(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおいて基地局のＭＩＭＯ伝送方法であって、
少なくとも１つの端末（ＵＥ）に対する統計的チャネル情報を得る段階と、
前記統計的チャネル情報に基づいて前記少なくとも１つの端末を少なくとも１つのグループ（ｇｒｏｕｐ）に分類する段階と、
前記統計的チャネル情報を用いて、分割された各グループに対するグループビームフォーミング行列を決定する段階と、
前記グループビームフォーミング行列に基づいて、少なくとも１つのグループビームフォーミングされたレファレンス信号を、前記グループに属する前記少なくとも１つの端末に送信する段階と、
前記少なくとも１つのグループビームフォーミングされたレファレンス信号に基づいて測定された瞬時チャネル情報を取得する段階と、
前記瞬時チャネル情報に基づいて前記端末をスケジューリングし、前記スケジューリングに基づいて前記端末にデータを伝送する段階と、を含むことを特徴とするＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項２】
前記統計的チャネル情報を得る段階は、
前記少なくとも１つの端末にＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）−ＲＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）を伝送する段階と、
前記少なくとも１つの端末から前記ＣＳＩ−ＲＳに基づいて測定された統計的チャネル情報をフィードバックする段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの端末から受信されたＳＲＳ（Ｓｏｕｎｄｉｎｇ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）に基づいて、前記統計的チャネル情報が測定されることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項４】
前記統計的チャネル情報は、送信相関行列（ｔｒａｎｓｍｉｔ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘ）、送信相関行列の固有値（ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ）、送信相関行列の固有ベクトル（ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ）、ＡＳ（Ａｎｇｌｅ  Ｓｐｒｅａｄ）、ＡＯＤ（Ａｎｇｌｅｏｆ  Ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）、統計的チャネル情報を意味する固定型コードブックから選択された少なくとも１つの長周期ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）のうちの少なくとも１つ、及び少なくとも一つのビームインデックスを含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの端末を分類する段階は、
前記送信相関行列が互いに類似する端末を１つのグループに分類することを特徴とする請求項４に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの端末を分類する段階は、
前記送信相関行列の有効固有ベクトルが互いに類似する端末を１つのグループに分類することを特徴とする請求項５に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項７】
相互に干渉しない仮想のセクタを発生するために、前記統計的チャネル情報に基づいて、前記グループビームフォーミング行列が互いに類似直交するようにブロック対角化（ｂｌｏｃｋ  ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）を介して前記グループビームフォーミング行列を決定することを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項８】
前記瞬時チャネル情報は、適応型コードブック内の短周期ＰＭＩ、固定型コードブック内の短周期ＰＭＩ、ＳＵ−ＣＱＩ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）、及びＭＵ−ＣＱＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）のうちの少なくとも１つ、グループ干渉測定情報、ＲＩ（Ｒａｎｋ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項９】
前記瞬時チャネル情報に基づいて端末をスケジューリングする段階は、
仮想のセクタに分ける操作が行われるとき、前記基地局が各グループに属する端末を前記グループごとに独立的にスケジューリングすることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項１０】
無線通信システムにおいて端末のＭＩＭＯ受信方法であって、
チャネル状態情報−レファレンス信号（ＣＳＩ−ＲＳ）に基づいて測定された統計的チャネル情報を、基地局にフィードバックする段階と、
前記端末を含むグループに対するグループビームフォーミング行列が適用されたレファレンス信号（ＲＳ）を受信する段階と、
前記グループビームフォーミング行列が適用された前記ＲＳを用いて瞬時チャネル情報を生成する段階と、
前記ＲＳに基づいて測定された前記瞬時チャネル情報を前記基地局にフィードバックする段階とを含み、
前記グループビームフォーミング行列は、前記統計的チャネル情報を用いて前記基地局によって決定されることを特徴とするＭＩＭＯ受信方法。
【請求項１１】
前記統計的チャネル情報は、ワイドバンド統計的チャネル情報を示す少なくとも１つの長周期プリコーディング行列インジケータ（ＰＭＩ）を含み、前記少なくとも１つの長周期ＰＭＩは、前記ＣＳＩ−ＲＳに基づいて固定型コードブックから選択されることを特徴とする請求項１０に記載のＭＩＭＯ受信方法。
【請求項１２】
前記統計的チャネル情報は、前記ＣＳＩ−ＲＳから選択された少なくとも１つのビームインデックスを含むことを特徴とする請求項１０に記載のＭＩＭＯ受信方法。
【請求項１３】
前記瞬時チャネル情報は、長周期ＰＭＩ又は前記端末によってフィードバックされたビームインデックスに基づいて前記グループビームフォーミング行列が適用された、前記ＲＳに基づいて測定され、適応型コードブック内の短周期ＰＭＩ、固定型コードブック内の短周期ＰＭＩ、ＳＵ−ＣＱＩ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）、及びＭＵ−ＣＱＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）のうちの少なくとも１つ、グループ干渉測定、ＲＩ（Ｒａｎｋ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０に記載のＭＩＭＯ受信方法。
【請求項１４】
前記グループビームフォーミング行列は、前記端末又は前記ＣＳＩ−ＲＳによって送信された少なくとも１つのＳｏｕｎｄｉｎｇ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ（ＳＲＳ）に基づいて、前記基地局において決定されることを特徴とする請求項１０に記載のＭＩＭＯ受信方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの端末に、前記レファレンス信号のためのリソース情報を送信する段階と、
前記リソース情報によって示されたリソースを複数のリソースブロックに分割する段階と、
各々のグループに属する前記少なくとも１つの端末に、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）メッセージを介して、前記複数のリソースブロックに関する情報を送信する段階と、
前記ＭＡＣメッセージを介して、前記複数のリソースブロック内の特定のリソースブロックを示す情報を、各々のグループに属する前記少なくとも１つの端末に送信する段階と、
をさらに含み、
前記特定のリソースブロックは、前記少なくとも１つのグループビームフォーミングされたレファレンス信号の送信のために用いられることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項１６】
前記基地局から、無線リソース制御（ＲＲＣ）メッセージを介して、前記ＲＳのためのリソース情報を受信する段階と、
前記基地局から、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）メッセージを介して、前記ＲＳのために構成された複数のリソースブロックに関する情報を受信する段階と、
前記基地局から、前記ＭＡＣメッセージを介して、前記複数のリソースブロック内の特定のリソースブロックを示す情報を受信する段階と、
をさらに含み、
前記リソース情報によって示されたリソースは、前記複数のリソースブロックに分割され、前記ＲＳの受信のために前記特定のリソースブロックが用いられることを特徴とする請求項１０に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項１７】
前記統計的チャネル情報を取得する段階は、
少なくとも１つのビームフォーミングされたＣＳＩ−ＲＳを、前記少なくとも１つの端末に送信する段階と、
前記少なくとも１つのビームフォーミングされたＣＳＩ−ＲＳに基づいて測定された前記統計的チャネル情報のフィードバックを、前記少なくとも１つの端末から受信する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのグループのビームフォーミングされたレファレンス信号は、共通リソースを介して、前記グループのために送信されることを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大規模アンテナシステム(LARGE-SCALE ANTENNA SYSTEM)におけるＭＩＭＯ(MULTI-INPUT AND MULTI-OUTPUT)通信方法に関し、詳しくは、アンテナ相関度が存在する大規模アンテナＭＩＭＯ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ  ＭＩＭＯ）チャネル環境において、少量のチャネル状態情報のフィードバックが要求されながらも上ダウンリンク周波数の効率を極大化するＭＩＭＯ通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
４Ｇ以後（Ｂ４Ｇ）の移動通信システムは、データトラフィックの急激な増加により３ＧＰＰ  ＬＴＥと同様に４Ｇシステムに対して１０倍以上の周波数効率増大が必要である。このような１０倍以上の周波数効率増大の目標を達成するために必要な物理階層の技術として現在のネットワークＭＩＭＯ、干渉整列（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、リレーネットワーク、ヘテロジーニアス（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）ネットワーク、そして大規模アンテナ（ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ  ＭＩＭＯ）技術などが言及されている。
【０００３】
