JP2016518752A - 無線通信システムにおいて部分アンテナアレイに基づくビームフォーミング実行方法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムにおいて基地局の大規模アンテナアレイに基づくビームフォーミングを用いて、端末が基地局から信号を受信する方法を提供する。【解決手段】前記方法は、前記大規模アンテナアレイに含まれた複数のアンテナポートの中から選好アンテナポート集合を構成するステップと、前記選好アンテナポート集合に対応する参照信号を受信してチャネル状態情報を算出し、前記チャネル状態情報を前記基地局に報告するステップと、前記チャネル状態情報に基づいて前記選好アンテナポート集合を用いてビームフォーミングされた信号を前記基地局から受信するステップとを有することを特徴とする。【選択図】図２０

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、無線通信システムにおいて部分アンテナアレイに基づくビームフォーミング実行方法及びそのための装置に関する。

本発明を適用できる無線通信システムの一例として、３ＧＰＰ ＬＴＥ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；以下、「ＬＴＥ」という。）通信システムについて概略的に説明する。

図１は、無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。Ｅ−ＵＭＴＳ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）は、既存のＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）から進展したシステムであり、現在３ＧＰＰで基礎的な標準化作業が進行中である。一般に、Ｅ−ＵＭＴＳをＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システムと呼ぶこともできる。ＵＭＴＳ及びＥ−ＵＭＴＳの技術規格（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の詳細な内容はそれぞれ、「３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ；Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ」のＲｅｌｅａｓｅ ７及びＲｅｌｅａｓｅ ８を参照すればよい。

図１を参照すると、Ｅ−ＵＭＴＳは、端末（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ＵＥ）、基地局（ｅＮｏｄｅＢ；ｅＮＢ）、及びネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）の終端に位置して外部ネットワークに接続するアクセスゲートウェイ（Ａｃｃｅｓｓ Ｇａｔｅｗａｙ；ＡＧ）を含んでいる。基地局は、ブロードキャストサービス、マルチキャストサービス及び／又はユニキャストサービスのために多重データストリームを同時に送信することができる。

一つの基地局には一つ以上のセルが存在する。セルは、１．２５、２．５、５、１０、１５、２０ＭＨｚなどの帯域幅のいずれか一つに設定され、複数の端末に下り又は上り送信サービスを提供する。異なったセルは、互いに異なった帯域幅を提供するように設定されればよい。基地局は、複数の端末に関するデータ送受信を制御する。下りリンク（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ；ＤＬ）データについて、基地局は下りリンクスケジューリング情報を送信し、該当の端末にデータが送信される時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ ａｎｄ ｒｅＱｕｅｓｔ）関連情報などを知らせる。また、上りリンク（Ｕｐｌｉｎｋ；ＵＬ）データについて、基地局は上りリンクスケジューリング情報を該当の端末に送信し、該当の端末が使用可能な時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ関連情報などを知らせる。基地局同士の間には、ユーザトラフィック又は制御トラフィックの送信のためのインターフェースを用いることができる。コアネットワーク（Ｃｏｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ；ＣＮ）は、ＡＧ、及び端末のユーザ登録などのためのネットワークノードなどで構成可能である。ＡＧは、複数のセルで構成されるＴＡ（Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ａｒｅａ）単位に端末の移動性を管理する。

無線通信技術は、ＷＣＤＭＡ（登録商標）に基づいてＬＴＥにまで開発されてきたが、ユーザと事業者の要求と期待は増す一方である。その上、他の無線接続技術の開発が続いており、将来、競争力を持つためには新しい技術進化が要求される。ビット当たりのコストの削減、サービス可用性の増大、柔軟な周波数バンドの使用、単純構造と開放型インターフェース、端末の適度な電力消耗などが要求される。

上述したような議論に基づき、以下では、無線通信システムにおいて部分アンテナアレイに基づくビームフォーミング実行方法及びそのための装置を提案する。

本発明の一実施例である、無線通信システムにおいて基地局の大規模アンテナアレイに基づくビームフォーミングを用いて端末が基地局から信号を受信する方法は、前記大規模アンテナアレイに含まれた複数のアンテナポートの中から選好アンテナポート集合を構成するステップと、前記選好アンテナポート集合に対応する参照信号を受信してチャネル状態情報を算出し、前記チャネル状態情報を前記基地局に報告するステップと、前記チャネル状態情報に基づいて前記選好アンテナポート集合を用いてビームフォーミングされた信号を前記基地局から受信するステップとを有することを特徴とする。

一方、本発明の他の実施例である、無線通信システムにおいて大規模アンテナアレイに基づくビームフォーミングを用いて基地局が端末に信号を送信する方法は、前記大規模アンテナアレイに含まれた複数のアンテナポートの中から前記端末のための選好アンテナポート集合を構成するステップと、前記選好アンテナポート集合に対応する参照信号を前記端末に送信するステップと、前記参照信号に基づいて算出されたチャネル状態情報を前記端末から受信するステップと、前記チャネル状態情報に基づいて前記選好アンテナポート集合を用いてビームフォーミングされた信号を前記端末に送信するステップとを有することを特徴とする。

上記の各方法は、前記選好アンテナポート集合に含まれたアンテナポートの個数及びアンテナポートインデックスに関する情報を含む選好アンテナポート集合情報を前記基地局が前記端末から受信するステップをさらに有してもよく、前記選好アンテナポート集合情報を前記基地局が前記端末に送信するステップをさらに有してもよい。

ここで、前記アンテナポートの個数及び前記アンテナポートインデックスは、前記端末の移動性、前記端末と基地局間のチャネル行列の特性パラメータ、前記端末と基地局間のチャネルのドップラー特性、前記チャネルの信号対雑音比のうち少なくとも一つに基づいて決定されることを特徴とする。

好適には、前記参照信号は、端末特定参照信号であることを特徴とする。

本発明の実施例によれば、無線通信システムにおいて端末は部分アンテナアレイを用いたビームフォーミングをより効率的に行うことができる。

本発明で得られる効果は、以上に言及した効果に制限されず、言及していない別の効果は、以下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明確に理解されるであろう。

図１は、無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。 図２は、３ＧＰＰ無線接続ネットワーク規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮ間の無線インターフェースプロトコル（Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のコントロールプレーン（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｌａｎｅ）及びユーザプレーン（Ｕｓｅｒ Ｐｌａｎｅ）構造を示す図である。 図３は、３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般的な信号送信方法を説明するための図である。 図４は、ＬＴＥシステムで用いられる無線フレームの構造を例示する図である。 図５は、ＬＴＥシステムで用いられる下りリンク無線フレームの構造を例示する図である。 図６は、ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である。 図７は、一般的な多重アンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムを示す構成図である。 図８及び図９は、４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける下りリンク参照信号の構造を示す図である。 図８及び図９は、４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける下りリンク参照信号の構造を示す図である。 図１０は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＤＭ−ＲＳ割り当て例を示す図である。 図１１は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＣＳＩ−ＲＳ設定のうち、一般ＣＰの場合におけるＣＳＩ−ＲＳ設定＃０を例示する図である。 図１２は、アンテナティルティング方式を説明するための図である。 図１３は、既存のアンテナシステムと能動アンテナシステムとを比較する図である。 図１４は、能動アンテナシステムに基づいて、端末特定ビームを形成した例を示す図である。 図１５は、能動アンテナシステムベースの３次元ビーム送信シナリオを示す図である。 図１６は、全体アンテナポートから有効アンテナポート集合を選択した例を示す図である。 図１７は、全体アンテナポートから有効アンテナポート集合を選択した他の例を示す図である。 図１８は、ＭＩＭＯシステムの一般的なプリコーディング構造を示す図である。 図１９は、ＭＩＭＯシステムにおいて本発明に係るプリコーディング構造を示す図である。 図２０は、本発明に係る、サブ−アレイベース多重ユーザビームフォーミングを支援する通信システムを例示する図である。 図２１は、本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

以下に添付の図面を参照して説明された本発明の実施例から、本発明の構成、作用及び他の特徴が容易に理解されるであろう。以下に説明される実施例は、本発明の技術的特徴が３ＧＰＰシステムに適用された例である。

本明細書ではＬＴＥシステム及びＬＴＥ‐Ａシステムを用いて本発明の実施例を説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、上述した定義に該当するいかなる通信システムにも適用可能である。また、本明細書は、ＦＤＤ方式を基準にして本発明の実施例について説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、Ｈ‐ＦＤＤ方式又はＴＤＤ方式にも容易に変形されて適用されてもよい。

また、本明細書では、基地局をＲＲＨ（ｒｅｍｏｔｅ ｒａｄｉｏ ｈｅａｄ）、ｅＮＢ、ＴＰ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）、ＲＰ（ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）、中継機（ｒｅｌａｙ）などを含む包括的な名称として使うことができる。

図２は、３ＧＰＰ無線接続網規格に基づく端末とＥ‐ＵＴＲＡＮとの間の無線インターフェースプロトコル（Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）のコントロールプレーン及びユーザプレーンの構造を示す図である。コントロールプレーンとは、端末（ＵＥ）とネットワークとが呼を管理するために用いる制御メッセージが送信される通路のことを意味する。ユーザプレーンとは、アプリケーション層で生成されたデータ、例えば、音声データ又はインターネットパケットデータなどが送信される通路のことを意味する。

第１層である物理層は、物理チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）を用いて上位層に情報送信サービス（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｅｒｖｉｃｅ）を提供する。物理層は、上位の媒体接続制御（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層とは送信チャネル（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を介して接続されている。該送信チャネルを通じて媒体接続制御層と物理層との間にデータが移動する。送信側の物理層と受信側の物理層との間には物理チャネルを通じてデータが移動する。該物理チャネルは、時間及び周波数を無線リソースとして活用する。具体的に、物理チャネルは、下りリンクにおいてＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式で変調され、上りリンクにおいてＳＣ‐ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式で変調される。

第２層の媒体接続制御（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＭＡＣ）層は、論理チャネル（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）を通じて、上位層である無線リンク制御（Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＲＬＣ）層にサービスを提供する。第２層のＲＬＣ層は、信頼できるデータ送信を支援する。ＲＬＣ層の機能は、ＭＡＣ内部の機能ブロックとしてもよい。第２層のＰＤＣＰ（Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）層は、帯域幅の狭い無線インターフェースでＩＰｖ４やＩＰｖ６のようなＩＰパケットを効率的に送信するために、余分の制御情報を減らすヘッダー圧縮（Ｈｅａｄｅｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）機能を果たす。

第３層の最下部に位置する無線リソース制御（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＲＲＣ）層は、コントロールプレーンにのみ定義される。ＲＲＣ層は、無線ベアラー（Ｒａｄｉｏ Ｂｅａｒｅｒ）の設定（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）、再設定（Ｒｅ‐ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）及び解除（Ｒｅｌｅａｓｅ）に関連して、論理チャネル、送信チャネル及び物理チャネルの制御を担当する。無線ベアラー（ＲＢ）とは、端末とネットワーク間のデータ伝達のために第２層により提供されるサービスのことを意味する。そのために、端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層とはＲＲＣメッセージを互いに交換する。端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層間にＲＲＣ接続（ＲＲＣ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）がある場合に、端末はＲＲＣ接続状態（Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｍｏｄｅ）にあり、そうでない場合は、ＲＲＣ休止状態（Ｉｄｌｅ Ｍｏｄｅ）にあるようになる。ＲＲＣ層の上位にあるＮＡＳ（Ｎｏｎ−Ａｃｃｅｓｓ Ｓｔｒａｔｕｍ）層は、セッション管理（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）と移動性管理（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）などの機能を果たす。

