JP2016532364A

JP2016532364A - 無線通信システムにおける部分アンテナアレイベースのビームフォーミングのためのチャネル状態情報報告方法及びそのための装置

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Publication number: JP2016532364A
Application number: JP2016531509A
Authority: JP
Inventors: チウォンカン; キルポムリ; ヒョンソコ; チェフンチョン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: WO2015016489A1; US9843423B2; CN105432025A; EP3028388B1; US20160173250A1; CN105432025B; JP6216059B2; EP3028388A1; KR102179823B1; KR20160037133A; EP3028388A4

Abstract

【課題】無線通信システムにおいて基地局の大規模アンテナアレイベースのビームフォーミングを用いて端末が基地局から信号を受信する方法を提供する。【解決手段】大規模アンテナアレイの中から有効アンテナアレイを設定するステップと、基地局から有効アンテナアレイに対応するパイロット信号を受信するステップと、パイロット信号を用いて、基地局にビームフォーミングのためのチャネル状態情報を報告するステップと、基地局から有効アンテナアレイを介して端末固有にビームフォーミングされた信号を受信するステップとを有し、有効アンテナアレイは、一つ又は複数の水平方向のアンテナポート及び一つ又は複数の垂直方向のアンテナポートとして定義されることを特徴とする、方法を提供する。【選択図】図１９

Description

本発明は、無線通信システムに係り、特に、無線通信システムにおける部分アンテナアレイベースのビームフォーミングのためのチャネル状態情報報告方法及び無線通信システムにおける部分アンテナアレイベースのビームフォーミングのためのチャネル状態情報報告装置に関する。

本発明を適用できる無線通信システムの一例として、３ＧＰＰＬＴＥ（3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution；以下、「ＬＴＥ」という。）通信システムについて概略的に説明する。

図１は、無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。Ｅ−ＵＭＴＳ（Evolved Universal Mobile Telecommunications System）は、既存のＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）から進展したシステムであり、現在３ＧＰＰで基礎的な標準化作業が進行中である。一般に、Ｅ−ＵＭＴＳをＬＴＥ（Long Term Evolution）システムと呼ぶこともできる。ＵＭＴＳ及びＥ−ＵＭＴＳの技術規格（technical specification）の詳細な内容は、それぞれ、「3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network」のRelease 7及びRelease 8を参照すればよい。

図１を参照すると、Ｅ−ＵＭＴＳは、端末（User Equipment；ＵＥ）、基地局（eNodeB；ｅＮＢ）、及びネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）の終端に位置して外部ネットワークに接続されるアクセスゲートウェイ（Access Gateway；ＡＧ）を含んでいる。基地局は、ブロードキャストサービス、マルチキャストサービス及び／又はユニキャストサービスのために複数の（多重）（multiple）データストリームを同時に送信することができる。

一つの基地局には一つ又は複数のセルが存在する。セルは、１．２５、２．５、５、１０、１５、２０ＭＨｚなどの帯域幅のいずれか一つに設定され、複数の端末に下り又は上り送信サービスを提供する。異なったセルは、互いに異なった帯域幅を提供するように設定されればよい。基地局は、複数の端末に関するデータ送受信を制御する。下りリンク（DownLink；ＤＬ）データについて、基地局は、下りリンクスケジューリング情報を送信し、該当の端末にデータが送信される時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat and reQuest）関連情報などを知らせる。また、上りリンク（UpLink；ＵＬ）データについて、基地局は、上りリンクスケジューリング情報を該当の端末に送信し、該当の端末が使用可能な時間／周波数領域、符号化、データサイズ、ＨＡＲＱ関連情報などを知らせる。基地局間には、ユーザトラフィック又は制御トラフィックの送信のためのインターフェースを用いることができる。コアネットワーク（Core Network；ＣＮ）は、ＡＧ、及び端末のユーザ登録などのためのネットワークノードなどで構成可能である。ＡＧは、複数のセルで構成されるＴＡ（Tracking Area）単位で端末の移動性（モビリティ）（mobility）を管理する。

無線通信技術は、ＷＣＤＭＡ（登録商標）に基づいてＬＴＥまで開発されてきたが、ユーザ及び事業者の要求及び期待は増す一方である。その上、他の無線接続技術の開発が続いており、将来、競争力を持つためには新しい技術的進歩が要求される。ビット当たりのコストの削減、サービス可用性の増大、柔軟な周波数バンドの使用、単純構造及び開放型インターフェース、端末の適正な電力消耗などが要求される。

上述したような議論に基づき、以下、無線通信システムにおける部分アンテナアレイベースのビームフォーミングのためのチャネル状態情報報告方法及び無線通信システムにおける部分アンテナアレイベースのビームフォーミングのためのチャネル状態情報報告装置を提案する。

本発明の一様相である、無線通信システムにおいて基地局の大規模アンテナアレイベースのビームフォーミングを用いて端末が基地局から信号を受信する方法は、大規模アンテナアレイの中から有効アンテナアレイを設定するステップと、基地局から有効アンテナアレイに対応するパイロット信号を受信するステップと、パイロット信号を用いて、基地局にビームフォーミングのためのチャネル状態情報を報告するステップと、基地局から有効アンテナアレイを介して端末固有（特定）に（user equipment-specifically）ビームフォーミングされた信号を受信するステップとを有し、有効アンテナアレイは、一つ又は複数の水平方向のアンテナポート及び一つ又は複数の垂直方向のアンテナポートとして定義されることを特徴とする。

ここで、一つ又は複数の水平方向のアンテナポート及び一つ又は複数の垂直方向のアンテナポートのそれぞれは、パイロット信号を定義するリソースで設定されることを特徴とする。

好適には、有効アンテナアレイを設定するステップは、基地局に有効アンテナアレイに関する情報を送信するステップを含むことができ、有効アンテナアレイに関する情報は、有効アンテナアレイの水平方向のアンテナポートの個数及び垂直方向のアンテナポートに関する情報を含むことを特徴とする。ここで、有効アンテナアレイに関する情報は、水平方向のアンテナポート及び垂直方向のアンテナポートの少なくとも一つにおいて、アンテナポートの開始インデックス及び有効アンテナアレイのサイズに関する情報をさらに含むことを特徴とする。

より好適には、チャネル状態情報を報告するステップが、有効アンテナアレイに含まれた水平方向のアンテナポートの個数及び垂直方向のアンテナポートの個数のそれぞれに対応する既に設定されたコードブックから、水平方向プリコーディング行列インデックス及び垂直方向プリコーディング行列インデックスを選択して基地局に報告するステップを含むことを特徴とする。

一方、本発明の他の様相である、無線通信システムにおいて大規模アンテナアレイベースのビームフォーミングを用いて基地局が端末に信号を送信する方法は、大規模アンテナアレイの中から有効アンテナアレイを設定するステップと、端末に有効アンテナアレイに対応するパイロット信号を送信するステップと、パイロット信号に基づくチャネル状態情報を端末から受信するステップと、端末に有効アンテナアレイを介して端末固有にビームフォーミングされた信号を送信するステップとを有し、有効アンテナアレイは、一つ又は複数の水平方向のアンテナポート及び一つ又は複数の垂直方向のアンテナポートとして定義されることを特徴とする。

本発明の実施例によれば、無線通信システムにおいて、端末は、部分アンテナアレイを用いたビームフォーミングのために、チャネル状態情報を効率的に報告することができ、基地局は、これに基づいて部分アンテナアレイを用いたビームフォーミングをより効率的に行うことができる。

本発明で得られる効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及していない別の効果は、以下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には明確に理解されるであろう。

無線通信システムの一例としてＥ−ＵＭＴＳネットワーク構造を概略的に示す図である。３ＧＰＰ無線接続ネットワーク規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮとの間の無線インターフェースプロトコル（Radio Interface Protocol）のコントロールプレーン（Control Plane）及びユーザプレーン（User Plane）の構造を示す図である。３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般的な信号送信方法を説明するための図である。ＬＴＥシステムで用いられる無線フレームの構造を例示する図である。ＬＴＥシステムで用いられる下りリンク無線フレームの構造を例示する図である。ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である。一般的なマルチアンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムを示す構成図である。４個のアンテナを用いた下りリンク送信をサポートするＬＴＥシステムにおける下りリンク参照信号の構造を示す図である。４個のアンテナを用いた下りリンク送信をサポートするＬＴＥシステムにおける下りリンク参照信号の構造を示す図である。現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＤＭ−ＲＳ割り当ての例を示す図である。現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＣＳＩ−ＲＳ設定のうち、通常ＣＰの場合におけるＣＳＩ−ＲＳ設定＃０を例示する図である。アンテナ傾斜（ティルティング）（antenna tilting）方式を説明するための図である。既存のアンテナシステムとアクティブアンテナシステムとを比較する図である。アクティブアンテナシステムに基づいて、端末固有（UE-specific）ビームを形成した例を示す図である。アクティブアンテナシステムベースの３次元ビーム送信シナリオを示す図である。全アンテナポート（all antenna ports）の中から有効アンテナポート集合を選択した例を示す図である。全アンテナポートの中から有効アンテナポート集合を選択した他の例を示す図である。複数のパイロットパターンを用いてパイロットを送信する例を示す図である。複数のパイロットパターンを用いてパイロットを送信する例を示す図である。本発明の実施例によって、部分アンテナアレイを用いたビームフォーミングを行う例を示す図である。本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

以下で添付の図面を参照して説明された本発明の実施例から、本発明の構成、作用及び他の特徴が容易に理解されるであろう。以下で説明される実施例は、本発明の技術的特徴が３ＧＰＰシステムに適用された例である。

本明細書では、ＬＴＥシステム及びＬＴＥ−Ａシステムを用いて本発明の実施例を説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、上述した定義に対応する（corresponding to）いかなる通信システムにも適用可能である。また、本明細書は、ＦＤＤ方式を基準にして本発明の実施例について説明するが、これは例示に過ぎず、本発明の実施例は、Ｈ−ＦＤＤ方式又はＴＤＤ方式にも容易に変形されて適用されてもよい。

また、本明細書では、基地局をＲＲＨ（Remote Radio Head）、ｅＮＢ、ＴＰ（Transmission Point）、ＲＰ（Reception Point）、中継器（relay）などを含む包括的な名称として使うことができる。

