(57)【要約】  本発明は、三次元マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）プレコーディングマトリクスを構成する方法、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする方法およびそれに関する通信装置を提供した。前記三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する方法は、ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスを構成し、前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイの三次元ビーム成形サブプレコーダーであるステップと、第２の要素マトリクスを構成し、前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含み、前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現するステップと、構成された第１の要素マトリクスと第２の要素マトリクスとに基づいて、プレコーディングマトリクスを構成するステップと、を含む。前記三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする方法は、ＭＩＭＯチャネルを見積もるステップと、チャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、および第３のインデックス値を選択してフィードバックするステップと、を含む。【選択図】図３
2015528669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元ＭＩＭＯ（マルチ入力マルチ出力）プレコーディングマトリクスを構成する方法であって、
ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスを構成し、前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイに対する三次元ビーム成形を表現するステップと、
第２の要素マトリクスを構成し、前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含み、前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現するステップと、
構成された第１の要素マトリクスと第２の要素マトリクスとに基づいて、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、第１のＤＦＴ（離散フーリエ変換）ベクトルと第２のＤＦＴベクトルとのクロネッカー積であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のＤＦＴベクトルおよび前記第２のＤＦＴベクトルは、それぞれ、前記二次元アンテナアレイの水平および垂直アンテナアレイに適用されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のＤＦＴベクトルの集合、前記第２のＤＦＴベクトルの集合、および、前記第２の要素マトリクスの集合は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックを限定していることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする方法であって、
ＭＩＭＯチャネルを見積もるステップと、
請求項４に記載の方法に基づいて三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックにおけるプレコーディングマトリクスを構成できるように、チャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、および第３のインデックス値を選択してフィードバックするステップと、を含み、
前記第１のインデックス値は、第１のＤＦＴベクトル集合における第１のＤＦＴベクトルを指示し、
前記第２のインデックス値は、第２のＤＦＴベクトル集合における第２のＤＦＴベクトルを指示し、
前記第３のインデックス値は、第２の要素マトリクス集合における第２の要素マトリクスを指示する、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する通信装置であって、
ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスを構成する第１の要素マトリクス構成ユニットと、
第２の要素マトリクスを構成する第２の要素マトリクス構成ユニットと、
構成された第１の要素マトリクスおよび第２の要素マトリクスに基づいて、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するプレコーディングマトリクス構成ユニットと、を含み、
前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイに対する三次元ビーム成形を表現し、
前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含み、
