１つまたは複数のワイヤレス通信デバイスと通信する局である。基地局は、アクセスポイント、ブロードキャスト送信機、ノードＢ、発展型ノードＢ（ｅＮＢ）などと呼ばれることもあり、それらの機能の一部または全部を含み得る。本明細書では「ｅＮＢ」という用語を使用する。各ｅＮＢは特定の地理的エリアに通信カバレージを与える。ｅＮＢは１つまたは複数のＵＥに通信カバレージを与え得る。「セル」という用語は、この用語が使用されるコンテキストに応じて、ｅＮＢおよび／またはこのカバレージエリアを指すことがある。

【0010】

[0019]ワイヤレスシステム（たとえば、多元接続システム）における通信は、ワイヤレスリンクを介した送信によって達成され得る。そのような通信リンクは、単入力単出力（ＳＩＳＯ）、多入力単出力（ＭＩＳＯ）または多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムを介して確立され得る。ＭＩＭＯシステムは、それぞれ、データ伝送のための複数（Ｎ_T）個の送信アンテナと複数（Ｎ_R）個の受信アンテナとを装備した、（１つまたは複数の）送信機と（１つまたは複数の）受信機とを含む。ＳＩＳＯシステムおよびＭＩＳＯシステムはＭＩＭＯシステムの特定の事例である。複数の送信アンテナおよび受信アンテナによって生成された追加の次元数が利用された場合、ＭＩＭＯシステムは、改善された性能（たとえば、より高いスループット、より大きい容量または改善された信頼性）を与えることができる。

【0011】

[0020]ワイヤレス通信システムはＭＩＭＯを利用し得る。ＭＩＭＯシステムは、時分割複信（ＴＤＤ）システムと周波数分割複信（ＦＤＤ）システムの両方をサポートし得る。ＴＤＤシステムでは、アップリンク送信とダウンリンク送信とが同じ周波数領域中で行われるので、相反原理によりアップリンクチャネルからのダウンリンクチャネルの推定が可能である。これにより、送信ワイヤレスデバイスは、その送信ワイヤレスデバイスが受信した通信から送信ビームフォーミング利得を抽出することが可能になる。

【0012】

[0021]ワイヤレス通信システムは、利用可能なシステムリソース（たとえば、帯域幅および送信電力）を共有することによって複数のＵＥとの通信をサポートすることが可能な多元接続システムであり得る。そのような多元接続システムの例としては、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システム、広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ（登録商標））システム、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システム、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）システム、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）システム、シングルキャリア周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）システム、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）システム、および空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）システムがある。

【0013】

[0022]「ネットワーク」および「システム」という用語は、しばしば互換的に使用される。ＣＤＭＡネットワークは、ユニバーサルテレストリアルラジオアクセス（ＵＴＲＡ）、ｃｄｍａ２０００などの無線技術を実装し得る。ＵＴＲＡは、Ｗ−ＣＤＭＡと低チップレート（ＬＣＲ）とを含み、ｃｄｍａ２０００は、ＩＳ−２０００、ＩＳ−９５およびＩＳ−８５６規格をカバーする。ＴＤＭＡネットワークは、グローバルシステムフォーモバイル通信（ＧＳＭ（登録商標））などの無線技術を実装し得る。ＯＦＤＭＡネットワークは、発展型ＵＴＲＡ（Ｅ−ＵＴＲＡ）、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＩＥＥＥ８０２．１６、ＩＥＥＥ８０２．２０、Ｆｌａｓｈ−ＯＦＤＭＡなどの無線技術を実装し得る。ＵＴＲＡ、Ｅ−ＵＴＲＡおよびＧＳＭは、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム（ＵＭＴＳ）の一部である。ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）は、Ｅ−ＵＴＲＡを使用するＵＭＴＳのリリースである。ＵＴＲＡ、Ｅ−ＵＴＲＡ、ＧＳＭ、ＵＭＴＳおよびロングタームエボリューション（ＬＴＥ）は、「第３世代パートナーシッププロジェクト」（３ＧＰＰ）と称する団体からの文書に記載されている。ｃｄｍａ２０００は、「第３世代パートナーシッププロジェクト２」（３ＧＰＰ２）と称する団体からの文書に記載されている。

