JP6464143B2 - 無線通信システムにおいてチャネル状態情報送信方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、無線通信システムにおいてコードブックのサブサンプリングを用いてチャネル状態情報を送信する方法及びそのための装置に関する。

本発明を適用できる無線通信システムの一例として、３ＧＰＰ ＬＴＥ（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す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多重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以上のセルが存在する。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。基地局同士の間には、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）単位に端末の移動性を管理する。

無線通信技術は、ＷＣＤＭＡ（登録商標）に基づいてＬＴＥにまで開発されてきたが、ユーザと事業者の要求と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進化が要求される。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、単純構造と開放型インターフェース、端末の適度な電力消耗などが要求される。

ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術とは、１個の送信アンテナと１個の受信アンテナを用いる今までの方法から脱皮し、多重送信アンテナと多重受信アンテナを採択して送受信データ効率を向上させることができる方法のことをいう。すなわち、無線通信システムの送信端（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｅｎｄ）或いは受信端（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｅｎｄ）で多重アンテナを用いて容量を増大させたり性能を改善させる技術である。ＭＩＭＯ技術を多重アンテナ技術と呼ぶこともできる。

多重アンテナ送信を支援するために、送信情報をそれぞれのアンテナに、チャネル状況などに応じて適切に割り振るプリコーディング行列を適用することができる。

上述したような議論に基づき、以下では、無線通信システムにおいてチャネル状態情報を送信する方法及びそのための装置を提案する。

本発明で遂げようとする技術的課題は、上記の技術的課題に制限されず、言及していない他の技術的課題は、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とって明らかになるであろう。

前記問題点を解決するために、本発明の一実施例に係る、無線通信システムにおいて端末がチャネル状態情報（ＣＳＩ）を送信する方法は、１６個のプリコーディング行列を含む４アンテナポート用のコードブックをサブサンプリング（ｓｕｂｓａｍｐｌｉｎｇ）するステップと、前記サブサンプリングされたコードブックに基づいてＣＳＩをフィードバックするステップとを有し、ＲＩ（Ｒａｎｋ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）が４である場合、前記サブサンプリングされたコードブックは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、インデックス０を有する第１プリコーディング行列、インデックス２を有する第３プリコーディング行列、インデックス８を有する第９プリコーディング行列、及びインデックス１０を有する第１１プリコーディング行列を含むことができる。

本発明の他の実施例に係る、無線通信システムにおいてチャネル状態情報（ＣＳＩ）を送信する端末は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ユニットと、プロセッサとを備え、前記プロセッサは、１６個のプリコーディング行列を含む４アンテナポート用のコードブックをサブサンプリング（ｓｕｂｓａｍｐｌｉｎｇ）し、前記サブサンプリングされたコードブックに基づいてＣＳＩをフィードバックするように構成され、ＲＩ（Ｒａｎｋ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）が４である場合、前記サブサンプリングされたコードブックは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、インデックス０を有する第１プリコーディング行列、インデックス２を有する第３プリコーディング行列、インデックス８を有する第９プリコーディング行列、及びインデックス１０を有する第１１プリコーディング行列を含むことができる。

本発明に係る上記の実施例において次の事項を共通に適用することができる。

前記第１プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第３プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第９プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第１１プリコーディング行列は次のように構成されてもよい。

前記サブサンプリングステップは、次の式を用いて前記４アンテナポート用のコードブックをサブサンプリングし、

前記Ｉ_ＰＭＩ２は、０乃至３のいずれかの値を有するプリコーディング行列のインデックスを表すことができる。

前記サブサンプリングステップは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、実数値のみを含むプリコーディング行列を対象にサブサンプリングすることができる。

前記サブサンプリングステップは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方法に対応するプリコーディング行列を対象にサブサンプリングすることができる。

前記サブサンプリングステップは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、Ｘ−ｐｏｌ（ｃｒｏｓｓ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）アンテナに対応する値からなるプリコーディング行列を対象にサブサンプリングすることができる。
前記１６個のプリコーディング行列のうち、第２プリコーディング行列は次のように構成され、