図２は、３ＧＰＰ無線接続網規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮとの間の無線インターフェースプロトコル（Radio Interface Protocol）のコントロールプレーン及びユーザプレーンの構造を示す図である。コントロールプレーンとは、端末（ＵＥ）とネットワークとが呼を管理するために用いる制御メッセージが送信される通信路（パス）（path）のことを意味する。ユーザプレーンとは、アプリケーション層で生成されたデータ、例えば、音声データ又はインターネットパケットデータなどが送信される通信路のことを意味する。

第１層である物理層は、物理チャネル（Physical Channel）を用いて上位層に情報送信サービス（Information Transfer Service）を提供する。物理層は、上位の媒体接続制御（Medium Access Control）層とトランスポート（送信）チャネル（Transport Channel）を介して接続されている。該トランスポートチャネルを通じて媒体接続制御層と物理層との間でデータが移動する。送信側の物理層と受信側の物理層との間では物理チャネルを通じてデータが移動する。該物理チャネルは、時間及び周波数を無線リソースとして活用する。具体的には、物理チャネルは、下りリンクにおいてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式で変調され、上りリンクにおいてＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier Frequency Division Multiple Access）方式で変調される。

第２層の媒体接続制御（Medium Access Control；ＭＡＣ）層は、論理チャネル（Logical Channel）を通じて、上位層である無線リンク制御（Radio Link Control；ＲＬＣ）層にサービスを提供する。第２層のＲＬＣ層は、信頼できるデータ送信をサポートする（support）。ＲＬＣ層の機能は、ＭＡＣ内部の機能ブロックとして実現されてもよい。第２層のＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）層は、帯域幅の狭い無線インターフェースでＩＰｖ４やＩＰｖ６などのＩＰパケットを効率的に送信するために、余分な制御情報を減らすヘッダ圧縮（Header Compression）機能を果たす。

第３層の最下部に位置する無線リソース制御（Radio Resource Control；ＲＲＣ）層は、コントロールプレーンにのみ定義される。ＲＲＣ層は、無線ベアラ（Radio Bearer）の設定（Configuration）、再設定（Re−configuration）及び解放（解除）（Release）に関連し、論理チャネル、トランスポートチャネル及び物理チャネルの制御を担当する。無線ベアラ（ＲＢ）とは、端末とネットワークとの間のデータ伝達のために、第２層により提供されるサービスのことを意味する。そのために、端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層とは、ＲＲＣメッセージを互いに交換する。端末のＲＲＣ層とネットワークのＲＲＣ層との間にＲＲＣ接続（RRC Connected）がある場合に、端末はＲＲＣ接続状態（Connected Mode）にあり、そうでない場合は、ＲＲＣアイドル（休止）状態（Idle Mode）にある。ＲＲＣ層の上位にあるＮＡＳ（Non-Access Stratum）層は、セッション管理（Session Management）及び移動性管理（Mobility Management）などの機能を果たす。

ネットワークから端末にデータを送信する下りトランスポートチャネルとしては、システム情報を送信するＢＣＨ（Broadcast CHannel）、ページングメッセージを送信するＰＣＨ（Paging CHannel）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する下りＳＣＨ（Shared CHannel）などがある。下りマルチキャスト又は放送サービスのトラフィック又は制御メッセージは、下りＳＣＨを通じて送信されてもよく、別の下りＭＣＨ（Multicast CHannel）を通じて送信されてもよい。一方、端末からネットワークにデータを送信する上りトランスポートチャネルとしては、初期制御メッセージを送信するＲＡＣＨ（Random Access CHannel）、ユーザトラフィックや制御メッセージを送信する上りＳＣＨ（Shared CHannel）がある。トランスポートチャネルの上位に存在し、トランスポートチャネルにマッピングされる論理チャネル（Logical Channel）としては、ＢＣＣＨ（Broadcast Control CHannel）、ＰＣＣＨ（Paging Control CHannel）、ＣＣＣＨ（Common Control CHannel）、ＭＣＣＨ（Multicast Control CHannel）、ＭＴＣＨ（Multicast Traffic CHannel）などがある。

図３は、３ＧＰＰシステムに用いられる物理チャネル及びこれらのチャネルを用いた一般的な信号送信方法を説明するための図である。

端末は、電源が入ったり、新しくセルに進入したりした場合に、基地局と同期を取る等の初期セル探索（Initial cell search）作業を行う（Ｓ３０１）。そのために、端末は、基地局からプライマリ同期チャネル（Primary Synchronization CHannel；Ｐ−ＳＣＨ）及びセカンダリ同期チャネル（Secondary Synchronization CHannel；Ｓ−ＳＣＨ）を受信して基地局と同期を取り、セルＩＤなどの情報を取得すればよい。その後、端末は、基地局から物理放送チャネル（Physical Broadcast Channel）を受信し、セル内放送情報を取得できる。一方、端末は、初期セル探索段階で、下りリンク参照信号（DownLink Reference Signal；ＤＬＲＳ）を受信し、下りリンクチャネル状態を確認できる。

初期セル探索を終えた端末は、物理下りリンク制御チャネル（Physical Downlink Control CHannel；ＰＤＣＣＨ）と、該ＰＤＣＣＨに載せられた情報に基づく物理下りリンク共有チャネル（Physical Downlink Control CHannel；ＰＤＳＣＨ）と、を受信することによって、より具体的なシステム情報を取得できる（Ｓ３０２）。

一方、基地局に最初に接続する場合や信号送信のための無線リソースがない場合には、端末は、基地局にランダムアクセス手順（Random Access Procedure；ＲＡＣＨ）を行ってよい（Ｓ３０３乃至Ｓ３０６）。そのために、端末は、物理ランダムアクセスチャネル（Physical Random Access CHannel；ＰＲＡＣＨ）を通じて特定シーケンスをプリアンブルとして送信し（Ｓ３０３及びＳ３０５）、ＰＤＣＣＨ及び対応するＰＤＳＣＨを通じて、プリアンブルに対する応答メッセージを受信すればよい（Ｓ３０４及びＳ３０６）。競合ベースのＲＡＣＨについては、衝突解決手順（Contention Resolution Procedure）をさらに行ってもよい。

上述の手順を行った端末は、その後、一般的な上りリンク／下りリンク信号送信手順として、ＰＤＣＣＨ／ＰＤＳＣＨ受信（Ｓ３０７）、及び物理上りリンク共有チャネル（Physical Uplink Shared CHannel；ＰＵＳＣＨ）／物理上りリンク制御チャネル（Physical Uplink Control CHannel；ＰＵＣＣＨ）送信（Ｓ３０８）を行えばよい。特に、端末は、ＰＤＣＣＨを通じて下りリンク制御情報（Downlink Control Information；ＤＣＩ）を受信する。ここで、ＤＣＩは、端末に対するリソース割り当て情報などの制御情報を含んでおり、その使用目的によってフォーマットが異なっている。

一方、端末が上りリンクを通じて基地局に送信する又は端末が基地局から受信する制御情報としては、下りリンク／上りリンクＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＰＭＩ（Precoding Matrix Index）、ＲＩ（Rank Indicator）などを含む。３ＧＰＰＬＴＥシステムでは、端末は、これらのＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩなどの制御情報をＰＵＳＣＨ及び／又はＰＵＣＣＨを通じて送信してもよい。

図４は、ＬＴＥシステムで用いられる無線フレームの構造を例示する図である。

図４を参照すると、無線フレーム（radio frame）は、１０ｍｓ（３２７２００×Ｔ_s）の長さを有し、１０個の均等なサイズのサブフレーム（subframe）で構成されている。それぞれのサブフレームは、１ｍｓの長さを有し、２個のスロット（slot）で構成されている。それぞれのスロットは、０．５ｍｓ（１５３６０×Ｔ_s）の長さを有する。ここで、Ｔ_sは、サンプリング時間を表し、Ｔ_s＝１／（１５ｋＨｚ×２０４８）＝３．２５５２×１０^-8（約３３ｎｓ）で表現される。スロットは、時間領域において複数のＯＦＤＭシンボルを含み、周波数領域において複数のリソースブロック（Resource Block；ＲＢ）を含む。ＬＴＥシステムにおいて、一つのリソースブロックは、１２個の副搬送波×７（６）個のＯＦＤＭシンボルを含む。データが送信される単位時間であるＴＴＩ（Transmission Time Interval）は、一つ又は複数のサブフレーム単位で定めることができる。上述した無線フレームの構造は例示に過ぎず、無線フレームに含まれるサブフレームの数、サブフレームに含まれるスロットの数、又はスロットに含まれるＯＦＤＭシンボルの数は様々に変更されてもよい。

図５は、下りリンク無線フレームにおいて一つのサブフレームの制御領域に含まれる制御チャネルを例示する図である。

図５を参照すると、サブフレームは１４個のＯＦＤＭシンボルで構成されている。サブフレーム設定によって、先頭の１乃至３個のＯＦＤＭシンボルは制御領域として用いられ、残りの１３〜１１個のＯＦＤＭシンボルはデータ領域として用いられる。同図で、Ｒ１乃至Ｒ４は、アンテナ０乃至３に対する参照（基準）信号（Reference Signal（ＲＳ）又はPilot Signal）を表す。ＲＳは、制御領域及びデータ領域を問わず、サブフレーム内に予め定められた（一定の）（predetermined）パターンで固定される。制御チャネルは、制御領域においてＲＳの割り当てられていないリソースに割り当てられ、トラフィックチャネルもデータ領域においてＲＳの割り当てられていないリソースに割り当てられる。制御領域に割り当てられる制御チャネルには、ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator CHannel）、ＰＨＩＣＨ（Physical Hybrid-ARQ Indicator CHannel）、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control CHannel）などがある。

ＰＣＦＩＣＨは、物理制御フォーマット指示子チャネルで、サブフレームごとにＰＤＣＣＨに用いられるＯＦＤＭシンボルの個数を端末に知らせる。ＰＣＦＩＣＨは、最初のＯＦＤＭシンボルに位置し、ＰＨＩＣＨ及びＰＤＣＣＨに優先して設定される。ＰＣＦＩＣＨは４個のＲＥＧ（Resource Element Group）で構成され、それぞれのＲＥＧはセルＩＤ（Cell IDentity）に基づいて制御領域内に分散される。一つのＲＥＧは４個のＲＥ（Resource Element）で構成される。ＲＥは、１副搬送波×１ＯＦＤＭシンボルで定義される最小の物理リソースを表す。ＰＣＦＩＣＨ値は、帯域幅によって１〜３又は２〜４の値を指示し、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）で変調される。

