JP5850872B2 - ユーザ装置及び基地局 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関する。

近年、無線通信における周波数効率を向上させるための伝送技術として、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｐｕｔ）が検討されてきた。ＭＩＭＯ伝送では、送信機と受信機との双方が、複数のアンテナを利用した空間多重化によって無線信号を送受信する。３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）では、３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１１ Ｖ８．９．０（以降、Ｒｅｌｅａｓｅ ８と呼ぶ）においてＭＩＭＯ伝送が導入された。また、３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１１ Ｖ１０．６．０（以降、Ｒｅｌｅａｓｅ １０と呼ぶ）において、ＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）やブロック対角化などが実現可能なＭＩＭＯ伝送が規定された。

ＭＩＭＯ伝送では、送信機は、送信対象となる各ストリームに対して位相制御（プリコーディング）を実行し、複数のアンテナから位相制御されたストリームを送信する。この位相制御では、受信機からのフィードバック情報（コードブック）に基づき選択されたプリコーディング行列が利用される。このため、受信機から提供されるフィードバック情報が、ＭＩＭＯ伝送の実現に重要な要素となる。

例えば、Ｒｅｌｅａｓｅ ８では、受信機は、以下の表を元にした１６個のコードブックを保持する。

受信機は、送信機から受信したリファレンス信号に基づきチャネル状態を測定し、当該チャネル状態から導出された位相情報に基づきコードブックを選択する。選択したコードブックは、当該コードブックを示すコードブックインデックスにより送信機にフィードバックされる。表１に規定されるコードブックは、すべてのコードブックエントリが同一の振幅を有するよう規定されている。

Ｒｅｌｅａｓｅ １０では、直交偏波アンテナ（Ｃｒｏｓｓ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ：ＣＰＡ）の利用が想定され、受信機は、位相情報を表す２つのコードブックＷ_１，Ｗ_２を送信機にフィードバックする。

ここで、Ｗ_１は、広帯域／長期のチャネル品質を表し、Ｗ_２は、サブバンド／短期のチャネル品質を表す。

式（１）のコードブックＷ_１，Ｗ_２の一例として、以下のものが現在提案されている。

式（２）の例では、Ｗ_１のフィードバックために４ビット（ｍ＝０，１，...１５）が使用され、Ｗ_２のフィードバックのために４ビット（Ｙのための１ビット及びｎ＝０，１，...，７のための３ビット）が使用される。

また、コードブックＷ_１，Ｗ_２の他の例として、以下のものも現在提案されている。

式（３）の例では、Ｗ_１のフィードバックために４ビット（ｍ＝０，１，...１５）が使用され、Ｗ_２のフィードバックのために２ビット（ｎ＝０，１，２，３）が使用される。

３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１１ Ｖ８．９．０（２００９−１２） ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１１ Ｖ１０．６．０（２０１２−１２）

上述したコードブックの選択は、受信機で測定された位相情報に基づくものである。換言すると、従来のコードブックは、測定された位相情報を量子化したものに相当すると言える。従って、従来のプリコーディング（位相制御）によると、位相シフトについては、フィードバックされた位相情報に基づく位相シフト（φ）が各ストリームに適用される。すなわち、プリコーディング行列は、位相シフトにより規定されており、図１に示されるように、Ｎ_ｔ個のアンテナ（図示の例では、４個のアンテナ）から送信される２つのストリームｓ_１，ｓ_２にそれぞれ、位相シフトφ_ｉ１，φ_ｉ２が乗算され、多重化された信号ｘ_Ｎｔが受信機に送信される。

他方、振幅については、プリコーディング行列の各成分に同一の振幅が適用され、同一の振幅が各ストリームに適用されている。すなわち、コードブックの選択では、位相情報が利用され、振幅情報（ゲイン情報）は利用されていない。

現在、４つの直交偏波アンテナによるＭＩＭＯ（４Ｔｘ ＭＩＭＯと呼ぶ）のシステムパフォーマンスを向上させるため、Ｒｅｌｅａｓｅ ８やＲｅｌｅａｓｅ １０で規定された従来のコードブックを拡張することが検討されている。この拡張されたコードブックは、従来のシステムパフォーマンスを担保するため、標準仕様ですでに規定されているコードブックを包含していることが好ましい。

また、コードブックの拡張によってフィードバック情報を伝送するためのビット数が大きく増加することは望ましくない。すなわち、妥当なビット数により拡張されたコードブックをフィードバックできることが望ましい。

