CN104604277A - 无线通信方法、用户终端、无线基站以及无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

能够反馈适合于使用了三维波束的下行通信的信道状态信息(CSI)。本发明的无线通信方法是无线基站使用由在水平面上具有指向性的水平波束以及在垂直面上具有指向性的垂直波束构成的三维波束，进行与用户终端的下行通信的无线通信方法，具有：所述无线基站发送使用在多个垂直波束之间不同的预编码权重而进行了预编码的多个测定用参考信号的步骤；以及所述用户终端将基于所述多个测定用参考信号而生成的信道状态信息发送给所述无线基站的步骤。

Description

无线通信方法、用户终端、无线基站以及无线通信系统
技术领域
本发明涉及下一代移动通信系统中的无线通信方法、用户终端、无线基站以及无线通信系统。
背景技术
在UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)网络中，以进一步高速数据速率、低延迟等为目的，正在讨论长期演进(LTE：Long Term Evolution)(非专利文献1)。在LTE中作为多址接入方式，在下行线路(下行链路)中使用基于OFDMA(Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access，正交频分多址接入)的方式，在上行线路(上行链路)中使用基于SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access，单载波频分多址接入)的方式。
在LTE中，规定了通过使用多个天线对数据进行发送接收从而使数据速率(频率利用效率)提高的MIMO(Multi Input Multi Output，多输入多输出)。在MIMO中，在发送接收机中准备多个发送/接收天线，从发送侧的不同的发送天线同时发送不同的信息序列。另一方面，在接收侧中，利用在发送/接收天线间发生不同的衰落变化，将同时发送的信息序列分离并且进行检测。
作为MIMO传输方式，提出了单用户MIMO(SU-MIMO(Single UserMIMO))，朝向同一用户的发送信息序列从不同的发送天线同时发送；以及多用户MIMO(MU-MIMO(Multiple User MIMO))，朝向不同的用户的发送信息序列从不同的发送天线同时发送。在SU-MIMO以及MU-MIMO中，从码本中选择与应该对天线设定的相位以及振幅的控制量(预编码权重)对应的最优的PMI(Precoding Matrix Indicator，预编码矩阵指示符)，将其作为信道状态信息(CSI)反馈到发送机。在发送机侧中，基于从接收机反馈的CSI来控制各发送天线，对发送信息序列进行发送。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：3GPP TR 25.913“Requirements for Evolved UTRA andEvolved UTRAN”
发明内容
发明要解决的课题
此外，以从LTE进一步宽带化以及高速化为目的，也讨论了LTE的后继系统(例如，也称为LTE Advanced或者LTE Enhencement(以下，称为“LTE-A”))。在该LTE-A中，也讨论了如下情况：使用除了水平面之外还在垂直面上具有指向性的三维波束来进行下行通信(例如，MIMO传输)。因此，期望实现适合于使用三维波束的下行通信的、信道状态信息(CSI)的反馈方式。
本发明鉴于该点而完成，其目的在于提供一种无线通信方法、用户终端、无线基站以及无线通信系统，能够反馈适合于使用三维波束的下行通信的信道状态信息(CSI)。
用于解决课题的手段
本发明的无线通信方法是一种无线通信方法，无线基站使用由在水平面上具有指向性的水平波束以及在垂直面上具有指向性的垂直波束构成的三维波束，进行与用户终端的下行通信，其特征在于，具有：所述无线基站发送使用在多个垂直波束间不同的预编码权重而进行了预编码的多个测定用参考信号的步骤；以及所述用户终端将基于所述多个测定用参考信号而生成的信道状态信息发送到所述无线基站的步骤。
发明的效果
根据本发明，能够反馈适合于使用三维波束的下行通信的信道状态信息(CSI)。
附图说明
图1是表示CRS的映射的一例的图。
图2是表示CSI-RS的映射的一例的图。
图3是假设对LTE-A系统应用的通信方式(3D MIMO/波束成型)的说明图。
图4是表示二维天线和三维发送天线的示意图的图。
图5是说明在二维信道和三维信道中的PMI的图。
图6是说明三维天线的结构的一例的图。
图7是说明水平波束/垂直波束/三维波束的图。
图8是说明由多个垂直波束生成的水平域的信道的图。
图9是本实施方式的情形1.1所涉及的无线通信方法的说明图。
图10是本实施方式的情形1.2所涉及的无线通信方法的说明图。
图11是本实施方式的情形1.3所涉及的无线通信方法的说明图。
图12是本实施方式的情形2.1所涉及的无线通信方法的说明图。
图13是本实施方式的情形2.2所涉及的无线通信方式的说明图。
图14是本实施方式所涉及的无线通信系统的系统结构的说明图。
图15是本实施方式所涉及的无线基站的整体结构的说明图。
图16是本实施方式所涉及的用户终端的整体结构的说明图。
图17是本实施方式所涉及的无线基站的功能结构的说明图。
图18是实施方式所涉及的用户终端的功能结构的说明图。
具体实施方式
参照图1以及图2，说明在LTE系统、LTE-A系统中在信道状态信息(CSI)的反馈(以下，称为CSI反馈)中使用的测定用参考信号。作为测定用参考信号，使用CRS(Common Reference Signal，公共参考信号)、CSI-RS(CSI-Reference Signal，CSI-参考信号)等。