【0014】

[0023]第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）は、グローバルに適用可能な第３世代（３Ｇ）モバイルフォン仕様を定義することを目的とする電気通信協会のグループ間のコラボレーションである。３ＧＰＰロングタームエボリューション（ＬＴＥ）は、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションズシステム（ＵＭＴＳ）モバイルフォン規格を改善することを目的とした３ＧＰＰプロジェクトである。３ＧＰＰは、次世代のモバイルネットワーク、モバイルシステムおよびモバイルデバイスのための仕様を定義し得る。

【0015】

[0024]３ＧＰＰロングタームエボリューション（ＬＴＥ）では、ワイヤレス通信デバイスは「ユーザ機器」（ＵＥ）と呼ばれることがある。ワイヤレス通信デバイスは、端末、アクセス端末、加入者ユニット、局などと呼ばれることもあり、それらの機能の一部または全部を含み得る。ＵＥは、セルラーフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ワイヤレスデバイス、ワイヤレスモデム、ハンドヘルドデバイス、ラップトップコンピュータなどであり得る。

【0016】

[0025]ＵＥは、所与の瞬間において、ダウンリンクおよび／またはアップリンク上の０、１つ、または複数のｅＮＢと通信し得る。ダウンリンク（または順方向リンク）はｅＮＢからＵＥへの通信リンクを指し、アップリンク（または逆方向リンク）はＵＥからｅＮＢへの通信リンクを指す。ＵＥは、初期ネットワークアクセスのために、ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）プロセスを開始し、物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）プリアンブルシグネチャを送信し得る。ＵＥはまた、ＵＥが、アップリンク同期していないが、新しいアップリンクデータまたは制御情報を送ることを必要としているとき、ＲＡＣＨを開始し、ＰＲＡＣＨプリアンブルシグネチャを送信し得る。正常なＰＲＡＣＨプリアンブル試行に応答して、ｅＮＢは、ＵＥに初期アップリンク帯域幅割当てを搬送するランダムアクセス応答（ＲＡＲ）を送信する必要がある。

【0017】

[0026]ＬＴＥにおけるＲＡＲ送信を改善するために、ダウンリンクにおいて水平／垂直ビームフォーミングが適用され得る。関連するＰＤＤＣＨ許可がＵＥ固有探索空間にマッピングされ得る。第１のｅＮＢ（すなわち、サービングｅＮＢ）は、すべてのＵＥに共通ＣＳＩ−ＲＳをブロードキャストし得る。これにより、ＵＥは、固定ビームのセットから最良水平／垂直ビームを選択することが可能になる。各水平／垂直ビームはプリアンブルにマッピングされ得る。固定水平／垂直ビームへのプリアンブルのマッピングは、水平／垂直ビームを選択した後にＵＥがプリアンブルを知るようにあらかじめ定義され得る。

【0018】

[0027]ｅＮＢはまた、プリアンブルと、選択された水平／垂直ビームとの間のマッピングを知り得る。したがって、ｅＮＢがＵＥからプリアンブルを受信したとき、ｅＮＢは、受信されたプリアンブルに基づいて、選択された水平／垂直ビームを決定し得る。ｅＮＢは、次いで、選択された水平／垂直ビームを使用してＵＥにランダムアクセス応答（ＲＡＲ）を送信し、ＵＥがＲＡＲを受信する確率が高くなり得る。

【0019】

[0028]図２は、ワイヤレス通信システムにおける垂直セクタ化を示すブロック図である。ワイヤレス通信システムは、第１のｅＮＢ ｅＮＢ−Ａと第２のｅＮＢ ｅＮＢ−Ｂとを含み得る。ワイヤレス通信システムはまた、第１のｅＮＢ ｅＮＢ−Ａと通信する第１のＵＥ ＵＥ−Ａ１と第２のＵＥ ＵＥ−Ａ２とを含み得る。ワイヤレス通信システムは、第２のｅＮＢ ｅＮＢ−Ｂと通信する第３のＵＥ ＵＥ−Ｂ１と第４のＵＥ ＵＥ−Ｂ２とをさらに含み得る。

