JP2015185953A - ビーム選択方法、基地局、およびユーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】参照信号のオーバーヘッドを抑制しつつ、効率のよいビーム選択を行う。【解決手段】複数のアンテナ素子を有する基地局と、前記基地局と無線通信を行うユーザ装置とを含む移動通信システムで実施されるビーム選択方法において、前記基地局で、前記ユーザ装置が在圏する方向を検出し、前記検出された方向に向けてプリコードされた複数の参照信号を同一の周波数および時間リソースを用いて空間多重で送信し、前記ユーザ装置からのフィードバック情報に基づいて前記ユーザ装置のためのビームを決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、移動通信技術の分野に関し、特に、３Ｄ-ＭＩＭＯ（Three-Dimensional Multiple Input Multiple Output）方式の移動通信システムにおけるビーム選択技術に関する。

国際標準化団体である３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）の技術仕様リリース８〜１１では、ＬＴＥ（Long Term Evolution）無線アクセス方式の下りリンクにおいて、基地局が横方向に複数配置したアンテナポート（ＡＰ）を用いて、水平方向のビームフォーミングを行う技術が採用されている。

リリース１２では、基地局に複数のアンテナポートを搭載し、水平方向に加えて垂直方向にビームを形成する三次元ＭＩＭＯ（３Ｄ−ＭＩＭＯ）が検討されつつある（たとえば、非特許文献１および２参照）。垂直方向（仰角方向）と水平方向（方位角方向）にビームを形成することによって、システム特性の改善が期待される。

３ＧＰＰ標準化上は、送信アンテナポート数が８以下の場合の３Ｄ−ＭＩＭＯを「垂直ビームフォーミング（Elevation Beamforming）」と称し、送信アンテナポート数が８より大きい場合（１６，３２，６４など）をＦＤ−ＭＩＭＯ（Full-dimensional MIMOと称している。標準化以外では、ＦＤ−ＭＩＭＯは大規模（Massive）ＭＩＭＯとも呼ばれ、アンテナ配置は必ずしも２次元配置や３次元配置でなくてもよい。

ＦＤ−ＭＩＭＯは、非常に多くの基地局アンテナ素子を用いて鋭いビーム（あるいは指向性）を形成することによって周波数利用効率を大きく改善する技術である。垂直ビームフォーミングと同様に、基地局に複数のアンテナポートを配置することで、水平及び垂直方向にビーム形成が可能である。

3GPP TSG RAN#58, RP-121994, "Study on Downlink Enhancement for Elevation Beamforming for LTE" 3GPP TSG RAN#58, RP-122015, "New SID Proposal: Study on Full Dimension for LTE"

ＦＤ−ＭＩＭＯあるいは大規模ＭＩＭＯでは、プリコーディングを行うことでビーム利得が増大する一方、ビーム幅が狭くなる。図１は、一次元配列のアンテナにおいて離散フーリエ変換（ＤＦＴ）プリコーディングを適用した場合のビームパターンを示す。図１（Ａ）は４アンテナ（８ＤＦＴビーム）、図１（Ｂ）は８アンテナ（１６ＤＦＴビーム）、図１（Ｃ）は１６アンテナ（３２ＤＦＴビーム）のときのビームパターンである。

全方向をカバーする場合、おおむねアンテナ素子数に比例した（倍程度）のビーム方向が必要になる。アンテナ数を増やしてビーム利得が大きくなるほど、各ビームの幅が狭くなる。１６アンテナよりも大規模なアンテナ素子を用いる場合は、基地局でより多くのビーム、あるいはビーム候補を形成して最適なビームを選択する必要がある。他セルあるいは他セクタも含めてビーム選択を行う場合は、さらにビーム数が数倍から数十倍となる可能性がある。

最適なビームの選択のためには、なるべく多くのビーム候補の中から最良のビームをユーザ装置に選択させることが考えられる。しかし、ビーム候補の数を増やすと、指向性をもたせた参照信号、たとえばチャネル測定用の参照信号（CSI-RS: Channel State Information Reference Signal）の数が増え、参照信号のオーバーヘッドが増大する。

そこで、３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の移動通信において、参照信号送信およびフィードバックのオーバーヘッドを抑制した効率的なビーム送信および選択技術の提供を課題とする。

