JP5864655B2 - 無線通信システムにおいてチャネル状態情報をフィードバックする端末装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信に係り、特に、チャネル状態情報をフィードバックする端末装置及びその方法に関する。

多重アンテナシステムベースのセルラー通信環境において送受信端間にビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を用いてデータ伝送率を向上させることができる。ビームフォーミング方式を適用するか否かはチャネル情報に基づいて決定されるが、基本的に、受信端で参照信号（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）などで推定されたチャネルを、コードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）に適宜量子化して送信端にフィードバックする方式が用いられる。

以下では、コードブック生成のために利用可能な空間チャネル行列（ｓｐａｔｉａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｍａｔｒｉｘ）（あるいは、「チャネル行列」とも呼ばれる。）（Ｈ（ｉ，ｋ））について簡略に説明する。空間チャネル行列（あるいは、チャネル行列）は、下記のように表現することができる。

ここで、Ｈ（ｉ，ｋ）は空間チャネル行列を表し、Ｎｒは受信アンテナの個数、Ｎｔは送信アンテナの個数、ｒは受信アンテナのインデックス、ｔは送信アンテナのインデックス、ｉはＯＦＤＭ（またはＳＣ−ＦＤＭＡ）シンボルのインデックス、ｋは副搬送波のインデックスを表す。

は、チャネル行列Ｈ（ｉ，ｋ）の要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）であり、ｉ番目のシンボル及びｋ番目の副搬送波上でのｒ番目のチャネル状態及びｔ番目のアンテナを意味する。

また、本発明で利用可能な空間チャネル共分散行列（ｓｐａｔｉａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ）について簡略に説明する。空間チャネル共分散行列は、記号Ｒで表すことができる。

であり、ここで、Ｈは空間チャネル行列を、Ｒは空間チャネル共分散行列を意味する。Ｅ［］は平均（ｍｅａｎ）を意味し、ｉはシンボルインデックス、ｋは周波数インデックスを意味する。

特異値分解（Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＳＶＤ）は、長方行列を分解する重要な方法の一つで、信号処理と統計学分野で多用されている。特異値分解は、行列のスペクトル理論を任意の長方行列に対して一般化したもので、スペクトル理論を用いると、直交正方行列を固有値を基底にして対角行列に分解することができる。チャネル行列Ｈを実数または複素数の集合元素からなるｍ×ｍ行列としよう。この場合、行列Ｈは、下記のように３つの行列の積で示すことができる。

ここでＵ、Ｖは、ユニタリー行列（ｕｎｉｔａｒｙ ｍａｔｒｉｘ）を表し、Σは、負以外の特異値を含むｍ×ｎ対角行列を表す。特異値は

である。チャネルの特異値分解から、チャネルの方向と各チャネルの方向に割り当てられたチャネル強度がわかる。チャネルの方向は、左特異行列（ｌｅｆｔ ｓｉｎｇｕｌａｒ ｍａｔｒｉｘ）Ｕと右特異行列（ｒｉｇｈｔ ｓｉｎｇｕｌａｒ ｍａｔｒｉｘ）Ｖで表現されるが、ＭＩＭＯを通じて生成されるｒ個の独立チャネルのうちのｉ番目のチャネルの方向は、ＵとＶのｉ番目の列ベクトルで表現され、ｉ番目のチャネルに対するチャネル強度は

で表現される。また、ＵとＶはそれぞれ直交化した列ベクトルで構成されているので、ｉ番目のチャネルはｊ番目のチャネルと互いに干渉することなく信号を伝送することができる。

値の大きい優位（ｄｏｍｉｎａｎｔ）チャネル方向は、長い時間または広い周波数帯域において、比較的小さい分散を示しつつ変わるのに対し、

値の小さいチャネル方向は、大きい分散を示しつつ変わる。

このように３つの行列の積で表すことを特異値分解という。特異値分解は、直交正方行列のみを分解できる固有値分解に比べ遥かに一般的な行列を扱うことができる。このような特異値分解と固有値分解は互いに関連している。

行列Ｈが正定値のエルミート行列（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎｍａｔｒｉｘ）であれば、Ｈの固有値はいずれも、負数以外の実数である。Ｈの特異値及び特異ベクトルは、Ｈの固有値及び固有ベクトルと同一になる。

一方、固有値分解（ＥＶＤ：Ｅｉｇｅｎ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、次のように示すことができる。

ここで、固有値は、λ１，…，λｒになりうる。

の特異値分解から、チャネルの方向を表すＵとＶのうち、Ｕの情報がわかり、

の特異値分解からＶの情報がわかる。一般にＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ）では、より高い伝送率を達成するために送受信端のそれぞれがビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行うが、受信端ビームと送信端ビームをそれぞれ行列ＴとＷを用いて示すと、ビームフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）の適用されたチャネルは、

と表現される。そのため、高い伝送率を達成するために、受信ビームはＵを基準に、送信ビームはＶを基準に生成することが好ましい。

一般に、このようなコードブックの設計においての関心は、可能な限り少ない数のビットを用いてフィードバックオーバーヘッドを減らし、十分のビームフォーミング利得を達成できるようにチャネルを正確に量子化させることにある。

本発明で達成しようとする技術的課題は、端末のチャネル状態情報フィードバック方法を提供することにある。

本発明で達成しようとする他の技術的課題は、チャネル状態情報をフィードバックする端末装置を提供することにある。

本発明で達成しようとする技術的課題は、以上に言及している技術的課題に制限されるものではなく、言及していない別の技術的課題は、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。

上記の技術的課題を達成するための、本発明に係る端末のチャネル状態情報フィードバック方法は、特定周波数帯域に対するランク指示子（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＲＩ）を決定すること、前記特定周波数帯域の伝送に用いられるコードブックセットから、前記決定されたランク指示子に対応する一つのプリコーディング行列指示子（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＰＭＩ）のインデックスを選択すること、及び、前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスを基地局に伝送すること、を含むことができ、ここで、前記ランク指示子及び前記プリコーディング行列指示子のインデックスは、ジョイントエンコーディング（ｊｏｉｎｔｌｙ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）されて伝送される。

前記ジョイントエンコーディングされた前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスは、同一のサブフレームを通じて伝送されるとよい。

前記ジョイントエンコーディングされた前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスは、物理アップリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ、ＰＵＣＣＨ）を通じて伝送されるとよい。

前記方法は、前記基地局から前記特定周波数帯域に関する情報を受信すること、及び、前記特定周波数帯域に対する基地局とのチャネル状態を推定すること、をさらに含むことができ、前記推定されたチャネル状態に基づいて前記ランク指示子を決定し、前記プリコーディング行列指示子のインデックスを決定することができる。前記特定周波数帯域は、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）であり、前記プリコーディング行列指示子は、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）プリコーディング行列指示子でよい。

上記の他の技術的課題を達成するための、本発明に係るチャネル状態情報フィードバックする端末装置は、特定周波数帯域に対するランク指示子（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＲＩ）を決定し、前記特定周波数帯域の伝送に用いられるコードブックセットから、前記決定されたランク指示子に対応する一つのプリコーディング行列指示子（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＰＭＩ）のインデックスを選択するプロセッサと、前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスを基地局に伝送する送信アンテナと、を備えることができ、ここで、前記ランク指示子及び前記プリコーディング行列指示子のインデックスは、ジョイントエンコーディング（ｊｏｉｎｔｌｙ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）されて伝送されるとよい。

