JP2014053811A - 無線通信方法、ユーザ端末、無線基地局及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】３次元ビームを用いた下り通信に適したチャネル状態情報（ＣＳＩ）をフィードバックできる。
【解決手段】本発明の無線通信方法は、水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを用いて、無線基地局がユーザ端末との下り通信を行う無線通信方法であって、前記無線基地局が、複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた複数の測定用参照信号を送信する工程と、前記ユーザ端末が、前記複数の測定用参照信号に基づいて生成されたチャネル状態情報を前記無線基地局に送信する工程と、を有する。
【選択図】図９

Description

本発明は、次世代移動通信システムにおける無線通信方法、ユーザ端末、無線基地局及び無線通信システムに関する。

ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）ネットワークにおいて、さら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（非特許文献１）。ＬＴＥではマルチアクセス方式として、下り回線（下りリンク）にＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）をベースとした方式を用い、上り回線（上りリンク）にＳＣ−ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）をベースとした方式を用いている。

ＬＴＥでは、複数のアンテナを用いてデータを送受信することでデータレート（周波数利用効率）を向上させるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ Ｏｕｔｐｕｔ）が規定されている。ＭＩＭＯ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、送信側の異なる送信アンテナから同時に異なる情報系列を送信する。一方、受信側では、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。

ＭＩＭＯ伝送方式としては、同一のユーザ向けの送信情報系列が、異なる送信アンテナから同時に送信されるシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ））と、異なるユーザ向けの送信情報系列が、異なる送信アンテナから同時に送信されるマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ））とが提案されている。ＳＵ−ＭＩＭＯ及びＭＵ−ＭＩＭＯにおいては、アンテナに設定されるべき位相及び振幅の制御量（プリコーディングウェイト）に対応する最適なＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）をコードブックから選択し、これをチャネル状態情報（ＣＳＩ）として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ＣＳＩに基づいて各送信アンテナを制御し、送信情報系列を送信する。

３ＧＰＰ ＴＲ ２５．９１３"Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡ ａｎｄ Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡＮ"

また、ＬＴＥからの更なる広帯域化及び高速化を目的として、ＬＴＥの後継システムも検討されている（例えば、ＬＴＥアドバンスト又はＬＴＥエンハンスメントと呼ぶこともある（以下、「ＬＴＥ−Ａ」という））。このＬＴＥ−Ａでは、水平面に加えて垂直面にも指向性を有する３次元ビームを用いて下り通信（例えば、ＭＩＭＯ伝送）を行うことも検討されている。このため、３次元ビームを用いた下り通信に適した、チャネル状態情報（ＣＳＩ）のフィードバック方式の実現が望まれている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、３次元ビームを用いた下り通信に適したチャネル状態情報（ＣＳＩ）をフィードバック可能な無線通信方法、ユーザ端末、無線基地局及び無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の無線通信方法は、水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを用いて、無線基地局がユーザ端末との下り通信を行う無線通信方法であって、前記無線基地局が、複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた複数の測定用参照信号を送信する工程と、前記ユーザ端末が、前記複数の測定用参照信号に基づいて生成されたチャネル状態情報を前記無線基地局に送信する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、３次元ビームを用いた下り通信に適したチャネル状態情報（ＣＳＩ）をフィードバックできる。

ＣＲＳのマッピングの一例を示す図である。 ＣＳＩ−ＲＳのマッピングの一例を示す図である。 ＬＴＥ−Ａシステムへの適用が想定される通信方式（３Ｄ ＭＩＭＯ／ビームフォーミング）の説明図である。 ２次元アンテナと３次元送信アンテナの模式図を示す図である。 ２次元チャネルと３次元チャネルにおけるＰＭＩを説明する図である。 ３次元アンテナの構成の一例について説明する図である。 水平ビーム／垂直ビーム／３次元ビームを説明する図である。 複数の垂直ビームで生成される水平ドメインのチャネルを説明する図である。 本実施の形態の態様１．１に係る無線通信方法の説明図である。 本実施の形態の態様１．２に係る無線通信方法の説明図である。 本実施の形態の態様１．３に係る無線通信方法の説明図である。 本実施の形態の態様２．１に係る無線通信方法の説明図である。 本実施の形態の態様２．２に係る無線通信方法の説明図である。 本実施の形態に係る無線通信システムのシステム構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の全体構成の説明図である。 本実施の形態に係るユーザ端末の全体構成の説明図である。 本実施の形態に係る無線基地局の機能構成の説明図である。 実施の形態に係るユーザ端末の機能構成の説明図である。

図１及び図２を参照し、ＬＴＥシステム、ＬＴＥ−Ａシステムにおいて、チャネル状態情報（ＣＳＩ）のフィードバック（以下、ＣＳＩフィードバックという）に用いられる測定用参照信号について説明する。測定用参照信号としては、ＣＲＳ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）、ＣＳＩ−ＲＳ（ＣＳＩ−Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）などが用いられる。

ＣＲＳは、ＣＳＩフィードバックやセルサーチを目的として、Ｒｅｌ−８で導入された測定用参照信号である。ＣＲＳの信号系列は、擬似ランダム（ｐｓｅｕｄｏ−ｒａｎｄｏｍ）系列であり、ＱＰＳＫ変調される。ＱＰＳＫ変調されたＣＲＳは、所定ルールに従って、複数のリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされる。なお、ＣＲＳは、ＤＭＲＳ（ＤｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）のようなユーザ固有（Ｕｓｅｒ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ）の参照信号ではなくセル固有（Ｃｅｌｌ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ）の参照信号であるので、プリコーディングされない。

図１は、アンテナポート数が１、２、４である場合のＣＲＳのマッピングの一例を示す図である。図１に示すように、ユーザ端末ＵＥにおいて最大４チャネルのチャネル推定ができるように、最大４アンテナポート（０−３で番号付けされる）のＣＲＳがサポートされている。各アンテナポートのＣＲＳ（Ｒ_０−Ｒ_３）は、互いに異なるリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされ、時分割多重（ＴＤＭ）／周波数分割多重（ＦＤＭ）により直交多重される。

一方、ＣＳＩ−ＲＳは、ＣＳＩフィードバックを目的として、Ｒｅｌ−１０で導入された測定用参照信号である。ＣＳＩ−ＲＳの信号系列は、擬似ランダム系列であり、ＱＰＳＫ変調される。ＱＰＳＫ変調されたＣＳＩ−ＲＳは、ＣＳＩ−ＲＳリソースにマッピングされる。なお、ＣＳＩ−ＲＳも、プリコーディングされない。

図２は、ＣＳＩ−ＲＳのマッピングの一例を示す図である。図２に示すように、ユーザ端末ＵＥにおいて最大８チャネルのチャネル推定ができるように、最大８アンテナポート（１５−２２で番号付けされる）のＣＳＩ−ＲＳがサポートされている。各アンテナポートのＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_１５−Ｒ_２２）は、時分割多重（ＴＤＭ）／周波数分割多重（ＦＤＭ）／符号分割多重（ＣＤＭ）により直交多重される。

例えば、図２では、アンテナポート１５及び１６のＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_１５、Ｒ_１６）は、同じリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされ、符号分割多重（ＣＤＭ）される。アンテナポート１７及び１８のＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_１７、Ｒ_１８）、アンテナポート１９及び２０のＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_１９、Ｒ_２０）、アンテナポート２１及び２２のＣＳＩ−ＲＳ（Ｒ_２１、Ｒ_２２）についても同様である。