ネットワークから端末にデータを送信する下り送信チャネルとしては、システム情報を送信するＢＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ページングメッセージを送信するＰＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する下りＳＣＨ（Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）などがある。下りマルチキャスト又は放送サービスのトラフィック又は制御メッセージは、下りＳＣＨを通じて送信されてもよく、別の下りＭＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を通じて送信されてもよい。一方、端末からネットワークにデータを送信する上り送信チャネルとしては、初期制御メッセージを送信するＲＡＣＨ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する上りＳＣＨ（Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）がある。送信チャネルの上位に存在し、送信チャネルにマッピングされる論理チャネル（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）としては、ＢＣＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＰＣＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＣＣＣＨ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＭＣＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＭＴＣＨ（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ）などがある。

図３は、３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般の信号送信方法を説明するための図である。

端末は、電源が入ったり、新しくセルに進入したりした場合に、基地局と同期を取る等の初期セル探索（Ｉｎｉｔｉａｌ ｃｅｌｌ ｓｅａｒｃｈ）作業を行う（Ｓ３０１）。そのために、端末は、基地局からプライマリ同期チャネル（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ；Ｐ‐ＳＣＨ）及びセカンダリ同期チャネル（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ；Ｓ‐ＳＣＨ）を受信して基地局と同期を取り、セルＩＤなどの情報を取得すればよい。その後、端末は、基地局から物理放送チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を受信し、セル内放送情報を取得できる。一方、端末は、初期セル探索段階で、下りリンク参照信号（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ；ＤＬ ＲＳ）を受信し、下りリンクチャネル状態を確認できる。

初期セル探索を終えた端末は、物理下りリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＤＣＣＨ）、及び該ＰＤＣＣＨに載せられた情報に基づいて物理下りリンク共有チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＤＳＣＨ）を受信することによって、より具体的なシステム情報を取得できる（Ｓ３０２）。

一方、基地局に最初に接続したり信号送信のための無線リソースがない場合には、端末は、基地局にランダムアクセス手順（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ；ＲＡＣＨ）を行ってよい（Ｓ３０３乃至Ｓ３０６）。そのために、端末は、物理ランダムアクセスチャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＲＡＣＨ）を通じて特定シーケンスをプリアンブルとして送信し（Ｓ３０３及びＳ３０５）、ＰＤＣＣＨ及び対応するＰＤＳＣＨを通じて、プリアンブルに対する応答メッセージを受信すればよい（Ｓ３０４及びＳ３０６）。競合ベースのＲＡＣＨについては、衝突解決手順（Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）をさらに行ってもよい。

上述の手順を行った端末は、その後、一般的な上りリンク／下りリンク信号送信手順として、ＰＤＣＣＨ／ＰＤＳＣＨ受信（Ｓ３０７）、及び物理上りリンク共有チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＵＳＣＨ）／物理上りリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＵＣＣＨ）送信（Ｓ３０８）を行えばよい。特に、端末はＰＤＣＣＨを通じて下りリンク制御情報（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＤＣＩ）を受信する。ここで、ＤＣＩは、端末に対するリソース割り当て情報のような制御情報を含んでおり、その使用目的によってフォーマットが異なっている。

一方、端末が上りリンクを通じて基地局に送信する又は端末が基地局から受信する制御情報としては、下りリンク／上りリンクＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｅｘ）、ＲＩ（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）などを含む。３ＧＰＰ ＬＴＥシステムでは、端末は、これらのＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩなどの制御情報をＰＵＳＣＨ及び／又はＰＵＣＣＨを通じて送信してもよい。

図４は、ＬＴＥシステムで用いられる無線フレームの構造を例示する図である。

図４を参照すると、無線フレーム（ｒａｄｉｏ ｆｒａｍｅ）は１０ｍｓ（３２７２００×Ｔ_ｓ）の長さを有し、１０個の均等なサイズのサブフレーム（ｓｕｂｆｒａｍｅ）で構成されている。それぞれのサブフレームは１ｍｓの長さを有し、２個のスロット（ｓｌｏｔ）で構成されている。それぞれのスロットは０．５ｍｓ（１５３６０×Ｔ_ｓ）の長さを有する。ここで、Ｔ_ｓはサンプリング時間を表し、Ｔ_ｓ＝１／（１５ｋＨｚ×２０４８）＝３．２５５２×１０^−８（約３３ｎｓ）で表示される。スロットは時間領域において複数のＯＦＤＭシンボルを含み、周波数領域において複数のリソースブロック（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｂｌｏｃｋ；ＲＢ）を含む。ＬＴＥシステムにおいて一つのリソースブロックは１２個の副搬送波×７（６）個のＯＦＤＭシンボルを含む。データの送信される単位時間であるＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）は一つ以上のサブフレーム単位に定めることができる。上述した無線フレームの構造は例示に過ぎず、無線フレームに含まれるサブフレームの数、サブフレームに含まれるスロットの数、又はスロットに含まれるＯＦＤＭシンボルの数は様々に変更されてもよい。

図５は、下りリンク無線フレームにおいて一つのサブフレームの制御領域に含まれる制御チャネルを例示する図である。

図５を参照すると、サブフレームは１４個のＯＦＤＭシンボルで構成されている。サブフレーム設定によって先頭の１乃至３個のＯＦＤＭシンボルは制御領域として用いられ、残り１３〜１１個のＯＦＤＭシンボルはデータ領域として用いられる。同図で、Ｒ１乃至Ｒ４は、アンテナ０乃至３に対する基準信号（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ（ＲＳ）又はＰｉｌｏｔ Ｓｉｇｎａｌ）を表す。ＲＳは、制御領域及びデータ領域を問わず、サブフレーム内に一定のパターンで固定される。制御チャネルは、制御領域においてＲＳの割り当てられていないリソースに割り当てられ、トラフィックチャネルもデータ領域においてＲＳの割り当てられていないリソースに割り当てられる。制御領域に割り当てられる制御チャネルには、ＰＣＦＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｏｒｍａｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ＣＨａｎｎｅｌ）、ＰＨＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｈｙｂｒｉｄ−ＡＲＱ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ＣＨａｎｎｅｌ）、ＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）などがある。

ＰＣＦＩＣＨは物理制御フォーマット指示子チャネルで、毎サブフレームごとにＰＤＣＣＨに用いられるＯＦＤＭシンボルの個数を端末に知らせる。ＰＣＦＩＣＨは、最初のＯＦＤＭシンボルに位置し、ＰＨＩＣＨ及びＰＤＣＣＨに優先して設定される。ＰＣＦＩＣＨは４個のＲＥＧ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）で構成され、それぞれのＲＥＧはセルＩＤ（Ｃｅｌｌ ＩＤｅｎｔｉｔｙ）に基づいて制御領域内に分散される。一つのＲＥＧは４個のＲＥ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）で構成される。ＲＥは、１副搬送波×１ ＯＦＤＭシンボルと定義される最小物理リソースを表す。ＰＣＦＩＣＨ値は帯域幅によって１〜３又は２〜４の値を指示し、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）で変調される。

ＰＨＩＣＨは、物理ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ−Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ ａｎｄ ｒｅｑｕｅｓｔ）指示子チャネルで、上りリンク送信に対するＨＡＲＱ ＡＣＫ／ＮＡＣＫを運ぶために用いられる。すなわち、ＰＨＩＣＨは、ＵＬ ＨＡＲＱのためのＤＬ ＡＣＫ／ＮＡＣＫ情報が送信されるチャネルを表す。ＰＨＩＣＨは、１個のＲＥＧで構成され、セル特定（ｃｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）にスクランブル（ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）される。ＡＣＫ／ＮＡＣＫは１ビットで指示され、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）で変調される。変調されたＡＣＫ／ＮＡＣＫは拡散因子（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ；ＳＦ）＝２又は４で拡散される。同一のリソースにマップされる複数のＰＨＩＣＨは、ＰＨＩＣＨグループを構成する。ＰＨＩＣＨグループに多重化されるＰＨＩＣＨの個数は、拡散コードの個数によって決定される。ＰＨＩＣＨ（グループ）は周波数領域及び／又は時間領域においてダイバーシチ利得を得るために３回反復（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ）される。

ＰＤＣＣＨは物理下りリンク制御チャネルで、サブフレームにおける先頭のｎ個のＯＦＤＭシンボルに割り当てられる。ここで、ｎは１以上の整数で、ＰＣＦＩＣＨによって指示される。ＰＤＣＣＨは一つ以上のＣＣＥで構成される。ＰＤＣＣＨは、送信チャネルであるＰＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）及びＤＬ−ＳＣＨ（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ−ｓｈａｒｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ）のリソース割り当てに関する情報、上りリンクスケジューリンググラント（Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｇｒａｎｔ）、ＨＡＲＱ情報などを各端末又は端末グループに知らせる。ＰＣＨ（Ｐａｇｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）及びＤＬ−ＳＣＨ（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ−ｓｈａｒｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ）はＰＤＳＣＨを通じて送信される。したがって、基地局と端末は一般に、特定の制御情報又は特定のサービスデータ以外は、ＰＤＳＣＨを通じてデータをそれぞれ送信及び受信する。

ＰＤＳＣＨのデータがいずれの端末（一つ又は複数の端末）に送信されるものか、これら端末がどのようにＰＤＳＣＨデータを受信してデコードしなければならないかに関する情報などは、ＰＤＣＣＨに含まれて送信される。例えば、特定ＰＤＣＣＨが「Ａ」というＲＮＴＩ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）でＣＲＣマスクされており、「Ｂ」という無線リソース（例、周波数位置）及び「Ｃ」というＤＣＩフォーマット、すなわち、伝送形式情報（例、伝送ブロックサイズ、変調方式、コーディング情報など）を用いて送信されるデータに関する情報が、特定サブフレームで送信されると仮定する。この場合、セル内の端末は、自身が持っているＲＮＴＩ情報を用いて検索領域でＰＤＣＣＨをモニター、すなわち、ブラインドデコードし、「Ａ」のＲＮＴＩを持っている一つ以上の端末があると、これらの端末はＰＤＣＣＨを受信し、受信したＰＤＣＣＨの情報に基づいて「Ｂ」と「Ｃ」によって指示されるＰＤＳＣＨを受信する。

図６は、ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である。

図６を参照すると、上りリンクサブフレームは、制御情報を運ぶＰＵＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）が割り当てられる領域と、ユーザデータを運ぶＰＵＳＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ ＣＨａｎｎｅｌ）が割り当てられる領域とに区別される。サブフレームにおいて中間部分がＰＵＳＣＨに割り当てられ、周波数領域においてデータ領域の両側部分がＰＵＣＣＨに割り当てられる。ＰＵＣＣＨ上で送信される制御情報は、ＨＡＲＱに用いられるＡＣＫ／ＮＡＣＫ、下りリンクチャネル状態を示すＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＭＩＭＯのためのＲＩ（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、上りリンクリソース割り当て要請であるＳＲ（Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ Ｒｅｑｕｅｓｔ）などがある。一つの端末に対するＰＵＣＣＨは、サブフレーム内の各スロットで互いに異なる周波数を占める一つのリソースブロックを使用する。すなわち、ＰＵＣＣＨに割り当てられる２個のリソースブロックはスロット境界で周波数ホッピング（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ）する。特に、図６は、ｍ＝０のＰＵＣＣＨ、ｍ＝１のＰＵＣＣＨ、ｍ＝２のＰＵＣＣＨ、ｍ＝３のＰＵＣＣＨがサブフレームに割り当てられるとしている。

以下、ＭＩＭＯシステムについて説明する。ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）は、複数個の送信アンテナと複数個の受信アンテナを使用する方法で、この方法によりデータの送受信効率を向上させることができる。すなわち、無線通信システムの送信端あるいは受信端で複数個のアンテナを使用することによって容量を増大させ、性能を向上させることができる。以下、本文献ではＭＩＭＯを「多重アンテナ」と呼ぶこともできる。

