JP2014053812A - 無線基地局、無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元ビームフォーミングを用いたＭＩＭＯ伝送において、参照信号のオーバーヘッドの増大を抑制すること。
【解決手段】水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを形成するアンテナ部と、参照信号を所定のアンテナポートに対応づけてマッピングするマッピング部と、参照信号にプリコーディング処理を行うプリコーディング処理部とを設け、アンテナ部は、水平ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される水平用アンテナ素子列と、垂直ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される垂直用アンテナ素子列と、を有し、マッピング部は、同一の水平用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子、又は同一の垂直用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子にそれぞれ対応する参照信号に同一のアンテナポートを割当てる。
【選択図】図１３

Description

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

ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）ネットワークにおいて、さらなる高速データレート、低遅延などを目的としてロングタームエボリューション（ＬＴＥ：Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）が検討されている（非特許文献１）。ＬＴＥではマルチアクセス方式として、下り回線（下りリンク）にＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）をベースとした方式を用い、上り回線（上りリンク）にＳＣ−ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）をベースとした方式を用いている。

ＬＴＥでは、複数のアンテナを用いてデータを送受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ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）が規定されている。ＭＩＭＯにおいては、送受信機に複数の送信／受信アンテナを用意し、送信側の異なる送信アンテナから同時に異なる情報系列を送信する。一方、受信側では、送信／受信アンテナ間で異なるフェージング変動が生じることを利用して、同時に送信された情報系列を分離して検出する。

ＭＩＭＯの伝送方式として、同一のユーザ向けの送信情報系列が、異なる送信アンテナから同時に送信されるシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ））と、異なるユーザ向けの送信情報系列が、異なる送信アンテナから同時に送信されるマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ））とが提案されている。ＳＵ−ＭＩＭＯ及びＭＵ−ＭＩＭＯにおいては、アンテナに設定されるべき位相及び振幅の制御量（プリコーディングウェイト）に対応する最適なＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）をコードブックから選択し、これをチャネル情報（ＣＳＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）として送信機にフィードバックする。送信機側では、受信機からフィードバックされたＰＭＩに基づいて各送信アンテナを制御し、送信情報系列を送信する。

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

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））。このＬＴＥ−Ａでは、垂直方向の指向性を持たせるビームフォーミング（３次元ビームフォーミング）を用いたＭＩＭＯ伝送の適用も検討されている。

３次元ビームフォーミングではアンテナ素子数が増加するため、これに伴いＣＳＩ−ＲＳ（ＣＳＩ−Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）やＣＲＳ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）等の参照信号のオーバーヘッドが増大することが予想される。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、３次元ビームフォーミングを用いたＭＩＭＯ伝送において、参照信号のオーバーヘッドの増大を抑制可能な無線基地局、無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線基地局は、水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを形成するアンテナ部と、参照信号を所定のアンテナポートに対応づけてマッピングするマッピング部と、前記参照信号にプリコーディング処理を行うプリコーディング処理部と、を有し、前記アンテナ部は、水平ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される水平用アンテナ素子列と、垂直ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される垂直用アンテナ素子列と、を有し、前記マッピング部は、同一の水平用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子、又は同一の垂直用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子にそれぞれ対応する参照信号に同一のアンテナポートを割当てることを特徴とする。

本発明によれば、３次元ビームフォーミングを用いたＭＩＭＯ伝送において、参照信号のオーバーヘッドの増大を抑制することができる。

ＣＲＳのマッピングの一例を示す図である。 ＣＳＩ−ＲＳのマッピングの一例を示す図である。 ＬＴＥ−Ａシステムへの適用が想定される通信方式（３Ｄ ＭＩＭＯ／ビームフォーミング）の説明図である。 ２次元送信アンテナと３次元送信アンテナの模式図を示す図である。 ２次元チャネルと３次元チャネルにおけるＰＭＩを説明する図である。 ３次元アンテナの構成の一例について説明する図である。 水平ビーム／垂直ビーム／３次元ビームを説明する図である。 複数の垂直ビームで生成される水平ドメインのチャネルを説明する図である。 ３次元ビームフォーミングを適用する際の、参照信号（ＣＳＲ−ＲＳ）のマッピングの一例を示す図である。 ３次元ビームフォーミングを適用する際の、参照信号（ＣＳＲ−ＲＳ）のマッピングの一例を示す図である。 ３次元ビームフォーミングを適用する際の、参照信号（ＣＳＲ−ＲＳ）に対するプリコーディング処理の一例を示す図である。 ３次元ビームフォーミングを適用する際の、参照信号（ＣＳＲ−ＲＳ）に対するプリコーディング処理の一例を示す図である。 ３次元ビームフォーミングを適用する際の、参照信号（ＣＳＲ−ＲＳ）のマッピング及びプリコーディング処理の一例を示す図である。 ３次元ビームフォーミングを適用する際の、参照信号（ＣＲＳ）のマッピングの一例を示す図である。 ３次元ビームフォーミングを適用する際の、無線基地局とユーザ端末間の処理手順の一例を示す図である。 本実施の形態に係る無線通信システムのシステム構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の全体構成の説明図である。 本実施の形態に係るユーザ端末の全体構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の機能構成の説明図である。 実施の形態に係るユーザ端末の機能構成の説明図である。

まず、ＬＴＥ−Ａシステムにおける測定用参照信号について説明する。ＬＴＥ−Ａシステムにおける測定用参照信号としては、ＣＲＳ、ＣＳＩ−ＲＳなどが用いられる。

ＣＲＳは、Ｒｅｌ−８で導入され、セルサーチやチャネル推定などに用いられる。ＣＲＳの信号系列は、擬似ランダム（ｐｓｅｕｄｏ−ｒａｎｄｏｍ）系列であり、ＱＰＳＫ変調される。ＱＰＳＫ変調されたＣＲＳは、所定ルールに従って、複数のリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされる。なお、ＣＲＳは、ＤＭＲＳ（ＤｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）のようなユーザ固有（Ｕｓｅｒ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ）の参照信号ではなくセル固有（Ｃｅｌｌ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ）の参照信号であるので、プリコーディングされない。

図１は、アンテナポート数が１、２、４である場合のＣＲＳのマッピングの一例を示す図である。図１に示すように、ユーザ端末ＵＥにおいて最大４チャネルのチャネル推定ができるように、最大４アンテナポート（０−３で番号付けされる）のＣＲＳがサポートされている。各アンテナポートのＣＲＳ（Ｒ_０−Ｒ_３）は、互いに異なるリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされ、時分割多重（ＴＤＭ）／周波数分割多重（ＦＤＭ）により直交多重される。

一方、ＣＳＩ−ＲＳは、チャネル状態の推定を目的として、Ｒｅｌ−１０で導入された測定用参照信号である。ＣＳＩ−ＲＳの信号系列は、擬似ランダム系列であり、ＱＰＳＫ変調される。ＱＰＳＫ変調されたＣＳＩ−ＲＳは、所定ルールに従って、複数のリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされる。なお、ＣＳＩ−ＲＳも、プリコーディングされない。