なお、図２では、アンテナポート数が８である場合が示されるが、アンテナポート数が１、２、４である場合のＣＳＩ−ＲＳもサポートされている。かかる場合、ｎｅｓｔ構造が採用され、各アンテナポートのＣＳＩ−ＲＳがより多くのリソース要素（ＲＥｓ）にマッピングされる。

また、Ｒｅｌ−１１のＣｏＭＰでは、複数のＣｏＭＰセルにそれぞれに対応して複数のＣＳＩプロセスが設けられる。このＣＳＩプロセス毎に、ＣＳＩ−ＲＳリソースが設けられるとともにＣＳＩフィードバックが行われる。また、ＣＳＩプロセス毎に、ＣＳＩ−ＲＳリソースの配置パターンを示すＣＳＩコンフィグレーション（図２では、ＣＳＩコンフィグレーション０）が定められる。

図３を参照し、３次元ビームフォーミングについて説明する。図３は、３次元ビームフォーミングを用いたＭＩＭＯ伝送の概念図である。図３に示すように、３次元ビームフォーミングを用いたＭＩＭＯ伝送では、無線基地局ｅＮＢの送信アンテナから、水平面に加えて垂直面にも指向性を有する３次元ビームが出力される。垂直方向に異なる指向性を有する３次元ビームにより、無線基地局ｅＮＢのセルＣ１がインナーセルＣ２とアウターセルＣ３とにセクタ化される。

図３では、無線基地局ｅＮＢは、インナーセルＣ２内に位置するユーザ端末ＵＥ１、ＵＥ２に向けて、それぞれ、３次元ビームＢ１、Ｂ２を出力して、下りＭＩＭＯ伝送を行う。一方、無線基地局ｅＮＢは、アウターセルＣ３内に位置するユーザ端末ＵＥ３、ＵＥ４に向けて、それぞれ、３次元ビームＢ３、Ｂ４を出力して、下りＭＩＭＯ伝送を行う。このような３次元ビームは、３次元アンテナによって実現される。

３次元ビームフォーミングにおいては、２次元ビームフォーミングと比較して、無線基地局ｅＮＢに設けられる送信アンテナ素子（Tx antenna elements）の数が大幅に増加することが考えられる。図４に、２次元アンテナと３次元アンテナの模式図を示す。

図４Ａは、２次元アンテナの模式図を示しており、図４Ｂは、３次元アンテナの模式図を示している。図４Ａに示すように、２次元アンテナは、水平方向に設けられた複数のアンテナ素子（４Ｔｘ）で構成されている。図４Ｂに示すように、３次元アンテナは、水平方向に設けられた複数のアンテナ素子（４Ｔｘ）と、垂直方向に設けられた複数のアンテナ素子（４Ｔｘ）で構成されている。

つまり、２次元アンテナを構成するアンテナ素子数（ｎ_Ｈ）が４個（１行（one row）に４個）、３次元アンテナを構成するアンテナ素子数（ｎ_Ｈ・ｎ_Ｖ）が１６個（１行（one row）に４個、１列（one column）に４個）となる。

図５を参照し、２次元ビームフォーミングで用いられる２次元チャネルと３次元ビームフォーミングで用いられる３次元チャネルにおけるＰＭＩについて説明する。図５Ａは２次元チャネルにおけるＰＭＩ（従来におけるＰＭＩ）を示しており、図５Ｂは、本実施の形態を適用する場合の３次元チャネルにおける水平ドメイン（水平面）のＰＭＩ_Ｈを示している。

図５Ｂでは、各垂直ビーム（例えば、ｋ番目の垂直ビーム（Ｗ_ｖ ^（ｋ）））により、各垂直ビームに対応する水平ドメインのチャネル（水平チャネル）が形成され、当該チャネルのＰＭＩ_Ｈが示される。つまり、ＰＭＩ_Ｈは２次元チャネルのＰＭＩに相当する。図５Ｂに示す場合、ユーザ端末ＵＥ側からは、測定用参照信号のプリコーディングにより、３次元チャネルを、所定の垂直ビームに対応する２次元水平チャネルの状態と見ることができる。

次に、図６を参照し、３次元アンテナの構成の一例について説明する。３次元ビームフォーミング／３次元ＭＩＭＯを実現するためには、複数のアンテナ素子を水平ドメイン（水平面）と垂直ドメイン（垂直面）の双方に配置する必要がある。図６に３次元アンテナの構成の一例を示す。図６Ａは、細小化されたアンテナ素子を水平ドメイン及び垂直ドメインに沿って配置した場合を示しており、図６Ｂは、アンテナ素子を水平ドメインと垂直ドメインにおいて交差させた交差偏光アンテナ（cross polarized antenna）を示している。

水平ビームは、水平ドメインに配置される複数の水平用アンテナ素子（又は、水平用アンテナ素子列（図６における１つの行を構成するアンテナ素子））に水平プリコーダ（Ｗ_Ｈ）を用いてプリコーディングすることにより形成することができる。例えば、水平ビームは、図７Ａに示すように、水平プリコーダ（Ｗ_Ｈ）に基づいて水平ドメインにおいて角度θ_Ｈを有するように形成される。

垂直ビームは、垂直ドメインに配置される複数の垂直用アンテナ素子（又は、垂直用アンテナ素子列（図６における１つの列を構成するアンテナ素子））に垂直プリコーダ（Ｗ_Ｖ）を用いてプリコードすることにより形成することができる。例えば、垂直ビームは、図７Ｂに示すように、垂直プリコーダ（Ｗ_Ｖ）に基づいて垂直ドメインにおいて角度θ_Ｖを有するように形成される。また、複数の垂直用アンテナ素子又は垂直用アンテナ素子列は、垂直ドメイン（又は垂直方向）において同一の偏光成分を有する構成としてもよい。

３次元ビームは、水平方向と水平方向に配置された複数のアンテナ素子を用いて、水平プリコーダ（Ｗ_Ｈ）と垂直プリコーダ（Ｗ_Ｖ）を合成することにより形成することができる。例えば、３次元ビームは、図７Ｃに示すように、図７Ａの水平ビームと図７Ｂの垂直ビームを合成して形成することができる。

図８は、３つの垂直ビームが形成される場合に、各垂直ビームで生成される水平ドメインのチャネル（水平チャネル）を示している。具体的に、図８では、垂直ビーム１、垂直ビーム２、垂直ビーム３によりそれぞれ生成される水平ドメインにおけるチャネルを示している。垂直ビーム１〜３は、上述したように垂直用アンテナ素子（垂直用アンテナ素子列）にそれぞれ垂直プリコーダ（Ｗ_ｖ ^（１）、Ｗ_ｖ ^（２）、Ｗ_ｖ ^（３））を用いてプリコーディングすることにより形成される。

以上のような３次元ビームを用いた下り通信では、複数の垂直ビームのそれぞれに対応する測定用参照信号を当該複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングする一方、当該複数の測定用参照信号を同一の無線リソース（例えば、同一のアンテナポートのリソース要素）にマッピングすることで、測定用参照信号のオーバヘッドの増大を防止することが検討されている。したがって、プリコーディングされた（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ）複数の測定用参照信号に基づいたＣＳＩのフィードバック方式の実現が望まれている。

