WO2009099151A1

WO2009099151A1 - 到来波方向に基づく開ループmimo方法、基地局、及びユーザ装置

Info

Publication number: WO2009099151A1
Application number: PCT/JP2009/051989
Authority: WO
Inventors: Yongming Liang; Renmao Liu; Chen Chen; Ming Ding; Lei Huang
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2009-08-13
Also published as: CN101505205A

Abstract

　本発明は無線伝送技術領域に利用される到来波方向（ＤＯＡ）に基づく開ループＭＩＭＯ方法、基地局、ユーザ装置を提供する。本発明はユーザ装置を運動速度に基づき低速、中速、高速ユーザ装置に分け、低速ユーザ装置に閉ループＭＩＭＯモード、中速及び高速ユーザ装置に開ループＭＩＭＯモードを採用するように設定し、送信端が測定し得たフィードバックリンクのＤＯＡに基づいて送信リンクのプリコーディングマトリクス索引番号（ＰＭＩ）を推定し、ＭＩＭＯシステムのランクを決定する。そして、ＰＭＩ及びランクに基づいてＭＩＭＯ送信方式を決定し、ＭＩＭＯ方式及びランクを受信端に送信し、受信端がＭＩＭＯ方式及びランクを検出し、受信端が検出された情報に基づきフィードバック情報を送信する。本発明は中速、高速のユーザ装置に対して設計が簡単で、かつ優れたシステム性能を有するＤＯＡに基づく開ループＭＩＭＯシステム及び装置を提供できる。

Description

到来波方向に基づく開ループMIMO方法、基地局、及びユーザ装置

　本発明は、無線通信方法及び無線通信装置に関するものである。具体的には、到来波方向に基づく開ループMIMO方法、基地局、及びユーザ装置に関するものである。

　現在、多入力多出力アンテナ（MIMO：Multi Input Multi Output）技術は、無線通信領域におけるアンテナ技術の重大なブレークスルーの一つと言える。MIMO技術は、システムの伝送レートを向上する最も主要な手段として、システムの帯域幅を増大することなく、通信システムの容量及び周波数スペクトル利用率を倍に向上させる。これにより、MIMO技術は、新世代移動通信システムに採用すべき重要な技術として認識されており、幅広く注目されている。

　MIMO技術によって高いデータスループットを得ることができるので、3GPP（3rd Generation Partnership Project）標準規格では、既にMIMO技術を採用することが決まった。3GPPのロングタームエボリューション（LTE：Long Term Evolution）が規定したスーパー第３世代（S3G）セルラ移動通信システム、IEEE802.16システム、及びWiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）無線ローカルネットワークシステムでは、なくてはならない極めて重要な技術としてMIMO技術を採用することが決まった。802.16eプロトコルは、MIMO及びAAS（アダプティブアンテナシステム：adaptive antenna system）方式をサポートし、MIMO方式を、空間ダイバーシチ、空間多重化、アダプティブMIMO（即ちチャネル条件に応じて空間ダイバーシチまたは空間多重化を選択する）の３つに分類している。LTEは、上記MIMO分類を承認すると同時に、線形プリコーディング（linear Pre-coding）、空間送信ダイバーシチ、ビームフォーミングなどのMIMOモードをサポートすることが言明された。また、LTEでは、MIMO方式をユーザの数量に基づいて、単一ユーザMIMO（SU-MIMO）及び複数ユーザMIMO（MU-MIMO）に分類する。上りリンク及び下りリンク共に、SU-MIMO及びMU-MIMOをサポートすることになっている。

　現在、LTEは、MIMOアンテナの本数に関する基本配置を、下り2×2或いは4×2、上り1×2に確定したが、異なるシーンに応じるため、4×4の高オーダアンテナ配置、及びMIMO技術のマルチモード化、例えば、マルチストリームプリコーディング（Multi stream Pre-coding）、ビームフォーミング、開ループ送信ダイバーシチを考慮している。LTEがIMT-advancedへ進化発展する成り行きは、より高い性能、より広い帯域幅、より数多くのアンテナを求めることである。例えば8×4或いは8×8のアンテナを求める。採用される送信ダイバーシチ方式は、ブロックコード伝送ダイバーシチ（例えば、STBCやSFBC）、時間（または周波数）切換送信ダイバーシチ（例えば、TSTDやFSTD）、及び遅延ダイバーシチを含み、プリコーディングのベクトルに基づいてプリコーディングを選択するプリコーディング技術である。なお、遅延ダイバーシチは、循環遅延ダイバーシチ（CDD：cyclic delay diversity。Zero-CDD、Small-CDD、及びLarge-CDDを含む）を含む。プリコーディング技術は、既に複数ユーザMIMOのシーンに用いた伝送方式として確定されている。プリコーディングに基づくMIMOシステムにおいて、周波数スペクトル利用率を向上するため、基地局が、放射機に対して、ユーザ装置からのフィードバック情報（FBI：feedback information）を用いて最適化の設計を行うことは、非常に流行している。そのため、多くの会社により提案された、フィードバック情報に基づく様々なMIMO伝送方法は、基地局がユーザ装置からのフィードバック情報を採用することを許可し、全体のMIMOシステムの性能を向上させた。

　今まで、LTEにより規定されたMIMOシステムにおいて、ユーザ装置（UE）からフィードバックされる所要の情報は、MIMOのランク（Rank）、プリコーディングマトリクス索引番号（PMI）、チャネル品質指示情報（CQI）、リソースブロックの索引番号（RBI）などの情報を含む。従来の技術において、プリコーディング処理を行うため、基地局は、運動速度（移動速度）が低いユーザ装置からフィードバックされたプリコーディングマトリクス索引番号（PMI）情報を獲得する必要がある。このようなシステムは、フィードバックPMI情報に基づく閉ループMIMOシステムと認識されている。基地局は、運動速度が中等（中速、例えば１５～１２０km/h）或いは高い（高速、例えば１２０km/h以上）ユーザ装置に対して、プリコーディング処理を行うために、ユーザ装置からフィードバックされたPMI情報を獲得する必要がなく、その代わりに、固定PMIに基づく方法、循環PMIに基づく方法、或いはプリコーディングマトリクス索引番号ホッピング（PMH）に基づく方法を採用し、プリコーディング処理を行うことになっている。

　しかしながら、固定PMIに基づく方法、循環PMIに基づく方法、或いはプリコーディングマトリクス索引番号ホッピング（PMH）に基づく方法は、本質上、開ループMIMO方法の一種である。このシステムは、送信端（送信元）においてプリコーディング処理を行う際、PMI情報を必要としないため、PMI情報を必要としない開ループMIMOシステムと認識される。開ループMIMO方法のPMI情報は、ユーザ装置によってフィードバックされた情報ではないので、PMI情報の精度が高くない。このことが、開ループMIMOシステムの性能に大きく影響してしまうことになる。従って、より良い性能の開ループMIMO方法及びその装置の検討が必要とされている。

　カナダのNortel会社は、２００７年１０月８日～１２日に中国の上海で開催された3GPP LTE RAN1第５０回bis会議において、R１－073977号提案「高い移動速度のユーザ装置におけるランク１及びランク２の送信方法（Rank-1 and Rank-2 Transmission for High Mobility UE）」を発表した。該当提案には、高速開ループMIMOシステムにおいて、空間周波数ブロックコード（SFBC）に基づくMIMO方法、空間周波数ブロックコード及び周波数切換送信ダイバーシチ（SFBC+FSTD）に基づくMIMO方法、PMHに基づくMIMO方法が開示された。PMHに基づくMIMO方法では、正確なPMIを確定できない。従って、PMHに基づくMIMO方法のシステム性能は、まだ向上する余地がある。

　また、米国のLSI会社は、２００７年１０月８日～１２日に中国の上海で開催された3GPP LTE RAN1第５０回bis会議において、R１－074436号提案「高ドップラー下での開ループMIMOにおける４つの送信アンテナによる下りリンクのランクアダプテーション（Down Link Rank Adaptation with 4 Transmit Antennas for Open Loop MIMO at High Doppler）」を発表した。該当提案には、高速開ループMIMOシステムにおいて、SFBC+FSTDに基づくMIMO方法、空間周波数ブロックコード及び空間多重化（SFBC-SM）に基づくMIMO方法が開示された。正確なPMIは、システム性能の向上に有利である。しかし、ここで、PMIは、開ループMIMOシステムの送信端に対して未知である。また、このMIMO方法は、PMIを決定する方法について開示されていない。従って、システム性能について、大きく向上することができていない。

　また、韓国のLG電子会社は、２００７年１１月５日～９日に韓国のチェジュ島で開催された3GPP LTE RAN1第５１回会議において、R１－074746号提案「開ループ多重化送信モードの考察（Consideration on Open-loop SM Transmission Mode）」を発表した。該当提案において、固定PMIに基づくMIMO方法、循環PMIに基づく開ループ空間多重化（OLSM）に基づくMIMO方法が開示された。固定PMIに基づくOL-MIMOシステム及び循環PMIに基づくOL-MIMOシステムなどでは、PMI値が正確ではないため、システム性能は、まだ向上する余地がある。

　PMIは、開ループMIMOシステムのプリコーディング処理部にとって未知であり、プリコーディング処理部が、正確なPMI情報を得ることができず、プリコーディング処理を行うと、MIMOシステムの性能を更に向上することが出来ない。それ故に、システム性能を向上するため、効率よく、簡単かつ実用的な開ループMIMO方法が必要となっている。
R１－073977号提案、3GPP LTE RAN1第５０回bis会議、２００７年１０月 R１－074436号提案、3GPP LTE RAN1第５０回bis会議、２００７年１０月 R１－074746号提案、3GPP LTE RAN1第５１回会議、２００７年１１月

　本発明の目的は、従来技術の不足を探り、無線通信システムにおいて、到来波方向に基づく開ループMIMO方法、基地局、及びユーザ装置を提供することにある。本発明が提供した開ループMIMO方法は、DOA（到来波方向、Direction of arrival）の測定結果により、PMIの推定値を獲得し、さらに、PMIに基づいて開ループMIMOシステムのプリコーディング処理を行う方法であるため、従来の方法より、効率がよく、かつ容易に実現できる。

　本発明は、ユーザ装置の運動速度を測定し、測定し得た運動速度に基づいて、ユーザ装置を、低速（例えば１５km/h以下）ユーザ装置、中速（例えば１５～１２０km/h）ユーザ装置、高速（例えば１２０km/h以上）ユーザ装置に分け、低速ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、中速及び高速ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを採用するように設定し、そして、DOAを測定し、測定し得たDOAに基づいてMIMO送信方式を設定し、ランクアダプティブ方式を採用するか否かを決定し、ランクアダプティブ方式が採用される場合には、ある分類のランク（Rank）アダプティブ方式を決定し、最後に、MIMO方式及びランクの情報を送信する技術により実現される。

