JP2015185952A - 移動通信システム、基地局、およびユーザ装置 - Google Patents

移動通信システム、基地局、およびユーザ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 ユーザ装置の移動に送信ビームを効率よく追従させる。【解決手段】 複数のアンテナポートを有する基地局と、前記基地局と無線通信を行うユーザ装置とを含む移動通信システムにおいて、前記基地局は、前記ユーザ装置に対してデータを送信する第１ビームと、前記第１ビームの周辺方向にプリコードされた参照信号を送信する一つまたは複数の第２ビームとを含むビームストリームを送信し、前記ユーザ装置は、前記ビームストリームを受信して、前記第１ビームおよび前記第２ビームの中から１以上の適切なビーム番号を選択して前記基地局に通知する。【選択図】図３

Description

本発明は、移動通信技術の分野に関し、特に、３Ｄ-ＭＩＭＯ（Three-Dimensional Multiple Input Multiple Output）方式の移動通信システムにおけるビーム追従技術に関する。
国際標準化団体である３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）の技術仕様リリース８〜１１では、ＬＴＥ（Long Term Evolution）無線アクセス方式の下りリンクにおいて、基地局が横方向に複数配置したアンテナポート（ＡＰ）を用いて、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。
リリース１２では、基地局に複数のアンテナポートを搭載し、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。
３ＧＰＰ標準化上は、送信アンテナポート数が８以下の場合の３Ｄ−ＭＩＭＯを「垂直ビームフォーミング（Elevation Beamforming）」と称し、送信アンテナポート数が８より大きい場合（１６，３２，６４など）をＦＤ−ＭＩＭＯ（Full-dimensional MIMOと称している。標準化以外では、ＦＤ−ＭＩＭＯは大規模（Massive）ＭＩＭＯとも呼ばれ、アンテナ配置は必ずしも２次元配置や３次元配置でなくてもよい。
ＦＤ−ＭＩＭＯは、非常に多くの基地局アンテナ素子を用いて鋭いビーム（あるいは指向性）を形成することによって周波数利用効率を大きく改善する技術である。垂直ビームフォーミングと同様に、複数のアンテナポートを用いることで、水平及び垂直方向にビーム形成が可能である。
ＦＤ−ＭＩＭＯあるいは大規模ＭＩＭＯでは、プリコーディングを行うことでビーム利得を大きくできるが、その一方でビーム幅が狭くなる。ビーム幅が狭くなるとビーム追従誤差の影響が大きくなり、カバレッジに穴が生じやすくなる。将来の第５世代（５Ｇ）以降の移動通信技術を考慮すると、アンテナ数が数百〜数万以上になることも想定され、いかにビームをユーザに追従させるかが重要な課題となる。
そこで、効率的なビーム追従を実現することのできるビームトラッキング技術の提供を課題とする。
上記課題を実現するために、複数のアンテナポートを有する基地局と、前記基地局と無線通信を行うユーザ装置とを含む移動通信システムにおいて、
前記基地局は、前記ユーザ装置に対してデータを送信する第１ビームと、前記第１ビームの周辺方向にプリコードされた参照信号を送信する一つまたは複数の第２ビームとを含むビームストリームを送信し、
前記ユーザ装置は、前記ビームストリームを受信して、前記第１ビームおよび前記第２ビームの中から１以上の適切なビーム番号を選択して前記基地局に通知する、
ことを特徴とする。
３Ｄ−ＭＩＭＯ方式の移動通信において、効率的なビーム追従を実現できる。
実施形態のビームトラッキングが適用される移動通信システムの概略図である。 複数のアンテナポートの配置例を示す図である。 第１実施形態のビームトラッキングの手法を示す図である。 トラッキング用参照信号のＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel：物理下りリンク共有チャネル）への多重例を示す図である。 第２実施形態のビームトラッキングの手法を示す図である。ＲＳ信号の送信例を示す図である。 基地局で実施されるビームトラッキング方法のフローチャートである。 実施形態で用いられる基地局装置の概略構成図である。 ユーザ装置で行われるトラッキング用信号処理のフローチャートである。 実施形態で用いられるユーザ装置の概略構成図である。