ＰＨＩＣＨは、物理ＨＡＲＱ（Hybrid-Automatic Repeat and reQuest）指示子チャネルで、上りリンク送信に対するＨＡＲＱＡＣＫ／ＮＡＣＫを運ぶために用いられる。すなわち、ＰＨＩＣＨは、ＵＬＨＡＲＱのためのＤＬＡＣＫ／ＮＡＣＫ情報が送信されるチャネルを表す。ＰＨＩＣＨは、１個のＲＥＧで構成され、セル固有（cell-specific）に拡散（スクランブル）（scrambling）される。ＡＣＫ／ＮＡＣＫは、１ビットで指示され、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）で変調される。変調されたＡＣＫ／ＮＡＣＫは、拡散因子（Spreading Factor；ＳＦ）＝２又は４で拡散される。同一のリソースにマッピングされる複数のＰＨＩＣＨは、ＰＨＩＣＨグループを構成する。ＰＨＩＣＨグループに多重化されるＰＨＩＣＨの個数は、拡散コードの個数によって決定される。ＰＨＩＣＨ（グループ）は、周波数領域及び／又は時間領域においてダイバーシチ利得を得るために３回反復（repetition）される。

ＰＤＣＣＨは、物理下りリンク制御チャネルで、サブフレームにおける先頭のｎ個のＯＦＤＭシンボルに割り当てられる。ここで、ｎは、１以上の整数で、ＰＣＦＩＣＨによって指示される。ＰＤＣＣＨは一つ又は複数のＣＣＥで構成される。ＰＤＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＰＣＨ（Paging CHannel）及びＤＬ−ＳＣＨ（Downlink-Shared CHannel）のリソース割り当てに関する情報、上りリンクスケジューリンググラント（Uplink Scheduling Grant）、ＨＡＲＱ情報などを各端末又は端末グループに知らせる。ＰＣＨ（Paging CHannel）及びＤＬ−ＳＣＨ（Downlink-Shared CHannel）は、ＰＤＳＣＨを通じて送信される。したがって、基地局及び端末は、一般に、特定の制御情報又は特定のサービスデータ以外は、ＰＤＳＣＨを通じてデータをそれぞれ送信及び受信する。

ＰＤＳＣＨのデータがいずれの端末（一つ又は複数の端末）に送信されるものか、端末がどのようにＰＤＳＣＨデータを受信してデコードしなければならないかに関する情報などは、ＰＤＣＣＨに含まれて送信される。例えば、特定ＰＤＣＣＨが「Ａ」というＲＮＴＩ（Radio Network Temporary Identity）でＣＲＣマスクされており、「Ｂ」という無線リソース（例、周波数位置）及び「Ｃ」というＤＣＩフォーマット、すなわち、伝送形式情報（例、伝送ブロックサイズ、変調方式、コーディング情報など）を用いて送信されるデータに関する情報が、特定サブフレームで送信されると仮定する。この場合、セル内の端末は、自体が持っているＲＮＴＩ情報を用いて検索領域でＰＤＣＣＨをモニタ、すなわち、ブラインドデコードし、「Ａ」のＲＮＴＩを持っている一つ又は複数の端末がある場合、これらの端末は、ＰＤＣＣＨを受信し、受信したＰＤＣＣＨの情報に基づいて「Ｂ」及び「Ｃ」によって指示されるＰＤＳＣＨを受信する。

図６は、ＬＴＥシステムで用いられる上りリンクサブフレームの構造を示す図である。

図６を参照すると、上りリンクサブフレームは、制御情報を運ぶＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control CHannel）が割り当てられる領域と、ユーザデータを運ぶＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared CHannel）が割り当てられる領域とに分かれる（divided）。サブフレームにおいて中間部分がＰＵＳＣＨに割り当てられ、周波数領域においてデータ領域の両側部分がＰＵＣＣＨに割り当てられる。ＰＵＣＣＨ上で送信される制御情報は、ＨＡＲＱに用いられるＡＣＫ／ＮＡＣＫ、下りリンクチャネル状態を示すＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、ＭＩＭＯのためのＲＩ（Rank Indicator）、上りリンクリソース割り当て要求（request）であるＳＲ（Scheduling Request）などがある。一つの端末に対するＰＵＣＣＨは、サブフレーム内の各スロットで互いに異なる周波数を占める一つのリソースブロックを使用する。すなわち、ＰＵＣＣＨに割り当てられる２個のリソースブロックは、スロット境界で周波数ホッピング（frequency hopping）する。特に、図６は、ｍ＝０のＰＵＣＣＨ、ｍ＝１のＰＵＣＣＨ、ｍ＝２のＰＵＣＣＨ、ｍ＝３のＰＵＣＣＨがサブフレームに割り当てられるとしている。

以下、ＭＩＭＯシステムについて説明する。ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを使用する方法で、この方法によりデータの送受信効率を向上させることができる。すなわち、無線通信システムの送信端あるいは受信端で複数のアンテナを使用することによって容量を増大させ、性能を向上させることができる。以下、本文献ではＭＩＭＯを「マルチ（多重）アンテナ（multi- antenna）」と呼ぶこともできる。

マルチアンテナ技術では、一つの全体メッセージを受信するのに単一のアンテナ経路に依存せず、複数のアンテナで受信されたデータ断片（フラグメント）（fragment）をまとめて併合すること（combining）によってデータを完成する。マルチアンテナ技術を用いると、特定のサイズのセル領域内でデータ伝送速度を向上させたり、又は特定のデータ伝送速度を保証しながら（at a specific data transmission rate）システムカバレッジ（coverage）を増加させることができる。また、この技術は、移動通信端末及び中継器などに幅広く使用可能である。マルチアンテナ技術によれば、単一のアンテナを使用した従来技術による移動通信における伝送量の限界を克服することが可能になる。

一般的なマルチアンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムの構成図が、図７に示されている。送信端では送信アンテナがＮ_T個設けられており、受信端では受信アンテナがＮ_R個が設けられている。このように送信端及び受信端の両方とも複数のアンテナを使用する場合は、送信端又は受信端のいずれか一方のみ複数のアンテナを使用する場合に比べて、理論的なチャネル伝送容量がより増加する。チャネル伝送容量の増加はアンテナの数に比例する。これにより、伝送レートが向上し、周波数効率が向上する。１個のアンテナを使用する場合の最大伝送レートをＲ_oとすれば、マルチアンテナを使用する場合の伝送レートは、理論的に、下記の数式１のように、最大伝送レートＲ_oにレート増加率Ｒ_iを掛けた分だけ増加可能となる。ここで、Ｒ_iは、Ｎ_TとＮ_Rのうちの小さい値を表す。

例えば、４個の送信アンテナ及び４個の受信アンテナを用いるＭＩＭＯ通信システムでは、単一アンテナシステムに比べて理論上、４倍の伝送レートを取得できる。このようなマルチアンテナシステムの理論的容量の増加が９０年代半ばに証明されて以来、これを実質的なデータ伝送率の向上へと導くための種々の技術が現在まで活発に研究されている。それらのいくつかの技術は、既に３世代移動通信及び次世代無線ＬＡＮなどの様々な無線通信の標準に反映されている。

現在までのマルチアンテナ関連研究動向をみると、様々なチャネル環境及び多重接続環境におけるマルチアンテナ通信容量計算などと関連した情報理論の側面の研究、マルチアンテナシステムの無線チャネル測定及びモデル導出の研究、及び伝送信頼度の向上及び伝送率の向上のための時空間信号処理技術の研究などを含め、様々な観点で活発に研究が進行されている。

マルチアンテナシステムにおける通信方法をより具体的な方法で説明するべく、それを数学的にモデル化すると、次のように示すことができる。図７に示すように、Ｎ_T個の送信アンテナ及びＮ_R個の受信アンテナが存在するとする。まず、送信信号について説明すると、Ｎ_T個の送信アンテナがある場合に、送信可能な最大情報はＮ_T個であるから、送信情報を下記の数式２のようなベクトルで表現できる。

一般に、チャネル行列のランクの物理的な意味は、与えられたチャネルで互いに異なった情報を送信できる最大数を意味する。したがって、チャネル行列のランク（rank）は、互いに独立した（independent）行（row）又は列（column）の個数のうち、最小個数として定義され、よって、行列のランクは、行（row）又は列（column）の個数より大きくなることはない。数式で例を挙げると、チャネル行列Ｈのランク（ｒａｎｋ(Ｈ)）は、数式６のように制限される。

また、マルチアンテナ技術を用いて送る互いに異なった情報のそれぞれを「送信ストリーム（Stream）」、又は簡単に「ストリーム」として定義するものとする。このような「ストリーム」は、「レイヤ（Layer）」と呼ぶこともできる。そのため、送信ストリームの個数は、当然ながら、互いに異なった情報を送信できる最大数であるチャネルのランクより大きくなることがない。したがって、チャネル行列Ｈは、下記の数式７のように表すことができる。

ここで、「＃ｏｆｓｔｒｅａｍｓ」は、ストリームの数を表す。一方、ここで、１個のストリームは、１個又は複数のアンテナから送信可能であるということに留意されたい。

１個又は複数のストリームを複数のアンテナに対応させる様々な方法が存在する。この方法は、マルチアンテナ技術の種類によって次のように説明できる。１個のストリームが複数のアンテナから送信される場合は空間ダイバーシチ方式といえ、複数のストリームが複数のアンテナから送信される場合は空間マルチプレクシング方式といえる。勿論、これらの中間方式である、空間ダイバーシチと空間マルチプレクシングがの混合（Hybrid）した形態も可能である。

一方、次世代移動通信システムの標準であるＬＴＥ−Ａシステムでは、データ伝送率の向上のために、既存の標準ではサポートしていなかったＣｏＭＰ（Coordinated Multi Point）送信方式をサポートすることが予想される。ここで、ＣｏＭＰ送信方式とは、シャドウ領域（陰影地域）（shadow area）にある端末と基地局（セル又はセクタ）との間の通信性能を向上させるために、２個以上の基地局或いはセルが互いに協調して端末と通信する送信方式のことをいう。