　本発明は、基地局とユーザ装置とが無線通信可能なシステムにおいて、到来波方向に基づく開ループMIMO方法であって、上記ユーザ装置の運動速度を測定し、測定し得た上記運動速度に基づいて上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置（低速）、または、運動速度が上記第一類ユーザ装置（低速）より高い第二類ユーザ装置（中、高速）に分けるステップと、上記第一類ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、上記第二類ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを設定するステップと、上記基地局は、上記ユーザ装置の上りリンクの到来波方向を測定し、上りリンクの到来波方向に基づいて下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するステップと、上記基地局は、下りリンクがどのランクアダプティブ方式を採用するかを決定することにより、ランクを決定するステップと、上記基地局は、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号及びランクに基づいて下りリング中のMIMO送信方式を決定するステップと、上記基地局は、下り制御シグナリング（downlink control signaling）によって、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号を、上記ユーザ装置に送信するステップと、上記ユーザ装置は、下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号が含まれている上記基地局からの下り制御シグナリングを検出するステップと、上記ユーザ装置は、各自の下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式及びランクに基づいて各自のフィードバック方式を採用し、フィードバックを必要とするとき、上記フィードバック方式に基づいてフィードバック情報を上記基地局に送信するステップと、上記基地局は、上記ユーザ装置の上記フィードバック情報に基づいて、無線リソースの調整及び分配（無線リソース割り当て）を行い、データを上記ユーザ装置に送信するステップと、上記ユーザ装置は、自装置の分類、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、受信された上記データを復調するステップとを、下りリンクに対して備えることを特徴とする。

　また、本発明は、基地局とユーザ装置とが無線通信可能なシステムにおいて、到来波方向に基づく開ループMIMO方法であって、上記ユーザ装置の運動速度を測定し、測定し得た運動速度に基づいて上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分けるステップと、上記第一類ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、上記第二類ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを設定するステップと、上記基地局及び上記ユーザ装置は、それぞれ上りリンク、下りリンクの到来波方向を測定し、上りリンク及び下りリンクの到来波方向に基づいて、それぞれ、下りリンク及び上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するステップと、上記基地局は、どのランクアダプティブ方式を採用するかを決定することにより、ランクを決定するステップと、上記基地局は、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号及びランクに基づいて下りリンク中のMIMO送信方式を決定するステップと、上記基地局は、ランク及び下りリンク中のMIMOモード、MIMO送信方式を、下り制御シグナリングによって上記ユーザ装置に送信するステップと、上記ユーザ装置は、ランク及び下りリンク中のMIMOモード、MIMO送信方式情報が含まれている上記基地局からの下り制御シグナリングを検出するステップと、上記ユーザ装置は、各自のMIMOモード、MIMO送信方式及びランクに基づいて各自のフィードバック方式を採用し、フィードバックを必要とするとき、上記フィードバック方式に基づいてフィードバック情報を上記基地局に送信するステップと、上記基地局は、上記ユーザ装置の上記フィードバック情報に基づいて、無線リソースの調整及び分配を行い、データを上記ユーザ装置に送信するステップと、上記ユーザ装置は、自装置の分類、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、受信されたデータを復調するステップとを、下りリンクに対して備えることを特徴とする。

　また、本発明は、基地局とユーザ装置とが無線通信可能な無線通信システムにおける、到来波方向に基づく開ループMIMO方法であって、上記ユーザ装置の運動速度を測定し、測定し得た運動速度に基づいて上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分けるステップと、上記第一類ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、上記第二類ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを設定するステップと、上記基地局は、上りリンク及び下りリンクの到来波方向を測定し、上りリンク及び下りリンクの到来波方向に基づいて、それぞれ、下りリンク及び上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するステップと、上記基地局は、上りリンクがどのランクアダプティブ方式を採用するかを決定することにより、ランクを決定するステップと、上記基地局は、得られた下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、かつ、MIMOモード及びランクを考慮し、上りリンク中のMIMO送信方式を決定するステップと、上記基地局は、上りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランクを、下り制御シグナリングによって上記ユーザ装置に送信するステップと、上記ユーザ装置は、上りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランクが含まれている上記基地局からの下り制御シグナリングを検出するステップと、上記基地局は、上記ユーザ装置の上りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式に基づいてフィードバック方式を採用し、フィードバックを必要とするとき、上記フィードバック方式に基づいてフィードバック情報を上記ユーザ装置に送信するステップと、上記基地局は、上記ユーザ装置に対してリソースの調整を行い、調整情報を、下り制御シグナリングの方式により、上記ユーザ装置に通知するステップと、上記ユーザ装置は、上記基地局からの、上りリンクのMIMOモード、MIMO方式、ランク、調整情報に基づいて、データを上記基地局に送信するステップと、上記基地局は、上記ユーザ装置のMIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号を含む情報に基づいて、受信されたデータを復調するステップとを、上りリンクに対して備えることを特徴とする。

　また、本発明の基地局は、少なくとも一つのユーザ装置の運動速度を測定し、上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または、運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分ける速度測定ユニットと、上記ユーザ装置の運動速度に基づいて、上記ユーザ装置に対して閉ループMIMOまたは開ループMIMOを設定するように確定する区分（判断）ユニットと、ユーザ装置の上りリンクの到来波方向を測定する到来波測定ユニットと、該当ユーザ装置の上りリンクの到来波方向に基づいて下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するプリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットと、ランクのアダプティブ方式を確定するランク確定（決定）ユニットと、確定されたランクのアダプティブ方式及びプリコーディングマトリクス索引番号に基づいてMIMO方式を確定するMIMO方式確定（決定）ユニットを備えることを特徴とする。

　また、本発明のユーザ装置は、下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号が含まれている基地局からの下り制御シグナリングを検出する検出ユニットと、自装置の分類、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、受信されたデータを復調する復調ユニットとを備えることを特徴とする。

　また、本発明のユーザ装置は、基地局の下りリンクの到来波方向を測定する到来波方向測定ユニットと、下りリンクの到来波方向に基づいて、上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号として推定するプリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットと、下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランクが含まれている基地局からの下り制御シグナリングを検出する検出ユニットと、自装置の分類、MIMOモード、MIMOの送信方式、ランク、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、受信されたデータを復調する復調ユニットとを備えることを特徴とする。

　また、本発明の基地局は、ユーザ装置の上りリンクの到来波方向を測定する到来波方向測定ユニットと、該当上りリンクの到来波方向に基づいて、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を、上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号として推定するプリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットと、ユーザ装置の分類を示すメッセージを、該当ユーザ装置から受信する受信ユニットと、ランクのアダプティブ方式を確定するランク確定（決定）ユニットと、確定されたランク及び上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、MIMO方式を確定するMIMO方式確定（決定）ユニットを備えることを特徴とする。

　また、本発明のユーザ装置は、少なくとも一つのユーザ装置の運動速度を測定し、上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分ける速度測定ユニットと、上記ユーザ装置の運動速度に基づいて、上記ユーザ装置に対して閉ループMIMOまたは開ループMIMOを設定するように確定する区分（判断）ユニットと、基地局の下りリンクの到来波方向を測定する到来波測定ユニットと、該当基地局の下りリンクの到来波方向に基づいて上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するプリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットと、上記分類を示す情報を、基地局に送信するフィードバック情報送信ユニットとを備えることを特徴とする。

　本発明は、本質上、DOAの測定を行い、DOAの測定を利用してPMIを推定することにより、MIMO送信方式を決定するものである。本発明に係るDOAに基づく開ループMIMO方式は、PMIフィードバックに基づく閉ループMIMO方式に比べ、PMIをフィードバックする必要がなく、大切な上り制御シグナリングオーバーヘッドを節約することができる。なお、本発明は、本質上、開ループMIMO方式であるため、PMIフィードバックに基づく閉ループMIMO方式に比べて、システムの性能がある程度降下することがあるが、本発明のDOAに基づく開ループMIMO方式は、非確定PMI（ランダムPMI、循環PMI、PMH）に基づくMIMO方式に比べ、よりよいシステムの性能を得ることができる。本発明において、DOAに基づく開ループMIMO方式が中速ユーザ装置及び高速ユーザ装置に対して採用されることを説明したが、これに限らず、本発明のDOAに基づく開ループMIMO方式が、低速ユーザ装置に対して採用されることもできる。また、上りリンクと下りリンクともにDOAを有するので、本発明のDOAに基づく開ループMIMO方式は、上りリンクまたは下りリンクに採用されることが可能である。更に、TDD（Time Division Duplex）モードには、上りリンク及び下りリンクのDOAの測定について、無線チャネル（無線伝搬路特性）対称性を有するので、本発明のDOAに基づく開ループMIMO方式は、TDD（Time Division Duplex）モードに利用されることができる。また、FDD（Frequency Division Duplex）モードには、上りリンク及び下りリンクのDOAの測定が、略対称性を有するので、本発明のDOAに基づく開ループMIMO方式は、FDD（Frequency Division Duplex）モードに、特に電波見通し内（LOS：Line of Sight）或いはDOAの角度拡散が小さい環境に、利用されることができる。これにより、本発明の、DOAに基づく開ループMIMO方式は、実際の状況に応じて適用されることができ、また、第３世代セルラ移動通信ネットワーク（3G）、スーパー第３世代セルラ移動通信ネットワーク（S3G）、第４世代セルラ移動通信ネットワーク（4G）及びデジタルテレビジョン、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）、無線広域エリアネットワーク（WWAN）、自己組織ネットワーク（Mesh, Ad Hoc, Censor Network）、デジタル家庭ネットワーク（e-home）などの無線ネットワークシステムのMIMO方式に、重要な理論根拠及び具体的な実施方法を提供することができる。

　本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

本発明の実施例の無線セルにおける下りリンクのMIMO方式を示す図である。到来波方向を説明するための概念図である。ユーザ装置の運動速度と基地局のMIMO方式との関係を説明するための図である。本発明の実施例１に係る2×2下りリンクSU-MIMOシステムを示す概念図である。本発明の実施例１に係る基地局の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係るユーザ装置の構成を示すブロック図である。図４に示したSU-MIMOシステムにおけるランク、コードワード、レイヤーの対応関係を示す図である。本発明の実施例１に係る基地局およびユーザ装置の詳細な処理動作を示すフローチャートである。 2×2アンテナSU-MIMOシステムにおける上りリンクの到来波方向の測定を示す概念図である。本発明の実施例１に係るユーザ装置の変形例を示す図である。 DOAに基づいてPMIを推定する原理を示す図である。 HHコードブックのDOAとPMIとの対応関係を示す図である。周期的なフィードバック情報の原理を示す図である。非周期的なフィードバック情報の原理を示す図である。本発明の実施例２に係る4×4下りリンクMU-MIMOシステムを示す概念図である。本発明の実施例２に係る基地局の構成を示すブロック図である。本発明の実施例２に係るユーザ装置の構成を示すブロック図である。図１５に示したMU-MIMOシステムにおけるランク、コード、レイヤーの対応関係を示す図である。本発明の実施例２に係る基地局およびユーザ装置の詳細な処理動作を示すフローチャートである。本発明の実施例２に係る基地局の変形例を示す図である。本発明の実施例２に係るユーザ装置の変形例を示す図である。 4×4アンテナMU-MIMOシステムにおける上りリンクの到来波方向の測定を示す概念図である。本発明の実施例３に係る4×4上りリンクMU-MIMOシステムを示す概念図である。本発明の実施例３に係る基地局の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３に係るユーザ装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３に係る下りリンクの到来波方向の測定を示す概念図である。本発明の実施例３に係る基地局およびユーザ装置の詳細な処理動作を示すフローチャートである。

