JP2011188295A - コードブック制御方法、基地局装置及び移動局装置 - Google Patents

コードブック制御方法、基地局装置及び移動局装置 Download PDF

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Abstract

【課題】チャネル伝搬路におけるチャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすること。
【解決手段】基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が高い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数のＤＦＴコードブックと、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が低い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数のランダムコードブックとで構成されるコードブックの制御方法において、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定し、推定したチャネル変動量に基づいてコードブックに含まれるＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率を適応的に変更することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コードブック制御方法、基地局装置及び移動局装置に関し、特に、次世代移動通信システムにおけるコードブック制御方法、基地局装置及び移動局装置に関する。
ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）ネットワークにおいては、周波数利用効率の向上、データレートの向上を目的として、ＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）やＨＳＵＰＡ（High Speed Uplink Packet Access）を採用することにより、Ｗ-ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）をベースとしたシステムの特徴を最大限に引き出すことが行われている。このＵＭＴＳネットワークについては、更なる高速データレート、低遅延などを目的としてロングタームエボリューション（ＬＴＥ:Long Term Evolution）が検討されている。
第３世代のシステムは、概して５ＭＨｚの固定帯域を用いて、下り回線で最大２Ｍｂｐｓ程度の伝送レートを実現できる。一方、ＬＴＥ方式のシステム（ＬＴＥシステム）においては、１．４ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの可変帯域を用いて、下り回線で最大３００Ｍｂｐｓ及び上り回線で７５Ｍｂｐｓ程度の伝送レートを実現できる。また、ＵＭＴＳネットワークにおいては、更なる広帯域化及び高速化を目的として、ＬＴＥの後継のシステムも検討されている（例えば、ＬＴＥアドバンスト（ＬＴＥ−Ａ））。例えば、ＬＴＥ−Ａにおいては、ＬＴＥ仕様の最大システム帯域である２０ＭＨｚを、１００ＭＨｚ程度まで拡張することが予定されている。
また、ＬＴＥシステムにおいては、複数のアンテナでデータを送受信し、データレート（周波数利用効率）を向上させる無線通信技術としてＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)システムが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。ＭＩＭＯシステムにおいては、送受信機に複数の送信／受信アンテナを用意し、異なる送信アンテナから同時に異なる送信情報系列を送信する。一方、受信機側では、送信／受信アンテナ間で異なるフェージング変動が生じることを利用して、同時に送信された情報系列を分離して検出することにより、データレート（周波数利用効率）を増大することが可能である。
ＬＴＥシステムにおいては、異なる送信アンテナから同時に送信する送信情報系列が、全て同一のユーザのものであるシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ(Single User MIMO)）伝送と、異なるユーザのものであるマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ(Multiple User MIMO)）伝送とが規定されている。これらのＳＵ−ＭＩＭＯ伝送及びＭＵ−ＭＩＭＯ伝送においては、受信機側で送信機のアンテナに設定すべき位相・振幅制御量（プリコーディング行列（プリコーディングウェイト））と、このプリコーディング行列に対応づけられるＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator)とを複数定めたコードブックから最適なＰＭＩを選択し、送信機にフィードバックする。送信機側では、受信機からフィードバックされたＰＭＩに基づいて各送信アンテナに対するプリコーディングを行って送信情報系列を送信する。
一般に、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送に適したコードブックにおいては、送信機である基地局装置ｅＮｏｄｅＢのアンテナ間の相関が低い場合に受信機である移動局装置ＵＥで有効に信号分離できるようなプリコーディング行列を定めることが好ましい。一方、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に適したコードブックにおいては、基地局装置ｅＮｏｄｅＢのアンテナ間の相関が高い場合に移動局装置ＵＥで有効に信号分離できるようなプリコーディング行列を定めることが好ましい。このため、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送及びＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を切り替えてデータ送信を行う場合においては、基地局装置ｅＮｏｄｅＢのアンテナ間の相関が高い場合及び低い場合のいずれの場合にも移動局装置ＵＥで有効に信号分離できるようなプリコーディング行列を定めておく必要がある。
ところで、プリコーディングに用いられるコードブックは、ＬＴＥシステムのような従来のコードブックにおいては、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関の高低の観点から２つのグループに分けることが可能である。すなわち、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が高い場合に選択される複数の第１のコードブックから成る第１のコードブックグループと、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が低い場合に選択される複数の第２のコードブックから成る第２のコードブックグループで構成されているものと考えることができる。そして、これらの第１、第２のコードブックグループにおいては、コードブックを生成する際にそれぞれに含まれる第１、第２のコードブックの数が決定され、アンテナ間の相関によらず固定されている。
上述したＰＭＩは、これらの第１、第２のコードブックグループから、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量に応じて受信機である移動局装置ＵＥで選択される。しかしながら、ＬＴＥシステムのような従来のコードブックにおいては、第１、第２のコードブックグループに含まれる第１、第２のコードブックの数がそれぞれ限られた数に固定されていることから、選択可能なＰＭＩが限定され、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択できない事態が発生し得る。最も簡単な解決法として、各コードブックグループに含まれるコードブックサイズを大きくすることであるが、この場合、移動局装置ＵＥで選択されたＰＭＩをフィードバックするために必要となるオーバーヘッドが増大するという問題がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることができるコードブック制御方法、基地局装置及び移動局装置を提供することを目的とする。
本発明のコードブック制御方法は、基地局装置におけるアンテナ間の相関が高い場合に選択されるプリコーディング行列を定めたＤＦＴ（discrete Fourier transform）構造を有する複数の第１のコードブックと、前記基地局装置におけるアンテナ間の相関が低い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数の第２のコードブックとで構成されるコードブック制御方法であって、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定するステップと、前記チャネル変動量に基づいて前記コードブックに含まれる前記第１、第２のコードブックの構成比率を適応的に変更するステップとを具備することを特徴とする。
この方法によれば、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定し、このチャネル変動量に基づいてコードブックに含まれる第１、第２のコードブックの構成比率を適応的に変更するようにしたことから、チャネル変動量に応じて第１、第２のコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
