(57)【要約】本発明の実施形態は無線通信システムに関し、特に、送受信端全てで多重入力多重出力アンテナ（ＭＩＭＯ）を用いる無線通信システムに関連したものである。
2013534110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プリコーダと第２プリコーダとを含む送信装置であって、
自身のコードブックで各レイヤに対して前記第１プリコーダの第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と前記第２プリコーダの第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報を各々決定するステップと、
決定した前記第１情報と前記第２情報のうち、少なくとも１つを含むコードブック制限情報を受信装置に送信するステップと、
を含むことを特徴とする、送信装置の通信方法。
【請求項２】
前記受信装置から前記受信装置が前記コードブック制限情報を用いて選択した第１プリコーディング行列を指示する第１チャネル状態情報と第２プリコーディング行列を指示する第２チャネル状態情報を受信するステップと、
受信した前記第１チャネル状態情報に対応する第１プリコーディング行列と前記第２チャネル状態情報に対応する第２プリコーディング行列を用いて前記第１プリコーダと前記第２プリコーダにデータシンボルをプリコーディングして送信するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の送信装置の通信方法。
【請求項３】
前記第１情報と前記第２情報はビットマップ形式であることを特徴とする、請求項１に記載の送信装置の通信方法。
【請求項４】
前記第１情報に従って前記第１プリコーディング行列と対をなす第２プリコーディング行列の使用が制限され、前記第２情報に従って前記第２プリコーディング行列と対をなす第１プリコーディング行列の使用が制限されることを特徴とする、請求項１に記載の送信装置の通信方法。
【請求項５】
前記送信装置は１つの方向に偏波された少なくとも１つのアンテナを含む第１ドメインと、他の方向に偏波された少なくとも１つの他のアンテナを含む第２ドメインとが互いに交差する少なくとも１つのアンテナ対を含み、
前記第１プリコーディング行列は前記第１ドメインと前記第２ドメイン別に各々プリコーディングを実行するプリコーディング行列であり、前記第２プリコーディング行列は前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間の位相不一致の影響を除去するための位相差補正を実行するプリコーディング行列であることを特徴とする、請求項１に記載の送信装置の通信方法。
【請求項６】
前記第１プリコーディング行列は以下の数式のＷ１に該当し、前記第２プリコーディング行列は以下の数式のＷ２に該当することを特徴とする、請求項５に記載の送信装置の通信方法。
【数１】
2013534110.tif 000012
ここに、前記数式で、Ｒ０は前記第１ドメインと前記第２ドメインとが同一な空間的チャネル状態を有する場合、プリコーディングゲインにより決まる値であり、Ｉは単位行列であり、Λは前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間の位相差補正値である。
【請求項７】
前記アンテナ対の個数は４個であることを特徴とする、請求項５に記載の送信装置の通信方法。
【請求項８】
前記第１チャネル状態情報及び前記第２チャネル状態情報を受信するステップで、前記第１チャネル状態情報を受信する周期と前記第２チャネル状態情報を受信する周期とが異なることを特徴とする、請求項２に記載の送信装置の通信方法。
【請求項９】
前記第１チャネル状態情報を受信する周期が前記第２チャネル状態情報を受信する周期より長いことを特徴とする、請求項８に記載の送信装置の通信方法。
【請求項１０】
コードワードをレイヤにマッピングするレイヤマッパーと、
前記コードワードが前記レイヤマッパーにより前記レイヤにマッピングされたデータシンボルを自身のコードブックから選択した第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列を用いてプリコーディングする第１プリコーダと第２プリコーダを含むプリコーダと、
プリコーダから出力された信号を送信するアンテナアレーと、を含み、
前記コードワードは、前記コードブックで各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と前記第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする、送信装置 。
【請求項１１】
前記アンテナアレーは第１プリコーディング行列を指示する第１チャネル状態情報及び第２プリコーディング行列を指示する第２チャネル状態情報を受信し、
前記第１プリコーダと前記第２プリコーダの各々は受信した前記第１チャネル状態情報に対応する第１プリコーディング行列と前記第２チャネル状態情報に対応する第２プリコーディング行列を用いて前記データシンボルをプリコーディングすることを特徴とする、請求項１０に記載の送信装置。
【請求項１２】
前記第１情報と前記第２情報はビットマップ形式であることを特徴とする、請求項１０に記載の送信装置。
【請求項１３】
前記第１情報に従って前記第１プリコーディング行列と対をなす第２プリコーディング行列の使用が制限され、前記第２情報に従って前記第２プリコーディング行列と対をなす第１プリコーディング行列の使用が制限されることを特徴とする、請求項１０に記載の送信装置。
【請求項１４】
前記アンテナアレーは１つの方向に偏波された少なくとも１つのアンテナを含む第１ドメインと他の方向に偏波された少なくとも１つの他のアンテナを含む第２ドメインとが互いに交差する少なくとも１つのアンテナ対を含み、
前記第１プリコーディング行列は前記第１ドメインと前記第２ドメイン別に各々プリコーディングを実行するプリコーディング行列であり、前記第２プリコーディング行列は前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間の位相不一致の影響を除去するための位相差補正を実行するプリコーディング行列であることを特徴とする、請求項１０に記載の送信装置。
【請求項１５】
前記第１プリコーディング行列は以下の数式のＷ１に該当し、前記第２プリコーディング行列は以下の数式のＷ２に該当することを特徴とする、請求項１４に記載の送信装置。
【数２】
2013534110.tif 000013
ただし、前記の数式で、Ｒ０は前記第１ドメインと前記第２ドメインが同一な空間的チャネル状態を有する場合、プリコーディングゲインにより決まる値であり、Ｉは単位行列であり、Λは前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間の位相差補正値である。
【請求項１６】
前記第１ドメインと前記第２ドメインとは互いに直交することを特徴とする、請求項１４に記載の送信装置。
【請求項１７】
前記アンテナ対の個数は４個であることを特徴とする、請求項１４に記載の送信装置。
【請求項１８】
無線通信システムであって、
各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報のうち、少なくとも１つを含むコードブック制限情報を受信する受信ステップと、
前記コードブック制限情報を用いてコードブックで前記第１プリコーディング行列または前記第２プリコーディング行列に使われることを制限しないプリコーディング行列から選択された第１プリコーディング行列を指示する第１チャネル状態情報及び第２プリコーディング行列を指示する第２チャネル状態情報を送信装置に送信する送信ステップと、
を含むことを特徴とする、受信装置の通信方法。
【請求項１９】
前記第１情報と前記第２情報はビットマップ形式であることを特徴とする、請求項１８に記載の受信装置の通信方法。
【請求項２０】
前記第１情報に従って前記第１プリコーディング行列と対をなす第２プリコーディング行列の使用が制限され、前記第２情報に従って前記第２プリコーディング行列と対をなす第１プリコーディング行列の使用が制限されることを特徴とする、請求項１８に記載の受信装置の通信方法。
【請求項２１】
前記送信装置は１つの方向に偏波された少なくとも１つのアンテナを含む第１ドメインと他の方向に偏波された少なくとも１つの他のアンテナを含む第２ドメインとが互いに交差する少なくとも１つのアンテナ対を含み、
前記第１プリコーディング行列は前記第１ドメインと前記第２ドメイン別に各々プリコーディングを実行するプリコーディング行列であり、前記第２プリコーディング行列は前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間の位相不一致の影響を除去するための位相差補正を実行するプリコーディング行列であることを特徴とする、請求項１８に記載の受信装置の通信方法。
【請求項２２】
前記第１プリコーディング行列は以下の数式のＷ１に該当し、前記第２プリコーディング行列は以下の数式のＷ２に該当することを特徴とする、請求項２１に記載の受信装置の通信方法。
【数３】
2013534110.tif 000014
前記の数式で、Ｒ０は前記第１ドメインと前記第２ドメインとが同一な空間的チャネル状態を有する場合、プリコーディングゲインにより決まる値であり、Ｉは単位行列であり、Λは前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間の位相差補正値である。
【請求項２３】
前記送信ステップで、前記第１チャネル状態情報を送信する周期と前記第２チャネル状態情報を送信する周期とが異なることを特徴とする、請求項１８に記載の受信装置の通信方法。
【請求項２４】
前記第１チャネル状態情報を送信する周期が前記第２チャネル状態情報を送信する周期より長いことを特徴とする、請求項２３に記載の受信装置の通信方法。