　以下、図を参照し、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。なお、説明の過程において、本発明への理解が混淆することを防止するため、本発明の説明において必要としない構成及び機能に対する説明を省略する。

　3GPPのLTEは、上記のように、プリコーディングに基づくMIMO技術をサポートすることを確定した。プリコーディングに基づくMIMO技術は、アンテナMIMO信号処理をビーム（Beam）信号処理に変換する方法として、実質的にビームフォーミングに基づく技術の一種である。プリコーディング技術は、ユーザ装置（UE）において比較的簡単な線形受信機を実現できるが、ユニタリー（Unitary）または非ユニタリー（Non-Unitary）を採用すること、コードブック（Codebook）フィードバックまたは非コードブック（Non-Codebook）フィードバックを採用することについて、さらなる研究が必要となる。また、コードブックの大きさ、具体的なプリコーディング方法、フィードバック情報の設計、及び下り／上り制御シグナリング（Downlink/uplink control signaling）に対するプリコーディング技術を採用するか否かなどの問題（これらの問題は、主にスマートアンテナの使用に係わるものである）について、全ては研究中である。ここで、現在LTEの研究において、スマートアンテナ技術は、プリコーディング技術の特例の一つであるとみなしている。ビームフォーミング技術において、到来波方向（Direction of arrival：DOA）技術は、既にビームフォーミングに用いられている技術である。

　TDD（Time Division Duplex）システムでは、上りリンク、下りリンクの周波数が同じであって、上り信号の空間特徴（無線伝搬路特徴）によって、下りアンテナビームを推定して形成する。FDD（Frequency Division Duplex）システムでは、上りと下り周波数が異なり、DOAは上りリンクと下りリンクとを関連付ける要素であり、下りビームを成形するための唯一の根拠となる。現在、正確かつ簡単にDOAを検出できるアルゴリズムが、数多くあるが、より典型的なアルゴリズムは、多重信号分類法（MUSIC）や回転不変技術推定信号パラメータ法（ESPRIT）などを含む。

　本発明の実施例によって、現在のところ、LTE中にある下りMIMO技術（SU-MIMO及びMU-MIMO）は、固定のアンテナビームフォーミングに基づくものである。換言すれば、設計の要求（例えば、コードブックの大きさ）に応じて一定のアルゴリズムを採用し、空間上に所要ビームの数（いくつかのコードブックベクトルまたはマトリクス）を生成し、即ち、コードブックを形成し、そして、基地局及びユーザ装置に保存する。実際の動作を行うとき、ユーザ装置は、ある最適化基準（例えば、システム容量最大原則或いはビット誤り率最小基準）に従って、あるコードブックベクトル或いはマトリクスを選択し、その索引番号（PMI）を基地局にフィードバックする。基地局は、PMIにより、コードブックから、PMIに対応するコードブックベクトル或いはマトリクスを取り出し、ユーザ装置へのデータストリームに対してプリコーディング処理を行う。

　ユーザ装置から基地局へのマルチパス信号は、通常、狭い角度内（Gregory D.Durgin.「Space-Time Wireless Channels」第198-199頁を参照）に分散されているが、アダプティブビームフォーミングは、上りDOAを利用してユーザ装置の下りビームを推定して生成することになっている。即ち、基地局は、放射のエネルギを正確に該当ユーザに向け、そのDOAは、送信端（送信元）と受信端（受信元）との間の最も強いパスの方向である（米国のIntel会社が申請した中国特許、特許申請番号：200580020526.5 , 「フィードバックするためのコードブックを用いた閉ループMIMOシステム」第9頁を参照）。

　これにより、本発明者は、DOAとPMIとの関係（例えば、DOAは、０～１５度の角度である場合に１番PMIに対応し、１５～３０度の角度である場合に４番PMIに対応する）を見出した。ここで、これらの対応関係は、オフライン状態（予め設定した状態）において生成されるものであり、コードブックが規則正しく配列されているか否かに関係がない。また、DOAとPMIとの関係について、米国のInter Digital通信会社は、２００７年８月２０日～２４日にギリシアのアテネで開催された3GPP LTE RAN1第５０回の会議において、R１－073353号提案「E-UTRAにおけるMU-MIMOコードブックサブセットの選択及びシグナリングへの考察（MU-MIMO Codebook Subset Selection and Signaling Consideration for E-UTRA）」を発表した。該当提案には、プリコーディングMIMOコードブックの設計は、ビームフォーミング技術のビームフォーミングベクトルが空間方向性を備えるという特徴を利用していることが提案された。すなわち、適切なDOAは、システム性能を向上できると同時に、妨害波を抑制することもできる。発明者は、LTEシステムが採用した、離散フーリエ変換（DFT）に基づくプリコーディングのコードブックとハウスホルダー（Householder（HH））に基づくプリコーディングのコードブックが、DOAとPMIとの対応関係（関連付け）を実現していることと考える。なお、DFTコードブックに基づくPMIは、直接にDOAとPMIとの対応関係を得ることができるが、HHコードブックに基づくPMIは、例えば、１～１６レベル（PMI＝０,1,・・・,15）が定義される場合、前の８レベル（PMI＝０,1,・・・,７）は、DOAとPMIとの対応関係を実現できる。後の８レベル（PMI＝８,９,・・・,１５）は、DOA方向とPMIとの対応関係への補足として考えられる。２００８年１月に開催されたLTE第５１回bis会議において、数多くの会社が提案した開ループMIMOシステムのPMI方式は、以下の通りである。トータル１６レベルであるPMI値（PMI＝０,1,・・・,１５）について、送信端は、循環PMIまたはPMH方式を採用し、すなわち、送信端は、PMI値（PMI＝０，1，・・・，１５）中の４つの大きいPMI値（PMI＝１２,１３,１４,１５）のうちから、一つのPMI値を選択し、一つの送信データのPMI値とする。発明者は、上記４つの大きいPMI値が、開ループMIMO方法のPMI値として適切ではないと考えている。これは、HHに基づくコードブックを採用した場合、PMI値が小さい前の８つのPMI値に対して、DOAとの対応関係を見出すことができるが、PMI値が大きい後の４つのPMI値が代表するDOAは、全方向であるからである。しかし、ユーザ装置は、一つの方向にしか存在しないため、基地局の送信機は、全方向へパワーを分配すると、送信電力の消耗とシステム容量の減少が生じることになる。以上のように、従来技術によれば、PMI（PMI＝１２,１３,１４,１５）とDOAとの対応関係が、見当たらない。これにより、PMI（PMI＝１２,１３,１４,１５）が採用した、循環PMI或いはPMHに基づくOL-MIMO方法は、DOAの空間特性を十分に利用できず、システムの性能も更に向上することが出来ない。

　従来技術（上記の提案を含む）において、到来波方向（Direction of arrival, DOA）に基づく開ループMIMO方法が提案されていないことが分かる。発明者は、下記のように提案した。すなわち、中速及び高速の開ループMIMOシステムにDOA情報を利用することにより、MIMOシステムのPMI情報を確定し、そして、PMI情報に基づいてプリコーディングの処理を行うことにより、MIMOシステムのスループットを大きく向上することができた。

　無線セル内の基地局とユーザ装置との分布は、図１に示す。下りリンクは、図１に示すように、基地局３００と、基地局近傍の中央ユーザ装置（中央ＵＥ）及びセルエッジの周辺ユーザ装置（周辺ＵＥ）を含む。中央ユーザ装置では、DOAに基づく開ループMIMOのユーザ装置１００、PMIに基づく閉ループMIMOのユーザ装置１０１、空間周波数ブロックコード（SFBC）に基づく開ループMIMOのユーザ装置１０２、空間周波数ブロックコード、及び周波数切換送信ダイバーシチ（SFBC+FSTD）に基づく開ループMIMOのユーザ装置１０３、固定PMIに基づく開ループMIMOのユーザ装置１０４、PMHに基づく開ループMIMOのユーザ装置１０５、及び循環PMIに基づく開ループMIMOのユーザ装置１０６がある。周辺ユーザ装置では、DOAに基づく開ループMIMOのユーザ装置２００、PMIに基づく閉ループMIMOのユーザ装置２０１、空間周波数ブロックコード（SFBC）に基づく開ループMIMOのユーザ装置２０２、空間周波数ブロックコード、及び送信ダイバーシチ（SFBC+FSTD）に基づく開ループMIMOのユーザ装置２０３、固定PMIに基づく開ループMIMOのユーザ装置２０４、PMHに基づく開ループMIMOのユーザ装置２０５、及び循環PMIに基づく開ループMIMOのユーザ装置２０６がある。

　図１に示された様々なMIMO方法は、SU-MIMOとMU-MIMOとの両方に適用することができる。下りリンクのユーザ装置１００及び周辺ユーザ装置２００は、本発明に提案された、到来波方向（DOA）に基づく開ループMIMO技術が採用されている。到来波方向（DOA、Direction of arrival、また到来波角方向（AOA、Angle of Arrival）とも言う）は、無線電波が、アンテナアレイに到達する際の方向を指す。到来した無線電波が、遠距離電磁界（far field）の条件を満たす場合、無線電波の波面（wave front）は、平面に近似することが出来るので、平面の波面と、アレイ軸線或いはアレイ法線との挟角が、到来波方向（DOA）である。図２に示すように、平面の波面は、アレイ軸線との間の挟角がφであり、水平面との間の挟角がθである。角度φまたはθによって、一意的に信号の入射方向が確定できる。図２に示すように、アンテナアレイ間の距離は、Δxである。ユーザ装置の運動速度と、基地局が採用するMIMO方式との関係は、図３に示す。なお、DOAに基づく開ループMIMO方式は、発明者により初めて提案されたものである。