図２は、アンテナポート数が８である場合のＣＳＩ−ＲＳのマッピングの一例を示す図である。図２に示すように、ユーザ端末ＵＥにおいて最大８チャネルのチャネル推定ができるように、最大８アンテナポート（１５−２２で番号付けされる）のＣＳＩ−ＲＳがサポートされている。各アンテナポートのＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_１５−Ｒ_２２）は、時分割多重（ＴＤＭ）／周波数分割多重（ＦＤＭ）／符号分割多重（ＣＤＭ）により直交多重される。

例えば、図２では、アンテナポート１５及び１６のＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_１５、Ｒ_１６）は、同じリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされ、符号分割多重（ＣＤＭ）される。アンテナポート１７及び１８のＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_１７、Ｒ_１８）、アンテナポート１９及び２０のＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_１９、Ｒ_２０）、アンテナポート２１及び２２のＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_２１、Ｒ_２２）についても同様である。

なお、図２では、アンテナポート数が８である場合だけでなく、アンテナポート数が１、２、４である場合のＣＳＩ−ＲＳもサポートされている。かかる場合、ｎｅｓｔ構造が採用され、各アンテナポートのＣＳＩ−ＲＳがより多くのリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされる。

次に、３次元ビームフォーミングについて説明する。図３は、３次元ビームフォーミングを用いたＭＩＭＯ伝送の概念図である。図３に示すように、３次元ビームフォーミングを用いたＭＩＭＯ伝送では、無線基地局ｅＮＢの送信アンテナから、水平面に加えて垂直面にも指向性を有する３次元ビームが出力される。垂直面に異なる指向性を有する３次元ビームにより、無線基地局ｅＮＢのセルＣ１がインナーセルＣ２とアウターセルＣ３とにセクタ化される。

図３では、無線基地局ｅＮＢは、インナーセルＣ２内に位置するユーザ端末ＵＥ１、ＵＥ２に向けて、それぞれ、３次元ビームＢ１、Ｂ２を出力して、下りＭＩＭＯ伝送を行う。一方、無線基地局ｅＮＢは、アウターセルＣ３内に位置するユーザ端末ＵＥ３、ＵＥ４に向けて、それぞれ、３次元ビームＢ３、Ｂ４を出力して、下りＭＩＭＯ伝送を行う。このような３次元ビームは、３次元送信アンテナによって実現される。

３次元ビームフォーミングにおいては、２次元ビームフォーミングと比較して、無線基地局に設けられる送信アンテナ素子（Ｔｘ ａｎｔｅｎｎａ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）の数が大幅に増加することが考えられる。図４に、２次元送信アンテナと３次元送信アンテナの模式図を示す。

図４Ａは、２次元送信アンテナの模式図を示しており、図４Ｂは、３次元送信アンテナの模式図を示している。図４Ａに示すように、２次元送信アンテナは、水平方向に設けられた複数（例えば、４個）のアンテナ素子（４Ｔｘ）で構成されている。図４Ｂに示すように、３次元送信アンテナは、水平方向に設けられた複数（例えば、４個）のアンテナ素子（４Ｔｘ）と、垂直方向に設けられた複数（例えば、４つ）のアンテナ素子（４Ｔｘ）で構成されている。

つまり、２次元送信アンテナを構成するアンテナ素子数（ｎ_Ｈ）が４個（１行（ｏｎｅ ｒｏｗ）に４個）、３次元送信アンテナを構成するアンテナ素子数（ｎ_Ｈ・ｎ_Ｖ）が１６個（１行（ｏｎｅ ｒｏｗ）に４個、１列（ｏｎｅ ｃｏｌｕｍｎ）に４個）となる。この場合、アンテナは、水平ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される水平用アンテナ素子列（ｒｏｗ）と、垂直ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される垂直用アンテナ素子列（ｃｏｌｕｍｎ）を有する。

したがって、３次元ビームフォーミングの適用時に、アンテナ素子数に応じて参照信号のアンテナポート数を設定する場合、例えば、全てのアンテナ素子にそれぞれＣＳＩ−ＲＳ用のアンテナポートを個別に割当てる場合、ＣＳＩ−ＲＳのオーバーヘッドが大幅に増加してしまう。

一方、ＣＳＩ−ＲＳのオーバーヘッドの増大を抑制するために、全てのアンテナ素子でなく一部のアンテナ素子でＣＳＩ−ＲＳの送信を行うことが考えられる。しかしながら、この場合には、チャネル品質の測定精度が低下するため、３次元ビームフォーミングのパフォーマンスが低下するおそれがある。

そこで、本発明者等は、３次元ビームフォーミングの適用時に１垂直ビーム（又は、水平ビーム）を形成する複数の送信アンテナ素子群（アンテナ素子列）に対する参照信号に特定のアンテナポートを割当てる（例えば、同一の無線リソースにマッピングする）ことにより、送信アンテナ素子の総数より参照信号用のアンテナポート数を少なくすることを着想した。また、垂直ビーム（又は、水平ビーム）を形成する単位となる垂直ビーム素子列（又は、水平ビーム素子列）を構成する各アンテナ素子における参照信号を所定のアンテナポート（同一の無線リソース）にマッピングすると共に、これらの参照信号に所定ビーム形成用のプリコーダのウェイトを乗算することを見出した。これにより、参照信号のオーバーヘッドの増加を抑制しつつ、３次元チャネル測定の精度を維持することができる。

ここで、図５を参照し、２次元ビームフォーミングで用いられる２次元チャネルと３次元ビームフォーミングで用いられる３次元チャネルにおけるＰＭＩについて説明する。図５Ａは２次元チャネルにおけるＰＭＩ（従来におけるＰＭＩ）を示しており、図５Ｂは、本実施の形態を適用する場合の３次元チャネルにおける水平面（水平ドメイン）のＰＭＩ_Ｈを示している。

図５Ｂでは、各垂直ビーム（例えば、ｋ番目の垂直ビーム（Ｗ_ｖ ^（ｋ）））により、各垂直ビームに対応する水平ドメインのチャネル（水平チャネル）が形成され、当該水平チャネルのＰＭＩ_Ｈが示される。つまり、ＰＭＩ_Ｈは２次元チャネルのＰＭＩに相当する。図５Ｂに示す場合、ユーザ端末ＵＥ側からは、測定用参照信号のプリコーディングにより、３次元チャネルを、所定の垂直ビームに対応する２次元水平チャネルの状態と見ることができる。

次に、本実施の形態で適用する３次元アンテナの構成の一例について説明する。３次元ビームフォーミング／３次元ＭＩＭＯを実現するためには、複数のアンテナ素子を水平ドメインと垂直ドメインの双方に配置する必要がある。図６に３次元アンテナの構成の一例を示す。図６Ａは、細小化されたアンテナ素子を水平ドメイン及び垂直ドメインに沿って配置した場合を示しており、図６Ｂは、アンテナ素子を水平ドメインと垂直ドメインにおいて交差させた交差偏光アンテナ（cross polarized antenna）を示している。