【請求項２５】
無線通信システムであって、
各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と第２プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報のうち、少なくとも１つをコードブック制限情報として受信するアンテナアレーと、
前記コードブック制限情報を用いてコードブックで前記第１プリコーディング行列または前記第２プリコーディング行列に使われることを制限しないプリコーディング行列から選択された第１プリコーディング行列を指示する第１チャネル状態情報と第２プリコーディング行列を指示する第２チャネル状態情報とを送信装置に送信するチャネル情報フィードバック装置と、
を含むことを特徴とする、受信装置。
【請求項２６】
前記第１情報及び前記第２情報はビットマップ形式であることを特徴とする、請求項２５に記載の受信装置。
【請求項２７】
前記第１情報に従って前記第１プリコーディング行列と対をなす第２プリコーディング行列の使用が制限され、前記第２情報に従って前記第２プリコーディング行列と対をなす第１プリコーディング行列の使用が制限されることを特徴とする、請求項２５に記載の受信装置。
【請求項２８】
前記送信装置は１つの方向に偏波された少なくとも１つのアンテナを含む第１ドメインと他の方向に偏波された少なくとも１つの他のアンテナを含む第２ドメインとが互いに交差する少なくとも１つのアンテナ対を含み、
前記第１プリコーディング行列は前記第１ドメインと前記第２ドメイン別に各々プリコーディングを実行するプリコーディング行列であり、前記第２プリコーディング行列は前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間の位相不一致の影響を除去するための位相差補正を実行するプリコーディング行列であることを特徴とする、請求項２５に記載の受信装置。
【請求項２９】
前記第１プリコーディング行列は以下の数式のＷ１に該当し、前記第２プリコーディング行列は以下の数式のＷ２に該当することを特徴とする、請求項２８に記載の受信装置。
【数４】
2013534110.tif 000015
ただし、前記の数式で、Ｒ０は前記第１ドメインと前記第２ドメインとが同一な空間的チャネル状態を有する場合、プリコーディングゲインにより決まる値であり、Ｉは単位行列であり、Λは前記第１ドメインと前記第２ドメインとの間の位相差補正値である。
【請求項３０】
前記第１チャネル状態情報を送信する周期と前記第２チャネル状態情報を送信する周期とが異なることを特徴とする、請求項２５に記載の受信装置。
【請求項３１】
前記第１チャネル状態情報を送信する周期が前記第２チャネル状態情報を送信する周期より長いことを特徴とする、請求項３０に記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信システムに関し、より詳しくは、送受信端全てで多重入力多重出力アンテナ（ＭＩＭＯ）を用いる無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信システムが発展するにつれて、事業体及び個人などの消費者は非常に多様な無線端末機を使用するようになった。
【０００３】
現在の３ＧＰＰ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＬＴＥ−Ａ（LTE Advanced）等の無線通信システムは音声中心のサービスから外れて、映像、無線データなどの多様なデータを送受信できる高速大容量の通信システムであって、有線通信ネットワークに準ずる大容量データを送信できる技術開発が要求されているだけでなく、情報損失の減少を最小化し、システム送信効率を高めることによって、システム性能を向上させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、送受信端全てで多重入力多重出力アンテナ（ＭＩＭＯ）を用いる無線通信システムを提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態は、第１プリコーダと第２プリコーダを含む送信装置であって、自身のコードブックで各レイヤに対して上記第１プリコーダの第１フリーコーディング行列に使われることを制限する第１情報と上記第２プリコーダの第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報を各々決定するステップ、及び決定した上記第１情報と上記第２情報のうち、少なくとも１つを含むコードブック制限情報を受信装置に送信するステップを含む送信装置の通信方法を提供することができる。
【０００６】
他の実施形態は、コードワードをレイヤにマッピングするレイヤマッパー、上記コードワードが上記レイヤマッパーにより上記レイヤにマッピングされたデータシンボルを自身のコードブックから選択した第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列を用いてプリコーディングする第１プリコーダと第２プリコーダを含むプリコーダ、プリコーダから出力された信号を送信するアンテナアレイを含み、上記コードワードは、上記コードブックで各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と上記第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報のうち、少なくとも１つを含む送信装置を提供することができる。
【０００７】
他の実施形態は、無線通信システムで、各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報のうち、少なくとも１つを含むコードブック制限情報を受信する受信ステップ、及び上記コードブック制限情報を用いてコードブックで上記第１プリコーディング行列または上記第２プリコーディング行列に使われることを制限しないプリコーディング行列から選択された第１プリコーディング行列を指示する第１チャネル状態情報と第２プリコーディング行列を指示する第２チャネル状態情報を送信装置に送信する送信ステップを含む受信装置の通信方法を提供することができる。
【０００８】
他の実施形態は、無線通信システムで、各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と第２プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報のうち、少なくとも１つをコードブック制限情報として受信するアンテナアレー、及び上記コードブック制限情報を用いてコードブックで上記第１プリコーディング行列または上記第２プリコーディング行列に使われることを制限しないプリコーディング行列から選択された第１プリコーディング行列を指示する第１チャネル状態情報と第２プリコーディング行列を指示する第２チャネル状態情報を送信装置に送信するチャネル情報フィードバック装置を含む受信装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、セル間干渉除去効果を得ることができる。また、より精密なプリコーディングが可能で、かつコードブックサイズを縮めることができるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態が適用される無線通信システムを概略的に示す図である。
【図２】コードブック制限時、基地局と端末がコードブック制限情報とチャネル状態情報とを交換する無線通信システムを示す図である。
【図３】図２のコードブック制限情報とチャネル状態情報とを交換する無線通信システムにおける参照信号と信号送信とを追加で表示したフローチャートである。
【図４】ＭＩＭＯ無線通信システムにおける一実施形態に従う基地局と端末の各々の構成図である。
【図５】図４の偏波アンテナアレーを使用する基地局と端末との間のチャネルを示す図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態に従う送信装置の通信方法のフローチャートである。
【図７】本発明の更に他の実施形態に従う受信装置の通信方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一部の実施形態を添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するに当たって、同一な構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されていても、できる限り同一な符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態が適用される無線通信システムを示す図である。
【００１３】
無線通信システムは、音声、パケットデータなどの多様な通信サービスを提供するために広く配置される。
【００１４】
図１を参照すると、無線通信システムは、端末１０（User Equipment：ＵＥ）及び基地局２０（Base Station：ＢＳ）を含む。
【００１５】
本明細書での端末１０は、無線通信でのユーザ端末を意味する包括的な概念であって、ＷＣＤＭＡ及びＬＴＥ、ＨＳＰＡなどでのＵＥ（User Equipment）は勿論、ＧＳＭ（登録商標）でのＭＳ（Mobile Station）、ＵＴ（User Terminal）、ＳＳ（Subscriber Station）、無線機器（wireless device）などを全て含む概念として解釈されるべきである。
【００１６】
基地局２０またはセル（cell）は一般的に端末１０と通信する地点（station）をいい、ノード−Ｂ（Node-B）、ｅＮＢ（evolved Node-B）、ＢＴＳ（Base Transceiver System）、アクセスポイント（Access Point）、リレイノード（Relay Node）等、他の用語として呼ぶこともできる。