上記問題点に鑑み、本発明の１つの課題は、低減されたシグナリング量により伝送可能なゲイン情報により拡張されたコードブックを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送によって基地局と無線信号を通信する送受信部と、前記ＭＩＭＯ伝送に利用される各プリコーディング行列を規定し、位相情報とゲイン情報とを表現するよう構成された所定のコードブックを格納するコードブック格納部と、前記基地局の複数のアンテナから送信された各リファレンス信号に基づき各チャネル状態を測定するチャネル測定部と、前記測定されたチャネル状態に基づき前記格納されているコードブックから前記基地局に通知すべきコードブックを選択し、前記選択したコードブックを特定するコードブックインデックスを含むフィードバック情報を前記基地局に通知するよう前記送受信部に指示するコードブック選択部とを有するユーザ装置に関する。

本発明の上記態様によると、低減されたシグナリング量により伝送可能なゲイン情報により拡張されたコードブックを提供することができる。

図１は、従来技術によるプリコーディングを示す概略図である。 図２は、本発明の一実施例によるプリコーディングを示す概略図である。 図３は、本発明の一実施例による無線通信システムの概略図である。 図４は、本発明の一実施例によるユーザ装置の構成を示すブロック図である。 図５は、直交偏波アンテナ（４Ｔｘ）を有する基地局の一例となるアンテナ構成を示す概略図である。 図６は、本発明の第３実施例によるコードブック構成を示す図である。 図７は、本発明の一実施例による基地局の構成を示すブロック図である。 図８は、本発明の一実施例によるユーザ装置におけるコードブックフィードバック処理を示すフロー図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

後述される本発明の実施例では、ＭＩＭＯ伝送の受信機が、ＭＩＭＯ伝送に利用される各プリコーディング行列を規定するコードブックを保持する。これらのコードブックは、位相情報とゲイン情報との双方を表現するよう構成されている。受信機は、送信機の複数のアンテナから送信されたリファレンス信号に基づき、送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネル状態を測定する。受信機は、格納しているコードブックから、測定されたチャネル状態に適したコードブックインデックスを選択し、選択したコードブックインデックスを送信機にフィードバック情報として送信する。当該フィードバック情報を受信すると、送信機は、位相情報と共にゲイン情報に基づきプリコーディングを実行することが可能になる。図３に示されるように、プリコーディング行列は、位相シフト（φ）とゲイン値（ｇ）とにより規定され、Ｎ_ｔ個のアンテナ（図示の例では、４個のアンテナ）から送信されるストリーム（図示の例では、２つのストリーム）ｓ_１，ｓ_２にはそれぞれ、φ_ｉ１ｇ_ｉ１，φ_ｉ２ｇ_ｉ２が乗算される。そして、位相とゲインとが適用されたストリームが多重化され、アンテナｉから無線信号ｘ_Ｎｉとして送信される。なお、位相シフトφは複素数であり、ゲインｇは実数であり、一実施例では、トータルの送信電力が変化しないように、Σｇ_ｉｊ ^２＝１とされてもよい。

このようにして、位相情報だけでなくゲイン情報も利用してチャネル状態により適したプリコーディングを実現することが可能になる。後述される第１〜第５実施例では、妥当なビット数で位相情報とゲイン情報とを表現又は量子化したコードブックが開示される。特に、当該コードブックは直交偏波アンテナに好適である。

図３を参照して、本発明の一実施例による無線通信システムを説明する。後述される無線通信システムでは、送信機と受信機とがＭＩＭＯ伝送により通信可能である。この無線通信システムでは、送信機と受信機とは基地局とユーザ装置との何れかにより実現される。例えば、ダウンリンク送信では、送信機が基地局であり、受信機がユーザ装置である。他方、アップリンク送信では、送信機がユーザ装置であり、受信機が基地局である。以下の実施例は、送信機が基地局であり、受信機がユーザ装置であるダウンリンク送信に関して説明される。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでなく、アップリンク送信にも同様に適用可能である。

図３は、本発明の一実施例による無線通信システムの概略図である。図示されるように、無線通信システム１０は、ユーザ装置（ＵＥ）１００及び基地局（ｅｖｏｌｖｅｄ ＮｏｄｅＢ）２００を有する。ダウンリンク送信では、基地局２００が送信機であり、ユーザ装置１００が受信機となる。

ユーザ装置１００は、移動局（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ：ＭＳ）と呼ばれてもよく、典型的には、携帯電話、スマートフォン、タブレット、モバイルルータが備えられたパーソナルコンピュータなどの無線通信機能を備えた情報処理装置である。本実施例では、ユーザ装置１００は、複数のアンテナを有し、シングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）又はマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）の一方又は双方に対応可能であってもよい。一実施例では、ユーザ装置１００のアンテナは、直交偏波アンテナであってもよい。