上記課題を実現するために、複数のアンテナ素子を有する基地局と、前記基地局と無線通信を行うユーザ装置とを含む移動通信システムにおけるビーム選択方法において、
前記基地局で、前記ユーザ装置が在圏する方向を検出し、
前記検出された方向に向けて、プリコードされた複数の参照信号を同一の周波数および時間リソースを用いて空間多重で送信し、
前記ユーザ装置からのフィードバック情報に基づいて、前記ユーザ装置のためのビームを決定する、
ことを特徴とする。

３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の移動通信において、参照信号のオーバーヘッドを抑制して、効率的なビーム送信および選択を実現することができる。

アンテナ数に応じた指向性ビームのパターンを示す図である。 実施形態の移動通信システムの基本構成を示す図である。 実施形態で実行されるビーム選択の段階的アプローチを示す図である。 ビーム選択の第１の例を示す図である。 ビーム選択の第２の例を示す図である。 ビーム選択の第３の例を示す図である。 ビーム選択の第４の例を示す図である。 ビーム選択の第５の例を示す図である。 ビームトラッキングを説明する図である。 ビーム選択の変形例を示す図である。 実施形態で用いられる基地局の概略構成図である。 実施形態で用いられるユーザ装置の概略構成図である。

図２は、実施形態の移動通信システム１の基本構成を示す図である。基地局１０は複数のアンテナ素子を有するアンテナ１１から、プリコードされた、すなわち指向性を有する複数の参照信号（Precoded CSI-RS）を同時に送信する。

ユーザ装置２０−１、２０−２は、プリコードされた複数の参照信号の中から適切なビームを選択して、基地局１０に選択結果をフィードバックする。適切なビームは、ユーザ装置２０−１，２０−２においてＳＩＮＲ（Signal to Interference-plus-Noise Ratio）やＲＳＲＰ(Reference Signal Received Power）、ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）や受信電力などの受信品質に基づいて決定することができる。

図２のシステムを実現する場合、プリコードされた参照信号の数が増えて、オーバーヘッドが増大する。そこで、実施形態では、段階的なビーム選択を行う。段階的なビーム選択では、まずユーザ装置２０−１、２０−２が在圏する周辺エリアを特定する。次に、特定されたエリア内に向けて、プリコードされた複数の参照信号（候補ビーム）を送信し、ユーザ装置２０−１、２０−２（以下、適宜「ユーザ装置２０」と総称する）に有限の数の候補ビームの中から適切なビームを選択させる。

ユーザ装置２０からのフィードバックの内容に応じて、そのままビームを選択してもよいし、ビーム方向のさらなる絞り込みを行ってからユーザ装置２０のためのビームを決定してもよいし、掲出されたエリア内への参照信号の再送信や位置検出のステップを繰り返してもよい。

いったんユーザ装置２０に向けられる最適なビームが決定されたなら、ビームの方向、すなわちデータが送信される方向をユーザ装置２０に追従させるためにビームトラッキングを行ってもよい。

図３は、参照信号およびフィードバック情報の量を低減するための段階的なアプローチを示す図である。基地局１０は、ユーザ装置２０のおおよその位置、すなわちビームの方向を大まかに検出する（Ｓ１）。この段階を「ラフ検出」の段階とする。

ラフ検出は、図２の基地局１０がたとえばスモール基地局やリモート基地局である場合は、図示しないマクロ基地局のアシストに基づいて実施することができる。あるいは近隣基地局の相互関係に基づいて、ラフ検出を行ってもよい。基地局１０単独で、同期信号や位置検出参照信号（ＰＲＳ：Positioning Reference Signal）、ＧＰＳ（Global Positioning System）等に基づいてラフ検出をすることもできる。ラフ検出（Ｓ１）は、一定間隔またはユーザ装置２０からの情報に基づいて繰り返される。

ユーザ装置２０のおおよその位置が特定されたなら、基地局１０はビームの絞り込みを行う（Ｓ２）。ビームの絞り込み（Ｓ２）では、ラフ検出された方向に向けて、指向性を持たせた参照信号（Precoded CSI-RS）を複数のストリームで同時に送信し（Ｓ２１）、ユーザ装置２０からのフィードバック情報に基づいて最適なビームを選択する（Ｓ２３）。参照信号の送信（Ｓ２１）またはビーム選択（Ｓ２３）を一定間隔またはユーザ装置２０からのフィードバック情報に基づいて繰り返してもよいし、フィードバック情報の結果に応じてＳ２１またはＳ２３の後に、ラフ検出（Ｓ１）またはビーム絞り込み（Ｓ２）をやり直してもよい。