CRS是以CSI反馈或小区搜索为目的而在Rel-8中导入的测定用参考信号。CRS的信号序列是伪随机(pseudo-random)序列，且被进行QPSK调制。QPSK调制后的CRS根据规定的规则映射到多个资源元素(REs)。另外，CRS由于不是DMRS(DeModulation Reference Signal，解调参考信号)那样的用户固有(User-Specific)的参考信号而是小区固有(Cell-Specific)的参考信号，因此，不被进行预编码。
图1是表示天线端口数为1、2、4的情况下的CRS的映射的一例的图。如图1所示，在用户终端UE中支持最大4个天线端口(以0-3标上编号)的CRS，以便能够进行最大4个信道的信道估计。各天线端口的CRS(R0-R3)映射到相互不同的资源元素(REs)，通过时分复用(TDM)/频分复用(FDM)而被进行正交复用。
另一方面，CSI-RS是以CSI反馈为目的而在Rel-10中导入的测定用参考信号。CSI-RS的信号序列是伪随机序列，被进行QPSK调制。QPSK调制后的CSI-RS映射到CSI-RS资源。另外，CSI-RS也不被进行预编码。
图2是表示CSI-RS的映射的一例的图。如图2所示，在用户终端UE中支持最大8个天线端口(以15-22标上编号)的CSI-RS，以便能够进行最大8个信道的信道估计。各天线端口的CSI-RS(R15-R22)通过时分复用(TDM)/频分复用(FDM)/码分复用(CDM)被进行正交复用。
例如，在图2中，天线端口15以及16的CSI-RS(R15、R16)映射到相同的资源元素(REs)，且被进行码分复用(CDM)。关于天线端口17以及18的CSI-RS(R17、R18)、天线端口19以及20的CSI-RS(R19、R20)、天线端口21以及22的CSI-RS(R21、R22)也是同样的。
另外，在图2中，表示天线端口数为8的情况，但是，也支持天线端口数为1、2、4的情况下的CSI-RS。在该情况下，采用nest结构，各天线端口的CSI-RS映射到更多的资源元素(REs)中。
此外，在Rel-11的CoMP中，与多个CoMP小区分别对应地设置多个CSI进程。在该CSI进程的每一个中，设置CSI-RS资源并且进行CSI反馈。此外，在CSI进程的每一个中，决定用于表示CSI-RS资源的配置模式的CSI配置(在图2中，CSI配置0)。
参照图3，说明三维波束成型。图3是使用三维波束成型的MIMO传输的概念图。如图3所示那样，在使用三维波束成型的MIMO传输中，从无线基站eNB的发送天线，输出除了水平面之外还在垂直面上具有指向性的三维波束。通过在垂直方向上具有不同的指向性的三维波束，无线基站eNB的小区C1被扇区化为内部小区C2和外部小区C3。
在图3中，无线基站eNB朝向位于内部小区C2内的用户终端UE1、UE2，分别输出三维波束B1、B2，进行下行MIMO传输。另一方面，无线基站eNB朝向位于外部小区C3内的用户终端UE3、UE4，分别输出三维波束B3、B4，进行下行MIMO传输。这样的三维波束通过三维天线而实现。
考虑在三维波束成型中，与二维波束成型相比，设置在无线基站eNB中的发送天线元件(Tx antenna elements，Tx天线元件)的数目大幅增加。在图4中表示二维天线和三维天线的示意图。
图4A表示二维天线的示意图，图4B表示三维天线的示意图。如图4A所示那样，二维天线由设置在水平方向上的多个天线元件(4Tx)构成。如图4B所示那样，三维天线由设置在水平方向上的多个天线元件(4Tx)以及设置在垂直方向上的多个天线元件(4Tx)构成。
也就是说，构成二维天线的天线元件数(nH)为4个(1行(one row)4个)、构成三维天线的天线元件数(nH·nV)为16个(1行(one row)4个、1列(one column)4个)。
参照图5，说明在二维波束成型中使用的二维信道以及在三维波束成型中使用的三维信道中的PMI。图5A表示二维信道中的PMI(以往的PMI)，图5B表示应用本实施方式的情况下的三维信道中的水平域(水平面)的PMIH。
在图5B中，通过各垂直波束(例如，第k个垂直波束(WV (k)))，形成与各垂直波束对应的水平域的信道(水平信道)，且表示该信道的PMIH。也就是说，PMIH相当于二维信道的PMI。在图5B中表示的情况下，从用户终端UE侧通过测定用参考信号的预编码，能够将三维信道看做与规定的垂直波束对应的二维水平信道的状态。
接着，参照图6，说明三维天线的结构的一例。为了实现三维波束成型/三维MIMO，需要将多个天线元件配置在水平域(水平面)和垂直域(垂直面)的双方。在图6中表示三维天线的结构的一例。图6A表示将微型化后的天线元件沿着水平域以及垂直域进行了配置的情况，图6B表示使天线元件在水平域和垂直域中进行了交叉的交叉偏振天线(cross polarized antenna)。
水平波束能够通过在配置在水平域上的多个水平用天线元件(或者，水平用天线元件列(构成图6中的一个行的天线元件))中使用水平预编码器(WH)进行预编码从而形成。例如，如图7A所示那样，水平波束基于水平预编码器(WH)而形成，以使在水平域上具有角度θH。
垂直波束能够通过在配置在垂直域上的多个垂直用天线元件(或者，垂直用天线元件列(图6中的构成一个列的天线元件))中使用垂直预编码器(WV)进行预编码从而形成。例如，如图7B所示那样，垂直波束基于垂直预编码器(WV)而形成，以使在垂直域上具有角度θV。此外，多个垂直用天线元件或者垂直用天线元件列也可以设为在垂直域(或者垂直方向)上具有相同的偏振分量的结构。
三维波束能够通过使用配置在水平方向和水平方向上的多个天线元件，将水平预编码器(WH)和垂直预编码器(WV)进行合成从而形成。例如，如图7C所示那样，三维波束能够将图7A的水平波束和图7B的垂直波束进行合成从而形成。