【0020】

[0029]第１のＵＥ ＵＥ−Ａ１は第１のｅＮＢ ｅＮＢ−Ａのセル内部内に位置し得るが、第２のＵＥ ＵＥ−Ａ２は第１のｅＮＢ ｅＮＢ−Ａのセルエッジ上に位置する。同様に、第３のＵＥ ＵＥ−Ｂ１は第２のｅＮＢ ｅＮＢ−Ｂのセル内部内に位置し得るが、第４のＵＥ ＵＥ−Ｂ２は第２のｅＮＢ ｅＮＢ−Ｂのセルエッジ上に位置する。２Ｄアンテナアレイを使用した垂直セクタ化は、第１のｅＮＢ ｅＮＢ−Ａが、１つの方位角セクタではなく、２つの垂直セクタ、ビームＬとビームＨとを生成することを可能にする。同様に、第２のｅＮＢ ｅＮＢ−Ｂも、２つの垂直セクタ、ビームＬとビームＨとを生成し得る。２Ｄアンテナアレイを使用して、水平セクタ化も実行され得る。

【0021】

[0030]図３は、ＲＡＲウィンドウのタイミングを示すブロック図である。ＲＡＲは、ランダムアクセス無線ネットワークテンポラリアイデンティティ（ＲＡ−ＲＮＴＩ：random access radio network temporary identity）によってスクランブルされ、共通探索空間にマッピングされた巡回冗長検査（ＣＲＣ）を用いた、物理ダウンリンク共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）上のメッセージと、物理ダウンリンク制御チャネル（ＰＤＤＣＨ）上の関連するダウンリンク割振りメッセージＧとを含む。ＲＡ−ＲＮＴＩは、ＵＥによるＰＲＡＣＨプリアンブルの送信タイミング（サブフレーム）によって決定され、RA-RNTI = 1 + t_id + f_idとして計算され、上式で、t_idは、指定されたＰＲＡＣＨの第１のサブフレームのインデックス（０≦t_id＜１０）であり、f_idは、周波数領域の昇順で、そのサブフレーム内の指定されたＰＲＡＣＨのインデックス（０≦f_id＜６）である。ＲＡＲは、時間ウィンドウ内で送信され、ここで、時間ウィンドウの開始および終了はｅＮＢによって構成され、ＲＡＣＨプリアンブルの終了とＲＡＣＨ応答との間の最大時間差は、１２個のサブフレーム（１２ｍｓ）のみであり、これは厳しいタイミング要件である。ＵＥが、構成された時間ウィンドウ内でＲＡＲを受信しない場合、ＵＥはプリアンブルを再送信する。

【0022】

[0031]ＲＡＲは、一般に、セル全体中でブロードキャストされるので、プリアンブルを送るＵＥは、強いセル間干渉がある場合、ＲＡＲを正常に復号しないことがある。ＲＡＲメッセージのための許可ＰＤＣＣＨは、ダウンリンク制御情報（ＤＣＩ）フォーマット１Ａを使用して制御チャネル要素（ＣＣＥ）０〜１５に対応する、共通探索空間にマッピングされ得る。異なる時間および周波数リソースにおいて送信された複数のプリアンブルに応答して送信された複数のＲＡＲがある（時分割複信（ＴＤＤ）では、１つの送信時間間隔（ＴＴＩ）において最大６つの物理ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）がある）場合、複数のＲＡＲが異なるダウンリンクサブフレームにおいて送信され得る。ＲＡＲが、ＤＣＩフォーマット１Ａをもつ他のブロードキャストメッセージと衝突する場合、ＲＡＲのうちのいくつかが延期され得る。これにより、ランダムアクセス応答時間ウィンドウ中の利用不可能なＰＤＣＣＨリソースによりランダムアクセス遅延が増加し、ＲＡＲが低下する。

【0023】

[0032]図４は、ＵＥとｅＮＢとの間の競合ベースランダムアクセスプロシージャを示すブロック図である。図示されている競合ベースランダムアクセスプロシージャでは、水平／垂直ビーム情報は、ＵＥによってｅＮＢに送信されるプリアンブル中に含まれる。ｅＮＢはＵＥに共通チャネル状態情報基準信号（ＣＳＩ−ＲＳ）を送り得る。ＵＥは、水平／垂直ビームと、関係するプリアンブル（すなわち、選択された水平／垂直ビームにマッピングされたプリアンブル）とを取得するために、共通ＣＳＩ−ＲＳを測定し得る。