第４プリコーディング行列は次のように構成され、

第５プリコーディング行列は次のように構成され、

第６プリコーディング行列は次のように構成され、

第７プリコーディング行列は次のように構成され、

第８プリコーディング行列は次のように構成され、

第１０プリコーディング行列は次のように構成され、

第１２プリコーディング行列は次のように構成され、

第１３プリコーディング行列は次のように構成され、

第１４プリコーディング行列は次のように構成され、

第１５プリコーディング行列は次のように構成され、

第１６プリコーディング行列は次のように構成されてもよい。

本発明について前述した一般的な説明と後述する詳細な説明は例示的なものであり、請求項に記載の発明に関する更なる説明のためのものである。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（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（ＣＳＩ）を送信する方法であって、
１６個のプリコーディング行列を含む４アンテナポート用のコードブックをサブサンプリング（ｓｕｂｓａｍｐｌｉｎｇ）するステップと、
前記サブサンプリングされたコードブックに基づいてＣＳＩをフィードバックするステップと、
を有し、
ＲＩ（Ｒａｎｋ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）が４である場合、前記サブサンプリングされたコードブックは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、インデックス０を有する第１プリコーディング行列、インデックス２を有する第３プリコーディング行列、インデックス８を有する第９プリコーディング行列、及びインデックス１０を有する第１１プリコーディング行列を含む、チャネル状態情報送信方法。
（項目２）
前記第１プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第３プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第９プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第１１プリコーディング行列は次のように構成される、

項目１に記載のチャネル状態情報送信方法。
（項目３）
前記サブサンプリングステップは、次の式を用いて、前記４アンテナポート用のコードブックをサブサンプリングし、

前記Ｉ _ＰＭＩ２ は、０乃至３のいずれかの値を有するプリコーディング行列のインデックスを表す、項目１に記載のチャネル状態情報送信方法。
（項目４）
前記サブサンプリングステップは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、実数値のみを含むプリコーディング行列を対象にサブサンプリングする、項目１に記載のチャネル状態情報送信方法。
（項目５）
前記サブサンプリングステップは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方法に対応するプリコーディング行列を対象にサブサンプリングする、項目１に記載のチャネル状態情報送信方法。
（項目６）
前記サブサンプリングステップは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、Ｘ−ｐｏｌ（ｃｒｏｓｓ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）アンテナに対応する値からなるプリコーディング行列を対象にサブサンプリングする、項目１に記載のチャネル状態情報送信方法。
（項目７）
前記１６個のプリコーディング行列のうち、第２プリコーディング行列は次のように構成され、

第４プリコーディング行列は次のように構成され、

第５プリコーディング行列は次のように構成され、

第６プリコーディング行列は次のように構成され、

第７プリコーディング行列は次のように構成され、

第８プリコーディング行列は次のように構成され、

第１０プリコーディング行列は次のように構成され、

第１２プリコーディング行列は次のように構成され、

第１３プリコーディング行列は次のように構成され、

第１４プリコーディング行列は次のように構成され、

第１５プリコーディング行列は次のように構成され、

第１６プリコーディング行列は次のように構成される、

項目１に記載のチャネル状態情報送信方法。
（項目８）
無線通信システムにおいてチャネル状態情報（ＣＳＩ）を送信する端末であって、
ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ユニットと、
プロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、
１６個のプリコーディング行列を含む４アンテナポート用のコードブックをサブサンプリング（ｓｕｂｓａｍｐｌｉｎｇ）し、
前記サブサンプリングされたコードブックに基づいてＣＳＩをフィードバックするように構成され、
ＲＩ（Ｒａｎｋ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）が４である場合、前記サブサンプリングされたコードブックは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、インデックス０を有する第１プリコーディング行列、インデックス２を有する第３プリコーディング行列、インデックス８を有する第９プリコーディング行列、及びインデックス１０を有する第１１プリコーディング行列を含む、端末。
（項目９）
前記第１プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第３プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第９プリコーディング行列は次のように構成され、

