(57)【要約】      （修正有）【課題】３Ｄ-ＭＩＭＯ（Ｔｈｒｅｅ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）方式の無線通信システムにおいて参照信号及びフィードバック情報の送信オーバーヘッドを低減可能な装置を提供する。【解決手段】ユーザ装置２０は参照信号をアンテナ２１−１〜２１−Ｍ、Ｄｕｐｌｅｘｅｒ（デュプレクサ）２２−１〜２２−Ｍ、ＲＦ受信回路２４−１〜２４−Ｍを介して受信し、チャネル推定部２５、プリコーディングウエイト選択部２７、チャネル品質測定部２６にてプリコーディングを行うための水平及び垂直方向の位相回転量の候補を抽出する。フィードバック制御信号生成部２８は水平及び垂直方向の位相回転量の候補に基き少なくとも一方が所定の割合で限定的に設定された値を有するフィードバック情報を生成し、ＭＵＸ（多重部）１３２、ＲＦ送信回路２３−１〜２３−Ｍを介して無線基地局へ通知する。【選択図】図９
2016154336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナポートの一部または全部を用いて、プリコーディングを行うための水平方向の位相回転量の候補と、垂直方向の位相回転量の候補を受信する受信部と、
前記水平方向の位相回転量の候補と前記垂直方向の位相回転量の候補に基づいて、水平方向の位相回転量と垂直方向の位相回転量を含むフィードバック情報を無線基地局に報告するフィードバック情報通知部と、
を有し、
前記水平方向の位相回転量の候補と、前記垂直方向の位相回転量の候補の少なくとも一方は所定の割合で限定的に設定された値を有する
ことを特徴とするユーザ装置。
【請求項２】
前記水平方向の位相回転量の候補と、前記垂直方向の位相回転量の候補は、上位レイヤで通知されることを特徴とする請求項１に記載のユーザ装置。
【請求項３】
複数のアンテナポートの一部または全部を用いて、プリコーディングを行うための水平方向の位相回転量の候補と垂直方向の位相回転量の候補をユーザ装置に通知する通知部と、
前記ユーザ装置から水平方向の位相回転量と垂直方向の位相回転量を含むフィードバック情報を受信する受信部と、
を有し、前記水平方向の位相回転量の候補と、前記垂直方向の位相回転量の候補の少なくとも一方は所定の割合で限定的に設定された値を有することを特徴とする無線基地局。
【請求項４】
前記水平方向の位相回転量の候補と、前記垂直方向の位相回転量の候補は上位レイヤで通知されることを特徴とする請求項３に記載の無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術の分野に関し、特に、３Ｄ-ＭＩＭＯ（Three Dimensional Multiple Input Multiple Output）方式のユーザ装置と無線基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）におけるＬＴＥ（Long Term Evolution）標準規格のリリース８〜１１では、基地局のアンテナ素子を横方向に複数配置し、水平方向のビームフォーミングを行う技術が採用されている。
【０００３】
リリース１２標準化においては、縦方向と横方向に２次元配置した多数のアンテナ素子を基地局に搭載し、水平方向に加えて垂直方向にビームを形成する三次元ＭＩＭＯ（３Ｄ−ＭＩＭＯ）が検討されつつある（たとえば、非特許文献１および２参照）。垂直方向（仰角方向）と水平方向（方位角方向）にビームを形成することによって、システム特性の改善が期待される。
【０００４】