本発明の基地局装置は、基地局装置におけるアンテナ間の相関が高い場合に選択されるプリコーディング行列を定めたＤＦＴ構造を有する複数の第１のコードブックと、前記基地局装置におけるアンテナ間の相関が低い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数の第２のコードブックとで構成されるコードブックを用いてプリコーディングを行う基地局装置であって、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定する推定手段と、前記チャネル変動量に基づいて前記コードブックに含まれる前記第１、第２のコードブックの構成比率を適応的に変更する制御手段とを具備することを特徴とする。
この構成によれば、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定し、このチャネル変動量に基づいてコードブックに含まれる第１、第２のコードブックの構成比率を適応的に変更するようにしたことから、チャネル変動量に応じて第１、第２のコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
本発明の移動局装置は、基地局装置におけるアンテナ間の相関が高い場合に選択されるプリコーディング行列を定めたＤＦＴ（discrete Fourier transform）構造を有する複数の第１のコードブックと、前記基地局装置におけるアンテナ間の相関が低い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数の第２のコードブックとで構成されるコードブックに従ってプリコーディング行列特定情報を前記基地局装置に送信する移動局装置であって、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量に基づいて選択された前記第１、第２のコードブックに関する情報を含むコードブック情報を受信する受信手段と、前記コードブック情報に含まれる前記第１、第２のコードブックから前記プリコーディング行列特定情報を選択する選択手段とを具備することを特徴とする。
この構成によれば、基地局装置から通知されたコードブック情報に基づいてデータ送信に利用されるコードブックが特定され、このコードブックに定められたプリコーディング行列に対応するＰＭＩが選択される。このとき、特定されるコードブックにおいては、基地局装置で推定されたチャネル変動量に基づいて第１、第２のコードブックとの構成比率が調整されていることから、チャネル変動量に基づいて第１、第２のコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
本発明によれば、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定し、このチャネル変動量に基づいてコードブックに含まれる第１、第２のコードブックの構成比率を適応的に変更するようにしたことから、チャネル変動量に応じて第１、第２のコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
ＬＴＥシステムにおけるコードブックの構成を説明するための概念図である。 ＤＦＴコードブックに定められるプリコーディング行列に対応する複素平面上の信号点を説明するための図である。 本発明に係るコードブック制御方法で利用される高相関用コードブックの一例を示す図である。 本発明に係るコードブック制御方法で利用される低相関用コードブックの一例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る移動局装置及び基地局装置を有する移動通信システムの構成を説明するための図である。 上記実施の形態に係る移動局装置の構成を示すブロック図である。 上記実施の形態に係る基地局装置の構成を示すブロック図である。
まず、ＬＴＥシステムにおけるコードブックの構成について説明する。図１は、ＬＴＥシステムにおけるコードブックの構成を説明するための概念図である。なお、図１においては、コードブックに含まれるＰＭＩの数が１６であり、ランク（ストリーム）の数が８である場合について示している。図１において、「ｎ」はＰＭＩのインデックスを示し、「ｄｎ，１」〜「ｄｎ，８」はランクを示している。コードブックには、それぞれのＰＭＩの各ランクに応じたプリコーディング行列が定められている（図１においては、説明の便宜上、プリコーディング行列の表記を省略している）。なお、以下においては、説明の便宜上、図１に示すコードブック全体だけでなく、それぞれのＰＭＩに対応づけられたプリコーディング行列（すなわち、８個のプリコーディング行列）をもコードブック（後述するＤＦＴコードブック、ランダムコードブック）と呼ぶものとする。
図１に示すように、ＬＴＥシステムにおけるコードブックは、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関の高低の観点から２つのグループに分けることが可能である。すなわち、ＬＴＥシステムにおけるコードブックは、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が高い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数の第１のコードブックから成る第１のコードブックグループと、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が低い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数の第２のコードブックから成る第２のコードブックグループとから構成されているものと考えることができる。
第１のコードブックは、ＤＦＴ（discrete Fourier transform）構造を有するコードブック（以下、「ＤＦＴコードブック」という）で構成されている。このＤＦＴコードブックにおいては、例えば、ＰＭＩ及びランクの数がそれぞれ８×８のコードブックグループを例にすると、（式１）に示す行列成分を有することとなる。
（式１）
Figure 2011188295
例えば、（式１）に示す第２列の行列成分を見ると、第１行〜第８行には、（１，ω，ω２，ω３，ω４，ω５，ω６，ω７）の値が定められている。これらの値は、複素平面上に表すと、図２に示すように、等間隔で位相をシフトさせた信号点を構成する。これは、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が高い場合に信号が到来するいずれの方向にも均等なゲインを得ることができることを意味する。また、このＤＦＴコードブックにおいては、定めるＤＦＴコードブックの数（例えば、図１の場合は８個）が特定された場合に一義的にそれぞれの行列成分（プリコーディング行列）を決定することができるという利点を有する。
一方、第２のコードブックは、ＤＦＴ構造を有さず、ランダムに決定されるコードブック（以下、「ランダムコードブック」という）で構成されている。このランダムコードブックにおいては、上述したＤＦＴコードブックを含むコードブックとの関係において、後述する行列間距離（Chordal distance）の演算処理に基づいて算出される。この行列間距離の演算処理においては、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が低い場合に受信機である移動局装置ＵＥで有効に信号分離できるようなプリコーディング行列が定められるように演算が行われる。
ここで、コードブックに定められるプリコーディング行列を評価するための基準について説明する。プリコーディング行列を評価するための基準は、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関の高低により異なる基準が採用される。具体的には、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が高い場合にはアレーレスポンスが用いられる。一方、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が低い場合には行列間距離が用いられる。
アレーレスポンスは、各アンテナ素子における受信信号ベクトルの、角度方向θにおいてアンテナ合成した後の振幅を示すものであり、例えば、（式２）により算出される（なお、（式２）ではランク１のプリコーディング行列のアレーレスポンスの算出結果を示している）。アレーレスポンスを基準として用いる場合においては、（式２）等により算出される値が最大となるようなプリコーディング行列が選択される。このようにプリコーディング行列を選択することで、アンテナに対して信号が到来する方向に適切なゲインを得ることができるものとなっている。ここで、ａ（θ）はステアリングベクトル（アレーレスポンスベクトル）であり、（式３）で表わされる。ここで、「ｅ」は自然対数を示し、「ｊ」は虚数を示す。また、「μ」は位相回転量を示し、（式４）に示すように、電波到来角θとアンテナ間隔ｄ及びキャリア周波数に対する波長λで決定される。
（式２）
Figure 2011188295
（式３）
Figure 2011188295
（式４）
Figure 2011188295
なお、上述した第１のコードブックグループ（以下、「ＤＦＴコードブックグループ」という）に属するＤＦＴコードブックにおいては、ＤＦＴ構造を有することにより、信号が到来するいずれの方向にも均等なゲインを得ることができる（すなわち、信号が到来するいずれの方向にもアレーレスポンスの算出結果が大きくなる）プリコーディング行列を選択することができるものとなっている。