ユーザ装置２０のためのビームが選択されたならば、ビームをユーザ装置２０に追従させるビームトラッキングを行っても良い（Ｓ３）。ビームトラッキングでビーム外れ等が発生した場合は、ラフ検出（Ｓ１）またはビーム絞り込み（Ｓ２）をやり直してもよい。

ここでは、Ｓ１〜Ｓ３を段階的に行う例を示したが、単独で適用する事や２つを選択する事により、複雑性の低いビーム選択を行う事も可能であるし、他のビーム選択技術と組み合わせる事も可能である。

以下で、絞り込み工程（Ｓ２）の具体例を説明する。
＜ビーム選択法１＞
図４は、ビーム絞り込みの第１の例を示す。図４で、基地局１０は、プリコードされたチャネル測定用の参照信号（Precoded CSI-RS）を同一の周波数・時間リソースにおいて空間多重を適用することにより、オーバーヘッドを抑制しつつマルチストリームでPrecoded CSI-RSを送信する。

基地局１０は、タイミングＡで、ビーム（信号ストリーム）Ａ１とＡ２を空間多重して送信し、タイミングＢで、ビーム（信号ストリーム）Ｂ１とＢ２を空間多重して送信し、以下順次異なるタイミングでビームの組を送信する。

ＵＥ（User Equipment：ユーザ装置）１がビームＡ１を選択し、ＵＥ２がビームＡ２を選択した場合、基地局１０は、ＵＥ１とＵＥ２をペアリングしたマルチユーザ（ＭＵ）−ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を適用することができる。すなわちプリコードした参照信号を異なるビーム（信号ストリーム）で同時に送信することで、ビーム選択と同時にユーザ間干渉を考慮したユーザ対を決めることができる。

図４では、異なるアルファベットで示されるPrecoded CSI-RSを時間的に多重する例を示しているが、周波数的な多重であっても、符号分割多重であってもよい。また、同時に多重する信号ストリームの数は２に限定されず、３以上であってもよい。

この方法は、一度に複数のPrecoded CSI-RSを送信するので、ＲＳオーバーヘッドを削減することができる。

マルチストリームでPrecoded CSI-RSを送信することで、ユーザ間干渉を考慮した受信品質を測定することができる。

また、基地局１０から送信するマルチストリームのPrecoded CSI-RSの候補（たとえばＡ１とＡ２）を直交させることで、ＵＥ間干渉を低減したＭＵ−ＭＩＭＯを適用することができる。

図４の方式で、マルチストリーム送信する場合、基地局１０は、それぞれのストリーム（Ａ１、Ａ２など）に対する信号系列、多重位置（時間位置あるいは周波数位置）、直交符号などをシグナリング情報としてＵＥに通知する。
＜ビーム選択法２＞
図５は、ビーム絞り込みの第２の例を示す。図５では、ビームの絞り込み自体を段階的に行う。

図５（Ａ）は、ビーム絞り込みの前段ステップ２−Ａを示す。前段ステップ２−Ａで、基地局１０はアンテナ１１から複数のPrecoded CSI-RSを広いビーム１〜４で送信する。ここで送信される参照信号は、たとえばセル固有の参照信号（ＣＲＳ：Cell-specific Reference Signal）であってもよい。絞り込みの最初の段階で広いビームを用いてＲＳオーバーヘッドを抑制しつつ、ユーザ装置２０の方向をさらに絞り込むことができる。

ユーザ装置２０は、複数の広いビーム１〜４の中から最適なビーム（図５の例ではビーム２）を選択し、選択結果を基地局１０にフィードバックする。

図５（Ｂ）は、ビーム絞り込みの後段ステップ２−Ｂを示す。後段ステップ２−Ｂで、基地局１０は、前段ステップ２−Ａのフィードバック情報に従って、ビーム２の方向に送信する複数のPrecoded CSI-RSを決定する。この参照信号を便宜上、第２のPrecoded CSI-RSとする。第２のPrecoded CSI-RSは前段ステップ２−Ａで用いたビームよりも、細く鋭いビームで送信されても良い。