多重アンテナ技術では、一つの全体メッセージを受信するに単一のアンテナ経路に依存せず、複数のアンテナに受信されたデータ断片（ｆｒａｇｍｅｎｔ）をまとめて併合することによってデータを完成する。多重アンテナ技術を用いると、特定のサイズのセル領域内でデータ伝送速度を向上させたり、又は特定のデータ伝送速度を保障しながらシステムカバレッジ（ｃｏｖｅｒａｇｅ）を増加させることができる。また、この技術は、移動通信端末と中継機などに幅広く使用可能である。多重アンテナ技術によれば、単一のアンテナを使用した従来技術による移動通信における伝送量の限界を克服することが可能になる。

一般的な多重アンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムの構成図が、図７に示されている。送信端では送信アンテナがＮ_Ｔ個設けられており、受信端では受信アンテナがＮ_Ｒ個が設けられている。このように送信端及び受信端の両方とも複数個のアンテナを使用する場合は、送信端又は受信端のいずれか一方のみ複数個のアンテナを使用する場合に比べて、理論的なチャネル伝送容量がより増加する。チャネル伝送容量の増加はアンテナの数に比例する。これにより、伝送レートが向上し、周波数効率が向上する。１個のアンテナを使用する場合の最大伝送レートをＲ_ｏとすれば、多重アンテナを使用する場合の伝送レートは、理論的に、下記の数式１のように、最大伝送レートＲ_ｏにレート増加率Ｒ_ｉを掛けた分だけ増加可能となる。ここで、Ｒ_ｉは、Ｎ_ＴとＮ_Ｒのうちの小さい値を表す。

例えば、４個の送信アンテナと４個の受信アンテナを用いるＭＩＭＯ通信システムでは、単一アンテナシステムに比べて理論上、４倍の伝送レートを取得できる。このような多重アンテナシステムの理論的容量増加が９０年代半ばに証明されて以来、これを実質的なデータ伝送率の向上へと導くための種々の技術が現在まで活発に研究されている。それらのいくつかの技術は既に３世代移動通信と次世代無線ＬＡＮなどの様々な無線通信の標準に反映されている。

現在までの多重アンテナ関連研究動向をみると、様々なチャネル環境及び多重接続環境における多重アンテナ通信容量計算などと関連した情報理論側面の研究、多重アンテナシステムの無線チャネル測定及び模型導出の研究、及び伝送信頼度の向上及び伝送率の向上のための時空間信号処理技術の研究などを含め、様々な観点で活発に研究が進行されている。

多重アンテナシステムにおける通信方法をより具体的な方法で説明するべく、それを数学的にモデリングすると、次のように示すことができる。図７に示すように、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナとＮ_Ｒ個の受信アンテナが存在するとする。まず、送信信号について説明すると、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナがある場合に、送信可能な最大情報はＮ_Ｔ個であるから、送信情報を下記の数式２のようなベクトルで表現できる。

一方、それぞれの送信情報

において送信電力を別々にしてもよい。それぞれの送信電力を

とする場合、送信電力の調整された送信情報をベクトルで示すと、下記の数式３の通りである。

また、

を送信電力の対角行列

を用いて示すと、下記の数式４の通りである。

一方、送信電力の調整された情報ベクトル

に重み行列

が適用され、実際に送信されるＮ_Ｔ個の送信信号（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）

が構成される場合を考慮してみる。重み行列

は、送信情報を送信チャネル状況などに応じて各アンテナに適切に分配する役割を果たす。このように送信信号

は、ベクトル

を用いて下記の数式５のように表現できる。ここで、

は、ｉ番目の送信アンテナとｊ番目の情報間の重み値を意味する。

は、重み行列（Ｗｅｉｇｈｔ Ｍａｔｒｉｘ）又はプリコーディング行列（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ）と呼ばれる。

一般に、チャネル行列のランクの物理的な意味は、与えられたチャネルで互いに異なった情報を送信できる最大数を意味する。したがって、チャネル行列のランク（ｒａｎｋ）は、互いに独立した（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）行（ｒｏｗ）又は列（ｃｏｌｕｍｎ）の個数のうち、最小個数と定義され、よって、行列のランクは、行（ｒｏｗ）又は列（ｃｏｌｕｍｎ）の個数より大きくなることはない。数式的に例を挙げると、チャネル行列Ｈのランク（ｒａｎｋ(Ｈ)）は、数式６のように制限される。

また、多重アンテナ技術を用いて送る互いに異なった情報のそれぞれを「送信ストリーム（Ｓｔｒｅａｍ）」、又は簡単に「ストリーム」と定義するものとする。このような「ストリーム」は、「レイヤー（Ｌａｙｅｒ）」と呼ぶこともできる。そのため、送信ストリームの個数は当然ながら、互いに異なった情報を送信できる最大数であるチャネルのランクより大きくなることがない。したがって、チャネル行列Ｈは、下記の数式７のように表すことができる。

ここで、「＃ ｏｆ ｓｔｒｅａｍｓ」は、ストリームの数を表す。一方、ここで、１個のストリームは１個以上のアンテナから送信可能であるということに留意されたい。

１個以上のストリームを複数のアンテナに対応させる様々な方法が存在する。この方法を、多重アンテナ技術の種類によって次のように説明できる。１個のストリームが複数のアンテナから送信される場合は空間ダイバーシチ方式といえ、複数のストリームが複数のアンテナから送信される場合は空間マルチプレクシング方式といえる。勿論、これらの中間方式である、空間ダイバーシチと空間マルチプレクシングとの混合（Ｈｙｂｒｉｄ）した形態も可能である。

一方、次世代移動通信システムの標準であるＬＴＥ−Ａシステムでは、データ伝送率の向上のために、既存の標準では支援していなかったＣｏＭＰ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｉｎｔ）送信方式を支援することが予想される。ここで、ＣｏＭＰ送信方式とは、陰影地域にある端末及び基地局（セル又はセクター）間の通信性能を向上させるために２個以上の基地局或いはセルが互いに協調して端末と通信するための送信方式のことをいう。

ＣｏＭＰ送信方式は、データ共有を用いた協調的ＭＩＭＯ形態のジョイントプロセシング（ＣｏＭＰ−Ｊｏｉｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＣｏＭＰ−ＪＰ）及び協調スケジューリング／ビームフォーミング（ＣｏＭＰ−Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ／ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ、ＣｏＭＰ−ＣＳ／ＣＢ）方式に区別することができる。

下りリンクの場合、ジョイントプロセシング（ＣｏＭＰ−ＪＰ）方式において、端末は、ＣｏＭＰ送信方式を行う各基地局からデータを瞬間的に同時に受信することができ、各基地局から受信した信号を結合して受信性能を向上させることができる（Ｊｏｉｎｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ＪＴ）。また、ＣｏＭＰ送信方式を行う基地局のいずれか一つが特定時点に端末にデータを送信する方法も考慮することができる（ＤＰＳ；Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｉｎｔ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）。

これと違い、協調スケジューリング／ビームフォーミング方式（ＣｏＭＰ−ＣＳ／ＣＢ）では、端末はビームフォーミングを通じてデータを瞬間的に一つの基地局、すなわち、サービング基地局から受信することができる。

上りリンクの場合、ジョイントプロセシング（ＣｏＭＰ−ＪＰ）方式において、各基地局は端末からＰＵＳＣＨ信号を同時に受信することができる（Ｊｏｉｎｔ Ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ；ＪＲ）。これと違い、協調スケジューリング／ビームフォーミング方式（ＣｏＭＰ−ＣＳ／ＣＢ）では一つの基地局のみがＰＵＳＣＨを受信するが、このとき、協調スケジューリング／ビームフォーミング方式を用いるという決定は、協調セル（或いは、基地局）によって決定される。

以下では、チャネル状態情報（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ＣＳＩ）報告について説明する。現在、ＬＴＥ標準では、チャネル情報無しで運用される開ループ（ｏｐｅｎ−ｌｏｏｐ）ＭＩＭＯとチャネル情報に基づいて運用される閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ）ＭＩＭＯという２種類の送信方式が存在する。特に、閉ループＭＩＭＯでは、ＭＩＭＯアンテナの多重化利得（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｇａｉｎ）を得るために、基地局及び端末のそれぞれはチャネル状態情報に基づいてビームフォーミングを行うことができる。基地局は、チャネル状態情報を端末から得るために、端末に参照信号を送信し、これに基づいて測定したチャネル状態情報をＰＵＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）又はＰＵＳＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ ＣＨａｎｎｅｌ）を介してフィードバックするように命令する。

ＣＳＩは、ＲＩ（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｅｘ）、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）の３つの情報に大別される。まず、ＲＩは、上述したように、チャネルのランク情報を示し、端末が同一の周波数−時間リソースを用いて受信できるストリームの個数を意味する。また、ＲＩは、チャネルのロングタームフェーディング（ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｆａｄｉｎｇ）によって決定されるため、一般に、ＰＭＩ、ＣＱＩ値に比べてより長い周期で基地局にフィードバックされる。

次に、ＰＭＩは、チャネルの空間特性を反映した値であり、ＳＩＮＲなどのメトリック（ｍｅｔｒｉｃ）を基準に、端末が好む基地局のプリコーディング行列インデックスを示す。最後に、ＣＱＩは、チャネルの強度を示す値であり、通常、基地局がＰＭＩを用いた時に得られる受信ＳＩＮＲを意味する。

ＬＴＥ−Ａ標準のようなより進展した通信システムでは、ＭＵ−ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）を用いた追加の多重ユーザダイバーシチ（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）を得ることが追加されている。ＭＵ−ＭＩＭＯでは、アンテナドメインで多重化される端末間の干渉が存在するため、ＣＳＩの正確性は、ＣＳＩを報告した端末だけでなく、多重化される他の端末の干渉にも大きな影響を及ぼしうる。このため、ＭＵ−ＭＩＭＯではＳＵ−ＭＩＭＯに比べてより正確なＣＳＩ報告が要求される。

そこで、ＬＴＥ−Ａ標準では、最終のＰＭＩを、ロングターム（ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ）及び／又は広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）ＰＭＩであるＷ１と、ショートターム（ｓｈｏｒｔ ｔｅｒｍ）及び／又はサブバンド（ｓｕｂ−ｂａｎｄ）ＰＭＩであるＷ２といった２種類に分けて設計することと決定された。

上記のＷ１及びＷ２情報から一つの最終ＰＭＩを構成する構造的コードブック変換（ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）方式の例示として、下記の式８のように、チャネルのロングターム共分散行列（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ）を用いることができる。

上記の式１で、Ｗ２は、ショートタームＰＭＩであり、ショートタームチャネル情報を反映するために構成されたコードブックのコードワードを意味し、Ｗは、最終コードブックのコードワードを意味し、

は、行列

の各列のノーム（ｎｏｒｍ）が１に正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）された行列を意味する。

既存のＷ１とＷ２の具体的な構造は、次の式９のとおりである。

式９で、コードワードの構造は、交差偏波アンテナ（ｃｒｏｓｓ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ａｎｔｅｎｎａ）を利用し、アンテナ間の間隔がちゅう密な場合、例えば、通常、隣接アンテナ間の距離が信号波長の半分以下である場合、発生するチャネルの相関関係（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）特性を反映して設計した構造である。交差偏波アンテナの場合、アンテナを水平アンテナグループ（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｇｒｏｕｐ）と垂直アンテナグループ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｇｒｏｕｐ）とに区分できるが、各アンテナグループはＵＬＡ（ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｉｎｅａｒ ａｒｒａｙ）アンテナの特性を有し、両アンテナグループは共存（ｃｏ−ｌｏｃａｔｅｄ）する。