一方、行列間距離は、比較対象とされるプリコーディング行列の距離（言い換えると、プリコーディング行列に対応するプリコーディングベクトルの方向の類似度）を示すものであり、（式５）により算出される。行列間距離を基準として用いる場合においては、（式５）により算出された行列間距離ｄｃｈｏｒｄの最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）が（式６）により算出されると共に、この最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）が最大となるようなプリコーディング行列がランク毎に選択される。このようにプリコーディング行列を選択することで、互いに特性が類似しないプリコーディング行列をランダムコードブックに定めることができるものなっている。ここで、「Ｒ」はランクを示し、「ｎ」、「ｍ」はＰＭＩのインデックスに対応する変数を示し、「Ｇ」はプリコーディング行列を示す。
（式５）
Figure 2011188295
（式６）
Figure 2011188295
このような行列間距離ｄｃｈｏｒｄの演算処理は、以下の工程により行われる。まず、所定数のＤＦＴコードブックが設定された後、第２のコードブックグループ（以下、「ランダムコードブックグループ」という）に属するランダムコードブックがランダムに決定される。そして、決定されたランダムコードブック及びＤＦＴコードブックに含まれる全てのプリコーディング行列の行列間距離ｄｃｈｏｒｄが、他のコードブックにおける同一ランクの全てのプリコーディング行列との間で算出される（式５）。そして、算出された行列間距離ｄｃｈｏｒｄの中の最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）がランク毎に算出される（式６）。次に、ランダムコードブック全体が更新され、再び更新後のランダムコードブック及びＤＦＴコードブックに含まれる全てのプリコーディング行列の行列間距離ｄｃｈｏｒｄが算出されると共に、それらの最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）がランク毎に算出される。この場合において、先行する行列間距離ｄｃｈｏｒｄの最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）よりも後続する行列間距離ｄｃｈｏｒｄの最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）が大きい場合には、更新後のランダムコードブックが選択される。一方、先行する行列間距離ｄｃｈｏｒｄの最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）の方が後続する行列間距離ｄｃｈｏｒｄの最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）よりも大きい場合には、更新前のランダムコードブックが選択される。このような演算処理が、行列間距離ｄｃｈｏｒｄの最小値ｄｍｉｎ（Ｒ）が最大となるまで繰り返し行われる。
このようにＤＦＴコードブックグループに属するＤＦＴコードブック、並びに、ランダムコードブックグループに属するランダムコードブックが選択されることで、コードブックが生成される。この場合において、ＤＦＴコードブックグループに属するＤＦＴコードブックの数は、コードブックの生成時に指定された数に決定される。一方、ランダムコードブックグループに属するランダムコードブックの数は、コードブック全体に含まれるコードブック（ＤＦＴコードブック及びランダムコードブック）の数からＤＦＴコードブックの数を差し引いた残数に決定される。すなわち、ＤＦＴコードブック及びダンラムコードブックの数は、コードブックを生成する際に決定され、固定されている。
このように生成されるコードブックは、移動局装置ＵＥにおいて、基地局装置ｅＮｏｄｅＢのアンテナに設定すべき最適なプリコーディング行列（プリコーディングウェイト）に応じたＰＭＩを選択する際に利用される。この場合において、例えば、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が高い場合にはＤＦＴコードブックグループに含まれるＤＦＴコードブックからＰＭＩが選択され、基地局装置ｅＮｏｄｅＢにおけるアンテナ間の相関が低い場合にはランダムコードブックグループに含まれるランダムコードブックからＰＭＩが選択される。
しかしながら、ＬＴＥシステムにおけるコードブックにおいては、ＤＦＴコードブックグループ、ランダムコードブックグループにそれぞれ属するＤＦＴコードブック、ランダムコードブックの数が固定されていることから、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択することが困難な場合がある。すなわち、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩは、ＤＦＴコードブックグループ、ランダムコードブックグループにそれぞれ属するＤＦＴコードブック、ランダムコードブックの数が多いほど選択される可能性が高くなる。一方、ＤＦＴコードブック、ランダムコードブックの数が固定されている場合には、選択可能なＰＭＩが限定され、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択できない事態が発生し得る。本発明者は、このようにＤＦＴコードブック、ランダムコードブックの数が固定されることにより、選択可能なＰＭＩが限定され、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択できなくなっている点に着目し、本発明をするに至ったものである。
本発明に係るコードブック制御方法は、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定し、このチャネル変動量に基づいてコードブックに含まれるＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率を適応的に変更するものである。このコードブック制御方法によれば、チャネル変動量に基づいてＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率が適応的に変更されることから、チャネル変動量に応じてＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
本発明の第１の態様に係るコードブック制御方法においては、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量に基づいてフェージング相関値を測定し、測定したフェージング相関値に応じてコードブックに含まれるＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率を適応的に変更するものである。このコードブック制御方法によれば、チャネル変動量に基づいて測定されるフェージング相関値に応じてＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率が適応的に変更されることから、チャネル変動量のフェージング相関値に応じて効果的にＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
第１の態様に係るコードブック制御方法においては、チャネル変動量に基づいて測定されるフェージング相関値に応じてコードブック全体に含まれるＤＦＴコードブックの数を決定すると共に、コードブック全体のコードブック数からＤＦＴコードブックの数を差し引いた残数をランダムコードブックの数に決定することで、ＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率が適応的に変更する。この場合には、チャネル変動量に基づいて測定されたフェージング相関値に応じてＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの数を調整することができるので、チャネル変動量を反映して効率的にＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの数を増減することが可能となる。なお、フェージング相関値は、後述する相関行列Ｒｋの行列成分として求められる。
例えば、図１に示すように、コードブックが１６個のＰＭＩ数を有する場合において、フェージング相関値が「０」であった場合（送受信アンテナ間のフェージング相関が低い場合）には、ＤＦＴコードブックの数が０個に決定されると共に、ランダムコードブックの数が１６個に決定される。一方、フェージング相関値が「１」であった場合（送受信アンテナ間のフェージング相関が高い場合）には、ＤＦＴコードブックの数が１６個に決定されると共に、ランダムコードブックの数が０個に決定される。また、フェージング相関値が「０．５」であった場合には、ＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの数がそれぞれ８個に決定される。