水平ビームは、水平ドメイン（又は水平方向）に配置される複数の水平用アンテナ素子（又は、水平用アンテナ素子列（図６における１つの行を構成するアンテナ素子））に水平プリコーダ（Ｗ_Ｈ）を用いてプリコーディングすることにより形成することができる。例えば、水平ビームは、図７Ａに示すように、水平プリコーダ（Ｗ_Ｈ）に基づいて水平ドメインにおいて角度θ_Ｈを有するように形成される。

垂直ビームは、垂直ドメイン（又は垂直方向）に配置される複数の垂直用アンテナ素子（又は、垂直用アンテナ素子列（図６における１つの列を構成するアンテナ素子））に垂直プリコーダ（Ｗ_Ｖ）を用いてプリコーディングすることにより形成することができる。例えば、垂直ビームは、図７Ｂに示すように、垂直プリコーダ（Ｗ_Ｖ）に基づいて垂直ドメインにおいて角度θ_Ｖを有するように形成される。また、複数の垂直用アンテナ素子又は垂直用アンテナ素子列は、垂直ドメイン（又は垂直方向）において同一の偏光成分を有する構成としてもよい。

３次元ビームは、水平方向と水平方向に配置された複数のアンテナ素子を用いて、水平プリコーダ（Ｗ_Ｈ）と垂直プリコーダ（Ｗ_Ｖ）を合成することにより形成することができる。例えば、図７Ｃに示すように、図７Ａの水平ビームと図７Ｂの垂直ビームを合成して３次元ビームを形成することができる。

図８は、３つの垂直ビームが形成される場合に、各垂直ビームで生成される水平ドメインのチャネルを示している。具体的に、図８では、垂直ビーム１、垂直ビーム２、垂直ビーム３によりそれぞれ生成される水平ドメインにおけるチャネルを示している。垂直ビーム１〜３は、上述したように垂直用アンテナ素子（垂直用アンテナ素子列）にそれぞれ垂直プリコーダ（Ｗ_ｖ ^（１）、Ｗ_ｖ ^（２）、Ｗ_ｖ ^（３））を用いてプリコーディングすることにより形成される。

また、ユーザ端末において垂直ビームにより生成される水平ドメインのチャネルをそれぞれ測定するために、垂直ビーム毎にプリコーディングされた（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ）複数の参照信号が必要となる。そのため、無線基地局は、アンテナ素子数、形成する垂直ビーム数（又は、水平ビーム数）に基づいて、ＣＳＩ−ＲＳ等の参照信号を適切に無線リソースにマッピングしてユーザ端末に送信する。

本実施の形態では、無線基地局が参照信号を所定のアンテナポートに対してマッピングした後に、当該参照信号に対して所定の垂直ビーム（又は、水平ビーム）を形成するプリコーダの重み付け係数（ウェイト）を用いてプリコーディング処理を行う。以下に、本実施の形態における参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ及び／又はＣＲＳ）のマッピングとプリコーディング処理について図面を参照して説明する。

＜参照信号マッピング＞
まず、ＣＳＩ−ＲＳ及び／又はＣＲＳ等の参照信号シンボルを所定のアンテナポートに対応づけてマッピングする方法について説明する。なお、以下の説明では、参照信号としてＣＳＩ−ＲＳを例に挙げて説明する。また、以下の説明では、３次元アンテナの構成として、水平方向と垂直方向にそれぞれ２つの送信アンテナを有する構成（２ｃｏｌｕｍｎ×２ｒｏｗ（合計４Ｔｘ））について説明する。もちろん３次元アンテナ構成はこれに限られない。

まず、３次元ビームフォーミングを適用する際に、アンテナ素子数と同数のアンテナポートを設ける場合（従来の仕組みを用いたマッピング）を図９Ａに示す。図９Ａは、アンテナ素子数と同数のアンテナポート数（４つ）を設定し、参照信号を各アンテナポートが対応する無線リソースにマッピングする場合を示している。この場合、各送信アンテナ素子はそれぞれ所定のアンテナポートに割当てられる。そのため、図９Ａでは、４つのアンテナ素子を用いるため４つのアンテナポートが必要となる。

なお、図９Ａでは、アンテナポート１５とアンテナポート１６が同じリソース要素（リソースエレメント）に符号分割多重（ＣＤＭ）しており、アンテナポート１７とアンテナポート１８が同じリソースエレメントに符号分割多重（ＣＤＭ）している。また、アンテナポート１５とアンテナポート１７が同じリソースエレメントに周波数分割多重（ＦＤＭ）しており、アンテナポート１６とアンテナポート１８が同じリソースエレメントに周波数分割多重（ＦＤＭ）している。

また、各アンテナポートは、特定の周波数領域−時間領域のリソースエレメントセット（例えば、時間方向に連続する２つのリソースエレメント）に割当てられる。なお、図９において、ａ_ｘはアンテナポートに対応するリソースエレメントの参照信号シンボルを表している。

図９Ａに示すように、アンテナ素子数と同数のアンテナポート数を設定して参照信号をマッピングする場合には、アンテナ素子数の増加に伴いＣＳＩ−ＲＳのオーバーヘッドが大きくなる。

そのため、本実施の形態では、無線基地局が、垂直ビーム（又は水平ビーム）の形成単位となる垂直用アンテナ素子列（又は水平用アンテナ素子列）を構成する複数のアンテナ素子における参照信号シンボルに対して、所定のアンテナポートを割当てる。例えば、図９Ｂに示すように、所定の垂直用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子に同じアンテナポートを割当て、参照信号を同一のリソースエレメントにマッピングする。

図９Ｂでは、所定（例えば、ｋ番目）の垂直ビーム用のＣＳＩ−ＲＳのマッピング方法を示している。具体的には、ｋ番目の垂直ビームに対して、垂直用アンテナ素子列１（ｃｏｌｕｍｎ１）を構成するアンテナ素子Ｔｘ１とＴｘ２に同一のアンテナポート（ここでは、アンテナポート１５）を割当てる。同様に、垂直用アンテナ素子列２（ｃｏｌｕｍｕｎ２）を構成するアンテナ素子Ｔｘ３とＴｘ４に同一のアンテナポート（ここでは、アンテナポート１６）を割当てる。この場合、１つの垂直ビームに対して２つのアンテナポートが必要となる。

また、１つの垂直ビームに対する各アンテナ素子におけるＣＳＩ−ＲＳは周波数領域−時間領域が同一の無線リソースに割当てることができる。この場合、アンテナポート１５とアンテナポート１６の参照信号は符号分割多重（ＣＤＭ）している。

図９Ｂに示す場合、垂直用アンテナ素子列毎に割当てられるアンテナポートは異なる。なお、参照信号の生成法、マッピング位置の決定法等については、既に規定されているＬＴＥ−Ａシステムの仕組みを利用できる。また、マッピング位置は、無線基地局からユーザ端末に対して通知することにより双方で共有することができる。

また、１つの垂直ビームに対して適用するアンテナポートの総数は、水平アンテナ素子数（１つの水平用アンテナ素子列を構成するアンテナ素子数）以下とすることが好ましい。

また、１つの垂直ビーム（又は水平ビーム）用にプリコーディングされた参照信号のアンテナポートは、時間分割多重（ＴＤＭ）、周波数分割多重（ＦＤＭ）、符号分割多重（ＣＤＭ）のいずれか一、又はこれらを組み合わせて直交化させることができる。