実施形態では、基地局はユーザ装置に対して、現在形成しているビーム（適宜、「現在のビーム」と省略する）の他に、一つまたは複数のビーム候補を送信する。ユーザ装置は、現在のビームとビーム候補の中から１または複数の適切なビーム番号を選択して基地局にフィードバックする。この構成により、基地局は現在のビーム方向の情報を用いて効率的に、送信ビームをユーザ装置に追従させることができる。例えば、ビーム候補を現在のビームに近接する部分に限定する事でビーム候補送信およびフィードバックのオーバーヘッドを削減する事が可能となる。
図１は、実施形態のビームトラッキングの技術が適用される移動通信システムの概略図である。図１（Ａ）は垂直ビームフォーミングの例を示す。基地局１０Ａは複数のアンテナポートを構成するアンテナ２１を有し、自局のサービスエリア１１内に在圏するユーザ装置３０Ａ，３０Ｂに対して、指向性を有する複数のビームでデータ信号と参照信号を送信する。ユーザ装置３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ自局にとって良好なビーム番号（ＢＩ:
Beam Index）を選択して、基地局１０Ａにフィードバックする。垂直ビームフォーミングにより、垂直方向あるいはセルの半径方向（基地局１０Ａから見たときの遠近方向）への移動に対しても追従が容易になる。
図１（Ｂ）は、大規模ＭＩＭＯの例を示す。図１（Ｂ）の例では、基地局１０Ｂに接続されたリモート基地局１０Ｃは、２次元配置された（Ｎ×Ｍ）アンテナ素子を有するアンテナ装置２２を有し、指向性を有する複数のビームでデータ信号と参照信号を送信する。ユーザ装置３０は良好なビーム番号を選択し、選択したビーム番号をリモート基地局１０Ｃ経由で基地局１０Ｂにフィードバックする。リモート基地局１０Ｃは、ユーザ装置３０との無線（ＲＦ：Radio Frequency）送受信およびＲＦフロントエンド処理を行い、基地局１０Ｂはベースバンド処理を行う。基地局１０Ｂとリモート基地局１０Ｃを合せて「基地局１０」としてもよい。
図２は、アンテナ装置２２の配置例を示す。図２（Ａ）では、同一偏波のアンテナ素子２３を２次元配置し、各素子がそれぞれアンテナポートを構成して６４個のアンテナポートを提供する。
図２（Ｂ）では、直交偏波のアンテナ素子２４を２次元配置し、各アンテナ素子２４が直交する２つの偏波方向に対応して２つのアンテナポートを構成する。この例では、アンテナポート数は１２８となる。
図２（Ｃ）では、複数の素子群でひとつのアンテナポートを構成する。この例では、図２（Ｂ）と同様に、直交偏波のアンテナ素子２４を用いているので、枠で囲まれた素子群２５は、第１の偏波に対応するアンテナポートと、直交する第２の偏波に対応するアンテナポートの２つのアンテナポートを構成する。
各アンテナポートに供給されるデータにプリコーディングベクトルの重み付けを乗算してアンテナポートごとに位相回転量（及び／または振幅）を調整することで、複数のアンテナポートから送信されるビームに指向性を持たせることができる。プリコーディングによりビーム利得を大きくしてより遠くまで電波を飛ばすことができる一方で、ビーム幅が狭くなる。そこで、基地局１０は、ビーム幅が狭くなってもカバレッジに穴が生じないように、送信ビームをユーザ装置３０に追従させるビームトラッキングを実行する。
図３は、ビームトラッキングを行う際に、基地局１０から送信されるビームストリームの概略図である。図３（Ａ）と図３（Ｂ）はアンテナ装置からみたビームの方向を示し、紙面の横方向が水平または方位角方向、縦方向が垂直または仰俯角方向である。