前記端末装置は、前記基地局から前記特定周波数帯域に関する情報を受信する受信アンテナをさらに備えることができる。そして、前記プロセッサは、前記特定周波数帯域に対する基地局とのチャネル状態を推定し、前記推定されたチャネル状態に基づいて前記ランク指示子を決定し、前記プリコーディング行列指示子のインデックスを選択することができる。
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
無線通信システムにおいて端末がチャネル状態情報をフィードバックする方法であって、
特定周波数帯域に対するランク指示子（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＲＩ）を決定し、
前記特定周波数帯域の伝送に用いられるコードブックセットから、前記決定されたランク指示子に対応する一つのプリコーディング行列指示子（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＰＭＩ）のインデックスを選択し、
前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスを基地局に伝送すること、を含み、
前記ランク指示子及び前記プリコーディング行列指示子のインデックスは、ジョイントエンコーディング（ｊｏｉｎｔｌｙ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）されて伝送される、チャネル状態情報フィードバック方法。
（項目２）
前記ジョイントエンコーディングされた前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスは、同一のサブフレームを通じて伝送される、項目１に記載のチャネル状態情報フィードバック方法。
（項目３）
前記ジョイントエンコーディングされた前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスは、物理アップリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ、ＰＵＣＣＨ）を通じて伝送される、項目２に記載のチャネル状態情報フィードバック方法。
（項目４）
前記基地局から前記特定周波数帯域に関する情報を受信することをさらに含む、項目１に記載のチャネル状態情報フィードバック方法。
（項目５）
前記特定周波数帯域に対する基地局とのチャネル状態を推定することをさらに含み、
前記推定されたチャネル状態に基づいて前記ランク指示子を決定し、前記プリコーディング行列指示子のインデックスを選択する、項目４に記載のチャネル状態情報フィードバック方法。
（項目６）
前記特定周波数帯域は、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）であり、前記プリコーディング行列指示子は、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）プリコーディング行列指示子である、項目１に記載のチャネル状態情報フィードバック方法。
（項目７）
無線通信システムにおいてチャネル状態情報をフィードバックする端末装置であって、
特定周波数帯域に対するランク指示子（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＲＩ）を決定し、前記特定周波数帯域の伝送に用いられるコードブックセットから、前記決定されたランク指示子に対応する一つのプリコーディング行列指示子（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＰＭＩ）のインデックスを選択するプロセッサと、
前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスを基地局に伝送する送信アンテナと、を備え、
前記ランク指示子及び前記プリコーディング行列指示子のインデックスは、ジョイントエンコーディング（ｊｏｉｎｔｌｙ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）されて伝送される、端末装置。
（項目８）
前記ジョイントエンコーディングされた前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスは、同一のサブフレームを通じて伝送される、項目７に記載の端末装置。
（項目９）
前記ジョイントエンコーディングされた前記ランク指示子及び前記一つのプリコーディング行列指示子のインデックスは、物理アップリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ、ＰＵＣＣＨ）を通じて伝送される、項目８に記載の端末装置。
（項目１０）
前記基地局から前記特定周波数帯域に関する情報を受信する受信アンテナをさらに備える、項目７に記載の端末装置。
（項目１１）
前記プロセッサは、前記特定周波数帯域に対する基地局とのチャネル状態を推定し、前記推定されたチャネル状態に基づいて前記ランク指示子を決定し、前記プリコーディング行列指示子のインデックスを選択する、項目１０に記載の端末装置。
（項目１２）
前記特定周波数帯域は、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）であり、前記プリコーディング行列指示子は、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）プリコーディング行列指示子である、項目７に記載の端末装置。

本発明の種々の実施例によれば、端末は、ランク指示子（ＲＩ）及びＰＭＩをジョイントエンコーディングして同一のサブフレームを通じて伝送できるため、効率よくフィードバック伝送を行うことが可能になる。

本発明から得られる効果は、以上に言及した効果に制限されず、言及していない別の効果は、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。

本明細書に添付している図面は、本発明に関する理解を提供するためのもので、本発明の様々な実施の形態を示し、明細書の記載と共に本発明の原理を説明するためのものである。
本発明に係る無線通信システム１００における基地局１０５及び端末１１０の構成を示すブロック図である。 それぞれ、コードブック生成方法の一例を説明するための図である。 それぞれ、コードブック生成方法の一例を説明するための図である。 端末におけるジョイントエンコーディングベースのＣＳＩフィードバック伝送手順の一例を示す図である。 基地局が端末からロングターム、ショートタームでＣＳＩフィードバックを受ける手順の一例を示す図である。 端末のＣＳＩフィードバックの一例を示す図である。 それぞれ、ＲＩ値の変化に従うフィードバック伝送方法の例を示す図である。 それぞれ、ＲＩ値の変化に従うフィードバック伝送方法の例を示す図である。

以下、本発明に係る好適な実施の形態を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。添付の図面と共に以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を説明するためのもので、本発明が実施されうる唯一の実施の形態を示すためのものではない。以下の詳細な説明は、本発明の完全な理解を提供するために具体的な細部事項を含む。しかし、当業者には、本発明がこのような具体的な細部事項なしにも実施可能であるということがわかる。例えば、以下の詳細な説明は、移動通信システムが３ＧＰＰ ＬＴＥシステムである場合を取って具体的に説明するが、３ＧＰＰ ＬＴＥ特有の事項を除いては、他の任意の移動通信システムにも適用可能である。

場合によっては、本発明の概念が曖昧になることを避けるために、公知の構造及び装置は省略されたり、各構造及び装置の核心機能を中心にしたブロック図の形式で示されてもよい。なお、本明細書全体を通じて同一の構成要素には同一の図面符号を付して説明する。

なお、以下の説明において、端末は、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）、ＭＳ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＡＭＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）のような移動または固定型のユーザー端機器を総称するものとする。また、基地局は、Ｎｏｄｅ Ｂ、ｅＮｏｄｅ Ｂ、ＢＳ（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）のような、端末と通信するネットワーク端の任意のノードを総称するものとする。

移動通信システムにおいて、端末（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）は、基地局からダウンリンク（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ）を通じて情報を受信することができ、端末はアップリンク（Ｕｐｌｉｎｋ）を通じて情報を伝送することができる。端末が伝送または受信する情報にはデータ及び様々な制御情報があり、端末が伝送または受信する情報の種類・用途に応じて様々な物理チャネルが存在する。

本発明の適用されうる移動通信システムの一例として３ＧＰＰ ＬＴＥ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；以下、「ＬＴＥ」という。）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（以下、「ＬＴＥ−Ａ」という。）通信システムについて概略的に説明する。

図１は、本発明に係る無線通信システム１００における基地局１０５及び端末１１０の構成を示すブロック図である。

ここでは、無線通信システム１００を簡略化するために、一つの基地局１０５と一つの端末１１０を示しているが、無線通信システム１００は、一つ以上の基地局及び／または一つ以上の端末を含むことができる。

図１を参照すると、基地局１０５は、送信（Ｔｘ）データプロセッサ１１５、シンボル変調器１２０、送信器１２５、送受信アンテナ１３０、プロセッサ１８０、メモリー１８５、受信器１９０、シンボル復調器１９５、受信データプロセッサ１９７を備えることができる。そして、端末１１０は、送信（Ｔｘ）データプロセッサ１６５、シンボル変調器１７０、送信器１７５、送受信アンテナ１３５、プロセッサ１５５、メモリー１６０、受信器１４０、シンボル復調器１５５、受信データプロセッサ１５０を備えることができる。基地局１０５及び端末１１０においてアンテナ１３０，１３５をそれぞれ一つとして示しているが、基地局１０５及び端末１１０は複数個のアンテナを備えている。そのため、本発明に係る基地局１０５及び端末１１０は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）システムを支援する。本発明に係る基地局１０５は、ＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ）方式も、ＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ）方式も支援する。

ダウンリンク上で、送信データプロセッサ１１５は、トラフィックデータを受信し、受信したトラフィックデータをフォーマットしてコーディングし、コーディングされたトラフィックデータをインターリービングし変調して（またはシンボルマッピングして）、これらの変調シンボル（「データシンボル」）を提供する。シンボル変調器１２０は、これらのデータシンボルとパイロットシンボルを受信及び処理し、シンボルのストリームを提供する。