图8表示在形成3个垂直波束的情况下，由各垂直波束生成的水平域的信道(水平信道)。具体而言，在图8中，表示由垂直波束1、垂直波束2、垂直波束3分别生成的水平域中的信道。垂直波束1～3如上述那样在垂直用天线元件(垂直用天线元件列)中分别使用垂直预编码器(WV (1)、WV (2)、WV (3))进行预编码从而形成。
在使用上述那样的三维波束的下行通信中，讨论下面的情况：对于与多个垂直波束分别对应的测定用参考信号，使用在该多个垂直波束间不同的预编码权重进行预编码，另一方面将该多个测定用参考信号映射到同一无线资源(例如，同一天线端口的资源元素)中，从而防止测定用参考信号的开销的增大。因此，期望实现基于被预编码后的多个测定用参考信号的CSI的反馈方式。
因此，本发明者们讨论在使用由水平波束以及垂直波束构成的三维波束的下行通信中，能够基于使用在多个垂直波束间不同的预编码权重而进行了预编码的多个测定用参考信号，对CSI进行反馈的无线通信方法，从而达成了本发明。
在本实施方式所涉及的无线通信方法中，无线基站eNB发送多个测定用参考信号，该多个测定用参考信号使用在多个垂直波束间不同的预编码权重而进行了预编码。此外，用户终端UE将基于所述多个测定用参考信号生成的信道状态信息(CSI)发送到无线基站eNB。无线基站eNB基于该CSI，选择用于形成在与用户终端UE的下行通信中使用的垂直波束的预编码权重。
另外，在本实施方式所涉及的无线通信方法中，设为多个测定用参考信号使用在多个垂直波束间不同的预编码权重而进行预编码并映射到同一无线资源中，但是，不限定于此。例如，也可以多个测定用参考信号被映射到使用在多个水平波束间不同的预编码权重而进行预编码的同一无线资源中。即，垂直波束和水平波束的关系也可以适当交换。
此外，在本实施方式所涉及的无线通信方法中，使用例如CSI-RS、CRS作为测定用参考信号，但是，不限定于此。
(第一方式)
在第一方式中，说明使用CSI-RS作为测定用参考信号的情况。在第一方式中，通过对每个垂直波束不同的预编码权重而进行预编码的多个CSI-RS被映射到对每个垂直波束不同的CSI-RS资源中。各CSI-RS资源与一个垂直波束相关联。由此，针对各CSI-RS资源而反馈的CSI表示与各CSI-RS资源相关联的垂直波束的水平域中的CSI。此外，各CSI-RS资源与一个CSI进程相关联。
在此，CSI-RS资源是指预先决定为CSI-RS的映射用的无线资源。例如，如图2所示那样，CSI-RS资源由按每个天线端口决定的规定数目的资源元素(REs)构成。此外，CSI-RS资源具有多个配置模式(CSI配置)。
另外，在Rel-11的CoMP的情况下，各CSI-RS资源与1个CoMP小区相关联并且与一个CSI进程对应。如此，将与一个CoMP小区关联的CSI-RS资源与一个垂直波束进行关联，从而能够将Rel-11的CoMP中的CSI反馈结构重新利用(reuse)为三维波束成型中的CSI反馈结构。
〔情形1.1〕
参照图9，说明第一方式的第一情形(以下，称为情形1.1)所涉及的无线通信方法。另外，在图9中，设为设定(configure，配置)K(K≥1)个垂直波束。此外，K个垂直波束设为分别与K个CSI进程对应。
如图9所示那样，无线基站eNB使用对每个垂直波束不同的预编码权重而将CSI-RS进行预编码，将预编码后的CSI-RS映射到对每个垂直波束不同的CSI-RS资源并进行发送(步骤S11)。另外，如图9所示那样，各垂直波束的CSI-RS资源也可以配置在相同的子帧n中，也可以配置在不同的子帧中。
此外，无线基站eNB对用户终端UE通知CSI进程信息(步骤S12)。在此，CSI进程信息是与分别对应于K个垂直波束的K个CSI进程有关的信息，例如，CSI-RS的进程的个数以及对应的天线端口。CSI进程信息通过例如RRC信令等的上位层信令而进行通知。
用户终端UE进行各垂直波束(CSI进程)的信道估计(步骤S13)。具体而言，在图9中，用户终端UE对由各垂直波束形成的水平信道
[数1]
H ‾ ( k ) ( k = 1 , . . . , K )
进行估计。在此，水平信道是指由各垂直波束形成的水平域中的二维信道。
用户终端UE基于信道估计的结果，计算各垂直波束(CSI进程)的CSI(步骤S14)。具体而言，用户终端UE计算由K个垂直波束分别形成的K个水平信道的PMIH (k)、RIH (k)、CQIH (k)(k＝1，…，K)。在此，PMIH (k)是指由第k个垂直波束形成的水平信道的预编码矩阵指示符，用于对在水平预编码器中使用的预编码权重进行识别。此外，RIH (k)是指由第k个垂直波束形成的水平信道的秩指示符。此外，CQIH (k)是指由第k个垂直波束形成的水平信道的信道质量指示符。
用户终端UE将全部的垂直波束(CSI进程)的CSI反馈到无线基站eNB(步骤S15)。具体而言，用户终端UE对由K个垂直波束分别形成的K个水平信道的PMIH (k)、RIH (k)、CQIH (k)(k＝1，…，K)进行反馈。另外，CSI可以通过对每个垂直波束不同的子帧进行反馈，也可以多个垂直波束的CSI通过同一子帧进行反馈。
无线基站eNB基于反馈的所有的垂直波束(CSI进程)的CSI，选择在下行MIMO传输中使用的垂直波束，进行调度以及预编码(步骤S16)。具体而言，无线基站eNB基于K个CQI(1)、…、CQI(k)，使用规定的函数(例如，argmax)对PMIv进行选择。在此，PMIv是指用于形成垂直波束的垂直预编码矩阵指示符，用于对在垂直预编码器中使用的预编码权重进行识别。