【0024】

[0033]ＵＥは、次いで、プリアンブルをｅＮＢに送信し得る。ＲＡＲの水平／垂直ビームフォーミングをサポートするためのプリアンブルの設計は、２つのオプションのうちの１つを使用して達成され得る。第１のオプションでは、合計６４個のプリアンブルがいくつかのグループにグループ化され得、各グループは１つの水平／垂直ビームに対応する。第２のオプションでは、新しいプリアンブルが各水平／垂直ビームについて定義され得る（たとえば、垂直ビームごとに６４個のプリアンブル）。すべてのプリアンブルシーケンスが、連続する論理インデックスをもつルートシーケンスから生成され得る。第２のオプションにより、ｅＮＢが探索しなければならないより多数のプリアンブルによりｅＮＢの複雑さが増加し得る。

【0025】

[0034]プリアンブルを受信すると、ｅＮＢは、プリアンブルにマッピングされる、選択された水平／垂直ビームを決定することができる。ｅＮＢは、次いで、水平／垂直ビームフォーミングを用いたＲＡＲをＵＥに送信することができる。ＲＡＲは、タイミング調整、セル無線ネットワークテンポラリアイデンティティ（テンポラリＣ−ＲＮＴＩ）、Ｌ２／Ｌ３メッセージのためのアップリンク許可などを含み得る。ＲＡＲは、ＲＡ−ＲＮＴＩを用いて対処され得る。水平／垂直ビームフォーミングでは、拡張ＲＡ−ＲＮＴＩ（すなわち、Ｅ−ＲＡ−ＲＮＴＩ）が、水平／垂直ビームを含むように定義され得る。Ｅ−ＲＡ−ＲＮＴＩは、ＲＡＲのＰＤＣＣＨ許可をＵＥ固有探索空間にマッピングするために使用され得、たとえば、E-RA-RNTI = 1 + t_id + 10 * f_id + 64 * beam_idである。ＲＡＲを受信すると、ＵＥは、ｅＮＢに、ＲＲＣ接続要求（ＭＳＧ３）など、Ｌ２／Ｌ３メッセージを送信することができる。ｅＮＢは、次いで、ＵＥに競合解消メッセージ（たとえば、ＲＲＣ接続セットアップ（ＭＳＧ４））を送信することができる。

【0026】

[0035]ＲＡＲは、同じ水平／垂直ビームを報告するＵＥにマルチキャストされ、それにより、受信されたＲＡＲのためのＳＩＮＲが改善され得る。Ｅ−ＲＡ−ＲＮＴＩは、ＰＤＣＣＨ許可のＣＲＣスクランブルのために、またＵＥ固有探索空間マッピングのために使用され得る。ＭＳＧ４はまた、ビームフォーミング利得および多数の送信アンテナの利益を達成するために、同じ水平／垂直ビームを用いて送信され得る。本明細書で使用する水平／垂直は、水平のみ、垂直のみおよび／またはジョイント水平および垂直ビームフォーミングを指す。

【0027】

[0036]本明細書の方法の利益は、カバレージを改善し、衝突を低減するためにＵＥ固有水平／垂直ビームフォーミングのためのランダムアクセスプロシージャを改善することを含み得る。これは、ビームフォーミング利得による受信されたＳＩＮＲの改善と、ランダムアクセス遅延の低減とを含み得る。さらに、ＲＡＲのためのＰＤＣＣＨ許可がＵＥ固有探索空間にマッピングされるので、他のブロードキャストメッセージとのＲＡＲ衝突は低減され得る。水平／垂直ビームへのプリアンブルのマッピングを達成するために、Ｅ−ＲＡ−ＲＮＴＩの仕様の変更を含む変更が必要とされ得る。

【0028】

[0037]図５は、ＬＴＥにおけるビームフォーミングを用いた改善されたランダムアクセスプロシージャのための方法のフローチャートである。本方法はＵＥによって実行され得る。ＵＥは共通ＣＳＩ−ＲＳを測定する。ＵＥは、固定ビームのセットから最良水平／垂直ビームを選択する。ＵＥは、選択された水平／垂直ビームにマッピングされたプリアンブルを決定する。ＵＥは、次いで、プリアンブルをｅＮＢに送信する。