前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現することを特徴とする通信装置。
【請求項７】
前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、第１のＤＦＴベクトルと第２のＤＦＴベクトルとのクロネッカー積であることを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
【請求項８】
前記第１のＤＦＴベクトルおよび前記第２のＤＦＴベクトルは、それぞれ、前記二次元アンテナアレイの水平および垂直アンテナアレイに適用されていることを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
前記第１のＤＦＴベクトルの集合、前記第２のＤＦＴベクトルの集合、および、前記第２の要素マトリクスの集合は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックを限定していることを特徴とする請求項７または８に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記通信装置は、発信点および／またはユーザ装置であることを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
【請求項１１】
前記発信点は、基地局であることを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
【請求項１２】
三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする通信装置であって、
ＭＩＭＯチャネルを見積もるチャネル見積りユニットと、
三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックにおけるプレコーディングマトリクスを、請求項９に記載の通信装置によって、構成できるように、チャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、および第３のインデックス値を選択してフィードバックするフィードバックユニットと、を含み、
前記第１のインデックス値は、第１のＤＦＴベクトル集合における第１のＤＦＴベクトルを指示し、
前記第２のインデックス値は、第２のＤＦＴベクトル集合における第２のＤＦＴベクトルを指示し、
前記第３のインデックス値は、第２の要素マトリクス集合における第２の要素マトリクスを指示することを特徴とする通信装置。
【請求項１３】
前記通信装置は、ユーザ装置であることを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術分野に関し、具体的には、三次元マルチ入力マルチ出力（ＭＩＭＯ）プレコーディングマトリクスを構成する方法、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする方法、および、それに関する通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代無線移動通信システムは、以下の２つの顕著的特徴を有する。１つは、高速ブロードバンドである。例えば、４代目無線移動通信システムのバンド幅は、１００ＭＨｚにも及び、下り速度は、１Ｇｂｐｓに達している。もう１つは、移動インターオペラビリティである。移動インターネット、携帯動画リクエストや、オンラインナビゲーションなどの新興業務を促進している。上記の２つの特徴は、無線移動通信技術に対して、高い性能を要求している。例えば、超高速無線伝送、領域間の干渉抑制、移動中信頼伝送信号、分布式・集中式信号処理など。将来の増強４代目（４Ｇ）および５代目（５Ｇ）無線移動通信システムにおいて、上記発展の要求を満たすよう、対応する各種のコア技術が提出、検証され、当業者の注目が集まっている。
【０００３】
２００７年１０月に、国際電気通信連合（ＩＴＵ）は、世界マイクロ波インターオペラビリティアクセスシステム（ＷｉＭａｘ；Worldwide Interoperability for Microwave Access）を、４番目の３Ｇシステム標準として認定した。この３Ｇ時代末期に起きたことは、実際に、４Ｇ標準の競争戦の幕を開いた。実際に、無線ローカルエリアネットワークおよびＷｉＭａｘを代表とした無線ＩＰ技術分野の課題を対応するために、２００５年から、３代目３ＧＰＰ組織は、斬新なシステムアップグレード、すなわち、ロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ；Long Term Evolution）の標準化作業を開始した。これは、直交周波数分割多重技術（ＯＦＤＭ；Orthogonal Frequency Division Multiplexing）に基づく準４代目システムであり、２００９年初に初版が発行され、２０１０年に次々と世界中のビジネスに利用されている。それと同時に、３ＧＰＰ組織が４代目無線移動通信システム（４Ｇ；the Fourth Generation）の標準化制作に関する作業も、２００８年の前半から始動されている。そのシステムは、先進のロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ−Ａ；Long Term Evolution Advanced）と称する。当該システムの物理層プロセスのコア標準化文書は、２０１１年初に完成されていた。２０１１年１１月に、ＩＴＵ組織は、中国重慶で、ＬＴＥ−ＡシステムとＷｉＭａｘシステムとは、４Ｇシステムの２つの公式標準であると公表した。現在、ＬＴＥ−Ａシステムのビジネス利用プロセスは、世界中で普及されつつある。