このため、各グループのアンテナ間の相関関係は同一の線形位相増加（ｌｉｎｅａｒ ｐｈａｓｅ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）特性を有し、アンテナグループ間の相関関係は、位相回転（ｐｈａｓｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ）された特性を有する。結局、コードブックはチャネルを量子化（ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）した値であるから、チャネルの特性をそのまま反映してコードブックを設計することが必要である。説明の便宜のために、上述した構造としたランク１コードワードを、下記の式１０のように例示することができる。

上記の式１０で、コードワードは、送信アンテナの個数

のベクトルで表現され、上位ベクトル

と下位ベクトル

で構造化されており、それぞれは、水平アンテナグループと垂直アンテナグループの相関関係特性を示す。

は、各アンテナグループのアンテナ間相関関係特性を反映して線形位相増加特性を有するベクトルで表現することが有利であり、代表の例としてＤＦＴ行列を用いることができる。

ＬＴＥ−Ａ標準のようなより進展した通信システムでは、ＭＵ−ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）を用いた追加の多重ユーザダイバーシチ（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）を得ることが追加されている。ＭＵ−ＭＩＭＯでは、アンテナドメインで多重化される端末間の干渉が存在するため、ＣＳＩの正確性は、ＣＳＩを報告した端末だけでなく、多重化される他の端末の干渉にも大きな影響を及ぼしうる。このため、ＭＵ−ＭＩＭＯではＳＵ−ＭＩＭＯに比べてより正確なＣＳＩ報告が要求される。

また、ＣｏＭＰ ＪＴの場合、複数の基地局が特定端末に同一のデータを協調送信することから、理論的に、アンテナが地理的に分散されているＭＩＭＯシステムと見なすことができる。すなわち、ＪＴでＭＵ−ＭＩＭＯをする場合にも、単一セル−ＭＵ−ＭＩＭＯと同様に、協調スケジューリングされる端末間の干渉を避けるために、高い正確性のチャネル状態情報が要求なる。ＣｏＭＰ ＣＢの場合にも同様、隣接セルがサービングセルに与える干渉を回避するには、精巧なチャネル状態情報が要求される。一般に、チャネル状態情報フィードバックの正確度を上げるためには、端末の追加的なチャネル状態情報フィードバック報告が必要であり、これはＰＵＣＣＨ又はＰＵＳＣＨを介して基地局に送信される。

以下、下りリンクデータチャネルの送信モードに関して説明する。現在、３ＧＰＰ ＬＴＥ標準文書、具体的に、３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１３文書では、下記の表１のように下りリンクデータチャネル送信モードに関して定義している。また、下記の送信モードは、上位層シグナリング、すなわち、ＲＲＣシグナリングによって端末に設定される。

表１を参照すると、現在、３ＧＰＰ ＬＴＥ標準文書では、送信モードとこれに対応するＤＣＩフォーマット、すなわち、送信モードベースのＤＣＩフォーマットを示している。また、それぞれの送信モードにかかわらずに適用可能なモード、すなわち、フォールバック（Ｆａｌｌ−ｂａｃｋ）モードのためのＤＣＩフォーマット１Ａが定義されている。送信モードに関する動作例として、表１で、端末は、ＰＤＣＣＨをブラインドデコーディングした結果、ＤＣＩフォーマット１Ｂが検出されると、単一レイヤを用いた閉ループ空間多重化技法でＰＤＳＣＨが送信されたと仮定してＰＤＳＣＨをデコーティングする。

また、上記の表１で、送信モード１０は、上述したＣｏＭＰ送信方式の下りリンクデータチャネル送信モードを意味する。例えば、端末がＰＤＣＣＨをブラインドデコーディングした結果、ＤＣＩフォーマット２Ｄが検出されると、アンテナポート７乃至１４、すなわち、ＤＭ−ＲＳに基づいて多重レイヤ送信技法でＰＤＳＣＨが送信されるという仮定の下にＰＤＳＣＨをデコーティングする。又は、ＤＭ−ＲＳアンテナポート７又は８に基づいて単一アンテナ送信技法でＰＤＳＣＨが送信されるという仮定の下にＰＤＳＣＨをデコーティングする。

一方、ＰＤＣＣＨをブラインドデコーディングした結果、ＤＣＩフォーマット１Ａが検出されると、当該サブフレームがＭＢＳＦＮサブフレームであるか否かによって送信モードが異なる。例えば、当該サブフレームが非−ＭＢＳＦＮサブフレームであれば、ＰＤＳＣＨはアンテナポート０のＣＲＳに基づく単一アンテナ送信又はＣＲＳベース送信ダイバーシチ技法で送信されたという仮定の下にデコーティングする。また、当該サブフレームがＭＢＳＦＮサブフレームであれば、ＰＤＳＣＨはアンテナポート７のＤＭ−ＲＳに基づく単一アンテナ送信がなされたという仮定の下にデコーティングすることができる。

以下では、参照信号についてより詳しく説明する。

一般に、チャネル測定のためにデータと共に送信側と受信側の両方で既に知っている参照信号が送信側から受信側に送信される。このような参照信号は、チャネル測定に加え、変調技法を知らせて復調過程が行われるようにする役割を果たす。参照信号は、基地局と特定端末のための専用参照信号（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ＲＳ；ＤＲＳ）、すなわち、端末特定参照信号と、セル内の全端末のためのセル特定参照信号である共通参照信号（ｃｏｍｍｏｎ ＲＳ又はＣｅｌｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＲＳ；ＣＲＳ）とに区別される。また、共通参照信号は、端末でＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩを測定して基地局に報告するための参照信号を含み、これをＣＳＩ−ＲＳ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ−ＲＳ）と称する。

図８及び図９は、４個のアンテナを用いた下りリンク送信を支援するＬＴＥシステムにおける参照信号の構造を示す図である。特に、図８は一般（ｎｏｒｍａｌ）ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）の場合を示し、図９は拡張（ｅｘｔｅｎｄｅｄ）ＣＰの場合を示す。

図８及び図９を参照すると、格子に記載された０乃至３は、アンテナポート０乃至３のそれぞれに対応してチャネル測定とデータ復調のために送信されるセル特定参照信号であるＣＲＳ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）を意味し、セル特定参照信号のＣＲＳは、データ情報領域の他、制御情報領域全般にわたっても端末に送信されている。

また、格子に記載された「Ｄ」は、端末特定ＲＳである下りリンクＤＭ−ＲＳ（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ＲＳ）を意味し、ＤＭ−ＲＳは、データ領域、すなわち、ＰＤＳＣＨを通じて単一アンテナポート送信を支援する。端末特定ＲＳであるＤＭ−ＲＳ存在の有無は上位層を通じて端末にシグナリングされる。図８及び図９は、アンテナポート５に対応するＤＭ−ＲＳを例示しており、３ＧＰＰ標準文書３６．２１１ではアンテナポート７乃至１４、すなわち、総８個のアンテナポートに対するＤＭ−ＲＳも定義している。

図１０は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＤＭ−ＲＳ割り当て例を示す図である。

図１０を参照すると、ＤＭ−ＲＳグループ１にはアンテナポート｛７、８、１１、１３｝に該当するＤＭ−ＲＳがアンテナポート別シーケンスを用いてマップされ、ＤＭ−ＲＳグループ２にはアンテナポート｛９、１０、１２、１４｝に該当するＤＭ−ＲＳが同様、アンテナポート別シーケンスを用いてマップされる。

一方、上述したＣＳＩ−ＲＳは、ＣＲＳとは別にＰＤＳＣＨに対するチャネル測定を目的に提案されたし、ＣＲＳとは違い、ＣＳＩ−ＲＳは、多重セル環境でセル間干渉（ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＩＣＩ）を減らすために、最大３２通りの異なったリソース設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）が定義されてもよい。

ＣＳＩ−ＲＳ（リソース）設定は、アンテナポートの個数によってそれぞれ異なり、隣接セル間には、できるだけ異なった（リソース）設定と定義されたＣＳＩ−ＲＳが送信されるように構成される。ＣＳＩ−ＲＳは、ＣＲＳとは違い、最大８個のアンテナポートまで支援し、３ＧＰＰ標準文書では、アンテナポート１５乃至２２までの総８個のアンテナポートをＣＳＩ−ＲＳのためのアンテナポートとして割り当てる。下記の表１及び表２は、３ＧＰＰ標準文書で定義しているＣＳＩ−ＲＳ設定を示すものであり、特に、表２は、一般（Ｎｏｒｍａｌ ＣＰ）である場合を、表３は、拡張ＣＰ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ＣＰ）である場合を示している。

表２及び表３で、

は、ＲＥインデックスを表し、

は、副搬送波インデックスを、

は、ＯＦＤＭシンボルインデックスを表す。図１１は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義されたＣＳＩ−ＲＳ設定のうち、一般ＣＰの場合におけるＣＳＩ−ＲＳ設定＃０を例示する。

また、ＣＳＩ−ＲＳサブフレーム設定を定義することができ、これは、サブフレーム単位で表現される周期

とサブフレームオフセット

で構成される。下記の表４は、３ＧＰＰ標準文書で定義しているＣＳＩ−ＲＳサブフレーム設定を示すものである。

一方、現在、ＺＰ（ｚｅｒｏ−ｐｏｗｅｒ）ＣＳＩ−ＲＳに関する情報はＲＲＣ層信号によって設定される。特に、ＺＰ ＣＳＩ−ＲＳリソース設定は、ｚｅｒｏＴｘＰｏｗｅｒＳｕｂｆｒａｍｅＣｏｎｆｉｇと１６ビットサイズのビットマップであるｚｅｒｏＴｘＰｏｗｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅＣｏｎｆｉｇＬｉｓｔで構成される。このうち、ｚｅｒｏＴｘＰｏｗｅｒＳｕｂｆｒａｍｅＣｏｎｆｉｇは、表４に該当する値によって当該ＺＰ ＣＳＩ−ＲＳが送信される周期及びサブフレームオフセットを知らせる。また、ｚｅｒｏＴｘＰｏｗｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅＣｏｎｆｉｇＬｉｓｔは、ＺＰ ＣＳＩ−ＲＳ設定を知らせる情報であり、上記ビットマップのそれぞれの要素は、上記の表２又は表３でＣＳＩ−ＲＳのためのアンテナポートが４個である列（Ｃｏｌｕｍｎ）に含まれた設定を示す。このようなＺＰ ＣＳＩ−ＲＳ以外の一般的なＣＳＩ−ＲＳは、ＮＺＰ（Ｎｏｎ ｚｅｒｏ−ｐｏｗｅｒ）ＣＳＩ−ＲＳと呼ぶ。

一方、上述したＣｏＭＰ技法の適用時に、端末に複数のＣＳＩ−ＲＳ設定がＲＲＣ層信号によって設定されてもよい。それぞれのＣＳＩ−ＲＳ設定は、下記の表５のように定義される。表５を参照すると、各ＣＳＩ−ＲＳ設定別にＱＣＬ（Ｑｕａｓｉ Ｃｏ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ）仮定が可能なＣＲＳに関する情報が含まれていることがわかる。

以下、アンテナポート間ＱＣＬ（Ｑｕａｓｉ Ｃｏ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ）について説明する。

アンテナポート間ＱＣＬされているということは、端末が一つのアンテナポートから受信する信号（或いは、当該アンテナポートに対応する無線チャネル）の広範囲特性（ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）が、他のアンテナポートから受信する信号（或いは、当該アンテナポートに対応する無線チャネル）の広範囲特性と全て又は一部が同一だと仮定し得るということを意味する。ここで、広範囲特性は、周波数オフセットに関連したドップラー拡散（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｒｅａｄ）、ドップラーシフト（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｈｉｆｔ）、タイミングオフセットに関連した平均遅延（ａｖｅｒａｇｅ ｄｅｌａｙ）、遅延拡散（ｄｅｌａｙ ｓｐｒｅａｄ）などを含み、さらに平均利得（ａｖｅｒａｇｅ ｇａｉｎ）も含むことができる。