ＣｏＭＰ送信方式は、データ共有を用いた協調ＭＩＭＯ形態のジョイントプロセシング（CoMP-Joint Processing；ＣｏＭＰ−ＪＰ）及び協調スケジューリング／ビームフォーミング（CoMP-Coordinated Scheduling／beamforming；ＣｏＭＰ−ＣＳ／ＣＢ）方式に分けることができる。

下りリンクの場合、ジョイントプロセシング（結合処理）（ＣｏＭＰ−ＪＰ）方式において、端末は、ＣｏＭＰ送信方式を行う各基地局からデータを瞬間的に同時に受信することができ、各基地局から受信した信号を結合して受信性能を向上させることができる（Joint Transmission；ＪＴ）。また、ＣｏＭＰ送信方式を行う基地局のいずれか一つが、特定時点で端末にデータを送信する方法も考慮することができる（Dynamic Point Selection；ＤＰＳ）。

これとは違い、協調スケジューリング／ビームフォーミング方式（ＣｏＭＰ−ＣＳ／ＣＢ）では、端末は、ビームフォーミングを通じてデータを瞬間的に一つの基地局、すなわち、サービング基地局から受信することができる。

上りリンクの場合、ジョイントプロセシング（ＣｏＭＰ−ＪＰ）方式において、各基地局は、端末からＰＵＳＣＨ信号を同時に受信することができる（Joint Reception；ＪＲ）。これとは違い、協調スケジューリング／ビームフォーミング方式（ＣｏＭＰ−ＣＳ／ＣＢ）では、一つの基地局のみがＰＵＳＣＨを受信するが、このとき、協調スケジューリング／ビームフォーミング方式を用いるという決定は、協調セル（或いは、基地局）によって決定される。

以下では、チャネル状態情報（Channel State Information；ＣＳＩ）報告について説明する。現在、ＬＴＥ標準では、チャネル情報を用いずに運用される開ループ（open-loop）ＭＩＭＯ、及びチャネル情報に基づいて運用される閉ループ（closed-loop）ＭＩＭＯという２種類の送信方式が存在する。特に、閉ループＭＩＭＯでは、ＭＩＭＯアンテナの多重化利得（multiplexing gain）を得るために、基地局及び端末のそれぞれは、チャネル状態情報に基づいてビームフォーミングを行うことができる。基地局は、チャネル状態情報を端末から得るために、端末に参照信号を送信し、これに基づいて測定したチャネル状態情報をＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control CHannel）又はＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared CHannel）を介してフィードバックするように命令する。

ＣＳＩは、ＲＩ（Rank Indicator）、ＰＭＩ（Precoding Matrix Index）、ＣＱＩ（Channel Quality Indication）の３つの情報に大別される。まず、ＲＩは、上述したように、チャネルのランク情報を示し、端末が同一の周波数−時間リソースを用いて受信できるストリームの個数を意味する。また、ＲＩは、チャネルのロングターム（長期間）フェージング（long term fading）によって決定されるため、一般に、ＰＭＩ、ＣＱＩ値に比べてより長い周期で基地局にフィードバックされる。

次に、ＰＭＩは、チャネルの空間特性を反映した値であり、ＳＩＮＲなどのメトリック（metric）を基準に、端末にとって好ましい（preferred by the UE）基地局のプリコーディング行列インデックスを示す。最後に、ＣＱＩは、チャネルの強度を示す値であり、通常、基地局がＰＭＩを用いた時に得られる受信ＳＩＮＲを意味する。

ＬＴＥ−Ａ標準などのより進展した通信システムでは、ＭＵ−ＭＩＭＯ（multi-user MIMO）を用いた追加のマルチ（多重）ユーザダイバーシチ（multi-user diversity）を得ることが追加されている。ＭＵ−ＭＩＭＯでは、アンテナ領域（ドメイン）で多重化される端末間の干渉が存在するため、ＣＳＩの精度は、ＣＳＩを報告した端末だけでなく、多重化される他の端末の干渉にも大きな影響を及ぼしうる。このため、ＭＵ−ＭＩＭＯでは、ＳＵ−ＭＩＭＯに比べてより正確なＣＳＩ報告が要求される。

そこで、ＬＴＥ−Ａ標準では、最終のＰＭＩを、ロングターム（long term）及び／又は広帯域（wideband）ＰＭＩであるＷ１と、ショートターム（短期間）（short term）及び／又はサブバンド（sub-band）ＰＭＩであるＷ２と、の２種類に分けて設計することに決定した。

上記のＷ１及びＷ２情報から一つの最終ＰＭＩを構成する階層（構造）的コードブック変換（hierarchical codebook transformation）方式の例示として、下記の数式８のように、チャネルのロングターム共分散行列（long-term covariance matrix）を用いることができる。

既存のＷ１及びＷ２の具体的な構造は、次の数式９のとおりである。

数式９で、コードワードの構造は、クロス（交差）偏波アンテナ（cross polarized antenna）を利用し、アンテナ間の間隔がちゅう密な場合、例えば、通常、隣接アンテナ間の距離が信号波長の半分以下である場合に発生するチャネルの相関関係（correlation）特性を反映して設計した構造である。クロス偏波アンテナの場合、アンテナを水平アンテナグループ（horizontal antenna group）と垂直アンテナグループ（vertical antenna group）とに区分できるが、各アンテナグループはＵＬＡ（uniform linear array）アンテナの特性を有し、両アンテナグループは共存（co-located）する。

このため、各グループのアンテナ間の相関関係は同一の線形位相増加（linear phase increment）特性を有し、アンテナグループ間の相関関係は、位相回転（phase rotation）された特性を有する。結局、コードブックはチャネルを量子化（quantization）した値であるから、チャネルの特性をそのまま反映してコードブックを設計することが必要である。説明の便宜のために、上述した構造としたランク１のコードワードを、下記の数式１０のように例示することができる。

ＬＴＥ−Ａ標準などのより進展した通信システムでは、ＭＵ−ＭＩＭＯ（multi-user MIMO）を用いた追加のマルチユーザダイバーシチ（multi-user diversity）を得ることが追加されている。ＭＵ−ＭＩＭＯでは、アンテナ領域で多重化される端末間の干渉が存在するため、ＣＳＩの精度は、ＣＳＩを報告した端末だけでなく、多重化される他の端末の干渉にも大きな影響を及ぼしうる。このため、ＭＵ−ＭＩＭＯではＳＵ−ＭＩＭＯに比べてより正確なＣＳＩ報告が要求される。

また、ＣｏＭＰＪＴの場合、複数の基地局が特定端末に同一のデータを協調送信することから、理論的に、アンテナが地理的に分散されているＭＩＭＯシステムと見なすことができる。すなわち、ＪＴでＭＵ−ＭＩＭＯをする場合にも、単一セル−ＭＵ−ＭＩＭＯと同様に、協調スケジューリングされる端末間の干渉を避けるために、高精度のチャネル状態情報が要求される。ＣｏＭＰＣＢの場合にも同様、隣接セルがサービングセルに与える干渉を回避するには、正確なチャネル状態情報が要求される。一般に、チャネル状態情報フィードバックの精度を上げるためには、端末の追加チャネル状態情報フィードバック報告が必要であり、これはＰＵＣＣＨ又はＰＵＳＣＨを介して基地局に送信される。

以下、下りリンクデータチャネルの送信モードに関して説明する。現在、３ＧＰＰＬＴＥ標準文書、具体的には、３ＧＰＰＴＳ３６．２１３文書では、下記の表１のように下りリンクデータチャネル送信モードに関して定義している。また、下記の送信モードは、上位層シグナリング、すなわち、ＲＲＣシグナリングによって端末に設定される。

表１を参照すると、現在、３ＧＰＰＬＴＥ標準文書では、送信モードと、これに対応するＤＣＩフォーマット、すなわち、送信モードベースのＤＣＩフォーマットと、を示している。また、それぞれの送信モードにかかわらずに適用可能なモード、すなわち、フォールバック（Fall-back）モードのためのＤＣＩフォーマット１Ａが定義されている。送信モードに関する動作例として、表１で、端末は、ＰＤＣＣＨをブラインドデコーディングした結果、ＤＣＩフォーマット１Ｂが検出されると、単一レイヤを用いた閉ループ空間多重化技法でＰＤＳＣＨが送信されたと仮定してＰＤＳＣＨをデコーティングする。

また、上記の表１で、送信モード１０は、上述したＣｏＭＰ送信方式の下りリンクデータチャネル送信モードを意味する。例えば、端末がＰＤＣＣＨをブラインドデコーディングした結果、ＤＣＩフォーマット２Ｄが検出されると、アンテナポート７乃至１４、すなわち、ＤＭ−ＲＳに基づいてマルチ（多重）アンテナ（multi-antenna）送信技法でＰＤＳＣＨが送信されるという仮定の下でＰＤＳＣＨをデコーティングする。又は、ＤＭ−ＲＳアンテナポート７又は８に基づいて単一アンテナ送信技法でＰＤＳＣＨが送信されるという仮定の下でＰＤＳＣＨをデコーティングする。

一方、ＰＤＣＣＨをブラインドデコーディングした結果、ＤＣＩフォーマット１Ａが検出されると、当該サブフレームがＭＢＳＦＮサブフレームであるか否かによって送信モードが異なる。例えば、当該サブフレームが非−ＭＢＳＦＮサブフレームであれば、ＰＤＳＣＨはアンテナポート０のＣＲＳに基づく単一アンテナ送信又はＣＲＳベース送信ダイバーシチ技法で送信されたという仮定の下でデコーティングする。また、当該サブフレームがＭＢＳＦＮサブフレームであれば、ＰＤＳＣＨはアンテナポート７のＤＭ−ＲＳに基づく単一アンテナ送信がなされたという仮定の下でデコーティングすることができる。

以下では、参照信号についてより詳しく説明する。

一般に、チャネル測定のためにデータと共に送信側及び受信側の両方で既に知っている参照信号が送信側から受信側に送信される。このような参照信号は、チャネル測定に加え、変調技法を知らせて復調処理（過程）が行われるようにする役割を果たす。参照信号は、特定端末のための専用参照信号（Dedicated RS；ＤＲＳ）、すなわち、端末固有（特定）（UE-specific）参照信号と、セル内の全端末のためのセル固有参照信号である共通参照信号（Common RS又はCell specific RS；ＣＲＳ）とに分かれる。また、共通参照信号は、端末でＣＱＩ／ＰＭＩ／ＲＩを測定して基地局に報告するための参照信号を含み、これをＣＳＩ−ＲＳ（Channel State Information-RS）と称する。