【０００４】
ＬＴＥ−ＡシステムおよびＷｉＭａｘシステムを代表とした４代目無線移動通信システムは、ユーザに高速且つ好体験の通信サービスを提供しているが、将来何年間または何十年間のユーザニーズを充分に満たすことができない。現在、移動通信システムのユーザ数は、約５５億人であり、２０１５年までに、その数字は７３億に上る見込みがある。中では、スマートフォンユーザ数の増加は特に著しい。２０１１年に、世界中のスマートフォン端末は、約４．２８億台であるが、２０１５年までに、その数字は倍に増加して１０億台に上りそう。機能性が優れたスマートフォンの普及に伴って、無線移動通信速度がハイスピードで上昇している。最近、世界中の無線通信速度は、年ごとに２倍になるようなスピードで安定的に上昇している。上記流れによれば、１０年後、将来ユーザが通信速度に対する基本ニーズを満たすために、無線移動通信システムは、従来システムよりも１０００倍超の速度上昇が必要となる。当然、前記速度は、主にデータ業務（現在、業務総量の９割を占める）に関し、例えば、スマートフォンソフトのダウンロード、リアルタイムナビゲーション、個人資料のクラウド同期および共用などに関する。なお、音声業務は、人口増加が遅いという客観的要因に左右され、将来、１０年間にわたって、大幅な増加が見込まれていない。
【０００５】
１０００倍の速度上昇の課題の他に、移動インターネットの出現によって、もう１つの課題が現れる。現在、インターネットへのアクセスの７０％は、移動端末から行われている。将来１０年間において、ＩＴ業界の斬新なチャンスが待っている。主なチャンスとしては、伝統のＰＣインターネットが段々に移動インターネットに置き換われていることである。そして、新しいユーザ習慣によって、一連の業務の新モードが生み出された。例えば、携帯通信装置およびタッチパネル向けのソフトウェア開発、個人位置定めに基づく社交ネットワーク、個人を中心とする資料のクラウド管理などがある。また、移動インターネットが無線移動通信システムに対する影響は、主に以下の２つに関する。（１）移動動画データパケット量が著しく増加され、２０１６年までに、データパケット総量の６６％程度を占めると予想される。このようなリアルタイム性のレベルが高い業務は、無線移動通信システムに、高い保守性が要求されている。（２）将来、多くの移動データ通信は、室内または住宅人気エリアに集中され、無線移動通信システムのカバー率にも高い要求がなされている。
【０００６】
また、２０２０年までに、世界中に２００億の機器通信装置がある。そのデータパケット量は、現在よりも５００％増になる。数多くの機器通信装置をサポートするために、システムを如何に設計するかは、さらに研究する余地がある課題である。
【０００７】
将来１０年間の課題に対して、増強された４代目無線移動通信システムに対して、概ね以下の発展要求がある。
【０００８】
・より速い無線ブロンドバンド速度、且つ一部の住宅人気エリアを重点的に改善する。
【０００９】
・ユーザ体験をさらに高め、特に住宅周辺エリアの通信サービスを改善することが必要。
【００１０】
・有効周波数スペクトルは、１０００倍に拡張することができないことを考慮し、周波数スペクトルの利用効率を向上させる新技術を研究し続けることが必要。
【００１１】
・より多くの通信幅を獲得するため、高周波数の周波数スペクトル（５ＧＨｚまたはもっと高い周波数スペクトル）が必然的に利用されるであろう。
【００１２】
・データパケット量を分担するため、従来のネットワーク（２Ｇ／３Ｇ／４Ｇ、ＷＬＡＮ、ＷｉＭａｘなど）が協同稼働する。
【００１３】
・異なる業務、応用およびサービスによって、特定な改善を行う。
【００１４】
・システムの、大規模な機器通信性能をサポートする能力を増強する。
【００１５】
・柔軟、知的、且つ低価的に、ネットワークを計画および配置する。
【００１６】
・ネットワークの消費電力およびユーザ装置の電池消費を節約するように方案を設計する。
【００１７】
上記の発展要求を実現するために、今年６月に、国際第３代パートナ計画（３ＧＰＰ）組織は、スロベニアに特別作業会議を開き、増強された４代目無線移動通信システムのコア技術を検討した。その会議において、４２件の提案が発表、検討され、最終的に、３件のコア技術が選ばれた。具体的には、増強型セル技術、三次元ＭＩＭＯ技術、および、増強されたマルチ協力通信技術である。
【００１８】
また、三次元ＭＩＭＯ技術は、周波数スペクトルの利用効率を向上させるための新技術である。従来の発信元アンテナと発信先アンテナは、一般に水平リニアアレイの配置方式が採用されている。よって、水平角のみを識別することができ、水平方向のビームが生じ、マルチユーザＭＩＭＯ操作を行う。将来、通信システムは、高いビルが密集した都市密集エリアに適用されることを考慮して、ネット格子面アレイ方式が採用され、発信元アンテナと発信先アンテナとを配置し、よって、水平と垂直との方向のビームが同時生じ、ビル内に異なるフロアーにいるユーザが同時に基地局と通信することができる。三次元ＭＩＭＯ技術には、以下の２つの研究課題がある。（１）三次元チャネルのモデル化には、論理モデルを研究し、実際のテスト結果と照合する必用がある。それは、三次元ＭＩＭＯ技術の肝心な予備ステップである。