上の定義によれば、端末はＱＣＬされていないアンテナポート、すなわち、ＮＱＣＬ（Ｎｏｎ Ｑｕａｓｉ ｃｏ−Ｌｏｃａｔｅｄ）されたアンテナポート間には広範囲特性が同一であると仮定することができない。この場合、端末はアンテナポート別に周波数オフセット及びタイミングオフセットなどを取得するためのトラッキング（ｔｒａｃｋｉｎｇ）手順を独立して行わなければならない。

一方、ＱＣＬされているアンテナポート間については端末が次のような動作を行うことができるという利点がある。

１）端末が特定アンテナポートに対応する無線チャネルに対する電力−遅延プロファイル（ｐｏｗｅｒ−ｄｅｌａｙ ｐｒｏｆｉｌｅ）、遅延拡散、ドップラースペクトル（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）及びドップラー拡散推定の結果を、他のアンテナポートに対応する無線チャネルに対するチャネル推定時に用いられるウィナーフィルター（Ｗｉｅｎｅｒ ｆｉｌｔｅｒ）パラメータなどに同一に適用することができる。

２）また、端末は、特定アンテナポートに対する時間同期及び周波数同期を取った後、同一の同期を他のアンテナポートに対しても適用することができる。

３）最後に、平均利得に関しても、端末は、ＱＣＬされているアンテナポートのそれぞれに対するＲＳＲＰ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ）測定値を平均値として計算することができる。

例えば、端末がＰＤＣＣＨ（或いは、Ｅ−ＰＤＣＣＨ）を介してＤＭ−ＲＳベース下りリンクデータチャネルスケジューリング情報、例えば、ＤＣＩフォーマット２Ｃを受信すると、端末は、当該スケジューリング情報で示すＤＭ−ＲＳシーケンスを用いてＰＤＳＣＨに対するチャネル推定を行った後、データ復調を行う場合であると仮定する。

このような場合、端末が下りリンクデータチャネル復調をするためのＤＭ−ＲＳアンテナポートがサービングセルのＣＲＳアンテナポートとＱＣＬされていると、端末は、当該ＤＭ−ＲＳアンテナポートを用いたチャネル推定時に、自身のＣＲＳアンテナポートから推定した無線チャネルの広範囲特性（ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）をそのまま適用し、ＤＭ−ＲＳベース下りリンクデータチャネル受信性能を向上させることができる。

同様に、端末が下りリンクデータチャネル復調をするためのＤＭ−ＲＳアンテナポートがサービングセルのＣＳＩ−ＲＳアンテナポートとＱＣＬされていると、端末は、当該ＤＭ−ＲＳアンテナポートを用いたチャネル推定時に、サービングセルのＣＳＩ−ＲＳアンテナポートから推定した無線チャネルの広範囲特性をそのまま適用し、ＤＭ−ＲＳベース下りリンクデータチャネル受信性能を向上させることができる。

一方、ＬＴＥシステムでは、ＣｏＭＰモードである送信モード１０で下りリンク信号を送信する際、基地局が上位層信号を用いてＱＣＬタイプＡ及びＱＣＬタイプＢのうちの一つを端末に設定するように定義している。

ここで、ＱＣＬタイプＡは、ＣＲＳ、ＤＭ−ＲＳ及びＣＳＩ−ＲＳのアンテナポートが、平均利得以外の広範囲特性がＱＣＬされていると仮定するものであり、同一のノード（ｐｏｉｎｔ）で物理チャネル及び信号が送信されているということを意味する。一方、ＱＣＬタイプＢは、ＤＰＳ、ＪＴなどのＣｏＭＰ送信が可能なように、端末当たり最大４個までのＱＣＬモードを上位層メッセージを用いて設定し、それらのうちどのＱＣＬモードで下りリンク信号を受信しなければならないかを動的にＤＣＩ（ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を用いて設定するように定義されている。

ＱＣＬタイプＢが設定された場合のＤＰＳ送信に関して、より具体的に説明する。

まず、Ｎ_１個のアンテナポートで構成されたノード＃１は、ＣＳＩ−ＲＳリソース（ｒｅｓｏｕｒｃｅ）＃１を送信し、Ｎ_２個のアンテナポートで構成されたノード＃２は、ＣＳＩ−ＲＳリソース（ｒｅｓｏｕｒｃｅ）＃２を送信すると仮定する。この場合、ＣＳＩ−ＲＳリソース＃１をＱＣＬモードパラメータセット＃１に含め、ＣＳＩ−ＲＳリソース＃２をＱＣＬモードパラメータセット＃２に含める。さらに、基地局はノード＃１及びノード＃２の共通カバレッジ内に存在する端末に、上位層信号によってパラメータセット＃１及びパラメータセット＃２を設定する。

その後、基地局が当該端末にノード＃１を介してデータ（すなわち、ＰＤＳＣＨ）送信時にＤＣＩを用いてパラメータセット＃１を設定し、ノード＃２を介してデータ送信時にパラメータセット＃２を設定する方式でＤＰＳを行うことができる。端末にとっては、ＤＣＩによってパラメータセット＃１が設定されると、ＣＳＩ−ＲＳリソース＃１とＤＭ−ＲＳがＱＣＬされていると仮定し、パラメータセット＃２が設定されると、ＣＳＩ−ＲＳリソース＃２とＤＭ−ＲＳがＱＣＬされていると仮定することができる。

以下、能動アンテナシステム（Ａｃｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ；ＡＡＳ）及び３次元ビームフォーミングについて説明する。

既存のセルラーシステムにおいて、基地局は、機械的ティルティング（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｉｌｔｉｎｇ）或いは電気的ティルティング（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｉｌｔｉｎｇ）を用いてセル間干渉を減らし、セル内端末のスループット、例えばＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を向上させる方案を用いてきた。図面を参照してより詳しく説明する。

図１２は、アンテナティルティング方式を説明するための図である。特に、図１２の（ａ）には、アンテナティルティングが適用されていないアンテナ構造を示し、図１２の（ｂ）には、機械的ティルティングが適用されたアンテナ構造を示し、図１２の（ｃ）には、機械的ティルティングと電気的ティルティングの両方が適用されたアンテナ構造を示す。

図１２の（ａ）と図１２の（ｂ）とを比較すると、機械的ティルティングの場合、図１２の（ｂ）のように、初期設置時にビーム方向が固定されてしまうという短所がある。さらに、電気的ティルティングの場合、図１２の（ｃ）のように、内部位相遷移（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ）モジュールを用いてティルティング角（ｔｉｌｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を変更することができるが、事実上、セル固定的ティルティングから、非常に制約的な垂直ビームフォーミングしかできないという短所がある。

図１３は、既存のアンテナシステムと能動アンテナシステム（Ａｃｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ；ＡＡＳ）とを比較する図である。特に、図１３の（ａ）には既存のアンテナシステムを示し、図１３の（ｂ）には能動アンテナシステムを示す。

図１３を参照すると、能動アンテナシステムは、既存のアンテナシステムと違い、複数のアンテナモジュールのそれぞれが電力増幅器をはじめとしてＲＦモジュール、すなわち、能動（ａｃｔｉｖｅ）素子を備えており、アンテナモジュールのそれぞれに対して電力及び位相を調節できるという特徴を有する。

一般に考慮してきたＭＩＭＯアンテナ構造は、ＵＬＡ（ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｉｎｅａｒ ａｒｒａｙ）のように、線形的な、すなわち、１次元アレイのアンテナを考慮した。このような１次元アレイ構造では、ビームフォーミングで生成可能なビームが２次元平面内に存在する。これは、既存の基地局の受動アンテナシステム（Ｐａｓｓｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ；ＰＡＳ）ベースのＭＩＭＯ構造にも適用される。ＰＡＳベースの基地局にも垂直アンテナ及び水平アンテナが存在するが、垂直アンテナは一つのＲＦモジュールに拘束されているため、垂直方向にビームフォーミングが不可能であり、上述した機械的ティルティングしか適用することができない。

しかし、基地局のアンテナ構造が能動アンテナシステムへと進化しながら、垂直方向のアンテにも独立したＲＦモジュールが具現されることとなり、これによって、水平方向だけでなく垂直方向にもビームフォーミングが可能になった。これを垂直ビームフォーミング又はエレベーションビームフォーミング（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）と呼ぶ。

垂直ビームフォーミングによれば、生成可能なビームを、垂直及び水平方向へと３次元空間に表現することができ、これを３次元ビームフォーミングと呼ぶこともできる。すなわち、３次元ビームフォーミングは、１次元アレイのアンテナ構造から平面形態の２次元アレイのアンテナ構造に進化することから可能になったものである。ここで、３次元ビームフォーミングは、アンテナアレイが必らしも平面（ｐｌａｎａｒ）形状である必要はなく、リング（ｒｉｎｇ）形状の３次元形態のアレイ構造でも可能である。３次元ビームフォーミングの特徴は、既存の１次元アレイのアンテナ構造ではなく様々な形態のアンテナ配置によってＭＩＭＯプロセスが３次元空間上でなされるということにある。

図１４は、能動アンテナシステムに基づいて端末特定ビームを形成した例を示す図である。図１４を参照すると、３次元ビームフォーミングによって、端末が基地局の左右に動く場合だけでなく、前後に動く場合にもビームフォーミングが可能であり、端末特定ビーム形成に、より高い自由度が提供されることがわかる。

なお、能動アンテナベースの２次元アレイのアンテナ構造を用いた送信環境としては、室外基地局から室外端末に送信する環境だけでなく、室外基地局が室内端末に送信する環境（Ｏ２Ｉ、Ｏｕｔｄｏｏｒ ｔｏ Ｉｎｄｏｏｒ）、及び室内基地局が室内端末に送信する環境（Ｉｎｄｏｏｒ ｈｏｔｓｐｏｔ）などを考慮することができる。

図１５は、能動アンテナシステムベースの３次元ビーム送信シナリオを示す図である。

図１５を参照すると、セル内に様々な複数の建物が存在する実際セル環境を仮定すると、基地局は、端末特定水平ビーム操向だけでなく、建物の高さによる様々な端末の高さを考慮した垂直ビーム操向能力まで考慮しなければならない。このようなセル環境を考慮する場合、既存の無線チャネル環境とは多く異なるチャネル特性、例えば、高さの差による陰影／経路損失変化、フェーディング特性変化などを反映する必要がある。

言い換えると、３次元ビームフォーミングは、既存に線形的な１次元アレイのアンテナ構造に基づいて水平方向にのみなされた水平ビームフォーミングが進化したものであり、平面配列（ｐｌａｎａｒ ａｒｒａｙ）などの多次元アレイのアンテナ構造又は大規模アンテナ（ｍａｓｓｉｖｅ ａｎｔｅｎｎａ）アレイに基づいてエレベーションビームフォーミング或いは垂直ビームフォーミングまで拡張及び結合された形態のＭＩＭＯプロセシング技法を意味する。

上記の大規模アンテナアレイは、次の特性の一つ以上を有することができる。すなわち、ｉ）２次元平面又は３次元空間に位置し、ｉｉ）論理的又は物理的アンテナが８個以上であり（ここで論理的アンテナは、アンテナポートと表現してもよい。）、ｉｉｉ）それぞれのアンテナがＡＡＳで構成される。ただし、上記の大規模アンテナアレイの定義はこれに制限されない。

＜第１実施例＞
既存のＭＩＭＯシステムでは閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ）ＭＩＭＯ送信のために基地局の全体アンテナアレイに対するＰＭＩフィードバックがなされている。これは、ＰＭＩコードブック形態で表現される全体基地局アンテナが生成できる複数のビーム方向のうち、端末が最も好むビーム方向をフィードバックすることと見なすことができる。