前記第１１プリコーディング行列は次のように構成される、

項目８に記載の端末。
（項目１０）
前記サブサンプリングステップは、次の式を用いて前記４アンテナポート用のコードブックをサブサンプリングし、

前記Ｉ _ＰＭＩ２ は、０乃至３のいずれかの値を有するプリコーディング行列のインデックスを表す、項目８に記載の端末。
（項目１１）
前記プロセッサは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、実数値のみを含むプリコーディング行列を対象にサブサンプリングする、項目８に記載の端末。
（項目１２）
前記プロセッサは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方法に対応するプリコーディング行列を対象にサブサンプリングする、項目８に記載の端末。
（項目１３）
前記プロセッサは、前記１６個のプリコーディング行列のうち、Ｘ−ｐｏｌ（ｃｒｏｓｓ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）アンテナに対応する値からなるプリコーディング行列を対象にサブサンプリングする、項目８に記載の端末。
（項目１４）
前記１６個のプリコーディング行列のうち、第２プリコーディング行列は次のように構成され、

第４プリコーディング行列は次のように構成され、

第５プリコーディング行列は次のように構成され、

第６プリコーディング行列は次のように構成され、

第７プリコーディング行列は次のように構成され、

第８プリコーディング行列は次のように構成され、

第１０プリコーディング行列は次のように構成され、

第１２プリコーディング行列は次のように構成され、

第１３プリコーディング行列は次のように構成され、

第１４プリコーディング行列は次のように構成され、
第１５プリコーディング行列は次のように構成され、

第１６プリコーディング行列は次のように構成される、

項目８に記載の端末。

本発明の実施例によれば、無線通信システムにおいてコードブックのサブサンプリングを用いてチャネル状態情報を効率的に送信できる方法及び装置を提供することができる。

本発明で得られる効果は、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、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。

本発明に関する理解を助けるために詳細な説明の一部として含まれる添付の図面は、本発明に関する実施例を提供し、詳細な説明と共に本発明の技術的思想を説明する。
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。 図２は、３ＧＰＰ無線接続ネットワーク規格に基づく端末とＥ−ＵＴＲＡＮ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）構造を示す図である。 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。 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５は、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。 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７は、一般的な多重アンテナ（ＭＩＭＯ）通信システムを示す構成図である。 図８乃至図１１は、チャネル状態情報の周期的報告について例示する図である。 図８乃至図１１は、チャネル状態情報の周期的報告について例示する図である。 図８乃至図１１は、チャネル状態情報の周期的報告について例示する図である。 図８乃至図１１は、チャネル状態情報の周期的報告について例示する図である。 図１２及び図１３は、非−階層的コードブック使用時に、チャネル状態情報を周期的に報告する過程を例示する図である。 図１２及び図１３は、非−階層的コードブック使用時に、チャネル状態情報を周期的に報告する過程を例示する図である。 図１４は、階層的コードブック使用時に、チャネル状態情報を周期的に報告する過程を例示する図である。 図１５は、本発明に係るチャネル状態情報送信方法を示すフローチャートである。 図１６は、本発明の一実施例に適用可能な基地局及び端末を示す図である。

以下に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。以下に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、上述した定義に該当する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して適用されてもよい。

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路のことを意味する。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）層とは送信チャネル（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を介して接続されている。該送信チャネルを通じて媒体接続制御層と物理層との間にデータが移動する。送信側の物理層と受信側の物理層との間に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、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支援する。ＲＬＣ層の機能は、ＭＡＣ内部の機能ブロックとしてもよい。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のようなＩＰパケットを効率的に送信するために、余分の制御情報を減らすヘッダー圧縮（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、無線ベアラー（Ｒａｄｉｏ Ｂｅａｒｅｒ）の設定（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）、再設定（Ｒｅ−ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）及び解除（Ｒｅｌｅａｓｅ）に関連して、論理チャネル、送信チャネル及び物理チャネルの制御を担当する。無線ベアラー（ＲＢ）とは、端末とネットワーク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休止状態（Ｉｄｌｅ Ｍｏｄｅ）にあるようになる。ＲＲＣ層の上位にあるＮＡＳ（Ｎｏｎ−Ａｃｃｅｓｓ Ｓｔｒａｔｕｍ）層は、セッション管理（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）と移動性管理（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）などの機能を果たす。