従来のチャネルモデル化に関する研究は、二次元チャネルを対象とし、水平方向しかない。それは、理論の簡素化および従来二次元ＭＩＭＯ技術をサポートする観点からなされたものである。（２）三次元ビーム成形は、パイロット信号の設計、三次元プレコーディングのコードブック、低オーバーヘッドのチャネル状態情報のフィードバック、三次元マルチユーザＭＩＭＯ発信技術などを研究する必要がある。前記チャネルモデル化のステップにおいて、三次元チャネルが客観的に存在するので、ネット格子面アレイアンテナを考慮する必要がない。しかしながら、三次元ビーム成形の研究において、ネット格子面アレイアンテナによって生成されたチャネルマトリクスのコア特徴を充分考慮し、目的性のある設計を行う必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Vincent Lau, Youjian Liu, and Tai-Ann Chen, On the Design of MIMO Block-Fading Channels with Feedback-Link Capacity Constraint, IEEE Transactions on Communications, vol. 52, no. 1, pp. 62-70, Jan. 2004
【非特許文献２】3GPP TS 36.211 V10.1.0 (2011-03)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本願は、主に前記三次元ＭＩＭＯ技術に注目し、特に、以下の２つの課題に注目する。（１）プレコーディングマトリクスＷに対して、有効な三次元プレコーディングコードブックを如何に設計するか。（２）低オーバーヘッドのチャネル状態情報のフィードバックを如何に実現するか。
【００２１】
課題（１）に対して、非特許文献１には、ＬＩｏｙｄアルゴリズム（Voronoi逐次または緩和）に基づいて、もっとも好ましいコードブックの理論方案が導かれたことが記載されている。非特許文献１に記載の方法において、数学上もっとも好ましいコードブックが導かれたが、以下の原因によって当該方法が実際のシステムにおいて採用されていない。
【００２２】
・ＬＩｏｙｄアルゴリズムによって導かれたコードブックは、期待のプロパティ（例えば、入れ子構造、単位基準重みなど）を有さず、実際のシステム実現の複雑度が高い。
【００２３】
・ＬＩｏｙｄアルゴリズムの設計詳細について、意見がまとまらない。
【００２４】
・ＬＩｏｙｄアルゴリズムによって導かれたもっとも好ましいコードブックに必要なフィードバックオーバーヘッドが高くなる場合がある。
【００２５】
上記の要因を考慮して、非特許文献２の第6.3.4.2.3節には、図１に示す一次元交差偏光リニアアンテナアレイに対して、２番目好ましいコードブック設計が採用されていることが規定されている。例えば、以下の表１および表２には、それぞれ、ＭＩＭＯチャネルランクが１の場合と、ランクが２の場合とにおいて、使用されているプレコーディングコードブックが示されている。また、ｉ１およびｉ２は、それぞれ、ダブルコードワードＷ１およびＷ２のインデックス値である。
【００２６】
【表１】
2015528669.tif 000003
【００２７】
【表２】
2015528669.tif 000004
【００２８】
また、単一の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）ベクトルは、偏光分量方向が同じである各セットのアンテナのビーム成形方向を表現する。さらに、位相加重因子ベクトルは、偏光分量方向が異なる２セットのアンテナからの信号を如何に干渉合成するかを表現する。前記位相加重因子およびＤＦＴベクトルの具体的な公式は以下の通りである。
【００２９】
【数１】
2015528669.tif 000005
【００３０】
以上のことから、非特許文献２では、実際に一次元アンテナアレイの場合に対して、ダブルコードワードＷ１およびＷ２に対応するダブルプレコーダー（すなわち、ＤＦＴベクトルが表現するプレコーダーおよび位相加重因子ベクトルが表現するプレコーダー）を採用し、プレコーディングマトリクスを構成する方法が開示されている。一次元アンテナアレイは、方向角だけを識別でき、仰角を識別できず、１つの空間次元を考慮していないため、非特許文献２に記載の技術は、二次元チャネルモデルにモデル化させることができる特定の伝送環境にしか適用できず、標準的に三次元チャネルモデルにモデル化させた一般的な伝送環境には適用できない。図２に示す方向角と仰角とを両方利用する二次元アンテナアレイに対して、非特許文献２に記載の技術は、セルの半径が極端に大きく、多くのユーザが、極めて少なくて近似省略できるほどの仰角を有するような特殊な状況にしか適用できない。
【００３１】