本発明の第２の態様に係るコードブック制御方法においては、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列を算出し、この相関行列を固有値分解して得られる固有値に基づいてコードブックに含まれるＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率を適応的に変更するものである。このコードブック制御方法によれば、チャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列の固有値に基づいてＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率が適応的に変更されることから、チャネル変動量に応じてＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
第２の態様に係るコードブック制御方法においては、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列Ｒｋを（式７）により算出すると共に、この相関行列Ｒｋを（式８）に従って固有値分解して得られる固有値σｒ及び固有ベクトルＶｒを求める。（式７）において、「ｋ」はユーザ（移動局装置ＵＥ）のインデックスを示し、「Ｎ」は時間及び周波数方向のリソースエレメント（Resource Element）の数を示す。また、「ｎ」は相関行列Ｒｋの導出に用いる平均サンプル番号を示し、「Ｈｋ，ｎ」はチャネル伝搬路の各送受信アンテナ間のチャネル変動量を示すチャネル行列を示している。また、（式８）において、「ｒ」は、相関行列Ｒｋ（Ｍ×Ｍ行列であるものとする）を固有値分解して得られるＭ個の固有値σｒ及び固有ベクトルＶｒのインデックスを示す。
（式７）
Figure 2011188295
（式８）
Figure 2011188295
そして、第２の態様に係るコードブック制御方法においては、例えば、このようにして求めた固有値σｒのうち、最大固有値σｒ_ｍａｘに対する比がある閾値以上になる固有値σｒの数を、コードブック全体に含まれるＤＦＴコードブックの数に決定すると共に、コードブック全体のコードブック数からＤＦＴコードブックの数を差し引いた残数をランダムコードブックの数に決定することで、ＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率が適応的に変更する。この場合には、チャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列の固有値σｒに応じてＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの数を調整することができるので、チャネル変動量を反映して効率的にＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの数を増減することが可能となる。
例えば、基地局装置ｅＮｏｄｅＢが有する８本の送信アンテナと、移動局装置ＵＥが有する８本の受信アンテナ間で行われるＭＩＭＯ伝送を行った場合において、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列Ｒｋから得られる８個の固有値σｒが（１０，８，７，６，３，１，０．３，０．１）であるものとする。この場合、最大固有値σｒ_ｍａｘは「１０」であり、これに対するそれぞれの固有値σｒの比は、それぞれ（１，０．８，０．７，０．６，０．３，０．１，０．０３，０．０１）となる。この場合において、閾値が「０．２」であるとすると、この閾値以上の固有値σｒは５個となる。このため、この場合には、コードブック全体に含まれるＤＦＴコードブックの数が５個に決定され、ランダムコードブックの数が１１個に決定されることとなる。
なお、第２の態様に係るコードブック制御方法における固有値σｒを用いたＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの数の決定手法（すなわち、ＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率の決定手法）については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、固有値σｒの合計値で正規化した各固有値σｒを降順にソートして、固有値σｒの大きいものから順番に加算し、合計値がある閾値以上になった時点で加算している固有値σｒの数を、ＤＦＴコードブックの数とすると共に、コードブック全体のコードブック数からＤＦＴコードブックの数を差し引いた残数をランダムコードブックの数とするようにしても良い。
ここで、このようにコードブックに含まれる数が決定されたＤＦＴコードブックの選択手法について説明する。なお、第１、第２の態様に係るコードブック制御方法において、ＤＦＴコードブックは、共通の選択手法により選択される。本発明に係るコードブック制御方法においては、予め選択候補となるＤＦＴコードブックを定めた高相関用コードブックを予め備えておき、この高相関用コードブックの中から上述した手法により決定した数のＤＦＴコードブックを選択する。このように予め備えた高相関用コードブックからＤＦＴコードブックを選択するようにしていることから、選択の度に複雑な演算処理を必要とすることなくＤＦＴコードブックを選択することが可能となる。なお、この高相関用コードブックは、第１の選択候補コードブックを構成する。
図３は、本発明に係るコードブック制御方法で利用される高相関用コードブックの一例を示す図である。なお、図３に示す符号は、図１に示す符号と同様である。また、図３においては、図１と同様に、コードブックに含まれるＰＭＩの数が１６であり、ランク（ストリーム）の数が８である場合について示している。図３に示すように、高相関用コードブックにおいては、１６個のＤＦＴコードブックが含まれている。
高相関用コードブックからＤＦＴコードブックを選択する際には、上述した（式７）により算出した相関行列Ｒｋから、（式８）に従って固有値σｒ及び固有ベクトルＶｒを求める。そして、この固有ベクトルＶｒとの関係においてアレーレスポンスが大きいＤＦＴコードブックを、上述した手法により決定した数だけ選択する。より具体的には、（式８）に計算により、固有値σｒの大きいＮ１個（上述した手法により決定されたＤＦＴコードブックの個数）の固有ベクトルＶ１〜ＶＮ１を選択し、これらの固有ベクトルＶ１〜ＶＮ１に対して、ＤＦＴコードブックに定められるプリコーディング行列に対応するプリコーディングベクトルとの内積が最大となるプリコーディングベクトルを含むＤＦＴコードブックを選択する。なお、この場合、プリコーディングベクトルは、互いに重複しないプリコーディングベクトルが選択される。
例えば、第１のコードブック制御方法において、フェージング相関値に応じてＤＦＴコードブックの数が１０個に決定された場合には、固有値σｒの大きい１０個の固有ベクトルＶ１〜Ｖ１０が選択され、これらの固有ベクトルＶ１〜Ｖ１０に対して、プリコーディングベクトルとの内積が最大となるプリコーディングベクトルを含む１０個のＤＦＴコードブックが図３に示す高相関用コードブックの中から選択される。このようにしてチャネル伝搬路におけるチャネル変動量を反映した数のＤＦＴコードブックがコードブックに選択されることとなる。このように相関行列Ｒｋを固有値分解して得られる固有ベクトルＶｒとのアレーレスポンスが大きくなるＤＦＴコードブックを、上述した手法により決定した数だけ選択することにより、上述した手法により決定した数の範囲内で、アンテナに対して信号が到来する方向に適切なゲインを得ることができるＤＦＴコードブックを選択することが可能となる。
次に、本発明に係るコードブック制御方法におけるランダムコードブックの選択方法について説明する。なお、第１、第２の態様に係るコードブック制御方法において、ランダムコードブックは、共通の選択手法により選択される。本発明に係るコードブック制御方法においては、予め選択対象となるランダムコードブックを定めた低相関用コードブックを備えておき、この低相関用コードブックの中から上述した手法により決定した数のランダムコードブックを選択する。このように予め備えた低相関用コードブックかららランダムコードブックを選択するようにしていることから、選択の度に複雑な演算処理を必要とすることなくランダムコードブックを選択することが可能となる。なお、この低相関用コードブックは、第２の選択候補コードブックを構成する。
図４は、本発明に係るコードブック制御方法で利用される低相関用コードブックの一例を示す図である。なお、図４に示す符号は、図１に示す符号と同様である。また、図４においては、図１と同様に、コードブックに含まれるＰＭＩの数が１６であり、ランク（ストリーム）の数が８である場合について示している。図４に示すように、低相関用コードブックにおいては、１６個のランダムコードブックが含まれている。なお、図４に示す低相関用コードブックにおいては、ランダムコードブック間で行列間距離の最小値が最大となるランダムコードブックが定められている。
低相関用コードブックからランダムコードブックを選択する際には、上述した要領で選択されたＤＦＴコードブックを含むコードブック全体に含まれるプリコーディング行列との関係で行列間距離の最小値が最大となるプリコーディング行列を含むランダムコードブックが選択される。例えば、上述したように、１０個のＤＦＴコードブックが選択された場合、これらのＤＦＴコードブック及び選択されるランダムコードブックとの関係において行列間距離の最小値が最大となる６個のランダムコードブックが低相関用コードブックから選択される。このようにコードブック全体に含まれるプリコーディング行列との関係で行列間距離の最小値が最大となるプリコーディング行列を含むランダムコードブック、上述した手法により決定した数だけ選択することにより、上述した手法により決定した数の範囲内で、互いに特性が類似しないプリコーディング行列を含むランダムコードブックを選択することが可能となる。