　本発明者が提案した、DOAに基づくMIMO技術は、下記実施例において、中速または高速のユーザ装置に適用して説明するが、低速或いは静止のユーザ装置にも適用できる。また、本発明者が提案した、DOAに基づくMIMO技術は、汎用性を有し、SU-MIMOシステム、MU-MIMOシステム、ビームフォーミングシステム、プリコーディングMIMOシステム、開ループMIMO方式がCDD（ゼロ遅延CDD、小遅延CDD、大遅延CDD）、SFBC、FSTDなどのダイバーシチ方式或いは多重方式と組み合わせしたMIMOシステムに適用できる。

　本発明者が提案した、DOAに基づくMIMO技術において、PMI情報は、DOAの測定結果に基づいて推定し得たものであるが、以下のような状況の発生を排除しない。即ち、同一の無線セルにおいて、各ユーザ装置に対して採用されるMIMO方法及び装置は、固定ではなく、可変である。つまり、図１に示すように、同一の無線セルにおいて、異なるユーザ装置に対して、DOAに基づくMIMO技術や、固定PMIに基づくMIMO技術や、PMHに基づくMIMO技術や、循環PMIに基づくMIMO技術などを、それぞれ採用してもよい。また、同一の無線セルにおいて、同一のユーザ装置に対して、場合に応じて、異なるMIMO技術を採用してもよい。

　図４は、本発明の実施例１に係る2×2下りリンクSU-MIMOシステムを示す概念図である。図４に示すように、実施例１に係る基地局３００とユーザ装置は、それぞれ、２つのアンテナを備え、ユーザ装置２００－１とユーザ装置２００－２は、上りリンクを経由し、基地局３００にCQI及びランク（Rank）などの情報をフィードバックする。

　図５は、本発明の実施例１に係る基地局の構成を示すブロック図である。図６は、本発明の実施例１に係るユーザ装置の構成を示すブロック図である。

　図５に示すように、本発明の実施例１に係る基地局は、RF（Radio Frequency）ユニット１１７と、速度測定ユニット１１０と、到来波方向測定ユニット１１８と、区分ユニット１１１と、ランク確定ユニット１１２と、MIMO方式確定ユニット１１３と、PMI推定ユニット１１４と、MIMO方式・ランク通知ユニット１１６と、リソース分配・データ送信ユニット１１５とを備える。

　図６に示すように、本発明の実施例１に係るユーザ装置は、RFユニット２１０と、検出ユニット２１２と、復調ユニット２１３と、データ処理ユニット２１４と、フィードバック情報送信ユニット２１１とを備える。

　以下、図７と図８とを参照し、上記各ユニットの具体的な処理動作及び上記各ユニット間の接続関係を詳細に説明する。図７は、図４に示したSU-MIMOシステムにおけるランク、コードワード、レイヤーの対応関係を示す図である。図８は、本発明の実施例１に係る基地局およびユーザ装置の詳細な処理動作を示すフローチャートである。

　図８に示すように、本発明の実施例１では、基地局側にてDOAの測定及びPMIの推定を行う。ユーザ装置は、基地局へPMI情報をフィードバックしないことになっている。

　図４に示すように、２×２アンテナSU-MIMOシステムは、LTEが規定したSU-MIMOの構成を採用している。LTEの下りSU-MIMOシステムにおいて、コードワードをレイヤーに固定した対応方式が採用され、図７に示したSU-MIMOシステムにおけるランク、コードワード、レイヤーの対応関係（関連づけ）が採用されている。本実施例において、ランクアダプテーションとランク２（Rank２）との方式が採用されている。ユーザ装置200-1は、図７に示すコードワードCW1とコードワードCW2とを同時に占用してもよい。ユーザ装置200-2は、ランクアダプティブ方式を採用してもよい。すなわち、ユーザ装置200-2は、図７に示すコードワードCW1を占用してもよい、或いは、コードワードCW１とコードワードCW２とを同時に占用してもよい。

　図８に示すように、ステップS100において、速度測定ユニット１１０は、ユーザ装置の運動速度を測定し、各ユーザ装置の速度を確定することにより、ユーザ装置を、対応する分類に分ける。

　速度測定ユニット１１０は、無線セル内にある、全てのユーザ装置の運動速度を測定し、測定し得た運動速度に応じて、全てのユーザ装置を、低速ユーザ装置、中速ユーザ装置、及び高速ユーザ装置に分ける。速度測定ユニット１１０は、上りデータ復調用参照信号（ULRS、Uplink reference signal）、ランダムアクセスチャネル（RACH）、上り伝搬路推定用参照信号（Uplink Sounding signal）によって運動速度を測定することができる。

　ステップS１０１において、区分ユニット１１１は、測定されたユーザ装置の速度に基づいて、開ループMIMOと閉ループMIMOとに分ける。

　区分ユニット１１１は、異なる分類即ち低速ユーザ装置、中速ユーザ装置、高速ユーザ装置に基づいて、低速ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、中速ユーザ装置及び高速ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを設定する。

　ステップS１０２において、到来波方向測定ユニット１１８は、各ユーザ装置の到来波方向の測定を行う。

　下りリンクにおいて、基地局の到来波方向測定ユニット１１８は、上りリンクの、ユーザ装置２００－１とユーザ装置２００－２との到来波方向の測定を行う。

　現在、移動通信において、DOAの推定は、幅広く注目されており、また、研究も行われてきた。比較的成熟した、かつ移動通信システムに適用されたDOAの推定方法は、多重信号分類法（MUSIC）、回転不変技術推定信号パラメータ法（ESPRIT）、サブ空間法、最尤推定法などを含む。DOAの測定原理は、本実施例において、図９に示す。2×2の下りSU-MIMOシステムにおいて、基地局が、２本の送信アンテナを有し、ユーザ装置２００－１は、２本のアンテナを有する。TOTは、ユーザ装置２００－１から基地局までの距離を示す。基地局の座標を（Xs, Ys）とし、ユーザ装置２００－１の座標を（Xc, Yc）とする場合、基地局は、GPS位置測定装置により、その座標を得ることができるので、以下の式（１）で示す関係を得ることができる。即ち：

　位置測定計算方法を利用することにより、ユーザ装置２００－１の座標（Xc, Yc）を推定できる。これにより、式（１）を用いて容易に到来波方向の角度θを求めることができる。

　DOA推定PMIの原理は、図１１に示す。基地局３００は、下りリンクにおける基地局からユーザ装置へのMIMO送信方式を決定する。基地局３００は、無線セル（セクター）の覆う空間を０度～１２０度に定め、また、空間が、ベクトル化かつ均一分布であることとする。これにより、１５度ずつ一つのDOA空間があるので、空間において、DOA1～DOA8まで総計８つの区間になる。さらに、2×2アンテナSU-MIMOシステムのPMIレベルを１～８レベルに定義することにより、基地局３００は、DOAからPMIの値が推定できる。なお、図１１において、DOAとPMIとの対応関係は、線形ではないが、実際に、DOAとPMIとの対応関係は、オフラインの状態において生成されるので、線形的な一対一対応でもよい、また非線形的な一対一対応でもよい。また、DOAとPMIとの対応関係は、一組の規則であり、オフライン状態に生成されており、基地局及びユーザ装置に保存される。LTEにより規定されたMIMOシステムにおいて、DFTコードブックに基づいて、直接にDOAとPMIと一対一対応した対応関係を獲得できるが、HHコードブックに基づくDOAとPMIは、非線形な一対一対応しない対応関係となる。例えば、PMI＝０,1,・・・,15のように、トータル１６レベルとする場合、本発明は、近似処理を採用できるので、PMI＝０,1,・・・,７を取り、また、PMI＝８,・・・,15の後８レベルは、前８レベルの補足とするので、後８レベルを、捨てることができる。これによる、PMI＝０,1,・・・,７は、DOAとの対応関係は、図１２に示す。

　上記のように、図１１と図１２において、DOAとPMIとの対応関係は、線形ではないが、実際に、DOAとPMIとの対応関係は、オフライン状態に生成されるので、線形に一対一対応してもよい、また非線形に一対一対応しなくてもよい。また、DOAとPMIとの対応関係は、一組の規則であり、オフライン状態に生成され、基地局及びユーザ装置に保存される。

　ステップS１０３において、基地局のランク確定ユニット１１２が、ランクアダプティブ方式を確定する。

　下りリンクにおいて、基地局のランク確定ユニット１１２は、下りリンクがランクアダプティブ方式を採用するか否かを確定することにより、ランクの値を決定する。本実施例では、基地局３００は、図４に示すように、ユーザ装置２００－１とユーザ装置２００－２に対して、Rank2及びランクアダプティブ方式が採用されることを決定する。ユーザ装置２００－１は、中央ユーザ装置であるため、良好なチャネル伝送環境を備えていることにより、基地局のランク確定ユニット１１２は、ユーザ装置２００－１がRank2の方式を採用することを確定する。すなわち、ユーザ装置２００－１は、同時に図７に示す２つのコードワードCW1とCW2とを占用することができる。また、ユーザ装置２００－２は、周辺ユーザ装置であり、相対的に悪いチャネル伝送環境を備えているので、基地局３００のランク確定ユニット１１２は、ユーザ装置２００－２がアダプティブ方式を採用することを確定する。すなわち、基地局３００からユーザ装置２００－２までのランクについては、図７に示すように、Rank1を採用してもよい、また、Rank2を採用してもよい。本実施例において、ユーザ装置２００－２は、周辺ユーザ装置であり、長期統計の信号対干渉・雑音比（SINR：Signal to Interference & Noise Ratio）に基づくランクアダプティブ方式を採用する場合、周期的にフィードバックする際、図１３に示すように、ユーザ装置２００－２は、物理上り制御チャネル（PUCCH：Physical Uplink control channel）または物理上りシェアチャネル（PUSCH：Physical Uplink Shared channel）での周期的なフィードバックCQI情報を使用するとき、PMI情報をフィードバックする必要はないが、Rank情報をフィードバックする必要がある。その際、ユーザ装置２００－２が算出した、長期統計に基づくSINRが小さいとき、Rank１のフィードバック方式を採用する。また、ユーザ装置２００－２が算出した、長期統計に基づくSINRが大きいとき、Rank２のフィードバック方式を採用する。

　また、非周期的にフィードバックする際、図１４に示すように、ユーザ装置２００－２は、PUSCHの非周期的なフィードバックCQI及びRank情報を使用し、Rank情報をフィードバックする際、長期統計（例えば一定期間の平均値）に基づくSINRの方式を採用する。