シンボル変調器１２０は、データ及びパイロットシンボルを多重化し、それを送信器１２５に伝送する。この時、それぞれの送信シンボルは、データシンボル、パイロットシンボル、またはゼロの信号値でもよい。それぞれのシンボル周期で、パイロットシンボルが連続して送信されてもよい。パイロットシンボルは、周波数分割多重化（ＦＤＭ）、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）、時分割多重化（ＴＤＭ）、またはコード分割多重化（ＣＤＭ）シンボルでよい。

送信器１２５は、シンボルのストリームを受信し、これを一つ以上のアナログ信号に変換し、これらのアナログ信号をさらに調節（例えば、増幅、フィルタリング、及び周波数アップコンバーティング（ｕｐｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ））して、無線チャネルを通じた送信に適したダウンリンク信号を生成する。続いて、ダウンリンク信号はアンテナ１３０から端末に伝送される。

端末１１０において、アンテナ１３５は、基地局からのダウンリンク信号を受信し、受信した信号を受信器１４０に提供する。受信器１４０は、受信した信号を調整（例えば、フィルタリング、増幅、及び周波数ダウンコンバーティング（ｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ））して、調整された信号をデジタル化してサンプルを獲得する。シンボル復調器１４５は、受信したパイロットシンボルを復調し、それを、チャネル推定のためにプロセッサ１５５に提供する。

また、シンボル復調器１４５は、プロセッサ１５５から、ダウンリンクに対する周波数応答推定値を受信し、受信したデータシンボルにデータ復調を行うことで、（受信したデータシンボルの推定値である）データシンボル推定値を獲得し、データシンボル推定値を受信（Ｒｘ）データプロセッサ１５０に提供する。受信データプロセッサ１５０は、データシンボル推定値を復調（すなわち、シンボルデマッピング（ｄｅｍａｐｐｉｎｇ））し、デインターリービング（ｄｅｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）し、デコーディングすることで、受信したトラフィックデータを復旧する。

シンボル復調器１４５及び受信データプロセッサ１５０による処理はそれぞれ、基地局１０５でのシンボル変調器１２０及び送信データプロセッサ１１５による処理と相補的である。

端末１１０では、アップリンク上で、送信データプロセッサ１６５がトラフィックデータを処理してデータシンボルを提供する。シンボル変調器１７０は、データシンボルを受信してパイロットシンボルと共に多重化し、変調を行ってシンボルのストリームを送信器１７５に提供する。送信器１７５は、シンボルのストリームを受信及び処理して、アップリンク信号を生成する。そして、該アップリンク信号はアンテナ１３５から基地局１０５に伝送される。

基地局１０５では、端末１１０からアップリンク信号がアンテナ１３０を介して受信し、受信器１９０は、受信したアップリンク信号を処理してサンプルを獲得する。続いて、シンボル復調器１９５は、これらのサンプルを処理して、アップリンクに対して受信したパイロットシンボル及びデータシンボル推定値を提供する。受信データプロセッサ１９７は、データシンボル推定値を処理して、端末１１０からのトラフィックデータを復旧する。

端末１１０及び基地局１０５のそれぞれのプロセッサ１５５，１８０はそれぞれ、端末１１０及び基地局１０５での動作を指示（例えば、制御、調整、管理など）する。それぞれのプロセッサ１５５，１８０は、プログラムコード及びデータを格納するメモリー１６０，１８５と接続することができる。メモリー１６０，１８５は、プロセッサ１５５，１８０に接続してオペレーティングシステム、アプリケーション、及び一般ファイル（ｇｅｎｅｒａｌ ｆｉｌｅｓ）を格納する。

プロセッサ１５５，１８０を、コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、マイクロコントローラ（ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ（ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）などと呼ぶこともできる。一方、プロセッサ１５５，１８０は、ハードウェア（ｈａｒｄｗａｒｅ）、ファームウェア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）、ソフトウェア、またはこれらの結合により具現することができる。ハードウェアを用いて本発明の一実施例であるコードブックを生成する場合には、本発明を実行するように構成されたＡＳＩＣｓ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、ＤＳＰｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）、ＤＳＰＤｓ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＰＬＤｓ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＦＰＧＡｓ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙｓ）などをプロセッサ１５５，１８０に備えることができる。

一方、ファームウェアやソフトウェアを用いて本発明の一実施例であるコードブックを生成する場合には、本発明の機能または動作を行うモジュール、手順または関数などを含むようにファームウェアやソフトウェアを構成することができる。本発明を実行できるように構成されたファームウェアまたはソフトウェアは、プロセッサ１５５，１８０内に組み込まれたり、メモリー１６０，１８５に格納されて、プロセッサ１５５，１８０により駆動されるようにすることができる。

端末または基地局と無線通信システム（ネットワーク）との間における無線インターフェースプロトコルのレイヤーは、通信システムで周知であるＯＳＩ（ｏｐｅｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）モデルの下位の３つのレイヤーに基づき、第１のレイヤー（Ｌ１）、第２のレイヤー（Ｌ２）、及び第３のレイヤー（Ｌ３）に分類することができる。物理レイヤーは、第１のレイヤーに属し、物理チャネルを通じて情報伝送サービスを提供する。ＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）レイヤーは、第３のレイヤーに属し、ＵＥとネットワーク間の制御無線リソースを提供する。端末及び基地局は無線通信ネットワークとＲＲＣレイヤーを通じてＲＲＣメッセージを交換する。

移動通信システムの一例であるＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｍシステムなどの最近の通信標準で提案したりまたは標準として採択されたコードブック設計方式の一つには、ロングタームプリコーディング行列指示子（ｌｏｎｇｔｅｒｍ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｅｘ；ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ＰＭＩ）とショートタームＰＭＩ（ｓｈｏｒｔ ｔｅｒｍ ＰＭＩ）を分けて伝送し、これらのチャネル情報を全て用いて一つの最終ＰＭＩを構成する階層的コードブック変換（ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｃｏｄｅｂｏｏｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）方式がある。代表の例に、下記の数学式１のように、チャネルのロング−ターム共分散行列（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ）を用いてコードブックを変換（ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）する方式がある。

ここで、

は、ショート−ターム（ｓｈｏｒｔ−ｔｅｒｍ）チャネル情報を反映するために生成された既存のコードブックであり、

は、チャネル行列

のロング−ターム（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ）共分散行列であり、

は、行列

の各列（ｃｏｌｕｍｎ）別にノルム（ｎｏｒｍ）が１と正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）された行列を意味し、

は、既存コードブック

を、チャネル行列

、チャネル行列

のロング−ターム（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ）共分散行列

及びノルム関数を用いて変換した最終コードブックである。

また、チャネル行列

のロング−ターム（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ）共分散行列である

は、下記の数学式２のように表すことができる。

上記の数学式２で、等号（ａ）は、特異値分解（ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖａｌｕｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＳＶＤ）により得た結果であって、

と分解され、

はそれぞれ、ｉ番目の特異値とそれに相応するｉ番目の特異列ベクトル（ｓｉｎｇｕｌａｒ ｃｏｌｕｍｎ ｖｅｃｔｏｒ）を意味する

。例えば、送信ストリーム数が１個の場合に、

は、Ｎｔ×１ベクトルであり、

である。すなわち、

は、各特異ベクトルの重み付き線形結合（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）で決定され、この時、

の重み係数（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｆａｃｔｏｒ）は、特異値

、及び

とコードワード

間の相関関係（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）

の積で決定される。

その結果、

のコードブックにおけるコードワードの分布は、

値の大きい優位特異（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｉｎｇｕｌａｒ）ベクトルへより集中し、より効果的な量子化が可能である。

図２及び図３はそれぞれ、コードブック生成方法の一例を示す図である。

図２及び図３は、説明の便宜上、Ｎｔを２と仮定して、２次元空間上に存在する特異ベクトルと

を表したものである。

は他の形態で分布してもよいが、一般に、チャネルの存在するグラスマン空間（Ｇｒａｓｓｍａｎｎｉａｎ ｓｐａｃｅ）内の２コードワード間の最小距離（ｍｉｎｉｍｕｍ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を最大化する政策によって、図２のように均一に分布させることができる。