根据情形1.1所涉及的无线通信方法，K个垂直波束分别与K个CSI进程相关联，反馈全部的K个垂直波束(CSI进程)的CSI。在Rel-11的CoMP中，定义了与多个CoMP小区的每一个相关联的多个CSI进程。因此，代替多个CoMP小区，将多个CSI进程与多个垂直波束的各自进行关联，从而能够减轻系统的安装负载，并且实现三维波束成型中的CSI反馈结构。此外，能够确保对于支持直到Rel-11的用户终端UE(传统终端)的向后兼容性。
〔情形1.2〕
参照图10，说明第一方式的第二情形(以下，称为情形1.2)所涉及的无线通信方法。另外，在图10中，设为设定K(K≥1)个垂直波束。此外，K个垂直波束设为分别与K个CSI进程对应。另外，各CSI进程设为通过CSI进程的指示符(CSI进程ID)而进行识别。
图10的步骤S21、S23、S24与图9的步骤S11、S13、S14是相同的，因此，省略说明。在图10的步骤S22中，无线基站eNB除了在图9的步骤S12中说明的CSI进程信息之外，还将请求CSI反馈的垂直波束的数目M(M≥1)通知到用户终端UE。在此，数目M通过例如RRC信令等的上位层信令而进行通知。另外，在预先对用户终端UE设定数目M的情况下，数目M也可以不进行通知。
用户终端UE从在步骤S24中计算出的K个垂直波束(CSI进程)的CSI之中，选择最好的M个垂直波束的CSI(步骤S25)。具体而言，用户终端UE对K个垂直波束各自的CSI-RS的接收质量进行测定，并且选择所测定的接收质量好的M个垂直波束的CSI。在此，作为CSI-RS的接收质量，使用RSRP(Reference Signal Received Power，参考信号接收功率)，但是，也可以使用RSRQ(Reference Signal Received Quality，参考信号接收质量)或SINR(Signal Interference plus Noise Ratio，信号干扰加噪声比)等。
另外，在步骤S25中，用户终端UE也可以选择由垂直波束形成的水平信道的CQIH好的M个垂直波束的CSI。此外，用户终端UE也可以选择由垂直波束形成的扇区内的容量充分的M个垂直波束的CSI。
用户终端UE将选择出的M个垂直波束(CSI进程)的CSI、和用于识别M个CSI进程的CSI进程ID反馈到无线基站eNB(步骤S26)。具体而言，用户终端UE对由选择出的M个垂直波束分别形成的M个水平信道的PMIH (k)、RIH (k)、CQIH (k)(k∈SM)进行反馈。
无线基站eNB基于所反馈的M个垂直波束(CSI进程)的CSI，选择在下行MIMO传输中使用的垂直波束，进行调度以及预编码(步骤S27)。
根据情形1.2所涉及的无线通信方法，反馈从K个垂直波束(CSI进程)的CSI中选择出的M个垂直波束的CSI。因此，与反馈全部的K个垂直波束的CSI的情况(情形1.1)相比，能够减轻CSI反馈的开销。
另外，在情形1.2所涉及的无线通信方法中，利用三维波束的特性，从而能够进一步削减CSI反馈的开销。具体而言，在步骤S26中，用户终端UE也可以对由邻接的垂直波束(CSI进程)分别形成的水平信道的PMIH/RIH进行联合选择。在此，联合选择是指选择对于多个邻接的垂直波束而言最优的水平信道的PMIH/RIH。在该情况下，与反馈M个PMIH/RIH的情况相比，能够削减开销。
此外，在步骤S26中，用户终端UE也可以对由邻接的垂直波束(CSI进程)形成的水平信道的CQIH的差分值进行反馈。在该情况下，如果反馈一个CQIH(例如，关于最好的垂直波束的CQIH)，则关于其他的M-1个CQIH反馈差分值即可。因此，与反馈M个CQIH的情况相比，能够削减开销。
此外，在步骤S26中，用户终端UE也可以反馈最好的垂直波束(CSI进程)的CSI、与该最好的垂直波束邻接的至少一个垂直波束的CSI、和与该最好的垂直波束对应的CSI进程ID。在该情况下，由于仅反馈一个CSI进程ID，因此，与反馈M个CSI进程ID的情况相比，能够减轻开销。
〔情形1.3〕
参照图11，说明第一方式的第三情形(以下，称为情形1.3)所涉及的无线通信方法。另外，在图11中，设为设定K(K≥1)个垂直波束。此外，K个垂直波束设为分别与K个CSI进程对应。另外，各CSI进程设为通过CSI进程ID而进行识别。
图11的步骤S31、S33、S34与图9的步骤S11、S13、S14相同，因此，省略说明。在图11的步骤S32中，无线基站eNB除了在图9的步骤S12中说明的CSI进程信息之外，还将关于请求CSI反馈的CSI的规定的阈值通知到用户终端UE。规定的阈值也可以通过例如RRC信令等的上位层信令而进行通知。此外，在规定的阈值预先在用户终端UE中设定的情况下，规定的阈值也可以不进行通知。
用户终端UE从在步骤S34中计算出的K个垂直波束(CSI进程)的CSI之中，选择CSI比规定的阈值更好的垂直波束的CSI(步骤S35)。具体而言，用户终端UE测定K个垂直波束各自的CSI-RS的接收质量，选择测定出的接收质量比规定的阈值更好的垂直波束的CSI。如上所述，使用RSRP作为CSI-RS的接收质量，但是，也可以使用RSRQ或SINR等。
另外，在步骤S35中，用户终端UE也可以选择由垂直波束形成的水平信道的CQIH比规定的阈值更好的垂直波束的CSI。此外，用户终端UE也可以选择由垂直波束形成的扇区内的容量满足规定的阈值的垂直波束的CSI。
用户终端UE将选择出的垂直波束(CSI进程)的CSI、和用于识别选择出的CSI进程的CSI进程ID，反馈到无线基站eNB(步骤S36)。具体而言，用户终端UE反馈由选择出的垂直波束形成的水平信道的PMIH (k)、RIH (k)、CQIH (k)(k∈S)。
无线基站eNB基于所反馈的垂直波束(CSI进程)的CSI，选择在下行MIMO传输中使用的垂直波束，进行调度以及预编码(步骤S37)。