そこで、本発明者らは、水平ビーム及び垂直ビームで構成される３次元ビームを用いた下り通信において、複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた複数の測定用参照信号に基づいてＣＳＩをフィードバック可能な無線通信方法を検討し、本発明に至った。

本実施の形態に係る無線通信方法では、無線基地局ｅＮＢが、複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた複数の測定用参照信号を送信する。また、ユーザ端末ＵＥが、前記複数の測定用参照信号に基づいて生成されたチャネル状態情報（ＣＳＩ）を無線基地局ｅＮＢに送信する。無線基地局ｅＮＢが、当該ＣＳＩに基づいて、ユーザ端末ＵＥとの下り通信に用いられる垂直ビームを形成するプリコーディングウェイトを選択する。

なお、本実施の形態に係る無線通信方法では、複数の測定用参照信号が複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされて同一の無線リソースにマッピングされるものとするが、これに限られない。例えば、複数の測定用参照信号が複数の水平ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた同一の無線リソースにマッピングされてもよい。すなわち、垂直ビームと水平ビームとの関係は適宜交換されてもよい。

また、本実施の形態に係る無線通信方法では、測定用参照信号としては、例えば、ＣＳＩ−ＲＳ、ＣＲＳが用いられるが、これに限られない。

（第１の形態）
第１の形態では、測定用参照信号としてＣＳＩ−ＲＳを用いる場合を説明する。第１の形態において、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトでプリコーディングされる複数のＣＳＩ−ＲＳは、垂直ビーム毎に異なるＣＳＩ−ＲＳリソースにマッピングされる。各ＣＳＩ−ＲＳリソースは、１垂直ビームに関連付けられる。これにより、各ＣＳＩ−ＲＳリソースについてフィードバックされるＣＳＩが、各ＣＳＩ−ＲＳリソースに関連付けられた垂直ビームの水平ドメインにおけるＣＳＩを示すことになる。また、各ＣＳＩ−ＲＳリソースは、１ＣＳＩプロセスに関連付けられる。

ここで、ＣＳＩ−ＲＳリソースとは、ＣＳＩ−ＲＳのマッピング用に予め定められた無線リソースである。例えば、ＣＳＩ−ＲＳリソースは、図２に示されるように、アンテナポート毎に定められた所定数のリソース要素（ＲＥｓ）で構成される。また、ＣＳＩ−ＲＳリソースは、複数の配置パターン（ＣＳＩコンフィグレーション）を有する。

なお、Ｒｅｌ−１１のＣｏＭＰの場合、各ＣＳＩ−ＲＳリソースは、１ＣｏＭＰセルに関連付けられるとともに、１ＣＳＩプロセスに対応する。このように、１ＣｏＭＰセルに関連付けられるＣＳＩ−ＲＳリソースを１垂直ビームに関連付けることで、Ｒｅｌ−１１のＣｏＭＰにおけるＣＳＩフィードバック構成を３次元ビームフォーミングにおけるＣＳＩフィードバック構成に再利用（ｒｅｕｓｅ）可能となる。

〔態様１．１〕
図９を参照し、第１の形態の第１の態様（以下、態様１．１という）に係る無線通信方法を説明する。なお、図９では、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームが設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ）されるものとする。また、Ｋ個の垂直ビームは、それぞれ、Ｋ個のＣＳＩプロセスに対応するものとする。

図９に示すように、無線基地局ｅＮＢは、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトを用いてＣＳＩ−ＲＳをプリコーディングし、プリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳを垂直ビーム毎に異なるＣＳＩ−ＲＳリソースにマッピングして送信する（ステップＳ１１）。なお、各垂直ビームのＣＳＩ−ＲＳリソースは、図９に示すように、同じサブフレームｎに配置されてもよいし、異なるサブフレームに配置されてもよい。

また、無線基地局ｅＮＢは、ユーザ端末ＵＥに対して、ＣＳＩプロセス情報を通知する（ステップＳ１２）。ここで、ＣＳＩプロセス情報は、Ｋ個の垂直ビームにそれぞれ対応するＫ個のＣＳＩプロセスに関する情報であり、例えば、ＣＳＩ−ＲＳのプロセスの個数及び対応するアンテナポートである。ＣＳＩプロセス情報は、例えば、ＲＲＣシグナリングなどの上位レイヤシグナリングにより通知される。

ユーザ端末ＵＥは、各垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のチャネル推定を行う（ステップＳ１３）。具体的には、図９において、ユーザ端末ＵＥは、各垂直ビームによって形成される水平チャネル

を推定する。ここで、水平チャネルとは、各垂直ビームによって形成される水平ドメインにおける２次元チャネルである。

ユーザ端末ＵＥは、チャネル推定の結果に基づいて、各垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩを算出する（ステップＳ１４）。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、Ｋ個の垂直ビームのそれぞれによって形成されるＫ個の水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（ｋ），ＲＩ_Ｈ ^（ｋ），ＣＱＩ_Ｈ ^（ｋ）（ｋ＝１，…，Ｋ）を算出する。ここで、ＰＭＩ_Ｈ ^（ｋ）とは、ｋ番目の垂直ビームによって形成される水平チャネルのプリコーディングマトリクス識別子であり、水平プリコーダで用いられるプリコーディングウェイトを識別するものである。また、ＲＩ_Ｈ ^（ｋ）とは、ｋ番目の垂直ビームによって形成される水平チャネルのランク識別子である。また、ＣＱＩ_Ｈ ^（ｋ）とは、ｋ番目の垂直ビームによって形成される水平チャネルのチャネル品質識別子である。

ユーザ端末ＵＥは、全ての垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩを無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳ１５）。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、Ｋ個の垂直ビームのそれぞれによって形成されるＫ個の水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（ｋ）（ｋ＝１，…，Ｋ）をフィードバックする。なお、ＣＳＩは、垂直ビーム毎に異なるサブフレームでフィードバックされてもよいし、複数の垂直ビームのＣＳＩが同一のサブフレームでフィードバックされてもよい。

無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされた全ての垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩに基づいて、下りＭＩＭＯ伝送に用いられる垂直ビームを選択し、スケジューリング及びプリコーディングを行う（ステップＳ１６）。具体的には、無線基地局ｅＮＢは、Ｋ個のＣＱＩ^（１）、…、ＣＱＩ^（Ｋ）に基づいて、所定の関数（例えば、ａｒｇｍａｘ）を用いてＰＭＩ_ｖを選択する。ここで、ＰＭＩ_ｖとは、垂直ビームを形成するための垂直プリコーディングマトリクス識別子であり、垂直プリコーダで用いられるプリコーディングウェイトを識別するものである。

態様１．１に係る無線通信方法によれば、Ｋ個の垂直ビームがそれぞれＫ個のＣＳＩプロセスに関連付けられ、Ｋ個全ての垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩがフィードバックされる。Ｒｅｌ−１１のＣｏＭＰでは、複数のＣｏＭＰセルのそれぞれに関連付けられる複数のＣＳＩプロセスが定義されている。このため、複数のＣｏＭＰセルの代わりに、複数の垂直ビームのそれぞれに複数のＣＳＩプロセスを関連付けることで、システムの実装負荷を軽減しながら、３次元ビームフォーミングにおけるＣＳＩフィードバック構成を実現できる。また、Ｒｅｌ−１１までをサポートするユーザ端末ＵＥ（レガシー端末）に対するバックワードコンパチビリティを確保できる。