リリース１１までは、水平方向と偏波素子間の伝搬路状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）をＭＩＭＯ基地局にフィードバックすることにより、閉ループ型のプリコーディングを実現している。ＣＳＩオーバーヘッドを抑制するために、基地局とユーザ装置の間で、複数のプリコーディング行列（線形フィルタ）が記載されたコードブックをあらかじめ共有しておき、ユーザ装置が所望のプリコーディング行列をコードブックから選択して、選択した行列番号をＣＱＩとともに基地局装置に通知する。基地局装置はフィードバック情報に基づいて、送信データにプリコーディングを行ってＭＩＭＯ伝送を行う。
【０００５】
下りリンクのＭＩＭＯ伝送用に送信８アンテナ用のコードブックが合意されている（たとえば、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】3GPP TSG RAN#58, RP-121994, "Study on Downlink Enhancement for Elevation Beamforming for LTE"
【非特許文献２】3GPP TSG RAN#58, RP-122015, "New SID Proposal: Study on Full Dimension for LTE"
【非特許文献３】3GPP TSG RAN WG1 Meeting #62, R1-105011, "Way Forward on 8Tx Codebook for Rel. 10 DL MIMO"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
３Ｄ−ＭＩＭＯでは、水平方向および偏波素子間の伝搬路情報に加え、垂直方向の伝搬路情報が送信側で必要になる。このとき、いかにしてＲＳ（Reference Signal：参照信号）のオーバーヘッドや、ＦＢ（フィードバック）情報のオーバーヘッドを削減するかが重要な課題となる。
【０００８】
アンテナ数が８より多いＦＤ−ＭＩＭＯ（Full Dimension-MIMO）では、アンテナ素子数が数十から百以上となることが予想され、ビーム形成のための効率的な情報の送受信がいっそう求められる。
【０００９】
そこで、本発明は、３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の無線通信システムにおいて、参照信号の送信オーバーヘッドとフィードバック情報の送信オーバーヘッドの少なくとも一方を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を実現するために、
（ａ）送信側で、参照信号の送信に用いるアンテナ素子の選択や、送信タイミング等のコンフィギュレーションを制御してＲＳオーバーヘッドを減らす方法と、
（ｂ）垂直情報を効率的に付加したフィードバック情報を生成する方法、
が考えられる。ここで言うコンフィギュレーションとは、当該参照信号の時間・周波数的な多重位置、送信周期、アンテナ素子、送信系列等を指定する制御情報を示す。
【００１１】
本発明の一つの態様では、ユーザ装置は、
複数のアンテナポートの一部または全部を用いて、プリコーディングを行うための水平方向の位相回転量の候補と、垂直方向の位相回転量の候補を受信する受信部と、
前記水平方向の位相回転量の候補と前記垂直方向の位相回転量の候補に基づいて、水平方向の位相回転量と垂直方向の位相回転量を含むフィードバック情報を無線基地局に報告するフィードバック情報通知部と、
を有し、
前記水平方向の位相回転量の候補と、前記垂直方向の位相回転量の候補の少なくとも一方は所定の割合で限定的に設定された値を有する。
【発明の効果】
【００１２】
３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の通信システムで参照信号の送信オーバーヘッドと、フィードバック情報の送信オーバーヘッドの少なくとも一方を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の無線通信システムの概略図である。
【図２】２次元配置されるアンテナ素子間の関係性を説明するための図である。
【図３】ＲＳ送信時のアンテナ素子の選択例を示す図である。