【００１７】
本明細書で端末１０と基地局２０は、本明細書で記述される技術または技術的思想を実施することに使われる２つの送受信主体で、包括的な意味として使われ、特定に指称される用語または単語により限定されない。
【００１８】
一実施形態は、ＧＳＭ（登録商標）、ＷＣＤＭＡ、ＨＳＰＡを経て、ＬＴＥ（Long Term Evolution）及びＬＴＥ−Advancedに進化する非同期無線通信と、ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ−２０００及びＵＭＢに進展する同期式無線通信などに適用できる。本発明は特定の無線通信分野に限定または制限されて解釈されてはならず、本発明の思想が適用できる全ての技術分野を含むものと解釈されるべきである。
【００１９】
実施形態が適用される無線通信システムは、アップリンク及び／またはダウンリンクＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat request）をサポートすることができ、リンク適応（link adaptation）のためにＣＱＩ（channel quality indicator）を使用することができる。また、ダウンリンクとアップリンク送信のための多重接続方式は互いに異なることがあり、例えば、ダウンリンクにはＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を使用し、アップリンクにはＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access）を使用することができる。
【００２０】
無線通信システムは、ユーザに高速情報送信をサポートするために多重アンテナを含むアンテナアレーを使用して同一帯域を通じて情報を伝達する多重入力多重出力（Multiple Input Multiple Output：ＭＩＭＯ）技法の使用を考慮している。
【００２１】
一方、効果的なＭＩＭＯシステム実現のために、ＭＩＭＯ無線通信システムは送信容量の増大のために伝播チャネルに対する情報または伝播チャネルに適合したプリコーダまたはプリコーディング行列（以下、‘プリコーディング行列’という）に対する情報を送信装置に提供しなければならない。このとき、前者は大きいフィードバックオーバーヘッドを要求する一方、後者は相対的に少ないフィードバックオーバーヘッドを要求する。
【００２２】
後者の場合、各端末１０及び基地局２０は使用可能なＮ個のプリコーディング行列を限定し、各プリコーディング行列を表示するまたはインデクシングする（に対応する）インデックスまたはインジケーター、識別表示を表現するコードブックを格納する。各端末１０は伝播チャネルに適合したプリコーディング行列を選定し、選定したプリコーディング行列をインデクシングするインデックスを基地局２０に送信する。基地局２０は各端末１０からプリコーディング行列インデックスを受信し、これらを用いてＭＩＭＯモードや端末を選定したり、プリコーディングを実行したりする。
【００２３】
このとき、使用可能なプリコーディング行列の数が多くてコードブックのサイズが大きいほど、基地局１２０のプリコーディング性能は増加するが、プリコーディング行列またはそのインデックスを基地局２０に報告するための端末１０のフィードバックオーバーヘッドは増加することがある。したがって、より効果的なプリコーディングのために大きいサイズコードブック（large size codebook）を使用し、かつコードブックで少なくとも１つのプリコーディング行列を制限するコードブック制限（codebook restriction）またはコードブックサブセット制限（codebook subset restriction）を使用することができる。
【００２４】
コードブック制限（codebook restriction）は多様なプリコーディング行列を含むコードブックを生成した後、コードブックから各セル（cell）単位またはユーザ（User Equipment）単位で使用する／使用しないプリコーディング行列を選定し、使用しないプリコーディング行列に対するコードブック制限情報（以下、‘コードブック制限情報’という）を通じて各セル単位またはユーザ単位で他のコードブックを使用する技法である。このコードブック制限技法の使用時には、無線通信システムの全体は大きいサイズのコードブックを有するが、各セルまたは各ユーザが使用するコードブックはコードブックのサブセットで構成され、サイズが小さく、かつ与えられた環境に適合したプリコーディング行列のみで構成されプリコーディングゲインを増加させることができる。
【００２５】
例えば、基地局２０と端末１０との間のダウンリンクＭＩＭＯ送信時、最大４個のレイヤに同時送信できる場合、端末１０は自身が受信することができるレイヤの数を、ランク指示子（Rank Indicator：ＲＩ）を使用して、基地局２０に伝達することができる。この場合、基地局２０と端末１０との間のダウンリンクＭＩＭＯ送信時、各ランク当たり１６個のプリコーディング行列を指定して、総６４個のプリコーディング行列で＜表１＞のようにコードブックを構成することができる。
【００２６】
【表１】
2013534110.tif 000003
【００２７】
コードブック制限時、６４個のプリコーディング行列の各々に対して使用するか否かを決定し、プリコーディング行列の各々の使用するか否かを、１ビットを用いて、指定するビットマップ形式によりコードブック制限情報を送信する場合、全体で６４ビットが必要である。例えば、［００１０１００１０......０１０］のように使用できるプリコーディング行列に対しては該当順序に１と表示し、使用しないプリコーディング行列に対しては該当順序に０と表示することができる。
【００２８】
一方、端末１０はチャネル状態情報に総６４個のプリコーディング行列に対応する６４個のインデックスを、全体で６ビットを使用して、基地局２０に報告することができる。このとき、全体で６４個のプリコーディング行列のうち、３２個のプリコーディング行列の使用を制限するコードブック制限時には、６ビットに区分しなければならない情報の数が６４から３２に減少してフィードバック信号の信頼度を増加させることができる。一方、端末１０はプリコーディング行列に対応するインデックスを表現するビット数を５ビットに縮めてチャネル状態情報のフィードバックオーバーヘッドを縮めることもできる。
【００２９】
併せて、コードブック制限を使用してセル間干渉（Inter-cell interference）を発生させることと予想されるプリコーディング行列の使用を制限してセル間干渉の発生を事前に防止することもできる。特に、各端末の位置に基づいたビーム形成基盤プリコーディング（beam-forming like precoding）を実行する場合、セル境界（cell edge）に位置した端末には深刻なセル間干渉が発生する。これを事前に防止するために、セル別コードブック制限を実行してセル間干渉を制御することができる。
【００３０】
基地局２０は、少なくとも２つのプリコーダを含む多段構造のプリコーダを使用することができる。多段構造のプリコーダを使用する場合も各プリコーダに使用するプリコーディング行列を制限するコードブック制限を使用することができる。この場合、全体的にプリコーディング行列の数が増加し、コードブック制限のために使用するコードブック制限情報のために使われるビット数も増加させることができる。
【００３１】
特に、アップリンクまたはダウンリンクで高速情報送信をサポートするために高いシグナリングとフィードバックオーバーヘッドを使用しなければならないので、基地局２０が各端末１０にコードブック制限を知らせるために使用するビット数も縮める必要がある。
【００３２】
以上、実施形態が適用される無線通信システムを説明したが、以下、図２及び図３を参照して多段構造のプリコーダを使用する場合において、コードブック制限時に、無線通信システムで基地局と端末がコードブック制限情報とチャネル状態情報とを交換する過程を記載する。
【００３３】
図２は、コードブック制限時に、基地局と端末がコードブック制限情報とチャネル状態情報とを交換する無線通信システムを示す図である。
【００３４】
図２を参照すると、無線通信システム１００は、図１の無線通信システムと同一の基地局１２０と無線通信システム１００の内に存在する少なくとも１つの端末、例えば、ｎ個の端末１１０を含むことができる。この端末１１０は、現在接続されているか、追加接続を試みる端末であることがあるが、図２には１つの端末のみを表示する。
【００３５】
基地局１２０は、後述するように、少なくとも２つの第１及び第２プリコーダを含む多段構造のプリコーダを含んでいる。基地局１２０は、第１プリコーダに使われるＮ個の第１プリコーディング行列とこれらをインデクシングする第１インデックスを表現する第１コードブック１２２と、第２プリコーダに使われるＭ個の第２プリコーディング行列とこれらをインデクシングする第２インデックスを表現する第２コードブック１２４とを格納している。
【００３６】
基地局１２０は、ランクとランクの各々に対する第１インデックスの各々と第２インデックスの各々の対に対応するインデックス（以下、‘制限インデックス’という）を含む制限ブック１２６（restriction book）を格納している。基地局１２０は、各セル（cell）単位またはユーザ（User Equipment）単位で使用する／使用しないプリコーディング行列を決定し、使用しないプリコーディング行列に対するコードブック制限情報１２８を端末１１０に送信することができる。このとき、コードブック制限情報１２８は、第１及び第２コードブック１２２、１２４で各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と、第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報とを含んでいる。