本発明は、周波数効率を増大させる技術として非常に大きな効果を得ることができるマッシブ（Ｍａｓｓｉｖｅ）ＭＩＭＯ（あるいは、大規模アンテナ）システムに関する。従来の大規模アンテナシステムは、ＴＤＤ方式に局限されていた。ＦＤＤ方式では、大規模アンテナ送信機がチャネル状態情報を獲得するために事実上不可能なほど、多くのレファレンスシグナル（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｎａｌ）及びチャネル状態情報フィードバックのための無線資源を必要とする問題があった。
【０００４】
また、大規模送信アンテナで同時に収容可能なユーザの数が大きく増加することによってスケジューリング及びプリコーディング計算の複雑度が従来システムに比べて非常に大きくなる現実的な問題を抱えるようになった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、レファレンスシグナル及びチャネル状態情報フィードバックのために必要な無線資源の量を増加せず、スケジューリング及びプリコーディング計算の複雑度を低減することができる、大規模アンテナシステムに適合なＭＩＭＯ伝送方法を提供する。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、レファレンスシグナル及びチャネル状態情報フィードバックのために必要な無線資源の量を増加せず、スケジューリング及びプリコーディング計算の複雑度を低減することができる、大規模アンテナシステムに適合なＭＩＭＯ受信方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した本発明の目的を達成するための本発明は、無線通信システムにおいて基地局のＭＩＭＯ伝送方法であって、少なくとも１つの端末に対する統計的チャネル情報を得る段階と、前記統計的チャネル情報に基づいて前記少なくとも１つの端末を少なくとも１つのクラス（ｃｌａｓｓ）とクラスに従属した少なくとも１つのグループ（ｇｒｏｕｐ）に分類する段階と、分割された各グループに対するグループビームフォーミング行列を決定する段階と、前記グループビームフォーミング行列に基づいたグループビームフォーミング伝送を前記グループに従属した端末にグループごとに行い、瞬時チャネル情報を得る段階と、前記瞬時チャネル情報に基づいて前記端末をスケジューリングし、前記スケジューリングに基づいて前記端末にデータを伝送する段階とを含むＭＩＭＯ伝送方法を提供する。
【０００８】
ここで、前記統計的チャネル情報を得る段階は、前記少なくとも１つの端末にＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）−ＲＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）を伝送する段階と、前記少なくとも１つの端末から前記ＣＳＩ−ＲＳに基づいて測定された統計的チャネル情報をフィードバックする段階とを含むことができる。
【０００９】
ここで、前記統計的チャネル情報を得る段階は、前記少なくとも１つの端末から受信されたＳＲＳ（Ｓｏｕｎｄｉｎｇ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）に基づいて前記統計的チャネル情報を測定するように構成することができる。
【００１０】
ここで、前記統計的チャネル情報は、送信相関行列（ｔｒａｎｓｍｉｔ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘ）、送信相関行列の固有値（ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ）、送信相関行列の固有ベクトル（ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ）、ＡＳ（Ａｎｇｌｅ  Ｓｐｒｅａｄ）、ＡＯＤ（Ａｎｇｌｅ  ｏｆ  Ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）及び統計的チャネル情報を意味する固定型コードブックから選択された少なくとも１つの長周期ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００１１】
ここで、前記分類する段階は、前記送信相関行列が互いに類似する端末を１つのグループに分類するように構成することができる。このとき、前記分類する段階は、前記送信相関行列の有効固有ベクトルが互いに類似する端末を１つのグループに分類すると、前記送信相関行列の有効固有ベクトル間の直交性が高いグループを１つのクラスに分類するように構成することができる。
【００１２】
ここで、前記グループビームフォーミング行列を決定する段階は、前記統計的チャネル情報及びワンリング（ｏｎｅ−ｒｉｎｇ）チャネルモデルに基づいてグループごとのグループビームフォーミング行列が互いに類似直交するように前記グループビームフォーミング行列を決定するように構成することができる。このとき、前記グループビームフォーミング行列が互いに類似直交するようにブロック対角化（ｂｌｏｃｋ  ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）を介して前記グループビームフォーミング行列を決定するように構成することができる。
【００１３】
ここで、前記瞬時チャネル情報を得る段階は、前記端末に前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳまたは前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されないＣＳＩ−ＲＳを伝送する段階と、前記端末から前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳまたは前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されないＣＳＩ−ＲＳに基づいて測定された瞬時チャネル情報をフィードバックする段階と、を含むことができる。
【００１４】
ここで、前記瞬時チャネル情報を得る段階は、前記端末から受信されたＳＲＳ（Ｓｏｕｎｄｉｎｇ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）に基づいて前記瞬時チャネル情報を測定するように構成することができる。
【００１５】
ここで、前記瞬時チャネル情報は、送信相関行列の支配的な固有ベクトル行列に関する情報、適応型コードブックインデックス、固定型コードブックインデックス、ＳＵ−ＣＱＩ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）、及びＭＵ−ＣＱＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）のうちの少なくとも１つ、グループ干渉測定、ＲＩ（Ｒａｎｋ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。このとき、前記ＭＩＭＯ伝送方法は、前記基地局がＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）モードまたはＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）モードへの動作可否を前記端末に知らせる段階をさらに含み、前記基地局と端末がＳＵ−ＭＩＭＯモードで動作する場合に前記チャネル情報は前記ＳＵ−ＣＱＩを含み、前記基地局と端末がＭＵ−ＭＩＭＯモードで動作する場合に前記チャネル情報は端末ごとに１つ以上の前記ＭＵ−ＣＱＩを含むように構成することができる。
【００１６】
ここで、前記瞬時チャネル情報に基づいて端末をスケジューリングする段階は、前記基地局が各グループと各クラスに従属した端末を前記グループと前記クラスごとに独立的にスケジューリングするように構成することができる。
【００１７】
上述した本発明の他の目的を達成するための本発明は、無線通信システムにおける端末のＭＩＭＯ受信方法であって、前記端末を含むグループに対するグループビームフォーミング行列が適用された信号を受信する段階と、前記グループビームフォーミング行列が適用されたレファレンス信号または前記グループビームフォーミング行列が適用されないレファレンス信号を用いて瞬時チャネル情報を生成する段階と、前記瞬時チャネル情報を基地局にフィードバックする段階とを含むＭＩＭＯ受信方法を提供する。
【００１８】
ここで、前記ＭＩＭＯ受信方法は、前記端末が前記基地局から受信したＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）−ＲＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）に基づいて測定された統計的チャネル情報を前記基地局にフィードバックする段階をさらに含み、前記グループビームフォーミング行列は前記統計的チャネル情報を用いて決定されるように構成することができる。
【００１９】
ここで、前記グループビームフォーミング行列は、前記端末が伝送したＳＲＳ（Ｓｏｕｎｄｉｎｇ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）に基づいて決定されることができる。
【００２０】
ここで、前記瞬時チャネル情報は、送信相関行列の支配的な固有ベクトル行列に関する情報、適応型コードブックインデックス、固定型コードブックインデックス、ＳＵ−ＣＱＩ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）、及びＭＵ−ＣＱＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）のうちの少なくとも１つ、グループ干渉測定、ＲＩ（Ｒａｎｋ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００２１】
このとき、前記ＭＩＭＯ受信方法は、前記基地局がＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）モードまたはＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）モードへの動作可否を前記端末に知らせる段階をさらに含み、前記基地局と端末がＳＵ−ＭＩＭＯモードで動作する場合に前記瞬時チャネル情報は前記ＳＵ−ＣＱＩを含み、前記基地局と端末がＭＵ−ＭＩＭＯモードで動作する場合に前記瞬時チャネル情報は端末ごとに１つ以上の前記ＭＵ−ＣＱＩを含むことができる。
【００２２】
ここで、前記統計的チャネル情報に基づいた送信相関行列は互いに類似する端末が１つのグループに分類される。このとき、前記送信相関行列の有効固有ベクトルは互いに類似する端末が１つのグループに分類されると、前記送信相関行列の有効固有ベクトル間の直交性の高いグループが１つのクラスに分類される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるＭＩＭＯ送受信方法においては、端末との間の送信相関行列（ｔｒａｎｓｍｉｔ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘあるいはチャネル共分散行列）の類似性を用いて、端末をグループに分類し、グループ間に類似直交性（ｑｕａｓｉ−ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ）を有するようにすることで、グループが仮想のセクタで動作するようにして、グループごとに独立的なスケジューリングが可能となる。
【００２４】
また、本発明では、上述した仮想セクタ概念により全体端末でない一部の端末に対する独立的スケジューリングが可能となるので（すなわち、グループごとに独立的なスケジューリング）、ＭＵ−ＭＩＭＯ実行のシステム複雑度を著しく低減させることができる。