第２のPrecoded CSI-RSは、たとえばユーザ固有の参照信号（UE-specific Reference Signal）である。後段の参照信号の送信をユーザ固有チャネル、特に、物理下りリンク共有チャネル（ＰＤＳＣＨ：Physical Downlink Shared Channel）に含めることで、従来のユーザ装置（レガシーＵＥ）へのインパクトを小さくすることができる。

ユーザ装置２０は、複数の第２のPrecoded CSI-RSから最適なビーム（ビーム２Ｃ）を選択し、選択結果を基地局１０にフィードバックする。この方法により、最適ビームの絞り込みをより精細に行うことができる。なお、基地局１０にフィードバックされるビームの数は単一のビームに限定されず、受信した参照信号の測定レベルやチャネル品質に基づいて複数のビーム番号をフィードバックしてもよい。

図５の例では、前段ステップ２−Ａのフィードバック情報を用いて後段ステップ２−Ｂのビーム選択を行っているが、前段ステップ２−Ａと後段ステップ２−Ｂで独立したフィードバックを用いてもよい。たとえば、前段ステップ２−Ａで仰角方向のビームを選択し、後段ステップ２−Ｂで水平方向のビームを選択してもよい。
＜ビーム選択法３＞
図６は、ビーム絞り込みの第３の例を示す。図５の方法で、後段のステップ２−Ｂを必ずしも実施しなくてもよい場合がある。たとえば、ユーザ装置２０の移動速度が大きく、後段でさらに精細な絞り込みを実施しようとしても、ユーザ装置２０の位置が前段ステップ２−Ａの実施時の位置から変化している場合などである。この場合は、前段ステップ２−Ａあるいは最初のステップＳ１をやり直すほうが効率的にビームを絞り込むことができる。

そこで、図６では、前段ステップ２−Ａへの切り戻しを可能にするフィードバック方法を提案する。

図６（Ａ）は、基地局１０のアンテナ１１から送信されるビームの概略図、図６（Ｂ）は基地局１０とユーザ装置２０が共通で有するフィードバックテーブル２１を示す。図６（Ｂ）は、前段ステップ２−Ａで得られる最新の情報が「ビーム２」である場合のフィードバックテーブル２１の状態である。

３ビットのフィードバック情報を用いる場合、前段「ビーム２」が選択されフィードバックされた時点で、前段の広いビーム１〜４の識別情報（「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」）が維持されたまま、ビーム２の方向に向けられる細く鋭いビーム２Ａ〜２Ｄの識別情報（「１００」、「１０１、「１１０」、「１１１」）が設定される。

ユーザ装置２０は、フィードバックテーブル２１が図６（Ｂ）の状態にあるとき、８通りのビームをモニタすることができる。ひとつのフィードバックテーブル２１に前段ステップ２−Ａで用いる広いビームと、後段ステップ２−Ｂで用いる狭いビームの２通りを含めることで、基地局１０はユーザ装置２０の主導でビームの種類を切り替えることができる。

たとえば、図６（Ａ）のようにユーザ装置２０がビーム２の選択の後に、後段ステップ２−Ｂでビーム２Ｃを選択した場合は、「１１０」をフィードバックし、基地局１０はユーザ装置２０のためにビーム２Ｃを形成するプリコーディングベクトルを設定する。

他方、ユーザ装置２０は、フィードバック情報で「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」を通知することで、基地局１０は狭いビームを適用しないプリコーディングを実現することができる。これは、移動速度の高いユーザ装置２０等に対するビーム絞り込みとして有効である。

広いビームと狭いビームを比較する際に、オフセットを加えてもよい。たとえば、ユーザ装置２０は、「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」のビーム、すなわち広いビームを測定する際に受信電力に対して一定のオフセット値（例えば３ｄＢ）を加えてもよい。オフセットを加えることによってフェアにビーム品質を比較することができる。

図６（Ｂ）は、基地局１０とユーザ装置２０で共通に保持されるフィードバックテーブル２２の例を示す。フィードバックテーブル２２は、前段ステップ２−Ａでビーム２が選択されたときの最新の状態を示す。フィードバックテーブル２２は、ビーム２の方向を細分化したビーム２Ａ〜２Ｄ（「１００」、「１０１」、「１１０」、「１１１」）に加えて、「０００」の値を有する。「０００」はビーム外れを通知するために用いられてもよい。ユーザ装置が「０００」をフィードバックしたときに、基地局１０は、前段ステップ２−Ａ、あるいは、ステップＳ１のラフ検出に戻ってもよい。