〔態様１．２〕
図１０を参照し、第１の形態の第２の態様（以下、態様１．２という）に係る無線通信方法を説明する。なお、図１０では、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームが設定されるものとする。また、Ｋ個の垂直ビームは、それぞれ、Ｋ個のＣＳＩプロセスに対応するものとする。なお、各ＣＳＩプロセスは、ＣＳＩプロセスの識別子（ＣＳＩプロセスＩＤ）で識別されるものとする。

図１０のステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２４は、図９のステップＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１４と同様であるため、説明を省略する。図１０のステップＳ２２では、無線基地局ｅＮＢは、図９のステップＳ１２で説明したＣＳＩプロセス情報に加えて、ＣＳＩフィードバックが要求される垂直ビームの数Ｍ（Ｍ≧１）をユーザ端末ＵＥに通知する。ここで、数Ｍは、例えば、ＲＲＣシグナリングなどの上位レイヤシグナリングにより通知される。なお、数Ｍが予めユーザ端末ＵＥに設定される場合、数Ｍは通知されなくともよい。

ユーザ端末ＵＥは、ステップＳ２４で算出されたＫ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩの中から、最良Ｍ個の垂直ビームのＣＳＩを選択する（ステップＳ２５）。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、Ｋ個の垂直ビームそれぞれのＣＳＩ−ＲＳの受信品質を測定し、測定された受信品質が良いＭ個の垂直ビームのＣＳＩを選択する。ここで、ＣＳＩ−ＲＳの受信品質としては、ＲＳＲＰ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ）が用いられるが、ＲＳＲＱ(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ)やＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）などが用いられてもよい。

なお、ステップＳ２５において、ユーザ端末ＵＥは、垂直ビームによって形成される水平チャネルのＣＱＩ_Ｈが良いＭ個の垂直ビームのＣＳＩを選択してもよい。また、ユーザ端末ＵＥは、垂直ビームによって形成されるセクタ内のキャパシティが十分なＭ個の垂直ビームのＣＳＩを選択してもよい。

ユーザ端末ＵＥは、選択されたＭ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩと、Ｍ個のＣＳＩプロセスを識別するＣＳＩプロセスＩＤとを、無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳ２６）。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、選択されたＭ個の垂直ビームのそれぞれによって形成されるＭ個の水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（ｋ）（ｋ∈Ｓ_Ｍ）をフィードバックする。

無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされたＭ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩに基づいて、下りＭＩＭＯ伝送に用いられる垂直ビームを選択し、スケジューリング及びプリコーディングを行う（ステップＳ２７）。

態様１．２に係る無線通信方法によれば、Ｋ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩから選択されたＭ個の垂直ビームのＣＳＩがフィードバックされる。このため、Ｋ個全ての垂直ビームのＣＳＩをフィードバックする場合（態様１．１）と比較して、ＣＳＩフィードバックによるオーバヘッドを軽減できる。

なお、態様１．２に係る無線通信方法では、３次元ビームの特性を利用することで、ＣＳＩフィードバックによるオーバヘッドを更に削減できる。具体的には、ステップＳ２６において、ユーザ端末ＵＥは、隣接する垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）によってそれぞれ形成される水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ／ＲＩ_Ｈをジョイント選択してもよい。ここで、ジョイント選択とは、複数隣接する垂直ビームにとって最適な水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ／ＲＩ_Ｈを選択することである。かかる場合、Ｍ個のＰＭＩ_Ｈ／ＲＩ_Ｈをフィードバックする場合と比較してオーバヘッドを削減できる。

また、ステップＳ２６において、ユーザ端末ＵＥは、隣接する垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）によって形成される水平チャネルのＣＱＩ_Ｈの差分値をフィードバックしてもよい。かかる場合、１個のＣＱＩ_Ｈ（例えば、最良の垂直ビームについてのＣＱＩ_Ｈ）フィードバックすれば、他のＭ−１個のＣＱＩ_Ｈについては差分値をフィードバックすればよい。このため、Ｍ個のＣＱＩ_Ｈをフィードバックする場合と比較してオーバヘッドを削減できる。

また、ステップＳ２６において、ユーザ端末ＵＥは、最良の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩと、当該最良の垂直ビームに隣接する少なくとも１つの垂直ビームのＣＳＩと、当該最良の垂直ビームに対応するＣＳＩプロセスＩＤと、をフィードバックしてもよい。かかる場合、１個のＣＳＩプロセスＩＤだけをフィードバックするので、Ｍ個のＣＳＩプロセスＩＤをフィードバックする場合と比較してオーバヘッドを軽減できる。

〔態様１．３〕
図１１を参照し、第１の形態の第３の態様（以下、態様１．３という）に係る無線通信方法を説明する。なお、図１１では、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームが設定されるものとする。また、Ｋ個の垂直ビームは、それぞれ、Ｋ個のＣＳＩプロセスに対応するものとする。なお、各ＣＳＩプロセスは、ＣＳＩプロセスＩＤで識別されるものとする。

図１１のステップＳ３１、Ｓ３３、Ｓ３４は、図９のステップＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１４と同様であるため、説明を省略する。図１１のステップＳ３２では、無線基地局ｅＮＢは、図９のステップＳ１２で説明したＣＳＩプロセス情報に加えて、ＣＳＩフィードバックが要求されるＣＳＩについての所定の閾値をユーザ端末ＵＥに通知する。所定の閾値は、例えば、ＲＲＣシグナリングなどの上位レイヤシグナリングにより、通知されてもよい。また、所定の閾値が予めユーザ端末ＵＥで設定されている場合、所定の閾値は通知されなくもよい。

ユーザ端末ＵＥは、ステップＳ３４で算出されたＫ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩの中から、ＣＳＩが所定の閾値よりも良い垂直ビームのＣＳＩを選択する（ステップＳ３５）。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、Ｋ個の垂直ビームそれぞれのＣＳＩ−ＲＳの受信品質を測定し、測定された受信品質が所定の閾値よりも良い垂直ビームのＣＳＩを選択する。上述のように、ＣＳＩ−ＲＳの受信品質としては、ＲＳＲＰが用いられるが、ＲＳＲＱやＳＩＮＲなどが用いられてもよい。

なお、ステップＳ３５において、ユーザ端末ＵＥは、垂直ビームによって形成される水平チャネルのＣＱＩ_Ｈが所定の閾値よりも良い垂直ビームのＣＳＩを選択してもよい。また、ユーザ端末ＵＥは、垂直ビームによって形成されるセクタ内のキャパシティが所定の閾値を満たす垂直ビームのＣＳＩを選択してもよい。

ユーザ端末ＵＥは、選択された垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩと、選択されたＣＳＩプロセスを識別するＣＳＩプロセスＩＤとを、無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳ３６）。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、選択された垂直ビームによって形成される水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（ｋ）（ｋ∈Ｓ）をフィードバックする。

無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされた垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩに基づいて、下りＭＩＭＯ伝送に用いられる垂直ビームを選択し、スケジューリング及びプリコーディングを行う（ステップＳ３７）。

態様１．３に係る無線通信方法によれば、Ｋ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）のＣＳＩのうち、所定の閾値よりも良い垂直ビームのＣＳＩだけがフィードバックされる。このため、Ｋ個全ての垂直ビームのＣＳＩをフィードバックする場合（態様１．１）と比較して、ＣＳＩフィードバックによるオーバヘッドを軽減できる。