図３（Ａ）を参照すると、基地局１０は、ユーザ装置３０に対してデータ送信のために現在形成しているビーム＃０の他に、ビーム＃１〜＃６でトラッキング用参照信号（ＴＲＳ：Tracking Reference Signal）を送信する。ビーム＃１〜＃６は、現在のビーム＃０がユーザ装置３０に追従できなくなった場合に用いられるビーム候補である。データ送信用のビーム＃０とビーム候補＃１〜＃６を合わせて、ビームトラッキング用のビームストリーム５１Ａが形成される。図３（Ａ）は、あるビームの６方向に隣接ビームが配置される細密充填配置を用いているが、図３（Ｂ）のような格子状配置であってもよい。
ユーザ装置３０は、ビームストリーム５１Ａを受信すると、各ビームの受信強度等を測定して、受信状態の良好なビーム番号を基地局１０にフィードバックする。フィードバックされるビーム番号は最適なビーム番号であってもよいし、上位Ｘ個のビーム番号であってもよい。または、ビーム＃０〜＃６のすべてについて測定結果をフィードバックしても良いし，受信品質が良好な順あるいは測定結果が悪い順にフィードバックしてもよい。
一例として、ユーザ装置３０が基地局１０のアンテナから見て右方向へ移動している場合を考える。ユーザ装置３０は現在のビーム＃０で下りリンクデータを受信しているが、移動につれてビーム＃２の測定レベルが最も高くなり得る。基地局１０は、ユーザ装置３０からビーム＃２のフィードバックを受信すると、現在のビームをビーム＃０からビーム＃２に変更し、ビーム＃２の周囲にビーム候補を配置してトラッキング用の参照信号（ＴＲＳ）を送信する。
データ送信用の現在のビーム＃０の他にビーム＃１〜＃６でＴＲＳを送信することで、７通り（３ビット）のビームを用いたビームトラッキングを実現することができる。ここで、必ずしもＴＲＳという新たな参照信号を規定する必要はなく、たとえばプリコードされた（すなわち指向性を有する）チャネル測定用の参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ：Channel State Information Reference Signal）を用いてもよい。あるいは、既存のＬＴＥシステムや、ＬＴＥを進化させたＬＴＥ-Advancedシステムで規定、検討されている参照信号や同期信号を利用してもよい。ビームトラッキングに使用し得る既存あるいは検討中の信号の例として、ＰＳＳ（Primary Synchronization Signal），ＳＳＳ（Secondary Synchronization Signal）、Enhanced SS等の同期信号や、Discovery signal, 復調用参照信号（ＤＭ−ＲＳ：Demodulation Reference Signal）などが挙げられるが、これらに限定されない。
現在のビーム＃０に関しては、ユーザ装置はＤＭ−ＲＳ等で受信品質を測定することができるので、必ずしもＴＲＳなどのビームトラッキング用の参照信号を別途に送信しなくてもよい。
この方法によると、現在形成されているビーム＃０の周囲で限られた数のＣＳＩ−ＲＳ（あるいはＴＲＳ）が送信されるので、ＲＳオーバーヘッドを抑制することができる。他方、ユーザ装置３０は複数の指向性で到来するＴＲＳの中から受信品質の良好なビームを選択して基地局にフィードバックするので、ユーザ装置３０の移動に追従した良好なビームで下りリンクデータを受信することができる。
ユーザ装置３０における信号の測定と選択は、受信電力レベル、ＳＩＮＲ（Signal to Interference-plus-Noise Ratio）、ＴＲＳで測定したＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）、ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）など、任意のパラメータに基づいてすることができる。特にＲＳＲＰを用いることで、信号の測定と選択を簡易にしてもよい。
図３（Ｂ）では、隣接ビームが格子状に配置される格子状配置を用いる。現在形成されているビーム＃０を中心として、水平方向と垂直方向に十字型にビーム候補＃１〜＃４が配置されたビームストリーム５１Ｂが送信される。この構成でも３ビットで各ビームを識別することができ、ＲＳオーバーヘッドを抑制することができる。