【００３７】
図３は、図２のコードブック制限情報とチャネル状態情報とを交換する無線通信システムにおける参照信号と信号送信とを追加的に表示したフローチャートである。
【００３８】
図３を参照すると、端末１１０と基地局１２０との間のデータを送受信するために、送信者側基地局１２０は、図３に追加的に図示したように、参照信号１３０を送信し、受信者側端末（receiver side）１１０は、この参照信号１３０を用いてチャネルを推定することができる。例えば、ダウンリンク送信時、端末１１０はダウンリンクチャネルを推定することができる。特に、ＯＦＤＭ送信時、端末１１０は各サブキャリアのチャネルを推定することができる。反対に、アップリンク送信時、基地局１２０はアップリンクチャネルを推定することができる。
【００３９】
チャネルの推定のために周波数−ドメイングリッドの内に規則または不規則な間隔で特定信号またはシンボルを挿入することができる。このとき、この特定信号またはシンボルを参照信号（reference signal）または参照シンボル（reference symbol）、パイロットシンボル（pilot symbol）等、多様に命名し、本明細書ではこの特定信号またはシンボルを参照信号というが、その用語に制限されるものではない。勿論、参照信号１３０は周波数ドメインチャネルの推定のみに使われるものではなく、端末と基地局との間の無線通信過程で必要な位置推定、制御情報の送受信、スケジューリング情報の送受信、フィードバック情報の送受信などのために使うこともできる。
【００４０】
ダウンリンクまたはアップリンク送信時、各々多種の参照信号が存在し、多様な用途に新たな参照信号が定義されており、論議されることもある。例えば、アップリンク送信時、参照信号としてＤＭ−ＲＳ（Demodulation RS）、ＳＲＳ（Sounding RS）などがある。ダウンリンク送信時、参照信号としてＤＭ−ＲＳ（Demodulation RS）、ＣＲＳ（Cell-specific RS）、ＭＢＳＦＮ ＲＳ、UE-specific RSなどがある。また、ダウンリンク送信時、端末１１０で中心セルまたは隣接セルのチャネル状態情報（Channel State Information（ＣＳＩ））を獲得するために基地局で送信する参照信号にＣＳＩ−ＲＳがある。このＣＳＩ−ＲＳは、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）／ＰＭＩ（Precoder Matrix Indicator）／ＲＩ（Rank Indicator）などをレポーティングすることに使用できる。このＣＳＩ−ＲＳはＣＳＩ−ＲＳを送信する基地局に含まれる各セル毎に互いに区分可能にセル−特化（Cell-specific）され、低いオーバーヘッドのために周波数と時間で十分に散在しなければならない。
【００４１】
また、図２を参照すると、端末１１０は第１プリコーダに使われるＮ個の第１プリコーディング行列とこれらをインデクシングする第１インデックスを表現する第１コードブック１１２と、第２プリコーダに使われるＭ個の第２プリコーディング行列とこれらをインデクシングする第２インデックスを表現する第２コードブック１１４とを格納している。第１コードブック１１２と第２コードブック１１４は、各々基地局１２０が格納している第１コードブック１２２と第２コードブック１２４と同一である。
【００４２】
端末１１０はランクとランクの各々に属する第１インデックス及び第２インデックス対に対応した複数のインデックス（以下、‘制限インデックス’という）を含み、＜表４＞を参照して後述する制限ブック１１６を格納している。各端末１１０が格納している制限ブック１１６は基地局１２０が格納している制限ブック１２６と同一である。
【００４３】
端末１１０は、基地局１２０から前述したコードブック制限情報１２８を受信することができる。このコードブック制限情報１２８は、第１及び第２コードブックで各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報のうち、少なくとも１つを含んでいる。
【００４４】
端末１１０は、コードブック制限情報１２８に含まれた第１情報に従って第１プリコーディング行列に使われることが制限されたプリコーディング行列を除いて第１プリコーディング行列を決定し、その第１プリコーディング行列に対する第１チャネル状態情報１３２を基地局１２０に報告／フィードバックすることができる。また、各端末１１０はコードブック制限情報１２８に含まれた第２情報に従って第２プリコーディング行列に使われることが制限されたプリコーディング行列を除いて第２プリコーディング行列を決定し、その第２プリコーディング行列に対する第２チャネル状態情報１３４を基地局１２０に報告／フィードバックすることができる。
【００４５】
基地局１２０は、各端末１１０から報告を受けたチャネル状態情報１３２、１３４に基づいて用いて第１コードブック１２２と第２コードブック１２４で第１プリコーダと第２プリコーダのプリコーディング行列を決定し、そのプリコーディング行列を用いてデータシンボルをプリコーディングする。
【００４６】
また、図３を参照すると、最終的に基地局１２０は図３に追加的に図示したように、プリコーディングされた信号１３６を端末１１０に送信する。反対に、端末１１０はこの信号１３６を受信した後、元のデータをデコーディングする。
【００４７】
以上、多段構造のプリコーダを使用する場合、コードブック制限時、無線通信システムにおける基地局と端末がコードブック制限情報とチャネル状態情報を交換する過程を説明したが、以下、コードブック制限情報とチャネル生態情報を送受信するＭＩＭＯ無線通信システムについて詳細に記載する。
【００４８】
図４は、ＭＩＭＯ無線通信システムにおける一実施形態に従う基地局と端末の各々の構成図である。図５は、図４の偏波アンテナアレーを使用する基地局と端末との間のチャネルを図示している。
【００４９】
図４を参照すると、ＭＩＭＯ無線通信システムは端末４１０と基地局４２０とを有することができる。
【００５０】
端末４１０は、ダウンリンクチャネルを介して信号を受信するアンテナアレー４１１と受信した信号を処理し、プリコーディング行列を用いて元のデータシンボルでデコーディングするポストデコーダ（post-decoder）４１２、チャネル情報フィードバック装置４１４を含む。
【００５１】
アンテナアレー４１１は多数のアンテナを使用することができる。このとき、アンテナアレー４１１は偏波アンテナアレーを形成することもできる。無線通信システムで限定された空間に一層多いアンテナを配列するために互いに異なる偏波を有する２つのアンテナを交差して設置した二重偏波アンテナアレー（dual polarized antenna array）を使用してアレーを実現することもできる。
【００５２】
図５を参照すると、垂直方向を基準に右方に偏波されたものを‘＋’と表示し、左方に偏波されたものを‘−’と表示するとき、端末４１０は垂直方向を基準に４５度に偏波された１つのアンテナ４１１ａａ乃至４１１ａｂと−４５度に偏波された他のアンテナ４１１ｂａ乃至４１１ｂｂが互いに直交するアンテナ対２つを含む偏波アンテナアレー４１１を含んでいる。このとき、＋４５度に偏波されたアンテナ４１１ａａ乃至４１１ａｂは送信側第１サブセットまたは第１ドメイン４１１ａということができ、−４５度に偏波された他のアンテナ４１１ｂａ乃至４１１ｂｂは送信側第２サブセットまたは第２ドメイン４１１ｂということができる。
【００５３】
また、図４を参照すると、ポストデコーダ４１２は基地局４２０の第１プリコーダ４２２と第２プリコーダ４２４に対応する。ポストデコーダ４１２は受信した参照信号をチャネル情報フィードバック装置４１４に伝達する。
【００５４】
チャネル情報フィードバック装置４１４は参照信号を受信し、この参照信号を用いてチャネルを推定することができる。チャネル情報フィードバック装置４１４は、第１チャネル状態情報と第２チャネル状態情報とを含むチャネル情報を生成することができる。チャネル情報フィードバック装置４１４は、このチャネル情報を基地局４２０にフィードバックすることができる。
【００５５】
基地局４２０はコードワードをレイヤにマッピングするレイヤマッパー４２１とレイヤマッピングされたデータシンボルを、プリコーディング行列を用いて、プリコーディングするプリコーダ４２５、プリコーディングされた信号を空中（on air）に送信するアンテナアレー４２８を含む。プリコーダ４２５は、データシンボルをプリコーディングする第１プリコーダ４２２と第２プリコーダ４２４とを有することができる。このとき、第１プリコーダ４２２及び第２プリコーダ４２４は各々自身の第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列によりデータシンボルをプリコーディングすることができる。
【００５６】
基地局４２０のアンテナアレー４２８は多数のアンテナを使用することができる。このとき、アンテナアレー４２８は偏波アンテナアレーを形成することもできる。無線通信システムで限定された空間に一層多いアンテナを配列するために互いに異なる偏波を有する２つのアンテナを交差して設置した二重偏波アンテナアレー（dual polarized antenna array）を使用してアレーを実現することもできる。このとき、アンテナアレー４１１、４２８が二重偏波アンテナアレーを使用することを例示的に説明したが、これに制限されない。
【００５７】
図５を参照すると、基地局４２０は垂直方向を基準に４５度に偏波された１つのアンテナ４２８ａａ乃至４２８ａｄと−４５度に偏波された他のアンテナ４２８ｂａ乃至４２８ｂｄが互いに直交するアンテナ対４個を含む偏波アンテナアレー４２８を含んでいる。このとき、＋４５度に偏波されたアンテナ４２８ａａ乃至４２８ａｄを受信側第１サブセットまたは第１ドメイン４２８ａといい、−４５度に偏波された他のアンテナ４２８ｂａ乃至４２８ｂｄを受信側第２サブセットまたは第２ドメイン４２８ｂということができる。