なお、このようにランダムコードブックを選択する際の行列間距離の演算処理においては、ＤＦＴコードブックに含まれる異なる２つのプリコーディング行列間の演算処理を排除することが好ましい。仮に、これらのプリコーディング行列間の演算処理を行う場合には、選択された一部のＤＦＴコードブックが更新され得る。この場合には、ＤＦＴ構造を有することで期待されるゲイン（信号が到来するいずれの方向にも均等なゲイン）を得ることが困難となる。ＤＦＴコードブックに含まれる異なる２つのプリコーディング行列間の演算処理を排除する場合には、このようにＤＦＴコードブックの一部が更新される事態を防止でき、ＤＦＴコードブックにて本来的に享受可能なゲインを得ることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、ＬＴＥ−Ａシステムに対応する基地局装置及び移動局装置を用いる場合について説明する。
図５を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る移動局装置（ＵＥ）１０及び基地局装置（ｅＮｏｄｅＢ）２０を有する移動通信システム１について説明する。図５は、本発明の一実施の形態に係る移動局装置１０及び基地局装置２０を有する移動通信システム１の構成を説明するための図である。なお、図５に示す移動通信システム１は、例えば、ＬＴＥシステム又はＳＵＰＥＲ ３Ｇが包含されるシステムである。また、この移動通信システム１は、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄと呼ばれても良いし、４Ｇと呼ばれても良い。
図５に示すように、移動通信システム１は、基地局装置２０と、この基地局装置２０と通信する複数の移動局装置１０（１０１、１０２、１０３、・・・１０ｎ、ｎはｎ＞０の整数）とを含んで構成されている。基地局装置２０は、上位局装置３０と接続され、この上位局装置３０は、コアネットワーク４０と接続される。移動局装置１０は、セル５０において基地局装置２０と通信を行っている。なお、上位局装置３０には、例えば、アクセスゲートウェイ装置、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）等が含まれるが、これに限定されるものではない。
各移動局装置（１０１、１０２、１０３、・・・１０ｎ）は、同一の構成、機能、状態を有するので、以下においては、特段の断りがない限り移動局装置１０として説明を進める。また、説明の便宜上、基地局装置２０と無線通信するのは移動局装置１０であるものとして説明するが、より一般的には移動局装置も固定端末装置も含むユーザ装置（ＵＥ：User Equipment）でよい。
移動通信システム１においては、無線アクセス方式として、下りリンクについてはＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）が、上りリンクについてはＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリア−周波数分割多元接続）が適用される。ＯＦＤＭＡは、周波数帯域を複数の狭い周波数帯域（サブキャリア）に分割し、各サブキャリアにデータをマッピングして通信を行うマルチキャリア伝送方式である。ＳＣ−ＦＤＭＡは、システム帯域を端末毎に１つ又は連続したリソースブロックからなる帯域に分割し、複数の端末が互いに異なる帯域を用いることで、端末間の干渉を低減するシングルキャリア伝送方式である。
ここで、ＬＴＥシステムにおける通信チャネルについて説明する。下りリンクについては、各移動局装置１０で共有されるＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）と、下りＬ１／Ｌ２制御チャネル（ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）、ＰＣＦＩＣＨ(Physical Control Format Indicator Channel）、ＰＨＩＣＨ(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel)）とが用いられる。このＰＤＳＣＨにより、ユーザデータ、すなわち、通常のデータ信号が伝送される。送信データは、このユーザデータに含まれる。なお、基地局装置２０で移動局装置１０に割り当てたコンポーネントキャリアＣＣやスケジューリング情報は、Ｌ１／Ｌ２制御チャネルにより移動局装置１０に通知される。
上りリンクについては、各移動局装置１０で共有して使用されるＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel）と、上りリンクの制御チャネルであるＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel）とが用いられる。このＰＵＳＣＨにより、ユーザデータが伝送される。また、ＰＵＣＣＨにより、下りリンクの無線品質情報（ＣＱＩ:Channel Quality Indicator）等が伝送される。
次に、図６及び図７を参照して本実施の形態に係る移動局装置１０及び基地局装置２０の構成について説明する。図６は、本実施の形態に係る移動局装置１０の構成を示すブロック図である。図７は、本実施の形態に係る基地局装置２０の構成を示すブロック図である。なお、図６及び図７に示す移動局装置１０及び基地局装置２０の構成は、本発明を説明するために簡略化したものであり、それぞれ通常の移動局装置及び基地局装置が有する構成は備えているものとする。
図６に示す移動局装置１０において、基地局装置２０から送出された送信信号は、受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎにより受信され、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）１０１＃１〜１０１＃Ｎにて送信経路と受信経路とに電気的に分離された後、ＲＦ受信回路１０２＃１〜１０２＃Ｎに出力される。そして、ＲＦ受信回路１０２＃１〜１０２＃Ｎにて、無線周波数信号からベースバンド信号に変換する周波数変換処理が施される。周波数変換処理が施されたベースバンド信号は、サイクリックプレフィクス（ＣＰ）除去部１０３＃１〜１０３＃ＮにてＣＰが除去された後、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）１０４＃１〜１０４＃Ｎに出力される。受信タイミング推定部１０５は、受信信号に含まれるリファレンス信号から受信タイミングを推定し、その推定結果をＣＰ除去部１０３＃１〜１０３＃Ｎに通知する。ＦＦＴ部１０４＃１〜１０４＃Ｎは、入力された受信信号にフーリエ変換を施し、時系列の信号から周波数領域の信号に変換する。その後、受信信号に含まれるデータチャネル信号がデータチャネル信号復調部１０６に出力される。なお、これらの受信系処理部は、後述するコードブック情報を受信する受信手段を構成する。
データチャネル信号復調部１０６は、ＦＦＴ部１０４＃１〜１０４＃Ｎから入力されたデータチャネル信号を、例えば、平均２乗誤差最小（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Squared Error）や最尤推定検出（ＭＬＤ：Maximum Likelihood Detection）信号分離法により分離する。これにより、基地局装置２０から到来したデータチャネル信号は、ユーザ＃１〜ユーザ＃ｋに関するデータチャネル信号に分離され、移動局装置１０のユーザ（ここでは、ユーザｋとする）に関するデータチャネル信号が抽出される。
チャネル推定部１０７は、ＦＦＴ部１０４＃１〜１０４＃Ｎから出力された受信信号に含まれるリファレンス信号からチャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定し、推定したチャネル変動量をデータチャネル信号復調部１０６と、後述するチャネル品質測定部１１０及びＰＭＩ選択部１１２とに通知する。データチャネル信号復調部１０６においては、通知されたチャネル変動量に基づいて、データチャネル信号を上述したＭＬＤ信号分離法等により分離する。これにより、ユーザｋに関する受信信号が復調される。
なお、データチャネル信号復調部１０６による復調処理に先だって、抽出されたユーザｋに関するデータチャネル信号は、不図示のサブキャリアデマッピング部にてデマッピングされて時系列の信号に戻されているものとする。データチャネル信号復調部１０６で復調されたユーザｋに関するデータチャネル信号は、チャネル復号部１０８に出力される。そして、チャネル復号部１０８にてチャネル復号処理が施されることでユーザｋに対する送信信号（以下、「送信信号＃ｋ」という）が再生される。
再生された送信信号＃ｋには、基地局装置２０から通知されるコードブック情報が含まれる。このコードブック情報には、基地局装置２０でコードブックとして選択されたＤＦＴコードブック及びランダムコードブックを特定する情報（特定情報）と、これらのＤＦＴコードブック及びランダムコードブックに含まれるプリコーディング行列とＰＭＩとの対応関係を示す情報とが含まれている。なお、このようなコードブック情報は、上位レイヤ信号（ＲＲＣシグナリング）に含まれて通知される。特に、ＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの特定情報は、例えば、ＬＴＥシステムにおいては、「コードブックサブセットリストリクション」と呼ばれる、移動局装置１０側でＰＭＩの選択に用いるプリコーディング行列のサブセットを制限する信号により、利用制限するそれぞれのコードブックグループで用いられるコードブックサイズ及びプリコーディング行列を指定することで特定することができる。このようなコードブック情報は、コードブック制御部１０９により取得され、或いは、チャネル復号部１０８からコードブック制御部１０９に出力される。