【図４】ＲＳ信号の送信例を示す図である。
【図５】ＲＳ信号の送信例を示す図である。
【図６】ＲＳ信号の送信例を示す図である。
【図７】ユーザ装置から無線基地局へのフィードバック方法を説明する図である。
【図８】無線基地局装置の構成例を示す図である。
【図９】ユーザ装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、実施形態の無線通信システム１の概略図である。無線通信システム１は、無線基地局１０と、ユーザ装置２０−１、２０−２を含む。この例では、無線基地局１０から各ユーザ装置２０−１、２０−２への送信信号を空間多重するマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が採用されている。
【００１５】
無線基地局１０は、複数のアンテナが縦横に２次元配列されたアンテナアレイ１１を有する。無線基地局１０は、アンテナアレイ１１に含まれるアンテナの一部または全部を用いて、ユーザ装置２０−１、２０−２で伝搬路情報の推定に用いる参照信号（ＲＳ）を送信する（矢印(1)）。この参照信号の送信方法については後述する。
【００１６】
各ユーザ装置２０−１、２０−２は、受信した参照信号から推定した伝搬路状態情報（ＣＳＩ）を無線基地局１０にフィードバックする（矢印(2)）。
【００１７】
無線基地局１０は、フィードバック情報を用いて、ユーザ装置２０−１、２０−２の間の相互干渉を抑制する送信プリコーディングウエイトを生成し、各ユーザ装置２０−１、２０−２宛のデータ信号とチャネル推定用の参照信号のための送信ビームフォーミングを行って、データ信号を送信する（矢印(3)）。
【００１８】
ビームフォーミングのためのプリコーディングベクトルは、各ユーザ装置２０−１，２０−２からフィードバックされるＣＳＩに基づいて無線基地局１０で計算してユーザ装置２０−１、２０−２に通知してもよい。あるいは、ユーザ装置２０−１、２０−２が、推定した伝搬路情報（チャネル行列）からプリコーディングベクトルを計算して無線基地局１０にフィードバックしてもよい。あるいは、無線基地局１０と各ユーザ装置２０−１、２０−２の間でコードブック（プリコーディング行列群）を共通に保持し、各ユーザ装置２０−１、２０−２が推定したチャネル行列に基づいて所望のプリコーディングベクトルを選択する構成としてもよい。
【００１９】
図１（Ｂ）に示すように、２次元配列のアンテナアレイ１１を有する無線基地局１０は水平方向のビームフォーミングに加えて、垂直方向にもビームを形成することができる。
【００２０】
図２は、無線基地局１０のアンテナ構成例を示す。図２（Ａ）は、水平方向に４つ、縦方向に２つの合計８つのアンテナが配置されている。アンテナ０−７の各々を個別のアンテナ素子として機能させてもよいし、隣接する２つのアンテナ（たとえばアンテナ０とアンテナ１）に直交する偏波のそれぞれを割当て、２つで１つの素子として機能させてもよい。
【００２１】
図２（Ｂ）では縦横に４つの素子が配置され、各素子は直交する偏波に対応する２つのアンテナで構成される。図２（Ｃ）では、縦横に４つのアンテナが配置されている。図２（Ｄ）では、縦方向に２つの素子が配置され、各素子が直交する偏波に対応する２つのアンテナで構成される。
【００２２】
二次元配列のアンテナアレイ１１で垂直方向のビームフォーミングを行う場合、水平方向および偏波間の伝搬路情報に加えて、垂直方向の伝搬路情報が必要になる。参照信号の送信に用いるアンテナ数が多くなるほど、無線基地局１０から送信される参照信号のオーバーヘッドが問題となる。
【００２３】
そこで一つの方法として、無線基地局１０は参照信号を送信する際に、参照信号の送信に用いるアンテナポートの数を実際のアンテナポート数よりも少なくして、送信オーバーヘッドを低減する。ビームフォーミングを行う際に二次元配列されたすべてのアンテナ間の関係性を把握する必要はなく、必要とされる部分は限定されるからである。アンテナ間の関係性で重要なものは、水平方向の伝搬路情報、垂直方向の伝搬路情報、偏波間の伝搬路情報。伝搬路情報は、たとえば、位相回転量、振幅変動などの絶対値または相対値を含む。