本発明は、二次元アンテナアレイに対して、三次元伝送環境に普通に適用できる、ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する方法を提供することが目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明の第１の態様によれば、ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスを構成し、前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイに対する三次元ビーム成形を表現するステップと、第２の要素マトリクスを構成し、前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含み、前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現するステップと、構成された第１の要素マトリクスと第２の要素マトリクスとに基づいて、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するステップと、を含む三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する方法が提供されている。
【００３３】
また、本発明の第２の様態によれば、ＭＩＭＯチャネルを見積もるステップと、前記の方法に基づいて三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックにおけるプレコーディングマトリクスを構成できるように、チャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、および第３のインデックス値を選択してフィードバックするステップと、を含み、前記第１のインデックス値は、第１のＤＦＴベクトル集合における第１のＤＦＴベクトルを指示し、前記第２のインデックス値は、第２のＤＦＴベクトル集合における第２のＤＦＴベクトルを指示し、前記第３のインデックス値は、第２の要素マトリクス集合における第２の要素マトリクスを指示する、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする方法が提供されている。
【００３４】
また、本発明の第３の様態によれば、ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスを構成する第１の要素マトリクス構成ユニットと、第２の要素マトリクスを構成する第２の要素マトリクス構成ユニットと、構成された第１の要素マトリクスおよび第２の要素マトリクスに基づいて、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するプレコーディングマトリクス構成ユニットとを含み、前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイに対する三次元ビーム成形を表現し、前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含み、前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現する、通信装置が提供されている。前記通信装置は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するのに適用される。
【００３５】
また、本発明の第４の様態によれば、ＭＩＭＯチャネルを見積もるチャネル見積りユニットと、三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックにおけるプレコーディングマトリクスを、請求項９に記載の通信装置によって、構成できるように、チャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、および第３のインデックス値を選択してフィードバックするフィードバックユニットと、を含み、前記第１のインデックス値は、第１のＤＦＴベクトル集合における第１のＤＦＴベクトルを指示し、前記第２のインデックス値は、第２のＤＦＴベクトル集合における第２のＤＦＴベクトルを指示し、前記第３のインデックス値は、第２の要素マトリクス集合における第２の要素マトリクスを指示する、通信装置が提供されている。前記通信装置は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックするのに適用される。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の技術方案を利用して、少なくとも以下の有利な効果を奏することができる。
【００３７】
・プレコーディングマトリクスは、２つの要素マトリクスから構成され、実現複雑度が低い。
【００３８】
・要素マトリクスは、構成されやすい。
【００３９】
・シグナルオーバヘッドが少なく、３つのインデックス値をフィードバックするだけでプレコーディングマトリクスを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
以下、図面を用いて、本発明の好ましい実施例を説明することによって、本発明の上記およびその他の目的、特徴、メリットがさらに明らかになるだろう。
【図１】方向角をしか識別できず、仰角を識別できない、一次元交差偏光リニアアンテナアレイを示す図である。
【図２】方向角と仰角とを両方識別できる、二次元交差偏光リニアアンテナアレイを示す図である。
【図３】本発明に係る三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する方法を示す図である。
【図４】図３に示す方法に基づいて構成された第１の要素マトリクスの例示マトリクスを示す図である。
【図５】本発明に係る三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする方法を示す図である。