このようなコードブック設計政策は、非相関（ｕｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ）チャネルにおいて良い性能を得ることができるが、相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ）チャネルでは性能が低下する。なお、相関チャネルにおいて瞬間（ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ）チャネル

の特異ベクトルと

の特異ベクトル間に相関性が高いため、このような関係を用いてコードブックを

によって適応的に変換することが効果的である。

図３は、変換されたコードブックの結果であり、前述したように、

の第１の優位特異（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｉｎｇｕｌａｒ）ベクトルへより大きい重み（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ）が付けられることから、第１の優位特異ベクトルを基準に新しいコードワードがよりちゅう密に分布することとなる。このように、チャネル行列

のロング−ターム（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ）共分散行列である

の第１の優位特異（１ｓｔ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｉｎｇｕｌａｒ）ベクトルに相対的に大きい重み（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ）が付けられることから、第１の優位特異ベクトルを基準に新しいコードワードがよりちゅう密に分布することを示している。しかし、より好ましくは、性能の良いコードブックを生成するためには、優位特異ベクトルの周囲にコードワードをちゅう密に分布させる一方で、コードワード間の最小距離を維持する必要がある。

上記のコードブック変換方式においてプリコーダ（ｐｒｅｃｏｄｅｒ）が高いランク（Ｈｉｇｈ ｒａｎｋ）を有すると、すなわち、ランクが２以上であると、変換されたプリコーダ

の各列ベクトルは互いに直交（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）しない問題がある。

の列ベクトルが互いに直交するとしても、変換過程中に掛けられる行列はユニタリー行列（ｕｎｉｔａｒｙ ｍａｔｒｉｘ）でないため、変換後における列ベクトル間のこのような性質が変わることになる。このように変換されて生成された

を実際のプリコーダに用いる場合に、各ストリームが伝送されるビーム（

の列ベクトルで表現される。）が直交せず、ストリーム間（ｉｎｔｅｒ−ｓｔｒｅａｍ）干渉がさらに発生するという問題がある。

また、ランクの増加につれてエネルギーも多数のチャネルに分散されるため、既存の非−変換コードブック（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｃｏｄｅｂｏｏｋ）に比べて性能利得が減少する現象が起きる。ランクが低い場合に、チャネルの強度が大きい方向にコードワードを集中的に分散させるため、グラスマン空間（Ｇｒａｓｓｍａｎｎｉａｎ ｓｐａｃｅ）に均一に分布したコードワードに比べて、チャネルを正確に表現するコードワードをフィードバックできるが、ランクが大きい場合は、チャネルの強度が、特定方向ではなく多数の方向に分散されているため、グラスマン空間に均一に分布したコードワード、すなわち、変換前のコードワードを用いても良い性能を得ることができる。すなわち、ランクが高い場合に、比較的少数のコードワードにより低いグラニュラティ（ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）をもってロングタームＰＭＩをフィードバックしても、良い性能を達成することができる。

そのため、ロングタームＰＭＩを計算する時に、ランクに従って異なるコードブックを用いることが好ましい。低いランクでは、ロングタームコードブックは、特定チャネル方向を高精度に必要があるから、大きいサイズを有し、高いランクでは、

の直交性を保障するために、ユニタリー行列（ｕｎｉｔａｒｙ ｍａｔｒｉｘ）で構成された小さいサイズとすることが好ましい。

本発明では、変換されたプリコーダ

の直交性を保障するために、ランクに従ってロングタームＰＭＩのセットを変化させる方式を提案する。ロングタームＰＭＩのためのコードブック

は、下記の数学式３のようにユニタリーコードワードで構成されたコードブック

、及びロングタームチャネル共分散フィードバックのために設計されたコードブック

で構成することができる。

上記の数学式３で、フィードバックランク情報であるＲＩがｋ以下（ｋは、正の整数）の場合に、ロングタームＰＭＩコードブックは、ロングタームチャネル共分散フィードバックのために設計されたコードブック

に制限され、フィードバックランク情報であるＲＩがｋよりも大きい場合は、ロングタームＰＭＩコードブックは、ユニタリーコードワードで構成されたコードブック

に制限されるとよい。

以下、本明細書では、一例として、ｋ＝１の場合を挙げて説明する。すなわち、ＲＩが２以上の場合には、ロングタームＰＭＩコードブックは、ユニタリー行列のみで構成されたコードブックにロングタームコードブックセットを制限することで、

の各列を直交させることができる。ここで、

の一部または全体コードワードを含むコードブックでもよく、

と互いに素な（ｄｉｓｊｏｉｎｔ）セットでもよい。

コードブック

は、優位チャネル方向を知らせ、

と結合して

の分布をその方向に向かわせる役割を有するが、コードブック

の直交性を保障することに主な目的があり、

を回転（ｒｏｔａｔｉｏｎ）させてユニタリーコードブックのグラニュラティ（ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）を上げることに付加的な目的がある。そのため、コードブック

は、正確なフィードバックが要求されることから、より大きいサイズを有し、かつコードブック

は、コードブック

よりも小さいサイズを有するのが一般的な構成比率である。例えば、コードブック

は恒等行列（ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｍａｔｒｉｘ）一つで構成されうる（すなわち、

）。

ＬＴＥ標準ではショートタームＰＭＩが一つの完全なプリコーダを構成するから、ロングタームとショートタームとに分けて一つのＰＭＩを構成するＬＴＥ−Ａシステムのための制御情報及び制御チャネルが新しく定義される必要がある。既存ＬＴＥシステムにおいて、端末は、チャネル状態情報（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、ＣＳＩ）フィードバック情報（例えば、ＲＩ（Ｒａｎｋ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ））を物理アップリンク制御チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ、ＰＵＣＣＨ）を通じて周期的に伝送でき、この時、ＰＵＣＣＨのペイロードサイズ（ｐａｙｌｏａｄ ｓｉｚｅ）の制約により、端末は各ＲＩ、ＰＭＩ、ＣＱＩを異なるサブフレームのＰＵＣＣＨに載せて伝送する。また、ＣＳＩフィードバック情報によって４つのフィードバックタイプが定義されている。そのうち、ＲＩフィードバックに該当するフィードバックタイプ３は、ＰＭＩ及びＣＱＩに比べて比較的長い周期で伝送され、最大２ビットの小さいペイロードサイズを有する。

新しく追加されるロングタームＰＭＩも同様、長い周期でフィードバックされる値であり、ＲＩフィードバックの周期に比べて同一、大きい、または小さい周期を有することができる。以下では、ＲＩフィードバック周期及びロングタームＰＭＩの周期に従うロングタームＰＭＩのフィードバックタイプを提案する。

第１の実施例
本発明に係るＣＳＩフィードバック伝送方法の一実施例として、ＲＩフィードバック周期とロングタームフィードバック周期が同一でもよい。ＲＩフィードバック周期及びロングタームＰＭＩの周期が同一であれば、端末は、ＲＩとロングタームＰＭＩ（例えば、ロングタームＰＭＩインデックスでよい。）とをジョイントエンコーディング（ｊｏｉｎｔ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）して基地局にフィードバックすることができる。この時、最大ランクが

の場合に、ジョイントエンコーディングされたコードブック

を、下記の数学式４のように構成することができる。

ＲＩが１の場合に、端末は、コードブック

内に存在するコードワードを選択して基地局にフィードバックし、その他、ＲＩがｉの場合、端末は

内に存在するコードワードを基地局にフィードバックすることができる。この時、ジョイントエンコーディングされたコードブックのペイロードサイズは、下記の数学式５のように求めることができる。

また、ここで、ｃｅｉｌｉｎｇ関数は、括弧中における指定した数式の解より大きいまたは等しい最小整数を意味する。

一例として、最大ランクが４で、

の場合に、下記の表１のように、４ビットでロングタームＰＭＩ及びＲＩをジョイントエンコーディング（ｊｏｉｎｔ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）してフィードバックする。