図３（Ａ）と図３（Ｂ）では、現在形成されているビーム＃０に隣接してビーム候補の指向性を形成しているが、ビーム候補の方向は、必ずしも現在のビーム＃０に物理的に隣接していなくてもよい。たとえば、ユーザ装置がアンテナ装置からみて右方向に比較的早い速度で移動している場合は、現在のビーム＃０の右側のビーム候補＃２を、ビーム＃０の方向からある程度離れた方向に送信してもよいし、現在のビーム＃０の右側にそれぞれ異なる方位角で２以上のビーム候補を配置してもよい。
同様に、ユーザ装置がアンテナ装置に近づく方向（俯角方向）または下がる方向に移動している場合は、現在のビーム＃０の下方のビーム＃３を、ビーム＃０の方向からある程度下方に離れた方向に送信してもよいし、現在のビーム＃０の下方に向けて異なる俯角で２以上のビーム候補を配置してもよい。
図４は、トラッキング用参照信号（ＴＲＳ）の多重例を示す。従来のユーザ装置（レガシーＵＥ）はＴＲＳの存在を把握できないため、ＴＲＳを共有チャネルに多重した場合、レガシーＵＥの特性劣化が生じる。このため、ユーザ固有（User-specific）な領域に参照信号を多重することが有効であると考えられる。なお、ＴＲＳに限らず、従来のユーザ装置への特性劣化を抑圧する目的で参照信号をユーザ固有な領域に多重することは有効である。
あるいは、レガシーＵＥの特性劣化を許容しつつ、共有チャネルに多重することも考えられる。この場合、トラッキング用参照信号（ＴＲＳ）＃０〜＃６を、物理下りリンク共有チャネル（ＰＤＳＣＨ）Physical Downlink Shared Channel）のサブフレームの最終シンボルまたは後半のシンボルに多重することで、ＴＲＳによる測定タイミングとデータの送信タイミングの時間的な差を小さくできるため、トラッキング精度を向上することができる。
図４の例では、スケジューリングされたＰＤＳＣＨのサブフレームの最後から３つ目のシンボルでＴＲＳ＃０〜＃６が送信されている。この例に限定されず、後半の時間スロットの適切なシンボル位置に多重してもよい。
ＴＲＳを特にユーザ固有な領域に多重し、周波数的な多重密度を一定とする場合、ＰＤＳＣＨの送信帯域幅が狭い場合は周波数方向のＴＲＳリソース数が減少してトラッキング精度が低下する。逆に、ＰＤＳＣＨの送信帯域幅が広い場合はトラッキング精度が高くなる。そこで、ＰＤＳＣＨの送信帯域が狭い場合にＴＲＳ送信の密度を高くし、ＰＤＳＣＨの送信帯域が広い場合にＴＲＳ送信の密度を低くなるように調整する。これにより、ＰＤＳＣＨの割り当て頻度や送信帯域に依存しない適度な推定精度を維持することができる。
ＴＲＳの送信に関し、基地局１０にて、送信信号系列、時間多重位置（周期）、周波数多重位置（周期）、拡散符号化のための符号分割多重（ＣＤＭ）系列、送信するＴＲＳの数、フィードバックすべきビーム番号（ＢＩ：Beam Index）の数など、ビームトラッキングに必要な情報の一部または全部を設定（configure）してもよい。
異なるＴＲＳで同一の送信信号系列を用い、時間多重位置、周波数多重位置、あるいはＣＤＭ系列だけを変える構成とすることでシグナリングビット数を削減してもよい。
また、これらの設定情報は複数ビームのトラッキングを目的として、複数設定できてもよい。その場合、configuration番号として複数のビームを識別できてもよいし、端末に対してフィードバックを行うconfiguration番号を例えば動的に指定できてもよい。
これらの設定情報は、物理下りリンク制御チャネル（ＰＤＣＣＨ：Physical Downlink Control Channel）あるいはｅＰＤＣＣＨ（enhanced Physical Downlink Control Channel）でダイナミックに通知されてもよいし、上位レイヤで準静的（semi-static）に通知されてもよいし、上位レイヤと下位レイヤの組み合わせにより通知されてもよい。
図５は、複数のビームストリーム５２、５３が設定される例を示す。基地局１０は、ビームトラッキング用に複数のビームストリームを設定可能である。基地局１０は、ビームストリーム５２と、ビームストリーム５３のそれぞれについて同時にビームトラッキングを実行してもよい。トラッキング用のビームストリームの数は、送信ランク数に従っていてもよい。