　また、ステップS１０４において、MIMO方式確定ユニット１１３は、MIMO方式を確定する。

　下りリンクにおいて、基地局は、PMI及びRankに基づいてMIMO方式を決定する。図４に示すように、ユーザ装置２００－１とユーザ装置２００－２に対して、基地局３００のMIMO方式確定ユニット１１３は、ユーザ装置２００－１とユーザ装置２００－２の到来波方向により推定し得たPMI及びRankに基づいてMIMO方式を決定する。ユーザ装置２００－２が算出した、長期統計に基づくSINRが小さい（SINR＜５dB）場合、Rank1のフィードバック方式を採用し、基地局３００とユーザ装置２００－２とにより2X2のSU-MIMOシステムが構成され、下りリンクが、送信ダイバーシチの方式を採用する。送信ダイバーシチは、SFBCまたはその他の方式を採用してもよい。ユーザ装置２００－２が算出した、長期統計に基づくSINRが大きい（SINR＞５dB）場合、Rank２のフィードバック方式を採用する。その際、基地局３００のPMI推定ユニット１１４は、ユーザ装置のDOAにより、推定し得たPMI値に基づいてプリコーディングベクトルを選択する。これにより、プリコーディングに基づくMIMO送信方式を実現する。

　次に、ステップS１０５において、MIMO方式・ランク通知ユニット１１６は、確定されたMIMO方式及びランク方式を、ユーザ装置に通知する。

　下りリンクにおいて、基地局３００は、下り制御シグナリングによって、MIMOモード、MIMO送信方式、運動速度、プリコーディングマトリクス索引番号などの情報を無線セルにあるユーザ装置へ送信する。MIMO方式・ランク通知ユニット１１６は、PDCCHまたはPDSCHまたはBCHによって、上記MIMOモード、MIMO送信方式、運動速度、プリコーディングマトリクス索引番号などの情報をユーザ装置へ送信する。リンクのオーバーヘッドを低減するため、これらの情報は、オフラインの状態に抽象的なモードにすることができる。基地局は、PDCCHまたはPDSCHによって、それらの抽象的なモードをユーザ装置へ送信するため、下りリンクの無線リソースを節約することができる。

　次に、ステップS１０６において、ユーザ装置側の検出ユニット２１２は、MIMO方式及びランク方式を検出する。下りリンクにおいて、ユーザ装置の検出ユニット２１２は、MIMOモード、MIMO送信方式、運動速度、プリコーディングマトリクス索引番号などの情報が含まれている基地局からの下り制御シグナリングを検出する。

　続いて、ステップS１０７において、ユーザ装置のフィードバック情報送信ユニット２１１は、上りリンクによって基地局へフィードバック情報を送信する。

　上りリンクにおいて、ユーザ装置は、各自の下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式及び速度情報に基づいて、各自のフィードバック方式を採用し、フィードバックを必要とするとき、フィードバック情報を基地局に送信する。低速のユーザ装置、例えば、図１に示されているユーザ装置１０１とユーザ装置２０１は、CQI、PMI、Rank、リソースブロック索引番号の情報を基地局へフィードバックし、閉ループMIMOシステムが構成される。中速または高速のユーザ装置、例えば、図１に示されているユーザ装置１００、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、２００、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６は、CQI、Rank、リソースブロック索引番号の情報を基地局へフィードバックするが、PMI情報を基地局３００へのフィードバックを行わない。

　続いて、ステップS１０８において、基地局のRFユニット１１７は、フィードバック情報を受信し、リソース分配・データ送信ユニット１１５は、受信されたフィードバック情報に基づいて、リソース分配及びデータ送信を行う。

　下りリンクにおいて、基地局のリソース分配・データ送信ユニット１１５は、ユーザ装置からのフィードバック情報に基づいて、無線リソースに対してリソースの調整及び分配を行い、データをユーザ装置に送信する。

　次に、ステップS１０９において、ユーザ装置は、RFユニット２１０により、基地局が送れてきた信号を受信し、そして、復調ユニット２１３により、送れてきたデータを復調する。下りリンクにおいて、ユーザ装置の復調ユニット２１３は、自装置の分類、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号（PMI）などの情報により、受信されたデータを復調する。その後、データ処理ユニット２１４は、データを処理して表示させる。

　上述した実施例１において、ユーザ装置が、下りリンクのDOAに対して測定する方法について説明していない。シグナリングオーバーヘッドを節約するため、基地局及びユーザ装置ともは、同時にDOAに対して測定するという方法を採用してもよい。図１０は、本発明の実施例１に係るユーザ装置の変形例を示す図である。この変形例においては、ユーザ装置側に到来波方向の測定とPMIの確定を行うと同時に、基地局側に到来波方向およびPMIの推定を行うことになっている。すなわち、基地局及びユーザ装置は、それぞれ、測定し得た上り到来波方向と下り到来波方向に基づいて、下りリンクと上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号をそれぞれ推定する。ユーザ装置は、推定された上りリンクのPMIを、下りリンクのPMIとみなす。

　中国の成都電子科学大学が申請した、中国の特許文献（「干渉原理により干渉信号DOAを推定する方法」,申請番号：200410022117.6）において、無線電波の干渉原理を利用し、下りリンクDOAを測定する方法が紹介されている。また、中国の華為会社が申請した、中国の特許文献（「パス選択に基づく到来波方向の推定方法」,申請番号：01119301.8）において、パス推定の結果と統計信号処理方法を利用し、チャネル推定データと結び付けることにより容易にDOAのパラメータを推定できることが開示されている。本発明では、ユーザ装置側において、容易に複数パスデータとチャネル推定データとが得られるので、下りリンクのDOAパラメータを測定することが可能になっている。また、特定（個別）参照信号を用いてDOAを推定する方法を利用してもよい。すなわち、基地局側が、無線セル内の複数のユーザ装置を区分した特定（個別）参照信号を送信し、ユーザ装置は、特定（個別）参照信号に基づいてDOAを推定する。

　図１０に示すように、本発明の実施例１の変形例であるユーザ装置は、RFユニット２１０、検出ユニット２１２、復調ユニット２１３、データ処理ユニット２１４及びフィードバック情報送信ユニット２１１、到来波方向測定ユニット２１５、PMI確定ユニット２１６を備える。上記のように、基地局側に、DOAの測定とPMIの推定を行うと同時に、ユーザ装置側に、ユーザ装置は、自装置の下りDOAの測定を行い、そして、上記と同様な方式により、対応するPMIを推定する。

　上記ユーザ装置及び基地局の両者において、上記の操作を行うことにより、両者の間に、DOA情報及びPMIの伝送を省略することができる。

　図１５は、本発明の実施例２に係る4×4下りリンクMU-MIMOシステムを示す概念図である。図１５に示すように、実施例2に係る基地局３００は、４つのアンテナを備える。ユーザ装置２００－１、２００－２、２００－３、２００－４は、それぞれ一つのアンテナを備えており、上りリンクによって、CQI及びRankなどの情報を基地局３００にフィードバックする。ユーザ装置２００－１、２００－２、２００－３、２００－４は、それぞれ同様な構成を備えているので、以下、ユーザ装置２００－１を例として詳細に説明する。

　図１６は、本発明の実施例２に係る基地局の構成を示すブロック図である。図１７は、本発明の実施例２に係るユーザ装置の構成を示すブロック図である。

　図１６に示すように、本発明の実施例２に係る基地局は、RF（Radio Frequency）ユニット３１７と、速度測定ユニット３１０と、到来波方向測定ユニット３１８と、区分ユニット３１１と、ランク確定ユニット３１２と、MIMO方式確定ユニット３１３と、PMI推定ユニット３１４と、MIMO方式・ランク通知ユニット３１６と、リソース分配・データ送信ユニット３１５とを備える。

　図１７に示すように、本発明の実施例２に係るユーザ装置は、RFユニット４１０と、検出ユニット４１２と、復調ユニット４１３と、データ処理ユニット４１４及びフィードバック情報送信ユニット４１１とを備える。

　以下、図１８と図１９とを参照し、上記各ユニットの具体的な処理動作及び上記各ユニット間の接続関係を詳細に説明する。図１９は、本発明の実施例２に係る、基地局およびユーザ装置の詳細な処理動作を示すフローチャートである。

　図１９に示すように、本発明の実施例２において、基地局側にDOAの測定及びPMIの推定を行う。ユーザ装置は、基地局へのPMI情報をフィードバックしないことになっている。

　図１５に示すように、４×４アンテナMU-MIMOシステムは、LTEが規定したMU-MIMOの構成を採用している。LTEの下りMU-MIMOシステムにおいて、コードワードをレイヤーに固定した対応方式が採用され、図１８に示したMU-MIMOシステムにおいて、ランクと、コードワードと、レイヤーの対応関係（関連づけ）が採用されている。本実施例において、ランク４（Rank４）の方式が採用されている。ユーザ装置２００－１、２００－２、２００－３、２００－４は、図１８に示すコードワードCW1を同時に占用することができる。

　図１９に示すように、ステップS200において、基地局３００の速度測定ユニット３１０は、これらのユーザ装置を、異なる分類に分けるため、各ユーザ装置の運動速度を測定する。

　基地局３００の速度測定ユニット３１０は、無線セル内にある、全てのユーザ装置の運動速度を測定し、そして、測定し得た運動速度に応じ、全てのユーザ装置を、低速ユーザ装置、中速ユーザ装置、高速ユーザ装置に分ける。基地局３００の速度測定ユニット３１０は、上りデータ復調用参照信号（ULRS）、ランダムアクセスチャネル（RACH）、上り伝搬路推定用参照信号（Uplink Sounding signal）によって運動速度を測定することができる。

　ステップS２０１において、区分ユニット３１１は、測定された、ユーザ装置の運動速度に基づいて、開ループMIMOと閉ループMIMOに分ける。

　区分ユニット３１１は、異なる分類即ち低速ユーザ装置、中速ユーザ装置、高速ユーザ装置に基づいて、低速ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、中速ユーザ装置及び高速ユーザ装置には開ループMIMOモードを設定する。

　ステップS２０２において、到来波方向測定ユニット３１８は、各ユーザ装置の到来波方向の測定を実施する。

　下りリンクにおいて、基地局の到来波方向測定ユニット３１８は、上りリンクの、ユーザ装置のDOAを測定する。DOAの測定について、従来の多重信号分類法（MUSIC）、回転不変技術推定信号パラメータ法（ESPRIT）、サブ空間法、最尤推定法などのアルゴリズムを利用することができる。また、本実施例において、従来の、信号強度に基づく分段補間法（非特許文献：書籍「TDDに基づく第４世代移動通信技術」第375-380p, 謝顕中、李詳明著, 2005年７月出版、電子工業出版社）、すなわち、到達された信号強度（SOA、strength of arrival）及び到達された信号強度差分値（SDOA、strength difference of arrival）を、利用してビーム到達角（DOA）を推定することができる。図２１に示すように、４×４の下りMU-MIMOシステムでは、基地局３００は、４本の送信アンテナを備えており、単一アンテナを有する４つのユーザ装置が、それぞれ、エリアP1、P2、P3、P4に位置する場合、基地局側にある４つのアンテナそれぞれによって測定された、これら４つのユーザ装置の信号強度はSOA_T1_P1、SOA_T2_P1、SOA_T3_P1、SOA_T4_P1、SOA_T1_P2、SOA_T2_P2、SOA_T3_P2、SOA_T4_P2、SOA_T1_P3、SOA_T2_P3、SOA_T3_P3、SOA_T4_P3、SOA_T1_P4、SOA_T2_P4、SOA_T3_P4、SOA_T4_P4である。第１の単一アンテナユーザ装置に対して、信号強度の差分値が、SDOA_T1_T2_P1、SDOA_T1_T3_P1、SDOA_T1_T4_P1、SDOA_T2_T3_P1、SDOA_T2_T4_P1、SDOA_T3_T4_P1トータル６種である。トータル４つのユーザ装置があるので、トータル２４種の差分値が得られる。２４種の差分値の大きさとDOAの大きさとの対応テーブルを形成すし、ルックアップテーブルの方法によって、各ユーザ装置から基地局までの上りリンクのDOAを見出すことができ、そして、基地局のPMI推定ユニット３１４は、上りDOAに基づいて下りリンクのPMIを推定した後、下りリンクのPMIを下り制御シグナリングによってユーザ装置に送信する。