（第２の形態）
第２の形態では、測定用参照信号としてＣＲＳを用いる場合を説明する。第２の形態において、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトでプリコーディングされる複数のＣＲＳは、垂直ビーム毎に異なるサブフレームで送信される。各サブフレームは、１垂直ビームに関連付けられる。これにより、各サブフレームのＣＲＳについてフィードバックされるＣＳＩが、各サブフレームに関連付けられた垂直ビームの水平ドメインにおけるＣＳＩを示すこととなる。

〔態様２．１〕
図１２を参照し、第２の形態の第１の態様（以下、態様２．１という）に係る無線通信方法を説明する。なお、図１２では、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームが設定されるものとする。

図１２に示すように、無線基地局ｅＮＢは、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトを用いてＣＲＳをプリコーディングし、プリコーディングされたＣＲＳを垂直ビーム毎に異なるサブフレームで送信する（ステップＳ４１）。例えば、図１２では、１番目の垂直ビームに対応するプリコーディングウェイトでプリコーディングされたＣＲＳは、サブフレームｎで送信される（ステップＳ４１_１）。また、Ｋ番目の垂直ビームに対応するプリコーディングウェイトでプリコーディングされたＣＲＳは、サブフレームｎ＋ｑ_１で送信される（ステップＳ４１_Ｋ）。

ユーザ端末ＵＥは、各垂直ビームのチャネル推定を行い、チャネル推定の結果に基づいて各垂直ビームのＣＳＩを算出する（ステップＳ４２）。具体的には、図１２では、１番目の垂直ビームに対応するプリコーディングウェイトでプリコーディングされたＣＲＳに基づいて、１番目の垂直ビームによって形成される水平チャネル

を推定し、当該水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（１）、ＲＩ_Ｈ ^（１）、ＣＱＩ_Ｈ ^（１）を算出する（ステップＳ４２_１）。同様に、Ｋ番目の垂直ビームに対応するプリコーディングウェイトでプリコーディングされたＣＲＳに基づいて、Ｋ番目の垂直ビームによって形成される水平チャネル

を推定し、当該水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（Ｋ）を算出する（ステップＳ４２_Ｋ）。

ユーザ端末ＵＥは、全ての垂直ビームのＣＳＩを無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳ４３）。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、ステップＳ４２_１…Ｓ４２_Ｋでそれぞれ算出されたＰＭＩ_Ｈ ^（ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（ｋ）（ｋ∈１，…，Ｋ）を、連続するサブフレームで別々にフィードバックする（ステップＳ４３_１−Ｓ４３_Ｋ）。

無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされた全ての垂直ビームのＣＳＩに基づいて、下りＭＩＭＯ伝送に用いられる垂直ビームを選択し、スケジューリング及びプリコーディングを行う（ステップＳ４４）。具体的には、無線基地局ｅＮＢは、Ｋ個のＣＱＩ^（１）、…、ＣＱＩ^（Ｋ）に基づいて、所定の関数（例えば、ａｒｇｍａｘ）を用いてＰＭＩ_ｖを選択する。

態様２．１に係る無線通信方法によれば、Ｋ個の垂直ビームがそれぞれＫ個のサブフレームのＣＲＳに関連付けられ、Ｋ個全ての垂直ビームのＣＳＩがフィードバックされる。このように、ＣＲＳに基づくＣＳＩフィードバック構成を利用することで、システムの実装負荷を軽減しながら、３次元ビームフォーミングにおけるＣＳＩフィードバック構成を実現できる。また、ＣＲＳに基づくＣＳＩフィードバックをサポートするがＣＳＩ−ＲＳに基づくＣＳＩフィードバックをサポートしないユーザ端末ＵＥ（レガシー端末）に対するバックワードコンパチビリティを確保できる。

〔態様２．２〕
図１３を参照し、第２の形態の第２の態様（以下、態様２．２という）に係る無線通信方法を説明する。なお、図１３では、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームが設定されるものとする。

図１３のステップＳ５１_１−Ｓ５１_Ｋは、図１２のステップＳ４１_１−Ｓ４１_Ｋと同様であるため、説明を省略する。なお、図示しないが、無線基地局ｅＮＢは、ＣＳＩフィードバックが要求されるＣＳＩについての所定の閾値をユーザ端末ＵＥに通知する。所定の閾値は、例えば、ＲＲＣシグナリングなどの上位レイヤシグナリングにより、通知されてもよい。また、所定の閾値が予めユーザ端末ＵＥで設定されている場合、所定の閾値は通知されなくもよい。

ユーザ端末ＵＥは、各垂直ビームのチャネル推定を行い、チャネル推定の結果に基づいて各垂直ビームのＣＳＩを算出し、算出したＣＳＩが所定の閾値より良いか否かを判定する（ステップＳ５２）。例えば、図１３では、１番目の垂直ビームによって形成される水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（１）、ＲＩ_Ｈ ^（１）、ＣＱＩ_Ｈ ^（１）を算出し、算出されたＣＱＩ_Ｈ ^（１）が所定の閾値より良いか否かを判定する（ステップＳ５２_１）。ここでは、算出されたＣＱＩ_Ｈ ^（１）が所定の閾値より悪いので、１番目の垂直ビームのＣＳＩはフィードバックされない。

同様に、図１３では、Ｋ番目の垂直ビームによって形成される水平チャネルのＰＭＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（Ｋ）を算出し、算出されたＣＱＩ_Ｈ ^（Ｋ）が所定の閾値より良いか否かを判定する（ステップＳ５２_Ｋ）。ここでは、算出されたＣＱＩ_Ｈ ^（Ｋ）が所定の閾値より良いので、Ｋ番目の垂直ビームのＣＳＩがフィードバックされる。具体的には、ユーザ端末ＵＥは、算出されたＰＭＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（Ｋ）を無線基地局ｅＮＢにフィードバックする（ステップＳ５３）。

無線基地局ｅＮＢは、フィードバックされた垂直ビームのＣＳＩに基づいて、下りＭＩＭＯ伝送に用いられる垂直ビームを選択し、スケジューリング及びプリコーディングを行う（ステップＳ５４）。

態様２．２に係る無線通信方法によれば、Ｋ個の垂直ビームのＣＲＳに基づいて算出されるＣＳＩのうち、所定の閾値よりも良い垂直ビームのＣＳＩだけがフィードバックされる。このため、Ｋ個全ての垂直ビームのＣＳＩをフィードバックする場合（態様２．１）と比較して、ＣＳＩフィードバックによるオーバヘッドを軽減できる。

（無線通信システムの構成）
以下に、本実施の形態に係る無線通信システムについて詳細に説明する。

図１４は、本実施の形態に係る無線通信システムのシステム構成の説明図である。なお、図１４に示す無線通信システム１は、例えば、ＬＴＥシステム或いは、ＳＵＰＥＲ ３Ｇが包含されるシステムである。この無線通信システムでは、ＬＴＥシステムのシステム帯域であるコンポーネントキャリアを複数統合するキャリアアグリゲーションが行なわれてもよい。また、この無線通信システムは、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ−Ａ）、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、４Ｇなどと呼ばれてもよい。

図１４に示すように、無線通信システム１は、無線基地局１０と、無線基地局１０と通信するユーザ端末２０Ａ及び２０Ｂとを含んで構成されている。無線基地局１０は、上位局装置３０と接続され、上位局装置３０は、コアネットワーク４０と接続される。上位局装置３０は、例えば、ゲートウェイ（ＧＷ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）などであるが、これに限定されない。