基地局（ｅＮＢ）を構成する一つのセルは、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。異なるセルは異なる帯域幅を提供するように設定されてもよい。

ネットワークから端末にデータを送信する下り送信チャネルとしては、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を介し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送信チャネルとしては、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。送信チャネルの上位に存在し、送信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の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；ＤＬ ＲＳ）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）、及び該ＰＤＣＣＨに載せられた情報に基づいて物理下りリンク共有チャネル（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ；ＰＤＳＣＨ）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したり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を介して、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、以降、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を介し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のような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。３ＧＰＰ ＬＴＥ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を介して送信してもよい。

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）で表示される。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。データの送信される単位時間であるＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）は一つ以上のサブフレーム単位に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、サブフレーム内に一定の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、毎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×１ ＯＦＤＭシンボルと定義される最小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ＨＡＲＱ ＡＣＫ／ＮＡＣＫを運ぶために用いられる。すなわち、ＰＨＩＣＨは、ＵＬ ＨＡＲＱのためのＤＬ ＡＣＫ／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、セル特定（ｃｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）にスクランブル（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プされる複数の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は一つ以上のＣＣＥで構成される。ＰＤＣＣＨは、送信チャネルである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を介して送信される。したがって、基地局と端末は一般に、特定の制御情報又は特定のサービスデータ以外は、ＰＤＳＣＨを介し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、これら端末がどのように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、自身が持っているＲＮＴＩ情報を用いてＰＤＣＣＨをモニタリングし、「Ａ」のＲＮＴＩを持っている一つ以上の端末があると、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」と「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区別される。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請である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。

（多重アンテナ（ＭＩＭＯ）システム）
以下、ＭＩＭＯシステムについて説明する。ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）は、複数個の送信アンテナと複数個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個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「多重アンテナ」と呼ぶこともできる。

多重アンテナ技術では、一つの全体メッセージを受信するに単一のアンテナ経路に依存せず、複数のアンテナに受信されたデータ断片（ｆｒａｇｍｅｎｔ）をまとめて併合することによってデータを完成する。多重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障しながら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、移動通信端末と中継機などに幅広く使用することができる。多重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。

一般的な多重アンテナ（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個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個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、多重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個の送信アンテナと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。このような多重アンテナシステムの理論的容量増加が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世代移動通信と次世代無線ＬＡＮなどの様々な無線通信の標準に反映されている。

現在までの多重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多重アンテナ通信容量計算などと関連した情報理論側面の研究、多重アンテナシステムの無線チャネル測定及び模型導出の研究、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。

多重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リングすると、次のように示すことができる。図７に示すように、Ｎ_Ｔ個の送信アンテナとＮ_Ｒ個の受信アンテナが存在するとする。まず、伝送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。

一方、それぞれの送信情報

において送信電力を別々にしてもよい。それぞれの送信電力を

とする場合、送信電力の調整された送信情報をベクトルで示すと、下記の数式３のとおりである。

また、

を送信電力の対角行列

を用いて示すと、下記の数式４のとおりである。

一方、送信電力の調整された情報ベクトル

に重み行列

が適用され、実際に送信されるＮ_Ｔ個の伝送信号（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｓｉｇｎａｌ）

が構成される場合を考慮してみる。重み行列

は、送信情報を送信チャネル状況などに応じて各アンテナに適切に分配する役割を果たす。このように伝送信号

は、ベクトル

を用いて下記の数式５のように表現できる。ここで、

は、ｉ番目の送信アンテナとｊ番目の情報間の重み値を意味する。

は、重み行列（Ｗｅｉｇｈｔ Ｍａｔｒｉｘ）又はプリコーディング行列（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ）と呼ばれる。