下記の表６は、４行４列形態の１６個アンテナで送信するビームと、８行８列形態の６４個アンテナで送信するビームの形態を比較するものである。表６を参照すると、基地局アンテナ数が増加するほど、基地局の生成するビーム幅が減少しがらビームの形態が鋭くなり、結果としてビーム利得が大きくなることがわかる。閉ループＭＩＭＯ送信の際、ビームが鋭くなると、チャネルの小さい変化にも、端末が測定した時点におけるＰＭＩと実際に基地局が送信する時点におけるＰＭＩとが不一致し、性能の低下が非常に大きくなる。すなわち、フィードバックに対する性能敏感度が非常に大きくなりうる。

そこで、本発明では、複数の送信アンテナを有するシステムにおいて、基地局が端末間チャネル状況に応じて適応的にビーム形態（例えば、ビーム幅、ビーム利得、ビーム方向など）を制御する方法及びこれを支援するための端末のフィードバック方法を提案する。

まず、基地局が端末に信号を送信する際、各端末のチャネル状況に適した有効送信アンテナポート集合を適応的に選択して適用することを提案する。

有効送信アンテナポート集合とは、基地局の全体送信アンテナポート集合の任意の部分集合であって、端末にデータ送信を行うアンテナ集合を意味し、端末とのチャネル状況に応じて、データ送信に用いられるアンテナを全体アンテナの一部に限定することができる。

図１６は、全体アンテナポートから有効アンテナポート集合を選択した例を示す図である。

図１６を参照すると、８ｔｘ ＵＬＡ（ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｉｎｅａｒ ａｒｒａｙ）の場合は、ビームが相対的に鋭いため、動きが少なく、周辺環境も静的であり、ＬｏＳ（ｌｉｎｅ ｏｆ ｓｉｇｈｔ）が確保される環境では、相当な利得を得ることができるが、端末の動きが激しいか、端末の周辺にチャネルの動的変化を起こす要因が多い場合は、フィードバックオーバーヘッドは非常に大きいのに比べて、パケット誤りによる再送信確率が高くなりうる。この場合、たとえ再送信が起こらないとしても、ＮＬｏＳ（Ｎｏｎ ｌｉｎｅ ｏｆ ｓｉｇｈｔ）環境ではビームフォーミング利得そのものが非常に小さくなりうる。

従来ではこのような環境下にある端末には開ループ（ｏｐｅｎ−ｌｏｏｐ）ＭＩＭＯ技術を適用した。しかし、開ループＭＩＭＯ技術はビーム利得が得られない技術であることから、アンテナ数が増加するほど、閉ループＭＩＭＯに比べて性能の低下は大きくなるという短所がある。そこで、本発明では、基地局が端末のチャネル環境が一定レベルのビームフォーミング利得を得難いと予想される場合、図１６のように、ビーム利得が減ってもビーム幅を広める形にビームを形成して送信する方法を提案する。すなわち、図１６は、ビーム幅を広めるために、有効アンテナポートの数及び有効アンテナアレイ（ａｒｒａｙ）のサイズを減らす例である。

有効アンテナポート、すなわち、有効アンテナアレイは必ずしも、図１６のように、隣接したアンテナポートで構成されるものではない。

図１７は、全体アンテナポートから有効アンテナポート集合を選択した他の例を示す図である。端末がＮＬｏＳ環境であるとともに基地局と隣接していてＳＩＮＲに優れていることから、ランク（ｒａｎｋ）２以上の空間多重化（ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が可能な状況を仮定すると、フィードバックオーバーヘッド対比性能を考慮して、図１７に示すように、全体有効アンテナアレイのサイズは多く減らさず、有効アンテナの個数のみを減らして送信することができる。

類似の実施例として、隣接する２つのアンテナを束ねて一つの論理アンテナにマップする場合、全体有効アンテナアレイのサイズは略同一に維持したまま、有効アンテナの個数（或いは、論理アンテナの個数）を半分に減らすことができる。

２次元アンテナアレイに本発明を適用する場合、全体アンテナに対して有効アンテナポート集合を一度で決定することもできるが、垂直領域及び水平領域のそれぞれに対して有効アンテナの数及び／又は有効アンテナアレイのサイズを制御することもできる。すなわち、垂直領域の有効アンテナポート集合と水平領域の有効アンテナポート集合をそれぞれ決定することができる。ただし、本発明の有効送信アンテナポート集合が適用される物理信号／チャネルの範囲は、ＬＴＥシステムにおけるＤＭ−ＲＳ（ＵＥ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＲＳ）、ＰＤＳＣＨのような端末特定信号／チャネルに限定することができる。

本発明によれば、端末特定ビームの形成においてチャネル誤りが深刻になりうると予想される環境にある端末、或いはデータ再送信が必要な端末（ｆａｌｌ−ｂａｃｋ ｍｏｄｅ）に、ビームのシャープネス（ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）を減らして送信することによって、パケット誤り確率を下げることができ、且つチャネル誤りが深刻になりうると予想される環境にある端末やＳＩＮＲがよくない端末に対してフィードバックオーバーヘッドを減らしたりフィードバック精密度を上げたりすることができる。

一方、本発明によれば、端末のチャネル状況を３つ以上のカテゴリーに分けて送信モードを決定することができる。例えば、有効アンテナポート集合、すなわち、部分的アンテナアレイ（ｐａｒｔｉａｌ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ）を用いた送信モードを、下記のように定義することができる。

‐ Ｃａｔｅｇｏｒｙ １ （Ｌｏｗ ｍｏｂｉｌｉｔｙ， ＬｏＳ， Ｓｔａｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ) → Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｗｉｔｈ ｅｎｔｉｒｅ ａｎｔｅｎｎａｓ

‐ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ２ （Ｍｉｄ ｍｏｂｉｌｉｔｙ， ｗｅａｋ ＬｏＳ， Ｎｏｎ−ｓｔａｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ） → Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｓｕｂｓｅｔ ｏｆ ａｎｔｅｎｎａｓ

‐ Ｃａｔｅｇｏｒｙ ３ （Ｈｉｇｈ ｍｏｂｉｌｉｔｙ， ＮＬｏＳ， Ｄｙｎａｍｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ） → ｏｐｅｎ−ｌｏｏｐ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ

一方、部分的アンテナアレイを用いたビームフォーミング時に、基地局と端末のチャネルの特性、例えば、端末の移動性（ｓｐｅｅｄ、ｒｏｔａｔｉｏｎ、ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎなど）、チャネルのドップラー程度（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｒｅａｄ、Ｍａｘ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｖａｌｕｅなど）、端末周辺のスキャッタリング環境（スキャッタの数及び分布、スキャッタの移動性など）、チャネル行列の特性パラメータ（ｒａｎｋ、ｅｉｇｅｎ ｖａｌｕｅ、ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒなど）、ＬｏＳ／ＮＬｏＳ因子（ＬｏＳ利得対ＮＬｏＳ利得、ＮＬｏＳクラスタの数など）、及びＳＩＮＲのうち少なくとも一つによって有効送信アンテナポート集合を決定することができる。これらの情報の一部は、基地局カバレッジ内で端末位置によって無線環境データベースから取得したり、基地局が上りリンク信号を用いて直接測定することもでき、一部の情報は、端末が提供することもできる。

又は、部分的アンテナアレイを用いたビームフォーミング時に、端末は基地局に、端末の移動性（ｓｐｅｅｄ、ｒｏｔａｔｉｏｎ、ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎなど）、チャネルのドップラー程度（Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｒｅａｄ、Ｍａｘ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｖａｌｕｅなど）、端末周辺のスキャッタリング環境（スキャッタの数及び分布、スキャッタの移動性など）、チャネル行列の特性パラメータ（ｒａｎｋ、ｅｉｇｅｎ ｖａｌｕｅ、ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒなど）、ＬｏＳ／ＮＬｏＳ因子（ＬｏＳ利得対ＮＬｏＳ利得、ＮＬｏＳクラスタの数など）、及びＳＩＮＲのうち一つ以上の情報を提供することができる。そのために、端末は、位置センサー、加速センサーなどの様々なセンサーにおける情報を用いてフィードバック情報を構成することができる。

以下、端末のフィードバック情報に基づいて部分アンテナアレイを用いるビームフォーミング方法について説明する。

まず、端末は基地局に好む有効送信アンテナポート集合をフィードバックすることができる。これは、端末が全体基地局送信アンテナポートの中からいずれの送信アンテナポートを有効アンテナポート集合として選択するかを判断し、その情報をフィードバックすることである。同様に、端末は、端末移動性、ドップラー程度、周辺環境のスキャッタリング環境、ＬｏＳか否か、ＳＩＮＲなどのうち取得可能な情報を用いて最適の有効アンテナ集合を選択する。

端末のフィードバック情報は、次のように様々に構成することができる。

ａ）有効送信アンテナポート集合情報は、アンテナポートインデックスの集合（或いは、アンテナポート集合のインデックス）、パイロットパターンインデックス及びアンテナポートの個数のうち一つ以上の情報で構成することができる。

例えば、有効送信アンテナポート集合情報がアンテナポート数とアンテナポート集合インデックスで構成され、基地局アンテナが総８個である場合、端末は、２ｔｘ、４ｔｘ、８ｔｘのうち好むアンテナ数を選択し、当該アンテナ数に該当するインデックスを下記の表７から選択し、当該インデックスと併せてフィードバックする。

＜第２実施例＞
図１８は、ＭＩＭＯシステムの一般的なプリコーディング構造を示す図である。

Ｍ個の空間データストリーム（或いは、レイヤ）は、ＭＩＭＯプリコーダによってＮｔ個の送信アンテナポート或いはＮｔ個の論理送信アンテナにマップされる。ここで、Ｍは、送信ランク（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｎｋ）を表す。もちろん、論理アンテナは実際に物理アンテナと一対一でマップされなくてもよい。例えば、基地局のように大規模アンテナアレイ設置が可能な場合、複数の物理アンテナが一つの論理アンテナにマップされてもよい。一般に、このような論理アンテナ−物理アンテナ間のマッピング関係は、通信規格標準化の対象ではない。受信機においても同様に、論理受信アンテナと物理受信アンテナ間のマッピング関係が設定された後、ＭＩＭＯ受信機を通過する。広帯域システムでは、ＭＩＭＯプリコーダ／受信機の前又は後に、副搬送波マッパー／デマッパー（ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ ｍａｐｐｅｒ／ｄｅｍａｐｐｅｒ）のような周波数変調（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）関連ブロック又はモジュールが追加されてもよい。

ＬＴＥシステムで支援するパイロット信号は、ＭＩＭＯプリコーディングを適用するか否かによって、プリコーディングパイロット（ｐｒｅｃｏｄｅｄ ｐｉｌｏｔ）と非−プリコーディングパイロット（ｎｏｎ−ｐｒｅｃｏｄｅｄ ｐｉｌｏｔ）とに大別できる。非−プリコーディングパイロットは主にチャネル測定用に用いられるものであり、下りリンクではＣＲＳ、ＣＳＩ−ＲＳが、上りリンクではＳＲＳがその範ちゅうに属する。プリコーディングパイロットは、パイロット信号もＭＩＭＯプリコーダを通過して送信され、主に、受信機の送信ストリーム復調（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の用途に用いられる。下りリンクでは端末特定ＲＳ、ＥＰＤＣＣＨ ＤＭ−ＲＳが、上りリンクではＤＭ−ＲＳが、プリコーディングパイロットに該当する。

各パイロット信号は、その種類によって異なる論理アンテナ−物理アンテナマッパーを用いることができる。例えば、ＣＳＩ−ＲＳに対しては最大８までのＮｔが支援されるが、同様に下りリンクパイロットであるＣＲＳに対しては最大４までのＮｔが支援される。