この方法でも、ユーザ装置２０主体で、ビーム絞り込みの段階的処理を切り替えることができる。
＜ビーム選択法４＞
図７は、ビーム絞り込みの第４の例を示す。図６では、異なるビーム幅で送信される参照信号を用いて段階的処理の切り替えを可能にしたが、図７では鋭いビームだけを用いて図６の方法と同様の効果を得る。

図７（Ａ）で、基地局１０とユーザ装置２０は、共通のフィードバックテーブル２３を有する。フィードバックテーブル２３は、前段ステップ２−Ａでビーム２が選択された直後の最新の状態を示す。

フィードバックテーブル２３は、ビーム２の方向を細分化したビーム２Ａ〜２Ｄ（「１００」、「１０１」、「１１０」、「１１１」）に加えて、ビーム１Ａ〜１Ｄを示す「０００」、ビーム３Ａ〜３Ｄを示す「０１０」、ビーム４Ａ〜４Ｄを示す「０１１」の値を有する。「００１」はリザーブ領域であってもよい。

ユーザ装置２０からのフィードバック情報が、「０００」、「０１０」、「０１１」などの値をとる場合は、基地局１０は、前段ステップ２−Ａに戻る。この方法でも、３ビットだけを用いて、ユーザ装置２０の主導で段階的な絞り込み処理を切り替えることができる。
＜ビーム選択法５＞
図８は、ビーム絞り込みの第５の例を示す。図６および図７では、ユーザ装置２０主体で前段ステップ２−Ａと後段ステップ２−Ｂの切り替え制御を行ったが、基地局１０にて制御を行ってもよい。

図８（Ｂ）は、基地局１０とユーザ装置２０で共通に有するフィードバックテーブル２４である。フィードバックテーブル２４は２つの領域２４Ａ、２４Ｂを有し、それぞれ２ビットずつで広いビーム１〜４と、細分化されたビームＡ〜Ｄを示す。基地局１０は、ユーザ装置２０に広いビームインデックスと、狭いビームのインデックスを別々にフィードバックさせることができる。

たとえば、広いビームと狭いビームのインデックスのフィードバック周期を変えることで、独立したフィードバックが可能である。特に、狭いビームの選択をより頻度高く行うことで効率的なフィードバックを実現できる。

また、狭いビームのインデックスは、広いビームのフィードバック情報に従うことにしてもよい。だとえば、前段ステップ２−Ａでビーム２が選択された場合、後段ステップ２−Ｂでの絞り込みはビーム２Ａ〜２Ｄから選択する。

上述した例では、広いビームと狭いビームを用いる場合を説明したが、図７のように狭いビームだけを用いた段階的な絞り込みにも適用可能である。この場合は、たとえばビーム１Ａ〜１Ｄで一つのビームグループとして２ビットの識別情報で表すことができる。

さらに、基地局１０からの設定や、ユーザ装置２０からの通知なしに工程を切り替えてもよい。たとえば、チャネル品質情報（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）がレンジ外の場合（きわめて通信品質が悪い状態）に、Ｓ１のラフ検出または絞り込みの前段ステップ２−Ａに戻ってもよい。

また、ユーザ装置２０がランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）を送信した場合（セル接続がきれた場合等）にラフ検出（Ｓ１）または絞り込みの前段ステップ２−Ａに戻ってもよい。
＜ビームトラッキング＞
図９は、ビームトラッキング（Ｓ３）を説明する図である。図９は基地局１０のアンテナ１１からみたビームの方向を示し、紙面の横方向が水平または方位角方向、縦方向が垂直または仰俯角方向である。

基地局１０は、ユーザ装置２０に対して、絞り込み（Ｓ２）により選択され現在形成しているビーム（現在のビーム）＃０の他に、ビーム＃１〜＃６でトラッキング用の参照信号を送信する。ビーム＃１〜＃６は、現在のビーム＃０がユーザ装置２０に追従できなくなった場合に用いられる候補ビームである。データ送信用のビーム＃０と候補ビーム＃１〜＃６を合わせて、ビームトラッキングのためのビームストリーム５１が形成される。