【0029】

[0038]図６は、ＬＴＥにおけるビームフォーミングを用いた改善されたランダムアクセスプロシージャのための別の方法のフローチャートである。本方法はｅＮＢによって実行され得る。ｅＮＢは共通ＣＳＩ−ＲＳをブロードキャストする。ｅＮＢは、次いで、ＵＥからプリアンブルを受信する。ｅＮＢは、受信されたプリアンブルに基づいてＵＥのための選択された水平／垂直ビームを決定する。ｅＮＢは、水平／垂直ビームを含む拡張ＲＡ−ＲＮＴＩを使用してＲＡＲのＰＤＣＣＨ許可をＵＥ固有探索空間にマッピングする。ｅＮＢは、次いで、選択された水平／垂直ビームを使用してＲＡＲをＵＥに送信する。

【0030】

[0039]図７は、２Ｄアンテナアレイを示すブロック図である。図示されている２Ｄアンテナアレイは、均一なアンテナをもつ８×８アレイである。方位角要素と仰角要素の両方が個々の送信機および電力増幅器とともにアクティブであり得る。

【0031】

[0040]図８は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）システム１０００における送信機１０５０および受信機１０５１のブロック図である。送信機１０５０では、いくつかのデータストリームのトラフィックデータがデータソース１０５２から送信（Ｔｘ）データプロセッサ１０５３に与えられる。各データストリームは、次いで、それぞれの送信アンテナ１０５６ａ〜ｔを介して送信され得る。送信（Ｔｘ）データプロセッサ１０５３は、コード化データを与えるために、各データストリームのためのトラフィックデータを、そのデータストリームのために選択された特定のコーディング方式に基づいてフォーマットし、コーディングし、インターリーブし得る。

【0032】

[0041]各データストリームのコード化データは、ＯＦＤＭ技法を使用してパイロットデータと多重化され得る。パイロットデータは、既知の方法で処理され、チャネル応答を推定するために受信機１０５１において使用される既知のデータパターンであり得る。各ストリームの多重化されたパイロットデータおよびコード化データは、次いで、変調シンボルを与えるために、そのデータストリームのために選択された特定の変調方式（たとえば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、Ｍ−ＰＳＫ、またはＭ−ＱＡＭ）に基づいて変調（すなわち、シンボルマッピング）される。各データストリームのためのデータレート、コーディング、および変調は、プロセッサによって実行される命令によって決定され得る。

【0033】

[0042]すべてのデータストリームのための変調シンボルが送信（ＴＸ）多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロセッサ１０５４に与えられ得、送信（ＴＸ）多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロセッサ１０５４はさらに（たとえば、ＯＦＤＭのために）その変調シンボルを処理し得る。送信（ＴＸ）多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロセッサ１０５４は、次いで、ＮＴ個の変調シンボルストリームをＮＴ個の送信機（ＴＭＴＲ）１０５５ａ〜１０５５ｔに与える。送信（ＴＸ）多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロセッサ１０５４は、データストリームのシンボルと、シンボルがそこから送信されているアンテナ１０５６とにビームフォーミング重みを適用し得る。

【0034】

[0043]各送信機１０５５は、それぞれのシンボルストリームを受信し、処理して、１つまたは複数のアナログ信号を与え、さらに、それらのアナログ信号を調整（たとえば、増幅、フィルタ処理、およびアップコンバート）して、ＭＩＭＯチャネルを介して送信するのに適した被変調信号を与え得る。送信機１０５５ａ〜１０５５ｔからのＮＴ個の被変調信号は、次いで、それぞれＮＴ個のアンテナ１０５６ａ〜１０５６ｔから送信される。

【0035】

[0044]受信機１０５１において、送信された被変調信号はＮＲ個のアンテナ１０６１ａ〜１０６１ｒによって受信され、各アンテナ１０６１からの受信信号は、それぞれの受信機（ＲＣＶＲ）１０６２ａ〜１０６２ｒに与えられる。各受信機１０６２は、それぞれの受信信号を調整（たとえば、フィルタ処理、増幅、およびダウンコンバート）し、調整された信号をデジタル化して、サンプルを与え、さらにそれらのサンプルを処理して、対応する「受信」シンボルストリームを与え得る。