【００５８】
端末４１０と基地局４２０の各々の偏波アンテナの間に位相不一致（phase mismatch）のない場合、全体チャネルＨは＜数式１＞のように表現することができる。
【００５９】
＜数式１＞
【数１】
2013534110.tif 000004
【００６０】
このとき、Ｈｈは端末４１０の第１サブセットまたは第１ドメイン４１１ａと基地局４２０の第１サブセットまたは第１ドメイン４２８ａの間のチャネルを意味し、Ｈｖは第２サブセットまたは第２ドメイン４１１ｂと基地局４２０の第２サブセットまたは第２ドメイン４２８ｂの間のチャネルを意味する。
【００６１】
2013534110.tif 000005
【００６２】
端末４１０と基地局４２０の各々の偏波アンテナの間に位相不一致（phase mismatch）が存在する場合、例えば端末４１０のアンテナ対が左方にε だけ捩れた場合、基地局４２０の各偏波ドメインで送信された信号が端末４１０の２つの偏波ドメインに全て受信されるので、ドメイン間の位相差に従ってドメイン間の干渉が発生することがある。したがって、チャネルは端末４１０と基地局４２０の各々の偏波アンテナの間に位相誤差または不一致（phase mismatch）の程度、即ちεによって影響を受けるようになって全体チャネルＨは＜数式２＞のように表現できる。
【００６３】
＜数式２＞
【数２】
2013534110.tif 000006
【００６４】
また、図４を参照すると、第２プリコーダ４２４は水平方向と垂直方向とに交差されたアンテナアレー４２８により形成する偏波ドメイン（polarized domain）間の位相誤差または不一致（phase mismatch）の影響を除去するために位相差を補正し、第１プリコーダ４２２はドメイン間のプリコーディングを実行することができる。
【００６５】
一方、同一の位置に各２つのアンテナを配置する方式により二重偏波ドメインが構成されるので、各偏波ドメインは同一な空間的チャネル特性を有することができる。即ち、各ドメインは同一なプリコーディング行列（Ｈｈ＝Ｈｖ＝Ｒ０）を使用してプリコーディングされ、各偏波ドメインを通じて送信された信号は位相及びサイズ差を持って端末４１０に到達することができる。このとき、第１プリコーダ４２２と第２プリコーダ４２４で使用する第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列を数式で表現すれば、以下の＜数式３＞の通りである。
【００６６】
＜数式３＞
【数３】
2013534110.tif 000007
【００６７】
上記＜数式３＞で、Ｒ０は上記第１ドメインと上記第２ドメインが同一な空間的チャネル状態を有する場合、プリコーディングゲインにより決まる値であり、Ｉは単位行列であり，Λは上記第１ドメインと上記第２ドメインとの間の位相差補正値である。
【００６８】
各ドメインに受信された信号のサイズは第１プリコーディング行列Ｗ１のＲ０のプリコーディングゲインにより決まり、第２プリコーディング行列Ｗ２は各ドメインに受信された信号間の位相差を補正する。上記方式により動作時、第１プリコーディング行列Ｗ１の設定のための第１インデックス（ＰＭＩ１）選定と第２プリコーディング行列Ｗ２の設定のための第２インデックス（ＰＭＩ２）の選定は独立に実行できる。
【００６９】
＜数式３＞を通じて分かるように、プリコーダ４２５は２つのドメイン（偏波ドメインまたはアンテナのサブセット）の内で各々プリコーディングゲインにより決まるＲ０を使用してプリコーディングを実行する第１プリコーディング行列と、ドメイン間の位相差補正（co-phaing）作業を実行する第２プリコーディング行列から構成されたプリコーダである。したがって、２つの独立したドメインの各々はプリコーディングゲインにより決まるＲ０を通じてプリコーディングされ、そのうちの１つのドメインはΛにより位相補正された後、送信される。
【００７０】
プリコーダ４２５において、第２プリコーディング行列は偏波アンテナで各偏波ドメイン間の位相誤差による信号減衰を補正するプリコーディング行列である。また、第２プリコーディング行列は偏波ドメイン間の位相誤差による信号減衰を補償するプリコーディング行列であることもあり、偏波アンテナ間に自然に発生する位相差を補正するためのプリコーディング行列であることもある。基地局４２０は第１プリコーダ４２２に使われるＮ個（Ｎは１以上の自然数）の第１プリコーディング行列とこれらをインデクシングする第１インデックスを表現する第１コードブックと第２プリコーダ４２４に使われるＭ個（Ｍは１以上の自然数）の第２プリコーディング行列とこれらをインデクシングする第２インデックスを表現する第２コードブックを格納している。
【００７１】
＜表２＞及び＜表３＞は、アンテナアレー４２８が８個の二重偏波アンテナ４２８ａ、４２８ｂを含んで総８個のレイヤを同時送信する時、ランク当たり各々１６個と４個のプリコーディング行列を使用する第１コードブックと第２コードブックの例である。
【００７２】
【表２】
2013534110.tif 000008
【００７３】
【表３】
2013534110.tif 000009
【００７４】
基地局４２０は、ランクとランクの各々に対する第１インデックスの各々と第２インデックスの各々の対に対応するインデックス（以下、'制限インデックス'という）を含む制限ブックを格納している。＜表４＞は、アンテナアレー４２８が８個の二重偏波アンテナ４２８ａ、４２８ｂを含んで総８個のレイヤを同時送信する時、ランク当たり各々１６ケ及び４個のプリコーディング行列を使用する制限ブックである。
【００７５】
【表４】
2013534110.tif 000010
【００７６】
コードブック制限時、プリコーディング行列の各々を使用するか否かを、１ビットを用いて、指定するビットマップ形式によりコードブック制限情報を送信する場合、ランクとランクの各々に対する第１インデックスの各々と第２インデックスの各々の対に対して全体として１６×４×８＝５１２ビットを必要とすることができる。
【００７７】
ところで、前述したように、第１プリコーディング行列（Ｗ１）の設定のための第１インデックス（ＰＭＩ１）選定と第２プリコーディング行列（Ｗ２）の設定のための第２インデックス（ＰＭＩ２）の選定は独立に実行できるので、各ランクに対して第１プリコーダと第２プリコーダ別にプリコーディング行列の各々に対して独立にコードブックを制限することもできる。＜表５＞は、制限ブックでランク１に対して第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）及び第２インデックス＝１（ＰＭＩ２＝１）に対してコードブック制限が決まった場合、制限されるプリコーダを表現している。
【００７８】
【表５】
2013534110.tif 000011
【００７９】
＜表５＞に図示していないが、８個のランクに対して前述したランク１に対してコードブック制限する方式により第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列を独立してコードブック制限することができる。
【００８０】
基地局４２０は、各セル（cell）単位またはユーザ（User Equipment）単位で使用する／使用しないプリコーディング行列を決定し、使用しないプリコーディング行列に対するコードブック制限情報を端末４１０に送信することができる。このとき、コードブック制限情報は第１及び第２コードブックで各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と、第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報とを含んでいる。
【００８１】
＜表５＞のように、ランク１に対して第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）及び第２インデックス＝１（ＰＭＩ２＝１）に対してコードブック制限が決まった場合、コードブック制限情報はビットマップ形式により第１情報である［０１１１１１１１１１１１１１１１］と第２情報である［１０１１］を含むことができる。前述したように使用することができるプリコーディング行列に対しては該当順序に１と表示し、使用しないプリコーディング行列に対しては該当順序に０と表示することができる。結果的に、第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）と対をなす第２インデックス、例えば＜表５＞で（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（０．１）、（０．１）、（０．２）、（０．３）も全体的にコードブックが制限される。反対に、第２インデックス＝１（ＰＭＩ２＝１）と対をなす第１インデックス、例えば＜表５＞で（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（０．１）、（１．１）、・・・（１４．１）、（１５．１）も全体的にコードブックが制限される。
【００８２】
ランク２に対して第１インデックス＝１（ＰＭＩ１＝１）及び第２インデックス＝２（ＰＭＩ２＝２）に対してコードブック制限が決まった場合、コードブック制限情報はビットマップ形式により第１情報である［１０１１１１１１１１１１１１１１］と第２情報である［１１０１］を含むことができる。結果的に、第１インデックス＝１（ＰＭＩ１＝１）と対をなす第２インデックス、例えば＜表５＞において（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（１．１）、（１．１）、（１．２）、（１．３）も全体的にコードブックが制限される。反対に、第２インデックス＝２（ＰＭＩ２＝２）と対をなす第１インデックス、例えば＜表５＞において（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（０．２）、（１．２）、・・・（１４．２）、（１５．２）も全体的にコードブックが制限される。