【図６】本発明に係る三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するのに適用される通信装置の例示構造ブロック図である。
【図７】本発明に係る三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックするのに適用される通信装置の例示構造ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面を用いて、本発明の好ましい実施例について、詳細に説明する。説明する際、本発明に誤解を招くことを防ぐために、本発明について必要のない細部や機能を省略する。
【００４２】
本発明の実現ステップを明確かつ詳細に説明するために、以下、本発明の具体的な実施例を示す。これらの実施例は、LTE-Release  12のセルラー通信システムに適用される。なお、説明しておきたいのは、本発明は、実施例に記載された応用に限定されず、その他の通信システムにも適用できる。例えば、LTE-Release  １２以降のＬＴＥシステムにも適用できる。また、本明細書に記載の技術用語は、バージョンの変更に伴って変更される可能性もある。さらに、以下の説明では、図２に示す二次元交差偏光リニアアンテナアレイの配置に基づいて、本発明の原理およびその具体例について詳細に説明する。しかしながら、当業者は、以下の例に示す、アンテナアレイの具体的な配置（例えば、アンテナ数、アレイ形状、偏光方式など）に基づく例は、説明するためのものであり、限定するものではないことを理解できる。例えば、当業者は、以下に示す公式の効果同様な複数の変形例を容易に想到し得る。また、当業者は、本発明の示唆に基づいて、さらに多くのアンテナから構成されたアンテナアレイ、主偏光方式が採用されたアンテナアレイ、または円形アンテナアレイに、本発明を、如何に適用させるかを容易に想到し得る。
【００４３】
まず、図３を用いて、本発明に係る三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する方法を説明する。図３に示すように、当該方法は、ステップＳ３１０から始まる。当該ステップにおいて、ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスＷ１，３Ｄを構成する。前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイに対する三次元ビーム成形を表現する。
【００４４】
ランクが１である場合を例として説明する。第１の要素マトリクスＷ１，３Ｄは、図４に示す形式を有することができる。対角サブマトリクスｆ３Ｄ，ｒｅｄおよびｆ３Ｄ，ｂｌｕｅは、それぞれ、アンテナアレイの異なる偏光分量方向に対応している。三次元ビーム成形を表現するため、ｆ３Ｄは、２つの離散フーリエ変換（ＤＦＴ）ベクトルのクロネッカー積
【００４５】
【数２】
2015528669.tif 000006
【００４６】
として表現できる。クロネッカー積の数学定義によれば、仮に、Ａは大きさｍ＊ｎのマトリクスで、Ｂは、大きさｐ＊ｑのマトリクスとして、両方のクロネッカー積は、大きさｍｐ＊ｎｑのブロックマトリクスである。計算公式は、以下の通りである。
【００４７】
【数３】
2015528669.tif 000007
【００４８】
さらに具体的には、以下の通りである。
【００４９】
【数４】
2015528669.tif 000008
【００５０】
図２に示すリニアアンテナアレイに対して、第１のＤＦＴベクトルおよび第２のＤＦＴベクトルは、それぞれ、特に二次元アンテナアレイに用いられる水平および垂直アンテナアレイに適用され、それぞれ、ｆ１，Ｈおよびｆ１，Ｖに記載される。上記の場合、ｆ３Ｄは、以下の数学形式を有する。
【００５１】
【数５】
2015528669.tif 000009
【００５２】
以上の例は、ランクが１よりも大きい場合についても類推しやすい。例えば、ランクが２である場合、第１の要素マトリクスＷ１，３Ｄは、以下のように表現できる。
【００５３】
【数６】
2015528669.tif 000010
【００５４】
また、
【００５５】
【数７】
2015528669.tif 000011
【００５６】
、ｉは、ＭＩＭＯ信号伝送のパケット量、すなわち、ランクを表す。
【００５７】
次に、方法はステップＳ３２０に進む。当該ステップにおいて、第２の要素マトリクスＷ２を構成する。前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含む。非特許文献２に記載の技術と同様に、前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現する。
【００５８】
最後に、方法はステップＳ３３０に進む。当該ステップにおいて、ステップＳ３１０にて構成された第１の要素マトリクス、および、ステップＳ３２０にて構成された第２の要素マトリクスを利用して、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する。
【００５９】
上記の方法によれば、第１のＤＦＴベクトルの集合、第２のＤＦＴベクトルの集合、および、第２の要素マトリクスの集合が与えられてから、完備の三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックが得られる。図２に示すリニアアンテナアレイに対して、チャネルランクが１である場合に、以下の表３に示すコードブックが得られる。