【００２５】
また、本発明では、グループ特定レファレンス信号（ＧＲＳ：Ｇｒｏｕｐ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＲＳ）を導入することで、ＧＲＳによるＭＵ−ＣＱＩの導入が現実的に可能で、効果的なＭＵ−ＭＩＭＯ実行が可能となる。
【００２６】
また、本発明のＭＩＭＯ送受信方法を利用する場合、固定型コードブックでない端末（あるいは端末グループ）に特定の適応型コードブックを使用することができるので、ＬＴＥのような固定型コードブックに比べてより良い性能を保障することができる。
【００２７】
また、本発明では、ＧＲＳと適応型コードブックによりＦＤＤ方式大規模アンテナシステムのＲＳ及び端末フィードバック資源負担を実現可能な水準に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるＭＩＭＯ送受信方法においてユーザグループ間の空間分離概念を説明するための概念図である。
【図２】３セクタ基地局で１つのセクタ内に位置した端末の位置分布及びスキャタ（ｓｃａｔｔｅｒ）の半径分布を例示した概念図である。
【図３】本発明によるＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明によるＭＩＭＯ送受信方法において端末の分類例を説明するための概念図である。
【図５】本発明によるＭＩＭＯ送受信方法においてブロック対角化の概念を説明するための概念図である。
【図６】本発明によるＣＳＩ測定資源またはスケジューリング資源候補の割り当てに対する一例を説明するための概念図である。
【図７】３−Ｄビームフォーミング技術の概念を説明するための概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な実施形態を有するので、特定の実施形態を図面に例示し詳細に説明する。
【００３０】
しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解すべきである。
【００３１】
本出願に用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いるもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に違わない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除しないものとして理解すべきである。
【００３２】
他に定義しない限り、技術的や科学的な用語を含み、ここに用いるすべての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解できるものと同一意味を有する。一般に用いられる事前に定義されたような用語は、関連技術の文脈上に有する意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであって、本出願で明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味として解釈されない。
【００３３】
本出願で用いる「端末」は、移動局（ＭＳ）、ユーザ装備（ＵＥ；Ｕｓｅｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）、ユーザターミナル（ＵＴ；Ｕｓｅｒ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）、無線ターミナル、アクセスターミナル（ＡＴ）、ターミナル、加入者ユニット（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｕｎｉｔ）、加入者ステーション（ＳＳ；Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｓｔａｔｉｏｎ）、無線機器（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｄｅｖｉｃｅ）、無線通信デバイス、無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ；Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ  Ｕｎｉｔ）、移動ノード、モバイル、または他の用語としても指称されることができる。端末の多様な実施形態は、セルラ電話機、無線通信機能を有するスマートフォン、無線通信機能を有する個人携帯用端末機（ＰＤＡ）、無線モデム、無線通信機能を有する携帯用コンピュータ、無線通信機能を有するデジタルカメラのような撮影装置、無線通信機能を有するゲーミング装置、無線通信機能を有する音楽保存及び再生家電製品、無線インターネット接続及びブラウジングが可能なインターネット家電製品だけではなく、そのような機能の組み合わせを統合する携帯型ユニットまたは端末機を含むことができるが、これに限定されない。
【００３４】
本出願で用いる「基地局」は、一般に端末と通信する固定されているか、または移動する地点を示し、ベースステーション（ｂａｓｅ  ｓｔａｔｉｏｎ）、ノードＢ（Ｎｏｄｅ−Ｂ）、ｅノードＢ（ｅＮｏｄｅ−Ｂ）、ＢＴＳ（ｂａｓｅ  ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）、アクセスポイント（ａｃｃｅｓｓ  ｐｏｉｎｔ）、リレー（ｒｅｌａｙ）及びフェムトセル（ｆｅｍｔｏ−ｃｅｌｌ）などを総称する用語である。
【００３５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３６】
本発明によるＭＩＭＯ送受信方法の概要
本発明によるＭＩＭＯ送受信方法の適用分野は、セルラ通信のアップリンク（ｕｐｌｉｎｋ）及びダウンリンク（ｄｏｗｎｌｉｎｋ）である。
【００３７】
以下の説明において、１つのセルは、Ｍ個のアンテナを有した基地局とそれぞれＮ個のアンテナを有するＫ個のユーザ（端末など）で構成され、各端末の送信アンテナ相関度が高い（すなわち、ａｎｇｌｅ  ｓｐｒｅａｄ（ＡＳ）が小さい）と仮定する。一例として、ダウンリンク都心マクロ及びＬＯＳ（Ｌｉｎｅ  ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ）成分が強いチャネル環境では送信アンテナ相関度が高く形成される。
【００３８】
また、便宜上、Ｋ人のユーザが送信アンテナ相関度の類似性によって空間的に分離されるＧ個のグループに分けられ、各グループにはＫ’人のユーザがいると仮定する。便宜上、すべてのグループが同一数のユーザで構成されることを仮定する。
本発明において考慮することができるチャネルモデルは下記数式１である。
【００３９】
【数１】
0006313715.tif 000002
【００４０】
0006313715.tif 000003
【００４１】
【数２】
0006313715.tif 000004
【００４２】
0006313715.tif 000005
【００４３】
【数３】
0006313715.tif 000006
【００４４】
0006313715.tif 000007
【００４５】
【数４】
0006313715.tif 000008
【００４６】
0006313715.tif 000009
【００４７】
【数５】
0006313715.tif 000010
【００４８】
0006313715.tif 000011
【００４９】
0006313715.tif 000012
【００５０】
図１は、本発明によるＭＩＭＯ送受信方法においてユーザグループ間の空間分離概念を説明するための概念図である。
【００５１】
図１を参照すると、基地局は、Ｍ個のアンテナ素子１０−１、１０−２、…、１０−Ｍからなる大規模アンテナアレイ１０を備える。そして、Ｋ個の活性端末２０−１、２０−２、…、２０−Ｋが存在し、Ｋ個の活性端末はＧ個のグループに分類される。例えば、第１グループ３０−１は第１端末２０−１と第２端末２０−２を含み、第２グループ３０−２は第３端末２０−３を含む。第Ｇグループ２０−Ｇは第Ｋ−１端末２０−（Ｋ−１）と第Ｋ端末２０−Ｋを含む。
【００５２】
0006313715.tif 000013
【００５３】
次に、本発明が提案するＭＩＭＯ送受信方法で得られる瞬時チャネル行列の次元減少を説明する。まずは、Ｋ人のユーザをグループインデックスが表現されるようにする数式６のようにインデクシングすると仮定する。ｇｋはグループｇのｋ番目の端末インデックスを意味する。
【００５４】
【数６】
0006313715.tif 000014
【００５５】
一方、受信相関度が大きい場合、受信機の受信ビームフォーミングあるいは結合（ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）行列を使用することが効果的である。それでは、本発明の送受信方法によりユーザが基地局にフィードバックしなければならない瞬時チャネル行列の次元は下記数式７に示すように減少されることをわかる。
【００５６】
【数７】
0006313715.tif 000015
【００５７】
0006313715.tif 000016
【００５８】
0006313715.tif 000017
【００５９】
ア．基地局が各グループの送信相関行列情報を知っている場合
0006313715.tif 000018
【００６０】
0006313715.tif 000019
【００６１】
大規模アンテナアレイをＬ個のサブアレイ（ｓｕｂａｒｒａｙ）で十分な間隔を置いて配列するとグループｇの送信相関行列はブロック対角行列となる。この場合、各ユーザがフィードバックしなければならないチャネル情報は対角線に位置したブロック行列の固有ベクトルとなるので、フィードバック負担を大きく低減することができる。分散型アンテナシステム（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ａｎｔｅｎｎａ  ｓｙｓｔｅｍ）は、前記Ｌ個のサブアレイに分類された大規模アンテナアレイの特殊な場合に該当すると理解することができる。
【００６２】
0006313715.tif 000020
【００６３】
イ．基地局が各グループの送信相関行列情報を知らない場合
0006313715.tif 000021
あらかじめ定められた固定ビームフォーミングを用いて仮想のセクタを作ってユーザグループを空間分離することができる。このとき、固定ビームフォーミングの一例は、ユニタリ（ｕｎｉｔａｒｙ）ビームフォーミングに基づいた３ＧＰＰ  ＬＴＥ  Ｒｅｌ.１０コードブックとすることができ、ユーザは受信するビームのうちの最も信号が強い単一及び複数個のビームインデックスを基地局にフィードバックすることができ、基地局は該当情報を用いてユーザグループ間干渉が少ないように適切にスケジューリングしなければならない。
【００６４】
ユーザが送信相関行列から抽出した送信ＡＳ（Ａｎｇｌｅ  Ｓｐｒｅａｄ）及びＡｏＤ（Ａｎｇｌｅ  ｏｆ  Ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）を基地局にフィードバックすることもできる。
【００６５】
0006313715.tif 000022
【００６６】
0006313715.tif 000023
【００６７】
0006313715.tif 000024
【００６８】
上述した２段階スケジューリングによりシステムのスケジューリング及びプリコーディング計算の複雑度は非常に大きく減少されることができる。
【００６９】
ダウンリンクパイロットは、２つの形態を有することができる。
【００７０】
一番目は、セクタの全方向に伝送される一般的な形態のパイロットである。一例として３ＧＰＰ  ＬＴＥと同一構造のパイロット信号に従うことができる。