【００８３】
ランク８に対して第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）及び第２インデックス＝３（ＰＭＩ２＝３）に対してコードブック制限が決まった場合、コードブック制限情報はビットマップ形式により第１情報である［０１１１１１１１１１１１１１１１］と第２情報である［１１１０］を含むことができる。第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）と対をなす第２インデックス、例えば＜表５＞において（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（０．１）、（０．１）、（０．２）、（０．３）も全体的にコードブックが制限される。反対に、第２インデックス＝３（ＰＭＩ２＝３）と対をなす第１インデックス、例えば＜表５＞において（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（０．３）、（１．３）、・・・（１４．３）、（１５．３）も全体的にコードブックが制限される。
【００８４】
言い換えると、コードブック制限情報は第１情報と上記第２情報とを含むので、第１情報に従って第１プリコーディング行列に使われることを制限されることによって使用が制限された第１プリコーディング行列と対をなす第２プリコーディング行列の使用が制限され、第２情報に従って第２プリコーディング行列に使われることを制限するによって使用が制限される第２プリコーディング行列と対をなす第１プリコーディング行列の使用を制限することができる。
【００８５】
ランク３乃至７に対しても同一な方式によりコードブック制限情報をビットマップ形式で第１情報と第２情報とを含むことができる。このとき、第１情報及び第２情報を含むコードブック制限情報がビットマップ形式であることと説明したが、これは例示に過ぎないものであり、これに制限されない。
【００８６】
前述した方法と同一な方式によりランク１乃至８も同一なビットマップ形式によりコードブック制限情報を送信すれば、総ランク８に対する第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列を独立に制限するコードブック制限情報の総ビット数は（１６＋４）×８＝１６０ビットとなる。
【００８７】
基地局４２０は各ランクに対して２０ビットずつビットマップ形式によりランク１からランク８まで総１６０ビットでコードブック制限を表現したコードブック制限情報を端末４１０に送信することができる。このコードブック制限情報は、ダウンリンク制御情報、例えばＲＲＣ信号で物理的ダウンリンク共有チャネル（Physical Downlink Shared Channel：ＰＤＳＣＨ）を介して基地局４２０から端末４１０に送信できる。このとき、コードブック制限情報をＰＤＳＣＨの以外に物理的ダウンリンク制御チャネル（Physical Downlink Control Channel：ＰＤＣＣＨ）のような他のチャネルを介して基地局４２０から端末４１０に送信することもできる。このとき、コードブック制限情報は第１情報と第２情報とを各ランクに対して順次に含むこともできる。例えば、コードブック制限情報はランク１に対する第１情報と第２情報、ランク２に対する第１情報と第２情報、・・・ランク８に対する第１情報と第２情報の順序に第１情報と第２情報とを含むことができる。
【００８８】
一方、コードブック制限情報は各ランクに対する第１情報を順次に含み、その後、各ランクに対する第２情報を順次に含むこともできる。例えば、コードブック制限情報はランク１乃至ランク８に対する第１情報を順次に含み、その後、ランク１乃至ランク８に対する第２情報を順次に含むことができる。勿論、コードブック制限情報は各ランク別に第１情報と第２情報とを独立に基地局４２０から端末４１０に送信することもできる。勿論、特定ランクに対してコードブックを制限しない場合、その特定コードブックに対するコードブック制限情報は含まれないようになる。
【００８９】
結果的に、第１インデックスと第２インデックスとを対に制限する場合、コードブック制限情報が全体として５１２ビットを必要とすることに比べて、第１インデックスと第２インデックスとを独立に決定及び送信する場合、コードブック制限情報のフィードバックオーバーヘッドをかなり縮めることができる。
【００９０】
一方、第１プリコーダ４２２が第１プリコーディング行列を使用してドメイン間のプリコーディング（Intra-domain precoding）時、例えば第１インデックス＝７（ＰＭＩ１＝７）と表記されるプリコーディング行列がドメイン間のプリコーディングゲインが少なくて使われないものにコードブックを制限する場合、第２プリコーダ４２４が第２プリコーディング行列を使用して位相差補正時に、ＰＭＩ１＝７と表記される、どのプリコーディング行列も優れるプリコーディングゲインを得ることができない。
【００９１】
即ち、ドメイン間のプリコーディング（Intra-domain precoding）を実行する第１プリコーディング行列に対する制限を決定することが位相差補正を実行する第２プリコーディング行列に対する制限を決定することより優先することもできる。したがって、コードブック制限時、第１プリコーディング行列に対してのみ制限を設定することもできる。このとき、コードブック制限情報は、第１プリコーディング行列のみを制限する第１情報のみを含むので、全体として１６×８＝１２８ビットが必要でありえる。
【００９２】
一方、ドメイン間の干渉が同一な条件でドメイン間の位相差干渉が優先する場合、第２プリコーディング行列に対してのみ制限を設定することもできる。このとき、コードブック制限情報は第２プリコーディング行列のみを制限する第２情報のみを含むので、４×８＝３２ビットが必要である。
【００９３】
前述したように、第１プリコーディング行列及び第２プリコーディング行列を全て制限し、かつ独立に制限する場合と、第１プリコーディング行列のみを制限する場合、第２プリコーディング行列のみを制限する場合を選択的に使用することもできる。このとき、基地局４２０は端末４１０に制限モード（restriction mode）を指示する総２ビットの識別標識（restriction mode indicator）を送信することができる。
【００９４】
一方、端末４１０のチャネル情報フィードバック装置４１４は、コードブック制限情報に含まれた第１情報に従って第１プリコーディング行列に使われることが制限されたプリコーディング行列を除いて第１プリコーディング行列を決定し、その第１プリコーディング行列に対する第１チャネル状態情報を基地局４２０に報告／フィードバックすることができる。前述した例において、ランク１に対して第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）に対してコードブックを制限するビットマップ形式の第１情報である［０１１１１１１１１１１１１１１１］を受信した場合、チャネル情報フィードバック装置４１４は、＜表５＞のように第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）を除外したインデックス、即ち第１インデックス＝０に該当するプリコーディング行列を除外したプリコーディング行列のうち、第１プリコーディング行列を決定し、それに対する第１チャネル状態情報を基地局に報告／フィードバックすることができる。また、各端末４１０はコードブック制限情報に含まれた第２情報に従って第２プリコーディング行列に使われることが制限されたプリコーディング行列を除いて第２プリコーディング行列を決定し、その第２プリコーディング行列に対する第２チャネル状態情報を基地局４２０に報告／フィードバックすることができる。前述した例で、ランク１に対して第２インデックス＝１（ＰＭＩ２＝１）に対してコードブックを制限するビットマップ形式の第２情報である［１０１１］を受信した場合、チャネル情報フィードバック装置４１４は＜表５＞のように第２インデックス＝１（ＰＭＩ２＝１）を除外したインデックス、即ち第２インデックス＝１に該当するプリコーディング行列を除外したプリコーディング行列のうち、第２プリコーディング行列を決定し、それに対する第２チャネル状態情報を基地局に報告／フィードバックすることができる。
【００９５】
ランク２に対して第１インデックス＝１（ＰＭＩ１＝１）及び第２インデックス＝２（ＰＭＩ２＝２）に対してコードブックを制限するビットマップ形式の第１情報である［１０１１１１１１１１１１１１１１］と第２情報である［１１０１］を受信した場合、チャネル情報フィードバック装置４１４は、＜表５＞のようにランク２に対して第１インデックス＝１（ＰＭＩ１＝１）及び第２インデックス＝２（ＰＭＩ２＝２）を除外した第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列を決定し、それに対する第１チャネル状態情報と第２チャネル状態情報を基地局に報告／フィードバックすることができる。ランク３乃至ランク８も同一な方式によりチャネル情報フィードバック装置４１４は第１情報及び第２情報で指定したプリコーディング行列を除いて第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列を決定することができる。
【００９６】
前述したように、第１プリコーディング行列及び第２プリコーディング行列を全て制限し、かつ独立に制限する場合と、第１プリコーディング行列のみを制限する場合、第２プリコーディング行列のみを制限する場合を選択的に使用し、基地局４２０は端末４１０に制限モードを指示する総２ビットの識別標識（restriction mode indicator）を送信する場合、端末４１０のチャネル情報フィードバック装置４１４は、その制限モードに合せて第１プリコーディング行列及び第２プリコーディング行列を決定し、第１チャネル状態情報及び第２チャネル状態情報を生成及び報告することができる。