また、複数の垂直ビーム（又は水平ビーム）用のプリコーディングされた参照信号のアンテナポートは、時間分割多重（ＴＤＭ）、周波数分割多重（ＦＤＭ）、符号分割多重（ＣＤＭ）のいずれか一、又はこれらを組み合わせて直交化させるか、疑似的に直交化（quasi-orthogonal manner）させることができる。

このように、同一の垂直用アンテナ素子列（又は、水平用アンテナ素子列）を構成する複数のアンテナ素子に対して、所定の垂直ビーム（又は、水平ビーム）に対する参照信号を同一のアンテナポートに割当て（同一の無線リソースにマッピングする）ことにより、アンテナ素子数が増大する場合であっても、アンテナポート数の増大を抑制することができる。

次に、図１０を参照して、２つの垂直ビームを形成する場合のＣＳＩ−ＲＳのマッピング方法の一例を説明する。

この場合、無線基地局は、各垂直用アンテナ素子列（ｃｏｌｕｍｎ）において、各アンテナ素子における参照信号に同一のアンテナポートを割当てると共に、垂直ビーム毎に異なる無線リソースにマッピングする。

具体的に、無線基地局は、垂直ビーム１に対して、垂直用アンテナ素子列１（ｃｏｌｕｍｎ１）を構成するアンテナ素子Ｔｘ１とＴｘ２に対応するＣＳＩ−ＲＳを同一のアンテナポート１５（同一の無線リソース）にマッピングする。同様に、垂直ビーム１に対して、垂直用アンテナ素子列２（ｃｏｌｕｍｕｎ２）を構成するアンテナ素子Ｔｘ３とＴｘ４に対応するＣＳＩ−ＲＳを同一のアンテナポート１６（同一の無線リソース）にマッピングする。

また、無線基地局は、垂直ビーム２に対して、垂直用アンテナ素子列１（ｃｏｌｕｍｎ１）を構成するアンテナ素子Ｔｘ１とＴｘ２に対応するＣＳＩ−ＲＳを同一のアンテナポート１５（垂直ビーム１とは異なる一の無線リソース）にマッピングする。同様に、垂直ビーム２に対して、垂直用アンテナ素子列２（ｃｏｌｕｍｕｎ２）を構成するアンテナ素子Ｔｘ３とＴｘ４に対応するＣＳＩ−ＲＳを同一のアンテナポート１６（垂直ビーム１とは異なる一の無線リソース）を割当てる。図１０に示す場合、各垂直ビームに対して２つのアンテナポートが必要となる。

また、アンテナポート１５とアンテナポート１６の参照信号は符号分割多重（ＣＤＭ）している。また、各垂直ビーム素子列（ｃｏｌｕｍｎ）において、異なる垂直ビームに対するＣＳＩ−ＲＳは互いに周波数分割多重（ＦＤＭ）及び／又は時間分割多重（ＴＤＭ）している。ここでは、垂直用アンテナ素子列１（ｃｏｌｕｍｎ１）において、垂直ビーム１に対する参照信号と垂直ビーム２に対する参照信号が周波数分割多重（ＦＤＭ）している場合を示している。

参照信号のマッピングパターンの制御としては、例えば、ＬＴＥ Ｒｅｌ−１０で規定されているように、複数のＣＳＩ構成（configuration0〜9）のいずれかを、異なる垂直ビームに対する参照信号にそれぞれ適用することができる。例えば、図１０において、垂直ビーム１用の参照信号にＣＳＩ構成（configuration0）を適用し、垂直ビーム２用の参照信号にＣＳＩ構成（configuration1）を適用する。

図１０に示すように、同一の垂直用アンテナ素子列（又は、水平用アンテナ素子列）を構成する複数のアンテナ素子に対して同一のアンテナポートを対応づけて参照信号をマッピングすることにより、アンテナ素子数が増大する場合であっても、アンテナポート数の増大を抑制することができる。

＜プリコーディング処理＞
次に、上記マッピング法によりマッピングされた参照信号に対して、プリコーディング処理を行う場合について説明する。

無線基地局は、アンテナポートに対するマッピング（アンテナポートマッピング）を行った参照信号に対して、プリコーディング処理を行う。例えば、各垂直ビーム（例えば、ｋ番目の垂直ビーム）に対応する参照信号に対して、当該垂直ビーム（ｋ番目の垂直ビーム）を形成する垂直プリコーダ（Ｗ_Ｖ ^[Ｋ]）を用いてプリコーディング処理を行う。また、無線基地局は、各垂直用アンテナ素子列において、所定のアンテナポート（同一の無線リソース）にマッピングされる複数の参照信号に対して、所定の垂直ビームを形成する垂直プリコーダＷ_Ｖの異なる重み付け係数（ウェイト）を乗算する。

例えば、図１１に示すように、各垂直用アンテナ素子列（ｃｏｌｕｍｎ）において、所定の垂直ビームに対する各アンテナ素子における参照信号に対して、所定の垂直ビームを形成するプリコーダのウェイトをそれぞれ乗算する。図１１では、プリコーディング処理において、所定の垂直ビーム（ここでは、ｋ番目の垂直ビーム）の形成に利用される垂直プリコーダ（Ｗ_ｖ ^（ｋ））に含まれる異なるウェイト（重み付け係数（weighting coefficient）が各参照信号に乗算される。各参照信号に乗算されるウェイトは、垂直プリコーダ（vertical precoders）又はウェイティングベクトル（weighting vectors）の中の一つの係数とすることができる。

なお、１つの垂直ビーム（又は水平ビーム）を生成する垂直プリコーダ（又は、水平プリコーダ）は、あらかじめ定められたセル固有のコードブックを用いて決定することができる。この際、無線基地局は、セルの通信環境に基づいてプリコーダ（Ｗ）決定することができる。

図１１では、無線基地局は、ｃｏｌｕｍｎ１において、アンテナ素子Ｔｘ１における参照信号にＷ_ｖ ^（ｋ）のν_１ ^（ｋ）を乗算し、アンテナ素子Ｔｘ２における参照信号にＷ_ｖ ^（ｋ）のν_２ ^（ｋ）を乗算する。また、ｃｏｌｕｍｎ２において、アンテナ素子Ｔｘ３に対応する参照信号にＷ_ｖ ^（ｋ）のν_１ ^（ｋ）を乗算し、アンテナ素子Ｔｘ２に対応する参照信号にＷ_ｖ ^（ｋ）のν_２ ^（ｋ）を乗算する。

このように、各垂直用アンテナ素子列（Ｃｏｌｕｍｕｎ）において、異なるアンテナ素子に対して同一のアンテナポートを割当てて参照信号をマッピングする場合であっても、異なるウェイトを乗算することにより参照信号を適切に区別することが可能となる。