【００７１】
二番目は、ビームフォーミング行列が乗じられたパイロット信号である。ここで、二番目の形態は固定ビームフォーミングの場合、ユーザがビームインデックスを伝送するために必要なパイロット形態である。
【００７２】
大規模ＭＩＭＯアップリンクの問題点は、受信チャネル行列の次元が大きいことにより受信アルゴリズムの計算複雑度が指数的に非常に大きくなるということである。本発明では、この問題を解決するアップリンクの多重ユーザＭＩＭＯ受信方式で上述したダウンリンクの多重ユーザ送信方式の原理を受信方式に適用して得られることを提示する。すなわち、基地局はアップリンクパイロットを介してすべてのチャネル情報を知ることができるので、適切なスケジューリングを介してグループ間の干渉がないように受信ビームフォーミングを行うと、各グループの受信ベクトルの次元が非常に減少し、受信アルゴリズムの計算複雑度を実現可能な水準に低減させることができる。
【００７３】
本発明によるＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法
図２は、３セクタ基地局において１つのセクタ内に位置した端末の位置分布及びスキャタ（ｓｃａｔｔｅｒ）の半径分布を例示した概念図である。以下に、図２を参照して本発明を説明する。 
【００７４】
１．全実行手続き
図３は、本発明によるＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法を説明するためのフローチャートである。
【００７５】
図３を参照すると、本発明によるＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法は、無線通信システムにおける基地局のＭＩＭＯ伝送方法であって、少なくとも１つの端末に対する統計的チャネル情報を得る段階（Ｓ３１０）、前記統計的チャネル情報に基づいて前記少なくとも１つの端末を少なくとも１つのクラス（ｃｌａｓｓ）とクラスに従属した少なくとも１つのグループ（ｇｒｏｕｐ）に分類する段階（Ｓ３２０）、分割された各グループに対するグループビームフォーミング行列を決定する段階（Ｓ３３０）、前記グループビームフォーミング行列に基づいたグループビームフォーミング伝送を前記グループに従属した端末にグループごとに行い、瞬時チャネル情報を得る段階（Ｓ３４０）、及び前記瞬時チャネル情報に基づいて前記端末をスケジューリングし、前記スケジューリングに基づいて前記端末にデータを伝送する段階（Ｓ３５０）を含んで構成される。
【００７６】
以下では、各段階に対して簡単な説明をし、後述する２ないし６項で各段階を構成する動作及び構成要素を説明する。また、固定型コードブック基盤の手続きと適応型コードブック基盤の手続きについても後述する。
【００７７】
段階（Ｓ３１０）において、基地局は、統計的チャネル情報を少なくとも１つの端末からフィードバック受けるか、またはアップリンクＳＲＳを介して測定することができる。統計的チャネル情報は、送信相関行列（ｔｒａｎｓｍｉｔ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘ）、送信相関行列の固有値（ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ）、送信相関行列の固有ベクトル（ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ）、ＡＳ（Ａｎｇｌｅ  Ｓｐｒｅａｄ）、ＡＯＤ（Ａｎｇｌｅ  ｏｆ  Ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）、及び統計的チャネル情報を意味する固定型コードブックから選択された少なくとも１つの長周期ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００７８】
統計的チャネル情報は、基地局であるＣＳＩ−ＲＳを設定して端末に伝送し、基地局が受信したＣＳＩ−ＲＳを介して測定した結果をフィードバックすることによって得られるか、または端末が送信したアップリンクＳＲＳを介して基地局が直接測定するように構成することができる。前記統計的チャネル情報に含まれるそれぞれの情報については後述する。
【００７９】
段階（Ｓ３２０）において、基地局は、前記統計的チャネル情報に基づいて前記少なくとも１つの端末を少なくとも１つのクラスとクラスに従属した少なくとも１つのグループに分類することができる。固定型コードブック基盤の手続きと適応型コードブック基盤の手続きのうちのいずれかの手続きを選択するかによって段階（Ｓ３２０）は異なって構成される。例えば、固定型コードブック基盤手続きを従う場合、端末は固定型コードブックから選択された長周期ＰＭＩを統計的チャネル情報としてフィードバックすることになるが、これは端末が、自分が属するクラスとグループを１次的に指定することを意味する。このとき、基地局は、端末が選択したクラスとグループを無視し、最適のクラスとグループ分類を２次的に再決定して端末に知らせることができる。固定型コードブック基盤手続きを取る場合の詳細な手続きは後述する。また、統計的チャネル情報とグループ／クラス分類については２項で後述する。
【００８０】
段階（Ｓ３３０）においては、分割された各グループに対するグループビームフォーミング行列を決定することになる。
【００８１】
このとき、固定型コードブック基盤の手続きでは、あらかじめ生成されたグループビームフォーミング行列のうちからグループビームフォーミング行列が選択される。一方、適応型コードブック基盤の手続きでは、受信された統計的チャネル情報に基づいてグループビームフォーミング行列が生成される。グループビームフォーミング行列の生成については４項で後述する。
【００８２】
段階（Ｓ３４０）において、基地局は、グループビームフォーミング行列に基づいたグループビームフォーミング伝送を前記グループに従属した端末にグループごとに実行する。そして、基地局は、グループビームフォーミングが適用されたＣＳＩ−ＲＳ信号またはグループビームフォーミングが適用されないＣＳＩ−ＲＳから測定された瞬時チャネル情報を端末からフィードバック受けるか、または端末から受信したＳＲＳを介して瞬時チャネル情報を直接測定することができる。本発明のレファレンス信号については５項で後述する。
【００８３】
このとき、瞬時チャネル状態情報は、暗示的（ｉｍｐｌｉｃｉｔ）フィードバック方式または明示的（ｅｘｐｌｉｃｉｔ）フィードバック方式を用いて基地局にフィードバックされる。
【００８４】
瞬時チャネル情報は、送信相関行列の支配的な固有ベクトル行列に関する情報、適応型コードブックインデックス、固定型コードブックインデックス、ＳＵ−ＣＱＩ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）、及びＭＵ−ＣＱＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）のうちの少なくとも１つ、グループ干渉測定、ＲＩ（Ｒａｎｋ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００８５】
瞬時チャネル情報の具体的なフィードバック方法については、固定型コードブック基盤手続き及び適応型コードブック基盤手続きとともに後述する。
【００８６】
最後に、段階（Ｓ３５０）において、基地局は、グループごとに該当の端末からフィードバック受けた瞬時チャネル情報とスケジューリングアルゴリズムを介してサービスする端末を選定して制御信号とデータを伝送する。
【００８７】
このとき、基地局は、グループごとのビームフォーミング行列が適用されたＤＭ−ＧＲＳ（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｇｒｏｕｐ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＲＳ）をデータとともに端末に伝送し、端末はＤＭ−ＧＲＳを用いてデータを復調することができる。
【００８８】
以下では、本発明によるＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法のうち、固定型コードブック基盤の基地局のＭＩＭＯ伝送方法と適応型コードブック基盤の基地局のＭＩＭＯ伝送方法について詳しく説明する。以下の説明は、基地局の観点で記述されたＭＩＭＯ伝送方法や、これに相応する端末のＭＩＭＯ受信方法を類推して説明することができる。
【００８９】
まずは、固定型コードブック（ｆｉｘｅｄ  ｃｏｄｅｂｏｏｋ）基盤の手続きを説明する。
【００９０】
本発明によるＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ伝送方法の固定型コードブックに基盤した動作の一例は、ＣＳＩ−ＲＳを伝送する段階（１−１）、少なくとも１つの端末のそれぞれから前記ＣＳＩ−ＲＳを介して決定したそれぞれの端末が属するクラス及びグループを指定する情報を受信する段階（１−２）、前記情報に基づいて決定した前記端末のクラスとグループを前記端末に知らせる段階（１−３）、前記決定したクラスとグループに基づいて、各グループごとのビームフォーミング行列を生成したり選択する段階（１−４）、前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳを前記グループごとに伝送する段階（１−５）、前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳに基づいて測定されたチャネル情報を前記端末から受信する段階（１−６）、及び前記チャネル情報に基づいて前記端末をスケジューリングし、前記スケジューリングに基づいて前記端末にデータを伝送する段階（１−７）を含んで構成される。以下では、端末からのチャネル情報フィードバックが暗示的チャネルフィードバック（ｉｍｐｌｉｃｉｔ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）で構成された場合を仮定して説明する。
【００９１】
以下では、各段階についてさらに詳しく説明する。
段階（１−１）において、基地局は、通常的なＣＳＩ−ＲＳを設定して端末に伝送する。このとき、通常的なＣＳＩ−ＲＳは後述するグループごとのビームフォーミング行列が適用されないＣＳＩ−ＲＳを意味するものとすることができる。
【００９２】
0006313715.tif 000025
【００９３】
一方、端末が長周期ＰＭＩとして、クラスとグループを指定する情報を伝送するために基地局は、利用される固定型コードブックに対する情報を端末に提供することができる。例えば、基地局のアンテナ個数及びパターン、基地局の形態（ｕｒｂａｎ／ｒｕｒａｌ、ｍａｃｒｏ／ｍｉｃｒｏ）に応じて多様な固定型コードブックが利用される場合、基地局は利用される固定型コードブックに対する情報を端末に提供することができる。このような固定型コードブックに対する情報は、例えば放送チャネル（ＰＢＣＨ）を利用して端末に伝達することができる。
【００９４】
段階（１−３）において、基地局は、端末からフィードバック受けた情報に基づいて端末をクラスとグループごとに分類する。この過程で基地局のクラス及びグループ再調整を介して段階（１−２）で端末が報告したクラス及びグループとは異なるクラス及びグループが端末に割当されることができる。よって、基地局は、段階（１−２）で端末がいくつかのクラス及びグループを指定する情報をフィードバックするか、基地局のクラス再調整を介して端末が属したクラス及びグループが変化した場合に決定した端末のクラスとグループを該当端末に制御信号を介して知らせることになる。
【００９５】