図１４に示すように、無線基地局１０は、水平面に指向性を有する水平ビームと垂直面に指向性を有する垂直ビームとを組み合わせて構成される３次元ビームＢ１及びＢ２を出力する。図１４では、垂直面における指向性が異なる複数の３次元ビームＢ１及びＢ２により、複数のセクタ（インナーセルＣ１及びアウターセルＣ２）が形成される。具体的には、チルト角の小さい３次元ビームＢ１により、無線基地局１０から離れたアウターセルＣ１が形成される。一方、チルト角の大きい３次元ビームＢ２により、無線基地局１０に近いインナーセルＣ２が形成される。なお、チルト角とは、水平方向（例えば、地面）に対するビームの角度である。

図１４において、アウターセルＣ１内に位置するユーザ端末２０Ａは、３次元ビームＢ１を用いて無線基地局１０との下り通信を行う。また、インナーセルＣ２内に位置するユーザ端末２０Ｂは、３次元ビームＢ２を用いて無線基地局１０との下り通信を行う。この下り通信には、ＭＩＭＯ伝送が用いられる。ユーザ端末２０Ａ及び２０Ｂは、ＬＴＥ端末及びＬＴＥ−Ａ端末のいずれであってもよく、移動端末及び固定端末の双方を含むユーザ装置（ＵＥ）であればよい。以下、ユーザ端末２０Ａ及び２０Ｂを区別しない場合、ユーザ端末２０と称する。

なお、図１４に示す無線通信システム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）が適用されるが、上りリンクの無線アクセス方式はこれに限定されない。

下りリンクの通信チャネルは、ユーザ端末２０間で共有される下りデータチャネルであるＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）と、下りＬ１／Ｌ２制御チャネル（ＰＤＣＣＨ、ＰＣＦＩＣＨ、ＰＨＩＣＨ）とを有する。ＰＤＳＣＨにより、送信データ及び上位制御情報が伝送される。ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）により、ＰＤＳＣＨ及びＰＵＳＣＨのスケジューリング情報（ＤＬグラント、ＵＬグラント）等が伝送される。なお、ＰＤＣＣＨの容量不足を解消するために、ＰＤＳＣＨと周波数分割多重される拡張ＰＤＣＣＨ（Ｅ−ＰＤＣＣＨ、ｅＰＤＣＣＨ、ＵＥ−ＰＤＣＣＨ等ともいう）が設けられてもよい。

上りリンクの通信チャネルは、ユーザ端末２０間で共有される上りデータチャネルであるＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel）と、上り制御チャネルであるＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel）とを有する。このＰＵＳＣＨにより、送信データや上位制御情報が伝送される。また、ＰＵＣＣＨにより、下りリンクのチャネル状態情報（ＣＳＩ）や送達確認情報（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ／ＤＴＸ）などが伝送される。なお、チャネル状態情報（ＣＳＩ）や送達確認情報（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ／ＤＴＸ）は、ＰＵＳＣＨにより伝送されてもよい。

次に、図１５及び１６を参照し、本実施の形態に係る無線基地局及びユーザ端末の全体構成について説明する。

図１５は、本実施の形態に係る無線基地局の全体構成図である。図１５に示すように、無線基地局１０は、送受信アンテナ１１と、アンプ部１２と、送受信部１３と、ベースバンド信号処理部１４と、呼処理部１５と、伝送路インターフェース１６とを備えている。なお、送受信アンテナ１１は、図６に示すように、アンテナ素子が水平ドメインと垂直ドメインとの双方に配列される３次元アンテナで構成される。具体的に、送受信アンテナ１１は、水平ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される水平用アンテナ素子列と、垂直ビームの形成単位となる複数のアンテナ素子で構成される垂直用アンテナ素子列とを有している。

ユーザ端末２０に対する下りデータは、上位局装置３０から伝送路インターフェース１６を介してベースバンド信号処理部１４に入力される。ベースバンド信号処理部１４では、下りデータについて、ＨＡＲＱによる再送制御、スケジューリング、伝送フォーマット選択、チャネル符号化、プリコーディング、無線リソースへのマッピング、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）などの送信信号処理が行なわれる。

また、ベースバンド信号処理部１４では、下り制御データ（例えば、ＤＣＩなど）についても、チャネル符号化、無線リソースへのマッピング、ＩＦＦＴなどの送信信号処理が行われる。また、報知チャネルによる報知情報や参照信号（ＣＲＳ、ＣＳＩ−ＲＳ、ＤＭ−ＲＳなど）についても、無線リソースへのマッピング、ＩＦＦＴなどの送信信号処理が行なわれる。

送受信部１３は、ベースバンド信号処理部１４から送受信アンテナ１１のアンテナ素子（図６参照）毎にプリコーディングして出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。アンプ部１２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ１１により送信する。

一方、ユーザ端末２０からの上りデータについては、送受信アンテナ１１で受信された無線周波数信号がそれぞれアンプ部１２で増幅され、送受信部１３で周波数変換されてベースバンド信号に変換され、ベースバンド信号処理部１４に入力される。

ベースバンド信号処理部１４では、入力されたベースバンド信号に含まれる上りデータに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）、誤り訂正復号などの受信信号処理がなされ、伝送路インターフェース１６を介して上位局装置３０に転送される。呼処理部１５は、通信チャネルの設定や解放等の呼処理や、無線基地局１０の状態管理や、無線リソースの管理を行う。

図１６は、本実施の形態に係るユーザ端末の全体構成図である。図１６に示すように、ユーザ端末２０は、複数の送受信アンテナ２１と、複数のアンプ部２２と、送受信部２３と、ベースバンド信号処理部２４と、アプリケーション部２５とを備えている。

無線基地局１０からの下り信号については、各送受信アンテナ２１で受信された無線周波数信号がそれぞれアンプ部２２で増幅され、送受信部２３で周波数変換されてベースバンド信号に変換される。このベースバンド信号は、ベースバンド信号処理部２４でＦＦＴや、誤り訂正復号などの受信信号処理等がなされる。下り信号のうち下りユーザデータは、アプリケーション部２５に転送され、上位レイヤに関する処理が行なわれる。

一方、無線基地局１０に対する上りデータについては、アプリケーション部２５からベースバンド信号処理部２４に入力される。ベースバンド信号処理部２４では、ＨＡＲＱによる再送制御、チャネル符号化、プリコーディング、ＤＦＴ、ＩＦＦＴなどの送信信号処理が行われて各送受信部２３に転送される。送受信部２３は、ベースバンド信号処理部２４から出力されたベースバンド信号を無線周波数帯に変換する。その後、アンプ部２２は、周波数変換された無線周波数信号を増幅して送受信アンテナ２１により送信する。

次に、図１７及び１８を参照し、本実施の形態に係る無線基地局及びユーザ端末の詳細構成について説明する。なお、図１７及び図１８では、ＣＳＩフィードバックに係る機能構成が示されるが、他の機能構成を備えていてもよい。また、図１７に示す機能構成は、主に図１５のベースバンド信号処理部１４に設けられる。同様に、図１８に示す機能構成は、主に図１６のベースバンド信号処理部２４に設けられる。