【００２４】
たとえば、図２（Ｂ）のアンテナ配列の場合、重要度の高いアンテナの組み合わせは、｛０，１｝、｛２，３｝、｛４，５｝、｛６，７｝（以上、水平方向）、｛０，４｝、｛１，５｝、｛２，６｝、｛３，７｝（以上、垂直方向）、｛０，２｝、｛１，３｝、｛４，６｝、｛５，７｝（以上、偏波間）の関係である。これ以外のアンテナの組み合わせの重要度はそれほど高くない。そこで、実施形態では、二次元配列されたアンテナ群の一部を用いて参照信号を送信する。
【００２５】
図２の例は、アンテナ数が８以下の場合を示すが、アンテナ数が８を超える場合にも同様のことが当てはまる。アンテナ数が８よりも大きいＦＤ(Full Dimension)−ＭＩＭＯでは多数のアンテナを用いて鋭いビームを形成して周波数利得を向上することができるが、参照信号送信の際には、重要度の高いアンテナ間の組み合わせだけを用いてオーバーヘッドを低減することができる。
【００２６】
図３は、参照信号の送信に用いるアンテナの選択例を示す。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）では、４×４のアンテナ配列で、一部のアンテナが参照信号の送信に用いられる。図３（Ａ）の場合、配列の中央部分のアンテナ０〜４が用いられる。アンテナ０を基準とすると、水平方向に隣接するアンテナ１との間で、水平方向のアンテナ間の伝播路における位相差あるいは振幅差を推定することができる。アンテナ０と垂直方向に隣接するアンテナ２との間で、垂直方向のアンテナ間の伝播路における位相差あるいは振幅差を推定することができる。基準アンテナ０と、アンテナ０〜４の外側に位置するアンテナとの間の伝搬路における位相差あるいは振幅差は、アンテナ０〜４間の関係から外挿法によって求めることができる。
【００２７】
図３（Ｂ）の場合、アンテナ配列のコーナーに位置するアンテナ０〜４を用いて参照信号を送信する。基準アンテナ０と、基準アンテナ０に対して水平方向のコーナーに位置するアンテナ１との間で、水平方向のアンテナ間の伝播路における位相差あるいは振幅差を推定することができる。基準アンテナ０と、基準アンテナ０に対して垂直方向のコーナーに位置するアンテナ２との間で、垂直方向のアンテナ間の伝播路における位相差あるいは振幅差を推定できる。基準アンテナ０と、アンテナ０〜４の内側に位置するアンテナとの間の位相差あるいは振幅差は、内挿法によって求めることができる。
【００２８】
図３（Ｃ）の場合、水平方向の１つの行と、垂直方向の１つの列が選択される。行と列の交点に位置するアンテナ０を基準とする。選択された行のアンテナ１、０、２、３の相互関係により、水平方向のアンテナ間の伝播路の位相差あるいは振幅差を推定できる。選択された列のアンテナ４，０，５，６の相互関係により、垂直方向のアンテナ間の伝播路の位相差あるいは振幅差を推定できる。
【００２９】
図３（Ｄ）は、偏波素子を構成する８アンテナの配列例を示す。アンテナ０を基準として、アンテナ１との関係で水平方向に隣接するアンテナ間の伝播路の位相差（振幅差）を推定することができる。アンテナ０とアンテナ２との間で、偏波間の位相差（振幅差）を推定することができる。アンテナ０とアンテナ３の間で、垂直方向に隣接するアンテナ間の伝播路の位相差（振幅差）を推定することができる。
【００３０】
無線基地局１０は、一部のアンテナからのみ参照信号を送信することで、下りリンクのリソース消費を低減することができる。ユーザ装置２０−１、２０−２は、基準とするアンテナ０からの相対的な伝搬路情報をフィードバックすることにより、ＦＢオーバーヘッドを削減することができる。基準となるアンテナ０は、あらかじめ所定のアンテナに決定しておいてもよいし、上位レイヤで準静的に設定（configure）してもよい。