プリコーディングパイロットが用いられる場合、受信機は、各Ｍ個のレイヤで送信される信号が各Ｎｒ個の受信論理アンテナに受信された信号を測定し、ＮｒｘＭのＭＩＭＯチャネル行列を推定することができる。一方、非−プリコーディングパイロットが用いられる場合には、受信機は、各Ｎｔ個の送信論理アンテナからＮｒ個の受信論理アンテナに受信される信号を測定し、ＮｒｘＮｔのＭＩＭＯチャネル行列を推定することができる。広帯域システムにおいて一部の周波数リソースでパイロットが送信されると、当該周波数リソース領域に対するＮｒｘＭ或いはＮｒｘＮｔのＭＩＭＯチャネル行列を推定することができる。

チャネル推定用パイロット信号から受信機が測定したＮｒｘＮｔチャネル行列に関する情報は、送信機にフィードバックされ、送信機がデータ送信時に使用するＭＩＭＯプリコーダを決定する上で用いることができる。このようなフィードバック情報として、選好レイヤ数（Ｍ）に対する情報であるＲＩ、選好ＮｔｘＭのＭＩＭＯプリコーダ情報であるＰＭＩ、ＮｒｘＮｔチャネルの統計的特性情報である共分散行列（ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ）などを挙げることができる。

図１８の送受信構造は受信機の立場で示したものであり、送信機の立場では、多重ユーザ（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ）ＭＩＭＯ送信を考慮して、複数の受信機にそれぞれのＭＩＭＯプリコーダを通して送信する構造に拡張して示すことができる。

一方、上述した大規模（Ｍａｓｓｉｖｅ）ＭＩＭＯに代表される次世代アンテナシステムのように、送信アンテナ数が多くなることから送信論理アンテナ数（Ｎｔ）が既存よりも遥かに多くなると、受信機が推定すべきチャネルもそれだけ多くなり、チャネル推定が複雑となる。このような複雑度は、受信アンテナ数（Ｎｒ）まで増加する場合には一層深刻になりうる。また、送信論理アンテナ数（Ｎｔ）とチャネル推定用パイロットの数は比例するので、同一レベルのチャネル推定性能を維持するにはパイロットオーバーヘッドを増加させなければならない。しかも、一般に、フィードバックのオーバーヘッド及び／又は精密度は、送信論理アンテナ数の増加によって幾何級数的に増加する。結果として、送信論理アンテナ数の増加によって、パイロットオーバーヘッドの増加、フィードバックオーバーヘッドの増加／フィードバック正確度の減少、チャネル推定複雑度／誤り増加などといった問題が発生しうる。

本発明では、送信論理アンテナ数の増加によるパイロット／フィードバックオーバーヘッド及び複雑度の増加といった問題を解決するために、Ｍ個のレイヤをＮｔ’個の第２論理アンテナにマップする第１ＭＩＭＯプリコーダと、Ｎｔ’個の第２論理アンテナをＮｔ（ただし、Ｎｔ’≦Ｎｔ）個の第１論理アンテナにマップする第２ＭＩＭＯプリコーダを構成することを提案する。第２論理アンテナの構成は、送信機と受信機間のチャネル特性に応じて適応的に決定される。

第２ＭＩＭＯプリコーダは、第１論理アンテナを、同数又は少ない数の第２論理アンテナにマップする役割を担う。第２ＭＩＭＯプリコーダの一実施例として、Ｎｔ’＝２、Ｎｔ＝４の場合、次の式１１のようなＮｔｘＮｔ’行列を第２ＭＩＭＯプリコーダとして用いることができる。

この実施例で、

、

は、電力スケーリング因子（ｐｏｗｅｒ ｓｃａｌｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）を表し、その値は、第２ＭＩＭＯプリコーダによる電力減少／増加／維持によって決定することができる。

上述したように、論理アンテナ数は、送信機の立場ではチャネル測定用パイロットの数、受信機の立場ではＣＳＩフィードバック構成のための有効ＭＩＭＯチャネルのサイズを決定する。既存のシステムにおいてこのような論理アンテナは、非−プリコーディングパイロット送信及びこれに基づくＣＳＩフィードバックとして単純化している。すなわち、論理アンテナ数＝送信機送信パイロット数＝受信機のＣＳＩフィードバック構成時に基準となる有効ＭＩＭＯチャネルにおける送信アンテナ数といった関係が成立する。

本提案では新しい論理アンテナ、すなわち、第２論理アンテナを定義する。提案する論理アンテナは、送信機の立場では送信パイロットオーバーヘッドを減らすために用いることができ、受信機の立場ではＣＳＩフィードバック構成時に基準となる有効ＭＩＭＯチャネルの次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を減らしてフィードバックオーバーヘッドを低減したりフィードバック精密度を上げるために用いることができる。このとき、第２論理アンテナは、第２非−プリコーディングパイロットが導入されるか否かによって送信機の送信パイロット数とは一致しなくてもよく、減少した次元ベースのＣＳＩフィードバックが導入されるか否かによって、受信機のＣＳＩフィードバック構成時に基準となる有効ＭＩＭＯチャネルにおける送信アンテナ数と一致しなくてもよい。すなわち、提案する論理アンテナは、送信機の送信パイロットと受信機のフィードバックチャネル構成のいずれか一方にのみ影響を与えてもよい。

本発明の特長は、送信機、受信機、或いはネットワークの状態に応じて、適用される論理アンテナ数を適応的に変えることができるという点である。一般に、第１非−プリコーディングパイロットは受信機によらずに決定される。下りリンクを考慮すると、第１非−プリコーディングパイロットは当該送信機（すなわち、基地局）カバレッジ内の全受信機（すなわち、端末）が受信する。例えば、ＬＴＥシステムにおいて第１非−プリコーディングパイロットに該当するＣＲＳ或いはＣＳＩ−ＲＳは、当該基地局のカバレッジにおける端末が共通に受信し、ＣＳＩフィードバックの他、セル選択、ハンドオーバーなどにも活用される信号である。上りリンクにおける第１非−プリコーディングパイロットの構成も送信機（端末）の特性によって決定されるため、第１論理送信アンテナの数は受信機によって適応的に変えることが難しい。

しかし、本発明によれば、第２ＭＩＭＯプリコーダを受信機或いは受信機の状態に応じて適応的に適用して第２論理送信アンテナの構成を変えることができる。第２論理送信アンテナは、受信機のフィードバック構成或いは送信機のパイロット構成に影響を与え、フィードバックオーバーヘッド／正確度を向上させたり、パイロットオーバーヘッドを減らすことができる。

まず、フィードバックオーバーヘッドの減少及び／又は正確度の向上のために、受信機が第２論理アンテナを基準に構成されたＮｒｘＮｔ’有効ＭＩＭＯチャネルに基づいてＣＳＩフィードバック情報を構成することを提案する。

上記ＣＳＩフィードバックは、ＰＭＩ、ＲＩのような暗黙的（ｉｍｐｌｉｃｉｔ）情報に加えて、チャネル係数（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、共分散行列（ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ）のような明示的（ｅｘｐｌｉｃｉｔ）情報も含むことができる。具体的に、暗黙的情報の場合、既存ではＮｔｘＭのＭＩＭＯプリコーダに関する情報をフィードバックしたとすれば、提案する構造ではＮｔ’ｘＭのＭＩＭＯプリコーダに関する情報をフィードバックする。また、明示的情報の場合、既存にはＮｒｘＮｔチャネルに関する情報をフィードバックしたとすれば、提案する方法ではＮｒｘＮｔ’チャネルに関する情報をフィードバックする。

その結果、本発明によれば、送信機の総送信論理アンテナ数よりも小さい数の論理アンテナを基準にフィードバック情報を構成することができる。どれくらいそしてどのように、より小さい数の論理アンテナを形成するかは、第２ＭＩＭＯプリコーダによって決定される。第２ＭＩＭＯプリコーダの構成は、送信機が独自で決定することもできるが、受信機が送信機の第２ＭＩＭＯプリコーダの決定に用いられる情報を提供することもできる。したがって、次の１）及び２）を提案する。

１）受信機は、第１非−プリコーディングパイロットの受信を通じて、第２ＭＩＭＯプリコーダを決定する上で必要な情報を送信機にフィードバックすることができる。フィードバックする情報は、次のａ）乃至ｄ）のうち少なくとも一つを含むことができる。

ａ）好む第２論理送信アンテナ数（Ｎｔ’）
ｂ）好む第２ＭＩＭＯプリコーダ構成情報
ｃ）第１論理送信アンテナベースのＣＳＩフィードバック情報
ｄ）チャネル特性情報（ドップラー特性、受信機移動速度など）
上のａ）乃至ｄ）の情報のうち、ｃ）第１論理送信アンテナベースのＣＳＩフィードバック情報が適用されると、第２論理送信アンテナベースのＣＳＩフィードバック量を考慮して全体フィードバック量を最適化することができる。例えば、既存のシステムでは５ｍｓｅｃごとに１００ビットサイズの第１論理アンテナベースフィードバックを行ったとすれば、１ｍｓｅｃ当たり２０ビットのフィードバックが行われたといえる。これに対し、本発明では、２０ｍｓｅｃごとに２０ビットサイズの第１論理アンテナベースのＣＳＩフィードバックを行い、追加的に５ｍｓｅｃごとに５０ビットサイズの第２論理アンテナベースのＣＳＩフィードバックを行うようにすることによって、フィードバックオーバーヘッドを減らすことができる。すなわち、１ｍｓｅｃ当たり１１ビットのフィードバックが行われる。上記のｃ）の他、ａ）、ｂ）及びｄ）に対しても、類似の方式でフィードバックオーバーヘッドを減らすことができる。

また、受信機が第２論理アンテナベースのチャネルを測定して報告するためには、大きく２つの方法を考慮することができる。その第一は、適用される第２ＭＩＭＯプリコーダ情報を受信機に直接知らせる方法である。例えば、第２ＭＩＭＯプリコーダに対するいくつかの候補を構成し、候補インデックスの形態で受信機に知らせる方式を考慮することができる。受信機は前記第２ＭＩＭＯプリコーダ情報を受信した後、第１論理アンテナに基づいて生成された第１非−プリコーディングパイロットを測定し、第２論理アンテナベースのＮｒｘＮｔ’有効ＭＩＭＯチャネルを測定することができる。例えば、総１００個の第１論理アンテナ（ｐｏｒｔ ＃０〜＃９９）が送信されるシステムにおいて、受信機に、アンテナポート＃１０〜＃１９のみを選択するアンテナ選択タイプ（ａｎｔｅｎｎａ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）の第２ＭＩＭＯプリコーダが用いられる旨を知らせると、受信機は、当該１０個の第２論理アンテナ集合（アンテナポート＃１０〜＃１９に相当）に該当する有効ＭＩＭＯチャネルを受信してＣＳＩフィードバック情報を構成することができる。

ただし、上の方式は、受信機のフィードバックオーバーヘッド／正確度の向上のために適用できる方法であるが、パイロットオーバーヘッドを減らすことはできない。そこで、第二の方法として、送信機が第２論理アンテナごとに区別される新しいパイロット信号（すなわち、第２非−プリコーディングパイロット）を送信する方法を考慮することもできる。この場合、受信機は、第２非−プリコーディングパイロットを受信して第２論理アンテナベースＮｒｘＮｔ’有効ＭＩＭＯチャネルを直ちに測定することができる。特に、フィードバックオーバーヘッド／正確度の向上にかかわらずパイロットオーバーヘッドを減少できる一つの方法としても活用可能である。