【００９７】
第１チャネル状態情報及び第２チャネル状態情報のフィードバック周期または間隔が異なることがある。例えば、第１チャネル状態情報はショットタームで基地局４２０にフィードバックされ、第２チャネル情報はロングタームで基地局４２０にフィードバックされる。言い換えると、長い周期／ロングタームと短い周期／ショットタームは互いに相対的な意味で、長い周期／ロングタームは短い周期／ショットタームより長い周期を意味する。
【００９８】
基地局４２０の第１プリコーダ４２２及び第２プリコーダ４２４は、各端末４１０から報告を受けたチャネル状態情報に基づいて／用いて、第１及び第２プリコーディング行列を決定し、そのプリコーディング行列を用いてデータシンボルをプリコーディングする。
【００９９】
以上、更に他の実施形態に従ってコードブック制限情報とチャネル生態情報を送受信するＭＩＭＯ無線通信シーンステムについて記載したが、以下、更に他の実施形態に従う送信装置の通信方法について記載する。
【０１００】
図６は、更に他の実施形態に従う送信装置の通信方法のフローチャートである。
【０１０１】
図６を参照すると、更に他の実施形態に従う送信装置の通信方法６００は、コードワードをレイヤにマッピングするレイヤマッピングステップ（Ｓ６１０）、シンボルをプリコーディングするプリコーディングステップ（Ｓ６２０）、及び２つ以上のアンテナを介してプリコーディングされたシンボルを空中に伝播する送信ステップ（Ｓ６３０）を含むことができる。レイヤマッピングステップ（Ｓ６１０）、プリコーディングステップ（Ｓ６２０）、及び送信ステップ（Ｓ６３０）は、前述したことと同一であるので、具体的な説明を省略する。
【０１０２】
更に他の実施形態に従う基地局の通信方法６００は、＜表５＞を参照して各ランクに対して＜表３＞の第１プリコーディング行列及び＜表４＞の第２プリコーディング行列を独立にコードブック制限して、各ランクに対して２０ビットずつビットマップ形式によりランク１からランク８まで総１６０ビットでコードブック制限を表現したコードブック制限情報を端末４１０に送信することができる。このコードブック制限情報はダウンリンク制御情報、例えばＲＲＣ信号で物理的ダウンリンク共有チャネル（Physical Downlink Shared Channel：ＰＤＳＣＨ）を介して基地局４２０から端末４１０に送信できる。このとき、コードブック制限情報をＰＤＳＣＨの以外に物理的ダウンリンク制御チャネル（Physical Downlink Control Channel：ＰＤＣＣＨ）のような他のチャネルを介して基地局４２０から端末４１０に送信することもできる。
【０１０３】
レイヤマッピングステップ（Ｓ６１０）で、コードブック制限情報はダウンリンク制御信号でレイヤにマッピングできる。
【０１０４】
基地局４２０は、各セル（cell）単位またはユーザ（User Equipment）単位で使用する／使用しないプリコーディング行列を決定し、使用しないプリコーディング行列に対するコードブック制限情報を端末４１０に送信することができる。このとき、コードブック制限情報は第１及び第２コードブックで各レイヤに対して第１プリコーディング行列への使用を制限する第１情報及び第２プリコーディング行列への使用を制限する第２情報を含んでいる。
【０１０５】
＜表５＞のように、ランク１に対して第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）及び第２インデックス＝１（ＰＭＩ２＝１）に対してコードブック制限が決まった場合、コードブック制限情報はビットマップ形式で第１情報である［０１１１１１１１１１１１１１１１］と第２情報である［１０１１］を含むことができる。
【０１０６】
プリコーディングステップ（Ｓ６２０）で、レイヤにマッピングされたデータシンボルを自身のコードブックから選択した第１プリコーディング行列及び第２プリコーディング行列を用いてプリコーディングすることができる。このとき、プリコーディングステップ（Ｓ６２０）で、端末のような受信装置から受信を受けた第１インデックスと第２インデックスに対応する第１プリコーディング行列及び第２プリコーディング行列を各々用いてデータシンボルをプリコーディングすることができる。このとき、受信装置から受信を受ける第１インデックス及び第２インデックスは、＜表３＞の第１コードブックと＜表４＞の第２コードブックでコードブック制限情報により制限されたプリコーディング行列を除外したプリコーディング行列のうち、選ばれたプリコーディング行列に対するインデックスである。
【０１０７】
前述したように、基地局のような送信装置は、図５を参照して説明したように、１つの方向に偏波された少なくとも１つのアンテナと他の方向に偏波された少なくとも１つの他のアンテナとが互いに交差する少なくとも１つのアンテナ対を有することができる。
【０１０８】
このとき、＜数式３＞を参照して説明したように、第１プリコーディング行列は互いに交差する１つのアンテナと他のアンテナとの間のプリコーディングを実行するプリコーディング行列であり、第２プリコーディング行列は１つのアンテナと上記他のアンテナの位相差補正を実行するプリコーディング行列でありうる。
【０１０９】
以上、更に他の実施形態に従う送信装置の通信方法について記載したが、以下、更に他の実施形態に従う受信装置の通信方法について記載する。
【０１１０】
図７は、更に他の実施形態に従う受信装置の通信方法のフローチャートである。
【０１１１】
更に他の実施形態に従う受信装置の通信方法７００は、コードブック制限情報を送信装置から受信するコードブック制限情報受信ステップ（Ｓ７１０）、及び第１チャネル状態情報及び第２チャネル状態情報を送信装置に送信するチャネル情報送信ステップ（Ｓ７２０）を含む。
【０１１２】
コードブック制限情報受信ステップ（Ｓ７１０）で、各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報及び第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報をコードブック制限情報として各々受信することができる。このとき、コードブック制限情報は、第１及び第２コードブックで各レイヤに対して第１プリコーディング行列に使われることを制限する第１情報と、第２プリコーディング行列に使われることを制限する第２情報とを含んでいる。チャネル情報送信ステップ（Ｓ７２０）で、コードブック制限情報を用いてコードブックで第１プリコーディング行列または上記第２プリコーディング行列に使われることを制限しないプリコーディング行列から選択された第１プリコーディング行列を指示する第１チャネル状態情報と第２プリコーディング行列を指示する第２チャネル状態情報とを送信装置に送信することができる。
【０１１３】
ステップＳ７１０とステップＳ７２０を詳細に説明すると、前述した例で、ステップＳ７１０で受信装置がランク１に対して第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）に対してコードブックを制限するビットマップ形式の第１情報である［０１１１１１１１１１１１１１１１］と第２情報である［１０１１］を受信した場合、ステップＳ７２０で受信装置は＜表５＞のように第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）を除外したインデックス、即ち第１インデックス＝０に該当するプリコーディング行列を除外したプリコーディング行列のうち、第１プリコーディング行列を決定し、それに対する第１チャネル状態情報を基地局に報告／フィードバックし、第２インデックス＝１（ＰＭＩ２＝１）を除外したインデックス、即ち第２インデックス＝１に該当するプリコーディング行列を除外したプリコーディング行列のうち、第２プリコーディング行列を決定し、それに対する第２チャネル状態情報を基地局に報告／フィードバックすることができる。
【０１１４】
結果的に、第１インデックス＝０（ＰＭＩ１＝０）と対をなす第２インデックス、例えば＜表５＞で（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（０．１）、（０．１）、（０．２）、（０．３）も全体的にコードブックが制限される。反対に、第２インデックス＝１（ＰＭＩ２＝１）と対をなす第１インデックス、例えば＜表５＞で、（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（０．１）、（１．１）・・・（１４．１）、（１５．１）も全体的にコードブックが制限される。
【０１１５】
ステップＳ７１０で、受信装置がランク２に対して第１インデックス＝１（ＰＭＩ１＝１）及び第２インデックス＝２（ＰＭＩ２＝２）に対してコードブックを制限するビットマップ形式の第１情報である［１０１１１１１１１１１１１１１１］と第２情報である［１１０１］を受信した場合、ステップＳ７２０で受信装置は＜表５＞のようにランク２に対して第１インデックス＝１（ＰＭＩ１＝１）及び第２インデックス＝２（ＰＭＩ２＝２）を除外した第１プリコーディング行列と第２プリコーディング行列を決定し、それに対する第１チャネル状態情報と第２チャネル状態情報を基地局に報告／フィードバックすることができる。
【０１１６】
結果的に、第１インデックス＝１（ＰＭＩ１＝１）と対をなす第２インデックス、例えば＜表５＞で（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（１．１）、（１．１）、（１．２）、（１．３）も全体的にコードブックが制限される。反対に、第２インデックス＝２（ＰＭＩ２＝２）と対をなす第１インデックス、例えば＜表５＞で（ＰＭＩ１ ＰＭＩ２）＝（０．２）、（１．２）・・・（１４．２）、（１５．２）も全体的にコードブックが制限される。
【０１１７】