【００３１】
なお、参照信号としては、ＣＳＩ−ＲＳの他、ＣＲＳ（Cell-specific Reference Signal）、ＤＭ−ＲＳ（Demodulation Reference Signal）、新たに規定されるＲＳなど、特に限定されない。
【００３２】
図４〜図７は、参照信号の送信例を示す図である。図４は、複数のＲＳ系列を用いて、水平、垂直、偏波間のチャネルを推定する方法を示す。たとえば、上位レイヤから通知される複数のＣＳＩ−ＲＳ構成（configuration）を用いて、水平、垂直、偏波間の伝搬路を推定する。
【００３３】
水平方向の伝播路推定用に、水平コンフィギュレーションＣ１で参照信号を送信し、偏波間の伝搬路推定用に、偏波コンフィギュレーションＣ２で参照信号を送信し、垂直方向の伝搬路推定用に、垂直コンフィギュレーションＣ３で参照信号を送信する。
【００３４】
セル内の状況を考えると、一般に、垂直方向の伝搬路の変動は、水平方向の伝搬路の変動に比べて緩やかである。そこで、水平コンフィギュレーションＣ１でＲＳを送信するリソースの割り当て比率を大きくし、偏波コンフィギュレーションＣ２で送信するリソースの割り当て比率を２番目に大きくし、垂直コンフィギュレーションＣ３で送信するリソースの割り当て比率を小さくする。
【００３５】
ＲＳ送信に用いるコンフィギュレーショングループ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）は、たとえば上位レイヤで通知される。図４では、３種類のコンフィギュレーションを用いたが、図３（Ｄ）のアンテナ０、１，２を用いるパターンを水平および偏波用のコンフィギュレーションＣ１として送信し、図４の垂直コンフィギュレーションＣ３を２つ目のコンフィギュレーションとして、２種類のコンフィギュレーションを用いてもよい。
【００３６】
複数種類のコンフィギュレーションで参照信号を受信したユーザ装置２０−１、２０−２は、コンフィギュレーションごとに異なるフィードバック法を実施してもよい。たとえば、水平方向と偏波間の伝搬路推定値またはこれに基づいて選択されるプリコーディングベクトルは４Ｔｘコードブックでフィードバックし、垂直方向の伝搬路推定値またはこれに基づいて選択されるプリコーディングベクトルは別のコードブックやプリコードされた参照信号（Precoded CSI-RS）のインデックスでフィードバックする。この場合、無線基地局１０は、用いるフィードバック方法についてユーザ装置２０−１、２０−２に通知する構成としてもよい。
【００３７】
無線基地局１０は、複数種類のコンフィギュレーションで参照信号を送信する際に、参照信号を多重するアンテナを動的に切り替える。
【００３８】
図５および図６は、ＣＳＩ−ＲＳをマッピングするアンテナを時間的に切り替える例を示す。図４では、複数のアンテナ素子の一部を用いた複数種類のＲＳコンフィギュレーションで参照信号を送信することにより、ＲＳオーバーヘッドを低減したが、参照信号を多重するアンテナ素子を動的に切り換えることによっても、オーバーヘッドを低減することができる。図５において、水平コンフィギュレーションＣ１でＣＳＩ−ＲＳを１０ｍｓごとに送信し、偏波コンフィギュレーションＣ２と垂直コンフィギュレーションＣ３で、ＣＳＩ―ＲＳをそれぞれ２０ｍｓごとに送信する。
【００３９】
用いるコンフィギュレーションとその送信周期は、無線基地局１０がユーザ装置２０−１、２０−２に通知してもよい。移動局２０−１、２０−２は、各コンフィギュレーションに対して独立のフィードバックを行なってもよい。
【００４０】
図６は、ＲＳコンフィギュレーション切り替えの別の例を示す。図６では、５ｍｓごとに水平方向および偏波間のコンフィギュレーションＣ５で参照信号が送信され、２０ｍｓごとにコンフィギュレーションＣ５が別のコンフィギュレーションＣ６にオーバーライドされる。コンフィギュレーションＣ６で送信される参照信号は、垂直方向および偏波間の伝搬路の推定に用いられる。オーバーライドされる周期（この例ではこの例では２０ｍｓ）は、無線基地局１０がユーザ装置２０−１、２０−２に通知してもよい。