【００６０】
【表３】
2015528669.tif 000012
【００６１】
そのうち、
【００６２】
【数８】
2015528669.tif 000013
【００６３】
また、チャネルランクが２である場合に、以下の表４に示すコードブックが得られる。
【００６４】
【表４】
2015528669.tif 000014
【００６５】
そのうち、
【００６６】
【数９】
2015528669.tif 000015
【００６７】
上記のコードブックの例によれば、本発明に係る三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する方法において、３つのインデックス値ｉ１、ｉ１’、ｉ２を利用するだけで、プレコーディングマトリクスを構成することができる。インデックス値をフィードバックするときに必要なシグナルオーバヘッドは少ない。
【００６８】
また、図５には、本発明に係る三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする方法が示されている。図５に示すように、当該方法は、ステップＳ５１０から始まる。当該ステップにおいて、ＭＩＭＯチャネルを見積もる。次に、ステップＳ５２０を行い、本発明に記載の方法に基づいて三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成できるように、ステップＳ５１０にて得られたチャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、および、第３のインデックス値を選択してフィードバックする。前記第１のインデックス値は、第１のＤＦＴベクトル集合における第１のＤＦＴベクトルを指示し、前記第２のインデックス値は、第２のＤＦＴベクトル集合における第２のＤＦＴベクトルを指示し、前記第３のインデックス値は、第２の要素マトリクス集合における第２の要素マトリクスを指示する。
【００６９】
（本発明のハードウェア実現）
ハードウェア方式で上記の方法を実現するために、本発明は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するのに適用される通信装置６００を提供した。図６には、当該通信装置６００の例示構造ブロック図が示されている。図６に示すように、通信装置６００は、ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスを構成する第１の要素マトリクス構成ユニット６１０と、第２の要素マトリクスを構成する第２の要素マトリクス構成ユニット６２０と、構成された第１の要素マトリクスおよび第２の要素マトリクスとに基づいて、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するプレコーディングマトリクス構成ユニット６３０とを含む。前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイに対する三次元ビーム成形を表現する。前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含む。前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現する。また、前記通信装置は、発信点および／またはユーザ装置であってもよい。各発信点は、１または複数の基地局の全部または一部の発信ポートから構成されている。特定の場合、１つの発信点は、１つの基地局に対応する。
【００７０】
また、本発明は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックするのに適用される通信装置７００を提供した。図７には、当該通信装置７００の例示構造ブロック図が示されている。図７に示すように、通信装置７００は、ＭＩＭＯチャネルを見積もるチャネル見積りユニット７１０と、三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックにおけるプレコーディングマトリクスを、請求項９に記載の通信装置によって、構成できるように、チャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、第３のインデックス値を選択してフィードバックするフィードバックユニット７２０とを含む。前記第１のインデックス値は、第１のＤＦＴベクトル集合における第１のＤＦＴベクトルを指示し、前記第２のインデックス値は、第２のＤＦＴベクトル集合における第２のＤＦＴベクトルを指示し、前記第３のインデックス値は、第２の要素マトリクス集合における第２の要素マトリクスを指示する。また、前記通信装置は、ユーザ装置であってもよい。
【００７１】
本発明の第１の態様によれば、ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスを構成し、前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイに対する三次元ビーム成形を表現するステップと、第２の要素マトリクスを構成し、前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含み、前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現するステップと、構成された第１の要素マトリクスと第２の要素マトリクスとに基づいて、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するステップと、を含む三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成する方法が提供されている。