図８及び図９は、４個のアンテナを用いた下りリンク送信をサポートするＬＴＥシステムにおける参照信号の構造を示す図である。特に、図８は通常（一般）（normal）ＣＰ（Cyclic Prefix）の場合を示し、図９は拡張（extended）ＣＰの場合を示す。

図８及び図９を参照すると、格子に記載された０乃至３は、アンテナポート０乃至３のそれぞれに対応してチャネル測定及びデータ復調のために送信されるセル固有参照信号であるＣＲＳ（Common Reference Signal）を意味し、セル固有参照信号のＣＲＳは、データ情報領域の他、制御情報領域全般にわたっても端末に送信されている。

また、格子に記載された「Ｄ」は、端末固有ＲＳである下りリンクＤＭ−ＲＳ（DeModulation-RS）を意味し、ＤＭ−ＲＳは、データ領域、すなわち、ＰＤＳＣＨを通じて単一アンテナポート送信をサポートする。端末固有ＲＳであるＤＭ−ＲＳの存在の有無は、上位層を通じて端末にシグナリングされる。図８及び図９は、アンテナポート５に対応するＤＭ−ＲＳを例示しており、３ＧＰＰ標準文書３６．２１１では、アンテナポート７乃至１４、すなわち、合計８個のアンテナポートに対するＤＭ−ＲＳも定義している。

図１０は、現在３ＧＰＰ標準文書で定義している下りリンクＤＭ−ＲＳ割り当て例を示す図である。

図１０を参照すると、ＤＭ−ＲＳグループ１にはアンテナポート｛７、８、１１、１３｝に該当するＤＭ−ＲＳがアンテナポート別シーケンスを用いてマッピングされ、ＤＭ−ＲＳグループ２にはアンテナポート｛９、１０、１２、１４｝に該当するＤＭ−ＲＳが、同様に、アンテナポート別シーケンスを用いてマッピングされる。

一方、上述したＣＳＩ−ＲＳは、ＣＲＳとは別にＰＤＳＣＨに対するチャネル測定を目的に提案され、ＣＲＳとは違い、ＣＳＩ−ＲＳは、マルチ（多重）セル（multi-cell）環境でセル間干渉（Inter-Cell Interference；ＩＣＩ）を減らすために、最大３２通りの異なったリソース設定（configuration）が定義されてもよい。

ＣＳＩ−ＲＳ（リソース）設定は、アンテナポートの個数によってそれぞれ異なり、隣接セル間には、できるだけ異なった（リソース）設定で定義されたＣＳＩ−ＲＳが送信されるように構成される。ＣＳＩ−ＲＳは、ＣＲＳとは違い、最大８個のアンテナポートまでサポートし、３ＧＰＰ標準文書では、アンテナポート１５乃至２２までの合計８個のアンテナポートをＣＳＩ−ＲＳのためのアンテナポートとして割り当てる。下記の表１及び表２は、３ＧＰＰ標準文書で定義しているＣＳＩ−ＲＳ設定を示すものであり、特に、表２は、通常ＣＰ（Normal CP）である場合を、表３は、拡張ＣＰ（Extended CP）である場合を示している。

一方、現在、ＺＰ（Zero-Power）ＣＳＩ−ＲＳに関する情報は、ＲＲＣ層信号によって設定される。特に、ＺＰＣＳＩ−ＲＳリソース設定は、ｚｅｒｏＴｘＰｏｗｅｒＳｕｂｆｒａｍｅＣｏｎｆｉｇと１６ビットサイズのビットマップであるｚｅｒｏＴｘＰｏｗｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅＣｏｎｆｉｇＬｉｓｔで構成される。このうち、ｚｅｒｏＴｘＰｏｗｅｒＳｕｂｆｒａｍｅＣｏｎｆｉｇは、表４に該当する値によって当該ＺＰＣＳＩ−ＲＳが送信される周期及びサブフレームオフセットを知らせる。また、ｚｅｒｏＴｘＰｏｗｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅＣｏｎｆｉｇＬｉｓｔは、ＺＰＣＳＩ−ＲＳ設定を知らせる情報であり、上記ビットマップのそれぞれの要素は、上記の表２又は表３でＣＳＩ−ＲＳのためのアンテナポートが４個である列（Column）に含まれた設定を示す。このようなＺＰＣＳＩ−ＲＳ以外の一般的なＣＳＩ−ＲＳは、ＮＺＰ（Non Zero-Power）ＣＳＩ−ＲＳと呼ぶ。

一方、上述したＣｏＭＰ技法の適用時に、端末に複数のＣＳＩ−ＲＳ設定がＲＲＣ層信号によって設定されてもよい。それぞれのＣＳＩ−ＲＳ設定は、下記の表５のように定義される。表５を参照すると、各ＣＳＩ−ＲＳ設定にＱＣＬ（Quasi Co-Location）仮定が可能なＣＲＳに関する情報が含まれていることがわかる。

以下、アンテナポート間ＱＣＬ（Quasi Co-Location）について説明する。

アンテナポート間でＱＣＬされているということは、端末が一つのアンテナポートから受信する信号（或いは、当該アンテナポートに対応する無線チャネル）の広範囲特性（large-scale properties）が、他のアンテナポートから受信する信号（或いは、当該アンテナポートに対応する無線チャネル）の広範囲特性と全て又は一部が同一だと仮定し得ることを意味する。ここで、広範囲特性は、周波数オフセットに関連したドップラ拡散（Doppler spread）、ドップラシフト（Doppler shift）、タイミングオフセットに関連した平均遅延（average delay）、遅延拡散（delay spread）などを含み、さらに平均利得（average gain）も含むことができる。

上の定義によれば、端末は、ＱＣＬされていないアンテナポート、すなわち、ＮＱＣＬ（Non Quasi Co-Located）されたアンテナポート間では広範囲特性が同一であると仮定することができない。この場合、端末は、アンテナポートごとに周波数オフセット及びタイミングオフセットなどを取得するためのトラッキング（tracking）手順を独立して行わなければならない。

一方、ＱＣＬされているアンテナポート間については、端末が次のような動作を行うことができるという利点がある。

１）端末が、特定アンテナポートに対応する無線チャネルに対する電力−遅延プロファイル（power-delay profile）、遅延拡散、ドップラスペクトル（Doppler spectrum）及びドップラ拡散推定の結果を、他のアンテナポートに対応する無線チャネルに対するチャネル推定時に用いられるウィーナフィルタ（Wiener filter）パラメータなどに同一に適用することができる。

２）また、端末は、特定アンテナポートに対する時間同期及び周波数同期を取った後、同一の同期を他のアンテナポートに対しても適用することができる。

３）最後に、平均利得に関しても、端末は、ＱＣＬされているアンテナポートのそれぞれに対するＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）測定値を平均値として計算することができる。

例えば、端末がＰＤＣＣＨ（或いは、Ｅ−ＰＤＣＣＨ）を介してＤＭ−ＲＳベース下りリンクデータチャネルスケジューリング情報、例えば、ＤＣＩフォーマット２Ｃを受信する場合、端末は、当該スケジューリング情報で示すＤＭ−ＲＳシーケンスを用いてＰＤＳＣＨに対するチャネル推定を行った後、データ復調を行うと仮定する。

このような場合、端末が下りリンクデータチャネル復調をするためのＤＭ−ＲＳアンテナポートがサービングセルのＣＲＳアンテナポートとＱＣＬされている場合、端末は、当該ＤＭ−ＲＳアンテナポートを用いたチャネル推定時に、自体のＣＲＳアンテナポートから推定した無線チャネルの広範囲特性（large-scale properties）をそのまま適用し、ＤＭ−ＲＳベース下りリンクデータチャネル受信性能を向上させることができる。

同様に、端末が下りリンクデータチャネル復調をするためのＤＭ−ＲＳアンテナポートがサービングセルのＣＳＩ−ＲＳアンテナポートとＱＣＬされている場合、端末は、当該ＤＭ−ＲＳアンテナポートを用いたチャネル推定時に、サービングセルのＣＳＩ−ＲＳアンテナポートから推定した無線チャネルの広範囲特性をそのまま適用し、ＤＭ−ＲＳベース下りリンクデータチャネルの受信性能を向上させることができる。

一方、ＬＴＥシステムでは、ＣｏＭＰモードである送信モード１０で下りリンク信号を送信する際、基地局が上位層信号を用いてＱＣＬタイプＡ及びＱＣＬタイプＢのうちの一つを端末に設定するように定義している。

ここで、ＱＣＬタイプＡは、ＣＲＳ、ＤＭ−ＲＳ及びＣＳＩ−ＲＳのアンテナポートが、平均利得以外の広範囲特性でＱＣＬされていると仮定するものであり、同一のノード（point）で物理チャネル及び信号が送信されていることを意味する。一方、ＱＣＬタイプＢは、ＤＰＳ、ＪＴなどのＣｏＭＰ送信が可能なように、端末当たり最大４個までのＱＣＬモードを上位層メッセージを用いて設定し、それらのうちどのＱＣＬモードで下りリンク信号を受信しなければならないかを動的にＤＣＩ（Downlink Control Information）を用いて設定するように定義されている。

ＱＣＬタイプＢが設定された場合のＤＰＳ送信に関して、より具体的に説明する。

まず、Ｎ₁個のアンテナポートで構成されたノード＃１は、ＣＳＩ−ＲＳリソース（resource）＃１を送信し、Ｎ₂個のアンテナポートで構成されたノード＃２は、ＣＳＩ−ＲＳリソース（resource）＃２を送信すると仮定する。この場合、ＣＳＩ−ＲＳリソース＃１をＱＣＬモードパラメータセット＃１に含め、ＣＳＩ−ＲＳリソース＃２をＱＣＬモードパラメータセット＃２に含める。さらに、基地局は、ノード＃１及びノード＃２の共通カバレッジ内に存在する端末に、上位層信号によってパラメータセット＃１及びパラメータセット＃２を設定する。