基地局は、段階（１−４）で前記決定したクラスとグループに基づいて、各グループごとのビームフォーミング行列を生成するか、選択する。このとき、基地局は分類し、各グループに最適のビームフォーミング行列を生成するか、あらかじめ生成されたビームフォーミング行列のうちから最適のビームフォーミング行列をグループごとに選択することができる。基地局は、段階（１−５）で前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳを前記グループごとに伝送する。
【００９６】
段階（１−６）において、端末は、基地局が伝送したグループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳを用いてチャネル情報を測定して基地局に報告する。このとき、チャネル情報は、ＳＵ−ＣＱＩ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）及びＭＵ−ＣＱＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）のうちの少なくとも１つ、短周期のＰＭＩ及びＲＩ（ＲａｎｋＩｎｄｉｃａｔｏｒ）を含んで構成されることができる。
【００９７】
0006313715.tif 000026
【００９８】
最後に、段階（１−７）において、基地局は、前記チャネル情報に基づいて最適の端末の組み合わせを求めて前記端末をスケジューリングし、前記スケジューリングに基づいて前記端末にデータを伝送する。
【００９９】
端末のＭＵ−ＣＱＩに基づいて基地局で最適のスケジューリングを実行する場合、選択された端末はグループ間の干渉が少ないことを意味する。よって、類似直交するＤＭ−ＧＲＳを介して他のグループの選択された端末が同一資源のＤＭ−ＧＲＳを介して各自のデータを復調することができる。他のグループ間の干渉は、類似直交（ｑｕａｓｉ−ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）シーケンスでさらに減少させ、同一グループ内の他のユーザ間の干渉は直交シーケンスを使用して除去することができる。
【０１００】
一方、段階（１−２）における長周期ＰＭＩと段階（１−６）における短周期ＰＭＩで構成される固定型コードブックを生成する設計基準は次のようである。まず、単一極性アンテナ（ｃｏ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を仮定して記述する。
【０１０１】
0006313715.tif 000027
【０１０２】
−各グループ固有ベクトル空間が可能な限り直交するようにする。これはグループ間干渉を減少するためである。
【０１０３】
−各グループのＡｏＤが可能な限り均等配置されるようにする。これは端末の固有ベクトル空間と端末が属したグループの固有ベクトル空間間に不一致を最小化するためである。
【０１０４】
0006313715.tif 000028
【０１０５】
上述したコードブックは単一極性アンテナ（ｃｏ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を仮定する。一方、二重極性アンテナの場合には、２つの極性アンテナアレイを独立的に処理して１つの極性当たりにＭ／２個のビームベクトルを有し、前記と同様に長周期ＰＭＩと短周期ＰＭＩを構成することができる。また、ＬＴＥ方式のようにｃｏ−ｐｈａｓｉｎｇパラメータを置いて２つの極性アンテナのビーム間にｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇを誘導することができる。しかし、この場合、端末がＭＵ−ＣＱＩを計算するために、少なくともグループ内の他のユーザ干渉を正確に推定しなければならない。そのために、端末はグループ内の他のユーザのｃｏ−ｐｈａｓｉｎｇパラメータの場合の数による複数個のＭＵ−ＣＱＩを計算し、それぞれにｃｏ−ｐｈａｓｉｎｇパラメータをフィードバックして基地局がグループ内のユーザをスケジューリングするようにする。このとき、端末は、一番目のＭＵ−ＣＱＩとこれに基づいて残りＭＵ−ＣＱＩのオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）のみを伝送することで、フィードバックビット数を低減することができる。
【０１０６】
0006313715.tif 000029
【０１０７】
次に、適応型コードブック（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｃｏｄｅｂｏｏｋ）基盤の手続きを説明する。
【０１０８】
本発明によるＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ伝送方法の、適応型コードブック基盤の動作の一例は、少なくとも１つの端末に対する統計的チャネル情報を得る段階（２−１）、前記統計的チャネル情報に基づいて、前記少なくとも１つの端末をクラスとグループに分類し、各グループごとのビームフォーミング行列を生成する段階（２−２）、前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳを前記グループごとに伝送する段階（２−３）、前記グループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳに基づいて測定されたチャネル情報を前記端末から受信する段階（２−４）、及び前記チャネル情報に基づいて前記端末をスケジューリングし、前記スケジューリングに基づいて前記端末にデータを伝送する段階（２−５）を含んで構成されることができる。
【０１０９】
以下では、各段階についてより詳しく説明する 。
段階（２−１）において、基地局は、少なくとも１つの端末に対する統計的チャネル情報を得ることができる。このとき、基地局は、端末が送信するＳＲＳ（Ｓｏｕｎｄｉｎｇ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｉｇｎａｌ）を用いて統計的チャネル情報獲得を測定するか、長周期のＣＳＩ−ＲＳを端末に伝送し、端末が測定した統計的チャネル情報をフィードバックすることができる。このとき、統計的チャネル情報の一例は、端末の固有ベクトル行列とすることができる。または、統計的チャネル情報の他の例は、端末のＡＳ（Ａｎｇｌｅ  Ｓｐｒｅａｄ）とＡｏＤ（Ａｎｇｌｅ  ｏｆ  Ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）とすることができる。
【０１１０】
0006313715.tif 000030
【０１１１】
0006313715.tif 000031
【０１１２】
段階（２−４）において、端末は、基地局が伝送したグループごとのビームフォーミング行列が適用されたＣＳＩ−ＲＳを用いてチャネル情報を測定して基地局に報告する。このとき、チャネル情報は、ＳＵ−ＣＱＩ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）及びＭＵ−ＣＱＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ  ＣＱＩ）のうちの少なくとも１つ、短周期のＰＭＩ及びＲＩ（Ｒａｎｋ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を含んで構成されることができる。
【０１１３】
このとき、チャネル情報のうちのＭＵ−ＣＱＩの決定方法とチャネル情報のシグナリング方法は、上述した固定型コードブックの場合と同じなので、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
最後に、段階（２−５）において、基地局は前記チャネル情報に基づいて最適の端末組み合わせを求めて前記端末をスケジューリングし、前記スケジューリングに基づいて前記端末にデータを伝送する。
【０１１５】
端末のＭＵ−ＣＱＩに基づいて基地局で最適のスケジューリングを実行する場合、選択された端末はグループ間の干渉が少ないことを意味する。よって、類似直交するＤＭ−ＧＲＳを介して他のグループの選択された端末が同一資源のＤＭ−ＧＲＳを介して各自のデータを復調することができる。他のグループ間の干渉は、類似直交（ｑｕａｓｉ−ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）シーケンスでさらに減少させ、同一グループ内の他のユーザ間の干渉は直交シーケンスを使用して除去することができる。
【０１１６】
上述したＣＳＩ−ＧＲＳとＤＭ−ＧＲＳは、資源節減のために別途の資源を使用せずに、１つのＧＲＳ（Ｇｒｏｕｐ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＲＳ）に統合されて用いることができる。すなわち、ＤＭ−ＧＲＳがＣＳＩ−ＧＲＳの役割をすることができる。この場合、前記端末がＳＵ−ＭＩＭＯにとして動作するように指示を受けたら、ＧＲＳを介して自分のＰＤＳＣＨを復調することができる。これを解決するために、基地局は、ＣＳＩ用途のＧＲＳを一例として、５ｍｓ周期で伝送するサブフレームでは別途の資源を使用してＳＵ−ＣＱＩ基盤の類似直交ＤＭ−ＲＳを伝送して端末がＰＤＳＣＨを復調するようにする。
【０１１７】
２．端末分類（ＵＥ  ｇｒｏｕｐｉｎｇ）
１）統計的チャネル情報
本項は、上述した本発明によるＭＩＭＯ送受信方法の核心段階のうちの１つの統計的チャネル情報による端末分類について記述する。まず、基地局はＣＳＩ−ＲＳを介して統計的チャネル情報をフィードバックするか、アップリンクＳＲＳを介して獲得する。統計的チャネル情報は、次のような形態を取ることができる。
【０１１８】
−送信相関行列（ｔｒａｎｓｍｉｔ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘあるいは、チャネル共分散行列）
−送信相関行列の有効な固有値、固有ベクトル
−ＡＳ（ａｎｇｌｅ  ｓｐｒｅａｄ）、ＡｏＤ（ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）
−前記端末の統計的チャネル情報を意味する長周期のＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）
【０１１９】
0006313715.tif 000032
【０１２０】
２）端末分類手続き
0006313715.tif 000033
【０１２１】
このように分類されたクラスは、それぞれ異なった時間／周波数資源を使用するのに対して、１つのクラス中のグループは同一時間／周波数資源が割り当てられる。クラスの数をＴとする。
【０１２２】
0006313715.tif 000034
【０１２３】
【数８】
0006313715.tif 000035
【０１２４】
0006313715.tif 000036
【０１２５】
0006313715.tif 000037
【０１２６】
【数９】
0006313715.tif 000038
【０１２７】
0006313715.tif 000039
【０１２８】
0006313715.tif 000040
【０１２９】
図４は、本発明によるＭＩＭＯ送受信方法において端末の分類例を説明するための概念図である。
【０１３０】
図４は、上述の図２を介して例示された端末及びｓｃａｔｔｅｒｅｒ分布例の場合、本発明により端末がどのように分類されるかを示す。
【０１３１】
図４を参照すると、点線で図示した円はクラス１と分類された端末の位置とｓｃａｔｔｅｒｅｒの円を示し、実線で図示した円はクラス２の端末を示す。クラス１は、４個のグループからなり、クラス２は３個のグループからなる。点線で図示した線と実線で図示した線は、各グループの直交ビームを形成するのに用いる基準角を示す。
【０１３２】