　図１６に示すように、下りリンクにおいて、基地局３００のPMI推定ユニット３１４は、各ユーザ装置のDOAに基づいて基地局から各ユーザ装置へのPMIを推定する。基地局３００は、下りリンクに基地局からユーザ装置へのMIMO送信方式を決定する。図２１に示すように、基地局３００は、無線セルの覆う空間を０度～１２０度に定め、また、空間がベクトル化かつ均一分布であることにより、７．５度ずつ、一つのDOA空間がある。これにより、空間において、DOA1～DOA１６まで総計１６個の区間となる。さらに４×４アンテナMU-MIMOシステムのPMIレベルを１～１６レベルに定義することにより、基地局は、DOAからPMIの値を推定することができる。

　上述のように、DOAとPMIとの対応関係は、線形ではないが、実際に、DOAとPMIとの対応関係は、オフラインの状態に生成され、線形に一対一対応することができる。また非線形に一対一対応することができる。また、DOAとPMIとの対応関係は、一組の規則であり、オフラインの状態に生成され、基地局及びユーザ装置に保存されている。

　ステップS２０３において、基地局のランク確定ユニット３１２が、ランクアダプティブ方式を確定する。

　下りリンクにおいて、基地局のランク確定ユニット３１２は、下りリンクがランクアダプティブ方式を採用するか否かを確定することにより、ランクの値を決定する。本実施例では、ユーザ装置２００－１、２００－２、２００－３、２００－４に対して、基地局３００は、Rank4の方式が採用されることを決定する。図１８に示すように、各ユーザ装置は、コードワードCW1を同時に占用することができる。

　また、ステップS２０４において、MIMO方式確定ユニット３１３は、MIMO方式を確定する。

　下りリンクにおいて、基地局は、PMI及びRankに基づいてMIMO方式を決定する。本実施例において、MIMO方式確定ユニット３１３は、各ユーザ装置に対して、ユーザ装置のDOAにより推定されたPMI及びRankに基づいてMIMO方式を決定する。

　次に、ステップS２０５において、MIMO方式・ランク通知ユニット３１６は、確定されたMIMO方式及びランク方式をユーザ装置に通知する。

　下りリンクにおいて、基地局３００のMIMO方式・ランク通知ユニット３１６は、下り制御シグナリングによって、MIMOモード、MIMO送信方式、運動速度、PMIなどの情報を無線セルにあるユーザ装置へ送信する。基地局は、PDCCHまたはPDSCHまたはBCHによって、上記MIMOモード、MIMO送信方式、運動速度、PMIなどの情報をユーザ装置へ送信することができる。リンクのオーバーヘッドを節約するため、これらの情報は、オフラインの状態に抽象的なモードにすることができる。基地局は、PDCCHまたはPDSCHによって、それらの抽象的なモードをユーザ装置へ送信するので、下りリンクの無線リソースを節約することができる。

　次に、ステップS２０６において、ユーザ装置側の検出ユニット４１２は、MIMO方式及びランク方式を検出する。下りリンクにおいて、ユーザ装置の検出ユニット４１２は、MIMOモード、MIMO送信方式、運動速度、PMIなどの情報が含まれている基地局からの下り制御シグナリングを検出する。

　続いて、ステップS２０７において、ユーザ装置のフィードバック情報送信ユニット４１１は、上りリンクによって基地局へフィードバック情報を送信する。

　上りリンクにおいて、ユーザ装置は、各自の下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式及び速度情報に基づいてそれぞれのフィードバック方式を採用する。フィードバックを必要とするとき、フィードバック情報を基地局へ送信する。低速のユーザ装置、例えば、図１５に示すユーザ装置２００－１、２００－２、２００－３、２００－４は、CQI、PMI、Rank、リソースブロック索引番号の情報を基地局３００へフィードバックし、閉ループMIMOシステムを構成する。中速または高速のユーザ装置、例えば、図１５に示すユーザ装置２００－１、２００－２、２００－３、２００－４は、CQI、Rank、リソースブロック索引番号などの情報を基地局３００へフィードバックするが、PMI情報を基地局３００へのフィードバックを行わない。

　続いて、ステップS２０８において、基地局のRFユニット３１７は、フィードバック情報を受信し、リソース分配・データ送信ユニット３１５は、受信されたフィードバック情報に基づいて、リソース分配及びデータ送信を行う。

　下りリンクにおいて、基地局のリソース分配・データ送信ユニット３１５は、ユーザ装置からのフィードバック情報に基づいて、無線リソースに対してリソースの調整及び分配を行ってデータをユーザ装置へ送信する。

　次に、ステップS２０９において、ユーザ装置は、RFユニット２１０により、基地局が送れてきた信号を受信し、そして、復調ユニット２１３により、送れてきた信号を復調する。下りリンクにおいて、ユーザ装置の復調ユニット４１３は、自装置の分類、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、PMIなどの情報により、受信されたデータを復調する。その後、データ処理ユニット４１４は、データの処理をし、表示を行う。

　図２０（ａ）に示すように、本発明に係る実施例２の基地局の変形例は、RF（Radio Frequency）ユニット３１７と、速度測定ユニット３１０と、区分ユニット３１１と、ランク確定ユニット３１２と、MIMO方式確定ユニット３１３と、MIMO方式・ランク通知ユニット３１６と、リソース分配・データ送信ユニット３１５とを備える。これらのユニットの機能は、図１６の対応するユニットとの機能が同じであるため、ここで、詳細な説明を省略する。

　図２０（ｂ）に示すように、本発明に係る実施例２のユーザ装置の変形例は、RFユニット４１０と、検出ユニット４１２と、復調ユニット４１３と、データ処理ユニット４１４及びフィードバック情報送信ユニット４１１と、到来波方向測定ユニット４１５と、PMI確定ユニット４１６とを備える。上述のように、ユーザ装置側で、ユーザ装置自体の下りDOAの測定を行い、そして、上述と同様な方式により、対応するPMIを推定する。その後、フィードバック情報送信ユニット４１１により、基地局へ送信する。

　上記ユーザ装置及び基地局の両者において、同時に上記の操作を行うことにより、両者の間に、DOA情報及びPMIの伝送を省略することができる。

　図２２は、本発明の実施例３に係る4×4上りリンクMU-MIMOシステムを示す概念図である。図２２に示すように、実施例３に係る基地局３００は、４つのアンテナを備えている。ユーザ装置は、それぞれ一つのアンテナを備えている。ユーザ装置２００－１、２００－２、２００－３、２００－４は、それぞれ同様な構成を備えているので、以下、ユーザ装置２００－１を例として詳細に説明する。

　図２３は、本発明の実施例３に係る基地局の構成を示すブロック図である。図２４は、本発明の実施例３に係るユーザ装置の構成を示すブロック図である。

　図２３に示すように、本発明の実施例３に係る基地局は、RF（Radio Frequency）ユニット５１７と、ランク確定ユニット５１２と、MIMO方式確定ユニット５１３と、MIMO方式・ランク通知ユニット５１６と、リソース分配ユニット５１５と、復調ユニット５１９と、到来波方向測定ユニット５２０と、PMI推定ユニット５２１と、データ処理ユニット５１８とを備える。

　図２４に示すように、本発明の実施例３に係るユーザ装置は、RFユニット６１０と、検出ユニット６１２と、復調ユニット６１３と、データ処理ユニット６１４及びフィードバック情報・データ送信ユニット６１１と、速度測定ユニット６１７と、到来波方向測定ユニット６１５と、区分ユニット６１８と、PMI推定ユニット６１６とを備える。

　以下、図２５と図２６とを参照しながら、上記各ユニットの具体的な処理動作及び上記各ユニット間の接続関係を詳細に説明する。図２６は、本発明の実施例３に係る、基地局およびユーザ装置の詳細な処理動作を示すフローチャートである。

　図２２に示すように、本発明の実施例３において、基地局側とユーザ装置側において、それぞれDOAの測定及びPMIの推定を行う。ユーザ装置は、基地局へのPMI情報をフィードバックしないことになっている。

　図２２に示すように、４×４アンテナMU-MIMOシステムは、LTEが規定したMU-MIMOの構成を採用している。LTEの上りMU-MIMOシステムにおいて、コードワードをレイヤーに固定した対応方式が採用され、図１８に示した、MU-MIMOシステムにおけるランク、コードワード、レイヤーの対応関係（関連付け）が採用されている。本実施例において、ランク４（Rank４）の方式が採用されている。各ユーザ装置は、図１８に示すコードワードCW1を同時に占用することができる。

　図２６に示すように、ステップS300において、ユーザ装置の速度測定ユニット６１７は、ユーザ装置の運動速度を測定する。これにより、自装置が、どの分類に所属することを確定する。

　各ユーザ装置は、自装置の運動速度を測定し、測定し得た運動速度に応じ、自装置を、低速ユーザ装置、中速ユーザ装置、高速ユーザ装置に分けることができる。ユーザ装置は、下り参照信号（DLRS）、同期チャネル（SCH）、その他の下り送信データ信号（DLDS、Downlink data signal）によって運動速度を測定することができる。

　ステップS３０１において、区分ユニット６１８は、測定された、ユーザ装置の運動速度に基づいて、開ループMIMO、閉ループMIMOに分ける。

　各ユーザ装置は、自装置が所属された、異なる分類即ち低速ユーザ装置、中速ユーザ装置、高速ユーザ装置に基づいて、低速ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、中速ユーザ装置及び高速ユーザ装置には開ループMIMOモードを設定する。各ユーザ装置は閉ループMIMOモードまたは開ループMIMOモードの設定を完了した後、上りシグナリングの方式によって、自装置の閉ループMIMOモードまたは開ループMIMOモードを基地局に通知する。