その後、基地局が当該端末にノード＃１を介してデータ（すなわち、ＰＤＳＣＨ）送信時にＤＣＩを用いてパラメータセット＃１を設定し、ノード＃２を介してデータ送信時にパラメータセット＃２を設定する方式でＤＰＳを行うことができる。端末にとっては、ＤＣＩによってパラメータセット＃１が設定されると、ＣＳＩ−ＲＳリソース＃１とＤＭ−ＲＳがＱＣＬされていると仮定し、パラメータセット＃２が設定されると、ＣＳＩ−ＲＳリソース＃２とＤＭ−ＲＳがＱＣＬされていると仮定することができる。

以下、アクティブ（能動）アンテナシステム（Active Antenna System；ＡＡＳ）及び３次元ビームフォーミングについて説明する。

既存のセルラシステムにおいて、基地局は、機械的傾斜（ティルティング）（mechanical tilting）或いは電気的傾斜（ティルティング）（electrical tilting）を用いてセル間干渉を減らし、セル内端末のスループット、例えばＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）を向上させる方式を用いてきた。図面を参照してより詳しく説明する。

図１２は、アンテナ傾斜方式を説明するための図である。特に、図１２（ａ）には、アンテナ傾斜が適用されていないアンテナ構造を示し、図１２（ｂ）には、機械的傾斜が適用されたアンテナ構造を示し、図１２（ｃ）には、機械的傾斜及び電気的傾斜の両方が適用されたアンテナ構造を示す。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）とを比較すると、機械的傾斜の場合、図１２（ｂ）のように、初期設置時にビーム方向が固定されてしまうという短所がある。さらに、電気的傾斜の場合、図１２（ｃ）のように、内部位相遷移（phase shift）モジュールを用いて傾斜角（tilting angle）を変更することができるが、事実上、セル固定の傾斜により、非常に制約された垂直ビームフォーミングしかできないという短所がある。

図１３は、既存のアンテナシステムとアクティブアンテナシステム（Active Antenna System；ＡＡＳ）とを比較する図である。特に、図１３（ａ）には既存のアンテナシステムを示し、図１３（ｂ）にはアクティブアンテナシステムを示す。

図１３を参照すると、アクティブアンテナシステムは、既存のアンテナシステムとは違い、複数のアンテナモジュールのそれぞれが電力増幅器をはじめとしてＲＦモジュール、すなわち、アクティブ（active）素子を備えており、アンテナモジュールのそれぞれに対して電力及び位相を調節できるという特徴を有する。

一般に考慮してきたＭＩＭＯアンテナ構造は、ＵＬＡ（Uniform Linear Array）のように、線形、すなわち、１次元アレイのアンテナを考慮した。このような１次元アレイ構造では、ビームフォーミングで生成可能なビームが２次元平面上に存在する。これは、既存の基地局のパッシブ（受動）アンテナシステム（Passive Antenna System；ＰＡＳ）ベースのＭＩＭＯ構造にも適用される。ＰＡＳベースの基地局にも垂直アンテナ及び水平アンテナが存在するが、垂直アンテナは一つのＲＦモジュールに拘束されているため、垂直方向にビームフォーミングが不可能であり、上述した機械的傾斜しか適用することができない。

しかし、基地局のアンテナ構造がアクティブアンテナシステムへと進歩しながら、垂直方向のアンテにも独立したＲＦモジュールが具現されることとなり、これによって、水平方向だけでなく垂直方向にもビームフォーミングが可能になった。これを垂直ビームフォーミング又はエレベーションビームフォーミング（elevation beamforming）と呼ぶ。

垂直ビームフォーミングによれば、生成可能なビームを、垂直及び水平方向へと３次元空間で表現することができ、これを３次元ビームフォーミングと呼ぶこともできる。すなわち、３次元ビームフォーミングは、１次元アレイのアンテナ構造から平面形態の２次元アレイのアンテナ構造に進歩することから可能になったものである。ここで、３次元ビームフォーミングは、アンテナアレイが必らずしも平面（planar）形状である必要はなく、リング（ring）形状の３次元形態のアレイ構造でも可能である。３次元ビームフォーミングの特徴は、既存の１次元アレイのアンテナ構造ではなく様々な形態のアンテナ配置によって、ＭＩＭＯプロセスが３次元空間上でなされるということにある。

図１４は、アクティブアンテナシステムに基づいて端末固有ビームを形成した例を示す図である。図１４を参照すると、３次元ビームフォーミングによって、端末が基地局の左右に動く場合だけでなく、前後に動く場合にもビームフォーミングが可能であり、端末固有ビーム形成に、より高い自由度が提供されることがわかる。

なお、アクティブアンテナベースの２次元アレイのアンテナ構造を用いた送信環境としては、室外基地局から室外端末に送信する環境だけでなく、室外基地局が室内端末に送信する環境（Outdoor to Indoor；Ｏ２Ｉ）、及び室内基地局が室内端末に送信する環境（Indoor hotspot）などを考慮することができる。

図１５は、アクティブアンテナシステムベースの３次元ビーム送信シナリオを示す図である。

図１５を参照すると、セル内に様々な複数の建物が存在する実際のセル環境を仮定すると、基地局は、端末固有水平ビーム操向だけでなく、建物の高さによる様々な端末の高さを考慮した垂直ビーム操向能力まで考慮しなければならない。このようなセル環境を考慮する場合、既存の無線チャネル環境とは非常に異なるチャネル特性、例えば、高さの差によるシャドウ／経路損失変化、フェージング特性変化などを反映する必要がある。

言い換えると、３次元ビームフォーミングは、既存の線形１次元アレイのアンテナ構造に基づいて水平方向にのみなされた水平ビームフォーミングが進歩したものであり、平面配列（planar array）などの多次元アレイのアンテナ構造又は大規模アンテナ（massive antenna）アレイに基づいてエレベーションビームフォーミング或いは垂直ビームフォーミングまで拡張及び結合された形態のＭＩＭＯプロセシング技法を意味する。

上記の大規模アンテナアレイは、次の特性の一つ又は複数を有することができる。すなわち、ｉ）２次元平面又は３次元空間に位置し、ii）論理的又は物理的アンテナが８個以上であり（ここで論理的アンテナは、アンテナポートと表現してもよい。）、iii ）それぞれのアンテナがＡＡＳで構成される。ただし、上記の大規模アンテナアレイの定義はこれに制限されない。

既存のＭＩＭＯシステムでは、閉ループ（closed-loop）ＭＩＭＯ送信のために基地局のアンテナアレイ全体に対するＰＭＩフィードバックがなされている。これは、ＰＭＩコードブック形態で表現される基地局の全アンテナ（all antennas of the eNB）が生成できる複数のビーム方向のうち、端末にとって最も好ましいビーム方向をフィードバックすることであると見なすことができる。

下記の表６は、４行４列の形態の１６個のアンテナで送信するビームと、８行８列の形態の６４個アンテナで送信するビームと、の形態を比較するものである。表６を参照すると、基地局のアンテナ数が増加するほど、基地局が生成するビーム幅が減少してビームの形態が鋭くなり、結果としてビーム利得が大きくなることがわかる。閉ループＭＩＭＯ送信の際、ビームが鋭くなると、チャネルの小さな変化にも、端末が測定した時点におけるＰＭＩと実際に基地局が送信する時点におけるＰＭＩとが一致しなくなり、性能の低下が非常に大きくなる。すなわち、フィードバックに対する性能感度（performance sensitivity）が非常に大きくなりうる。

そこで、本発明では、複数の送信アンテナを有するシステムにおいて、基地局が端末間チャネル状況に応じて適応的にビーム形態（例えば、ビーム幅、ビーム利得、ビーム方向など）を制御する方法及びこれをサポートするための端末のフィードバック方法を提案する。

まず、基地局が端末に信号を送信する際、各端末のチャネル状況に適した有効送信アンテナポート集合を適応的に選択して適用することを提案する。

有効送信アンテナポート集合とは、基地局の全送信アンテナポート集合の任意の部分集合であって、端末にデータ送信を行うアンテナ集合を意味し、端末とのチャネル状況に応じて、データ送信に用いられるアンテナを全アンテナの一部に限定することができる。

図１６は、全アンテナポートから有効アンテナポート集合を選択した例を示す図である。

図１６を参照すると、８ｔｘＵＬＡ（Uniform Linear Array）の場合は、ビームが相対的に鋭いため、動きが少なく、周辺環境も静的であり、ＬｏＳ（Line of Sight）が確保される環境では、相当な利得を得ることができるが、端末の動きが激しいか、端末の周辺にチャネルの動的変化を起こす要因が多い場合には、フィードバックオーバーヘッドは非常に大きいのに対し、パケット誤りによる再送信が起こる確率が高くなる。この場合、たとえ再送信が起こらないとしても、ＮＬｏＳ（Non Line of Sight）環境ではビームフォーミング利得そのものが非常に小さくなりうる。

従来、このような環境下にある端末には開ループ（open-loop）ＭＩＭＯ技術を適用した。しかし、開ループＭＩＭＯ技術はビーム利得が得られない技術であることから、アンテナ数が増加するほど、閉ループＭＩＭＯに比べて性能の低下は大きくなるという短所がある。そこで、本発明では、基地局にとって端末のチャネル環境が一定レベルのビームフォーミング利得を得難いと予想される場合、図１６のように、ビーム利得が減ってもビーム幅を広める形にビームを形成して送信する方法を提案する。すなわち、図１６は、ビーム幅を広めるために、有効アンテナポートの数及び有効アンテナアレイ（array）のサイズを減らす例である。

有効アンテナポート、すなわち、有効アンテナアレイは、必ずしも、図１６のように、隣接したアンテナポートで構成されるものではない。

図１７は、全アンテナポートから有効アンテナポート集合を選択した他の例を示す図である。端末がＮＬｏＳ環境であるとともに基地局と隣接していてＳＩＮＲに優れていることから、ランク（rank）２以上の空間多重化（spatial multiplexing）が可能な状況を仮定すると、フィードバックオーバーヘッドと対比した性能（performance relative to feedback overhead）を考慮して、図１７に示すように、有効アンテナアレイ全体のサイズはあまり減らさず、有効アンテナの個数のみを減らして送信することができる。