上記の表１を参照すると、

は恒等行列を表す。ＲＩが２以上の場合に、端末はロングタームＰＭＩコードブックを恒等行列（ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｍａｔｒｉｘ）で構成することができる。そして、端末は、ＲＩ及びロングタームＰＭＩコードブックをジョイントエンコーディングして基地局にフィードバックすることができる。このように、ジョイントエンコーディングベースのＣＳＩフィードバック方式を、基地局と端末間のダウンリンクＣＳＩフィードバック方式に適用することができ、この場合、端末及び基地局の手順は、図４及び図５のように示すことができる。

図４は、端末でのジョイントエンコーディングベースのＣＳＩフィードバック伝送手順の一例を示す図である。

図４を参照すると、端末は、基地局からダウンリンク参照信号（ＤＬ ＲＳ）を受信することができる（Ｓ４１０）。そして、図４には示していないが、端末は基地局から、チャネル状態情報フィードバック対象となる特定周波数帯域に関する情報をシグナリングされたり、事前に基地局とその情報を共有していたりできる。

その後、端末のプロセッサ１５５は、基地局とのダウンリンクチャネル状態を推定してＲＩを決定することができる（Ｓ４２０）。この時、端末のプロセッサ１５５は、特定周波数帯域（ここで、特定周波数帯域は、端末と基地局間に事前に定義されて知っていたり、端末が基地局から受信して知る。）上での伝送を仮定してＲＩを選択することができる。具体的に、端末のプロセッサ１５５は、ＲＩを信号対雑音及び干渉比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ、ＳＩＮＲ）などのチャネル品質、多重アンテナから受信したチャネルの相関度（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）などを用いて決定することができる（Ｓ４２０）。理論的に、低いＳＩＮＲでは単一ランク（すなわち、ＲＩ＝１）伝送が最適であるからＲＩ＝１を選択し、ＳＩＮＲが高くなるほど、多重化利得（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｇａｉｎ）（すなわち、

）に近接した多重ランクを伝送することができる。また、アンテナ間の距離が近い場合、または基地局と端末間にスキャッター（ｓｃａｔｔｅｒ）が少ない場合は、チャネル相関度が大きいため、高いランクを支援できなくなる。このような特性に基づいて、端末のプロセッサ１５５は最適のランク（すなわち、ＲＩ）を決定する（Ｓ４２０）。

その後、端末のプロセッサ１５５は、当該特定周波数帯域の伝送を仮定して（すなわち、当該特定周波数帯域上での伝送を仮定して）決定したＲＩ値に対応する一つのロングタームＰＭＩ（例えば、広帯域ＰＭＩ）を選択することができる（Ｓ４３０）。すなわち、端末のプロセッサ１５５は、特定周波数帯域上で伝送プリコーダ（ｐｒｅｃｏｄｅｒ）生成に用いられるコードブックセットから、決定されたＲＩに対応するＰＭＩ（例えば、ＰＭＩのインデックス）を選択することができる。例えば、端末のプロセッサ１５５は、上記の数学式４で説明した通り、ＲＩ＝１の場合は、

から、ロングタームチャネル共分散行列と最小距離を維持する一つのコードワードを選択することができる（Ｓ４３０）。一方、ＲＩ＞１の場合は、端末のプロセッサ１５５は、

から、ロングタームチャネル共分散行列と最小距離を維持する一つのコードワードを選択することができる（Ｓ４３０）。

端末のプロセッサ１５５は、決定したＲＩと選択された一つのロングタームＰＭＩとをジョイントエンコーディングする（Ｓ４４０）。具体的に、端末のプロセッサ１５５は、決定したＲＩと選択された一つのロングタームＰＭＩのインデックス値とをジョイントエンコーディングする（Ｓ４４０）。

その後、端末は、ジョイントエンコーディングされたＲＩと一つのロングタームＰＭＩのインデックス情報とを基地局にフィードバックする（Ｓ４５０）。この時、端末は、ジョイントエンコーディングされたＲＩと一つのロングタームＰＭＩのインデックス情報とをロングターム周期でフィードバックすることができる。フィードバック周期に関する情報は、基地局が端末に、上位層シグナリング（ｈｉｇｈｅｒ ｌａｙｅｒ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）を通じて伝送することができる。そして、ＰＭＩを選択するＳ４３０段階とジョイントエンコーディングされたＲＩ及び一つのＰＭＩのインデックスをフィードバックするＳ４４０段階において、ＰＭＩは広帯域ＰＭＩでよい。図４には示していないが、端末は基地局から、ＲＩを決定し、かつＰＭＩを選択するための特定周波数帯域（例えば、広帯域）に関する情報を受信することができる。ここで、長い周期で伝送される、すなわちロングタームＰＭＩは広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）に対して選択されたＰＭＩであるのが一般的であるが、その理由は下記の通りである。

移動通信システムにおいて参照信号をその目的によって２種類に大別することができる。参照信号には、チャネル情報獲得のためのものと、データ復調のためのものとがある。前者は、端末がダウンリンクのチャネル情報を獲得するのにその目的があるから、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）で伝送される必要があり、特定サブフレームでダウンリンクデータを受信しない端末であっても、その参照信号を受信して測定できるようにしなければならない。また、このようなチャネル測定用参照信号はハンドオーバー（ｈａｎｄｏｖｅｒ）の測定などのためにも用いることができる。後者は、基地局がダウンリンク信号を伝送する際に該当のリソースで共に送る参照信号であり、端末は、当該参照信号を受信することによってチャネル推定ができ、結果としてデータを復調することができる。このような復調用参照信号は、データが伝送される領域で伝送されなければならない。

ＬＴＥ−Ａシステムで新しく設計する参照信号は、２種類に大別でき、変調及びコーディング方式（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ、ＭＣＳ）、プリコーディング行列指示子（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｅｘ、ＰＭＩ）などの選択のためのチャネル測定を目的とする参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ−ＲＳ；以下‘ＣＳＩ−ＲＳ’と称する。）と、８個の送信アンテナから伝送されるデータ復調のための参照信号（ＤＭ−ＲＳ：Ｄａｔａ ｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ＲＳ；以下、‘ＤＭ−ＲＳ’と称する。）とがある。チャネル測定を目的とするＣＳＩ−ＲＳは、既存のＣＲＳがチャネル測定、ハンドオーバーなどの測定などの目的に加えてデータ復調のために用いられたのとは違い、チャネル測定中心の目的のために設計されたことに特徴がある。もちろん、ＣＳＩ−ＲＳはさらに、ハンドオーバーなどの測定などの目的に用いられてもよい。ＣＳＩ−ＲＳがチャネル状態に関する情報を得る目的にのみ伝送されるから、ＣＲＳとは違い、毎サブフレームごとに伝送されなくてもよく、ロングターム周期で伝送可能である。したがって、ＣＳＩ−ＲＳ伝送によるオーバーヘッドを減らすために、基地局は、ＣＳＩ−ＲＳを時間軸上で間欠的に伝送し、データ復調のためには、該当の時間−周波数領域でスケジューリングされた端末に専用の（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ）ＤＭ−ＲＳを伝送する。すなわち、特定端末のＤＭ−ＲＳは、該当の端末がスケジューリングされた領域、すなわち、データを受信できる時間−周波数領域でのみ伝送される。

このように、ＬＴＥ−Ａシステムでは、基地局は端末のチャネル推定のための参照信号を時間軸上で間欠的にロングターム周期で伝送するが、チャネル推定のための目的であるから広帯域で伝送する。このことから、ロングタームＰＭＩは、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）ＰＭＩということもできる。

図４を再び参照すると、ＲＩ周期とロングタームＰＭＩ周期が同一なので、Ｓ４５０段階で、端末は、決定されたＲＩと選択された一つのＰＭＩのインデックスとをジョイントエンコーディングし、同一サブフレームで基地局にフィードバックすることができる。