したがって、各クラスに属する端末の円は、該当点線または実線で図示した線を中心に位置するように、端末分類したことを示す。また、クラス１のうち斜線に満たされた円２つが１つのグループをなすことを示す。
【０１３３】
全体端末の数が十分でない場合、クラス当たりの端末の数は減少し、それとともに、グループ当たりの端末の数も比例して減少される。これは、本発明によるＭＩＭＯ送受信方法の周波数効率を落とす結果をもたらすが、結局、セル内の端末数が少ないということはシステム負荷が小さくて、小さい周波数効率でもサービスには問題ないとのことを意味する。
【０１３４】
また、本発明が適用されるような大規模アンテナＭＩＭＯ技術は、多くのユーザを同時に同一資源でサービスすることとシステムピークタイム（ｐｅａｋ  ｔｉｍｅ）の過度な負荷に耐えるようにしてＱｏＥ（ユーザ体感指数）を高めようとする目的があるので、本発明は端末の数が同一資源として同時にサービスするレイヤ数ｓよりも１０倍程度多いと仮定してもよい。また、多重アンテナ端末の場合、各アンテナを別途のユーザと見てスケジューリングすることができるので、先のｓに対する仮定は現実的なものである。
【０１３５】
上述した端末分類は、端末に伝送される送信信号のｒａｙがＡＳほど広がっている場合を仮定して記述した。一方、基地局周辺に高いビルのようなｓｃａｔｔｅｒがあるか、マイクロセル基地局の場合、送信信号のｒａｙが２つ以上のＡｏＤとＡＳを有して送信することができる。この場合、該当端末は２つ以上のグループに属し、端末は該当のグループに分類されて管理され、各グループで必要な端末フィードバックを実行する。
【０１３６】
また、上述した端末分類は、基地局がすべての端末の統計的チャネル情報を知っていると仮定する。一方、このような仮定が成り立たない場合、基地局は端末分類のために端末から統計的チャネル情報のフィードバックを必要とする。一例として、基地局が長周期のＣＳＩ−ＲＳを伝送し、端末が固定型コードブックに基づいて統計的チャネル情報をフィードバックするか、ＡＳとＡｏＤを推定してフィードバックする方式で基地局は端末の統計的チャネル情報を獲得する。基地局は、端末フィードバックを参考して上述の端末分類を施行する。
【０１３７】
このとき、基地局の判断によって端末は自分がフィードバックしたＡｏＤに該当するグループに分類せずに、システム的により適合した他のクラス及びグループに分類されることができる。よって、このような場合、基地局は端末に自分が属するクラスとグループを知らせるべきである。
【０１３８】
３．グループビームフォーミング行列
１）グループビームフォーミング行列生成
0006313715.tif 000041
【０１３９】
【数１０】
0006313715.tif 000042
【０１４０】
このようなグループビームフォーミング行列は、グループ分類を介してグループビームフォーミング行列が互いに類似直交することになって、数式８を満たす。窮極的にグループビームフォーミング行列は数式８を満たすことができ、本発明の大規模ＭＵ−ＭＩＭＯ実行をＲＳ及び端末フィードバック資源負担を最小化させながら可能とさせる。
【０１４１】
0006313715.tif 000043
【０１４２】
２）ブロック対角化（Ｂｌｏｃｋ  Ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）
図５は、本発明によるＭＩＭＯ送受信方法においてブロック対角化の概念を説明するための概念図である。
【０１４３】
図５を介して特定グループｇに対するブロック対角化を概念的に説明される。
【０１４４】
0006313715.tif 000044
【０１４５】
次の段階として投影された自分信号の部分空間での固有ベクトルを計算する。このような固有ベクトルは、他のグループの固有ベクトルと直交性を維持しながら投影された自分の部分空間において最適のビームフォーミング行列をなす（ある程度歪曲がある固有ビームフォーミング（ｅｉｇｅｎ−ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）に該当するので、暗示的チャネルフィードバック基盤のＭＵ−ＭＩＭＯビームフォーミング方式において最適に近いといえる）。
【０１４６】
0006313715.tif 000045
【０１４７】
0006313715.tif 000046
【０１４８】
【数１１】
0006313715.tif 000047
【０１４９】
0006313715.tif 000048
【０１５０】
【数１２】
0006313715.tif 000049
【０１５１】
0006313715.tif 000050
【０１５２】
【数１３】
0006313715.tif 000051
【０１５３】
0006313715.tif 000052
0006313715.tif 000053
【０１５４】
４．レファレンス信号（ＲＳ）
１）ＣＳＩ−ＲＳ
本発明におけるＣＳＩ−ＲＳは、統計的チャネル情報のフィードバックのために存在し、瞬時チャネル情報のフィードバックのためのＲＳは、下記するＧＲＳである。したがって、もし基地局がアップリンクＳＲＳを介して十分に統計的チャネル情報を獲得することができれば本発明ではＣＳＩ−ＲＳを別に必要としない。
【０１５５】
もしＳＲＳだけで統計的チャネル情報の推定が困難であれば送信アンテナ数Ｍを最大６４個まで考慮した場合、今後ＬＴＥのＣＲＳ（Ｃｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＲＳ）伝送がなくなったらＣＲＳ伝送のために用いられた資源がＣＳＩ−ＲＳの伝送のために用いられることができる。
【０１５６】
このようなＣＳＩ−ＲＳは、端末の瞬時チャネル推定及びフィードバックでなく、統計的チャネル情報推定及びフィードバックのためのものであって、従来のＣＳＩ−ＲＳよりさらに長周期で伝送することができる。
【０１５７】
２）Ｇｒｏｕｐ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＲＳ（ＧＲＳ）
0006313715.tif 000054
【０１５８】
(1) ＳＩ−ＲＳの機能
0006313715.tif 000055
【０１５９】
(2) ＤＭ−ＲＳの機能
0006313715.tif 000056
【０１６０】
一例として、端末がランク２で２つのＣＱＩ及びＰＭＩをフィードバックした場合、基地局が実際にいくつのランクとどのようなＰＭＩで伝送されたかを知るために、端末は３つの場合（ランク２でＰＭＩ１、ＰＭＩ２すべて使用、ランク１でＰＭＩ１使用、ランク１でＰＭＩ２使用）についてそれぞれ検出した後、ｐｏｓｔ  ＳＩＮＲを計算して正しいランクとＰＭＩを知ることができる。
【０１６１】
ＧＲＳが相関復調（ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の基準信号となることは自明である。一クラスに従したすべてのグループが同一ＧＲＳ資源を再使用することができ、このとき、各グループ別に類似直交シーケンスを使用する。また、グループ内に同時にスケジューリングされた端末は、互いに異なる直交シーケンスとして区分する。一例として、各グループで４個の端末をスケジューリングするとシーケンス長さ４の直交シーケンスが必要である。
【０１６２】
ＧＲＳ資源位置は、従来ＤＭ−ＲＳの資源位置を用いることができる。また、ＧＲＳの資源は、グループ間の資源再使用により従来のようにスケジューリングされた端末数ほど必要とせず、同時にスケジューリングされた端末数をグループ数で割った分の資源が必要となる。一例として、１６個の端末を４個グループに割って同時にスケジューリングすると、１６個のＧＲＳ資源でない４個のＧＲＳ資源が必要とされる（端末当たり１つのレイヤを割り当てる場合）。
【０１６３】
ＧＲＳをＣＳＩ−ＲＳ機能で使用する場合の長所として最も高い周期性がある。従来のＣＳＩ−ＲＳは、最小伝送周期が５ｍｓであるのに対し、ＧＲＳは必要に応じて（最小でない固定された）周期を５ｍｓ以下とするのに無理がない。これは、ＧＲＳはＤＭ−ＲＳのように、該当クラスの資源が割り当てられるサブフレームごとに送信されるからである。また、ＤＭ−ＲＳは、端末に該当資源が割り当てられるときだけ存在するが、ＧＲＳは同一グループの他の端末が該当資源を割り当てられるときも存在するので、端末が該当資源を割り当てられないときにも復調基準信号でチャネル推定をより正確に行うことができる長所がある。
【０１６４】
一方、ＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄのＣＳＩ−ＲＳとＤＭ−ＲＳの形態に応じてＧＲＳをＣＳＩ−ＧＲＳとＤＭ−ＧＲＳに別に置くことも考慮することができる。この場合、ＲＳオーバーヘッドが追加で必要とされる問題がある。また、ＤＭ−ＧＲＳを別に置くと、基地局で端末がフィードバックしたＧＢＦのビームフォーミングベクトルでない他のプリコーディング行列に伝送することができるが、これによる利得は非常に制限的であると判断される。
【０１６５】
５．端末フィードバック
本明細書では、暗示的端末フィードバックを主として端末フィードバックを記述したが、明示的端末フィードバックは最後に簡単に記述するものとする。
【０１６６】
１）固有ベクトル行列
0006313715.tif 000057
【０１６７】
0006313715.tif 000058
【０１６８】
0006313715.tif 000059
【０１６９】
２）適応型コードブック
本発明のための暗示的端末フィードバックのコードブックとしてＬＴＥの固定コードブックとは異なった適応型（ａｄａｐｔｉｖｅ）コードブックが用いられる。すなわち、コードブックをなすビームフォーミングベクトルがグループ（等価的に端末）に特定のものであるので、各グループ、クラスごとに異なり、時間（端末の移動及び活性／非活性）により最も遅く変わる性質を有する。
本発明の適応型コードブックは、下記数式１４に表現することができる。
【０１７０】
【数１４】
0006313715.tif 000060
【０１７１】
0006313715.tif 000061
【０１７２】
【数１５】
0006313715.tif 000062
【０１７３】
0006313715.tif 000063
【０１７４】
次は、二重極性（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）アンテナに適合なＲｅｌ．１０デュアルコードブックに合わせて適応型コードブックを提案し、ＰＭＩフィードバック資源所要量を計算する。端末のランクが１である場合（あるいは、基地局が各端末に１つのレイヤだけ割り当てる場合）、クラスｔ、グループｇの適応型コードブックは次のようである。
【０１７５】
【数１６】
0006313715.tif 000064
【０１７６】
0006313715.tif 000065
【０１７７】
本明細書では、必ず必要でない限り、すべての数式でクラスを示す上添え字（ｔ）を便宜上、省略して記述する。
【０１７８】
３）固定型コードブック
本発明のさらに他の形態のコードブックとしてＬＴＥのような固定型コードブックを設計することができる。上述した適応型コードブックは、基地局がすべての端末の送信相関行列を知っているとの仮定の下で基地局が端末分類を行って現在セル内の端末に最適化されたコードブックを設計してＧＲＳに伝送し、これを端末が測定して自分に最も好ましいビームフォーミングベクトルをフィードバックする構造である。ここで、基地局がＳＲＳだけを用いて端末の送信相関行列を推定する場合に、端末は自分の送信相関行列を知る必要性がない。
【０１７９】
