JP2014204305A - 無線通信システム、無線基地局装置、およびユーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３Ｄ-ＭＩＭＯ方式の無線通信システムで、参照信号の送信オーバーヘッドとフィードバック情報の送信オーバーヘッドの少なくとも一方を削減する。【解決手段】 無線通信システムは、２次元配置された複数のアンテナ素子を有する無線基地局と、前記無線基地局と無線通信を行うユーザ装置と、を含み、無線基地局は、前記複数のアンテナ素子の一部または全部を用いて、伝搬路測定用の参照信号を、複数の異なるコンフィギュレーションで送信し、前記ユーザ装置は、前記参照信号に基づいて、水平方向、垂直方向および偏波間の全てまたはいずれかの伝搬路情報を前記無線基地局にフィードバックする。【選択図】図４

Description

本発明は、無線通信技術の分野に関し、特に、３Ｄ-ＭＩＭＯ（Three Dimensional Multiple Input Multiple Output）方式の無線通信システムと、無線基地局装置、およびユーザ装置に関する。

３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）におけるＬＴＥ（Long Term Evolution）標準規格のリリース８〜１１では、基地局のアンテナ素子を横方向に複数配置し、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標準化においては、縦方向と横方向に２次元配置した多数のアンテナ素子を基地局に搭載し、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。

リリース１１までは、水平方向と偏波素子間の伝搬路状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）をＭＩＭＯ基地局にフィードバックすることにより、閉ループ型のプリコーディングを実現している。ＣＳＩオーバーヘッドを抑制するために、基地局とユーザ装置の間で、複数のプリコーディング行列（線形フィルタ）が記載されたコードブックをあらかじめ共有しておき、ユーザ装置が所望のプリコーディング行列をコードブックから選択して、選択した行列番号をＣＱＩとともに基地局装置に通知する。基地局装置はフィードバック情報に基づいて、送信データにプリコーディングを行ってＭＩＭＯ伝送を行う。

下りリンクのＭＩＭＯ伝送用に送信８アンテナ用のコードブックが合意されている（たとえば、非特許文献３参照）。

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" 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #62, R1-105011, "Way Forward on 8Tx Codebook for Rel. 10 DL MIMO"

３Ｄ−ＭＩＭＯでは、水平方向および偏波素子間の伝搬路情報に加え、垂直方向の伝搬路情報が送信側で必要になる。このとき、いかにしてＲＳ（Reference Signal：参照信号）のオーバーヘッドや、ＦＢ（フィードバック）情報のオーバーヘッドを削減するかが重要な課題となる。

アンテナ数が８より多いＦＤ−ＭＩＭＯ（Full Dimension-MIMO）では、アンテナ素子数が数十から百以上となることが予想され、ビーム形成のための効率的な情報の送受信がいっそう求められる。

そこで、本発明は、３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の無線通信システムにおいて、参照信号の送信オーバーヘッドとフィードバック情報の送信オーバーヘッドの少なくとも一方を低減することを課題とする。

上記課題を実現するために、
（ａ）送信側で、参照信号の送信に用いるアンテナ素子の選択や、送信タイミング等のコンフィギュレーションを制御してＲＳオーバーヘッドを減らす方法と、
（ｂ）垂直情報を効率的に付加したフィードバック情報を生成する方法、
が考えられる。ここで言うコンフィギュレーションとは、当該参照信号の時間・周波数的な多重位置、送信周期、アンテナ素子、送信系列等を指定する制御情報を示す。

本発明のひとつの態様では、無線通信システムを提供する。無線通信システムは、
２次元配置された複数のアンテナ素子を有する無線基地局と、
前記無線基地局と無線通信を行うユーザ装置と、
を含み、
前記無線基地局は、前記複数のアンテナ素子の一部または全部を用いて、伝搬路測定用の参照信号を、複数の異なるコンフィギュレーションで送信し、
前記ユーザ装置は、前記参照信号に基づいて、水平方向、垂直方向および偏波間の全てまたはいずれかの伝搬路情報を前記無線基地局にフィードバックする。

３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の通信システムで参照信号の送信オーバーヘッドと、フィードバック情報の送信オーバーヘッドの少なくとも一方を低減することができる。