次に、図１２を参照して、２つの垂直ビームに対応する参照信号に対してプリコーディング処理を行う場合について説明する。

無線基地局は、ｃｏｌｕｍｎ１において、同一のリソースエレメント（アンテナポート１５）にマッピングされた垂直ビーム１用の２つの参照信号に対して、垂直ビーム１用のプリコーダ（Ｗ_ｖ ^（１））に含まれる異なるウェイト（ν_１ ^（１）、ν_２ ^（１））をそれぞれ乗算する。また、ｃｏｌｕｍｎ１において、同一のリソースエレメント（アンテナポート１５）にマッピングされた垂直ビーム２用の２つの参照信号に対して、垂直ビーム２用のプリコーダ（Ｗ_ｖ ^（２））に含まれる異なるウェイト（ν_１ ^（２）、ν_２ ^（２））をそれぞれ乗算する。

同様に、無線基地局は、ｃｏｌｕｍｎ２において、アンテナ素子Ｔｘ３に対応する垂直ビーム１用の参照信号にＷ_ｖ ^（１）のν_１ ^（１）を乗算し、アンテナ素子Ｔｘ４に対応する垂直ビーム用１の参照信号にＷ_ｖ ^（１）のν_２ ^（１）を乗算する。また、アンテナ素子Ｔｘ３に対応する垂直ビーム２用の参照信号にＷ_ｖ ^（２）のν_１ ^（２）を乗算し、アンテナ素子Ｔｘ４に対応する垂直ビーム用２の参照信号にＷ_ｖ ^（２）のν_２ ^（２）を乗算する。

なお、アンテナポート１５とアンテナポート１６の参照信号は符号分割多重（ＣＤＭ）している。

上記マッピング工程（ステップ１）とプリコーディング処理工程（ステップ２）の全体の流れを図１３に示す。図１３では、垂直ビーム１、２にそれぞれ対応するように、２つのＣＳＩ−ＲＳ構成が適用されるアンテナポート１５、１６にＣＳＩ−ＲＳシンボルをマッピングする場合を示している。

ステップ１では、各垂直用アンテナ素子列（ｃｏｌｕｍｎ）において、各垂直ビーム（ここでは、垂直ビーム１、垂直ビーム２）を形成する複数のアンテナ素子に同じアンテナポートを割当てると共に、各ｃｏｌｕｍｎにおいて各垂直ビームに対する参照信号を異なるリソースに割当てる（ここでは、configuration0,1）。そして、ステップ２では、１ｃｏｌｕｍｎ内で同一のリソースにマッピングされる所定の垂直ビームの参照信号に対して、当該垂直ビーム形成用のプリコーダを構成するウェイトを乗算する。

なお、上記説明では、垂直用アンテナ素子列（ｃｏｌｕｍｎ）を構成するアンテナ素子に対応する参照信号を同一のアンテナポートに割当てると共に、異なるウェイトを乗算する場合を示したが、水平用アンテナ素子列（ｒｏｗ）を構成するアンテナ素子に置き換えて適用してもよい。

＜ＣＲＳへの適用＞
上記説明では、参照信号として、ＣＳＩ−ＲＳを例に挙げて説明したが、本実施の形態は他の参照信号（例えば、ＣＲＳ）に対しても適用することができる。本実施の形態をＣＲＳに適用した場合を図１４に示す。図１４は、垂直用アンテナ素子列（各Ｃｏｌｕｍｕｎ）を構成する複数のアンテナ素子に同一のアンテナポートを割当てて、ＣＲＳを同じリソースにマッピングする場合を示している。

具体的に、無線基地局は、ｃｏｌｕｍｎ１を構成するアンテナ素子Ｔｘ１、Ｔｘ２のＣＲＳをアンテナポート０のリソースエレメントにマッピングすると共に、アンテナ素子Ｔｘ１のＣＲＳにｋ番目の垂直ビームを形成するプリコーダ（Ｗ_ｖ ^（ｋ））のν_１ ^（ｋ）を乗算し、アンテナ素子Ｔｘ２のＣＲＳにＷ_ｖ ^（ｋ）のν_２ ^（ｋ）を乗算する。同様に、ｃｏｌｕｍｎ２を構成するアンテナ素子Ｔｘ３、Ｔｘ４のＣＲＳをアンテナポート１のリソースエレメントにマッピングすると共に、アンテナ素子Ｔｘ３のＣＲＳにＷ_ｖ ^（ｋ）のν_１ ^（ｋ）を乗算し、アンテナ素子Ｔｘ４のＣＲＳにＷ_ｖ ^（ｋ）のν_２ ^（ｋ）を乗算する。

このように、同一の垂直用アンテナ素子列（又は、水平用アンテナ素子列）を構成する複数のアンテナ素子に対して同一のアンテナポートを対応づけて参照信号をマッピングすることにより、アンテナ素子数が増大する場合であっても、アンテナポート数の増大を抑制することができる。

なお、図１４における説明では、垂直用アンテナ素子列（ｃｏｌｕｍｎ）を構成するアンテナ素子に対応する参照信号を同一のアンテナポートに割当てると共に、異なるウェイトを乗算する場合を示したが、水平用アンテナ素子列（ｒｏｗ）を構成するアンテナ素子に置き換えて適用してもよい。

＜参照信号送信手順＞
次に、図１５を用いて、本実施の形態における無線基地局とユーザ端末間のチャネル状態情報の送信手順の一例について説明する。なお、図１５では、２つ（Ｋ＝２）の垂直ビームを形成する場合を示している。

まず、無線基地局ｅＮＢは、Ｋ（ここでは、Ｋ＝２）個のプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳのためにＫ個のＣＳＩプロセスを設定する（ステップＳ１１）。プリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳの各々は、所定の垂直ビームに対応している。続いて、無線基地局は、ユーザ端末ＵＥに対して、ＣＳＩプロセス情報を通知すると共に（ステップＳ１２）、各垂直ビームに対応するプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳを送信する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。ここで、ＣＳＩプロセス情報は、Ｋ個の垂直ビームにそれぞれ対応するＫ個のＣＳＩプロセスに関する情報であり、例えば、ＣＳＩ−ＲＳのプロセス数や対応するアンテナポート等を指す。ＣＳＩプロセス情報は、例えば、ＲＲＣシグナリングなどの上位レイヤシグナリングにより無線基地局からユーザ端末に通知される。

ユーザ端末ＵＥは、各垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のチャネル推定を行った後（ステップＳ１５）、各垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩを算出する（ステップＳ１６）。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、Ｋ個の垂直ビームのそれぞれによって形成されるＫ個の水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（ｋ），ＲＩ_Ｈ ^（ｋ），ＣＱＩ_Ｈ ^（ｋ）（ｋ＝１，…，Ｋ）を算出する。ここで、ＰＭＩ_Ｈ ^（ｋ）とは、ｋ番目の垂直ビームによって形成される水平チャネルのプリコーディングマトリクス識別子であり、水平プリコーダで用いられるプリコーディングウェイトを識別するものである。また、ＲＩ_Ｈ ^（ｋ）とは、ｋ番目の垂直ビームによって形成される水平チャネルのランク識別子である。また、ＣＱＩ_Ｈ ^（ｋ）とは、ｋ番目の垂直ビームによって形成される水平チャネルのチャネル品質識別子である。