十分なビーム追従精度を有している場合、フィードバック情報は現在のビーム番号（ＢＩ）で連続する可能性がある。そこで、複数のビームストリーム５２、５３に関して一括してフィードバック報告することによってフィードバックビット数を削減する構成をとることができる。
たとえば、フィードバック情報に１ビットのストリームインデックスを多重し、ビット値が「１」のときにビームストリーム５３の変更要求を、ビット値が「０」のときにビームストリーム５２の変更要求を表す構成としてもよい。また、３ビットを用いたビームトラッキングで"０００"は、複数ビーム（ＴＲＳ）のすべてについて変更不要であることを示す構成としてもよい。
次に、ユーザ装置３０によるビーム番号（ＢＩ）のフィードバックについて説明する。ユーザ装置３０は、現在の下りリンクデータ送信用のビームとビーム候補とを含むビームストリーム５１を測定し、選択したビーム番号を基地局に通知する。
図４のように、特に基地局１０からのトラッキング用参照信号（ＴＲＳ）がＰＤＳＣＨに多重されている場合は、ビーム番号をＰＤＳＣＨに対応するＡＣＫ／ＮＡＣＫに多重するのが効率的である。フィードバックは物理上り制御チャネル（ＰＵＣＣＨ：Physical Uplink Control Channel）で行ってもよいし、物理上り共有チャネル（ＰＵＳＣＨ：Physical Uplink Shared Channel）で行ってもよい。
基地局１０から複数のビームストリーム５２、５３が受信される場合、ユーザ装置３０のフィードバック周期は、ビームストリーム５２、５３ごとに独立に設定してもよい。たとえば、図５のビームストリーム５２が基地局からの直接波としてユーザ装置に届き、ビームストリーム５３が反射波としてユーザ装置に届く場合、ビームストリーム５２は、ＬＯＳ（Line of Sight）波として到来するため、変動がそれほど大きくないと思われる。この場合、ビームストリーム５２についてのフィードバック周期を、ビームストリーム５３についてのフィードバック周期より大きく設定してオーバーヘッドを抑制する。
また、基地局１０の主導でフィードバックトリガをユーザ装置３０に送信する構成としてもよい。ユーザ装置３０は、基地局１０によるフィードバックトリガに従うことで、上り送信機会が抑制され、フィードバックのオーバーヘッドを低減できる。
ユーザ装置３０の移動速度が非常に速い場合など、ビームトラッキングが大きくずれたときに、受信品質の劣化が激しく基地局１０にフィードバックすべきビーム番号を選択できない場合がある。この場合、ユーザ装置３０は、３ビットのフィードバック情報を特定の値、たとえば"１１１"に設定して、ビームトラッキングの再設定を要求する構成としてもよい。
図６は、基地局１０におけるビームトラッキングのフローチャートである。基地局１０は、ビームトラッキングの開始に先立って、ユーザ装置３０の方向、すなわちビームを形成すべき方向をラフに検出してから（Ｓ１１）、ビーム方向の絞り込みを行ってもよい（Ｓ１２）。ラフ検出は、ＰＳＳ (Primary Synchronization Signal)／ＳＳＳ (Secondary Synchronization Signal)、Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ Ｓｉｇｎａｌ、位置検出用の参照信号（ＰＲＳ：Positioning Reference Signal）やＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて行ってもよい。Ｓ１１及びＳ１２は本発明にとって必須ではないが、ある程度のビーム絞り込みを行うことで、ビームトラッキングを円滑に行うことができる。また、図６ではデータ送信はＳ１３の後段のみに記載されているが、Ｓ１１またはＳ１２のセルエリア／ビーム選択結果に基づいてＳ１１またはＳ１２の後段でデータ送信を行うことも可能である。ユーザ装置３０のおおよその位置は、一定間隔またはユーザ装置３０から情報に基づいて繰り返し検出される。同様にビームの絞り込みも、一定間隔またはユーザ装置３０からの情報に基づいて繰り返される。ユーザ位置の変化に応じて、ビーム絞り込み後に、Ｓ１１に戻って位置検出から繰り返してもよいし、Ｓ１２だけを繰り返してもよい。