【００７２】
好ましくは、前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、第１のＤＦＴベクトルと第２のＤＦＴベクトルとのクロネッカー積である。
【００７３】
好ましくは、前記第１のＤＦＴベクトルおよび前記第２のＤＦＴベクトルは、それぞれ、前記二次元アンテナアレイの水平および垂直アンテナアレイに適用されている。
【００７４】
好ましくは、前記第１のＤＦＴベクトルの集合、前記第２のＤＦＴベクトルの集合、および、前記第２の要素マトリクスの集合は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックを限定している。
【００７５】
また、本発明の第２の様態によれば、ＭＩＭＯチャネルを見積もるステップと、前記の方法に基づいて三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックにおけるプレコーディングマトリクスを構成できるように、チャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、および第３のインデックス値を選択してフィードバックするステップと、を含み、前記第１のインデックス値は、第１のＤＦＴベクトル集合における第１のＤＦＴベクトルを指示し、前記第２のインデックス値は、第２のＤＦＴベクトル集合における第２のＤＦＴベクトルを指示し、前記第３のインデックス値は、第２の要素マトリクス集合における第２の要素マトリクスを指示する、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックする方法が提供されている。
【００７６】
また、本発明の第３の様態によれば、ブロック対角マトリクス形式を有する第１の要素マトリクスを構成する第１の要素マトリクス構成ユニットと、第２の要素マトリクスを構成する第２の要素マトリクス構成ユニットと、構成された第１の要素マトリクスおよび第２の要素マトリクスに基づいて、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するプレコーディングマトリクス構成ユニットとを含み、前記第１の要素マトリクスの対角サブマトリクスは、二次元アンテナアレイに対する三次元ビーム成形を表現し、前記第２の要素マトリクスは、マトリクス要素として、位相加重因子を含み、前記位相加重因子は、二次元アンテナアレイからの信号に対する干渉合成を表現する、通信装置が提供されている。前記通信装置は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスを構成するのに適用される。
【００７７】
好ましくは、前記通信装置は、発信点および／またはユーザ装置である。前記発信点は、基地局であってもよい。
【００７８】
また、本発明の第４の様態によれば、ＭＩＭＯチャネルを見積もるチャネル見積りユニットと、三次元ＭＩＭＯプレコーディングコードブックにおけるプレコーディングマトリクスを、請求項９に記載の通信装置によって、構成できるように、チャネル見積り結果に基づいて、第１のインデックス値、第２のインデックス値、および第３のインデックス値を選択してフィードバックするフィードバックユニットと、を含み、前記第１のインデックス値は、第１のＤＦＴベクトル集合における第１のＤＦＴベクトルを指示し、前記第２のインデックス値は、第２のＤＦＴベクトル集合における第２のＤＦＴベクトルを指示し、前記第３のインデックス値は、第２の要素マトリクス集合における第２の要素マトリクスを指示する、通信装置が提供されている。前記通信装置は、三次元ＭＩＭＯプレコーディングマトリクスインデックス値をフィードバックするのに適用される。
【００７９】
好ましくは、前記通信装置は、ユーザ装置である。
【００８０】
注意されたいのは、上記の説明において、例示によって、本発明の技術構成が示されている。しかしながら、本発明は上記ステップおよびユニット構造に限定することがない。可能な場合、必要に応じて、ステップおよびユニット構造を調整、選択することができる。よって、一部のステップおよびユニットは、本発明の全体発明思想を実現するための必須要件ではない。したがって、本発明の必須技術的特徴は、本発明の全体発明思想を実現するための必要最低限の要件にしか限定されず、上記具体例に限定されない。
【００８１】
以上、好ましい実施例に基づいて、本発明を説明した。理解されたいのは、当業者は、本発明の思想および範囲内であれば、各種の変更、切り替え、追加を行うことができる。よって、本発明の範囲は、上記特定の実施例に限定されず、添付されている請求項によって限定されるべきである。
【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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【国際調査報告】
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