実施形態の無線通信システムの概略図である。 ２次元配置されるアンテナ素子間の関係性を説明するための図である。 ＲＳ送信時のアンテナ素子の選択例を示す図である。 ＲＳ信号の送信例を示す図である。 ＲＳ信号の送信例を示す図である。 ＲＳ信号の送信例を示す図である。 ユーザ装置から無線基地局へのフィードバック方法を説明する図である。 無線基地局装置の構成例を示す図である。 ユーザ装置の構成例を示す図である。

図１は、実施形態の無線通信システム１の概略図である。無線通信システム１は、無線基地局１０と、ユーザ装置２０−１、２０−２を含む。この例では、無線基地局１０から各ユーザ装置２０−１、２０−２への送信信号を空間多重するマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が採用されている。

無線基地局１０は、複数のアンテナが縦横に２次元配列されたアンテナアレイ１１を有する。無線基地局１０は、アンテナアレイ１１に含まれるアンテナの一部または全部を用いて、ユーザ装置２０−１、２０−２で伝搬路情報の推定に用いる参照信号（ＲＳ）を送信する（矢印(1)）。この参照信号の送信方法については後述する。

各ユーザ装置２０−１、２０−２は、受信した参照信号から推定した伝搬路状態情報（ＣＳＩ）を無線基地局１０にフィードバックする（矢印(2)）。

無線基地局１０は、フィードバック情報を用いて、ユーザ装置２０−１、２０−２の間の相互干渉を抑制する送信プリコーディングウエイトを生成し、各ユーザ装置２０−１、２０−２宛のデータ信号とチャネル推定用の参照信号のための送信ビームフォーミングを行って、データ信号を送信する（矢印(3)）。

ビームフォーミングのためのプリコーディングベクトルは、各ユーザ装置２０−１，２０−２からフィードバックされるＣＳＩに基づいて無線基地局１０で計算してユーザ装置２０−１、２０−２に通知してもよい。あるいは、ユーザ装置２０−１、２０−２が、推定した伝搬路情報（チャネル行列）からプリコーディングベクトルを計算して無線基地局１０にフィードバックしてもよい。あるいは、無線基地局１０と各ユーザ装置２０−１、２０−２の間でコードブック（プリコーディング行列群）を共通に保持し、各ユーザ装置２０−１、２０−２が推定したチャネル行列に基づいて所望のプリコーディングベクトルを選択する構成としてもよい。

図１（Ｂ）に示すように、２次元配列のアンテナアレイ１１を有する無線基地局１０は水平方向のビームフォーミングに加えて、垂直方向にもビームを形成することができる。

図２は、無線基地局１０のアンテナ構成例を示す。図２（Ａ）は、水平方向に４つ、縦方向に２つの合計８つのアンテナが配置されている。アンテナ０−７の各々を個別のアンテナ素子として機能させてもよいし、隣接する２つのアンテナ（たとえばアンテナ０とアンテナ１）に直交する偏波のそれぞれを割当て、２つで１つの素子として機能させてもよい。

図２（Ｂ）では縦横に４つの素子が配置され、各素子は直交する偏波に対応する２つのアンテナで構成される。図２（Ｃ）では、縦横に４つのアンテナが配置されている。図２（Ｄ）では、縦方向に２つの素子が配置され、各素子が直交する偏波に対応する２つのアンテナで構成される。

二次元配列のアンテナアレイ１１で垂直方向のビームフォーミングを行う場合、水平方向および偏波間の伝搬路情報に加えて、垂直方向の伝搬路情報が必要になる。参照信号の送信に用いるアンテナ数が多くなるほど、無線基地局１０から送信される参照信号のオーバーヘッドが問題となる。

そこで一つの方法として、無線基地局１０は参照信号を送信する際に、参照信号の送信に用いるアンテナポートの数を実際のアンテナポート数よりも少なくして、送信オーバーヘッドを低減する。ビームフォーミングを行う際に二次元配列されたすべてのアンテナ間の関係性を把握する必要はなく、必要とされる部分は限定されるからである。アンテナ間の関係性で重要なものは、水平方向の伝搬路情報、垂直方向の伝搬路情報、偏波間の伝搬路情報。伝搬路情報は、たとえば、位相回転量、振幅変動などの絶対値または相対値を含む。