コードブック制御部１０９は、コードブック情報に含まれる情報に応じて、コードブックの構成比率を変更し、データ送信に利用されるコードブック（ＤＦＴコードブック及びランダムコードブック）を特定する。例えば、コードブック制御部１０９には、上述した高相関用コードブック及び低相関用コードブックが保持され、到来するコードブック情報に基づいてデータ送信に利用されるコードブックを特定する。この場合、例えば、フェージング相関値が高い場合には、ＤＦＴコードブックの構成比率が高いコードブックが選択され、フェージング相関値が低い場合には、ランダムコードブックの構成比率が高いコードブックが選択される。
チャネル品質（ＣＱＩ）測定部１１０は、チャネル推定部１０７から通知されたチャネル変動量に基づいてチャネル品質（ＣＱＩ）を測定する。そして、測定結果であるＣＱＩをフィードバック制御信号生成部１１１に通知する。ＰＭＩ選択部１１２は、選択手段を構成するものであり、チャネル推定部１０７から通知されたチャネル変動量に基づいて、コードブック制御部１０９により特定されたコードブックからＰＭＩを選択する。そして、選択したＰＭＩをフィードバック制御信号生成部１１１に通知する。なお、ＰＭＩ選択部１１２により選択されるＰＭＩは、プリコーディング行列特定情報を構成する。
フィードバック制御信号生成部１１１においては、チャネル品質（ＣＱＩ）測定部１１０及びＰＭＩ選択部１１２から通知されたＣＱＩ及びＰＭＩに基づいて、これらを基地局装置２０にフィードバックする制御信号（例えば、ＰＵＣＣＨ）が生成される。この場合、フィードバックする制御信号には、コードブック制御部１０９で特定されたコードブックから選択されたＰＭＩが含まれている。フィードバック制御信号生成部１１１で生成された制御信号は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１３に出力される。
一方、上位レイヤから送出されたユーザ＃ｋに関する送信データ＃ｋは、チャネル符号化部１１４によりチャネル符号化された後、データ変調部１１５にてサブキャリア変調され、プリコーディング乗算部１１６に出力される。プリコーディング乗算部１１６には、不図示の参照信号生成部で生成されたユーザ＃ｋに関する参照信号が入力される。プリコーディング乗算部１１６は、ＰＭＩ選択部１１２で選択されたＰＭＩから得られるプリコーディングウェイト（プリコーディング行列）に基づいて、受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎ毎に送信データ＃ｋ及び参照信号を位相及び／又は振幅シフトする。位相及び／又は振幅シフトされた送信データ＃ｋ及び参照信号は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１３に出力される。
マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１３においては、位相及び／又は振幅シフトされた送信データ＃ｋ及び参照信号と、フィードバック制御信号生成部１１１により生成された制御信号とを合成し、受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎ毎の送信信号を生成する。マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１３により生成された送信信号は、離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）１１７＃１〜１１７＃Ｎにて離散フーリエ変換され、各送信信号系列が周波数領域において送信帯域幅（ＤＦＴサイズ）に拡散される。そして、逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）１１８＃１〜＃Ｎにて逆高速フーリエ変換して周波数領域の信号から時間領域の信号に変換された後、ＣＰ付加部１１９＃１〜１１９＃ＮでＣＰが付加されてＲＦ送信回路１２０＃１〜１２０＃Ｎへ出力される。そして、ＲＦ送信回路１２０＃１〜１２０＃Ｎで無線周波数帯に変換する周波数変換処理が施された後、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）１０１＃１〜１０１＃Ｎを介して受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎに出力され、受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎから上りリンクで基地局装置２０に送出される。
このように本実施の形態に係る移動局装置１０においては、基地局装置２０から通知されたコードブック情報に基づいてデータ送信に利用されるコードブックが特定され、このコードブックに定められたプリコーディング行列に対応するＰＭＩが選択される。この場合、特定されるコードブックにおいては、基地局装置２０で推定されたチャネル変動量に基づいてＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率が調整されている。このため、チャネル変動量に基づいてＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
特に、第１の態様に係るコードブック制御方法にて、特定されるコードブックにおいては、基地局装置２０で測定されたフェージング相関値に応じてＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率が調整されている。このため、チャネル変動量のフェージング相関値に応じてＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。同様に、第２の態様に係るコードブック制御方法にて、特定されるコードブックにおいては、基地局装置２０で算出された相関行列Ｒｋの固有値に基づいてＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率が調整されている。このため、チャネル変動量のフェージング相関に応じてＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
図７に示す基地局装置２０において、移動局装置１０から送出された送信信号は、送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎにより受信され、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）２０１＃１〜２０１＃Ｎにて送信経路と受信経路とに電気的に分離された後、ＲＦ受信回路２０２＃１〜２０２＃Ｎに出力される。そして、ＲＦ受信回路２０２＃１〜２０２＃Ｎにて、無線周波数信号からベースバンド信号に変換する周波数変換処理が施される。周波数変換処理が施されたベースバンド信号は、サイクリックプレフィクス（ＣＰ）除去部２０３＃１〜２０３＃ＮにてＣＰが除去された後、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）２０４＃１〜２０４＃Ｎに出力される。受信タイミング推定部２０５は、受信信号に含まれるリファレンス信号から受信タイミングを推定し、その推定結果をＣＰ除去部２０３＃１〜２０３＃Ｎに通知する。ＦＦＴ部２０４＃１〜２０４＃Ｎは、入力された受信信号にフーリエ変換を施し、時系列の信号から周波数領域の信号に変換する。周波数領域の信号に変換された受信信号は、逆離散フーリエ変換部（ＩＤＦＴ）２０６＃１〜２０６＃Ｎにて逆離散フーリエ変換され、時間領域信号に逆拡散される。その後、受信信号に含まれるデータチャネル信号がデータチャネル信号復調部２０７に出力される。
データチャネル信号復調部２０７は、ＩＤＦＴ部２０６＃１〜２０６＃Ｎから入力されたデータチャネル信号を、例えば、平均２乗誤差最小（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Squared Error）や最尤推定検出（ＭＬＤ：Maximum Likelihood Detection）信号分離法により分離する。これにより、移動局装置１０から到来したデータチャネル信号は、ユーザ＃１〜ユーザ＃ｋに関するデータチャネル信号に分離され、それぞれの移動局装置１０に関するデータチャネル信号が抽出される。
チャネル推定部２０８は、推定手段を構成するものであり、ＩＤＦＴ部２０６＃１〜２０６＃Ｎから出力された受信信号に含まれるリファレンス信号からチャネル変動量を推定し、推定したチャネル変動量をデータチャネル信号復調部２０７と、後述するフィードバック制御情報復調部２１１及びフェージング相関処理部２１４とに通知する。データチャネル信号復調部２０７においては、通知されたチャネル変動量に基づいて、データチャネル信号を上述したＭＬＤ信号分離法等により分離する。これにより、それぞれの移動局装置１０に関する受信信号が復調される。
なお、データチャネル信号復調部２０７による復調処理に先だって、抽出されたそれぞれの移動局装置１０に関するデータチャネル信号は、不図示のサブキャリアデマッピング部にてデマッピングされて時系列の信号に戻されているものとする。データチャネル信号復調部２０７で復調されたそれぞれの移動局装置１０に関するデータチャネル信号は、チャネル復号部２０９＃１〜２０９＃ｋに出力される。そして、チャネル復号部２０９＃１〜２０９＃ｋにてチャネル復号処理が施された後、パラレル／シリアル変換部（Ｐ／Ｓ）２１０にてパラレルシリアル変換されることで、各移動局装置１０からのデータチャネル信号（データ信号）が再生される。