基地局１０は、ビームトラッキング用のビームストリームを送信する（Ｓ１３）。このとき、図４または図５に示すように、１または複数のビームストリームが送信されてもよい。ビームストリームを構成する複数のＴＲＳ信号は、それぞれプリコーディングされて所望の指向性が与えられる。図４の例に基づくと、ビーム＃０でユーザ装置３０に対するデータ信号が送信されるとともに、ビーム＃１〜＃６でビームトラッキング用の参照信号（ＴＲＳなど）が送信される。基地局１０は、ユーザ装置３０からビームストリームの受信結果を取得して、最適なビームを選択する（Ｓ１４）。基地局１０はビームトラッキング用の参照信号の送信（Ｓ１３）と、ユーザ装置３０からの情報に基づく最適ビーム選択（Ｓ１４）を繰り返すことで、送信ビームをユーザ装置に追従させることができる。参照信号の送信（Ｓ１３）の後、あるいは最適ビーム選択（Ｓ１４）の後に、Ｓ１３に戻って処理を繰り返してももよいし、Ｓ１１またはＳ１２に戻って処理をやり直してもよい。たとえば送信ビームがユーザ装置３０に追従できていない場合にＳ１１あるいはＳ１２に戻ってユーザ装置３０の現在の方向を特定し直してもよい。
図７は、基地局１０の概略構成図である。基地局１０は、複数のアンテナ１１０−１〜１１０−Ｎを有し、アンテナ数に応じた無線（ＲＦ）送信回路１０７−１〜１０７−Ｎおよび無線（ＲＦ）受信回路１１１−１〜１１１−Ｎを有する。
送信データは、直並列変換部１０６で、たとえば、誤り訂正符号化の単位であり再送単位であるコードワードごとに並列データに変換され、チャネル符号化及び変調を受けて、コードワード対レイヤマッピング部１０２で対応するレイヤにマッピングされる。レイヤマッピングされた送信データは、リソース割り当て制御の下に、サブキャリアマッピング部１０５でサブキャリアにマッピングされる。このとき、ＴＲＳやＣＳＩ−ＲＳなどの参照信号も、サブキャリアにマッピングされる。ここで、参照信号はすでにプリコーディングされていてもよい。図４のように、トラッキング用の参照信号が共有チャネルに多重される場合は、送信フレームの後半部分のシンボル位置にマッピングされるのが望ましい。
サブキャリアにマッピングされた送信データと参照信号は、プリコーディング部１０３に入力される。プリコーディング部１０３は、各アンテナ１１０−１〜１１０−Ｎに供給される送信データ及び参照信号（ビームトラッキング用のＴＲＳを含む）にプリコーディングベクトルを乗算する。ここで、プリコーディングを乗算するのは入力信号の一部であってもよい。たとえば、参照信号はサブキャリアマッピングの前段でプリコードされてもよい。
プリコーディングにより重み付け（位相回転量および／あるいは振幅変動量の調整）がされた送信信号は、マルチプレクサ１０４からアンテナ１１０ごとの送信信号として出力される。各送信信号は図示しない離散フーリエ変換（ＤＦＴ）、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）、サイクリック・プレフィクスの付加を経て、ＲＦ送信回路１０７−１〜１０７−Ｎで無線周波数の信号に変換される。無線信号は、デュプレクサ１０８−１〜１０８−Ｎを介して対応するアンテナ１１１−１〜１１１−Ｎから送信される。
ユーザ装置３０からのフィードバック信号は、アンテナ１１０−１〜１１０−Ｎ、デュプレクサ１０８−１〜１０８−Ｎを介して、ＲＦ受信回路１１１−１〜１１１−Ｎに入力されてベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号から制御信号とデータチャネル信号が分離され、チャネル推定部１１８の推定値に基づいて、フィードバック情報処理制御部１１９でフィードバック情報が復調される。チャネル推定用の参照信号に基づくチャネル推定部１１８の動作や、データ信号の復調（データチャネル信号復調部１１７の動作）や復号、並直列変換部１２６の動作については、発明と直接関連しないので、説明を省略する。