基地局（ＢＳ）２００は、ユーザ装置１００と無線接続することによって、通信接続された上位局やサーバ（図示せず）から受信したダウンリンク（ＤＬ）データをユーザ装置１００に送信すると共に、ユーザ装置１００から受信したアップリンク（ＵＬ）データを上位局（図示せず）に送信する。図示された実施例では、基地局２００は、４個のアンテナを有し、これらのアンテナを用いてＭＩＭＯによりユーザ装置１００と通信する。基地局２００は、シングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）又はマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）の一方又は双方に対応可能であってもよい。一実施例では、基地局２００のアンテナは、直交偏波アンテナであってもよい。また、図示された実施例では、基地局２００は、４個のアンテナを有しているが、本発明はこれに限定されず、何れか適当な個数のアンテナが利用されてもよい。

図示されるように、基地局２００は、ＭＩＭＯ伝送によりリファレンス信号をユーザ装置１００に送信する。リファレンス信号を受信すると、ユーザ装置１００は、受信したリファレンス信号から導出されたチャネル状態に基づき、予め格納しているコードブックから当該チャネル状態に適したコードブックインデックスを選択し、選択したコードブックを示すフィードバック情報を基地局２００に送信する。フィードバック情報を受信すると、基地局２００は、送信対象のストリームに通知されたコードブックインデックスを元にプリコーディング行列を適用し、４個のアンテナからユーザ装置１００にデータ信号を送信する。

図４を参照して、本発明の一実施例によるユーザ装置を説明する。本実施例では、ユーザ装置１００は、ＭＩＭＯにおける受信機として動作し、送信機である基地局２００からリファレンス信号を受信し、受信したリファレンス信号に基づき、後述される第１実施例から第５実施例の何れかに従って、基地局２００が使用すべきコードブックを選択する。

図４は、本発明の一実施例によるユーザ装置の構成を示すブロック図である。図示されるように、ユーザ装置１００は、送受信部１１０、コードブック格納部１２０、チャネル測定部１３０及びコードブック選択部１４０を有する。

送受信部１１０は、ＭＩＭＯ伝送によって基地局２００と無線信号を通信する。すなわち、送受信部１１０は、複数のアンテナを介し基地局２００からダウンリンク信号を受信すると、受信信号に対して周波数変換処理、サイクリックプリフィックス（ＣＰ）の除去、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の各種受信処理を実行し、データ信号と制御信号とを抽出する。送受信部１１０は、制御信号をチャネル測定部１３０に提供すると共に、データ信号を復号化する。また、送受信部１１０は、コードブック選択部１４０により選択されたコードブックを含むフィードバック情報と共に、プリコーディングされた送信対象のデータ信号に対して逆高速フーリエ変換、ＣＰの付加、周波数変換等の各種送信処理を実行し、生成されたアップリンク信号を基地局２００に送信する。

コードブック格納部１２０は、ＭＩＭＯ伝送に利用される各プリコーディング行列を規定する所定のコードブックを格納する。当該コードブックは、後述される第１〜第５実施例のように、位相情報とゲイン情報との双方を表現するよう構成される。当該コードブックは、ユーザ装置１００に予め格納されていてもよいし、又は基地局２００から提供されてもよい。コードブックの詳細は、以降の第１〜第５実施例において説明する。

チャネル測定部１３０は、送受信部１１０から提供された各リファレンス信号に基づき、ユーザ装置１００の各アンテナと基地局２００の各アンテナとの間のチャネル状態を測定する。一実施例では、チャネル測定部１３０は、基地局２００の複数のアンテナから送信された各リファレンス信号に基づき各リファレンス信号の位相及びゲインを測定し、測定結果をコードブック選択部１４０に提供する。

コードブック選択部１４０は、チャネル測定部１３０により測定されたチャネル状態に基づき、コードブック格納部１２０に格納されているコードブックから基地局２００に通知すべきコードブックを選択し、選択したコードブックを特定するコードブックインデックスを含むフィードバック情報を基地局２００に通知するよう送受信部１１０に指示する。一実施例では、コードブック選択部１４０は、格納されているコードブックのうち、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）などの通信品質を最大にするコードブックを選択するようにしてもよい。

まず、第１実施例によるコードブック構成を説明する。第１実施例では、プリコーディング行列Ｗは、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎと位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}との積として、すなわち、
Ｗ＝Ｗ_ｇａｉｎＷ_{ｐｈａｓｅ}
として規定される。

ここで、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは、例えば、基地局２００のアンテナの個数に対応するサイズを有する対角行列として、すなわち、４Ｔｘの基地局２００については、

として規定される。ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの各対角成分ｇ_ｉは、基地局２００の各アンテナに適用されるゲインを表すことになる。なお、非対角成分は、限定することなく、０であってもよい。他方、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}は、図１に示されるものであり、具体的には表１に示されるようなＲｅｌｅａｓｅ ８で規定されたものであってもよい。

このように規定されたゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは、各対角成分ｇ_ｉの値によって基地局２００のアンテナ毎の電力を調整することを可能にする。すなわち、式（４）によると、ゲイン値ｇ_１が第１アンテナに適用され、ゲイン値ｇ_２が第２アンテナに適用され、ゲイン値ｇ_３が第３アンテナに適用され、ゲイン値ｇ_４が第４アンテナに適用されることになる。