フィードバック制御情報復調部２１１は、ＩＤＦＴ部２０６＃１〜２０６＃ｋから入力された受信信号に含まれる制御チャネル信号（例えば、ＰＤＳＣＨ）を復調する。この際、フィードバック制御情報復調部２１１においては、チャネル推定部２０８から通知されたチャネル変動量に基づいて制御チャネル信号を復調する。フィードバック制御情報復調部２１１により復調された各制御チャネル信号は、プリコーディングウェイト生成部２１２及びランク／変調符号化方式（ＭＣＳ：Modulation Coding Scheme）選択部２１３に出力される。
フェージング相関処理部２１４は、チャネル推定部２０８から通知されたチャネル変動量に関する処理を行う。例えば、上述した第１の態様に係るコードブック制御方法が適用される場合において、フェージング相関処理部２１４は、測定手段を構成するものであり、チャネル推定部２０８から通知されたチャネル変動量に基づいてフェージング相関値を測定する。なお、このフェージング相関値は、上述した（式７）により算出される相関行列Ｒｋの行列成分として求められる。また、上述した第２の態様に係るコードブック制御方法が適用される場合において、フェージング相関処理部２１４は、算出手段を構成するものであり、チャネル推定部２０８から通知されたチャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列Ｒｋを算出する。これらのフェージング相関値又は相関行列Ｒｋは、コードブック制御部２１５に出力される。
コードブック制御部２１５は、制御手段を構成するものであり、フェージング相関処理部２１４から入力されたフェージング相関値に応じてコードブックに含まれるＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの構成比率を適応的に変更する。例えば、第１の態様に係るコードブック制御方法において、コードブック制御部２１５は、フェージング相関値に応じてＤＦＴコードブックの数を決定すると共に、ランダムコードブックの数を決定することでこれらの構成比率を制御する。一方、第２の態様に係るコードブック制御方法において、コードブック制御部２１５は、フェージング相関を示す相関行列Ｒｋの固有値σｒに基づいてＤＦＴコードブックの数を決定すると共に、ランダムコードブックの数を決定することでこれらの構成比率が制御される。
また、コードブック制御部２１５は、上述した手法によりコードブックを構成するＤＦＴコードブック及びランダムコードブックを選択する。すなわち、コードブック制御部２１５は、高相関用コードブック及び低相関用コードブックを保持し、相関行列Ｒｋから求められる固有ベクトルＶｒとの関係においてアレーレスポンスが大きいＤＦＴコードブックを選択する。そして、選択されたＤＦＴコードブックを含むコードブックとの関係において行列間距離の最小値が最大となるプリコーディング行列を含むランダムコードブックを選択する。このようして選択されたＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの特定情報、並びに、これらに含まれるプリコーディング行列とＰＭＩとの対応関係を示す情報がコードブック情報としてプリコーディングウェイト生成部２１２及びシリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ）２１６に出力される。
プリコーディングウェイト生成部２１２においては、フィードバック制御情報復調部２１１から通知された制御チャネル信号に含まれるＰＭＩに基づいて、コードブック制御部２１５により変更されたコードブックからプリコーディングウェイト（プリコーディング行列）を選択する。この際、ランク／ＭＣＳ選択部２１３から通知されるランクも考慮される。選択されたプリコーディングウェイトは、後述するプリコーディング乗算部２２０に出力される。
ランク／ＭＣＳ選択部２１３は、フィードバック制御情報復調部２１１から通知された制御チャネル信号に含まれるＰＭＩに基づいて、送信ランク及びＭＣＳを選択する。選択された送信ランク及びＭＣＳは、後述するシリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ）２１６、チャネル符号化部２１７＃１〜２１７＃ｋ、データ変調部２１８＃１〜２１８＃ｋ及びサブキャリアマッピング部２１９に出力される。
一方、ユーザ＃１〜＃ｋに対する送信データ＃１〜＃ｋは、シリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ）２１６に出力され、シリアル／パラレル変換された後、各ユーザ＃１〜＃ｋに対応するチャネル符号化部２１７＃１〜２１７＃ｋに出力される。また、シリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ）２１６には、コードブック制御部２１５からコードブック情報が入力され、送信データ＃１〜＃ｋと共にシリアル／パラレル変換される。なお、シリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ）２１６におけるシリアル／パラレル変換処理では、ランク／ＭＣＳ選択部２１３から通知されたランク／ＭＣＳが参照される。
シリアル／パラレル変換された送信データ＃１〜＃ｋ及びコードブック情報は、チャネル符号化部２１７＃１〜２１７＃ｋでチャネル符号化された後、データ変調部２１８＃１〜２１８＃ｋに出力され、データ変調される。この際、チャネル符号化及びデータ変調は、ランク／ＭＣＳ選択部２１３から与えられるＭＣＳに基づいて行われる。データ変調部２１８＃１〜２１８＃ｋでデータ変調された送信データ＃１〜＃ｋ及びコードブック情報は、不図示の離散フーリエ変換部で逆フーリエ変換され、時系列の信号から周波数領域の信号に変換されてサブキャリアマッピング部２１９に出力される。
サブキャリアマッピング部２１９においては、送信データ＃１〜＃ｋ及びコードブック情報を、不図示のスケジューラから与えられるスケジュール情報に応じてサブキャリアにマッピングする。このとき、サブキャリアマッピング部２１９は、不図示の参照信号生成部から入力される参照信号＃１〜＃ｋを、送信データ＃１〜＃ｋ及びコードブック情報と共にサブキャリアにマッピング（多重）する。このようにしてサブキャリアにマッピングされた送信データ＃１〜＃ｋ及びコードブック情報がプリコーディング乗算部２２０に出力される。
プリコーディング乗算部２２０は、プリコーディングウェイト生成部２１２から与えられるプリコーディングウェイトに基づいて、送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎ毎に送信データ＃１〜＃ｋ及びコードブック情報を位相及び／又は振幅シフトする（プリコーディングによる送信アンテナＴＸ＃１〜送信アンテナＴＸ＃Ｎの重み付け）。そして、プリコーディング乗算部２２０により位相及び／又は振幅シフトされた送信データ＃１〜＃ｋ及びコードブック情報は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）２２１に出力される。
マルチプレクサ（ＭＵＸ）２２１においては、位相及び／又は振幅シフトされた送信データ＃１〜＃ｋ及びコードブック情報を合成し、送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎ毎の送信信号を生成する。マルチプレクサ（ＭＵＸ）２０５により生成された送信信号は、逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）２２２＃１〜２２２＃Ｎにて逆高速フーリエ変換して周波数領域の信号から時間領域の信号に変換される。そして、サイクリックプレフィクス（ＣＰ）付加部２２３＃１〜２２３＃ＮにてＣＰが付加された後、ＲＦ送信回路２２４＃１〜２２４＃Ｎへ出力される。そして、ＲＦ送信回路２２４＃１〜２２４＃Ｎで無線周波数帯に変換する周波数変換処理が施された後、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）２０１＃１〜２０１＃Ｎを介して送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎに出力され、送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎから下りリンクで移動局装置１０に送出される。
このように本実施の形態に係る基地局装置２０においては、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定し、このチャネル変動量に基づいてコードブックに含まれるＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率を適応的に変更するようにしたことから、チャネル変動量に応じてＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
例えば、本実施の形態に係る基地局装置２０においては、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量に基づいてフェージング相関値を測定し、測定したフェージング相関値に応じてコードブックに含まれるＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率を適応的に変更することから、チャネル変動量のフェージング相関値に応じて効果的にＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