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。数式的に例を挙げると、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、多重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、「＃ ｏｆ ｓｔｒｅａｍｓ」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個以上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個以上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。この方法を、多重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との混合（Ｈｙｂｒｉｄ）した形態も可能である。

（チャネル状態情報（ＣＳＩ）フィードバック）
以下、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、チャネル状態情報無しで運用される開ループ（ｏｐｅｎ−ｌｏｏｐ）ＭＩＭＯとチャネル状態情報に基づいて運用される閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ−ｌｏｏｐ）ＭＩＭＯといった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ＰＵＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）又はＰＵＳＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ ＣＨａｎｎｅｌ）を割り当て、下りリンク信号に対するチャネル状態情報（ＣＳＩ）を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フェーディング（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、端末が好む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標準のような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の正確性は、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；ＷＢ）ＰＭＩであるＷ１と、ショートターム（ｓｈｏｒｔ ｔｅｒｍ）及び／又はサブバンド（ｓｕｂ−ｂａｎｄ；ＳＢ）ＰＭＩであるＷ２といった２種類に分けて設計するものと決定された。

上記のＷ１及びＷ２情報から一つの最終ＰＭＩを構成する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。

上記の式８で、Ｗ２は、ショートタームＰＭＩであり、ショートタームチャネル情報を反映するために構成されたコードブックのコードワードを意味し、Ｗは、最終コードブックのコードワード（すなわち、プリコーディング行列）を意味し、

の各列のノルム（ｎｏｒｍ）が１に正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）された行列を意味する。

既存のＷ１とＷ２の具体的な構造は、次の式９のとおりである。

ここで、Ｎｔは、送信アンテナの個数を表し、Ｍは、行列Ｘｉにおける列の個数であり、行列Ｘｉには総Ｍ個の候補列ベクトルがあることを表す。ｅ_Ｍ ^ｋ、ｅ_Ｍ ^ｌ、ｅ_Ｍ ^ｍは、Ｍ個の元素のうち、それぞれ、ｋ番目、ｌ番目、ｍ番目の元素のみが１であり、残りは０である列ベクトルであり、Ｘｉにおけるｋ番目、ｌ番目、ｍ番目の列ベクトルを表す。

はいずれも、単位ノルム（ｕｎｉｔ ｎｏｒｍ）を有する複素値であり、それぞれ、行列Ｘｉにおけるｋ番目、ｌ番目、ｍ番目の列ベクトルを抽出するとき、当該列ベクトルに位相回転（ｐｈａｓｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ）を適用することを表す。ｉは、０以上の整数であり、Ｗ１を指示するＰＭＩインデックスを表す。ｊは、０以上の整数であり、Ｗ２を指示するＰＭＩインデックスを表す。

式９で、コードワードの構造は、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、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。交差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する（ｃｏ−ｌｏｃａｔｅｄ）。

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（ＬＰＩ）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必要がある。説明の便宜のために、上述した構造としたランク１コードワードを、下記の式１０のように例示することができる。

上記の式１０で、コードワードは、Ｎ_Ｔ（送信アンテナの個数）×１のベクトルで表現され、上位ベクトル

と下位ベクトル

で構造化されており、それぞれは、水平アンテナグループと垂直アンテナグループの相関関係特性を示す。

は、各アンテナグループのアンテナ間の相関関係特性を反映して線形位相増加特性を有するベクトルで表現することが有利であり、代表の例としてＤＦＴ（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）行列を用いることができる。