一実施例では、コードブック選択部１４０は、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとを異なる頻度及び／又は異なる周波数の粒度により基地局２００にフィードバックしてもよい。例えば、位相情報とゲイン情報との相対的な重要度に応じて、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとのフィードバック頻度を変えてもよい。位相情報がゲイン情報より相対的に重要度が高い場合、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}は高頻度により、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは低頻度により基地局２００に通知してもよい。他方、位相情報がゲイン情報より相対的に重要度が低い場合、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}は低頻度により、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは高頻度により基地局２００に通知してもよい。また、位相情報とゲイン情報とは、それらの相対的な重要度に応じて、異なる周波数帯域幅により測定されてもよい。位相情報がゲイン情報より相対的に重要度が高い場合、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}は送信帯域を分割した各サブバンドで測定され、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは送信帯域全体で測定されてもよい。他方、位相情報がゲイン情報より相対的に重要度が低い場合、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}は送信帯域全体で測定され、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは送信帯域を分割した各サブバンドで測定されてもよい。

一実施例では、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの対角成分ｇ_ｉは、式（４）のゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎに対して、具体的には以下のように規定されてもよい。

この場合、ゲイン情報はｋの値によって規定することが可能である。例えば、ｋ＝０に対しては、式（５−１）においてβ_０＝１を代入したものとなる。また、ｋ＝４に対しては、式（５−２）においてβ_４＝４を代入したものとなる。このように、ｋの値を規定するのみによって、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの対角成分を決定し、基地局２００に通知するゲイン情報を特定することが可能となる。例えば、式（５）では、３ビットによりゲイン情報をフィードバックすることが可能である。すなわち、位相情報のための４ビットに３ビットのゲイン情報を追加的に送信のみで、位相情報とゲイン情報とを考慮したプリコーディングが実現できる。

コードブック格納部１２０は、このように規定された位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとを格納し、コードブック選択部１４０は、チャネル測定部１３０から提供されたチャネル状態の測定結果に基づき、前記格納されているコードブックのゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎのうち、通信品質を最大にする対角成分（ｋ＝０，１，...，７）を有するゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎを選択する。例えば、コードブック選択部１４０は、ＳＩＮＲが最大となる対角成分を有するゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎを選択してもよい。他方、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}は、Ｒｅｌｅａｓｅ ８と同様にして選択されてもよい。

なお、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎにおいてβ＝１とすることによって、表１に示されるようなコードブックと同一になることに留意されたい。すなわち、第１実施例によるコードブック構成は、Ｒｅｌｅａｓｅ ８のコードブックを包含したものとなる。

ここで、式（５）の各式を説明する。式（５−１）は直交偏波アンテナに好適である。すなわち、式（５−１）は、基地局２００の複数のアンテナのうち同一偏波のアンテナ群に同一のゲインを適用することを意味する。基地局２００の第１〜第４アンテナが、図５に示されるようなアンテナ構成、すなわち、第１アンテナと第２アンテナとが４５°の同一偏波を有し、第３アンテナと第４アンテナとが−４５°の同一偏波を有すると仮定する。同一偏波のアンテナの伝搬特性は類似していると推定されるため、式（５−１）では、対角成分ｇ_１，ｇ_２に同一のゲイン値が適用され、対角成分ｇ_３，ｇ_４に同一のゲイン値が適用される。すなわち、式（５−１）によるゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの対角成分は、基地局２００の複数のアンテナのうち同一偏波のアンテナ群に同一のゲインを適用することが可能である。

また、式（５−２）は同一位置に配置されたアンテナに好適である。図５に示されるように、第１アンテナと第３アンテナとが同一位置に配置され、第２アンテナと第４アンテナとが同一位置に配置される。同一位置のアンテナの伝搬特性は類似していると推定されるため、式（５−２）では、対角成分ｇ_１，ｇ_３に同一のゲイン値が適用され、対角成分ｇ_２，ｇ_４に同一のゲイン値が適用される。すなわち、式（５−２）によるゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの対角成分は、基地局２００の複数のアンテナのうち同一位置に配置されたアンテナ群に同一のゲインを適用することが可能である。

このように、式（５）により規定されるゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは、３ビットで通知可能なｋの値を利用して、何れのアンテナの送信電力を高くするかというアンテナ選択と、どの程度の送信電力にするかというゲイン値との結合情報を基地局２００にフィードバックすることが可能である。すなわち、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの対角成分は、基地局２００の複数のアンテナの何れのアンテナに相対的に大きなゲインを適用するかを示すアンテナ選択情報と、適用されるべきゲインの大きさを示すゲイン値情報との結合情報により表現される。