根据情形1.3所涉及的无线通信方法，在K个垂直波束(CSI进程)的CSI之中，仅反馈比规定的阈值更好的垂直波束的CSI。因此，与反馈全部的K个垂直波束的CSI的情况(情形1.1)相比，能够减轻CSI反馈的开销。
(第二方式)
在第二方式中，说明使用CRS作为测定用参考信号的情况。在第二方式中，通过对每个垂直波束不同的预编码权重进行预编码的多个CRS通过对每个垂直波束不同的子帧而发送。各子帧与一个垂直波束相关联。由此，针对各子帧的CRS而反馈的CSI表示与各子帧相关联的垂直波束的水平域中的CSI。
〔情形2.1〕
参照图12，说明第二方式的第一情形(以下，称为情形2.1)所涉及的无线通信方法。另外，在图12中，设为设定K(K≥1)个垂直波束。
如图12所示那样，无线基站eNB使用对每个垂直波束不同的预编码权重来对CRS进行预编码，将预编码后的CRS通过对每个垂直波束不同的子帧进行发送(步骤S41)。例如，在图12中，通过与第一个垂直波束对应的预编码权重进行了预编码的CRS通过子帧n进行发送(步骤S411)。此外，通过与第K个垂直波束对应的预编码权重进行了预编码的CRS通过子帧n+q1进行发送(步骤S41K)。
用户终端UE进行各垂直波束的信道估计，基于信道估计的结果来计算各垂直波束的CSI(步骤S42)。具体而言，在图12中，基于通过与第一个垂直波束对应的预编码权重进行了预编码的CRS，对由第一个垂直波束形成的水平信道
[数2]
进行估计，计算该水平信道的PMIH (1)、RIH (1)、CQIH (1)(步骤S421)。同样地，基于通过与第K个垂直波束对应的预编码权重进行了预编码的CRS，对由第K个垂直波束形成的水平信道
[数3]
进行估计，计算该水平信道的PMIH (k)、RIH (k)、CQIH (k)(步骤S42K)。
用户终端UE将全部的垂直波束的CSI反馈到无线基站eNB(步骤S43)。具体而言，用户终端UE将在步骤S421…S42K中分别计算出的PMIH (k)、RIH (k)、CQIH (k)(k∈1，…，K)，在连续的子帧中分别进行反馈(步骤S431-S43K)。
无线基站eNB基于所反馈的全部的垂直波束的CSI，选择在下行MIMO传输中使用的垂直波束，进行调度以及预编码(步骤S44)。具体而言，无线基站eNB基于K个CQI(1)、…、CQI(k)，使用规定的函数(例如，argmax)来选择PMIv。
根据情形2.1所涉及的无线通信方法，K个垂直波束分别与K个子帧的CRS关联，反馈全部的K个垂直波束的CSI。如此，通过利用基于CRS的CSI反馈结构，从而能够减轻系统的安装负载，并且能够实现三维波束成型中的CSI反馈结构。此外，能够确保对于支持基于CRS的CSI反馈但不支持基于CSI-RS的CSI反馈的用户终端UE(传统终端)的向后兼容性。
〔情形2.2〕
参照图13，说明第二方式的第二情形(以下，称为情形2.2)所涉及的无线通信方法。另外，在图13中，设为设定K(K≥1)个垂直波束。
图13的步骤S511-S51K与图12的步骤S411-S41K相同，因此，省略说明。另外，虽然未图示，但是，无线基站eNB将关于请求CSI反馈的CSI的规定的阈值通知到用户终端UE。规定的阈值也可以通过例如RRC信令等的上位层信令进行通知。此外，在规定的阈值预先在用户终端UE中设定的情况下，规定的阈值也可以不进行通知。
用户终端UE进行各垂直波束的信道估计，基于信道估计的结果，计算各垂直波束的CSI，判定计算出的CSI是否比规定的阈值更好(步骤S52)。例如，在图13中，计算由第一个垂直波束形成的水平信道的PMIH (1)、RIH (1)、CQIH (1)，判定计算出的CQIH (1)是否比规定的阈值更好(步骤S521)。在此，由于计算出的CQIH (1)比规定的阈值更差，因此，不反馈第一个垂直波束的CSI。
同样地，在图13中，计算由第K个垂直波束形成的水平信道的PMIH (k)、RIH (k)、CQIH (k)，判定计算出的CQIH (k)是否比规定的阈值更好(步骤S52K)。在此，由于计算出的CQIH (k)比规定的阈值更好，因此，反馈第K个垂直波束的CSI。具体而言，用户终端UE将计算出的PMIH (k)、RIH (k)、CQIH (k)反馈到无线基站eNB(步骤S53)。
无线基站eNB基于所反馈的垂直波束的CSI，选择在下行MIMO传输中使用的垂直波束，进行调度以及预编码(步骤S54)。
根据情形2.2所涉及的无线通信方法，在基于K个垂直波束的CRS计算的CSI之中，仅反馈比规定的阈值更好的垂直波束的CSI。因此，与反馈全部的K个垂直波束的CSI的情况(情形2.1)相比，能够减轻CSI反馈的开销。
(无线通信系统的结构)
下面，详细地说明本实施方式所涉及的无线通信系统。
图14是本实施方式所涉及的无线通信系统的系统结构的说明图。另外，图14所示的无线通信系统1是例如包含LTE系统或者SUPER 3G的系统。在该无线通信系统中，也可以进行将多个LTE系统的系统频带即分量载波合并的载波聚合。此外，该无线通信系统也可以称为LTE-Advanced(LTE-A)、IMT-Advanced、4G等。
如图14所示那样，无线通信系统1构成为包含无线基站10、与无线基站10进行通信的用户终端20A以及20B。无线基站10与上位站装置30连接，上位站装置30与核心网络40连接。上位站装置30是例如网关(GW)、移动性管理实体(MME)等，但是，不限定于此。
如图14所示那样，无线基站10输出将在水平面上具有指向性的水平波束和在垂直面上具有指向性的垂直波束进行组合而构成的三维波束B1以及B2。在图14中，通过垂直面上的指向性不同的多个三维波束B1以及B2，形成多个扇区(内部小区C2以及外部小区C1)。具体而言，通过倾斜角小的三维波束B1，形成远离无线基站10的外部C1。另一方面，通过倾斜角大的三维波束B2，形成离无线基站10近的内部小区C2。另外，倾斜角是指波束相对于水平方向(例如，地面)的角度。