フィードバック情報処理制御部１１９は、フィードバック情報にビームインデックスが含まれるか、あるいはビームトラッキング外れが生じていないかを判断する。フィードバック情報にユーザ装置３０からのビームインデックスが含まれている場合は、ビームインデックスをプリコーディングウェイト生成部１２２に通知する。フィードバック情報に複数のビームインデックスが含まれている場合は、最適なビームインデックスとビーム候補用のビームインデックスを選択してプリコーディングウェイト生成部１２２に通知する。プリコーディングウェイト生成部１２２は、ビームインデックスに応じたプリコーディングベクトルを生成する。
フィードバック情報がビームトラッキング外れを示す場合（たとえば"１１１"が示される場合など）は、ビームの絞り込み等を行って、プリコーディングウェイト生成部１２２にプリコーディングウェイトの再設定を指示してもよい。
復調されたフィードバック情報は送信ランク選択部１２１にも供給される。プリコーディングウェイト生成部１２２は、送信ランク選択部１２１で選択されたランク数に応じた数のビームストリームを形成するように、プリコーディングウェイトセットを生成してもよい。
図８は、ユーザ装置３０で行われる処理フローである。ユーザ装置３０は、ユーザ装置３０宛ての下りリンクデータとともに、ビーム候補を含むトラッキング用ビームストリームを受信する（Ｓ３１）。受信したデータ信号及びトラッキング用ビーム候補を測定し（Ｓ３２）、適切なビーム番号をフィードバック情報に含めて基地局に送信する（Ｓ３３）。また、受信したビームストリームに閾値を超える受信品質のビームが含まれていない場合は、特定の値（たとえば"１１１"等）のフィードバック情報を返してもよい。また、受信したビームストリームの品質が良好であり、ビーム変更が不要の場合は、別の特定の値（たとえば"０００"）を返してもよい。基地局１０から複数のビームストリームを受信したときは、変更を要するビームストリームを特定するストリーム番号をフィードバック情報に含めてもよい。
図９は、ユーザ装置３０の概略構成図である。ユーザ装置３０は、基地局１０から送信されたデータ信号及びビームトラッキング用の参照信号（ＴＲＳ）を、アンテナ３０７−１〜３０７−Ｍで受信し、デュプレクサ３０６−１〜３０６−Ｍを介してＲＦ受信回路３０８−１〜３０８−Ｍに入力してベースバンド信号に受信する。ベースバンド信号は図示しないサイクリック・プリフィクスの除去や高速フーリエ変換を経て、データ信号、参照信号、制御信号等に分離される。
チャネル推定部３１２で推定されたチャネル状態に基づいて復調された参照信号（ＣＳＩ−ＲＳやＴＲＳを含む）は、チャネル品質測定部３１５に入力され、チャネル品質が測定される。ランク・プリコーディングウェイト選択部３１４は、測定されたチャネル品質に基づいて、ランクインデックスとプリコーディングウェイトを選択する。
フィードバック信号生成部３１６は、受信したビームビームストリームから１つまたは複数の良好なビームインデックスを選択してフィードバック信号を生成する。良好なビーム番号がない場合は、たとえば"１１１"などの値を含むフィードバック信号を生成し、ビームに変更がない場合は、たとえば"０００"などの値を含むフィードバック信号を生成する。複数のＴＲＳビームストリームを受信したときは、複数のビームストリームに関する選択情報を一括して示すストリームインデックス用のビットをフィードバック情報に追加してもよい。
生成されたフィードバック情報は、マルチプレクサ３０２にて、プリコードされた上りリンク送信データや参照信号と合成され、アンテナ３０７ごとの送信データとして出力される。フィードバック情報を含む送信データは、ＲＦ送信回路３０５−１〜３０５−Ｍで無線周波数の信号に変換される。無線信号はデュプレクサ３０６−１〜３０６−Ｍを介して対応するアンテナ３０７−１〜３０７−Ｍから送信される。
上記の手法と構成により、プリコーディングによる指向性の強いビームを形成する場合に、効率よく送信ビームユーザ装置に追従させることができる。
なお、上述した技術は、マルチユーザ（ＭＵ）ＭＩＭＯにも適用可能である。この場合は、同時多重されているユーザ装置に適用してほしいビーム番号、すなわち、他ユーザからの干渉が小さくなるビーム番号を基地局１０にフィードバックしてもよい。
１０、１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ 基地局
３０、３０Ａ、３０Ｂ ユーザ装置
５１Ａ、５１Ｂ、５２、５３ ビームトラッキング用のビームストリーム