【００４１】
図６のように、複数のコンフィギュレーションが衝突する場合の対応として、
（１）高頻度のＲＳ（コンフィギュレーションＣ５）が低頻度のＲＳ（コンフィギュレーションＣ６）に優先（オーバーライド）される；
（２）あらかじめコンフィギュレーション・インデックスを定めておき、インデックスにしたがって送信順序が判断される；
（３）優先順を通知する；
などが考えられる。
【００４２】
図６の例では、２０ｍｓごとに、垂直方向および偏波間の伝搬路測定用のコンフィギュレーションＣ６で参照信号が送信されている。Ｃ６に替えて、水平方向、垂直方向および偏波間の伝搬路測定のためのコンフィギュレーションを２０ｍｓごとに設定してもよい。この場合、たとえば、水平方向および偏波間の伝搬路推定値は４Ｔｘコードブックでフィードバックし、水平方向、垂直方向および偏波間の伝搬路推定値は、８Ｔｘコードブックでフィードバックしてもよい。
【００４３】
図５および図６では、参照信号を送信するためのコンフィギュレーションを時間的に切り替える方法を示したが、周波数的に多重してもよい。多重粒度は、サブバンドごとでもサブキャリアごとでも、その他の周波数単位でもよい。
【００４４】
次に、オーバーヘッドを削減可能なフィードバック方法について説明する。
【００４５】
図７は、実施形態で用いられるフィードバック方法を説明するための図である。たとえば、図７（Ａ）のように、２４アンテナポートが２次元配置されている。水平方向に隣接するアンテナ０とアンテナ１の間の伝搬路の位相回転量をθ1、偏波素子を構成するアンテナ３とアンテナ４の間の伝播路の位相回転量をθ2、垂直方向に隣接するアンテナ０とアンテナ２の間の伝播路の位相回転量をθ3とする。
【００４６】
図７（Ｂ）に示すように、無線基地局１０にフィードバックするプリコーディングベクトルＷに垂直方向の伝搬路情報を組み込む。
【００４７】
まず、水平方向に隣接するアンテナ間の位相回転量（位相差）θ1を含む行列Ｘを式（１）で生成する。
【００４８】
【数１】
2016154336.tif 000003
ここで、ｍは水平方向のアンテナ数、Ｔは転置行列を示す。
【００４９】
次に、偏波間の位相回転量（位相差）θ2を含む行列Ｙを式（２）で生成する。
【００５０】
【数２】
2016154336.tif 000004
この行列Ｙには、水平方向の伝搬路情報を表わす行列Ｘが組み込まれている。
【００５１】
次に、垂直方向に隣接するアンテナ間の位相回転量（位相差）θ3を含む行列Ｗを式（３）で生成する。
【００５２】
【数３】
2016154336.tif 000005
ここで、ｎは垂直方向のアンテナの数、Ｔは転置行列を表わす。行列Ｗには、行列Ｘを組み込んだ行列Ｙが組み込まれている。
【００５３】
行列Ｗのみを無線基地局１０に通知することで、水平方向のアンテナ間の伝搬路情報、偏波間の伝搬路情報、垂直方向のアンテナ間の伝搬路情報を基地局にフィードバックすることができる。これにより、フィードバック情報のオーバーヘッドを削減することができる。
【００５４】
図７（Ｂ）はランク１の場合のコードブックの例であるが、Ｗに直交する行列を用いることによりランク２以上に拡張することができる。なお、伝搬路情報として、位相回転量の相対値θを用いているが、位相回転量の絶対値、振幅変動の相対値または絶対値、長期または短期の変動特性などを用いてもよい。
【００５５】
図７（Ｂ）の方法に替えて、既存の２Ｄ−ＭＩＭＯ用のコードブックを拡張する方法を採用してもよい。この場合の拡張行列Ｗは、式（４）で表わされる。
【００５６】
【数４】
2016154336.tif 000006