以上のように、第１実施例では、フィードバック情報が、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとを特定し、プリコーディング行列Ｗが、Ｗ_ｇａｉｎＷ_{ｐｈａｓｅ}によって導出される。第１実施例によると、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの各対角成分のゲイン値によって、基地局２００の各アンテナの電力を調整することが可能になる。

次に、第２実施例によるコードブック構成を説明する。第２実施例では、プリコーディング行列Ｗは、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとの積として、すなわち、
Ｗ＝Ｗ_{ｐｈａｓｅ}Ｗ_ｇａｉｎ
として規定される。

ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは、基地局２００から送信されるストリームの個数に対応するサイズを有する対角行列として、すなわち、２ストリームの基地局２００については、

として規定される。ここで、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの各対角成分ｇ_ｉは、基地局２００から送信される各ストリームに適用されるゲインを表すことになる。なお、非対角成分は、限定することなく、０であってもよい。位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}は、図１に示されるものであり、具体的には表１に示されるようなＲｅｌｅａｓｅ ８で規定されたものであってもよい。

このように規定されたゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎは、各対角成分ｇ_ｉの値によって基地局２００から送信されるストリーム毎の電力を調整することを可能にする。すなわち、式（６）によると、ゲイン値ｇ_１は第１ストリームｓ_１に適用され、ゲイン値ｇ_２は第２ストリームｓ_２に適用される。

一実施例では、第１実施例と同様に、コードブック選択部１４０は、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとを異なる頻度及び／又は異なる周波数の粒度により基地局２００にフィードバックしてもよい。例えば、位相情報とゲイン情報との相対的な重要度に応じて、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとのフィードバック頻度を変えてもよい。また、位相情報とゲイン情報とは、それらの相対的な重要度に応じて、異なる周波数帯域幅（広帯域又はサブバンドなど）により測定されてもよい。また、第１実施例と同様に、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの対角成分ｇ_ｉは、式（６）のゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎに対して式（５）により規定されてもよい。

コードブック格納部１２０は、このように規定された位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとを格納し、コードブック選択部１４０は、チャネル測定部１３０から提供されたチャネル状態に基づき、格納されているコードブックのゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎのうち、通信品質を最大にする対角成分（ｋ＝０，１，...，７）を有するゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎを選択する。例えば、コードブック選択部１４０は、ＳＩＮＲが最大となる対角成分を有するゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎを選択してもよい。ここで、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}は、Ｒｅｌｅａｓｅ ８と同様にして選択されてもよい。

以上のように、第２実施例では、フィードバック情報が、位相行列Ｗ_{ｐｈａｓｅ}とゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎとを特定し、プリコーディング行列Ｗが、Ｗ_{ｐｈａｓｅ}Ｗ_ｇａｉｎによって導出される。第２実施例によると、ゲイン行列Ｗ_ｇａｉｎの各対角成分のゲイン値ｇ_ｉによって、基地局２００から送信される各ストリームの電力を調整することが可能になる。

次に、第３実施例によるコードブック構成を説明する。第３実施例では、図６に示されるように、コードブック構成は単一のコードブック構成であり、Ｒｅｌｅａｓｅ ８に規定された位相情報を表現するコードブックの基底ベクトルｕ_０，...，ｕ_１５に対して、位相情報とゲイン情報との双方を表現するコードブックの基底ベクトルｕ_１６，...，ｕ_３１を加えることにより構成される。

一実施例では、コードブックの基底ベクトルｕ_１６，...，ｕ_３１は、位相シフトφにゲイン値ｇを乗算した以下の式により規定されてもよい。

このとき、プリコーディング行列Ｗ_ｎは、

により規定されてもよく、また、ランク２，３，４については選択するカラムがＲｅｌｅａｓｅ ８と異なっていてもよい。

以上のように、第３実施例では、コードブック格納部１２０は、位相情報に基づくコードブックと、位相情報とゲイン情報とに基づくコードブックとを格納する。第３実施例によると、Ｒｅｌｅａｓｅ ８により規定された位相情報に基づきコードブックに加えて、コードブックの基底ベクトルｕ_ｉの各要素の位相シフトφにゲインｇを適用することによって構成されるコードブックが追加される。すなわち、ゲイン値ｇがハウスホルダ行列にマッピングされることになる。

次に、第４実施例によるコードブック構成を説明する。第４実施例では、プリコーディング行列Ｗは第１行列Ｗ_１と第２行列Ｗ_２との積とされる。ここで、第１行列Ｗ_１は位相情報を表現し、第２行列Ｗ_２は位相情報とゲイン情報との双方を表現する。一実施例では、第１行列Ｗ_１は広帯域／長期のチャネル状態を表し、第２行列Ｗ_２はゲイン情報を適用した狭帯域（サブバンド）／短期のチャネル状態を表しても良い。プリコーディング行列Ｗは、