次に、ユーザ端末ＵＥは、垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩを無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳ１７）。ＣＳＩをフィードバックする場合、ユーザ端末は、全ての垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩ（水平チャネルのＰＭＩやＣＱＩ）をフィードバックしてもよいし、Ｋ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩの中から、所定（例えば、受信品質が良いＭ個）の垂直ビームのＣＳＩを選択してフィードバックすることもできる。

無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされた垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩに基づいて、水平プリコーダ、垂直プリコーダを決定して下りＭＩＭＯ伝送に用いられる垂直ビームを選択し（ステップＳ１８）、スケジューリング及びプリコーディングを行う（ステップＳ１９、Ｓ２０）。具体的には、無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされたＣＳＩ（ＰＭＩ_Ｈ、ＰＭＩ_Ｖ）に基づいて、垂直プリコーダＷ_Ｖ、水平プリコーダＷ_Ｈを決定し、ＤＭ−ＲＳやデータ送信用の３次元プリコーダを生成する。

（無線通信システムの構成）
以下に、本実施の形態に係る無線通信システムについて詳細に説明する。

図１６は、本実施の形態に係る無線通信システムのシステム構成の説明図である。なお、図１６に示す無線通信システム１は、例えば、ＬＴＥシステム或いは、ＳＵＰＥＲ ３Ｇが包含されるシステムである。この無線通信システムでは、ＬＴＥシステムのシステム帯域であるコンポーネントキャリアを複数統合するキャリアアグリゲーションが行なわれてもよい。また、この無線通信システムは、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ−Ａ）、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、４Ｇなどと呼ばれてもよい。

図１６に示すように、無線通信システム１は、無線基地局１０と、無線基地局１０と通信するユーザ端末２０Ａ及び２０Ｂとを含んで構成されている。無線基地局１０は、上位局装置３０と接続され、上位局装置３０は、コアネットワーク４０と接続される。上位局装置３０は、例えば、ゲートウェイ（ＧＷ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）などであるが、これに限定されない。

図１６に示すように、無線基地局１０は、水平方向の指向性を有する水平ビームと垂直方向の指向性を有する垂直ビームとを組み合わせて構成される３次元ビームＢ１及びＢ２を出力する。図１６では、垂直方向の指向性が異なる複数の３次元ビームＢ１及びＢ２により、複数のセクタ（インナーセルＣ１及びアウターセルＣ２）が形成される。具体的には、チルト角の小さい３次元ビームＢ１により、無線基地局１０から離れたアウターセルＣ１が形成される。一方、チルト角の大きい３次元ビームＢ２により、無線基地局１０に近いインナーセルＣ２が形成される。なお、チルト角とは、水平方向（例えば、地面）に対するビームの角度である。

図１６において、アウターセルＣ１内に位置するユーザ端末２０Ａは、３次元ビームＢ１を用いて無線基地局１０との下り通信を行う。また、インナーセルＣ２内に位置するユーザ端末２０Ｂは、３次元ビームＢ２を用いて無線基地局１０との下り通信を行う。この下り通信には、ＭＩＭＯ伝送が用いられる。ユーザ端末２０Ａ及び２０Ｂは、ＬＴＥ端末及びＬＴＥ−Ａ端末のいずれであってもよく、移動端末及び固定端末の双方を含むユーザ装置（ＵＥ）であればよい。以下、ユーザ端末２０Ａ及び２０Ｂを区別しない場合、ユーザ端末２０と称する。

なお、図１６に示す無線通信システム１においては、無線アクセス方式として、下りリンクについてはＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）が、上りリンクについてはＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリア−周波数分割多元接続）が適用されるが、上りリンクの無線アクセス方式はこれに限定されない。

下りリンクの通信チャネルは、ユーザ端末２０間で共有される下りデータチャネルであるＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）と、下りＬ１／Ｌ２制御チャネル（ＰＤＣＣＨ、ＰＣＦＩＣＨ、ＰＨＩＣＨ）とを有する。ＰＤＳＣＨにより、送信データ及び上位制御情報が伝送される。ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）により、ＰＤＳＣＨ及びＰＵＳＣＨのスケジューリング情報（ＤＬグラント、ＵＬグラント）等が伝送される。なお、ＰＤＣＣＨの容量不足を解消するために、ＰＤＳＣＨと周波数分割多重される拡張ＰＤＣＣＨ（Ｅ−ＰＤＣＣＨ、ｅＰＤＣＣＨ、ＵＥ−ＰＤＣＣＨ等ともいう）が設けられてもよい。

上りリンクの通信チャネルは、ユーザ端末２０間で共有される上りデータチャネルであるＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel）と、上り制御チャネルであるＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel）とを有する。このＰＵＳＣＨにより、送信データや上位制御情報が伝送される。また、ＰＵＣＣＨにより、下りリンクのチャネル状態情報（ＣＳＩ）や送達確認情報（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ／ＤＴＸ）などが伝送される。なお、チャネル状態情報（ＣＳＩ）や送達確認情報（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ／ＤＴＸ）は、ＰＵＳＣＨにより伝送されてもよい。

次に、図１７及び１８を参照し、本実施の形態に係る無線基地局及びユーザ端末の全体構成について説明する。

図１７は、本実施の形態に係る無線基地局の全体構成図である。図１７に示すように、無線基地局１０は、送受信アンテナ１１（アンテナ部）と、アンプ部１２と、送受信部１３と、ベースバンド信号処理部１４と、呼処理部１５と、伝送路インターフェース１６とを備えている。なお、送受信アンテナ１１は、図６に示すように、アンテナ素子が水平ドメインと垂直ドメインとの双方に配列される３次元アンテナで構成される。具体的に、送受信アンテナ１１は、水平ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される水平用アンテナ素子列と、垂直ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される垂直用アンテナ素子列とを有している。

ユーザ端末２０に対する下りデータは、上位局装置３０から伝送路インターフェース１６を介してベースバンド信号処理部１４に入力される。ベースバンド信号処理部１４では、下りデータについて、ＨＡＲＱによる再送制御、スケジューリング、伝送フォーマット選択、チャネル符号化、プリコーディング、無線リソースへのマッピング、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）などの送信信号処理が行なわれる。

また、ベースバンド信号処理部１４では、下り制御データ（例えば、ＤＣＩなど）についても、チャネル符号化、無線リソースへのマッピング、ＩＦＦＴなどの送信信号処理が行われる。また、報知チャネルによる報知情報や参照信号（ＣＲＳ、ＣＳＩ−ＲＳ、ＤＭ−ＲＳなど）についても、無線リソースへのマッピング、ＩＦＦＴなどの送信信号処理が行なわれる。

送受信部１３は、ベースバンド信号処理部１４から送受信アンテナ１１のアンテナ素子（図６参照）毎にプリコーディングして出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。アンプ部１２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ１１により送信する。

一方、ユーザ端末２０からの上りデータについては、送受信アンテナ１１で受信された無線周波数信号がそれぞれアンプ部１２で増幅され、送受信部１３で周波数変換されてベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部１４に入力される。