類似の実施例として、隣接する２つのアンテナを束ねて一つの論理アンテナにマッピングする場合、有効アンテナアレイ全体のサイズは略同一に維持したまま、有効アンテナの個数（或いは、論理アンテナの個数）を半分に減らすことができる。

２次元アンテナアレイに本発明を適用する場合、全アンテナに対して有効アンテナポート集合を同時に（simultaneously）決定することもできるが、垂直領域及び水平領域のそれぞれに対して有効アンテナの数及び／又は有効アンテナアレイのサイズを制御することもできる。すなわち、垂直領域の有効アンテナポート集合と水平領域の有効アンテナポート集合とをそれぞれ決定することができる。ただし、本発明の有効送信アンテナポート集合が適用される物理信号／チャネルの範囲は、ＬＴＥシステムにおけるＤＭ−ＲＳ（UE-specific RS）、ＰＤＳＣＨなどの端末固有信号／チャネルに限定することができる。

本発明によれば、端末固有ビームの形成においてチャネル誤りが深刻になりうると予想される環境にある端末、或いはデータ再送信が必要な端末（fall-back mode）に、ビームのシャープネス（鋭利さ）（sharpness）を減らして送信することによって、パケット誤りの確率を下げることができ、且つチャネル誤りが深刻になりうると予想される環境にある端末やＳＩＮＲがよくない端末に対してフィードバックオーバーヘッドを減らしたりフィードバック精度を上げたりすることができる。

一方、本発明によれば、端末のチャネル状況を３つ以上のカテゴリに分けて送信モードを決定することができる。例えば、有効アンテナポート集合、すなわち、部分的アンテナアレイ（partial antenna array）を用いた送信モードを、下記のように定義することができる。

- Category 1 (Low mobility, LoS, Static environment)−＞ Dedicated beamforming with entire antennas

- Category 2 (Mid mobility, weak LoS, Non-static environment)−＞ Dedicated beamforming with a subset of antennas

- Category 3 (High mobility, NLoS, Dynamic environment)−＞ open-loop beamforming

一方、部分的アンテナアレイを用いたビームフォーミング時に、基地局及び端末のチャネルの特性、例えば、端末の移動性（speed、rotation、accelerationなど）、チャネルのドップラレベル（Doppler spread、Max Doppler valueなど）、端末周辺のスキャッタリング（scattering）環境（スキャッタの数及び分布、スキャッタの移動性など）、チャネル行列の特性パラメータ（rank、eigen value、condition numberなど）、ＬｏＳ／ＮＬｏＳ因子（ＬｏＳ利得対ＮＬｏＳ利得、ＮＬｏＳクラスタの数など）、及びＳＩＮＲのうち少なくとも一つによって有効送信アンテナポート集合を決定することができる。これらの情報の一部は、基地局カバレッジ内で端末位置によって無線環境データベースから取得したり、基地局が上りリンク信号を用いて直接測定することもでき、一部の情報は、端末が提供することもできる。

代替として、部分的アンテナアレイを用いたビームフォーミング時に、端末は基地局に、端末の移動性（speed、rotation、accelerationなど）、チャネルのドップラレベル（Doppler spread、Max Doppler valueなど）、端末周辺のスキャッタリング環境（スキャッタの数及び分布、スキャッタの移動性など）、チャネル行列の特性パラメータ（rank、eigen value、condition numberなど）、ＬｏＳ／ＮＬｏＳ因子（ＬｏＳ利得対ＮＬｏＳ利得、ＮＬｏＳクラスタの数など）、及びＳＩＮＲのうち一つ又は複数の情報を提供することができる。そのために、端末は、位置センサ、加速センサなどの様々なセンサにおける情報を用いてフィードバック情報を構成することができる。

以下、端末のフィードバック情報に基づいて部分アンテナアレイを用いるビームフォーミング方法について説明する。

まず、端末は基地局に、自体にとって好ましい有効送信アンテナポート集合をフィードバックすることができる。これは、端末が全基地局送信アンテナポートの中からいずれの送信アンテナポートを有効アンテナポート集合として選択するかを判断し、その情報をフィードバックすることである。同様に、端末は、端末移動性、ドップラレベル、周辺環境のスキャッタリング環境、ＬｏＳであるか否か、ＳＩＮＲなどのうち取得可能な情報を用いて最適の有効アンテナ集合を選択する。

端末のフィードバック情報は、次のように様々に構成することができる。

ａ）有効送信アンテナポート集合情報は、アンテナポートインデックスの集合（或いは、アンテナポート集合のインデックス）、パイロットパターンインデックス及びアンテナポートの個数のうち一つ又は複数の情報で構成することができる。

例えば、有効送信アンテナポート集合情報がアンテナポート数及びアンテナポート集合インデックスで構成され、基地局アンテナが合計８個である場合、端末は、２ｔｘ、４ｔｘ、８ｔｘのうち好ましいアンテナ数を選択し、当該アンテナ数に対応するインデックスを下記の表７から選択し、当該インデックスと共にフィードバックする。

以下では、部分的アンテナアレイを用いたビームフォーミング技法を、３Ｄビームフォーミング技法において、垂直ビームフォーミング及び水平ビームフォーミングにそれぞれ適用する場合を考慮する。３Ｄビームフォーミング技法では、アンテナ数が多くなるとパイロット及びフィードバックオーバーヘッドが増加する問題があり、また、単一パイロットパターンを用いて全ての基地局アンテナから送信するパイロットをカバーすることは困難であるという問題もある。これらの問題を解決するために、基地局が端末に複数のパイロットパターンを用いてパイロットを送信することができる。

図１８及び図１９には、複数のパイロットパターンを用いてパイロットを送信する例を示す。特に、図１８は、水平方向にパイロットパターンを設定した例であり、水平方向にアンテナをグループ化し、各グループに一つのＣＳＩ−ＲＳリソースを割り当てている。この場合、それぞれのパイロットパターン（すなわち、ＣＳＩ−ＲＳリソース）に関連付けられた（associated with）プリコーダは、水平ビームフォーミングを行うプリコーダに対応し、各パイロットパターンを連結するプリコーダ、具体的には各パイロットパターンの位相及びサイズの差を示す係数の集合は、垂直ビームフォーミングを行うプリコーダに対応する。もちろん、垂直方向にアンテナをグループ化してパイロットパターンを割り当てる方法も可能である。

図１９は、垂直方向のプリコーダを各パイロットパターンの位相及びサイズの差を示す係数の集合ではなく別のパイロットパターンで構成したものであり、結果的に、水平方向及び垂直方向の両方でパイロットパターンを設定した例である。

この場合、水平方向及び垂直方向のそれぞれに対して独立した部分的アンテナアレイを用いたビームフォーミングを行うために下記を提案する。

Ａ）端末は、複数のＱＣＬ（Quasi-Co-Located）パイロットパターンを受信した後、（１）好ましいＱＣＬパイロットパターンに含めるアンテナポート数及び／又はインデックス、及び（２）好ましいＱＣＬパイロットパターンを連結する係数の個数及び／又はインデックスを、基地局にフィードバックする。ここで、複数のＱＣＬパイロットパターンは、同一の送信ポイントから送信されるパイロットパターンの集合を意味し、受信器の立場では時間／周波数同期しているパイロットパターンとして定義することができる。上記の複数のＱＣＬパイロットパターンは、同一の数のアンテナポートを含む特徴をさらに有してもよい。このパイロットパターンは、ＬＴＥシステムにおいてＮＺＰ（Non-Zero-Power）ＣＳＩ−ＲＳリソース或いはＣＳＩ−ＲＳプロセス（process）であってもよい。

上記の情報（１）、すなわち、好ましいＱＣＬパイロットパターンに含めるアンテナポート数及び／又はインデックスは、それぞれのＱＣＬパイロットパターンに対して独立した情報であってもよいが、全ＱＣＬパイロットパターンに対して共通に適用可能な一つの代表値で表現されてもよい。

上記の情報（２）、すなわち、好ましいＱＣＬパイロットパターンを連結する係数の個数及び／又はインデックスにおいて、ＱＣＬパイロットパターンを連結する係数とは、パイロットパターンの特定アンテナポート間の位相差及び／又はサイズ差を示す係数値であり、端末は、該当の係数値を集めて基地局にフィードバックすることができる。

例えば、図１８で、端末が、各ＣＳＩ−ＲＳリソースの一番目のアンテナポート間のサイズ及び位相の差を計算して基地局にフィードバックすることができる。この値は、基地局では垂直ビームフォーミングのために用いられてもよく、全ての（whole）垂直アンテナアレイを活用するためには、上記係数値（以下、連結係数）として全てのＱＣＬパイロットパターンの総数（Ｎ）が必要である。ただし、特定パイロットパターンを基準に差値を測定してもよいため、基準となるパイロットパターンに関する情報は必要でなくてもよく、Ｎ−１個の係数値が要求されてもよい。例えば、２つのパイロットパターンが送信される場合、一番目のパイロットパターンに対する二番目のパイロットパターンの連結係数のみが要求されても構わない。より具体的に説明する。

図２０には、本発明の実施例によって部分アンテナアレイを用いたビームフォーミングを行う例を示す。特に、図２０は、４×４＝１６個のアンテナポートが送信される二次元アンテナアレイ環境を仮定する。

図２０を参照すると、基地局は端末に４個のＱＣＬＣＳＩ−ＲＳリソース、すなわち、ＣＳＩ−ＲＳリソース１〜４を設定及び送信する。このとき、端末にとって、水平方向には２個のアンテナポートに対応するビーム幅が好ましく、垂直方向には３個のアンテナポートに対応するビーム幅が好ましい場合、端末は、次の情報をフィードバックすることができる。ただし、合計Ｎ−１個の連結係数をフィードバックするシステムを仮定する。

- Preferred number of antenna ports for each QCL CSI-RS resource =2

- Preferred number of linking coefficients =2

上の例では、各情報においてアンテナポートの個数情報及び連結係数の個数情報のみを表現したが、好ましいアンテナサブアレイが特定部分に偏らないようにアンテナインデックス情報が共にフィードバックされてもよい。例えば、ＣＳＩ−ＲＳパターンに含まれたアンテナポート＃０〜＃３のうちアンテナポート＃２及び＃３が好ましい場合、次のようにアンテナポートインデックスの集合の形態で表現したり、好ましいアンテナポート開始インデックスをアンテナポート数と共にフィードバックする方法を用いることができる。