【0036】

[0045]ＲＸデータプロセッサ１０６３が、次いで、ＮＲ個の受信機１０６２からＮＲ個の受信シンボルストリームを受信し、特定の受信機処理技法に基づいて処理して、ＮＴ個の「検出」シンボルストリームを与える。ＲＸデータプロセッサ１０６３は、次いで、各検出シンボルストリームを復調し、デインターリーブし、復号して、データストリームのトラフィックデータを復元する。ＲＸデータプロセッサ１０６３による処理は、送信機システム１０５０におけるＴＸ ＭＩＭＯプロセッサ１０５４およびＴＸデータプロセッサ１０５３によって実行される処理と相補的なものである。

【0037】

[0046]プロセッサ１０６４は、どのプリコーディング行列を使用すべきかを周期的に決定し得る。プロセッサ１０６４は、メモリ１０６５上に情報を記憶し、メモリ１０６５から情報を取り出し得る。プロセッサ１０６４は、行列インデックス部分とランク値部分とを備える逆方向リンクメッセージを作成する。逆方向リンクメッセージはチャネル状態情報（ＣＳＩ）と呼ばれることがある。逆方向リンクメッセージは、通信リンクおよび／または受信データストリームに関する様々なタイプの情報を備え得る。逆方向リンクメッセージは、次いで、データソース１０６８からいくつかのデータストリームのためのトラフィックデータをも受信するＴＸデータプロセッサ１０６７によって処理され、変調器１０６６によって変調され、送信機１０６２ａ〜１０６２ｒによって調整され、送信機１０５０に返信される。

【0038】

[0047]送信機１０５０において、受信機からの被変調信号は、アンテナ１０５６によって受信され、受信機１０５５によって調整され、復調器１０５８によって復調され、受信機システム１０５１によって送信された逆方向リンクメッセージを抽出するためにＲＸデータプロセッサ１０５９によって処理される。プロセッサ１０６０は、ＲＸデータプロセッサ１０５９からチャネル状態情報（ＣＳＩ）を受信し得る。プロセッサ１０６０は、メモリ１０５７上に情報を記憶し、メモリ１０５７から情報を取り出し得る。プロセッサ１０６０は、ビームフォーミング重みを決定するためにどのプリコーディング行列を使用すべきかを決定し、次いで、抽出されたメッセージを処理し得る。

【0039】

[0048]図９に、基地局１１３５内に含まれ得るいくつかの構成要素を示す。基地局１１３５は、アクセスポイント、ブロードキャスト送信機、ノードＢ、発展型ノードＢなどと呼ばれることもあり、それらの機能の一部または全部を含み得る。基地局１１３５はプロセッサ１１０３を含む。プロセッサ１１０３は、汎用シングルまたはマルチチップマイクロプロセッサ（たとえば、ＡＲＭ）、専用マイクロプロセッサ（たとえば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））、マイクロコントローラ、プログラマブルゲートアレイなどであり得る。プロセッサ１１０３は中央処理ユニット（ＣＰＵ）と呼ばれることがある。図９の基地局１１３５には単一のプロセッサ１１０３のみが示されているが、代替構成では、プロセッサの組合せ（たとえば、ＡＲＭとＤＳＰ）が使用され得る。

【0040】

[0049]基地局１１３５はメモリ１１０５をも含む。メモリ１１０５は、電子情報を記憶することが可能な任意の電子的構成要素であり得る。メモリ１１０５は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、ＲＡＭ中のフラッシュメモリデバイス、プロセッサに含まれるオンボードメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）メモリ、レジスタなど、およびそれらの組合せとして実施され得る。

【0041】

[0050]データ１１０７および命令１１０９はメモリ１１０５に記憶され得る。命令１１０９は、本明細書で開示する方法を実装するためにプロセッサ１１０３によって実行可能であり得る。命令１１０９を実行することは、メモリ１１０５に記憶されたデータ１１０７の使用を含み得る。プロセッサ１１０３が命令１１０９を実行すると、命令１１０９ａの様々な部分がプロセッサ１１０３上にロードされ得、様々ないくつかのデータ１１０７ａがプロセッサ１１０３上にロードされ得る。