次に、端末がショートタームＰＭＩ、ＣＱＩを計算して基地局にフィードバックする方法について説明する。まず、端末のプロセッサ１５５は、ショートタームＰＭＩのためのコードブック

を求めるために、上記の数学式１のようにロングタームＰＭＩコードブックを用いてコードブック変換を行う。この時、ショートタームＰＭＩのためのコードブックは、ＬＴＥシステム標準と同様に、ロングタームＲＩ値によって決定することができる。端末のプロセッサ１５５は、変換されたコードブック

を用いてＳＩＮＲまたは伝送量などを算定した後に、算定された値に基づいて最適のショートタームＰＭＩのためのコードブック

とＣＱＩを求めることができる。これらの値は、ショートターム周期を有するので、ロングタームＲＩ及びロングタームＰＭＩ周期中に１回以上伝送されるが、端末のプロセッサ１５５は、最も最近に求めたロングタームＲＩ及びロングタームＰＭＩを用いて計算すればよい。

図５は、基地局が端末からロングターム、ショートタームでＣＳＩフィードバックを受ける手順の一例を示す図である。

図５を参照すると、基地局は端末からロングタームＲＩ及びロングタームＰＭＩをフィードバックされる（Ｓ５１０）。すなわち、基地局は端末からロングターム周期でＲＩ及びＰＭＩを受信することができる。そして、基地局は端末からショートタームＰＭＩ及びＣＱＩをフィードバックされる（Ｓ５２０）。その後、基地局は、コードブック変換及びＣＳＩに基づいてスケジューリングを行う（Ｓ５３０）。この時、基地局は、端末がコードブック変換する方式と同一の方式で変換を行い、変換されたコードワード

を求める。その後、

と端末から受信したＣＳＩ（例えば、ＣＱＩ、ＲＩ）に基づいてスケジューリングを行う。

第２の実施例
本発明に係るＣＳＩフィードバック伝送方法の他の実施例として、ＲＩフィードバック周期をロングタームＰＭＩフィードバック周期よりも大きくてもよい。ＲＩフィードバック周期がロングタームＰＭＩの周期よりも大きい場合に、端末はＲＩとロングタームＰＭＩを異なる周期で伝送するようになる。ＲＩの周期中にロングタームＰＭＩが一回以上フィードバックされる。ＲＩ周期及びロングタームＰＭＩ周期が同一である上述の第１の実施例の場合に比較すると、ロングタームＰＭＩ（または、広帯域ＰＭＩ）がＲＩに依存して決定されるという点で共通する。ただし、本実施例では、端末がロングタームＰＭＩ及びＲＩ情報をジョイントエンコーディングするのではなく、個別エンコーディング（ｓｅｐａｒａｔｅ ｅｎｃｏｄｉｎｇ）して基地局にフィードバックすることを提案する。

すなわち、ＲＩが１の場合に、端末は、ロングタームコードブックをコードブック

に設定してロングタームチャネル共分散行列の量子化されたコードワードをフィードバックし、ＲＩが２以上の場合は、コードブック

からユニタリーコードワードを選択して基地局にフィードバックする。

であり、ＲＩが１でない時に、端末は、コードブックのサイズが１であるからロングタームＰＭＩをフィードバックする必要はなく、該当の周波数−時間リソースにショートタームＰＭＩなどの他の情報を載せて基地局にフィードバックすることができる。このような方式を端末及び基地局間のダウンリンクＣＳＩフィードバックに適用すると、一例として、端末と基地局間の手順は下記のようになる。

本実施例で、ＲＩを決定する手順は、図４で説明したＲＩ周期とロングタームＰＭＩ周期とが同一である場合における端末の手順と同様になる。端末のプロセッサ１５５は、ダウンリンクチャネル状態を推定してＲＩを決定することができる。端末のプロセッサ１５５は、計算されたＲＩ値に基づいてロングタームＰＭＩ（または、広帯域ＰＭＩ）を選択することができる。そして、端末は、決定したＲＩ及び選択されたロングタームＰＭＩ（すなわち、選択されたロングタームＰＭＩのインデックス）を基地局にフィードバックすることができる。

ＲＩ＝１の場合に、端末のプロセッサ１５５は、コードブック

から、ロングタームチャネル共分散行列と最小距離を有するコードワードを選択する。一方、ＲＩ＞１の場合は、端末のプロセッサ１５５は、コードブック

からコードワードを選択する。後者において

であれは、コードワードは１個しかないので、端末はロングタームＰＭＩを基地局にフィードバックせず、該当の周波数−時間リソースを他の用途に用いることができる。一例として、端末は、ショートタームＰＭＩなどの情報をフィードバックすることができる。

図６は、端末のＣＳＩフィードバックの一例を示す図である。

図６を参照すると、端末が、ショートタームＰＭＩの他に、伝送可能な情報が複数ある場合には、伝送する情報が何であるかも基地局に共にフィードバックする必要がある。図６で、

は順に、ショートタームＰＭＩ周期、ロングタームＰＭＩ周期、ＲＩ周期を表し、ショートタームＰＭＩ周期とＣＱＩの周期は同一である。

まず、端末がショートタームＰＭＩ、ＣＱＩを計算し、これをフィードバックする過程について説明する。

端末のプロセッサ１５５は、ショートタームＰＭＩのためのコードブック

を求めるために、上記の数学式１のように、ロングタームＰＭＩのためのコードブックを用いてコードブック変換を行う。この時、ショートタームＰＭＩのためのコードブックは、ＬＴＥシステム標準と同様に、ロングタームＲＩ値によって決定することができる。端末のプロセッサ１５５は、変換されたコードワード

を用いてＳＩＮＲまたは伝送量などを算定した後に、算定された値に基づいて最適のショートタームＰＭＩ

とＣＱＩを求めることができる。これらの値は、ショートターム周期を有するので、ロングタームＲＩ及びロングタームＰＭＩ周期中に１回以上伝送されるが、端末は、最も最近に求めたロングタームＲＩ及びロングタームＰＭＩを用いて計算すればよい。ＲＩ＞１であり、

非−変換（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）方式にフォールバック（ｆａｌｌｂａｃｋ）する。

次に、基地局が端末からロングターム、ショートタームでＣＳＩをフィードバックされる過程の一例について説明する。基地局は、最も長い周期で端末からロングタームＲＩを受信することができる。そして、基地局は、ＲＩ周期よりも小さいロングターム周期で端末からロングタームＰＭＩを受信することができる。ただし、高いランクにおいてロングタームＰＭＩが一つの値に固定されており、ロングタームＰＭＩをフィードバックする必要がない場合に、基地局が端末から該当の周波数−時間リソースを通じて受信した情報はロングタームＰＭＩではなく、ショートタームＰＭＩ、ＣＱＩなどになり得る。基地局はショートターム周期で端末からＰＭＩ及びＣＱＩを受信した後に、コードブック変換する方式と同じ方式で変換を行い、変換されたコードワード

を計算することができる。その後、基地局は、

、及び端末からフィードバックされたＣＳＩに基づいてスケジューリングを行う。

第３の実施例
本発明に係るＣＳＩフィードバック伝送方法のさらに他の例として、ＲＩフィードバック周期がロングタームフィードバック周期よりも小さくてもよい。ＲＩフィードバック周期がロングタームＰＭＩの周期よりも小さい場合に、ロングタームＰＭＩの周期内にＲＩが１回以上フィードバックされる。端末がフィードバックするロングタームコードブックは、ランクによらずにコードブック

と固定することができる。この場合、ＲＩが、事前に決定された値よりも小さいと、ロング−タームＰＭＩコードブックを実際のコードブック変換のために用いることができる。もし、ＲＩが事前に決定された値より大きいまたは同一であれば、コードブックを変換しない非−変換コードブック方式にフォールバック（ｆａｌｌｂａｃｋ）する。