図１７は、本実施の形態に係る無線基地局の機能構成図である。図１７に示すように、ＣＳＩフィードバックに係る機能構成として、無線基地局１０は、ＣＳＩ−ＲＳ生成部１０１ａ（態様１．１、態様１．２、態様１．３）、ＣＲＳ生成部１０１ｂ（態様２．１、態様２．２）、ＣＳＩ受信部１０２（受信部）、垂直ＰＭＩ選択部１０３（選択部）、３次元プリコーダ１０４／３次元チャネル構成部１０４、スケジューリング部（ＵＥの決定及び使用する３次元のプレコーダの決定）１０５を具備する。

ＣＳＩ−ＲＳ生成部１０１ａは、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトを用いてチャネル状態測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）をプリコーディングし、プリコーディングされた（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ）ＣＳＩ−ＲＳを垂直ビーム毎に異なるＣＳＩ−ＲＳリソースにマッピングする。

具体的には、ＣＳＩ−ＲＳ生成部１０１ａは、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームに対応してＫ個のＣＳＩプロセスを設定（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ）し、設定されたＫ個のＣＳＩプロセスに関するＣＳＩプロセス情報とＫ個のプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳとを出力する。ＣＳＩ−ＲＳ生成部１０１ａから出力されたＣＳＩプロセス情報及びＫ個のプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳは、図１５の送受信部１３、アンプ部１２、送受信アンテナ１１で構成される送信部により、Ｋ個のＣＳＩプロセス（プロセス）でユーザ端末２０に送信される。

なお、Ｋ個のＣＳＩプロセスは、それぞれ、対応するＣＳＩ−ＲＳリソースを有しており、Ｋ個のプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳは、それぞれＫ個のＣＳＩプロセスに対応するＣＳＩ−ＲＳリソースにマッピングされる。

ＣＲＳ生成部１０１ｂは、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトを用いてセル固有参照信号（ＣＲＳ）をプリコーディングし、プリコーディングされた（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ）ＣＳＩ−ＲＳを垂直ビーム毎に異なるサブフレームにマッピングする。

具体的には、ＣＲＳ生成部１０１ｂは、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームに対応してＫ個のプリコーディングされたＣＲＳを出力する。ＣＲＳ生成部１０１ｂから出力されたＫ個のプリコーディングされたＣＲＳは、図１５の送受信部１３、アンプ部１２、送受信アンテナ１１で構成される送信部により、Ｋ個のサブフレームでユーザ端末２０に送信される。

ＣＳＩ受信部１０２は、ユーザ端末２０からフィードバックされるチャネル状態情報（ＣＳＩ_Ｈ）を受信する。このＣＳＩ_Ｈによって、垂直ビームによって形成される水平ドメインにおけるチャネル（水平チャネル）の状態が示される。ＣＳＩ_Ｈには、当該水平チャネルのプリコーディングウェイトを識別するプリコーディングマトリクス識別子（ＰＭＩ_Ｈ）、当該水平チャネルのランクを識別するランク識別子（ＲＩ_Ｈ）、当該水平チャネルのチャネル品質を識別するチャネル品質識別子（ＣＱＩ_Ｈ）が含まれる。

具体的には、ＣＳＩ受信部１０２は、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームによって形成されるＫ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）（ｘ＝Ｋ）を受信してもよい（態様１．１、態様２．１）。また、ＣＳＩ受信部１０２は、Ｋ個のＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）の中から選択された、チャネル状態が良いＭ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）（ｘ＝Ｍ）を受信してもよい（態様１．２）。また、ＣＳＩ受信部１０２は、Ｋ個のＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）の中から選択された、所定の閾値よりも良いチャネル状態を示すＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）（ｘ≦Ｋ）を受信してもよい（態様１．３、態様２．２）。

垂直ＰＭＩ選択部１０３は、ＣＳＩ受信部１０２から入力されたＣＳＩ_Ｈに基づいて、ユーザ端末２０との下り通信に用いられる垂直ビームを形成するためのＰＭＩ（垂直ＰＭＩ）を選択する。具体的には、垂直ＰＭＩ選択部１０３は、当該プリコーディングウェイトを識別する垂直ＰＭＩを選択する。垂直ＰＭＩ（ＰＭＩ_ｖ）は、例えば、ＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）に含まれるＣＱＩ_Ｈ ^（１）…ＣＱＩ_Ｈ ^（ｘ）と所定の関数（例えば、ａｒｇｍａｘ）とを用いて行われる。なお、垂直ＰＭＩ選択部１０３は、下り通信に用いられる一つ又は複数の垂直ビームを形成するためのＰＭＩ（プリコーディングウェイト）を選択する選択部を構成する。

３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部１０４は、垂直ＰＭＩ選択部１０３で選択された垂直ＰＭＩを用いて垂直プリコーダによるプリコーディングを行い、垂直ビームを形成する。また、３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部１０４は、水平プリコーダによるプリコーディングを行い、水平ビームを形成する。形成された垂直ビームと水平ビームとにより３次元チャネルが構成される。なお、３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部１０４は、垂直ＰＭＩ選択部１０３によって選択された垂直ＰＭＩに対応する水平ビームを形成するＰＭＩ（プリコーディングウェイト）とともに３次元プリコーディングウェイトを形成する形成部を構成する。

スケジューリング部１０５は、３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部１０４からの入力情報に基づいて、スケジューリングを行う。

図１８は、本実施の形態に係るユーザ端末の機能構成図である。図１８に示すように、ＣＳＩフィードバックに係る機能構成として、ユーザ端末２０は、ＣＳＩ−ＲＳ受信部２０１ａ及びチャネル推定部２０２ａ（態様１．１、態様１．２、態様１．３）、ＣＲＳ受信部２０１ｂ及びチャネル推定部２０２ｂ（態様２．１、態様２．２）、ＣＳＩ生成部２０３、ＣＳＩフィードバック部２０４（態様１．１、態様２．１）、ＣＳＩ選択／ＣＳＩフィードバック部２０４（態様１．２、態様１．３、態様２．２）を具備する。

ＣＳＩ−ＲＳ受信部２０１ａは、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ）チャネル状態測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）を受信する。具体的には、ＣＳＩ−ＲＳ受信部２０１ａは、Ｋ（Ｋ≧１）個の垂直ビームに対応してＫ個のＣＳＩプロセスに関するＣＳＩプロセス情報に基づいて、Ｋ個のプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳの受信処理（復調、復号など）を行う。

チャネル推定部２０２ａは、ＣＳＩ−ＲＳ受信部２０１ａで受信されたＣＳＩ−ＲＳに基づいてチャネル推定を行う。具体的には、チャネル推定部２０２ａは、ＣＳＩ−ＲＳ受信部２０１ａから入力された、Ｋ個のプリコーディングされたＣＳＩ−ＲＳに基づいて、Ｋ個の垂直ビーム（ＣＳＩプロセス）によってそれぞれ形成されるＫ個の水平ドメインにおけるチャネル（水平チャネル）を推定する。

ＣＲＳ受信部２０１ｂは、垂直ビーム毎に異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた（Ｐｒｅｃｏｄｅｄ）セル固有参照信号（ＣＲＳ）を受信する。具体的には、ＣＲＳ受信部２０１ｂは、Ｋ個のサブフレームでそれぞれ送信されたＫ個のプリコーディングされたＣＲＳの受信処理（復調、復号など）を行う。