たとえば、図２（Ｂ）のアンテナ配列の場合、重要度の高いアンテナの組み合わせは、｛０，１｝、｛２，３｝、｛４，５｝、｛６，７｝（以上、水平方向）、｛０，４｝、｛１，５｝、｛２，６｝、｛３，７｝（以上、垂直方向）、｛０，２｝、｛１，３｝、｛４，６｝、｛５，７｝（以上、偏波間）の関係である。これ以外のアンテナの組み合わせの重要度はそれほど高くない。そこで、実施形態では、二次元配列されたアンテナ群の一部を用いて参照信号を送信する。

図２の例は、アンテナ数が８以下の場合を示すが、アンテナ数が８を超える場合にも同様のことが当てはまる。アンテナ数が８よりも大きいＦＤ(Full Dimension)−ＭＩＭＯでは多数のアンテナを用いて鋭いビームを形成して周波数利得を向上することができるが、参照信号送信の際には、重要度の高いアンテナ間の組み合わせだけを用いてオーバーヘッドを低減することができる。

図３は、参照信号の送信に用いるアンテナの選択例を示す。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）では、４×４のアンテナ配列で、一部のアンテナが参照信号の送信に用いられる。図３（Ａ）の場合、配列の中央部分のアンテナ０〜４が用いられる。アンテナ０を基準とすると、水平方向に隣接するアンテナ１との間で、水平方向のアンテナ間の伝播路における位相差あるいは振幅差を推定することができる。アンテナ０と垂直方向に隣接するアンテナ２との間で、垂直方向のアンテナ間の伝播路における位相差あるいは振幅差を推定することができる。基準アンテナ０と、アンテナ０〜４の外側に位置するアンテナとの間の伝搬路における位相差あるいは振幅差は、アンテナ０〜４間の関係から外挿法によって求めることができる。

図３（Ｂ）の場合、アンテナ配列のコーナーに位置するアンテナ０〜４を用いて参照信号を送信する。基準アンテナ０と、基準アンテナ０に対して水平方向のコーナーに位置するアンテナ１との間で、水平方向のアンテナ間の伝播路における位相差あるいは振幅差を推定することができる。基準アンテナ０と、基準アンテナ０に対して垂直方向のコーナーに位置するアンテナ２との間で、垂直方向のアンテナ間の伝播路における位相差あるいは振幅差を推定できる。基準アンテナ０と、アンテナ０〜４の内側に位置するアンテナとの間の位相差あるいは振幅差は、内挿法によって求めることができる。

図３（Ｃ）の場合、水平方向の１つの行と、垂直方向の１つの列が選択される。行と列の交点に位置するアンテナ０を基準とする。選択された行のアンテナ１、０、２、３の相互関係により、水平方向のアンテナ間の伝播路の位相差あるいは振幅差を推定できる。選択された列のアンテナ４，０，５，６の相互関係により、垂直方向のアンテナ間の伝播路の位相差あるいは振幅差を推定できる。

図３（Ｄ）は、偏波素子を構成する８アンテナの配列例を示す。アンテナ０を基準として、アンテナ１との関係で水平方向に隣接するアンテナ間の伝播路の位相差（振幅差）を推定することができる。アンテナ０とアンテナ２との間で、偏波間の位相差（振幅差）を推定することができる。アンテナ０とアンテナ３の間で、垂直方向に隣接するアンテナ間の伝播路の位相差（振幅差）を推定することができる。

無線基地局１０は、一部のアンテナからのみ参照信号を送信することで、下りリンクのリソース消費を低減することができる。ユーザ装置２０−１、２０−２は、基準とするアンテナ０からの相対的な伝搬路情報をフィードバックすることにより、ＦＢオーバーヘッドを削減することができる。基準となるアンテナ０は、あらかじめ所定のアンテナに決定しておいてもよいし、上位レイヤで準静的に設定（configure）してもよい。