として規定される。すなわち、式（９）の第１行列Ｗ_１は、式（１）のように対角成分に同一の行列Ｘを用いる必要はなく、Ｘ_１，Ｘ_２のように異なる行列が使用されてもよい。一実施例では、行列Ｘ_１，Ｘ_２は、例えば、以下のように規定されてもよい。

ここで、ｍの値は、ｍ＝０，２，４，６，８，１０，１２，１４などであってもよく、３ビットにより表されてもよい。このように規定された行列Ｘ_１，Ｘ_２の列ベクトルは、連続した位相回転を保持するので、ＵＬＡ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｉｎｅａｒ Ａｒｒａｙ）アンテナにおいて特性改善が可能となる。

また、式（９）の第２行列Ｗ_２は、例えば、式（１）の構成を用い、Ｗ_２にゲイン値

が乗算されてもよい。

例えば、当該ゲイン情報は、２ビットのｋの値（ｋ＝０，１，２，３）により特定されてもよく、例えば、ｋの値に応じて、β_ｋ＝１，４，１／２，１／４が代入されてもよい。

第４実施例のフィードバックオーバヘッドは、Ｗ_１が離散フーリエ変換ベクトルの場合、Ｗ_１のフィードバックのために４ビットが使用される。他方、Ｗ_２のφ_ｎが２又は３ビットにより表され、ゲイン情報ｋが２ビットにより表される場合、Ｗ_２のフィードバックのために４又は５ビットが使用される。また、式（２）のように、Ｙの要素を選択するための１ビットが追加される場合には、Ｗ_２のフィードバックのために５又は６ビットが使用される。

以上のように、第４実施例では、フィードバック情報は、位相情報を表現する第１行列Ｗ_１と、位相情報とゲイン情報とを表現する第２行列Ｗ_２とを特定し、プリコーディング行列が、Ｗ_１Ｗ_２により導出される。

次に、第５実施例によるコードブック構成を説明する。第５実施例では、プリコーディング行列Ｗは第１行列Ｗ_１と第２行列Ｗ_２との積である。ここで、第１行列Ｗ_１は位相情報とゲイン情報との双方を表現し、第２行列Ｗ_２は位相情報を表現する。一実施例では、第１行列Ｗ_１はゲイン情報を適用した広帯域／長期のチャネル状態を表し、第２行列Ｗ_２は狭帯域（サブバンド）／短期のチャネル状態を表す。プリコーディング行列Ｗは、

として規定される。式（１２）の第１行列Ｗ_１は、式（１）のＷ_１の対角成分Ｘ₁及びＸ_２にゲイン値Ｇ_ｉ ^（ｋ）が乗算されている。すなわち、第１行列Ｗ_１は、ゲイン情報を表す行列Ｇ_１ ^（ｋ），Ｇ_２ ^（ｋ）と位相情報を示す行列Ｘ_１，Ｘ_２とのそれぞれの積Ｇ_１ ^（ｋ）Ｘ_１，Ｇ_２ ^（ｋ）Ｘ_２を対角要素に有する。

第４実施例と同様に、式（１２）の第１行列Ｗ_１は、式（１）のように同一の行列Ｘを用いる必要はなく、Ｘ_１，Ｘ_２のように異なる行列が使用されてもよい。ここで、行列Ｘ_１，Ｘ_２は、例えば、第４実施例と同様に、以下のように規定されてもよい。

ここで、ｍの値は、ｍ＝０，２，４，６，８，１０，１２，１４などであってもよく、３ビットにより表されてもよい。このように規定された行列Ｘ_１，Ｘ_２の列ベクトルは、連続した位相回転を保持するため、ＵＬＡ（Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｌｉｎｅａｒ Ａｒｒａｙ）アンテナにおいて特性改善が可能となる。

また、式（１２）の第２行列Ｗ_２は、例えば、

により規定されてもよい。この場合、基地局２００から送信されるビームを特定するベクトルＹを特定するのに２ビットが使用され、基地局２００の各アンテナの位相シフト量を示すｎもまた２ビットにより規定されてもよい。

一実施例では、第１行列Ｗ_１のゲイン情報を表す行列Ｇ_ｉ ^（ｋ）は対角行列として表され、第１，２実施例と同様に、当該対角行列の対角成分は、

として規定されてもよい。この場合、ゲイン情報はｋの値によって規定することが可能である。例えば、ｋ＝０に対しては、式（１５−１）においてβ_０＝１を代入したものとなる。また、ｋ＝４に対しては、式（１５−２）においてβ_４＝４を代入したものとなる。このように、ｋの値を規定することによって、ゲイン値Ｇ_ｉ ^（ｋ）を決定することが可能であり、式（１５）では３ビットによりゲイン情報をフィードバックすることが可能になる。このように規定された対角行列Ｇ_ｉ ^（ｋ）は、基地局２００から送信される各ビームに適用されるゲイン値を表すことになる。