ここで、ｎは垂直方向のアンテナ素子数、θ3は垂直方向に隣接するアンテナ間の位相回転量（位相差）、Ｘは２Ｄ−ＭＩＭＯを実現するコードブックである。２Ｄ−ＭＩＭＯを実現するコードブックとして、たとえば既存の２Ｔｘコードブック、４Ｔｘコードブック、８Ｔｘコードブック、リリース１２のＤＬ−ＭＩＭＯで検討されているコードブック、上りリンクで用いられているコードブックなどを用いることができる。
【００５７】
式（４）はランク１の場合を示すが、Ｗに直交する行列を用いることで、ランク２以上に拡張することができる。
【００５８】
さらに別の方法として、２Ｄ−ＭＩＭＯを実現するコードブックをそのまま使用してもよい。２Ｄ−ＭＩＭＯ用のコードブックは、水平、垂直、偏波の３つの要素を含めることを前提としていないので、若干精度が劣るが、垂直方向の伝搬路の変動は緩やかであること、仕様へのインパクトが少ないことから有用な方法である。
【００５９】
垂直方向、水平方向、偏波間で時間および周波数の選択性が異なることが想定されるので、時間的なフィードバックの頻度や、フィードバック情報を送信する帯域幅を適切に組み合わせてもよい。
【００６０】
たとえば、垂直方向のビームフォーミングでは変動が緩やかであることや、セル間干渉を避けるため垂直ビームフォーミングの頻繁な変更は行わないであろうことを考えると、低頻度かつ広帯域でフィードバックすることがオーバーヘッド低減に有効である。
【００６１】
フィードバックは下位レイヤでダイナミックに行なってもよいし、上位レイヤや準静的に行なってもよいし、これらを組み合わせてもよい。フィードバックビット数は、水平方向、垂直方向、偏波間で異なっていても同一であってもよい。
【００６２】
水平方向、垂直方向、偏波間の位相差（位相回転量）に関して、すべての値が許容可能であるとは限らない。特に、垂直方向の位相回転量θ3に関しては、図１（Ｂ）に示すように物理的にチルド角に相当するため、選択できる値を限定的に設定することが効果的である。無線基地局１０ごとにθ3の候補を複数設定し、候補値を上位レイヤで通知し、下位レイヤで動的に選択し、切り替える構成としてもよい。
【００６３】
図８は、図１の無線通信システムで用いられる無線基地局１０の概略構成図である。無線基地局１０は、２次元配置された複数のアンテナ１１−１〜１１−Ｎを有し、アンテナ数に応じた無線（ＲＦ）送信回路１６−１〜１６−Ｎおよび無線（ＲＦ）受信回路１７−１〜１７−Ｎを有する。
【００６４】
参照信号生成部１３は、伝搬路測定用の参照信号を生成する。プリコーディングウエイト生成部１９は、アンテナ１１−１〜１１−ＮおよびＲＦ受信回路１７−１〜１７−Ｎを介して受信されたフィードバック情報に基づきプリコーディングウエイトを生成する。プリコーディング部１４は、生成されたプリコーディングウエイトで、参照信号とデータ信号をプリコーディングする。プリコーディング部１４に入力されるデータ信号には、シリアル／パラレル変換、チャネル符合化、変調等が施されているが、発明と直接関係しないので、図示を省略する。
【００６５】
多重部（ＭＵＸ）１５は、プリコードされた参照信号とデータ信号を多重する。ＲＳコンフィギュレーション制御部１８は、伝搬路の推定に用いる参照信号の送信コンフィギュレーション（ＲＳコンフィギュレーション）の設定・切り替えを制御する。ＲＳコンフィギュレーション制御部１８は、図４に示すように複数の異なるＲＳコンフィギュレーションのリソースへの対応付けを制御する。あるいは、図５および図６に示すように、ＲＦコンフィギュレーションの設定タイミングやオーバーライドのタイミングを制御する。この制御により、参照信号は使用されるＲＳコンフィギュレーションに対応する系列に多重される。多重信号は、ＲＦ送信回路１６−１〜１６−Ｎ，デュプレクサ１２−１〜１２−Ｎを介し、アンテナ１１−１〜１１−Ｎから送信される。
【００６６】