なお、参照信号としては、ＣＳＩ−ＲＳの他、ＣＲＳ（Cell-specific Reference Signal）、ＤＭ−ＲＳ（Demodulation Reference Signal）、新たに規定されるＲＳなど、特に限定されない。

図４〜図７は、参照信号の送信例を示す図である。図４は、複数のＲＳ系列を用いて、水平、垂直、偏波間のチャネルを推定する方法を示す。たとえば、上位レイヤから通知される複数のＣＳＩ−ＲＳ構成（configuration）を用いて、水平、垂直、偏波間の伝搬路を推定する。

水平方向の伝播路推定用に、水平コンフィギュレーションＣ１で参照信号を送信し、偏波間の伝搬路推定用に、偏波コンフィギュレーションＣ２で参照信号を送信し、垂直方向の伝搬路推定用に、垂直コンフィギュレーションＣ３で参照信号を送信する。

セル内の状況を考えると、一般に、垂直方向の伝搬路の変動は、水平方向の伝搬路の変動に比べて緩やかである。そこで、水平コンフィギュレーションＣ１でＲＳを送信するリソースの割り当て比率を大きくし、偏波コンフィギュレーションＣ２で送信するリソースの割り当て比率を２番目に大きくし、垂直コンフィギュレーションＣ３で送信するリソースの割り当て比率を小さくする。

ＲＳ送信に用いるコンフィギュレーショングループ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）は、たとえば上位レイヤで通知される。図４では、３種類のコンフィギュレーションを用いたが、図３（Ｄ）のアンテナ０、１，２を用いるパターンを水平および偏波用のコンフィギュレーションＣ１として送信し、図４の垂直コンフィギュレーションＣ３を２つ目のコンフィギュレーションとして、２種類のコンフィギュレーションを用いてもよい。

複数種類のコンフィギュレーションで参照信号を受信したユーザ装置２０−１、２０−２は、コンフィギュレーションごとに異なるフィードバック法を実施してもよい。たとえば、水平方向と偏波間の伝搬路推定値またはこれに基づいて選択されるプリコーディングベクトルは４Ｔｘコードブックでフィードバックし、垂直方向の伝搬路推定値またはこれに基づいて選択されるプリコーディングベクトルは別のコードブックやプリコードされた参照信号（Precoded CSI-RS）のインデックスでフィードバックする。この場合、無線基地局１０は、用いるフィードバック方法についてユーザ装置２０−１、２０−２に通知する構成としてもよい。

無線基地局１０は、複数種類のコンフィギュレーションで参照信号を送信する際に、参照信号を多重するアンテナを動的に切り替える。

図５および図６は、ＣＳＩ−ＲＳをマッピングするアンテナを時間的に切り替える例を示す。図４では、複数のアンテナ素子の一部を用いた複数種類のＲＳコンフィギュレーションで参照信号を送信することにより、ＲＳオーバーヘッドを低減したが、参照信号を多重するアンテナ素子を動的に切り換えることによっても、オーバーヘッドを低減することができる。図５において、水平コンフィギュレーションＣ１でＣＳＩ−ＲＳを１０ｍｓごとに送信し、偏波コンフィギュレーションＣ２と垂直コンフィギュレーションＣ３で、ＣＳＩ―ＲＳをそれぞれ２０ｍｓごとに送信する。

用いるコンフィギュレーションとその送信周期は、無線基地局１０がユーザ装置２０−１、２０−２に通知してもよい。移動局２０−１、２０−２は、各コンフィギュレーションに対して独立のフィードバックを行なってもよい。

図６は、ＲＳコンフィギュレーション切り替えの別の例を示す。図６では、５ｍｓごとに水平方向および偏波間のコンフィギュレーションＣ５で参照信号が送信され、２０ｍｓごとにコンフィギュレーションＣ５が別のコンフィギュレーションＣ６にオーバーライドされる。コンフィギュレーションＣ６で送信される参照信号は、垂直方向および偏波間の伝搬路の推定に用いられる。オーバーライドされる周期（この例ではこの例では２０ｍｓ）は、無線基地局１０がユーザ装置２０−１、２０−２に通知してもよい。