チャネル推定部２０２ｂは、ＣＲＳ受信部２０１ｂで受信されたＣＲＳに基づいてチャネル推定を行う。具体的には、チャネル推定部２０２ｂは、ＣＲＳ受信部２０１ｂから入力された、Ｋ個のプリコーディングされたＣＲＳに基づいて、Ｋ個の垂直ビームによってそれぞれ形成されるＫ個の水平チャネルを推定する。上述のように、水平チャネルとは、垂直ビームによって形成される水平ドメインにおける２次元チャネルである。

ＣＳＩ生成部２０３は、チャネル推定部２０２ａ、２０２ｂで推定された水平チャネルのチャネル状態情報（ＣＳＩ）を生成する。具体的には、ＣＳＩ生成部２０３は、Ｋ個の垂直ビームによってそれぞれ形成されるＫ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）を生成する。なお、ＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）には、ＰＭＩ_Ｈ ^（１）…ＰＭＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＲＩ_Ｈ ^（１）…ＲＩ_Ｈ ^（Ｋ）、ＣＱＩ_Ｈ ^（１）…ＣＱＩ_Ｈ ^（Ｋ）が含まれる。

ＣＳＩフィードバック部２０４は、ＣＳＩ生成部２０３で生成されたＣＳＩ全ての送信処理（例えば、符号化、変調など）を行う（態様１．１、態様２．１）。具体的には、ＣＳＩフィードバック部２０４は、ＣＳＩ生成部２０３から入力されたＫ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）の送信処理を行って出力する。出力されたＫ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）は、図１６の送受信部２３、アンプ部２２、送受信アンテナ２１で構成される送信部により、無線基地局１０に送信される。

ＣＳＩ選択／フィードバック部２０５は、ＣＳＩ生成部２０３で生成されたＣＳＩから所定の条件を満たすＣＳＩを選択し、選択されたＣＳＩの送信処理（例えば、符号化、変調など）を行う。具体的には、ＣＳＩ選択／フィードバック部２０５は、ＣＳＩ生成部２０３から入力されたＫ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）の中から、チャネル状態の良いＭ個のＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）（ｘ＝Ｍ）を選択してもよい（態様１．２）。また、ＣＳＩ選択／フィードバック部２０５は、ＣＳＩ生成部２０３から入力されたＫ個の水平チャネルのＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（Ｋ）の中から、チャネル状態が所定の閾値よりも良いＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）（ｘ≦Ｋ）を選択してもよい（態様１．３、態様２．２）。選択されたＣＳＩ_Ｈ ^（１）…ＣＳＩ_Ｈ ^（ｘ）は、図１６の送受信部２３、アンプ部２２、送受信アンテナ２１で構成される送信部により、無線基地局１０に送信される。

本発明は上記実施の形態に限定されず、様々変更して実施することが可能である。例えば、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、上記説明におけるキャリア数、キャリアの帯域幅、シグナリング方法、処理部の数、処理手順については適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することが可能である。

１…無線通信システム
１０…無線基地局
２０…ユーザ端末
３０…上位局装置
４０…コアネットワーク
１１…送受信アンテナ
１２…アンプ部
１３…送受信部
１４…ベースバンド信号処理部
１５…呼処理部
１６…伝送路インターフェース
２１…送受信アンテナ
２２…アンプ部
２３…送受信部
２４…ベースバンド信号処理部
２５…アプリケーション部
１０１ａ…ＣＳＩ−ＲＳ生成部
１０１ｂ…ＣＲＳ生成部
１０２…ＣＳＩ受信部
１０３…垂直ＰＭＩ選択部
１０４…３次元プリコーダ／３次元チャネル構成部
１０５…スケジューリング部
２０１ａ…ＣＳＩ−ＲＳ受信部
２０１ｂ…ＣＲＳ受信部
２０２ａ、２０２ｂ…チャネル推定部
２０３…ＣＳＩ生成部
２０４…ＣＳＩフィードバック部
２０５…ＣＳＩ選択／フィードバック部

Claims (12)

1. 水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを用いて、無線基地局がユーザ端末との下り通信を行う無線通信方法であって、
   前記無線基地局が、複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた複数の測定用参照信号を送信する工程と、
   前記ユーザ端末が、前記複数の測定用参照信号に基づいて生成されたチャネル状態情報を前記無線基地局に送信する工程と、
   を有することを特徴とする無線通信方法。
2. 前記無線基地局が、前記チャネル状態情報に基づいて、前記下り通信に用いられる一つ又は複数の垂直ビームを形成するプリコーディングウェイトを選択し、選択された前記プリコーディングウェイトに対応する水平ビームを形成するプリコーディングウェイトとともに３次元プリコーディングウェイトを形成し、スケジューリングを行う工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記複数の測定用参照信号は、異なるプロセスで送信される複数のチャネル状態測定用参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信方法。
4. 前記複数の測定用参照信号は、異なるサブフレームで送信される複数のセル固有参照信号（ＣＲＳ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信方法。
5. 前記チャネル状態情報は、前記複数の垂直ビームのそれぞれによって形成される複数の水平ドメインにおけるチャネル状態情報であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の無線通信方法。
6. 前記チャネル状態情報は、前記複数の垂直ビームのそれぞれによって形成される複数の水平ドメインにおけるチャネル状態情報の中から選択された、所定数のチャネル状態情報であることを特徴とする請求項３に記載の無線通信方法。
7. 前記チャネル状態情報は、前記複数の垂直ビームのそれぞれによって形成される複数の水平ドメインにおけるチャネル状態情報の中から選択された、所定の閾値よりも良いチャネル状態情報であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の無線通信方法。
8. 水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを用いて、無線基地局との下り通信を行うユーザ端末であって、
   複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた複数の測定用参照信号を、前記無線基地局から受信する受信部と、
   前記複数の測定用参照信号に基づいてチャネル推定を行い、チャネル状態情報を前記無線基地局に送信する送信部と、
   を具備することを特徴とするユーザ端末。
9. 水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを用いて、ユーザ端末との下り通信を行う無線基地局であって、
   複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた複数の測定用参照信号を送信する送信部と、
   前記複数の測定用参照信号に基づいて測定されたチャネル状態情報を前記ユーザ端末から受信する受信部と、
   を具備することを特徴とする無線基地局。
10. 前記チャネル状態情報に基づいて、前記下り通信に用いられる一つ又は複数の垂直ビームを形成するためのプリコーディングウェイトを選択する選択部と、
    選択された前記プリコーディングウェイトに対応する水平ビームを形成するプリコーディングウェイトとともに３次元プリコーディングウェイトを形成する形成部と、
    スケジューリングを行うスケジューリング部と、を具備することを特徴とする請求項９に記載の無線基地局。
11. 水平面に指向性を有する水平ビーム及び垂直面に指向性を有する垂直ビームで構成される３次元ビームを用いて、無線基地局がユーザ端末との下り通信を行う無線通信システムであって、
    前記無線基地局が、複数の垂直ビーム間で異なるプリコーディングウェイトを用いてプリコーディングされた複数の測定用参照信号を送信し、
    前記ユーザ端末が、前記複数の測定用参照信号に基づいてチャネル推定を行い、チャネル状態情報を前記無線基地局に送信することを特徴とする無線通信システム。
12. 前記無線基地局が、前記チャネル状態情報に基づいて、前記下り通信に用いられる一つ又は複数の垂直ビームを形成するためのプリコーディングウェイトを選択し、選択された前記プリコーディングウェイトに対応する水平ビームを形成するプリコーディングウェイトとともに３次元プリコーディングウェイトを形成し、スケジューリングを行うことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
    

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