在图14中，位于外部小区C1内的用户终端20A使用三维波束B1进行与无线基站10的下行通信。此外，位于内部小区C2内的用户终端20B使用三维波束B2进行与无线基站10的下行通信。在该下行通信中，使用MIMO传输。用户终端20A以及20B可以是LTE终端以及LTE-A终端的任一个，也可以是包含移动终端以及固定终端的双方的用户装置(UE)。下面，在不对用户终端20A以及20B进行区别的情况下，称为用户终端20。
另外，在图14所示的无线通信系统1中，作为无线接入方式，针对下行链路应用OFDMA(正交频分多址)，针对上行链路应用SC-FDMA(单载波-频分多址)，但是，上行链路的无线接入方式不限定于此。
下行链路的通信信道具有：在用户终端20间共享的下行数据信道即PDSCH(Physical Downlink Shared Channel，物理下行链路共享信道)、以及下行L1/L2控制信道(PDCCH、PCFICH、PHICH)。通过PDSCH，发送数据以及上位控制信息被进行传输。通过PDCCH(Physical Downlink ControlChannel，物理下行链路控制信道)，PDSCH以及PUSCH的调度信息(DL许可、UL许可)等被进行传输。另外，为了解决PDCCH的容量不足，也可以设置与PDSCH频分复用的扩展PDCCH(也称为E-PDCCH、ePDCCH、UE-PDCCH等)。
上行链路的通信信道具有：在用户终端20间共享的上行数据信道即PUSCH(Physical Uplink Shared Channel，物理上行链路共享信道)、以及上行控制信道即PUCCH(Physical Uplink Control Channel，物理上行链路控制信道)。通过该PUSCH，发送数据或上位控制信息被进行传输。此外，通过PUCCH，下行链路的信道状态信息(CSI)或送达确认信息(ACK/NACK/DTX)等被进行传输。另外，信道状态信息(CSI)或送达确认信息(ACK/NACK/DTX)也可以通过PUSCH进行传输。
接着，参照图15以及16，说明本实施方式所涉及的无线基站以及用户终端的整体结构。
图15是本实施方式所涉及的无线基站的整体结构图。如图15所示那样，无线基站10具备：发送接收天线11、放大部12、发送接收部13、基带信号处理部14、呼叫处理部15、以及传输路径接口16。另外，如图6所示那样，发送接收天线11由天线元件在水平域和垂直域双方排列的三维天线构成。具体而言，发送接收天线11具有：由成为水平波束的形成单位的多个天线元件构成的水平用天线元件列、以及由成为垂直波束的形成单位的多个天线元件构成的垂直用天线元件列。
对于用户终端20的下行数据从上位站装置30经由传输路径接口16而输入到基带信号处理部14。在基带信号处理部14中，针对下行数据，进行基于HARQ的重发控制、调度、传输格式选择、信道编码、预编码、向无线资源的映射、快速傅里叶逆变换(IFFT)等的发送信号处理。
此外，在基带信号处理部14中，针对下行控制数据(例如，DCI等)，也进行信道编码、向无线资源的映射、IFFT等的发送信号处理。此外，针对基于广播信道的广播信息或参考信号(CRS、CSI-RS、DM-RS等)，也进行向无线资源的映射、IFFT等的发送信号处理。
发送接收部13将从基带信号处理部14按发送接收天线11的每个天线元件(参照图6)进行预编码而输出的基带信号变换到无线频带。放大部12对频率变换后的无线频率信号进行放大，通过发送接收天线11进行发送。
另一方面，关于来自用户终端20的上行数据，在发送接收天线11中接收到的无线频率信号分别在放大部12中进行放大，在发送接收部13中进行频率变换而变换为基带信号，并被输入到基带信号处理部14。
在基带信号处理部14中，对所输入的基带信号中包含的上行数据，进行快速傅里叶变换(FFT)、离散傅里叶逆变换(IDFT)、纠错解码等的接收信号处理，并经由传输路径接口16转发到上位站装置30。呼叫处理部15进行通信信道的设定或释放等的呼叫处理、或无线基站10的状态管理、或无线资源的管理。
图16是本实施方式所示的用户终端的整体结构图。如图16所示那样，用户终端20具备：多个发送接收天线21、多个放大部22、发送接收部23、基带信号处理部24、以及应用部25。
关于来自无线基站10的下行信号，在各发送接收天线21中接收到的无线频率信号分别在放大部22中进行放大，在发送接收部23中进行频率变换而变换为基带信号。该基带信号在基带信号处理部24中进行FFT、或纠错解码等的接收信号处理等。在下行信号之中下行用户数据被转发到应用部25，被进行与上位层有关的处理。
另一方面，关于对于无线基站10的上行数据，从应用部25被输入到基带信号处理部24。在基带信号处理部24中，被进行基于HARQ的重发控制、信道编码、预编码、DFT、IFFT等的发送信号处理，并被转发到各发送接收部23。发送接收部23将从基带信号处理部24输出的基带信号变换到无线频带。其后，放大部22对频率变换后的无线频率信号进行放大，通过发送接收天线21进行发送。
接着，参照图17以及18，说明本实施方式所涉及的无线基站以及用户终端的详细结构。另外，在图17以及图18中表示CSI反馈所涉及的功能结构，但是，也可以具备其他的功能结构。此外，图17所示的功能结构主要设置在图15的基带信号处理部14中。同样地，图18所示的功能结构主要设置在图16的基带信号处理部24中。
图17是本实施方式所涉及的无线基站的功能结构图。如图17所示那样，作为CSI反馈所涉及的功能结构，无线基站10具备：CSI-RS生成部101a(情形1.1、情形1.2、情形1.3)、CRS生成部101b(情形2.1、情形2.2)、CSI接收部102(接收部)、垂直PMI选择部103(选择部)、三维预编码器104/三维信道结构部104、以及调度部(UE的决定以及所使用的三维的预编码器的决定)105。