− 好ましいアンテナポートインデックス集合：｛＃２，＃３｝
− 好ましいアンテナポート開始インデックス（＃２）＋アンテナポート数（２）

もちろん、上記のインデックス情報は連結係数に対しても同様に適用可能である。

提案した情報に加えて、端末は、上記フィードバック情報に基づいて、好ましいＰＭＩなどのプリコーダ情報及び連結係数情報をフィードバックすることができる。すなわち、各ＣＳＩ−ＲＳリソースに対して、４ｔｘＰＭＩコードブックではなく２ｔｘＰＭＩコードブックから選択したＰＭＩを送信し、４個のうち３個のＣＳＩ−ＲＳリソースを連結する連結係数だけをフィードバックしてもよい。ＣＱＩ、ＲＩなどを含むその他のＣＳＩフィードバック情報も、上記フィードバック情報に基づいて計算されてもよい。このとき、提案した情報と上記ＣＳＩフィードバックの伝達周期とは互いに異なってもよい。

図１９のように水平方向及び垂直方向の両方でパイロットパターンが適用されると、端末は、それぞれのパイロットパターンに対する好ましいアンテナポート数及びインデックス情報をフィードバックし、水平方向及び垂直方向に対して独立した部分的アンテナアレイを用いたビームフォーミングを行うことができる。

本発明で提案するフィードバック情報を広帯域システムにおいて適用する場合には、特定周波数領域（例えば、subband、sub-carrier、resource blockなど）に区分し、各周波数領域に対して別個のフィードバック情報集合をフィードバックすることができる。或いは、端末が選択したり又は基地局が指定した特定周波数領域に対してのみフィードバック情報が送信されてもよい。この周波数領域は、一つ又は複数の周波数が連続する領域（continuous frequency regions）で構成されてもよく、周波数が連続しない領域（discontinuous frequency regions）で構成されてもよい。

図２１は、本発明の一実施例に係る通信装置のブロック構成図である。

図２１を参照すると、通信装置２１００は、プロセッサ２１１０、メモリ２１２０、ＲＦモジュール２１３０、ディスプレイモジュール２１４０、及びユーザインターフェースモジュール２１５０を備えている。

通信装置２１００は説明の便宜のために示されたもので、一部のモジュールは省略されてもよい。また、通信装置２１００は必要なモジュールをさらに備えてもよい。また、通信装置２１００において一部のモジュールはより細分化したモジュールに区分されてもよい。プロセッサ２１１０は、図面を参照して例示した本発明の実施例に係る動作を実行するように構成される。具体的には、プロセッサ２１１０の詳細な動作は、図１乃至図２０を参照して記載された内容を参照すればよい。

メモリ２１２０は、プロセッサ２１１０に接続され、オペレーティングシステム、アプリケーション、プログラムコード、データなどを格納する。ＲＦモジュール２１３０は、プロセッサ２１１０に接続され、ベースバンド（基底帯域）信号を無線信号に変換したり、無線信号をベースバンド信号に変換する機能を果たす。そのために、ＲＦモジュール２１３０は、アナログ変換、増幅、フィルタリング及び周波数アップ変換又はこれらの逆の過程を行う。ディスプレイモジュール２１４０は、プロセッサ２１１０に接続され、様々な情報を表示する。ディスプレイモジュール２１４０は、特に制限されるものではなく、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）などの周知の要素を用いることができる。ユーザインターフェースモジュール２１５０は、プロセッサ２１１０に接続され、キーパッド、タッチスクリーンなどの周知のユーザインターフェースの組合せで構成可能である。

以上説明してきた実施例は、本発明の構成要素及び特徴を所定の形態で結合し（組み合わせ）たものである。各構成要素又は特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮しなければならない。各構成要素又は特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態で実施することもでき、一部の構成要素及び／又は特徴を結合して本発明の実施例を構成することもできる。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更されてもよい。ある実施例の一部構成や特徴は、他の実施例に含まれてもよく、他の実施例の対応する構成又は特徴に置き換えてもよい。特許請求の範囲において明示的な引用関係にない請求項を結合して実施例を構成したり、出願後の補正により新しい請求項として含めたりできるということは明らかである。

本文書で基地局によって行われるとした特定動作は、場合によってはその上位ノード（upper node）によって行われることもある。すなわち、基地局を含む複数のネットワークノード（network nodes）からなるネットワークにおいて端末との通信のために行われる様々な動作は、基地局又は基地局以外の他のネットワークノードによって行われ得ることは明らかである。基地局は、固定局（fixed station）、ＮｏｄｅＢ、ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）、アクセスポイント（access point）などの用語にしてもよい。

本発明に係る実施例は、様々な手段、例えば、ハードウェア、ファームウェア（firmware）、ソフトウェア又はそれらの結合などによって具現することができる。ハードウェアによる具現では、本発明の一実施例は、一つ又はそれ以上のＡＳＩＣｓ（Application Specific Integrated Circuits）、ＤＳＰｓ（Digital Signal Processors）、ＤＳＰＤｓ（Digital Signal Processing Devices）、ＰＬＤｓ（Programmable Logic Devices）、ＦＰＧＡｓ（field programmable gate arrays）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどによって具現することができる。

ファームウェアやソフトウェアによる具現では、本発明の一実施例は、以上で説明された機能又は動作を実行するモジュール、手順、関数などの形態で具現されてもよい。ソフトウェアコードは、メモリユニットに記憶され、プロセッサによって駆動可能である。メモリユニットは、プロセッサの内部又は外部に設けられ、公知の様々な手段によってプロセッサとデータを交換することができる。

様々な実施例が、上述の発明を実行するための形態に説明されている。

以上、無線通信システムにおける部分アンテナアレイベースのビームフォーミングのためのチャネル状態情報報告方法及びそのための装置は、３ＧＰＰＬＴＥシステムに適用される例を中心に説明されたが、３ＧＰＰＬＴＥシステムの他、様々な無線通信システムにも適用可能である。また、本発明は、大規模アンテナに限定されず、他のアンテナアレイ構造に適用されてもよい。

本発明は、本発明の特徴から逸脱しない範囲で別の特定の形態に具体化できるということが当業者にとっては自明である。したがって、上記の詳細な説明は、いずれの面においても制限的に解釈してはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付の請求項の合理的な解釈によって決定すべきであり、本発明の等価的範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。

Claims

無線通信システムにおいて基地局の大規模アンテナアレイベースのビームフォーミングを用いて端末が基地局から信号を受信する方法であって、
前記大規模アンテナアレイの中から有効アンテナアレイを設定するステップと、
前記基地局から前記有効アンテナアレイに対応するパイロット信号を受信するステップと、
前記パイロット信号を用いて、前記基地局に前記ビームフォーミングのためのチャネル状態情報を報告するステップと、
前記基地局から前記有効アンテナアレイを介して前記端末固有にビームフォーミングされた信号を受信するステップと、
を有し、
前記有効アンテナアレイは、一つ又は複数の水平方向のアンテナポート及び一つ又は複数の垂直方向のアンテナポートとして定義される、信号受信方法。
前記一つ又は複数の水平方向のアンテナポート及び一つ又は複数の垂直方向のアンテナポートのそれぞれは、前記パイロット信号を定義するリソースで設定される、請求項１に記載の信号受信方法。
前記有効アンテナアレイを設定するステップは、前記基地局に前記有効アンテナアレイに関する情報を送信するステップを含み、
前記有効アンテナアレイに関する情報は、前記有効アンテナアレイの前記水平方向のアンテナポートの個数及び前記垂直方向のアンテナポートの個数に関する情報を含む、請求項１に記載の信号受信方法。
前記有効アンテナアレイに関する情報は、前記水平方向のアンテナポート及び前記垂直方向のアンテナポートの少なくとも一つのアンテナポートの開始インデックス及び前記有効アンテナアレイのサイズに関する情報をさらに含む、請求項３に記載の信号受信方法。
前記チャネル状態情報を報告するステップは、
前記有効アンテナアレイに含まれた前記水平方向のアンテナポートの個数及び前記垂直方向のアンテナポートの個数のそれぞれに対応する既に設定されたコードブックから、水平方向プリコーディング行列インデックス及び垂直方向プリコーディング行列インデックスを選択して前記基地局に報告するステップを含む、請求項１に記載の信号受信方法。
無線通信システムにおいて大規模アンテナアレイベースのビームフォーミングを用いて基地局が端末に信号を送信する方法であって、
前記大規模アンテナアレイの中から有効アンテナアレイを設定するステップと、
前記端末に前記有効アンテナアレイに対応するパイロット信号を送信するステップと、
前記パイロット信号に基づくチャネル状態情報を前記端末から受信するステップと、
前記端末に前記有効アンテナアレイを介して前記端末固有にビームフォーミングされた信号を送信するステップと、
を有し、
前記有効アンテナアレイは、一つ又は複数の水平方向のアンテナポート及び一つ又は複数の垂直方向のアンテナポートとして定義される、信号送信方法。
前記一つ又は複数の水平方向のアンテナポート及び一つ又は複数の垂直方向のアンテナポートのそれぞれは、前記パイロット信号を定義するリソースで設定される、請求項６に記載の信号送信方法。
前記有効アンテナアレイを設定するステップは、前記端末から前記有効アンテナアレイに関する情報を受信するステップを含み、
前記有効アンテナアレイに関する情報は、前記有効アンテナアレイの前記水平方向のアンテナポートの個数及び前記垂直方向のアンテナポートの個数に関する情報を含む、請求項６に記載の信号送信方法。
前記有効アンテナアレイに関する情報は、前記水平方向のアンテナポート及び前記垂直方向のアンテナポートの少なくとも一つのアンテナポートの開始インデックス及び前記有効アンテナアレイのサイズに関する情報をさらに含む、請求項８に記載の信号送信方法。
前記チャネル状態情報を受信するステップは、水平方向プリコーディング行列インデックス及び垂直方向プリコーディング行列インデックスを前記端末から受信するステップを含み、
前記水平方向プリコーディング行列インデックス及び前記垂直方向プリコーディング行列インデックスは、前記有効アンテナアレイに含まれた前記水平方向のアンテナポートの個数及び前記垂直方向のアンテナポートの個数のそれぞれに対応する既に設定されたコードブックから選択された、請求項６に記載の信号送信方法。