ベースバンド信号処理部１４では、入力されたベースバンド信号に含まれる上りデータに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）、誤り訂正復号などの受信信号処理がなされ、伝送路インターフェース１６を介して上位局装置３０に転送される。呼処理部１５は、通信チャネルの設定や解放等の呼処理や、無線基地局１０の状態管理や、無線リソースの管理を行う。

図１８は、本実施の形態に係るユーザ端末の全体構成図である。図１８に示すように、ユーザ端末２０は、複数の送受信アンテナ２１と、複数のアンプ部２２と、送受信部２３と、ベースバンド信号処理部２４と、アプリケーション部２５とを備えている。

無線基地局１０からの下り信号については、各送受信アンテナ２１で受信された無線周波数信号がそれぞれアンプ部２２で増幅され、送受信部２３で周波数変換されてベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号は、ベースバンド信号処理部２４でＦＦＴや、誤り訂正復号などの受信信号処理等がなされる。下り信号のうち下りユーザデータは、アプリケーション部２５に転送され、上位レイヤに関する処理が行なわれる。

一方、無線基地局１０に対する上りデータについては、アプリケーション部２５からベースバンド信号処理部２４に入力される。ベースバンド信号処理部２４では、ＨＡＲＱによる再送制御、チャネル符号化、プリコーディング、ＤＦＴ、ＩＦＦＴなどの送信信号処理が行われて各送受信部２３に転送される。送受信部２３は、ベースバンド信号処理部２４から出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。その後、アンプ部２２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ２１により送信する。

次に、図１９及び２０を参照し、本実施の形態に係る無線基地局及びユーザ端末の詳細構成について説明する。なお、図１９及び図２０では、ＣＳＩ−ＲＳ（又はＣＲＳ）送信、ＣＳＩフィードバックに係る機能構成が示されるが、他の機能構成を備えていてもよい。また、図１９に示す機能構成は、主に図１７のベースバンド信号処理部１４に設けられる。同様に、図２０に示す機能構成は、主に図１８のベースバンド信号処理部２４に設けられる。

図１９は、本実施の形態に係る無線基地局の機能構成図である。図１９に示すように、無線基地局１０は、主に送信処理機能を有する、参照信号生成部１０１、マッピング部１０２及びプリコーディング処理部１０３と、主に受信処理機能を有する、ＣＳＩ受信部１１１（受信部）、垂直ＰＭＩ選択部１１２（選択部）、３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部１１３及びスケジューリング部１１４とを具備する。

参照信号生成部１０１は、ＣＳＩ−ＲＳ、ＣＲＳ等の測定用参照信号を生成する。例えば、疑似ランダム係数に基づいて参照信号系列を生成して変調する。

マッピング部１０２は、参照信号系列を所定のアンテナポートに対応する無線リソースにマッピングする。例えば、図９Ｂ、図１０に示すように、マッピング部１０２は、同一の水平用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子、又は同一の垂直用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子にそれぞれ対応する参照信号に同一のアンテナポートを割当てる。

また、マッピング部１０２は、各垂直用アンテナ素子列（又は、各水平用アンテナ素子列）において、複数の垂直ビーム（又は、水平ビーム）を形成する場合、同じ垂直ビーム（又は、水平ビーム）に対応する各アンテナ素子に対応する参照信号を、周波数領域及び時間領域が同じリソースエレメントにマッピングすることができる。つまり、同一の垂直用アンテナ素子列において、参照信号（例えば、ＣＳＩ−ＲＳ）は垂直ビーム毎に異なるリソースエレメントにマッピングされる。

また、マッピング部１０２は、各垂直用アンテナ素子列（又は、各水平用アンテナ素子列）において、各アンテナ素子に対応する参照信号のうち、異なる垂直ビームに対する参照信号を周波数分割多重（ＦＤＭ）及び／又は時間分割多重（ＴＤＭ）して異なる無線リソースにマッピングする。

また、マッピング部１０２は、ＣＳＩ−ＲＳにおいて異なる垂直用アンテナ素子列のアンテナ素子にそれぞれ対応する参照信号を、直交コード（ＯＣＣ）を用いて符号分割多重（ＣＤＭ）することができる。これにより、図９Ｂに示すように、ｋ番目のビーム用の各アンテナ素子における参照信号が同一の無線リソースにマッピングされる場合、垂直用アンテナ素子列１と垂直用アンテナ素子列２の参照信号は符号分割多重（ＣＤＭ）する。

プリコーディング処理部１０３は、各参照信号に対してプリコーディング処理を行う。例えば、垂直ビーム毎に異なるプリコーダ（Ｗ_ｖ ^（１）、Ｗ_ｖ ^（２）、・・・Ｗ_ｖ ^（Ｋ））を用いてプリコーディング処理を行う。また、プリコーディング処理部１０３は、各垂直用アンテナ素子列において、各アンテナ素子における参照信号に対して、所定の垂直ビーム用のプリコーダにおける異なる重み付け係数を乗算する。

例えば、プリコーディング処理部１０３は、上記図１１に示すように、垂直用アンテナ素子列１において、ｋ番目の垂直ビーム用に各アンテナ素子（Ｔｘ１、Ｔｘ２）における参照信号に対して、ｋ番目の垂直ビームを形成するプリコーダ（Ｗ_ｖ ^（Ｋ））における異なる重み付け係数（ν_１ ^（ｋ）、ν_２ ^（ｋ））を乗算する。各垂直ビーム用にプリコーディングされた参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ、ＣＲＳ）はユーザ端末に対して送信される。

ＣＳＩ受信部１１１は、ユーザ端末２０からフィードバックされるチャネル状態情報（ＣＳＩ_Ｈ）を受信する。このＣＳＩ_Ｈによって、垂直ビームによって形成される水平ドメインにおけるチャネル（水平チャネル）の状態が示される。ＣＳＩ_Ｈには、当該水平チャネルのプリコーディングウェイトを識別するプリコーディングマトリクス識別子（ＰＭＩ_Ｈ）、当該水平チャネルのランクを識別するランク識別子（ＲＩ_Ｈ）、当該水平チャネルのチャネル品質を識別するチャネル品質識別子（ＣＱＩ_Ｈ）が含まれる。

具体的には、ＣＳＩ受信部１１１は、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームによって形成されるＫ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）（ｘ＝Ｋ）を受信する。

垂直ＰＭＩ選択部１１２は、ＣＳＩ受信部１１１から入力されたＣＳＩ_Ｈに基づいて、ユーザ端末２０との下り通信に用いられる垂直ビームを形成するためのＰＭＩ（垂直ＰＭＩ）を選択する。具体的には、垂直ＰＭＩ選択部１１２は、当該プリコーディングウェイトを識別する垂直ＰＭＩを選択する。垂直ＰＭＩ（ＰＭＩ_ｖ）は、例えば、ＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）に含まれるＣＱＩ_Ｈ ^（１）…ＣＱＩ_Ｈ ^（ｘ）と所定の関数（例えば、ａｒｇｍａｘ）とを用いて行われる。