　ステップS３０２において、到来波方向測定ユニット５２０と到来波方向測定ユニット６１５は、それぞれ上りリンク、下りリンクの到来波方向の測定を実施する。

　例えば、ユーザ装置の到来波方向測定ユニット６１５は、下りリンクのDOAを測定し、PMI推定ユニット６１６は、下りリンクのDOAに基づいて、上りリンクにおけるユーザ装置から基地局までのPMIを推定する。基地局の到来波方向測定ユニット５２０は、上りリンクのDOAの測定を行い、そして、PMI推定ユニット５２１は、上りリンクのDOAに基づいて下りリンクにおける基地局からユーザ装置までのPMIを推定する。DOAに基づいてPMIを推定することは、ルックアップテーブルの方法を採用して完成し、DOAに対応するPMIを、オフラインの状態下に、基地局及びユーザ装置のデータベースに記憶することができる。換言すれば、基地局により上りリンクのDOAを測定する方法を採用し、基地局は、ユーザ装置から基地局へのDOAに基づいて、下りリンクのPMIを推定する。上りチャネルと下りチャネルが到来波方向において互換性を備えることを利用し、ユーザ装置は、下りリンクのPMIを上りリンクのPMIとみなす。ユーザ装置が下りリンクのDOAを測定することは、図２５に示すように、E-OTDの方法を採用している。この方法は、到来波の時間差を観察することにより、ユーザ装置において位置測定を実施するものである。基地局とユーザ装置との位置関係により、基地局からユーザ装置への下りリンクのDOAを、ソフトウェアを利用するだけで算出することができる。ユーザ装置は、Idleモード（ユーザ装置２００－１が、呼び出しを処理しない）及び専用モード（ユーザ装置２００－１が、呼び出しを処理する）において、E-OTDアルゴリズムを行うため、十分な処理能力及び記憶容量を備える必要がある。E-OTDの位置測定方法とは、ユーザ装置が、サービスセルの基地局３００と、周辺にある２つの基地局３００－１と３００－２との測定データにより、これら間の時間差を算出する。なお、該当時間差は、ユーザ装置が基地局３００に相対する位置を計算するためのものである。E-OTDに関連する３つの基本量は、観察時間差OTD、真実時間差RTD及び地理位置時間差GTDである。OTDは、ユーザ装置により、位置が異なる２つの基地局の信号を受信する際の時間差である。RTDは、２つの基地局間のシステム時間差である。GTDは、２つの基地局からユーザ装置までの距離の差に起因する伝送時間差である。基地局３００とユーザ装置との間の距離をｄ１とし、基地局３００－１とユーザ装置との間の距離をｄ２とし、基地局３００－２とユーザ装置との間の距離をｄ３とする際、下記の式が、成り立つ。

　　GTD１＝｜ｄ２－ｄ１｜/ V　　　　　　　（２）
　　GTD２＝｜ｄ３－ｄ２｜/ V　　　　　　　（３）
　　GTD３＝｜ｄ３－ｄ１｜/ V　　　　　　　（４）
　なお、上記の式のVは、無線電波の速度である。上記３つの基本量は、
　　OTD1＝RTD1+GTD1　　　　　　　　　　　（５）
　　OTD2＝RTD2+GTD2　　　　　　　　　　　（６）
　　OTD3＝RTD3+GTD3　　　　　　　　　　　（７）
を満たす。基地局３００、３００－１、３００－２は、お互いに同期であれば、RTD1＝０、RTD2＝０、RTD3＝０である。E-OTDの方法において、正確な結果を取得するため、基地局の数は、少なくとも３つ以上であり、かつ基地局が、異なる地理位置に位置し、さらに、より重要なのは、基地局は同期されている。基地局を同期させるのに最も常用される方法は、基地局にGPS受信機を実装し固定することである。これにより、ユーザ装置の地理位置及び座標を正確的に得ることができる。図１１に示す原理により、基地局３００からユーザ装置２００－１までの下りリンクのDOAを容易に算出することができる。

　ステップS３０３において、基地局のランク確定ユニット５１２が、ランクアダプティブ方式を確定する。

　上りリンクにおいて、基地局のランク確定ユニット５１２は、上りリンクがランクアダプティブ方式を採用するか否かを確定することにより、ランクの値を決定する。本実施例では、基地局３００のランク確定ユニット５１２は、各ユーザ装置に対して、Rank4の方式が採用されることを決定する。図２２に示すように、各ユーザ装置は、図１８に示す一つのコードワードを同時に占用することができる。

　また、ステップS３０４において、MIMO方式確定ユニット５１３は、MIMO方式を確定する。

　上りリンクにおいて、基地局は、PMI及びRankに基づいてMIMO方式を決定する。本実施例において、基地局３００は、各ユーザ装置に対して、各ユーザ装置のDOAにより推定されたPMI及びRankに基づいて上りリンクのMIMO方式を決定する。

　次に、ステップS３０５において、MIMO方式・ランク通知ユニット５１６は、確定されたMIMO方式及びランク方式を、ユーザ装置に通知する。

　基地局は、下り制御シグナリングによって、MIMO送信モードの情報を、無線セルにあるユーザ装置に送信する。基地局は、PDCCHまたはPDSCHまたはBCHによって、上記MIMO送信方式とランクとの情報をユーザ装置に送信する。

　次に、ステップS３０６において、ユーザ装置の検出ユニット６１２は、MIMO方式及びランク方式を検出する。換言すれば、ユーザ装置の検出ユニット６１２は、基地局から送れてきた、MIMO送信方式、ランクの情報が含まれている基地局からの下り制御シグナリングを検出する。

　続いて、ステップS３０７では、下りリンクにおいて、基地局は、各ユーザ装置の上りリンクにおけるMIMOモード、MIMO送信方式、ランクの情報によって各自のフィードバック方式を採用する。フィードバックを必要とする際、フィードバック情報をユーザ装置に送信する。

　続いて、ステップS３０８において、基地局のリソース分配ユニット５１５は、各ユーザ装置に対して、リソースの調整及び分配を行い、そして、下り制御シグナリングの方式によって調整された情報を各ユーザ装置に通知する。

　次に、ステップS３０９において、ユーザ装置側のフィードバック情報・データ送信ユニット６１１は、分配されたリソース上に送信すべきのデータを基地局に送信する。

　該当ユーザ装置のフィードバック情報・データ送信ユニット６１１は、基地局が送られてきた上りリンクのMIMO送信方式、ランク、調整情報に基づいてデータを基地局に送信する。

　次に、ステップS３１０において、基地局の復調ユニット５１９が、データを復調する。その後、データ処理ユニット５１８は、データの処理をし、表示を行う。

　基地局の復調ユニット５１９は、上りリンクのMIMOモード、MIMOの送信方式、ランク、PMIなどの情報に基づいて、受信されたデータを復調する。データ処理ユニット５１８が、データの内容を表示するため、データ処理を行う。

　以上、上りリンクMIMO伝送方式に対する説明を行った。単一ユーザMIMOシステム、複数ユーザMIMOシステム、ビームフォーミングシステム、プリコーディングMIMOシステム、開ループMIMO方式がCDD（ゼロ遅延CDD、小遅延CDD、大遅延CDD）、SFBC、FSTDなどのダイバーシチ方式或いは多重方式と組合したMIMOシステムに適用できる。

　上述のように、本発明の実施例は、ユーザ装置の運動速度に応じて、ユーザ装置を低速ユーザ装置、中速ユーザ装置、高速ユーザ装置に分け、低速ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、中速ユーザ装置及び高速ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを採用することを設定し、そして、ユーザ装置のDOAの測定を行い、測定し得たDOAに基づいてユーザ装置のPMIを推定する。次に、MIMOシステムのランク方式を決定した後、ランクと到来波方向に基づいて獲得されたPMIにより、MIMO送信方式を決定する。さらに、MIMO方式、ランク方式を受信端に通知する。続いて、受信端は、MIMO方式、ランク方式を検出する。最後、受信端が、検出された情報に基づいてフィードバックを行う。本発明は、中速ユーザ装置及び高速ユーザ装置に対して、DOAに基づく開ループMIMOシステム及びその装置を提案した。本発明は、設計簡単、かつ全体性能優れといった特徴を備えている。これにより、本発明は、無線通信システムにおいて、DOAに基づく開ループMIMO技術を提案した。また、本発明は、様々な無線移動通信ネットワークの開ループMIMO技術に、重要な理論根拠及び具体的な実施方法を提供することができる。ここで、無線移動通信ネットワークは、第３世代セルラ移動通信ネットワーク（3G）、スーパー第３世代セルラ移動通信ネットワーク（S3G、B3G）、第４世代セルラ移動通信ネットワーク（4G）、単一周波数放送ネットワーク（SFN）、無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）、無線広域エリアネットワーク（WWAN）、マルチメディア放送マルチキャストサービスネットワーク（MBMS）、自己組織ネットワーク（Mesh, Ad Hoc, Censor Network）、デジタル家庭ネットワーク（e-home）などのネットワークを含む。

　本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

　発明の詳細な説明の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の基本概念と特許請求事項の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。

　最後に、基地局およびユーザ装置の各ブロックは、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。

　すなわち、基地局およびユーザ装置は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである基地局およびユーザ装置の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記基地局およびユーザ装置に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。

　上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ－ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ－Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。

　また、基地局およびユーザ装置を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。

　本発明は、DOAの測定結果によりPMIの推定値を取得し、取得したPMIの推定値に基づいて、開ループMIMOシステムのプリコーディング処理を行うことにより、従来よりも効率よくかつ容易に実現できるので、基地局と複数の移動端末（ユーザ装置）とが無線通信可能な任意の無線通信システムに適用できる。