CSI-RS生成部101a使用对每个垂直波束不同的预编码权重而对信道状态测定用参考信号(CSI-RS)进行预编码，将被预编码后的(Precoded)CSI-RS映射到对每个垂直波束不同的CSI-RS资源。
具体而言，CSI-RS生成部101a与K(K≥1)个垂直波束对应地设定(configure，配置)K个CSI进程，并输出与设定的K个CSI进程有关的CSI进程信息和K个被预编码后的CSI-RS。从CSI-RS生成部101a输出的CSI进程信息以及K个被预编码后的CSI-RS通过由图15的发送接收部13、放大部12、发送接收天线11构成的发送部，通过K个CSI进程被发送到用户终端20。
另外，K个CSI进程分别具有对应的CSI-RS资源，K个被预编码后的CSI-RS分别被映射到与K个CSI进程对应的CSI-RS资源中。
CRS生成部101b使用对每个垂直波束不同的预编码权重而对小区固有参考信号(CRS)进行预编码，将被预编码后的(Precoded)CSI-RS映射到对每个垂直波束不同的子帧。
具体而言，CRS生成部101b与K(K≥1)个垂直波束对应地输出K个被预编码后的CRS。从CRS生成部101b输出的K个被预编码后的CRS通过由图15的发送接收部13、放大部12、发送接收天线11构成的发送部，通过K个子帧被发送到用户终端20。
CSI接收部102接收从用户终端20反馈的信道状态信息(CSIH)。通过该CSIH表示由垂直波束形成的水平域中的信道(水平信道)的状态。在CSIH中，包含用于识别该水平信道的预编码权重的预编码矩阵指示符(PMIH)、用于识别该水平信道的秩的秩指示符(RIH)、以及用于识别该水平信道的信道质量的信道质量指示符(CQIH)。
具体而言，CSI接收部102也可以接收由K(K≥1)个垂直波束形成的K个水平信道的CSIH (1)…CSIH (x)(x＝K)(情形1.1、情形2.1)。此外，CSI接收部102也可以接收从K个CSIH (1)…CSIH (k)之中选择出的、信道状态好的M个水平信道的CSIH (1)…CSIH (x)(x＝M)(情形1.2)。此外，CSI接收部102也可以接收从K个CSIH (1)…CSIH (k)之中选择出的、表示比规定的阈值更好的信道状态的CSIH (1)…CSIH (x)(x≤K)(情形1.3、情形2.2)。
垂直PMI选择部103基于从CSI接收部102输入的CSIH，选择用于形成在与用户终端20的下行通信中使用的垂直波束的PMI(垂直PMI)。具体而言，垂直PMI选择部103选择用于识别该预编码权重的垂直PMI。垂直PMI(PMIv)使用例如，CSIH (1)…CSIH (x)中包含的CQIH (1)…CQIH (x)和规定的函数(例如，argmax)而进行。另外，垂直PMI选择部103构成选择部，该选择部选择用于形成在下行通信中使用的一个或多个垂直波束的PMI(预编码权重)。
三维预编码器/三维信道结构部104使用在垂直PMI选择部103中选择出的垂直PMI进行基于垂直预编码器的预编码，形成垂直波束。此外，三维预编码器/三维信道结构部104进行基于水平预编码器的预编码，形成水平波束。通过形成的垂直波束和水平波束构成三维信道。另外，三维预编码器/三维信道结构部104构成形成部，该形成部形成与通过垂直PMI选择部103选择出的垂直PMI对应的水平波束的PMI(预编码权重)，以及三维预编码权重。
调度部105基于来自三维预编码器/三维信道结构部104的输入信息，进行调度。
图18是本实施方式所涉及的用户终端的功能结构图。如图18所示那样，作为CSI反馈所涉及的功能结构，用户终端20具有：CSI-RS接收部201a以及信道估计部202a(情形1.1、情形1.2、情形1.3)、CRS接收部201b以及信道估计部202b(情形2.1、情形2.2)、CSI生成部203、CSI反馈部204(情形1.1、情形2.1)、CSI选择/CSI反馈部204(情形1.2、情形1.3、情形2.2)。
CSI-RS接收部201a接收使用对每个垂直波束不同的预编码权重而预编码后的(Precoded)信道状态测定用参考信号(CSI-RS)。具体而言，CSI-RS接收部201a基于与K(K≥1)个垂直波束对应且与K个CSI进程有关的CSI进程信息，进行K个被预编码后的CSI-RS的接收处理(解调、解码等)。
信道估计部202a基于在CSI-RS接收部201a中接收到的CSI-RS进行信道估计。具体而言，信道估计部202a基于从CSI-RS接收部201a输入的、K个被预编码后的CSI-RS，对由K个垂直波束(CSI进程)分别形成的K个水平域中的信道(水平信道)进行估计。
CRS接收部201b接收使用对每个垂直波束不同的预编码权重而预编码后的(Precoded)小区固有参考信号(CRS)。具体而言，CRS接收部201b进行通过K个子帧分别发送的K个被预编码后的CRS的接收处理(解调、解码等)。
信道估计部202b基于在CRS接收部201b中接收到的CRS来进行信道估计。具体而言，信道估计部202b基于从CRS接收部201b输入的、K个被预编码后的CRS，对由K个垂直波束分别形成的K个水平信道进行估计。如上所述，水平信道是指由垂直波束形成的水平域中的二维信道。
CSI生成部203生成通过信道估计部202a、202b估计的水平信道的信道状态信息(CSI)。具体而言，CSI生成部203生成由K个垂直波束分别形成的K个水平信道的CSIH (1)…CSIH (k)。另外，在CSIH (1)…CSIH (k)中，包含PMIH (1)…PMIH (k)、RIH (1)…RIH (k)、CQIH (1)…CQIH (k)。