３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部１１３は、垂直ＰＭＩ選択部１１２で選択された垂直ＰＭＩを用いて垂直プリコーダによるプリコーディングを行い、垂直ビームを形成する。また、３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部１１３は、水平プリコーダによるプリコーディングを行い、水平ビームを形成する。形成された垂直ビームと水平ビームとにより３次元チャネルが構成される。

スケジューリング部１１４は、３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部１１３からの入力情報に基づいて、スケジューリングを行う。

図２０は、本実施の形態に係るユーザ端末の機能構成図である。図２０に示すように、ユーザ端末２０は、ＣＳＩ−ＲＳやＣＲＳ等の参照信号受信部２０１、デマッピング部２０２、チャネル推定部２０３、ＣＳＩ生成部２０４を具備する。

参照信号受信部２０１は、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ）チャネル状態測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）を受信する。具体的には、参照信号受信部２０１は、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームに対応してＫ個のＣＳＩプロセスに関するＣＳＩプロセス情報に基づいて、Ｋ個のプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳを受信する。

デマッピング部２０２は、プリコーディングされた参照信号の測定を行うために、多重されたＣＳＩ−ＲＳ及び／又はアンテナポートをデマッピングする。また、直交コード（ＯＣＣ）を用いて符号分割多重（ＣＤＭ）されたＣＳＩ−ＲＳを区別する。そして、デマッピング部２０２は、各垂直ビームに対するプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳ及び／又はＣＲＳの参照信号をチャネル推定部２０３に出力する。

チャネル推定部２０３は、デマッピング部２０２から出力された各垂直ビームに対するプリコーディングされた参照信号シンボルに基づいてチャネル推定を行う。具体的には、チャネル推定部２０３は、デマッピング部２０２から出力された、Ｋ個のプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳシンボルに基づいて、Ｋ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）によってそれぞれ形成されるＫ個の水平ドメインにおけるチャネル（水平チャネル）を推定する。水平チャネルとは、垂直ビームによって形成される水平ドメインにおける２次元チャネルである。

ＣＳＩ生成部２０４は、チャネル推定部２０３で推定された水平チャネルのチャネル状態情報（ＣＳＩ）を生成する。具体的には、ＣＳＩ生成部２０４は、Ｋ個の垂直ビームによってそれぞれ形成されるＫ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）を生成する。なお、ＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）には、ＰＭＩ_Ｈ ^（１）…ＰＭＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（１）…ＲＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（１）…ＣＱＩ_Ｈ ^（Ｋ）が含まれる。そして、ＣＳＩ生成部２０４で生成されたＣＳＩ_Ｈは、無線基地局に対してフィードバックされる。

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。また、上記実施の形態において、垂直用アンテナ素子列（ｃｏｌｕｍｎ）に適用できる構成は、水平用アンテナ素子列（ｒｏｗ）に置き換えて同様に適用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。

１…無線通信システム
１０…無線基地局
２０…ユーザ端末
３０…上位局装置
４０…コアネットワーク
１１…送受信アンテナ
１２…アンプ部
１３…送受信部
１４…ベースバンド信号処理部
１５…呼処理部
１６…伝送路インターフェース
２１…送受信アンテナ
２２…アンプ部
２３…送受信部
２４…ベースバンド信号処理部
２５…アプリケーション部
１０１…参照信号生成部
１０２…マッピング部
１０３…プリコーディング処理部
１１１…ＣＳＩ受信部
１１２…垂直ＰＭＩ選択部
１１３…３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部
１１４…スケジューリング部
２０１…参照信号受信部
２０２…デマッピング部
２０３…チャネル推定部
２０４…ＣＳＩ生成部

Claims (12)

1. 水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを形成するアンテナ部と、参照信号を所定のアンテナポートに対応づけてマッピングするマッピング部と、前記参照信号にプリコーディング処理を行うプリコーディング処理部と、を有し、
   前記アンテナ部は、水平ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される水平用アンテナ素子列と、垂直ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される垂直用アンテナ素子列と、を有し、
   前記マッピング部は、同一の水平用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子、又は同一の垂直用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子にそれぞれ対応する参照信号に同一のアンテナポートを割当てることを特徴とする無線基地局。
2. 前記プリコーディング処理部は、前記同一の垂直用アンテナ素子列を構成する各アンテナ素子に対応する参照信号に対して、所定の垂直ビームを形成するためのプリコーダの異なるウェイトを乗算することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
3. 前記プリコーディング処理部は、前記同一の水平用アンテナ素子列を構成する各アンテナ素子に対応する参照信号に対して、所定の水平ビームを形成するためのプリコーダの異なるウェイトを乗算することを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
4. 前記マッピング部は、同一の垂直用アンテナ素子列を構成する各アンテナ素子に対応する参照信号のうち、同じ垂直ビームに対する参照信号を周波数領域及び時間領域が同じ無線リソースにマッピングすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線基地局。
5. 前記マッピング部は、同一の垂直用アンテナ素子列を構成する各アンテナ素子に対応する参照信号のうち、異なる垂直ビームに対する参照信号を周波数分割多重（ＦＤＭ）及び／又は時間分割多重（ＴＤＭ）することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の無線基地局。
6. 前記マッピング部は、異なる垂直用アンテナ素子列を構成するアンテナ素子に対応する参照信号を符号分割多重（ＣＤＭ）することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線基地局。
7. 前記アンテナ部は、前記複数のアンテナ素子で構成される交差偏光アンテナを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の無線基地局。
8. 前記参照信号は、チャネル状態測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）及び／又はセル固有参照信号（ＣＲＳ）であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の無線基地局。
9. 水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを用いて、無線基地局がユーザ端末と下り通信を行う無線通信システムであって、
   前記無線基地局は、水平ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される水平用アンテナ素子列と、垂直ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される垂直用アンテナ素子列と、を具備するアンテナ部と、参照信号を所定のアンテナポートに対応づけてマッピングするマッピング部と、前記参照信号にプリコーディング処理を行うプリコーディング処理部と、を有し、
   前記マッピング部が、同一の水平用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子、又は同一の垂直用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子にそれぞれ対応する参照信号に同一のアンテナポートを割当てることを特徴とする無線通信システム。
10. 前記プリコーディング処理部は、前記同一の垂直用アンテナ素子列を構成する各アンテナ素子に対応する参照信号に対して、所定の垂直ビームを形成するためのプリコーダの異なるウェイトを乗算することを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
11. 水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを用いて、無線基地局がユーザ端末と下り通信を行う無線通信方法であって、
    前記無線基地局は、水平ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される水平用アンテナ素子列と、垂直ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される垂直用アンテナ素子列と、を具備し、同一の水平用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子、又は同一の垂直用アンテナ素子列を構成する複数のアンテナ素子にそれぞれ対応する参照信号に同一のアンテナポートを割当ててマッピングする工程と、前記参照信号にプリコーディング処理を行う工程と、を有することを特徴とする無線通信方法。
12. 前記無線基地局は、前記同一の垂直用アンテナ素子列を構成する各アンテナ素子に対応する参照信号に対して、所定の垂直ビームを形成するためのプリコーダの異なるウェイトを乗算することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信方法。

Images