図６のように、複数のコンフィギュレーションが衝突する場合の対応として、
（１）高頻度のＲＳ（コンフィギュレーションＣ５）が低頻度のＲＳ（コンフィギュレーションＣ６）に優先（オーバーライド）される；
（２）あらかじめコンフィギュレーション・インデックスを定めておき、インデックスにしたがって送信順序が判断される；
（３）優先順を通知する；
などが考えられる。

図６の例では、２０ｍｓごとに、垂直方向および偏波間の伝搬路測定用のコンフィギュレーションＣ６で参照信号が送信されている。Ｃ６に替えて、水平方向、垂直方向および偏波間の伝搬路測定のためのコンフィギュレーションを２０ｍｓごとに設定してもよい。この場合、たとえば、水平方向および偏波間の伝搬路推定値は４Ｔｘコードブックでフィードバックし、水平方向、垂直方向および偏波間の伝搬路推定値は、８Ｔｘコードブックでフィードバックしてもよい。

図５および図６では、参照信号を送信するためのコンフィギュレーションを時間的に切り替える方法を示したが、周波数的に多重してもよい。多重粒度は、サブバンドごとでもサブキャリアごとでも、その他の周波数単位でもよい。

次に、オーバーヘッドを削減可能なフィードバック方法について説明する。

図７は、実施形態で用いられるフィードバック方法を説明するための図である。たとえば、図７（Ａ）のように、２４アンテナポートが２次元配置されている。水平方向に隣接するアンテナ０とアンテナ１の間の伝搬路の位相回転量をθ1、偏波素子を構成するアンテナ３とアンテナ４の間の伝播路の位相回転量をθ2、垂直方向に隣接するアンテナ０とアンテナ２の間の伝播路の位相回転量をθ3とする。

図７（Ｂ）に示すように、無線基地局１０にフィードバックするプリコーディングベクトルＷに垂直方向の伝搬路情報を組み込む。

まず、水平方向に隣接するアンテナ間の位相回転量（位相差）θ1を含む行列Ｘを式（１）で生成する。

ここで、ｍは水平方向のアンテナ数、Ｔは転置行列を示す。

次に、偏波間の位相回転量（位相差）θ2を含む行列Ｙを式（２）で生成する。

この行列Ｙには、水平方向の伝搬路情報を表わす行列Ｘが組み込まれている。

次に、垂直方向に隣接するアンテナ間の位相回転量（位相差）θ3を含む行列Ｗを式（３）で生成する。

ここで、ｎは垂直方向のアンテナの数、Ｔは転置行列を表わす。行列Ｗには、行列Ｘを組み込んだ行列Ｙが組み込まれている。

行列Ｗのみを無線基地局１０に通知することで、水平方向のアンテナ間の伝搬路情報、偏波間の伝搬路情報、垂直方向のアンテナ間の伝搬路情報を基地局にフィードバックすることができる。これにより、フィードバック情報のオーバーヘッドを削減することができる。

図７（Ｂ）はランク１の場合のコードブックの例であるが、Ｗに直交する行列を用いることによりランク２以上に拡張することができる。なお、伝搬路情報として、位相回転量の相対値θを用いているが、位相回転量の絶対値、振幅変動の相対値または絶対値、長期または短期の変動特性などを用いてもよい。

図７（Ｂ）の方法に替えて、既存の２Ｄ−ＭＩＭＯ用のコードブックを拡張する方法を採用してもよい。この場合の拡張行列Ｗは、式（４）で表わされる。

ここで、ｎは垂直方向のアンテナ素子数、θ3は垂直方向に隣接するアンテナ間の位相回転量（位相差）、Ｘは２Ｄ−ＭＩＭＯを実現するコードブックである。２Ｄ−ＭＩＭＯを実現するコードブックとして、たとえば既存の２Ｔｘコードブック、４Ｔｘコードブック、８Ｔｘコードブック、リリース１２のＤＬ−ＭＩＭＯで検討されているコードブック、上りリンクで用いられているコードブックなどを用いることができる。

式（４）はランク１の場合を示すが、Ｗに直交する行列を用いることで、ランク２以上に拡張することができる。

さらに別の方法として、２Ｄ−ＭＩＭＯを実現するコードブックをそのまま使用してもよい。２Ｄ−ＭＩＭＯ用のコードブックは、水平、垂直、偏波の３つの要素を含めることを前提としていないので、若干精度が劣るが、垂直方向の伝搬路の変動は緩やかであること、仕様へのインパクトが少ないことから有用な方法である。