ユーザ装置２０は、ビームストリーム５１を受信すると、各ビームの受信強度等を測定して、受信状態の良好なビーム番号を基地局１０にフィードバックする。フィードバックされるビーム番号は最適なビーム番号であってもよいし、上位Ｘ個のビーム番号であってもよい。または、ビーム＃０〜＃６のすべてについて測定結果をフィードバックしてもよいし、受信品質が良好な順あるいは測定結果が悪い順にフィードバックしてもよい。

基地局１０は、ビームトラッキングのフィードバック情報に基づいて、ユーザ装置２０によって最適なビームを現在のビーム＃０として設定することで、データ送信の方向をユーザ装置２０に追従させる。

ユーザ装置２０の移動速度が速い場合など、ビームトラッキングが外れた場合は、上述したように、ラフ検出（Ｓ１）またはビーム絞り込み（Ｓ２）に戻る。
＜変形例＞
図１０は、実施例の変形例を示す図である。移動通信システムでは、一般に、送信ストリーム数を表すランクインディケータ（ＲＩ：Rank Indicator）を用いてストリーム数の切り替えを行っている。

上述した実施形態の方法でビーム選択を行う場合、選択したビームの数によりランク数を把握することが可能である。すなわち、ランクインディケータのフィードバックが不要になる。

上述した実施形態で、ユーザ装置２０がＲＩ領域を用いてビームインデックスを送信する場合、ビームインデックスだけではなく、ＣＱＩ、ＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）など、他のチャネル状態情報（ＣＳＩ）を送信してもよい。

また、ビームインデックスごとにランク適応制御（ランクアダプテーション）が行われてもよい。たとえば、ビームインデックスごとにＲＩを送信してもよい。たとえば、ユーザ装置２０が基地局１０からの直接波であるビームＢ１と、ビルで反射されたビームＢ２を受信する場合、ビームごとにＲＩを送信することができる。また，直交偏波間は一般的にチャネルの相関性が低い事が知られている。したがって、アンテナ構成に従って、直交偏波アンテナの場合は固定で２ストリーム、単一偏波アンテナの場合は固定で１ストリームとする場合が考えられる。この場合、ビームインデックス毎のランク数を動的ではなく準静的に送る事が有効であると考えられる。

特に、偏波を用いて単一のビームインデックスで最大２ストリームを多重することが考えられる。図１０でビームＢ１が互いに直交する２つの偏波のストリームを含む場合、ユーザ装置２０は、ビームＢ２に関しＲＩの値「２」を送信し、ビームＢ１に関してＲＩの値「１」を送信する。

ストリーム数を１と２の間で適応的に切り替えてもよい。この場合、１ビットで制御が可能である。たとえば「０」のときにストリーム数１を示し、「１」のときにストリーム数２を示してもよい。
＜装置構成＞
図１１は、実施形態で用いられる基地局１０の概略構成図である。基地局１０は、複数のアンテナ１１０−１〜１１０−Ｎと、送信部１０６と、受信部１０７と、送受信を切り替えるデュプレクサ１０８を有する。基地局１０は、ユーザ位置検出部１０１で、ユーザ装置２０のおおよその位置を検出する。プリコーディング制御部１０２は、検出されたユーザ装置２０の位置周辺の複数の方向に向けて参照信号が送信されるように、複数の参照信号のそれぞれに対するプリコーディングベクトルの重み付け（位相回転量および／または振幅量）を決定する。参照信号生成部１０４は、各参照信号にプリコーディング制御部１０２で決定されたプリコーディングベクトルを乗算して、指向性を有する複数の参照信号を生成する。参照信号へのプリコーディングベクトルの乗算は、サブキャリアへのマッピングの前段で行っても良い。

ユーザ装置２０に対する複数の参照信号は、多重部１０９にて時間的または周波数的に多重されてもよいし、符号分割多重されてもよい。指向性を有する複数の参照信号は、送信部１０６とデュプレクサ１０８を介して、複数のアンテナ１１０−１〜１１０−Ｎからユーザ装置２０の方向に向けて送信される。偏波アンテナが用いられる場合は、一つのビーム番号で特定されるビームを、互いに直交する２つの偏波（２ストリーム）で送信してもよい。

フィードバック情報処理部１０３は、ユーザ装置２０からのフィードバック情報を、アンテナ１１０−１〜１１０−Ｎ、デュプレクサ１０８、および受信部１０７を介して取得し、処理する。フィードバック情報処理部１０３は、フィードバックテーブル１０５を参照して、フィードバック情報に含まれるビーム番号を特定する。フィードバックテーブル１０５は、図６〜８に示されるいずれのテーブルであってもよい。