【0042】

[0051]基地局１１３５はまた、基地局１１３５との間での信号の送信および受信を可能にするために、送信機１１１１と受信機１１１３とを含み得る。送信機１１１１と受信機１１１３とはトランシーバ１１１５と総称されることがある。第１のアンテナ１１１７ａと第２のアンテナ１１１７ｂとがトランシーバ１１１５に電気的に結合され得る。基地局１１３５は、複数の送信機、複数の受信機、複数のトランシーバおよび／または追加のアンテナをも含み得る（図示せず）。

【0043】

[0052]基地局１１３５の様々な構成要素は、電力バス、制御信号バス、ステータス信号バス、データバスなどを含み得る、１つまたは複数のバスによって互いに結合され得る。明快のために、図９では様々なバスはバスシステム１１１９として示されている。

【0044】

[0053]図１０に、ワイヤレス通信デバイス１２０１内に含まれ得るいくつかの構成要素を示す。ワイヤレス通信デバイス１２０１は、アクセス端末、移動局、ユーザ機器（ＵＥ）などであり得る。ワイヤレス通信デバイス１２０１はプロセッサ１２０３を含む。プロセッサ１２０３は、汎用シングルまたはマルチチップマイクロプロセッサ（たとえば、ＡＲＭ）、専用マイクロプロセッサ（たとえば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））、マイクロコントローラ、プログラマブルゲートアレイなどであり得る。プロセッサ１２０３は中央処理ユニット（ＣＰＵ）と呼ばれることがある。図１０のワイヤレス通信デバイス１２０１には単一のプロセッサ１２０３のみが示されているが、代替構成では、プロセッサの組合せ（たとえば、ＡＲＭとＤＳＰ）が使用され得る。

【0045】

[0054]ワイヤレス通信デバイス１２０１はメモリ１２０５をも含む。メモリ１２０５は、電子情報を記憶することが可能な任意の電子的構成要素であり得る。メモリ１２０５は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、ＲＡＭ中のフラッシュメモリデバイス、プロセッサに含まれるオンボードメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタなど、およびそれらの組合せとして実施され得る。

【0046】

[0055]データ１２０７および命令１２０９はメモリ１２０５に記憶され得る。命令１２０９は、本明細書で開示する方法を実装するためにプロセッサ１２０３によって実行可能であり得る。命令１２０９を実行することは、メモリ１２０５に記憶されたデータ１２０７の使用を含み得る。プロセッサ１２０３が命令１２０９を実行すると、命令１２０９ａの様々な部分がプロセッサ１２０３上にロードされ得、様々ないくつかのデータ１２０７ａがプロセッサ１２０３上にロードされ得る。

【0047】

[0056]ワイヤレス通信デバイス１２０１はまた、ワイヤレス通信デバイス１２０１との間での信号の送信および受信を可能にするために、送信機１２１１と受信機１２１３とを含み得る。送信機１２１１と受信機１２１３とはトランシーバ１２１５と総称されることがある。第１のアンテナ１２１７ａと第２のアンテナ１２１７ｂとがトランシーバ１２１５に電気的に結合され得る。ワイヤレス通信デバイス１２０１は、複数の送信機、複数の受信機、複数のトランシーバおよび／または追加のアンテナをも含み得る（図示せず）。

【0048】

[0057]ワイヤレス通信デバイス１２０１の様々な構成要素は、電力バス、制御信号バス、ステータス信号バス、データバスなどを含み得る、１つまたは複数のバスによって互いに結合され得る。明快のために、図１０では様々なバスはバスシステム１２１９として示されている。

【0049】

[0058]「決定」という用語は、多種多様なアクションを包含し、したがって、「決定」は、計算（calculating）、計算（computing）、処理、導出、調査、ルックアップ（たとえば、テーブル、データベースまたは別のデータ構造でのルックアップ）、確認などを含むことができる。また、「決定」は、受信（たとえば、情報を受信すること）、アクセス（たとえば、メモリ中のデータにアクセスすること）などを含むことができる。また、「決定」は、解決、選択、選定、確立などを含むことができる。

【0050】

[0059]「に基づいて」という句は、別段に明示されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という句は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」の両方を表す。