垂直方向、水平方向、偏波間で時間および周波数の選択性が異なることが想定されるので、時間的なフィードバックの頻度や、フィードバック情報を送信する帯域幅を適切に組み合わせてもよい。

たとえば、垂直方向のビームフォーミングでは変動が緩やかであることや、セル間干渉を避けるため垂直ビームフォーミングの頻繁な変更は行わないであろうことを考えると、低頻度かつ広帯域でフィードバックすることがオーバーヘッド低減に有効である。

フィードバックは下位レイヤでダイナミックに行なってもよいし、上位レイヤや準静的に行なってもよいし、これらを組み合わせてもよい。フィードバックビット数は、水平方向、垂直方向、偏波間で異なっていても同一であってもよい。

水平方向、垂直方向、偏波間の位相差（位相回転量）に関して、すべての値が許容可能であるとは限らない。特に、垂直方向の位相回転量θ3に関しては、図１（Ｂ）に示すように物理的にチルド角に相当するため、選択できる値を限定的に設定することが効果的である。無線基地局１０ごとにθ3の候補を複数設定し、候補値を上位レイヤで通知し、下位レイヤで動的に選択し、切り替える構成としてもよい。

図８は、図１の無線通信システムで用いられる無線基地局１０の概略構成図である。無線基地局１０は、２次元配置された複数のアンテナ１１−１〜１１−Ｎを有し、アンテナ数に応じた無線（ＲＦ）送信回路１６−１〜１６−Ｎおよび無線（ＲＦ）受信回路１７−１〜１７−Ｎを有する。

参照信号生成部１３は、伝搬路測定用の参照信号を生成する。プリコーディングウエイト生成部１９は、アンテナ１１−１〜１１−ＮおよびＲＦ受信回路１７−１〜１７−Ｎを介して受信されたフィードバック情報に基づきプリコーディングウエイトを生成する。プリコーディング部１４は、生成されたプリコーディングウエイトで、参照信号とデータ信号をプリコーディングする。プリコーディング部１４に入力されるデータ信号には、シリアル／パラレル変換、チャネル符合化、変調等が施されているが、発明と直接関係しないので、図示を省略する。

多重部（ＭＵＸ）１５は、プリコードされた参照信号とデータ信号を多重する。ＲＳコンフィギュレーション制御部１８は、伝搬路の推定に用いる参照信号の送信コンフィギュレーション（ＲＳコンフィギュレーション）の設定・切り替えを制御する。ＲＳコンフィギュレーション制御部１８は、図４に示すように複数の異なるＲＳコンフィギュレーションのリソースへの対応付けを制御する。あるいは、図５および図６に示すように、ＲＦコンフィギュレーションの設定タイミングやオーバーライドのタイミングを制御する。この制御により、参照信号は使用されるＲＳコンフィギュレーションに対応する系列に多重される。多重信号は、ＲＦ送信回路１６−１〜１６−Ｎ，デュプレクサ１２−１〜１２−Ｎを介し、アンテナ１１−１〜１１−Ｎから送信される。

ユーザ装置２０からのフィードバック信号はアンテナ１１−１〜１１−Ｎ、デュプレクサ１２−１〜１２−Ｎ、およびＲＦ受信回路１７−１〜１７−Ｎを介して受信され、フィードバック制御情報復調部３１で復調される。復調結果はプリコーディングウエイト生成部１９に供給され、プリコーディングウエイト生成部１９でフィードバック情報に応じたプリコーディングウエイトが生成される。なお、チャネル推定用の参照信号に基づくチャネル推定（チャネル推定部３２の動作）や、データ信号の復調（データチャネル信号復調部３３の動作）や復号については、発明と直接関連しないので、説明を省略する。