端末及び基地局間におけるダウンリンクＣＳＩフィードバックにこのような方式を適用すると、一例として、端末及び基地局の手順は、下記のようになる。

本実施例で、ＲＩを決定する手順は、図４で説明した、ＲＩ周期とロングタームＰＭＩ周期が同一である場合における手順と同様にすればいい。端末のプロセッサ１５５は、ダウンリンクチャネル状態を推定してＲＩを決定することができる。しかし、端末のプロセッサ１５５は、ＲＩ値によらず、コードブック

から、ロングタームチャネル共分散行列と最小距離を有するコードワードを選択し、それを基地局にフィードバックすることができる。

次に、端末がショートタームＰＭＩ、ＣＱＩを計算して基地局にフィードバックする方法について説明する。まず、端末のプロセッサ１５５は、ショートタームＰＭＩ

を求めるために、上記の数学式１のようにロングタームＰＭＩを用いてコードブック変換を行う。この時、ショートタームＰＭＩのためのコードブックは、ＬＴＥシステム標準と同様に、ロングタームＲＩ値によって決定することができる。

に掛けられるロングタームＰＭＩ行列は、ＲＩに従って下記のように変わる。

ＲＩ＝１の場合に、端末のプロセッサ１５５は、上記の数学式１で説明した方式によってロングタームＰＭＩを用いて変換を行い、ＲＩ＞１の場合には、端末のプロセッサ１５５が、上記の数学式１で説明したコードブック変換方式を行い、かつロング−タームＰＭＩは恒等行列（Ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｍａｔｒｉｘ）であるとする。端末のプロセッサ１５５は、変換されたコードワード

を用いてＳＩＮＲまたは伝送量などを算定した後に、算定された値に基づいて最適のショートタームＰＭＩ

とＣＱＩを求める。これらの値は、ショートターム周期を有するからＲＩ周期中に１回以上伝送され、端末は、最も最近に求めたＲＩとロングタームＰＭＩを用いて計算すればよい。ＲＩ＞１、及び

非−変換（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）方式にフォールバック（ｆａｌｌｂａｃｋ）する。

端末のプロセッサ１５５は、変換されたコードワード

を用いてＳＩＮＲまたは伝送量などを算定し、算定された値に基づいて最適のショートタームＰＭＩ

とＣＱＩを求めることができる。これらの値は、ショートターム周期を有するから、ロングタームＲＩ及びロングタームＰＭＩ周期中に１回以上伝送され、端末は、最も最近に求めたロングタームＲＩ及びロングタームＰＭＩを用いて計算すればいい。

基地局は端末から最長の周期でロングタームＰＭＩを受信する。この時、基地局はロングタームＰＭＩ周期中に１個以上のＲＩを端末から受信する。そして、基地局は、ショートターム周期で伝送されるＰＭＩ、ＣＱＩを端末から受信する。その後、基地局は、端末がコードブック変換する方式と同一の方式で変換されたコードブック

を求める。そして、基地局は、

、及び端末からフィードバックされたＣＳＩ（例えば、ＣＱＩ、ＲＩ）に基づいてスケジューリングを行う。

前述したコードブック構成において、ロングタームＰＭＩのためのコードブックのサイズはＮｔ×Ｎｔであり、ショートタームＰＭＩのためのコードブックのサイズはＮｔ×ｒになり、最終的にＮｔ×ｒのコードブックが生成される（ここで、ｒ＝ランク）。Ｎｔ×ｒサイズのコードブックを生成する他の方式には、Ｎｔ×ｒのＰＭＩのためのコードブックとｒ×ｒのＰＭＩのためのコードブックとを掛ける方法がある。この場合も同様、ランクが一定値以上に大きくなると、ｒ×ｒサイズのＰＭＩは、恒等行列（ｉｄｅｎｔｉｔｙ ｍａｔｒｉｘ）に限定したり、または、恒等行列を一部のユニタリー行列に限定して用いればよい。一例として、Ｎｔ×ｒのＰＭＩは、チャネルの優位特異ベクトル

の量子化された値を表現し、ＬＴＥシステムのＲｅｌｅａｓｅ ８コードブックになる。

上記の第２実施例では、ロングタームＰＭＩとショートタームＰＭＩを異なるサブフレームで送る場合を考慮したが、同一のサブフレーム上で同時に伝送される場合も考慮することができる。特に、ロングタームＰＭＩ及びショートタームＰＭＩが、時間軸上のチャネル情報ではなく、それぞれ、周波数軸上のチャネル情報であれば、広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）ＰＭＩ及び副帯域（ｓｕｂｂａｎｄ）ＰＭＩと呼ぶこともできる。端末は、このような広帯域ＰＭＩ及び副帯域ＰＭＩを共に基地局に送ることを考慮することができる。端末は、ＲＩを長い周期でＰＵＣＣＨを通じて基地局に単独で伝送すると、残りのロングタームＰＭＩ（または、広帯域ＰＭＩ）、ショートタームＰＭＩ（または、副帯域ＰＭＩ）、ＣＱＩの３つの情報は、短い周期でＰＵＣＣＨを通じて共に基地局に伝送することができる。本発明では、このような環境でＲＩ値に従ってＰＭＩコードブックサイズが変わる場合に、ショートタームＰＭＩ、ロングタームＰＭＩ、ＣＱＩを效果よく伝送する２つの方法を提案する。

図７Ａ及び図７Ｂはそれぞれ、ＲＩ値の変化に従うフィードバック伝送方法の例を示す図である。図７で、

は順に、ショートタームＰＭＩとＲＩ周期を表し、ショートタームＰＭＩ周期、ＣＱＩの周期及びロングタームＰＭＩの周期は同一である。

ランクが高くなるにつれてコードブックのサイズが小さくなると、高いランクでは、ＰＭＩとＣＱＩ伝送のためのＰＵＣＣＨのペイロードサイズをより小さくすることができる。例えば、８Ｔｘコードブックサイズがランク５以上で１と固定されるとすれば（すなわちランク５以上では１個のＰＭＩしか存在しないとすれば）、図７Ａに示すように、端末はランク５以上では、ＣＱＩのみを基地局にフィードバックすることができる。このように、制御信号ペイロードサイズがランクによって減少した場合に、まず第一にＣＱＩコーディング率（ｃｏｄｉｎｇ ｒａｔｅ）を低くしても、ＣＱＩのビット誤り率（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ、ＢＥＲ）を維持することができる。

ＬＴＥシステムでは、１１ビットのＰＵＣＣＨペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）に対してチャネルコーディングを行うが、ＣＱＩのみを伝送すると、７ビット（この場合は２コードワード伝送に該当）または４ビット（この場合は１コードワード伝送に該当）ソース（ｓｏｕｒｃｅ）にチャネルコーディングを行うため、より強力なコーディングをすることが可能である。または、コーディング率はそのまま維持し、パワーを減らして伝送する方法も考慮することができる。例えば、７ビットＣＱＩと４ビットＰＭＩがＰＵＣＣＨに割り当てられており、かつ特定ランクでＰＭＩが１個の値と固定される場合に、１１ビットＰＵＣＣＨのうちの４ビットは、次のランク情報が生成されるまで特定ビットと固定され、７ビットのみがＣＱＩのために用いられるとすれば、図７Ｂに示すように、一定大きさだけ伝送パワーを減らしても、同じビット誤り率を維持することができる。すなわち、コーディング率は維持しながらも、パワーデブースティング（ｐｏｗｅｒ ｄｅｂｏｏｓｔｉｎｇ）を通じて同一のビット誤り率を維持することができる。

ＭＬ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）デコーディング観点で考えると、特定ＲＩにおいて２１１個のコードのいずれか一つでデコーディングを行うが、途中でＰＭＩが１個の値と固定されると、２７個のコードのいずれか一つでデコーディングを行うため、デコーディングに成功する確率は非常に増加する。一方、コーディング率は維持しながら、伝送パワーを一部減らしても、同じビット誤り率を維持することができる
以上で説明された実施例は、本発明の構成要素及び特徴を所定の形態に結合したものである。各構成要素または特徴は、別の明示的な言及がない限り、選択的なものとして考慮すればよい。各構成要素または特徴は、他の構成要素や特徴と結合しない形態で実施してもよい。また、一部の構成要素及び／または特徴を結合して本発明の実施例を構成してもよい。本発明の実施例で説明される動作の順序は変更可能である。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または特徴に代わってもよい。特許請求の範囲で明示的な引用関係を有し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ることもできることは明らかである。