CSI反馈部204进行通过CSI生成部203生成的CSI全部的发送处理(例如，编码、调制等)(情形1.1、情形2.1)。具体而言，CSI反馈部204进行从CSI生成部203输入的K个水平信道的CSIH (1)…CSIH (k)的发送处理，并进行输出。所输出的K个水平信道的CSIH (1)…CSIH (k)通过由图16的发送接收部23、放大部22、发送接收天线21构成的发送部，发送到无线基站10。
CSI选择/反馈部205从通过CSI生成部203生成的CSI选择满足规定的条件的CSI，进行所选择的CSI的发送处理(例如，编码、调制等)。具体而言，CSI选择/反馈部205也可以在从CSI生成部203输入的K个水平信道的CSIH (1)…CSIH (k)之中，选择信道状态好的M个CSIH (1)…CSIH (x)(x＝M)(情形1.2)。此外，CSI选择/反馈部205也可以在从CSI生成部203输入的K个水平信道的CSIH (1)…CSIH (k)之中，选择信道状态比规定的阈值更好的CSIH (1)…CSIH (x)(x≤K)(情形1.3、情形2.2)。所选择的CSIH (1)…CSIH (x)通过由图16的发送接收部23、放大部22、发送接收天线21构成的发送部，被发送到无线基站10。
本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变更而实施。例如，只要不脱离本发明的范围，关于上述说明中的载波数、载波的频带宽度、信令通知方法、处理部的数目、处理顺序，能够进行适当变更而实施。此外，在不脱离本发明的范围内能够适当变更而实施。
本申请基于2012年9月7日申请的(日本)特愿2012-197745。其内容全部包含于此。

Claims (12)

1.一种无线通信方法，无线基站使用由在水平面上具有指向性的水平波束以及在垂直面上具有指向性的垂直波束构成的三维波束，进行与用户终端的下行通信，其特征在于，所述无线通信方法具有：
所述无线基站发送使用在多个垂直波束之间不同的预编码权重而进行了预编码的多个测定用参考信号的步骤；以及
所述用户终端将基于所述多个测定用参考信号而生成的信道状态信息发送到所述无线基站的步骤。
2.如权利要求1所述的无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法还具有以下步骤：
所述无线基站基于所述信道状态信息，选择用于形成在所述下行通信中使用的一个或者多个垂直波束的预编码权重，形成与所选择的所述预编码权重对应的用于形成水平波束的预编码权重以及三维预编码权重，并进行调度。
3.如权利要求1或权利要求2所述的无线通信方法，其特征在于，
所述多个测定用参考信号是在不同的进程中发送的多个信道状态测定用参考信号(CSI-RS)。
4.如权利要求1或者权利要求2所述的无线通信方法，其特征在于，
所述多个测定用参考信号是在不同的子帧中发送的多个小区固有参考信号(CRS)。
5.如权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，
所述信道状态信息是由所述多个垂直波束分别形成的多个水平域中的信道状态信息。
6.如权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，
所述信道状态信息是从由所述多个垂直波束分别形成的多个水平域中的信道状态信息之中选择出的、规定数目的信道状态信息。
7.如权利要求3所述的无线通信方法，其特征在于，
所述信道状态信息是从由所述多个垂直波束分别形成的多个水平域中的信道状态信息之中选择出的、比规定的阈值更好的信道状态信息。
8.一种用户终端，使用由在水平面上具有指向性的水平波束以及在垂直面上具有指向性的垂直波束构成的三维波束，进行与无线基站的下行通信，其特征在于，所述用户终端具备：
接收部，从所述无线基站接收多个测定用参考信号，所述多个测定用参考信号使用在多个垂直波束之间不同的预编码权重而进行了预编码；以及
发送部，基于所述多个测定用参考信号进行信道估计，将信道状态信息发送到所述无线基站。
9.一种无线基站，使用由在水平面上具有指向性的水平波束以及在垂直面上具有指向性的垂直波束构成的三维波束，进行与用户终端的下行通信，其特征在于，所述无线基站具备：
发送部，发送多个测定用参考信号，所述多个测定用参考信号使用在多个垂直波束之间不同的预编码权重而进行了预编码；以及
接收部，从所述用户终端接收基于所述多个测定用参考信号而测定的信道状态信息。
10.如权利要求9所述的无线基站，其特征在于，所述无线基站具备：
选择部，基于所述信道状态信息，选择用于形成在所述下行通信中使用的一个或者多个垂直波束的预编码权重；
形成部，形成与所选择的所述预编码权重对应的用于形成水平波束的预编码权重以及三维预编码权重；以及
调度部，进行调度。
11.一种无线通信系统，无线基站使用由在水平面上具备指向性的水平波束以及在垂直面上具有指向性的垂直波束构成的三维波束，进行与用户终端的下行通信，其特征在于，
所述无线基站发送多个测定用参考信号，所述多个测定用参考信号使用在多个垂直波束之间不同的预编码权重而进行了预编码，
所述用户终端基于所述多个测定用参考信号进行信道估计，并将信道状态信息发送到所述无线基站。
12.如权利要求11所述的无线通信系统，其特征在于，
所述无线基站基于所述信道状态信息，选择用于形成在所述下行通信中使用的一个或者多个的垂直波束的预编码权重，形成与所选择的所述预编码权重对应的用于形成水平波束的预编码权重以及三维预编码权重，并进行调度。
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