図９は、ユーザ装置２０の概略構成図である。ユーザ装置２０は、無線基地局１０からの参照信号を、アンテナ２１−１〜２１−Ｍ、デュプレクサ２２−１〜２２−ＭおよびＲＦ受信回路２４−１〜２４−Ｍを介して受信する。チャネル推定部２５は、受信された参照信号に基づいて伝搬路を推定する。プリコーディングウエイト選択部２７は、伝搬路推定値に基づいてプリコーディングウエイトを選択する。チャネル品質測定部２６は、受信した参照信号に基づいてチャネル品質を測定する。

チャネル品質測定結果と、プリコーディングウエイトの選択結果は、フィードバック制御信号生成部２８に入力される。フィードバック制御信号生成部２８は、無線基地局１０に通知するフィードバック信号を生成する。フィードバック信号は、たとえば、式（３）で表わされる水平方向、垂直方向、および偏波間の伝搬路情報を含むプリコーディング行列Ｗを含んでもよいし、式（４）で表わされる既存の２Ｄ−ＭＩＭＯ用のコードブックを垂直方向に拡張した行列Ｗを含んでもよい。あるいは既存の２Ｄ−ＭＩＭＯ用のコードブックだけを含んでもよい。

ユーザ参照信号とユーザデータ信号は、プリコーディング部３１でプリコーディングされ、多重部（ＭＵＸ）３２に入力される。多重部３２は、ユーザ参照信号、ユーザデータ信号、およびフィードバック信号を多重する。多重された信号は、ＲＦ送信回路２３−１〜２３−Ｍ、デュプレクサ２２−１〜２２−Ｍを介してアンテナ２１−１〜２１−Ｍから送信される。

上述した方法と構成によれば、垂直方向のビームフォーミングを含む３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の通信システムで、伝搬路測定用の参照信号の送信オーバーヘッドを低減することができる。また、伝搬路特性をフィードバックする際のオーバーヘッドを低減することができる。

実施形態では、下りリンクにおける３Ｄ−ＭＩＭＯ伝送について説明したが、上りリンクに適用することも可能である。たとえば、移動局端末（ユーザ装置）において２次元配置されるアンテナを具備する場合は、同様の参照信号構成やフィードバック信号を適用することが可能である。また、特に時分割多重（ＴＤＤ：Time Division Duplex）を用いるシステムでは、当該下りリンク参照信号の受信結果を元に、３次元チャネルの推定が可能であり、双対性を用いた上りリンクビーム形成が可能である。

また、位相回転に関して、相関アンテナを想定したＤＦＴ（離散フーリエ変換）コードブックを用いてもよいし、無相関アンテナを想定したHouseholderコードブックを用いてもよい。

１ 無線通信システム
１０ 無線基地局
１３ 参照信号生成部
１４ プリコーディング部
１５ 多重部
１８ ＲＳコンフィギュレーション制御部
１９ プリコーディングウエイト生成部
２０、２０−１、２０−２ ユーザ装置
２６ チャネル品質測定部
２７ プリコーディングウエイト選択部
２８ フィードバック制御信号生成部

Claims (17)