１０３ 基地局のプリコーディング部
１０５ サブキャリアマッピング部
１１０−１〜１１０−Ｎ 基地局のアンテナ
１１９ フィードバック情報処理制御部
１２２ プリコーディングウェイト生成部
３０１ ユーザ装置のプリコーディング部
３０７−１〜２０７−Ｍ ユーザ装置のアンテナ
３１６ フィードバック信号生成部

Claims (10)

  1. 複数のアンテナポートを有する基地局と、前記基地局と無線通信を行うユーザ装置とを含む移動通信システムにおいて、
    前記基地局は、前記ユーザ装置に対してデータを送信する第１ビームと、前記第１ビームの周辺方向にプリコードされた参照信号を送信する一つまたは複数の第２ビームとを含むビームストリームを送信し、
    前記ユーザ装置は、前記ビームストリームを受信して、前記第１ビームおよび前記第２ビームの中から１以上の適切なビーム番号を選択して前記基地局に通知する、
    ことを特徴とする移動通信システム。
  2. 前記基地局は、前記参照信号を、下りリンク共有チャネルのユーザ固有の領域に多重することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
  3. 前記基地局は、前記参照信号の送信信号系列、時間多重位置（周期）、周波数多重位置（周期）、拡散符号化のための符号分割多重（ＣＤＭ）系列、送信する参照信号の数、フィードバックすべきビーム番号の数の一部または全部を設定して、前記ユーザ装置に通知することを特徴とする請求項２に記載の移動通信システム。
  4. 前記移動局は、前記ビームストリームを前記下りリンク共有チャネルで受信したときに選択した前記ビーム番号を、肯定応答または否定応答に多重して送信することを特徴とする請求項２に記載の移動通信システム。
  5. 前記基地局は、前記ユーザ装置に対して複数の前記ビームストリームを設定して、前記ビームストリームのそれぞれについてビームトラッキングを実施し、
    前記ユーザ装置は、前記複数のビームストリームの追従状態を一括して表す情報をフィードバック情報に含めて送信することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
  6. データ信号と、前記データとともに送信される一つまたは複数の参照信号をそれぞれ対応するプリコーディングベクトルで乗算するプリコーディング部と、
    複数のアンテナポートを有し、前記データ信号を送信する第１ビームと、前記参照信号を前記第１ビームの周辺方向に向けて送信する第２ビームとを空間多重して送信するアンテナ部と、
    ユーザ装置から前記第１ビームおよび前記第２ビームの受信結果を取得し、前記受信結果に基づいて前記プリコーディング部を制御して前記第１ビームを前記ユーザ装置に追従させる制御部と、
    を有することを特徴とする基地局。
  7. 前記参照信号を下りリンク共有チャネルのユーザ固有の領域に多重する多重部、
    をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の基地局。
  8. 前記制御部は、前記参照信号の送信信号系列、時間多重位置（周期）、周波数多重位置（周期）、拡散符号化のための符号分割多重（ＣＤＭ）系列、送信する参照信号の数、フィードバックすべきビーム番号の数の一部または全部を設定して前記ユーザ装置に通知することを特徴とする請求項７に記載の基地局。
  9. 基地局からのデータ信号を第１ビームで受信するとともに、前記第１ビームの周辺に向けられる複数の第２ビームでプリコードされた一つまたは複数の参照信号を受信する受信部と、
    前記データ信号および前記複数の参照信号を測定する測定部と、
    前記測定部の測定結果に基づいて前記第１ビームと前記第２ビームの中から１以上のビームを選択して選択結果を前記基地局に通知する制御部と、
    を有することを特徴とするユーザ装置。
  10. 前記受信部は、前記参照信号を下りリンク共有チャネルのユーザ固有の領域で受信することを特徴とする請求項９に記載のユーザ装置。
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