第１，２実施例と同様に、式（１５−１）は直交偏波アンテナに好適である。すなわち、式（１５−１）は、基地局２００の複数のアンテナのうち同一偏波のアンテナ群に同一のゲインを適用する。また、式（１５−２）は同一位置に配置されたアンテナに好適である。

コードブック選択部１４０は、チャネル測定部１３０により測定されたチャネル状態に基づき、ゲイン値Ｇ_ｉ ^（ｋ）のうち、通信品質を最大にするゲイン値Ｇ_ｉ ^（ｋ）を選択する。例えば、コードブック選択部１４０は、ＳＩＮＲが最大となるゲイン値Ｇ_ｉ ^（ｋ）を選択してもよい。

第５実施例のフィードバックオーバヘッドは、Ｗ_１のＸ及びＧ_ｉ ^（ｋ）が、

により規定される場合、Ｗ_１のフィードバックのために７ビットが使用され、Ｗ_２のφが、

により規定される場合、Ｗ_２のフィードバックのために２ビットが使用される。この場合、Ｘはシングルビームを表し、Ｇ_ｉ ^（ｋ）はシングルゲインを表す。

他の実施例では、Ｗ_１のＸ₁，Ｘ_２及びＧ_ｉ ^（ｋ）が、

により規定される場合、Ｗ_１のフィードバックのために６ビットが使用され、Ｗ_２のφが、

により規定される場合、Ｗ_２のフィードバックのために３ビットが使用される。この場合、Ｘ₁及びＸ_２はマルチビームであることを表す。Ｇ_ｉ ^（ｋ）はシングルゲインを表す。

他の実施例では、Ｗ_１のＸ_１，Ｘ_２及びＧ_ｉ ^（ｋ）が、

により規定される場合、Ｗ_１のフィードバックのために４ビットが使用され、Ｗ_２が、

により規定される場合、Ｗ_２のフィードバックのために４ビットが使用される。この場合、Ｘ₁及びＸ_２はシングルビームを表し、Ｇ_ｉ ^（ｋ）はマルチゲインを表す。

上述した第１〜第５実施例では、ゲイン値βは上位レイヤにより指定され、動的に選択された。しかしながら、本発明によるβは、これに限定されるものでない。例えば、βは固定値であっても上位レイヤにより指定されてもよい。また、βは、ａ，２ａ，１／ａ，１／２ａやａ，２ａ，１，１／２ａなどにより規定され単一のａで計算されてもよい。また、ゲイン値βは、アップリンク信号に基づき基地局２００が推定可能であるかもしれない。このため、基地局２００は、自らが推定したゲイン値に基づきゲイン制御してもよい。この場合、ユーザ装置１００からのフィードバック情報は不要となるであろう。

次に、図７を参照して、本発明の一実施例による基地局を説明する。図７は、本発明の一実施例による基地局の構成を示すブロック図である。

図７に示されるように、基地局２００は、送受信部２１０、プリコーディングウェイト生成部２２０及びプリコーディング処理部２３０を有する。

送受信部２１０は、ＭＩＭＯ伝送によってユーザ装置１００と無線信号を通信する。すなわち、送受信部２１０は、複数のアンテナを介しユーザ装置１００からアップリンク信号を受信すると、受信信号に対して周波数変換処理、サイクリックプリフィックス（ＣＰ）の除去、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の各種受信処理を実行し、データ信号と制御信号とを抽出する。送受信部２１０は、制御信号に含まれるユーザ装置１００からのフィードバック情報をプリコーディングウェイト生成部２２０に提供する。また、送受信部２１０は、プリコーディング処理部２３０によりプリコーディングされた送信対象のデータ信号に対して逆高速フーリエ変換、ＣＰの付加、周波数変換等の各種送信処理を実行し、ダウンリンク信号をユーザ装置１００に送信する。このダウンリンク信号には、リファレンス信号が含まれてもよい。

プリコーディングウェイト生成部２２０は、送受信部２１０により提供されたフィードバック情報から位相情報とゲイン情報とを抽出する。例えば、位相情報及びゲイン情報は、コードブックインデックスにより特定されてもよい。プリコーディングウェイト生成部２２０は、上述した第１〜第５実施例の何れを利用して、抽出した位相情報とゲイン情報に基づきプリコーディング行列を導出し、導出したプリコーディング行列に基づきプリコーディングウェイトを生成する。プリコーディングウェイト生成部２２０は、生成したプリコーディングウェイトをプリコーディング部２３０に提供する。

プリコーディング処理部２３０は、ユーザ装置１００に送信する各ストリームに生成されたプリコーディングウェイトを適用することによって、基地局２００の各アンテナに対する無線信号を生成する。その後、プリコーディング処理部２３０は、生成した無線信号を対応するアンテナを介し送信するため、送受信部２１０に提供する。