特定されたビーム番号は、関連する情報（ＣＱＩ、ＰＭＩ、ＲＩ等）とともに、プリコーディング制御部１０２に通知される。プリコーディング制御部１０２は、通知された情報から最適なビームを選択し、選択されたビームに対応するプリコーディングベクトルでユーザ装置２０に対するデータ信号が重み付されるように制御する。

プリコーディング制御部１０２は、フィードバック情報に特定の値が含まれる場合に、参照信号生成部１０４に再度指向性を有する複数の参照信号を生成するように指示してもよいし、ユーザ位置検出部１０１にユーザ装置２０の位置を再検出するように指示してもよい。

プリコーディング制御部１０２はまた、複数のユーザ装置（ＵＥ１、ＵＥ２）に対する参照信号のそれぞれに乗算されるプリコーディングベクトルを決定することができる。この場合、アンテナ１１０−１〜アンテナ１１０−Ｎは、第１のユーザ装置に対する参照信号と、第２のユーザ装置に対する参照信号を空間多重して送信する。第１のユーザ装置宛ての参照信号と、第２のユーザ装置宛ての参照信号は互いに直交することが望ましい。プリコーディング制御部１０２は、第１のユーザ装置と第２のユーザ装置からそれぞれ良好なビーム番号のフィードバックを受けたときに、干渉の少ないユーザ対を決定することができる。

プリコーディング制御部１０２は、ユーザ装置２０からのフィードバック情報に基づいて、ユーザ装置２０の方向をさらに絞り込んだ複数のプリコーディングベクトルを決定してもよい。この場合、参照信号生成部１０４に対して、最初に送信した複数の参照信号よりも狭く鋭い指向性を有する参照信号を生成するように指示してもよい。生成された複数の参照信号は、送信部１０６、デュプレクサ１０８、アンテナ１１０−１〜１１０−Ｎを介して送信される。

図１２は、実施形態で用いられるユーザ装置２０の概略構成図である。ユーザ装置２０は、複数のアンテナ２１０−１〜２１０−Ｍと、送信部２０６と、受信部２０７と、送受信を切り替えるデュプレクサ２０８を有する。ユーザ装置２０は、基地局１０からの参照信号を受信すると、チャネル品質測定部２０１で受信した各参照信号の品質を測定する。

参照信号処理制御部２０２は、受信した複数の参照信号の測定結果に基づき、フィードバックテーブル２０５を参照して、１または複数の適切なビーム番号を選択する。フィードバック情報生成部２０３は、選択されたビーム番号を含むフィードバック情報を生成する。参照信号処理制御部２０２は、受信した参照信号の中に所定レベルを超える参照信号がない場合に、フィードバックテーブル２０５中の特定の値、たとえば「０００」等の値を選択してもよい。

また、参照信号処理制御部２０２は、チャネル品質測定結果に基づき、ランク数を決定し、ランク数をフィードバック情報の中に含める制御を行ってもよい。ランク数の決定はビームごとに行われてもよい。あるいは、ランク数を通知する代わりに、２以上の良好な参照信号を選択して各ビーム番号をフィードバックすることで、ランク数の通知に替えてもよい。

生成されたフィードバック情報は、送信部２０６、デュプレクサ２０８、およびアンテナ２１０−１〜２１０−Ｍを介して送信される。

上述した基地局１０およびユーザ装置２０の構成により、参照信号のオーバーヘッドを抑制しつつ、効率良くビーム選択をすることができる。

１ 移動通信システム
１０ 基地局
１１ アンテナ
２０、２０−１、２０−２、ＵＥ１、ＵＥ２ ユーザ装置
２１、２２、２３、２４ フィードバックテーブル
５１ ビームトラッキング用のビームストリーム
１０１ ユーザ位置検出部
１０２ プリコーディング制御部
１０３ フィードバック情報処理部
１０４ 参照信号生成部
１０５ フィードバックテーブル
１１０−１〜１１０−Ｎ 基地局のアンテナ
２０１ チャネル品質測定部
２０２ 参照信号処理制御部
２０３ フィードバック情報生成部
２０５ フィードバックテーブル

Claims (10)