２）送信機は、各第２論理アンテナごとに区別されるパイロット信号（すなわち、第２非−プリコーディングパイロット）を送信することができる。

第２非−プリコーディングパイロットとは、図１９に示すように、第１ＭＩＭＯプリコーダを通過しないが、第２ＭＩＭＯプリコーダは通過して送信されるパイロット信号を意味する。第２非−プリコーディングパイロットが第１非−プリコーディングパイロットと併せて送信される場合、第１非−プリコーディングパイロットは、ハンドオーバー、セル選択／再選択のようなＬ２測定の用途又は第２ＭＩＭＯプリコーダ決定の用途に用いることができる。また、この場合、第２非−プリコーディングパイロットは、ＰＭＩ、ＲＩ、共分散行列、チャネル係数などのようなＣＳＩ測定／フィードバックの用途に用いることができる。そして、第１非−プリコーディングパイロットは、用途によって異なる種類のパイロットが送信されてもよい。例えば、Ｌ２測定の用途に、ＣＲＳ或いはＬＴＥ Ｒｅｌ−１２ＮＣＴ（ｎｅｗ ｃａｒｒｉｅｒ ｔｙｐｅ）で議論されている縮小したＣＲＳ（ｒｅｄｕｃｅｄ ＣＲＳ）が用いられ、第２ＭＩＭＯプリコーダ決定の用途に、ＣＳＩ−ＲＳが用いられてもよい。

第２非−プリコーディングパイロットが導入されると、パイロットオーバーヘッドを減らすことができる。例えば、総１００個の非−プリコーディングパイロット（例えば、ＣＳＩ−ＲＳ）を５ｍｓｅｃごとに送信するシステムのパイロットオーバーヘッドは、１ｍｓｅｃ当たり２０パイロットリソースであるといえる。このシステムにおいて第１プリコーディングパイロットの送信周期を２０ｍｓｅｃと増やし、提案する第２プリコーディングパイロットを５ｍｓｅｃごとに送信するが、第２論理アンテナ数は第２ＭＩＭＯプリコーダによって２０個に減ると仮定すれば、全体パイロットオーバーヘッドは１ｍｓｅｃ当たり９パイロットリソースとなり、２倍以上も減る。

また、第２プリコーディングパイロットは、送信機と受信機間のチャネル状況によって決定されるため、第２プリコーディングパイロットの送信周期や周波数側の送信密度のようなパイロットオーバーヘッドを該当の受信機のチャネル状況に応じて最適化できるという長所がある。

本発明で提案する構造を用いて第２ＭＩＭＯプリコーダを端末の移動性或いはドップラー特性に応じて送信アンテナ数を適応的に設定すると、端末は、当該アンテナ数に合わせてフィードバックを行うことができる。例えば、図１６のように第１論理アンテナ数が８個である環境で、端末が低−移動性の特性を有する場合、第２論理アンテナ数を８個で構成し、中−移動性の特性を有する場合、第２論理アンテナ数を４個で構成し、高−移動性の特性を有する場合、第２論理アンテナ数を１個で構成するような形態で第２ＭＩＭＯプリコーダを適応的に変化させることができる。

３Ｄビームフォーミング環境でこのような適応的部分アレイビームフォーミング（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐａｒｔｉａｌ Ａｒｒａｙ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を適用すると、アンテナアレイの垂直方向と水平方向に送信されるパイロットに対して独立して次数（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を制御することができる。また、垂直方向と水平方向に対して受信機がフィードバックする情報も、独立して次数（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を制御することができる。

一方、大規模アンテナアレイシステム（Ｍａｓｓｉｖｅ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ）において、基地局のアンテナ数は端末のアンテナ数よりも遥かに増加する可能性が高い。この場合、提案した構造を応用すると、サブ−アレイ（ｓｕｂ−ａｒｒａｙ）ベースの多重ユーザビームフォーミング（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）が容易に支援される。

図２０は、本発明に係る、サブ−アレイベース多重ユーザビームフォーミングを支援する通信システムを例示する図である。

図２０を参照すると、基地局のアンテナが１００個であり、当該基地局の範囲内に５個の端末が存在するとすれば、基地局は、１００個のアンテナを２０個ずつ分割して５個の端末をそれぞれ支援することができる。このとき、１つのアンテナが支援する端末が２つ以上となる形態、すなわち、端末とアンテナ間のマッピング関係において複数の端末が一つのアンテナにマップされる場合、各端末当たり２０個以上のアンテナが支援されることも可能であるが、便宜上、これを排除して説明する。

この場合、各端末は２０個の第２論理アンテナを基準にフィードバックを構成し、フィードバックオーバーヘッド／正確度を向上させることができる。第２非−プリコーディングパイロットのオーバーヘッドはユーザ当たり２０個ずつであり、基地局の立場では同様に総１００個のパイロットリソースが必要であると見なすことができるが、各端末の状況に応じて第２非−プリコーディングパイロットの送信周期や周波数側の密度を独立して制御することができ、実際のパイロットオーバーヘッド／正確度を既存システムに比べて格段に向上させることができる。

図２１は、本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

図２１を参照すると、通信装置２１００は、プロセッサ２１１０、メモリ２１２０、ＲＦモジュール２１３０、ディスプレイモジュール２１４０、及びユーザインターフェースモジュール２１５０を備えている。

通信装置２１００は説明の便宜のために示されたもので、一部のモジュールは省略されてもよい。また、通信装置２１００は必要なモジュールをさらに備えてもよい。また、通信装置２１００において一部のモジュールはより細分化したモジュールに区分されてもよい。プロセッサ２１１０は、図面を参照して例示した本発明の実施例に係る動作を実行するように構成される。具体的に、プロセッサ２１１０の詳細な動作は、図１乃至図２０に記載された内容を参照すればよい。

メモリ２１２０は、プロセッサ２１１０に接続し、オペレーティングシステム、アプリケーション、プログラムコード、データなどを格納する。ＲＦモジュール２１３０は、プロセッサ２１１０に接続し、基底帯域信号を無線信号に変換したり、無線信号を基底帯域信号に変換する機能を果たす。そのために、ＲＦモジュール２１３０は、アナログ変換、増幅、フィルタリング及び周波数アップ変換又はこれらの逆過程を行う。ディスプレイモジュール２１４０は、プロセッサ２１１０に接続し、様々な情報をディスプレイする。ディスプレイモジュール２１４０は、特に制限されるものではなく、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）のような周知の要素を用いることができる。ユーザインターフェースモジュール２１５０は、プロセッサ２１１０に接続し、キーパッド、タッチスクリーンなどのような周知のユーザインターフェースの組合せで構成可能である。

以上説明してきた実施例は、本発明の構成要素及び特徴を所定の形態で結合したものである。各構成要素又は特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮しなければならない。各構成要素又は特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態で実施することもでき、一部の構成要素及び／又は特徴を結合して本発明の実施例を構成することもできる。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更されてもよい。ある実施例の一部構成や特徴は、他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成又は特徴に取り替わってもよい。特許請求の範囲において明示的な引用関係にない請求項を結合して実施例を構成したり、出願後の補正により新しい請求項として含めたりできるということは明らかである。

本文書で基地局によって行われるとした特定動作は、場合によってはその上位ノード（ｕｐｐｅｒ ｎｏｄｅ）によって行われることもある。すなわち、基地局を含む複数のネットワークノード（ｎｅｔｗｏｒｋ ｎｏｄｅｓ）からなるネットワークにおいて端末との通信のために行われる様々な動作は、基地局又は基地局以外の他のネットワークノードによって行われ得ることは明らかである。基地局は、固定局（ｆｉｘｅｄ ｓｔａｔｉｏｎ）、ＮｏｄｅＢ、ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）、アクセスポイント（ａｃｃｅｓｓ ｐｏｉｎｔ）などの用語にしてもよい。

本発明に係る実施例は、様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）、ソフトウェア又はそれらの結合などによって具現することができる。ハードウェアによる具現では、本発明の一実施例は、一つ又はそれ以上のＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。

ファームウェアやソフトウェアによる具現では、本発明の一実施例は、以上で説明された機能又は動作を実行するモジュール、手順、関数などの形態で具現されてもよい。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶され、プロセッサによって駆動可能である。メモリユニットは、プロセッサの内部又は外部に設けられ、公知の様々な手段によってプロセッサとデータを交換することができる。

様々な実施例が、上述の発明を実行するための形態に説明されている。

以上、無線通信システムにおいて部分アンテナアレイに基づくビームフォーミング実行方法及びそのための装置は、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムに適用される例を中心に説明されたが、３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの他、様々な無線通信システムにも適用可能である。また、本発明は、大規模アンテナに限定されず、他のアンテナアレイ構造に適用されてもよい。

本発明は、本発明の特徴から逸脱しない範囲で別の特定の形態に具体化できるということが当業者にとっては自明である。したがって、上記の詳細な説明は、いずれの面においても制限的に解釈してはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付の請求項の合理的な解釈によって決定すべきであり、本発明の等価的範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。

Claims (10)

1. 無線通信システムにおいて基地局の大規模アンテナアレイに基づくビームフォーミングを用いて、端末が基地局から信号を受信する方法であって、
   前記大規模アンテナアレイに含まれた複数のアンテナポートの中から選好アンテナポート集合を構成するステップと、
   前記選好アンテナポート集合に対応する参照信号を受信してチャネル状態情報を算出し、前記チャネル状態情報を前記基地局に報告するステップと、
   前記チャネル状態情報に基づいて前記選好アンテナポート集合を用いてビームフォーミングされた信号を前記基地局から受信するステップと、
   を有することを特徴とする、信号受信方法。
2. 前記選好アンテナポート集合に含まれたアンテナポートの個数及びアンテナポートインデックスに関する情報を含む選好アンテナポート集合情報を前記基地局に送信するステップをさらに有すことを特徴とする、請求項１に記載の信号受信方法。
3. 前記選好アンテナポート集合に含まれたアンテナポートの個数及びアンテナポートインデックスに関する情報を含む選好アンテナポート集合情報を前記基地局から受信するステップをさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の信号受信方法。
4. 前記アンテナポートの個数及び前記アンテナポートインデックスは、
   前記端末の移動性、前記端末と基地局間のチャネルのドップラー特性、前記端末と基地局間のチャネル行列の特性パラメータ、前記チャネルの信号対雑音比のうち少なくとも一つに基づいて決定されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の信号受信方法。
5. 前記参照信号は、端末特定参照信号であることを特徴とする、請求項１に記載の信号受信方法。
6. 無線通信システムにおいて大規模アンテナアレイに基づくビームフォーミングを用いて、基地局が端末に信号を送信する方法であって、
   前記大規模アンテナアレイに含まれた複数のアンテナポートの中から前記端末のための選好アンテナポート集合を構成するステップと、
   前記選好アンテナポート集合に対応する参照信号を前記端末に送信するステップと、
   前記参照信号に基づいて算出されたチャネル状態情報を前記端末から受信するステップと、
   前記チャネル状態情報に基づいて前記選好アンテナポート集合を用いてビームフォーミングされた信号を前記端末に送信するステップと、
   を有することを特徴とする、信号送信方法。
7. 前記選好アンテナポート集合に含まれたアンテナポートの個数及びアンテナポートインデックスに関する情報を含む選好アンテナポート集合情報を前記端末から受信するステップをさらに有することを特徴とする、請求項６に記載の信号送信方法。
8. 前記選好アンテナポート集合に含まれたアンテナポートの個数及びアンテナポートインデックスに関する情報を含む選好アンテナポート集合情報を前記端末に送信するステップをさらに有することを特徴とする、請求項６に記載の信号送信方法。
9. 前記アンテナポートの個数及び前記アンテナポートインデックスは、
   前記端末の移動性、前記端末と基地局間のチャネルのドップラー特性、前記端末と基地局間のチャネル行列の特性パラメータ、前記チャネルの信号対雑音比のうち少なくとも一つに基づいて決定されることを特徴とする、請求項７又は８に記載の信号送信方法。
10. 前記参照信号は、端末特定参照信号であることを特徴とする、請求項６に記載の信号送信方法。

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