Claims

　基地局とユーザ装置とが無線通信可能なシステムにおいて、到来波方向に基づく開ループMIMO方法であって、
　上記ユーザ装置の運動速度を測定し、測定し得た上記運動速度に基づいて上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または、運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分けるステップと、
　上記第一類ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、上記第二類ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを設定するステップと、
　上記基地局は、上りリンクの到来波方向を測定し、上りリンクの到来波方向に基づいて下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するステップと、
　上記基地局は、下りリンクがどのランクアダプティブ方式を採用するかを決定することにより、ランクを決定するステップと、
　上記基地局は、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号及びランクに基づいて下りリング中のMIMO送信方式を決定するステップと、
　上記基地局は、下り制御シグナリングによって、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号を、上記ユーザ装置に送信するステップと、
　上記ユーザ装置は、下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号が含まれている上記基地局からの下り制御シグナリングを検出するステップと、
　上記ユーザ装置は、各自の下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、及びランクに基づいて各自のフィードバック方式を採用し、フィードバックを必要とするとき、上記フィードバック方式に基づいてフィードバック情報を上記基地局に送信するステップと、
　上記基地局は、上記ユーザ装置の上記フィードバック情報に基づいて、無線リソースの調整及び分配を行い、データを上記ユーザ装置に送信するステップと、
　上記ユーザ装置は、自装置の分類、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、受信された上記データを復調するステップとを、下りリンクに対して備えることを特徴とする、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　基地局とユーザ装置とが無線通信可能なシステムにおいて、到来波方向に基づく開ループMIMO方法であって、
　上記ユーザ装置の運動速度を測定し、測定し得た上記運動速度に基づいて上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または、運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分けるステップと、
　上記第一類ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、上記第二類ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを設定するステップと、
　上記基地局及び上記ユーザ装置は、それぞれ、上りリンク及び下りリンクの到来波方向を測定し、上りリンク及び下りリンクの到来波方向に基づいて、それぞれ、下りリンク及び上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するステップと、
　上記基地局は、どのランクアダプティブ方式を採用するかを決定することにより、ランクを決定するステップと、
　上記基地局は、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号及びランクに基づいて下りリンク中のMIMO送信方式を決定するステップと、
　上記基地局は、ランク及び下りリンク中のMIMOモード、MIMO送信方式を、下り制御シグナリングによって上記ユーザ装置に送信するステップと、
　上記ユーザ装置は、ランク及び下りリンク中のMIMOモード、MIMO送信方式情報が含まれている上記基地局からの下り制御シグナリングを検出するステップと、
　上記ユーザ装置は、各自のMIMOモード、MIMO送信方式、及びランクに基づいて各自のフィードバック方式を採用し、フィードバックを必要とするとき、上記フィードバック方式に基づいてフィードバック情報を上記基地局に送信するステップと、
　上記基地局は、上記ユーザ装置の上記フィードバック情報に基づいて、無線リソースの調整及び分配を行い、データを上記ユーザ装置に送信するステップと、
　上記ユーザ装置は、自装置の分類、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、及びプリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、受信されたデータを復調するステップとを、下りリンクに対して備えることを特徴とする、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　基地局とユーザ装置とが無線通信可能な無線通信システムにおける、到来波方向に基づく開ループMIMO方法であって、
　上記ユーザ装置の運動速度を測定し、測定し得た上記運動速度に基づいて上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または、運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分けるステップと、
　上記第一類ユーザ装置に対して閉ループMIMOモードを、上記第二類ユーザ装置に対して開ループMIMOモードを設定するステップと、
　上記基地局は、上りリンク及び下りリンクの到来波方向を測定し、上りリンク及び下りリンクの到来波方向に基づいて、それぞれ、下りリンク及び上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するステップと、
　上記基地局は、上りリンクがどのランクアダプティブ方式を採用するかを決定することにより、ランクを決定するステップと、
　上記基地局は、得られた下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、かつ、MIMOモード及びランクを考慮して、上りリンク中のMIMO送信方式を決定するステップと、
　上記基地局は、上りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランクを、下り制御シグナリングによって上記ユーザ装置に送信するステップと、
　上記ユーザ装置は、上りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランクが含まれている上記基地局からの下り制御シグナリングを検出するステップと、
　上記基地局は、上記ユーザ装置の上りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式に基づいてフィードバック方式を採用し、フィードバックを必要とするとき、上記フィードバック方式に基づいてフィードバック情報を上記ユーザ装置に送信するステップと、
　上記基地局は、上記ユーザ装置に対してリソースの調整を行い、調整情報を、下り制御シグナリングの方式により、上記ユーザ装置に通知するステップと、
　上記ユーザ装置は、上記基地局からの、上りリンクのMIMOモード、MIMO方式、ランク、調整情報に基づいて、データを上記基地局に送信するステップと、
　上記基地局は、上記ユーザ装置のMIMOモード、MIMO送信方式、ランク、及びプリコーディングマトリクス索引番号を含む情報に基づいて、受信されたデータを復調するステップとを、上りリンクに対して備えることを特徴とする、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　上記ランクアダプティブ方式は、フィードバックチャネルに基づくランクアダプティブ方式、瞬時に基づくランクアダプティブ方式、地理位置に基づくランクアダプティブ方式、統計の信号対干渉・雑音比に基づくランクアダプティブ方式を含むことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　上記分けるステップでは、各ユーザ装置は、各自の運動速度を測定し、測定し得た運動速度に基づいて自装置を、第一類ユーザ装置、または第二類ユーザ装置に分けることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　上記設定するステップでは、各ユーザ装置は、各自が所属される分類に基づいて、自装置に対して閉ループMIMOまたは開ループMIMOを設定することを特徴とする請求項５に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　各ユーザ装置は、自装置に対して設定されたMIMOモードを、上りシグナリングによって上記基地局に送信することを特徴とする請求項６に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　上記推定するステップにおいて、到来波方向に基づいてプリコーディングマトリクス索引番号を推定することは、ルックアップテーブルの方法を採用することにより行われることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　上記推定するステップにおいて推定されたプリコーディングマトリクス索引番号は、オフラインの状態において、基地局及び／またはユーザ装置のデータベースに記憶されることを特徴とする請求項８に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　上記フィードバック情報を送信するステップにおいて、
　ユーザ装置は、各自のMIMOモード、MIMO送信方式に基づいて相違する情報を基地局にフィードバックし、
　到来波方向に基づく開ループMIMO方式が設定されたユーザ装置は、プリコーディングマトリクス索引番号を基地局に送信しないことを特徴とする請求項１または３に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　単一ユーザMIMOシステムと、複数ユーザMIMOシステムと、ビームフォーミングシステムと、プリコーディングMIMOシステムと、開ループMIMO方式が循環遅延ダイバーシチ、空間周波数ブロックコード、及び周波数切換送信ダイバーシチのうちの少なくとも２つを組み合わせたMIMOシステムとの何れか１つのシステムに適用することを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　上記推定するステップにおいて、上記基地局及び上記ユーザ装置は、上りリンク及び下りリンクが到来波方向において互換性を有することを利用し、プリコーディングマトリクス索引番号を推定することを特徴とする請求項２または３に記載の、到来波方向に基づく開ループMIMO方法。
　基地局であって、
　少なくとも一つのユーザ装置の運動速度を測定し、上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または、運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分ける速度測定ユニットと、
　上記ユーザ装置の運動速度に基づいて、上記ユーザ装置に対して閉ループMIMOまたは開ループMIMOを設定するように確定する区分ユニットと、
　上りリンクの到来波方向を測定する到来波測定ユニットと、
　該当上りリンクの到来波方向に基づいて下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するプリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットと、
　ランクのアダプティブ方式を確定するランク確定ユニットと、
　確定されたランクのアダプティブ方式及びプリコーディングマトリクス索引番号に基づいてMIMO方式を確定するMIMO方式確定ユニットとを、備えることを特徴とする基地局。
　さらに、確定されたMIMO方式及びランクのアダプティブ方式を、下り制御シグナリングによってユーザ装置に通知するMIMO方式・ランク通知ユニットを備えることを特徴とする請求項１３に記載の基地局。
　上記MIMO方式・ランク通知ユニットは、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号を、下り制御シグナリングによってユーザ装置に通知することを特徴とする請求項１４に記載の基地局。
　上記プリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットは、ルックアップテーブルの方式を採用し、到来波方向に基づいてプリコーディングマトリクス索引番号を推定することを特徴とする請求項１３に記載の基地局。
　基地局であって、
　上りリンクの到来波方向を測定する到来波方向測定ユニットと、
　該当上りリンクの到来波方向に基づいて、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を、上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号として推定するプリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットと、
　ユーザ装置の分類を示すメッセージを、該当ユーザ装置から受信する受信ユニットと、
　ランクのアダプティブ方式を確定するランク確定ユニットと、
　確定されたランク及び上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、MIMO方式を確定するMIMO方式確定ユニットとを備えることを特徴とする基地局。
　確定されたMIMO方式、ランクを、下り制御シグナリングによってユーザ装置に通知するMIMO方式・ランク通知ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の基地局。
　上記ランクのアダプティブ方式は、フィードバックチャネルに基づくランクアダプティブ方式、瞬時に基づくランクアダプティブ方式、地理位置に基づくランクアダプティブ方式、統計の信号対干渉・雑音比に基づくランクアダプティブ方式のうち、少なくともひとつを含むことを特徴とする請求項１３または１７に記載の基地局。
　ユーザ装置であって、
　下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号が含まれている基地局からの下り制御シグナリングを検出する検出ユニットと、
　自装置の分類、MIMOモード、MIMO送信方式、ランク、プリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、受信されたデータを復調する復調ユニットとを備えることを特徴とするユーザ装置。
　ユーザ装置であって、
　下りリンクの到来波方向を測定する到来波方向測定ユニットと、
　下りリンクの到来波方向に基づいて、上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号として推定するプリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットと、
　下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式、ランクが含まれている基地局からの下り制御シグナリングを検出する検出ユニットと、
　自装置の分類、MIMOモード、MIMOの送信方式、ランク、下りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号に基づいて、受信されたデータを復調する復調ユニットとを備えることを特徴とするユーザ装置。
　上記プリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットは、ルックアップテーブルの方式を採用し、到来波方向に基づいてプリコーディングマトリクス索引番号を推定することを特徴とする請求項２１に記載のユーザ装置。
　下りリンクのMIMOモード、MIMO送信方式及びランクに基づいてフィードバック方式を確定し、フィードバックを必要とするとき、上記フィードバック方式に基づいてフィードバック情報を基地局に送信するフィードバック情報送信ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項２０または２１に記載のユーザ装置。
　ユーザ装置であって、
　少なくとも一つのユーザ装置の運動速度を測定し、上記ユーザ装置を、第一類ユーザ装置、または運動速度が上記第一類ユーザ装置より高い第二類ユーザ装置に分ける速度測定ユニットと、
　上記ユーザ装置の運動速度に基づいて、上記ユーザ装置に対して閉ループMIMOまたは開ループMIMOを設定するように確定する区分ユニットと、
　下りリンクの到来波方向を測定する到来波測定ユニットと、
該当下りリンクの到来波方向に基づいて上りリンクのプリコーディングマトリクス索引番号を推定するプリコーディングマトリクス索引番号推定ユニットと、
分類を示す情報を、基地局に送信するフィードバック情報送信ユニットとを備えることを特徴とするユーザ装置。
　請求項１３から１９までの何れか１項に記載の基地局を動作させるための基地局用プログラムであって、コンピュータを上記の各ユニットとして機能させるための基地局用プログラム。
　請求項２０から２４までの何れか１項に記載のユーザ装置を動作させるためのユーザ装置用プログラムであって、コンピュータを上記の各ユニットとして機能させるためのユーザ装置用プログラム。
　請求項２５に記載の基地局用プログラムと、請求項２６に記載のユーザ装置用プログラムとの少なくとも一方が記録されたコンピュータ読取り可能な記録媒体。