1. 複数のアンテナ素子を有する基地局と、前記基地局と無線通信を行うユーザ装置とを含む移動通信システムにおけるビーム選択方法であって、
   前記基地局で、前記ユーザ装置が在圏する方向を検出し、
   前記検出された方向に向けて、プリコードされた複数の参照信号を同一の周波数および時間リソースを用いて空間多重で送信し、
   前記ユーザ装置からのフィードバック情報に基づいて、前記ユーザ装置のためのビームを決定する、
   ことを特徴とするビーム選択方法。
2. 前記基地局は、前記複数の参照信号に対する信号系列、時間的および周波数的多重位置、直交符号の一部または全部をシグナリング情報として通知することを特徴とする請求項１に記載のビーム選択方法。
3. 前記基地局は、前記複数の参照信号の中の第１参照信号を送信するビームの選択結果を第１ユーザ装置から受信し、前記複数の参照信号の中の第２参照信号を送信するビームの選択結果を第２ユーザ装置から受信したときに、前記第１ユーザ装置と前記第２ユーザ装置をマルチユーザ空間多重を適用するユーザ対として決定することを特徴とする請求項１に記載のビーム選択方法。
4. 複数のアンテナでユーザ装置と無線通信を行う基地局であって、
   前記ユーザ装置が在圏する方向を検出する検出部と、
   前記検出された方向に向かって複数のビームが形成されるように、参照信号に乗算すべきプリコーディングベクトルを決定するプリコーディング制御部と、
   前記参照信号に前記プリコーディングベクトルを乗算して指向性を有する複数の前記参照信号を生成する参照信号生成部と、
   前記複数の参照信号を前記複数のアンテナから送信する送信部と、
   前記ユーザ装置からのフィードバック情報を受信する受信部と、
   前記フィードバック情報を処理して、前記フィードバック情報に含まれる前記ビームの選択結果を取得するフィードバック情報処理部と、
   を有し、
   前記プリコーディング制御部は、前記選択結果に基づいて、前記ユーザ装置のためのビームを決定することを特徴とする基地局。
5. 前記参照信号に対する信号系列、時間的多重位置、周波数的多重位置、直交符号の一部または全部をシグナリングで通知する通知部、
   をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の基地局。
6. 前記参照信号生成部は、互いに直交する複数の前記参照信号を生成し、
   前記プリコーディング制御部は、前記複数の参照信号の中の第１参照信号を送信するビームの選択結果が第１のユーザ装置から通知され、前記複数の参照信号の中の第２参照信号を送信するビームの選択結果が前記第２のユーザ装置から通知されたときに、前記第１ユーザ装置と前記第２ユーザ装置をマルチユーザ空間多重の適用対象となるユーザ対として決定することを特徴とする請求項４に記載の基地局。
7. 前記基地局は、前記検出された方向に向けて、プリコードされた複数の第１参照信号を複数の第１ビームで同時に送信し、
   前記フィードバック情報の受信後に、前記フィードバック情報で選択された前記第１ビームの方向に向かって、プリコードされた複数の第２参照信号を、前記第１ビームよりも幅の狭い複数の第２ビームで送信し、
   前記第２参照信号に対する追加のフィードバック情報に基づいて前記ユーザ装置のためのビームを決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の基地局。
8. 前記受信部は、前記第１参照信号に対する前記フィードバック情報を第１の周期で受信し、
   前記第２参照信号に対する前記追加のフィードバック情報を、前記第１の周期よりも短い第２の周期で受信することを特徴とする請求項７に記載の基地局。
9. 前記プリコーディング制御部は、前記フィードバック情報に含まれる選択された前記ビームの数に応じてランク数を決定することを特徴とする請求項４に記載の基地局。
10. 複数アンテナで基地局と無線通信するユーザ装置であって、
    基地局から複数のビームで同時に送信される指向性を有する複数の参照信号と、前記複数の参照信号に対する信号系列、時間的および周波数的多重位置、および直交符号の少なくとも一部を含むシグナリング情報とを受信する受信部と、
    前記各参照信号の品質を測定する測定部と、
    前記測定部の測定結果に基づいて、複数の前記ビームの中から１または複数の適切なビームを選択する制御部と、
    前記制御部の選択結果に基づいてフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成部と、
    前記フィードバック情報を前記基地局に送信する送信部と、
    を有することを特徴とするユーザ装置。