また、本実施の形態に係る基地局装置２０においては、チャネル伝搬路におけるチャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列Ｒｋの固有値に基づいてＤＦＴコードブックとランダムコードブックとの構成比率を適応的に変更することから、チャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列Ｒｋの固有値に基づいて効果的にＤＦＴコードブック又はランダムコードブックの数を増減できるので、選択可能なＰＭＩを拡大することができ、チャネル変動量に応じた最適なＰＭＩを選択し易くすることが可能となる。
さらに、本実施の形態に係る基地局装置２０においては、選択されたＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの特定情報、並びに、これらに含まれるプリコーディング行列とＰＭＩとの対応関係を示す情報をコードブック情報に含めて移動局装置１０に上位レイヤシグナリングにより通知していることから、基地局装置２０で適応的にＤＦＴコードブック及びランダムコードブックの構成比率を変更したコードブックを確実に移動局装置１０に伝達することができる。
以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
１ 移動通信システム
１０ 移動局装置
１０１＃１〜＃Ｎ デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）
１０２＃１〜＃Ｎ ＲＦ受信回路
１０３＃１〜＃Ｎ サイクリックプレフィックス（ＣＰ）除去部
１０４＃１〜＃Ｎ 高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）
１０５ 受信タイミング推定部
１１６ データチャネル信号復調部
１０７ チャネル推定部
１０８ チャネル復号部
１０９ コードブック制御部
１１０ チャネル品質（ＣＱＩ）測定部
１１１ フィードバック制御信号生成部
１１２ ＰＭＩ選択部
１１３ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
１１４ チャネル符号化部
１１５ データ変調部
１１６ プリコーディング乗算部
１１７＃１〜＃Ｎ 離散フーリエ変換部（ＤＦＴ）
１１８＃１〜＃Ｎ 逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）
１１９＃１〜＃Ｎ サイクリックプレフィックス（ＣＰ）付加部
１２０＃１〜＃Ｎ ＲＦ送信回路
２０ 基地局装置
２０１＃１〜＃Ｎ デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）
２０２＃１〜＃Ｎ ＲＦ受信回路
２０３＃１〜＃Ｎ サイクリックプレフィックス（ＣＰ）除去部
２０４＃１〜＃Ｎ 高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）
２０５ 受信タイミング推定部
２０６ 逆離散フーリエ変換部（ＩＤＦＴ）
２０７ データチャネル信号復調部
２０８ チャネル推定部
２０９＃１〜＃ｋ チャネル復号部
２１１ フィードバック制御情報復調部
２１２ プリコーディングウェイト生成部
２１３ ランク／変調符号化方式（ＭＣＳ）選択部
２１４ フェージング相関処理部
２１５ コードブック制御部
２１７＃１〜＃ｋ チャネル符号化部
２１８＃１〜＃ｋ データ変調部
２１９ サブキャリアマッピング部
２２０ プリコーディング乗算部
２２１ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
２２２＃１〜＃Ｎ 逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）
２２３＃１〜＃Ｎ サイクリックプレフィックス（ＣＰ）付加部
２２４＃１〜＃Ｎ ＲＦ送信回路
３０ 上位局装置
４０ コアネットワーク
５０ セル

Claims (13)

  1. 基地局装置におけるアンテナ間の相関が高い場合に選択されるプリコーディング行列を定めたＤＦＴ（discrete Fourier transform）構造を有する複数の第１のコードブックと、前記基地局装置におけるアンテナ間の相関が低い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数の第２のコードブックとで構成されるコードブック制御方法であって、
    チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定するステップと、前記チャネル変動量に基づいて前記コードブックに含まれる前記第１、第２のコードブックの構成比率を適応的に変更するステップとを具備することを特徴とするコードブック制御方法。
  2. 前記チャネル変動量に基づいてフェージング相関値を測定するステップを具備し、前記フェージング相関値に応じて前記コードブックに含まれる前記第１、第２のコードブックの構成比率を変更することを特徴とする請求項１記載のコードブック制御方法。
  3. 前記フェージング相関値に応じて前記コードブックに含まれる前記第１のコードブックの数を決定すると共に、前記コードブック全体のコードブックの数から前記第１のコードブックの数を差し引いた残数を前記第２のコードブックの数に決定することを特徴とする請求項２記載のコードブック制御方法。
  4. 前記チャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列を算出するステップを具備し、前記相関行列を固有値分解して得られる固有値に基づいて前記コードブックに含まれる前記第１、第２のコードブックの構成比率を変更することを特徴とする請求項１記載のコードブック制御方法。
  5. 前記固有値のうち、最大固有値に対する比がある閾値以上になる前記固有値の数を、前記第１のコードブックの数に決定すると共に、前記コードブック全体のコードブックの数から前記第１のコードブックの数を差し引いた残数を第２のコードブックの数に決定することを特徴とする請求項４記載のコードブック制御方法。
  6. 予め選択候補となる前記第１のコードブックを定めた第１の選択候補コードブックを備えておき、前記チャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列に基づいて前記第１の選択候補コードブックから前記第１のコードブックを選択することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載のコードブック制御方法。
  7. 前記相関行列を固有値分解して得られる固有ベクトルとのアレーレスポンスが大きくなるプリコーディング行列を含む前記第１のコードブックを前記第１のコードブックの数だけ選択することを特徴とする請求項６記載のコードブック制御方法。
  8. 予め選択対象となる前記第２のコードブックを定めた第２の選択候補コードブックを備えておき、選択された前記第１のコードブックに含む前記コードブック全体に含まれるプリコーディング行列との関係で行列間距離（Chordal distance）の最小値が最大となるプリコーディング行列を含む前記第２のコードブックを前記第２の選択候補コードブックから選択することを特徴とする請求項６記載のコードブック制御方法。
  9. 選択された前記第１、第２のコードブックに関する情報を含むコードブック情報を移動局装置に通知するステップを具備することを特徴する請求項８記載のコードブック制御方法。
  10. 基地局装置におけるアンテナ間の相関が高い場合に選択されるプリコーディング行列を定めたＤＦＴ（discrete Fourier transform）構造を有する複数の第１のコードブックと、前記基地局装置におけるアンテナ間の相関が低い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数の第２のコードブックとで構成されるコードブックを用いてプリコーディングを行う基地局装置であって、
    チャネル伝搬路におけるチャネル変動量を推定する推定手段と、前記チャネル変動量に基づいて前記コードブックに含まれる前記第１、第２のコードブックの構成比率を適応的に変更する制御手段とを具備することを特徴とする基地局装置。
  11. 前記チャネル変動量に基づいてフェージング相関値を測定する測定手段を具備し、前記制御手段は、前記フェージング相関値に応じて前記コードブックに含まれる前記第１、第２のコードブックの構成比率を変更することを特徴とする請求項１０記載の基地局装置。
  12. 前記チャネル変動量のフェージング相関を示す相関行列を算出する算出手段を具備し、前記制御手段は、前記相関行列を固有値分解して得られる固有値に基づいて前記コードブックに含まれる前記第１、第２のコードブックの構成比率を変更することを特徴とする請求項１０記載の基地局装置。
  13. 基地局装置におけるアンテナ間の相関が高い場合に選択されるプリコーディング行列を定めたＤＦＴ（discrete Fourier transform）構造を有する複数の第１のコードブックと、前記基地局装置におけるアンテナ間の相関が低い場合に選択されるプリコーディング行列を定めた複数の第２のコードブックとで構成されるコードブックに従ってプリコーディング行列特定情報を前記基地局装置に送信する移動局装置であって、
    チャネル伝搬路におけるチャネル変動量に基づいて選択された前記第１、第２のコードブックに関する情報を含むコードブック情報を受信する受信手段と、前記コードブック情報に含まれる前記第１、第２のコードブックから前記プリコーディング行列特定情報を選択する選択手段とを具備することを特徴とする移動局装置。
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