本発明は本発明の精神及び必須特徴から逸脱しない範囲で他の特定の形態に具体化できるということは当業者には自明である。そのため、上記の詳細な説明はいずれの面においても制約的に解釈されてはならず、例示的なものとして考慮されなければならない。本発明の範囲は、添付した請求項の合理的解釈により決定すべきものであり、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 (16)

1. 無線通信システムにおいてユーザー機器（ＵＥ）でチャネル状態情報（ＣＳＩ）報告を伝送するための方法であって、該方法は、
   第１のＣＳＩフィードバックタイプに従って、第１の報告周期で、ランク指示子（ＲＩ）と第１のタイプのプリコーディング行列指示子（ＰＭＩ）とを基地局（ＢＳ）に伝送することと、
   第２のＣＳＩフィードバックタイプに従って、第２の報告周期で、第２のタイプのＰＭＩとチャネル品質情報（ＣＱＩ）とを該ＢＳに伝送することと
   を含み、
   該ＲＩと該第１のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされ、物理アップリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）を介して伝送され、
   該ＲＩと該第２のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされず、該第２のタイプのＰＭＩと該ＣＱＩは、該ＰＵＣＣＨを介して伝送され、
   該第１のタイプのＰＭＩの該第１の報告周期は、該第２のタイプのＰＭＩの該第２の報告周期と等しいか、該第２のタイプのＰＭＩの該第２の報告周期よりも長く、
   ランクが２である場合に、該ジョイントコーディングされたＲＩおよび第１のタイプのＰＭＩのサイズは４ビットであり、
   該第２のタイプのＰＭＩは、最近のＲＩと最近の第１のタイプのＰＭＩとに基づいて計算される、方法。
2. 前記ジョイントコーディングされたＲＩおよび第１のタイプのＰＭＩは、同じサブフレームで伝送される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＲＩおよび前記第２のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされず、それぞれ異なるサブフレームで伝送される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のタイプのＰＭＩまたは前記第２のタイプのＰＭＩのうちの少なくとも１つは、広帯域ＰＭＩである、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１のタイプのＰＭＩは、ロングタームＰＭＩであり、前記第２のタイプのＰＭＩは、ショートタームＰＭＩである、請求項１に記載の方法。
6. 無線通信システムにおいてチャネル状態情報（ＣＳＩ）報告を伝送するためのユーザー機器（ＵＥ）装置であって、該ＵＥ装置は、
   第１のＣＳＩフィードバックタイプに従って、第１の報告周期で、ランク指示子（ＲＩ）と第１のタイプのプリコーディング行列指示子（ＰＭＩ）とを基地局（ＢＳ）に伝送することと、
   第２のＣＳＩフィードバックタイプに従って、第２の報告周期で、第２のタイプのＰＭＩとチャネル品質情報（ＣＱＩ）とを該ＢＳに伝送することと
   を実行するように構成された送信器を含み、
   該ＲＩと該第１のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされ、物理アップリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）を介して伝送され、
   該ＲＩと第２のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされず、該第２のタイプのＰＭＩと該ＣＱＩは、該ＰＵＣＣＨを介して伝送され、
   該第１のタイプのＰＭＩの該第１の報告周期は、該第２のタイプのＰＭＩの該第２の報告周期と等しいか、該第２のタイプのＰＭＩの該第２の報告周期よりも長く、
   ランクが２である場合に、該ジョイントコーディングされたＲＩおよび第１のタイプのＰＭＩのサイズは４ビットであり、
   該第２のタイプのＰＭＩは、最近のＲＩと最近の第１のタイプのＰＭＩとに基づいて計算される、ＵＥ装置。
7. 前記ジョイントコーディングされたＲＩおよび第１のタイプのＰＭＩは、同じサブフレームで伝送される、請求項６に記載のＵＥ装置。
8. 前記ＲＩおよび前記第２のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされず、それぞれ異なるサブフレームで伝送される、請求項６に記載のＵＥ装置。
9. 前記第１のタイプのＰＭＩまたは前記第２のタイプのＰＭＩのうちの少なくとも１つは、広帯域ＰＭＩである、請求項６に記載のＵＥ装置。
10. 前記第１のタイプのＰＭＩは、ロングタームＰＭＩであり、前記第２のタイプのＰＭＩは、ショートタームＰＭＩである、請求項６に記載のＵＥ装置。
11. 無線通信システムにおいて基地局（ＢＳ）によってチャネル状態情報（ＣＳＩ）報告を受信するための方法であって、該方法は、
    ユーザー機器（ＵＥ）から、第１のＣＳＩフィードバックタイプに従って、第１の報告周期で、ランク指示子（ＲＩ）と第１のタイプのプリコーディング行列指示子（ＰＭＩ）とを受信することと、
    該ＵＥから、第２のＣＳＩフィードバックタイプに従って、第２の報告周期で、第２のタイプのＰＭＩとチャネル品質情報（ＣＱＩ）とを受信することと
    を含み、
    該ＲＩと該第１のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされ、物理アップリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）を介して受信され、
    該ＲＩと該第２のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされず、該第２のタイプのＰＭＩと該ＣＱＩは、該ＰＵＣＣＨを介して受信され、
    該第１のタイプのＰＭＩの該第１の報告周期は、該第２のタイプのＰＭＩの該第２の報告周期よりも長く、
    ランクが２である場合に、該ジョイントコーディングされたＲＩおよび第１のタイプのＰＭＩのサイズは４ビットであり、
    該第２のタイプのＰＭＩは、最近のＲＩと最近の第１のタイプのＰＭＩとに基づいて計算される、方法。
12. 前記ジョイントコーディングされたＲＩおよび第１のタイプのＰＭＩは、同じサブフレームで受信される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ＲＩおよび前記第２のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされず、それぞれ異なるサブフレームで受信される、請求項１１に記載の方法。
14. 無線通信システムにおいてチャネル状態情報（ＣＳＩ）報告を受信するための基地局（ＢＳ）装置であって、該ＢＳ装置は、
    ユーザー機器（ＵＥ）から、第１のＣＳＩフィードバックタイプに従って、第１の報告周期で、ランク指示子（ＲＩ）と第１のタイプのプリコーディング行列指示子（ＰＭＩ）とを受信することと、
    該ＵＥから、第２のＣＳＩフィードバックタイプに従って、第２の報告周期で、第２のタイプのＰＭＩとチャネル品質情報（ＣＱＩ）とを受信することと
    を実行するように構成された受信器を含み、
    該ＲＩと該第１のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされ、物理アップリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）を介して受信され、
    該ＲＩと該第２のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされず、該第２のタイプのＰＭＩと該ＣＱＩは、該ＰＵＣＣＨを介して受信され、
    該第１のタイプのＰＭＩの該第１の報告周期は、該第２のタイプのＰＭＩの該第２の報告周期よりも長く、
    ランクが２である場合に、該ジョイントコーディングされたＲＩおよび第１のタイプのＰＭＩのサイズは４ビットであり、
    該第２のタイプのＰＭＩは、最近のＲＩと最近の第１のタイプのＰＭＩとに基づいて計算される、ＢＳ装置。
15. 前記ジョイントコーディングされたＲＩおよび第１のタイプのＰＭＩは、同じサブフレームで受信される、請求項１４に記載のＢＳ装置。
16. 前記ＲＩおよび前記第２のタイプのＰＭＩは、ジョイントコーディングされず、それぞれ異なるサブフレームで受信される、請求項１４に記載のＢＳ装置。