【0051】

[0060]いかなるクレーム要素も、その要素が「手段」という語句を使用して明確に具陳されていない限り、または方法クレームの場合には、その要素が「ステップ」という語句を使用して具陳されていない限り、米国特許法第１１２条第６項の規定の下で解釈されるべきではない。

【0052】

[0061]「プロセッサ」という用語は、汎用プロセッサ、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、コントローラ、マイクロコントローラ、状態機械などを包含するものと広く解釈されたい。いくつかの状況下では、「プロセッサ」は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを指すことがある。「プロセッサ」という用語は、処理デバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは他のそのような構成を指すことがある。

【0053】

[0062]「メモリ」という用語は、電子情報を記憶することが可能な任意の電子的構成要素を包含するものと広く解釈されたい。メモリという用語は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブル読取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気または光学データストレージ、レジスタなど、様々なタイプのプロセッサ可読媒体を指すことがある。プロセッサがメモリから情報を読み取り、および／または情報をメモリに書き込むことができる場合、メモリはプロセッサと電子通信していると言われる。プロセッサに一体化されたメモリは、プロセッサと電子通信している。

【0054】

[0063]「命令」および「コード」という用語は、任意のタイプの（１つまたは複数の）コンピュータ可読ステートメントを含むものと広く解釈されたい。たとえば、「命令」および「コード」という用語は、１つまたは複数のプログラム、ルーチン、サブルーチン、関数、プロシージャなどを指すことがある。「命令」および「コード」は、単一のコンピュータ可読ステートメントまたは多くのコンピュータ可読ステートメントを備え得る。

【0055】

[0064]本明細書で説明した機能は、ハードウェアによって実行されているソフトウェアまたはファームウェアで実装され得る。機能は、１つまたは複数の命令としてコンピュータ可読媒体上に記憶され得る。「コンピュータ可読媒体」または「コンピュータプログラム製品」という用語は、コンピュータまたはプロセッサによってアクセスされ得る任意の有形記憶媒体を指す。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を含み得る。本明細書で使用するディスク（disk）およびディスク（disc）は、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク（disk）およびＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（disc）を含み、ディスク（disk）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（disc）は、データをレーザーで光学的に再生する。コンピュータ可読媒体は有形で非一時的であり得ることに留意されたい。「コンピュータプログラム製品」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行、処理または計算され得るコードまたは命令（たとえば、「プログラム」）と組み合わせたコンピューティングデバイスまたはプロセッサを指す。本明細書で使用する「コード」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行可能であるソフトウェア、命令、コードまたはデータを指すことがある。

【0056】

[0065]ソフトウェアまたは命令はまた、伝送媒体を介して送信され得る。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、伝送媒体の定義に含まれる。

【0057】

[0066]本明細書で開示する方法は、説明した方法を達成するための１つまたは複数のステップまたはアクションを備える。本方法のステップおよび／またはアクションは、特許請求の範囲から逸脱することなく互いに交換され得る。言い換えれば、本明細書で説明した方法の適切な動作のためにステップまたはアクションの特定の順序が必要とされない限り、特定のステップおよび／またはアクションの順序および／または使用は、特許請求の範囲を逸脱することなく修正され得る。

【0058】

[0067]さらに、図５〜図６によって示されたものなど、本明細書で説明した方法および技術を実行するためのモジュールおよび／または他の適切な手段は、デバイスによってダウンロードおよび／または他の方法で取得され得ることを諒解されたい。たとえば、デバイスは、本明細書で説明した方法を実行するための手段の転送を可能にするために、サーバに結合され得る。代替的に、本明細書で説明した様々な方法は、記憶手段をデバイスに結合するかまたは与えるときにデバイスが様々な方法を獲得し得るように、記憶手段（たとえば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）またはフロッピーディスク（disk）などの物理的記憶媒体など）によって提供され得る。その上、本明細書で説明した方法および技法をデバイスに提供するための任意の他の好適な技法が利用され得る。

【0059】

[0068]特許請求の範囲は、上記で示した厳密な構成および構成要素に限定されないことを理解されたい。特許請求の範囲から逸脱することなく、本明細書で説明したシステム、方法、および装置の動作および詳細において、様々な修正、変更および変形が行われ得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】