一方、固定型コードブックは、基地局がすべての端末の送信相関行列が把握していると仮定せず、あらかじめ決定された制限的なコードブックが設計されて端末が先に最も長周期のＣＳＩ−ＲＳを介して把握できる自分の送信相関行列を推定し、自分にコードブックに基づいて最も好ましいビームフォーミングベクトルを選択してフィードバックする方式である。本コードブックの特徴は、端末と特定グループとの間の類似性及びグループとの間の直交性を満たすように設計したものである。
【０１８０】
一例として、端末のＡＳを５°、１０°、２０°、２０°以上の４段階に分けて分類すると、それぞれのＡＳにおいて１２０°の範囲を有する１つのセクタとして構成することができる（すなわち、類似直交する）グループの数は、４、３、２、１となることができる。すなわち、ＡＳを５°として仮定すると、１つのセクタにおいて４個のグループに該当する４個のビームフォーミング行列を形成することになる。このようなビームフォーミング行列集合（すなわち、コードブック）を形成する方式は、一例としてｏｎｅ−ｒｉｎｇチャネルモデルを仮定して設計することができる。
【０１８１】
次は、コードブック設計に関することである。好ましいコードブックを設計するためには尺度を明確にすべきである。一例として、本明細書では、直交性に関する尺度を下記数式１７のように定義する。
【０１８２】
【数１７】
0006313715.tif 000066
【０１８３】
0006313715.tif 000067
【０１８４】
【数１８】
0006313715.tif 000068
【０１８５】
0006313715.tif 000069
【０１８６】
0006313715.tif 000070
【０１８７】
【数１９】
0006313715.tif 000071
【０１８８】
0006313715.tif 000072
【０１８９】
0006313715.tif 000073
【０１９０】
0006313715.tif 000074
【０１９１】
４）ＭＵ−ＣＱＩ
本チャネル情報フィードバックは、上述した長周期の端末フィードバックとは異なって瞬時（ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ）フィードバックである。ＬＴＥのＣＱＩフィードバックは、ｓｉｎｇｌｅ−ｕｓｅｒ（ＳＵ）ＭＩＭＯをｂａｓｅｌｉｎｅにするＳＵ−ＣＱＩである。すなわち、同一資源にスケジューリングされる他の端末による干渉に対する情報がないＣＱＩをフィードバックする。一方、ＭＵ−ＭＩＭＯで他の端末による干渉を考慮したＭＵ−ＣＱＩの必要性と、これによる利得が非常に大きいことが広く開示されている。よって、従来ＬＴＥでは、一例として実現上のｐｒｅｄｉｃｔｅｄ  ＭＵ−ＣＱＩを計算してＭＵ−ＣＱＩを大略的に推定したが、正確なＭＵ−ＣＱＩとは差が大きくなる可能性がある。
【０１９２】
0006313715.tif 000075
【０１９３】
【数２０】
0006313715.tif 000076
【０１９４】
0006313715.tif 000077
【０１９５】
0006313715.tif 000078
【０１９６】
0006313715.tif 000079
【０１９７】
−端末フィードバック方法のうち適応型コードブック方法で言及したように、ＬＴＥのようにコードブックに制限を置いて固定された特定組み合わせのみを使用することである。
【０１９８】
ＭＵ−ＣＱＩをフィードバックするのに必要されるビット数は、従来ＬＴＥ  ＳＵ−ＣＱＩの数値と同様にするｋとができる。
【０１９９】
一方、端末がフィードバックされるべきＰＭＩは、前記数式２０を最大化するインデックスｍに該当する。
【０２００】
５）グループ干渉測定
0006313715.tif 000080
【０２０１】
【数２１】
0006313715.tif 000081
【０２０２】
0006313715.tif 000082
【０２０３】
６）ＲＩ
上述したように、本発明は、送信アンテナと活性端末の数が多いシナリオにおいてＭＵ−ＭＩＭＯに最適化された適応型ビームを活用するので、基地局がすべてのＭＩＭＯ対象資源に対してＭＵ−ＭＩＭＯにスケジューリングする確率が非常に高くなる。このようなＭＵ−ＭＩＭＯの場合、基地局は、通常的に端末のランクを１あるいは２に制限してシステム容量を増大しようする。逆に、端末の数が少ない場合、基地局は、端末がＳＵ−ＣＱＩにフィードバックされるようにしてシステム容量を増大しようとする。
【０２０４】
基地局が設定したランクが２である場合、端末は２つのコードワードに該当するＣＳＩフィードバックを行うので、基地局は各グループに従する端末のフィードバックを確認し、スケジューリングされた端末に実際にランク１で伝送するか、２で伝送するかを決定することができる。
【０２０５】
７）明示的端末フィードバック
0006313715.tif 000083
【０２０６】
0006313715.tif 000084
【０２０７】
６．ダウンリンク制御信号
従来のＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄのダウンリンク制御信号外に、次のような新たな制御信号が必要である。この制御信号は、ＣＳＩ測定資源（すなわち、スケジューリング資源候補）に関するものである。
【０２０８】
大規模送信アンテナシステムは、従来システムに比べて非常に多い活性端末を同時に収容することを意味する。ＬＴＥシステムは、端末にて全周波数帯に対してＣＳＩを測定して報告させることを基本モードの１つとする。しかしながら、活性端末の数が非常に大きくなると、このようなＣＳＩフィードバックオーバーヘッドはシステムで耐えることができない。よって、本発明では、このような問題を解決するためにＣＳＩ測定資源をクラスごとに割り当てる方法を適用することができる。
【０２０９】
ＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄダウンリンクＭＩＭＯ送信方式において基地局は端末のＣＳＩ測定資源をＲＲＣメッセージに伝送し、この情報は端末が活性状態のうちは変わらない。一方、本発明では、端末をクラスごとに分類（ｐｒｅ−ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）し、端末の該当クラスは、端末の移動あるいはクラス間の負荷バランシング（ｌｏａｄ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ）によって変更されることができる。
【０２１０】
また、基地局は、クラスごとに別途の資源を割り当てるので、端末が活性状態のうちにクラスが変化することで、ＣＳＩ測定及びスケジューリング資源が変化することができる。ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄと異なってＣＳＩ測定資源が活性状態中に変化することができるので、本発明によるＣＳＩ測定資源制御信号は、ＲＲＣメッセージよりはＭＡＣメッセージ性格に符合する。
【０２１１】
図６は、本発明によるＣＳＩ測定資源またはスケジューリング資源候補の割り当てに対する一例を説明するための概念図である。
【０２１２】
図６は、クラスの数が４の場合である。クラスごとに別途の資源が割り当てられた場合を例示している。例えば、左側斜線に区別された資源６０１がクラス１に割り当てられ、右側斜線に区別された資源６０３がクラス３に割り当てられることができる。クラス数と割当資源の大きさは、端末の分布によってｓｅｍｉ−ｓｔａｔｉｃ（おおよそ、数分〜数十分）に変化される。
【０２１３】
本発明においてＣＳＩ測定資源制御信号をシグナリングする方法には、次のように２つの方法があり得る。
【０２１４】
１）クラスＩＤ（ＲＮＴＩ）を利用する場合
基地局は、各端末にＭＡＣメッセージを介してすべてのクラス別にＣＳＩ測定資源あるいはスケジューリング資源マップ／モードを伝達し、各端末に自分のクラスＲＮＴＩを知らせる。端末の移動などによって端末のクラスが変化すると、基地局はＭＡＣメッセージに変化したクラスＲＮＴＩのみシグナリングし、端末は該当クラスの資源を把握することができる。また、クラスＲＮＴＩがあれば、クラス、グループごとにｍｕｌｔｉｃａｓｔが可能である。
【０２１５】
２）クラスＩＤ（ＲＮＴＩ）を利用しない場合
基地局は、各端末が該当するクラスのＣＳＩ測定資源をＭＡＣメッセージで知らせ、端末の移動などによるクラス変化によって変化したクラスのＣＳＩ測定資源を知らせる。
【０２１６】
前記１）の場合、端末が自分のＧＲＳシーケンスが把握するために、グループＩＤ（ＲＮＴＩ）を必要とする。基地局は、セルＩＤ、グループＩＤを含むＧＲＳシーケンスの決定式を構成して端末がセルＩＤ、グループＩＤだけでＧＲＳシーケンスが把握できるようにすることができる。クラスごとに別途の資源を用いることで、ＧＲＳシーケンスをクラスＩＤごとに区分する必要はない。また、本発明では、ＧＲＳを、端末に特定の適応型コードブックを用いることで、ＰＭＩとＧＲＳシーケンスとが一対一マッピングされる。上記のＧＲＳを説明した部分で記述したように、本発明では端末が暗示的に自分のビームフォーミング行列が把握することができる。したがって、ＧＲＳシーケンスは、従来のＤＭ−ＲＳシーケンスと異なってＰＤＣＣＨを介して動的に割り当てられる必要はない。
【０２１７】
一方、本発明において、ＲＩは、ＰＭＩのように基地局が端末にＰＤＣＣＨを介して明示的に知らせる必要がない場合もある。基地局は、端末がフィードバックしたＲＩを参考して該当の端末に実際に伝送するレイヤ数を決定して伝送することになる。端末は、ＰＭＩに対する簡単な検出テストのような過程によりｐｏｓｔ−ＳＩＮＲを計算して実際基地局で送信されたレイヤ数を知ることができる。
【０２１８】
７．スケジューリング
本発明において、グループは、グループ分類による仮想セクタとすることができる。すなわち、基地局は、スケジューリングを各クラス及びグループごとに独立的に実行することでよい。基地局は、ＭＵ−ＣＱＩ部分で説明したように、特定グループに属したすべての活性端末からＭＵ−ＣＱＩをフィードバックする。基地局の運用するスケジューリングは、各端末の公正性（ｆａｉｒｎｅｓｓ）を示す加重値（ｗｅｉｇｈｔ）がこのＭＵ−ＣＱＩに乗じられたｕｔｉｌｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎを最大化する端末の組み合わせを求める過程に該当する。一例として、一部端末が同一のビームフォーミングベクトル（ＰＭＩ）をフィードバックするか、または複数個のビームフォーミングベクトルをフィードバックする場合にも各端末ごとに加重値（公正性（ｆａｉｒｎｅｓｓ）のために一般的に特定端末の累積された受信データ量が多くなると、それに比例して該当の加重値が小さくなる。）が乗じられてｕｔｉｌｉｔｙ  ｆｕｎｃｔｉｏｎを最大化する端末の組み合わせを求めればよい。
【０２１９】
８．３−Ｄビームフォーミング
本明細書は、今まで大規模送信アンテナを水平軸に並べるビームフォーミングのみを考慮した。さらにアンテナ配列を垂直軸に増やす大規模送信アンテナシステムも考慮することができ、水平軸と垂直軸の空間すべてを活用したビームフォーミング技術を３−Ｄ（３次元）ビームフォーミングとする。
【０２２０】
図７は、３Ｄビームフォーミング技術の概念を説明するための概念図であって、都心高層ビルに位置したマクロ基地局により水平軸と垂直軸の空間全部を活用したビームフォーミングを実行する概念を図示したものである。
【０２２１】
本項では、上述の水平軸ビームフォーミングを勘案した本発明のＭＩＭＯ送信概念を垂直軸にも確張した３−Ｄビームフォーミング技術を紹介する。
【０２２２】
まず、３−ＤビームフォーミングのためのＣＳＩ−ＲＳの構造とＰＭＩフィードバックスキーム（ｓｃｈｅｍｅ）について簡単に説明する。
【０２２３】