1. ２次元配置された複数のアンテナ素子を有する無線基地局と、
   前記無線基地局と無線通信を行うユーザ装置と、
   を含み、
   前記無線基地局は、前記複数のアンテナ素子の一部または全部を用いて、伝搬路測定用の参照信号を、複数の異なるコンフィギュレーションで送信し、
   前記ユーザ装置は、前記参照信号に基づいて、水平方向、垂直方向および偏波間の全てまたはいずれかの伝搬路情報を前記無線基地局にフィードバックする、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線基地局は、前記複数のアンテナ素子のうち基準アンテナ素子を含む一部のアンテナ素子を用いて、水平方向、垂直方向、および偏波間の伝搬路測定のためのコンフィギュレーションで前記参照信号を送信し、
   前記ユーザ装置は、前記基準アンテナ素子に対する水平方向、垂直方向、および偏波間の相対的な伝搬路情報を前記無線基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記無線基地局は、前記複数の異なるコンフィギュレーションに基づいて、前記参照信号をマッピングするアンテナ素子を時間的または周波数的に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記無線基地局は、前記複数の異なるコンフィギュレーションの送信タイミングが衝突した場合に、送信頻度の低いコンフィギュレーションでの送信を優先することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記ユーザ装置は、前記複数の異なるコンフィギュレーションで送信される前記参照信号に応じて、前記水平方向の伝搬情報と、前記垂直方向の伝搬路情報を、別々の手法でフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記ユーザ装置は、前記複数の異なるコンフィギュレーションで送信される前記参照信号に基づいて、前記水平方向の伝搬路情報と偏波間の伝搬路情報を生成し、生成した前記水平方向の伝播路情報と前記偏波間の伝搬路情報を、前記垂直方向の伝搬路情報に組み込んだ行列を生成して、前記行例を前記無線基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記ユーザ装置は、前記複数の異なるコンフィギュレーションで送信される前記参照信号に基づいて、一次元アンテナ配列用の既存の伝搬路情報を選択し、前記既存の伝搬路情報を前記垂直方向の伝播路情報に組み込んだ行列を生成して、前記行列を前記無線基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
8. 前記ユーザ装置は、前記複数の異なるコンフィギュレーションで送信される前記参照信号に基づいて、一次元アンテナ配列用の既存の伝搬路情報を選択して、前記選択した伝搬路情報を前記無線基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
9. ２次元配置された複数のアンテナ素子と、
   伝搬路測定用の参照信号を生成する信号生成部と、
   前記複数のアンテナ素子の一部または全部を用いて、前記参照信号を、水平方向、垂直方向および偏波間の全てまたはいずれかの関係を含む複数の異なるコンフィギュレーションで送信させる制御部と、
   前記制御部の出力に基づいて、前記参照信号を前記複数の異なるコンフィギュレーションで送信する送信部と、
   を有することを特徴とする無線基地局装置。
10. 前記制御部は、前記複数のアンテナ素子のうち基準アンテナ素子を含む一部のアンテナ素子を用いて、水平方向、垂直方向、および偏波間の伝搬路測定のためのコンフィギュレーションを設定し、
    前記送信部は、前記設定されたコンフィギュレーションで前記参照信号を送信することを特徴とする請求項９に記載の無線基地局。
11. 前記制御部は、前記複数の異なるコンフィギュレーションに基づいて、前記参照信号をマッピングするアンテナ素子を時間的または周波数的に切り替え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。
12. 前記制御部は、前記複数の異なるコンフィギュレーションの送信タイミングが衝突した場合に、送信頻度の低いコンフィギュレーションでの送信を優先することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
13. 無線基地局から複数の異なるコンフィギュレーションで送信されてくる参照信号を受信する受信部と、
    前記参照信号に基づいて、水平方向、垂直方向および偏波間の全てまたはいずれかの伝搬路情報を含む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無線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。
14. 前記フィードバック情報生成部は、前記複数の異なるコンフィギュレーションに応じて前記水平方向の伝搬情報と、前記垂直方向の伝搬路情報を、異なる種類のフィードバック情報として生成することを特徴とする請求項１３に記載のユーザ装置。
15. 前記フィードバック情報生成部は、前記複数種類のコンフィギュレーションで送信される前記参照信号に基づいて、前記水平方向の伝搬路情報と偏波間の伝搬路情報を生成し、生成した前記水平方向の伝播路情報と前記偏波間の伝搬路情報を、前記垂直方向の伝搬路情報に組み込んだ行列を生成し、
    前記送信部は、前記行列または前記行列を示す情報を前記無線基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項１３に記載のユーザ装置。
16. 前記フィードバック情報生成部は、前記複数種類のコンフィギュレーションで送信される前記参照信号に基づいて、一次元アンテナ配列用の既存の伝搬路情報を選択し、前記既存の伝搬路情報を前記垂直方向の伝播路情報に組み込んだ行列を生成し、
    前記送信部は、前記行列または前記行列を示す情報を前記無線基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項１３に記載のユーザ装置。
17. 前記フィードバック情報生成部は、前記複数種類のコンフィギュレーションで送信される前記参照信号に基づいて、一次元アンテナ配列用の既存の伝搬路情報を選択して前記伝搬路情報を生成し、
    前記送信部は、選択された前記伝搬路情報を前記無線基地局にフィードバックすることを特徴とする請求項１３に記載のユーザ装置。

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