ユーザ装置２０からのフィードバック信号はアンテナ１１−１〜１１−Ｎ、デュプレクサ１２−１〜１２−Ｎ、およびＲＦ受信回路１７−１〜１７−Ｎを介して受信され、フィードバック制御情報復調部３１で復調される。復調結果はプリコーディングウエイト生成部１９に供給され、プリコーディングウエイト生成部１９でフィードバック情報に応じたプリコーディングウエイトが生成される。なお、チャネル推定用の参照信号に基づくチャネル推定（チャネル推定部３２の動作）や、データ信号の復調（データチャネル信号復調部３３の動作）や復号については、発明と直接関連しないので、説明を省略する。
【００６７】
図９は、ユーザ装置２０の概略構成図である。ユーザ装置２０は、無線基地局１０からの参照信号を、アンテナ２１−１〜２１−Ｍ、デュプレクサ２２−１〜２２−ＭおよびＲＦ受信回路２４−１〜２４−Ｍを介して受信する。チャネル推定部２５は、受信された参照信号に基づいて伝搬路を推定する。プリコーディングウエイト選択部２７は、伝搬路推定値に基づいてプリコーディングウエイトを選択する。チャネル品質測定部２６は、受信した参照信号に基づいてチャネル品質を測定する。
【００６８】
チャネル品質測定結果と、プリコーディングウエイトの選択結果は、フィードバック制御信号生成部２８に入力される。フィードバック制御信号生成部２８は、無線基地局１０に通知するフィードバック信号を生成する。フィードバック信号は、たとえば、式（３）で表わされる水平方向、垂直方向、および偏波間の伝搬路情報を含むプリコーディング行列Ｗを含んでもよいし、式（４）で表わされる既存の２Ｄ−ＭＩＭＯ用のコードブックを垂直方向に拡張した行列Ｗを含んでもよい。あるいは既存の２Ｄ−ＭＩＭＯ用のコードブックだけを含んでもよい。
【００６９】
ユーザ参照信号とユーザデータ信号は、プリコーディング部１３１でプリコーディングされ、多重部（ＭＵＸ）１３２に入力される。多重部１３２は、ユーザ参照信号、ユーザデータ信号、およびフィードバック信号を多重する。多重された信号は、ＲＦ送信回路２３−１〜２３−Ｍ、デュプレクサ２２−１〜２２−Ｍを介してアンテナ２１−１〜２１−Ｍから送信される。
【００７０】
上述した方法と構成によれば、垂直方向のビームフォーミングを含む３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の通信システムで、伝搬路測定用の参照信号の送信オーバーヘッドを低減することができる。また、伝搬路特性をフィードバックする際のオーバーヘッドを低減することができる。
【００７１】
実施形態では、下りリンクにおける３Ｄ−ＭＩＭＯ伝送について説明したが、上りリンクに適用することも可能である。たとえば、移動局端末（ユーザ装置）において２次元配置されるアンテナを具備する場合は、同様の参照信号構成やフィードバック信号を適用することが可能である。また、特に時分割多重（ＴＤＤ：Time Division Duplex）を用いるシステムでは、当該下りリンク参照信号の受信結果を元に、３次元チャネルの推定が可能であり、双対性を用いた上りリンクビーム形成が可能である。
【００７２】
また、位相回転に関して、相関アンテナを想定したＤＦＴ（離散フーリエ変換）コードブックを用いてもよいし、無相関アンテナを想定したHouseholderコードブックを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１  無線通信システム
１０  無線基地局
１３  参照信号生成部
１４  プリコーディング部
１５  多重部
１８  ＲＳコンフィギュレーション制御部
１９  プリコーディングウエイト生成部
２０、２０−１、２０−２  ユーザ装置
２６  チャネル品質測定部
２７  プリコーディングウエイト選択部
２８  フィードバック制御信号生成部
１３１  プリコーディング部（ユーザ装置側）
１３２  多重部（ユーザ装置側）
【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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