言い換えると、コードブック制限情報は第１情報及び上記第２情報を含むので、第１情報に従って第１プリコーディング行列への使用を制限されるにつれて使用が制限された第１プリコーディング行列と対をなす第２プリコーディング行列の使用が制限され、第２情報に従って第２プリコーディング行列への使用を制限するにつれて使用が制限される第２プリコーディング行列と対をなす第１プリコーディング行列の使用を制限することができる。
【０１１８】
ランク３乃至ランク８も同一な方式により受信装置は第１情報と第２情報で指定したプリコーディング行列を除いて第１プリコーディング行列及び第２プリコーディング行列を決定することができる。
【０１１９】
以上、実施形態を通じて多段構造のプリコーダを使用する場合、コードブック制限時、無線通信システムで基地局と端末がコードブック制限情報とチャネル状態情報を交換する過程、コードブック制限情報とチャネル状態情報を送受信するＭＩＭＯ無線通信システム、この無線通信システムにおける送信装置及び受信装置の送受信方法または通信方法について詳細に記載した。
【０１２０】
実施形態に従って多段構造のプリコーダの各々に対してプリコーディング行列を制限する情報を決定し、その決定した情報を含むコードブック制限情報を送信するので、コードブック制限情報の送信オーバーヘッドを縮めることができる。実施形態に従って無線通信システムにおけるコードブック制限技法を使用するので、セル間干渉を制御することができる。
【０１２１】
前述した＜数式３＞を通じて説明したように、プリコーディング行列の定義に従うとき、各ドメインまたはアンテナのサブセットの内でのプリコーディングゲインは、第１プリコーディング行列により決まる。即ち、全体プリコーディングゲインは、第１プリコーディング行列に対する利得とドメインまたはサブセット間の位相差補正（co-phasing）処理を実行する第２プリコーダ行列のコーディング利得により決まることができる。このとき、第２プリコーディング行列はドメインまたはサブセット間の位相差補正（co-phasing）処理を実行するプリコーディング行列であるので、各端末が獲得することができる最大プリコーディングゲインは第１プリコーディング行列により決まる。言い換えると、各端末が受信する信号の電力または受信可能な最大電力は、第１プリコーダまたは第１プリコーディング行列により決まり、第２プリコーダまたは第２プリコーディング行列は各ドメインまたはアンテナサブセットに受信された信号の位相補正処理を実行するだけである。多重接続による干渉は第１プリコーダまたは第１プリコーディング行列により大きく左右される。
【０１２２】
図８乃至図１０は、本発明の実施形態に従って無線通信システムでコードブック制限技法を使用してセル間干渉を制御する概念図である。
【０１２３】
図８を参照すると、ビームフォーミング時、セル境界ユーザ端末８１０ａ乃至８１０ｄはセル間干渉が発生することがある。例えば、８１０ａ及び８１０ｂとして表示された端末は、図８に図示したように第１基地局及び第２基地局のカバレッジの内に存在するので、第１基地局または第１セル８２０ａのＰＭＩ１＝４またはＰＭＩ１＝６に対する第１プリコーディング行列にプリコーディングした信号送信時、第２基地局または第２セル８２０ｂのＰＭＩ１＝１３に対する第１プリコーディング行列にプリコーディングした信号の送信は干渉を起こすことがある。
【０１２４】
言い換えると、８１０ａ及び８１０ｂと表示された端末は、第１基地局または第１セル８２０ａのＰＭＩ１＝４またはＰＭＩ１＝６に対する第１プリコーディング行列にプリコーディングした送信信号と、第２基地局または第２セル８２０ｂのＰＭＩ１＝１３に対する第１プリコーディング行列にプリコーディングした送信信号を両方受信するので、干渉を起こすことがある。
【０１２５】
反対に、８１０ｃ及び８１０ｄと表示された端末は、図８に示すように、第１基地局及び第２基地局のカバレッジの内に存在するため、第１基地局８２０ａのＰＭＩ１＝８に対する第１プリコーディング行列にプリコーディングした信号送信と、第２基地局８２０ｂのＰＭＩ１＝２またはＰＭＩ１＝１１に対する第１プリコーディング行列にプリコーディングした信号送信とは干渉を起こすことがある。
【０１２６】
具体的に、１つの端末８１０ｂを例として説明すると、１つの端末８１０ｂは、図８に示すように、第１基地局８２０ａと第２基地局８２０ｂとの両方から信号を受信することができる。第１基地局８２０ａは１つの端末８１０ｂに信号を送信するためにＰＭＩ１＝６に該当する第１プリコーディング行列を使用して信号を送信し、第２基地局８２０ｂは１つの端末８１０ｂに信号を送信するためにＰＭＩ１＝１３に該当する第１プリコーダ行列を使用する。結果的に、図８に示すように、１つの端末８１０ｂに第２基地局８２０ｂがＰＭＩ１＝１３を使用して、信号を送信するとき、他の端末８１０ａは１つの端末８１０ｂに送信された信号により多重接続干渉を受けるようになる。
【０１２７】
第２基地局８２０ｂがＰＭＩ１＝１３に該当する第１プリコーダ行列を使用しないようにコードブック制限する場合、端末８１０ｂは第１基地局８２０ａからの信号のみを受信するようになるので、多重干渉によるセル間干渉を事前に防止することができる。
【０１２８】
更に他の端末８１０ｃ、８１０ｄも前述した端末８１０ａ、８１０ｂと同一なセル間干渉による多重接続干渉を受けるようになる。
【０１２９】
第１基地局８２０ａがＰＭＩ１＝８に該当する第１プリコーダ行列を使用しないようにコードブック制限する場合、端末８１０ｃ、８１０ｄは第２基地局８２０ｂから信号のみを受信するようになるので、多重干渉によるセル間干渉を事前に防止することができる。
【０１３０】
図９は、前述した方式によりコードブック制限を行うので、セル間干渉を発生させることと予想される第１プリコーディング行列、またはこれに対するインデックスに対して制限を行った後、これに基づいてダウンリンクＭＩＭＯを実行したことを概念的に図示している。
【０１３１】
図９を参照すると、各基地局８２０ａ、８２０ｂがＰＭＩ１＝１３とＰＭＩ１＝８、またはこれらに対応する第１プリコーディング行列の使用を制限するＰＭＩ１基盤のコードブック制限を実行する場合、図９に示すように、セル間干渉の発生を避けたり縮めたりすることができる。したがって、ＰＭＩ２に対してはコードブック制限を加えず、ＰＭＩ１のみにコードブック制限を加える場合、前述したセル間干渉除去効果を得ることができる。
【０１３２】
図１０を参照すると、８１０ｂと表示した端末は第１基地局のＰＭＩ１＝６と第２基地局のＰＭＩ１＝１３に対する第１プリコーディング行列にプリコーディングされた信号を受信するので、干渉が発生し、８１０ｃと表示した端末は、第１基地局のＰＭＩ１＝８と第２基地局のＰＭＩ１＝２に対する第１プリコーディング行列にプリコーディングされた信号を受信するので、干渉が発生することがある。この場合、第１基地局はＰＭＩ１＝６の使用を許可し、ＰＭＩ１＝２の使用を制限し、反対に、第２基地局はＰＭＩ１＝２の使用を許可し、ＰＭＩ１＝６の使用を制限するので、端末の干渉を除去することができる。
【０１３３】
他の方式に、この場合、第１基地局はＰＭＩ１＝８の使用を許可し、ＰＭＩ１＝１３の使用を制限し、反対に、第２基地局はＰＭＩ１＝１３の使用を許可し、ＰＭＩ１＝８の使用を制限するので、端末の干渉を除去することができる。
【０１３４】
他の方式に、第１基地局はＰＭＩ１＝６とＰＭＩ１＝８の使用を許可し、第２基地局はＰＭＩ１＝６とＰＭＩ１＝８の使用を制限することもでき、反対に、第１基地局はＰＭＩ１＝６とＰＭＩ１＝８の使用を制限し、第２基地局はＰＭＩ１＝６とＰＭＩ１＝８の使用を許可して、端末の干渉を除去することができる。
【０１３５】
このように、各基地局８２０ａ、８２０ｂがＰＭＩ１基盤のコードブック制限を実行する場合、セル間干渉の発生を避けたり縮めたりすることができる。ＰＭＩ２に対してはコードブック制限を加えず、ＰＭＩ１のみにコードブック制限を加える場合、前述したセル間干渉除去効果を得ることができる。
【０１３６】
また、ＰＭＩ２に対してのみコードブック制限を加える場合、少ないビット数でコードブックを制限できる長所があり、プリコーディングゲインを直接的に制御するＰＭＩ１に制約を与えないので、より精密なプリコーディングが可能で、かつコードブックサイズを縮めることができるという長所がある。
【０１３７】
以上、図面を参照して実施形態を詳細に説明したが、本発明はこれに制限されない。
【０１３８】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は請求範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【０１３９】
本特許出願は、２０１０年７月５日付で韓国に出願した特許出願番号第１０−２０１０−００６４５７３号に対し、米国特許法１１９（ａ）条（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ａ））により優先権を主張し、その全ての内容は参考文献として本特許出願に併合される。併せて、本特許出願は、米国の以外の国家に対しても上記と同一な理由により優先権を主張すれば、その全ての内容は参考文献として本特許出願に併合される。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明は、アップ／ダウンリンクＭＩＭＯシステムに適用されることができ、単一セル（single cell）環境だけでなく、多重ポイント協力型送受信システム（Coordinated multi-point transmission／reception System：ＣｏＭＰ）及び異種ネットワーク（heterogeneous network）等、全てのアップ／ダウンリンクＭＩＭＯシステムに適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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