長周期ＣＳＩ−ＲＳ構造の場合、基地局が２次元アンテナアレイによって水平軸／垂直軸にそれぞれ複数個のアレイがあっても端末の統計的チャネル特性である固有ベクトル行列は、水平軸で１つ、垂直軸に１つとなると見られる。よって、長周期のＣＳＩ−ＲＳがすべての２次元アンテナ要素ごとにある必要がなく、水平軸に１つの行、垂直軸に１つの列が用いられて伝送されればよい。
【０２２４】
短周期ＣＳＩ−ＲＳ構造の場合、端末の固有ベクトル行列は、上述のような構造を有するが、短周期のフェーディングチャネルは水平軸／垂直軸にそれぞれ複数個のアレイが異なることもある。よって、短周期のＣＳＩ−ＲＳは、すべての２次元アンテナ要素ごとに伝送される必要がある。
【０２２５】
長周期ＰＭＩフィードバックの場合、長周期ＰＭＩは、長周期ＣＳＩ−ＲＳに合わせて水平軸に１つの長周期ＰＭＩ（水平軸クラス及びグループＩＤ）、垂直軸に１つの長周期ＰＭＩ（垂直軸クラス及びグループＩＤ）で構成される。
【０２２６】
短周期ＰＭＩフィードバックの場合、短周期ＰＭＩはすべての２次元アンテナ要素ごとに異なることもあるので、水平軸に複数個の短周期ＰＭＩ、垂直軸に複数個の短周期ＰＭＩがフィードバックされる。
【０２２７】
１）チャネルモデル
0006313715.tif 000085
ｎｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎとしてそれぞれ表現される。
【０２２８】
【数２２】
0006313715.tif 000086
【０２２９】
0006313715.tif 000087
【０２３０】
【数２３】
0006313715.tif 000088
【０２３１】
前記３次元送信相関行列により、垂直／水平グループ（ｇ、ｌ）に属する端末のチャネルベクトルは下記数式２４のように示される。
【０２３２】
【数２４】
0006313715.tif 000089
【０２３３】
２）ビームフォーミング行列
３−Ｄ送信ベクトルは  下記数式２５のように示される。
【０２３４】
【数２５】
0006313715.tif 000090
【０２３５】
0006313715.tif 000091
【０２３６】
【数２６】
0006313715.tif 000092
【０２３７】
前記数式２６の関係を利用して垂直／水平グループ（ｌ、ｇ）の受信ベクトルは下記数式２７のように示される。
【０２３８】
【数２７】
0006313715.tif 000093
【０２３９】
0006313715.tif 000094
【０２４０】
【数２８】
0006313715.tif 000095
【０２４１】
前記数式によって本発明による２次元ビームフォーミング行列のように最適の３次元ビームフォーミング行列は次のようである。
【０２４２】
【数２９】
0006313715.tif 000096
【０２４３】
３）コードブック
３次元ビームフォーミングのグループは、２次元ビームフォーミングの（水平軸）グループが垂直／水平軸グループに細分化されたものに該当するので、クラスｔのコードブックは垂直軸を含んで次のように示される。
【０２４４】
【数３０】
0006313715.tif 000097
【０２４５】
数式２５に示すように、３次元ビームフォーミング行列は次のように示される。
【０２４６】
【数３１】
0006313715.tif 000098
【０２４７】
0006313715.tif 000099
【０２４８】
【数３２】
0006313715.tif 000100
【０２４９】
0006313715.tif 000101
【０２５０】
最後に、端末分類、ＧＲＳ、端末フィードバックなどは、２次元ビームフォーミングと同一概念として自然に拡張にされ、本明細書では明示しない。
【０２５１】
本発明によるＦＤＤ方式アップリンクＭＩＭＯ送受信方法
以下では、上述したＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ送信概念をアップリンクＭＵ−ＭＩＭＯ送信に確張することを扱う。
【０２５２】
１．アップリンクＭＩＭＯ受信信号
以下では、すべての端末がＮ個の多重アンテナを有し、便宜上、それぞれＮｓ個のデータストリームを伝送すると仮定する。この場合、アップリンクＭＵ−ＭＩＭＯで基地局の受信信号は次のようである。
【０２５３】
【数３３】
0006313715.tif 000102
【０２５４】
0006313715.tif 000103
【０２５５】
２．アップリンクＭＩＭＯの特徴
上述のＦＤＤ方式ダウンリンク大規模アンテナＭＵ−ＭＩＭＯシステムでの問題点は、ＲＳとＣＳＩフィードバックであって、本発明はこれを解決することを主な目的にする。一方、アップリンク大規模アンテナＭＵ−ＭＩＭＯシステムの問題はダウンリンクとは異なって次のようである。
【０２５６】
１）システム計算複雑度
大規模アンテナシステムは、上述のように、ピークタイム（ｐｅａｋ  ｔｉｍｅ）にユーザが殺到するシステムの過負荷問題を解決することができる。これは、従来システムに比べてセル内のユーザ人口に比べてユーザのデータ送受信活動が非常に活発な場合を意味する。これにより、アップリンク大規模アンテナＭＵ−ＭＩＭＯシステムの最大の問題は計算複雑度である。
【０２５７】
アップリンクＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、基地局は端末のＳＲＳを介してダウンリンクに比べて非常に好ましいＣＳＩ推定値を得ることができ、これを介して受信端でＭＵ−ＭＩＭＯを実行することができる。
【０２５８】
【数３４】
0006313715.tif 000104
【０２５９】
従来のアップリンクＭＵ−ＭＩＭＯは、２つ以上端末の瞬時チャネル間の直交性が確保されれば、すなわち前記数式３４が満たされると該当端末をＭＵ−ＭＩＭＯにスケジューリングした。
【０２６０】
0006313715.tif 000105
【０２６１】
したがって、本発明によるアップリンクＭＩＭＯ送受信技術は、システムの計算複雑度を実現可能な水準に維持したまま、アップリンクＭＵ−ＭＩＭＯを実行するようにすることにその目的がある。
【０２６２】
２）アップ／ダウンリンクチャネル相関行列の直交性保存
本発明によるダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法の概念をアップリンクＭＵ−ＭＩＭＯ方式に確張するのにおいて、ダウンリンクで１つのグループに結ばれた端末がアップリンクでも同一グループとして分類されてＭＵ−ＭＩＭＯを実行することができれば、あるいはその逆の場合も同様に、非常に有用とされる。これをよって、端末分類による基地局の計算複雑度が半分に低減されるからである。結果的に、ダウンリンクにおいて送信相関行列間の直交性が、アップリンクにおいて受信相関行列間の直交性として保存することができ、これは、参考文献「３ＧＰＰ  ＲＡＮ１  ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、  Ｒ１−０９２０２４、  Ｅｒｉｃｓｓｏｎ、  ２００９」などによって説明される。
【０２６３】
３．プリコーディング行列
大規模送信アンテナＭＩＭＯシステムは、基地局のアンテナが従来システムより非常に大きくなる可能性があることを意味する。よって、ダウンリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ送信方式は、前項のように多くの変化が必要である。一方、アップリンクのプリコーディング行列の行次元は端末のアンテナ数Ｎによって限定され、Ｎは端末の物理的大きさ制約により一般的に２〜４で制限される。また、アップリンクＭＵ−ＭＩＭＯは、基地局で自ら計算してプリコーディング行列を決定して端末にシグナリングするので、従来のＬＴＥシステムのアップリンクＭＵ−ＭＩＭＯ方式と異なる理由がなく、プリコーディング行列も同一行列を使用すればよい。
【０２６４】
0006313715.tif 000106
【０２６５】
【数３５】
0006313715.tif 000107
【０２６６】
0006313715.tif 000108
【０２６７】
一方、基地局のアップリンクスケジューラは、プリコーディング行列を選定するとき、前記数式３６のＳＩＮＲを計算して選定する。
【０２６８】
本発明によるＴＤＤ方式のＭＩＭＯ送受信方法
１．ＴＤＤダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法
ＴＤＤシステムの基本的なＭＩＭＯ動作手続きは次のようである。
(1) 基地局は、ダウンリンクチャネル行列情報をアップリンクＳＲＳで獲得する。
(2) 端末がＣＲＳあるいはＣＳＩ−ＲＳを介してＣＱＩを計算して報告する。
(3) 基地局がプリコーディング行列を決定してＤＭ−ＲＳを伝送し、スケジューリング情報をシグナリングする。
【０２６９】
ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式のダウンリンクＭＩＭＯ送受信技術は、基地局がチャネル情報をアップ／ダウンリンクチャネル可逆性（ｃｈａｎｎｅｌ  ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）により得ることができるかのみ相違し、その他は基本的に同一である。
【０２７０】
本明細書では、ＴＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法は、ＬＴＥＴＤＤ方式に基づいてＦＤＤ方式ダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法と異なる部分だけを記述する。
【０２７１】
１）ＤＭ−ＲＳ
ＦＤＤ方式の本発明によるダウンリンクＭＩＭＯ送受信方法は、暗示的チャネル情報フィードバックを基盤とするＭＵ−ＭＩＭＯ方式であって、これによるコードブックはＧＲＳを基盤とする。
【０２７２】
0006313715.tif 000109
【０２７３】
２）ＣＱＩフィードバック
ＴＤＤ方式においてＣＱＩの役割は、他のセル干渉と背景雑音を測定して端末が基地局に報告させることである。よって、上述したＦＤＤ方式の場合のように、コードブックに基づいて実際ＭＣＳを決定するＣＱＩとは異なった性格を有する。
【０２７４】
３）プリコーディング行列
0006313715.tif 000110
【０２７５】
一例として、ＺＦビームフォーミングを用いるか、または多重アンテナ端末に対しては、ＢＤ（ｂｌｏｃｋ  ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）、ＢＴ（ｂｌｏｃｋ  ｔｒｉａｎｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）のアルゴリズムを用いることができる。
【０２７６】
２．ＴＤＤアップリンクＭＩＭＯ送受信方法
ＴＤＤ方式アップリンクＭＩＭＯ送受信方法は、ＦＤＤ方式アップリンクＭＩＭＯ送受信方法と異なった差異がない。よって、上述したＦＤＤ方式の説明を参考すればよい。
【０２７７】
以上、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、添付の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲で、本発明を多様に修正及び変更させることができる。
【符号の説明】
【０２７８】
１０    大規模アンテナアレイ
１０−１〜１０−Ｍ    アンテナ素子
２０−１〜２０−Ｋ    端末
３０−１〜３０−Ｇ    グループ
【図１】
0006313715.tif 000111
【図２】
0006313715.tif 000112
【図３】
0006313715.tif 000113
【図４】
0006313715.tif 000114
【図５】
0006313715.tif 000115
【図６】
0006313715.tif 000116
【図７】
0006313715.tif 000117