次に、図８を参照して、本発明の一実施例によるユーザ装置におけるコードブックフィードバック処理を説明する。図８は、本発明の一実施例によるユーザ装置におけるコードブックフィードバック処理を示すフロー図である。

図８に示されるように、ステップＳ１０１において、ユーザ装置１００は、ＭＩＭＯ伝送により基地局２００の複数のアンテナから無線信号を受信する。

ステップＳ１０２において、ユーザ装置１００は、受信した無線信号から各アンテナのリファレンス信号を抽出する。

ステップＳ１０３において、ユーザ装置１００は、各リファレンス信号から各チャネルのチャネル状態を測定する。

ステップＳ１０４において、ユーザ装置１００は、上述した第１〜５実施例の何れに従って構成されたコードブックから、測定されたチャネル状態に基づきチャネル状態に適したコードブックを選択する。

ステップＳ１０５において、ユーザ装置１００は、選択したコードブックを特定するコードブックインデックスをフィードバック情報として基地局２００に通知する。

上述した実施例は、４ＴｘのダウンリンクＭＩＭＯに関して説明されたが、本発明は、これに限定されるものでなく、任意数のアンテナを用いたＭＩＭＯ及びアップリンクＭＩＭＯにも容易に適用可能であることは当業者に明らかであろう。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 無線通信システム
１００ ユーザ装置
１１０ 送受信部
１２０ コードブック格納部
１３０ チャネル測定部
１４０ コードブック選択部
２００ 基地局

Claims (7)

1. ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送によって基地局と無線信号を通信する送受信部と、
   前記ＭＩＭＯ伝送に利用される各プリコーディング行列を規定し、位相情報とゲイン情報とを表現するよう構成された所定のコードブックを格納するコードブック格納部と、
   前記基地局の複数のアンテナから送信された各リファレンス信号に基づき各チャネル状態を測定するチャネル測定部と、
   前記測定されたチャネル状態に基づき前記格納されているコードブックから前記基地局に通知すべきコードブックを選択し、前記選択したコードブックを特定するコードブックインデックスを含むフィードバック情報を前記基地局に通知するよう前記送受信部に指示するコードブック選択部と、を有するユーザ装置であって、
   前記フィードバック情報は、前記位相情報と前記ゲイン情報とを表現した第１行列Ｗ _１ と、前記位相情報を表現した第２行列Ｗ _２ とを特定し、
   前記プリコーディング行列は、Ｗ _１ Ｗ _２ により導出されるユーザ装置。
2. 前記第１行列Ｗ_１は、前記ゲイン情報を表す行列Ｇ_１，Ｇ_２と前記位相情報を示す行列Ｘ_１，Ｘ_２とのそれぞれの積Ｇ_１Ｘ_１，Ｇ_２Ｘ_２を対角成分に有する、請求項１記載のユーザ装置。
3. 前記行列Ｇ_１，Ｇ_２は、対角成分が前記基地局から送信される各ビームに適用されるゲイン値を表す対角行列である、請求項２記載のユーザ装置。
4. 前記第２行列Ｗ_２は、前記基地局から送信されるビームを特定する行列Ｙと、前記複数のアンテナの位相シフト量を示す、請求項３記載のユーザ装置。
5. 前記行列Ｘ_１は、前記チャネル測定部により測定された広帯域又は長期のチャネル品質を示し、
   前記行列Ｘ_２は、前記チャネル測定部により測定された狭帯域又は短期のチャネル品質を示す、請求項２乃至４何れか一項記載のユーザ装置。
6. 前記行列Ｘ_１及びＸ_２は、前記基地局から送信されるビームについて連続した位相シフト量を保持するよう規定される、請求項２乃至５何れか一項記載のユーザ装置。
7. ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送によってユーザ装置と無線信号を通信する送受信部と、
   前記ユーザ装置から受信したフィードバック情報のコードブックインデックスによって特定された位相情報とゲイン情報とに基づきプリコーディング行列を導出し、前記導出したプリコーディング行列に基づきプリコーディングウェイトを生成するプリコーディングウェイト生成部と、
   前記ユーザ装置に送信する各ストリームに前記生成されたプリコーディングウェイトを適用することによって各アンテナに対する無線信号を生成し、前記生成した無線信号を対応するアンテナを介し送信するよう前記送受信部に指示するプリコーディング処理部と、を有する基地局であって、
   前記フィードバック情報は、前記位相情報と前記ゲイン情報とを表現した第１行列Ｗ _１ と、前記位相情報を表現した第２行列Ｗ _２ とを特定し、
   前記プリコーディング行列は、Ｗ _１ Ｗ _２ により導出される基地局。

Images