前述したように、ＬＴＥシステムにおいてチャネル状態情報（ＣＳＩ）は、これに制限されるものではないが、ＣＱＩ、ＰＭＩ、ＲＩなどを含むこてができる。各端末の送信モードによってＣＱＩ、ＰＭＩ、ＲＩが全て送信されたり、その一部のみが送信される。チャネル状態情報が周期的に送信される場合を周期的報告（ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ）といい、チャネル状態情報が基地局の要請に応じて送信される場合を非周期的報告（ａｐｅｒｉｏｄｉｃ ｒｅｐｏｒｔｉｎｇ）という。非周期的報告の場合、基地局から上りリンクスケジューリング情報に含まれている要請ビット（ｒｅｑｕｅｓｔ ｂｉｔ）が端末に送信される。その後、端末は、自身の送信モードに基づくチャネル状態情報を上りリンクデータチャネル（ＰＵＳＣＨ）で基地局に伝達する。周期的報告の場合、各端末別に上位層信号によって半−静的（ｓｅｍｉ−ｓｔａｔｉｃ）方式で周期と当該周期におけるオフセットなどがサブフレーム単位にシグナルされる。各端末は、送信モードに基づくチャネル状態情報を、定められた周期で上りリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）を介して基地局に伝達する。チャネル状態情報を送信するサブフレームに上りリンクデータが同時に存在すると、チャネル状態情報はデータと併せて上りリンクデータチャネル（ＰＵＳＣＨ）で送信される。基地局は、各端末のチャネル状況及びセル内の端末分布状況などを考慮して、各端末に適した送信タイミング情報を端末に送信する。送信タイミング情報は、チャネル状態情報を送信するための周期、オフセットなどを含み、ＲＲＣメッセージによって各端末に送信されてもよい。

図８乃至図１１には、ＬＴＥシステムにおいてチャネル状態情報の周期的報告について例示する。

図８を参照すると、ＬＴＥシステムには４つのＣＱＩ報告モードが存在する。具体的に、ＣＱＩ報告モードは、ＣＱＩフィードバックタイプによってＷＢ ＣＱＩとＳＢ ＣＱＩとに分けられ、ＰＭＩ送信の有無によってＰＭＩ不在（Ｎｏ ＰＭＩ）と単一（ｓｉｎｇｌｅ）ＰＭＩとに分けられる。各端末は、ＣＱＩを周期的に報告するために、周期とオフセットの組合せからなる情報をＲＲＣシグナリングを通じて受信する。

図９は、｛周期‘５’、オフセット‘１’｝を示す情報がシグナリングされた場合に端末がチャネル状態情報を送信する例を示す。図９を参照すると、周期‘５’及びオフセット‘１’を示す情報を受信した場合に、端末は、０番目のサブフレームからサブフレームインデックスの増加方向に１サブフレームだけオフセットし、５個のサブフレーム単位にチャネル状態情報を送信する。チャネル状態情報は基本的にＰＵＣＣＨで送信されるが、同一時点にデータ送信のためのＰＵＳＣＨが存在すると、チャネル状態情報はＰＵＳＣＨでデータと共に送信される。サブフレームインデックスは、システムフレーム番号（又は、無線フレームインデックス）（ｎ_ｆ）とスロットインデックス（ｎ_ｓ、０〜１９）との組合せによって定義される。サブフレームは、２個のスロットからなるので、サブフレームインデックスは、１０＊ｎ_ｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_Ｓ／２）で定義することができる。ｆｌｏｏｒ（）は、床関数を表す。

ＷＢ ＣＱＩのみを送信するタイプと、ＷＢ ＣＱＩ及びＳＢ ＣＱＩを全て送信するタイプとが存在する。ＷＢ ＣＱＩのみを送信するタイプは、毎ＣＱＩ送信周期に該当するサブフレームで全体帯域に対するＣＱＩ情報を送信する。一方、図８のように、ＰＭＩフィードバックタイプによってＰＭＩも送信しなければならない場合には、ＰＭＩ情報をＣＱＩ情報と共に送信する。ＷＢ ＣＱＩ及びＳＢ ＣＱＩを全て送信するタイプの場合、ＷＢ ＣＱＩとＳＢ ＣＱＩは交互に送信される。

図１０には、システム帯域が１６個のＲＢで構成されたシステムを例示する。この場合、システム帯域は、２つのＢＰ（Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｐａｒｔ）で構成され（ＢＰ０、ＢＰ１）、それぞれのＢＰは２つのＳＢ（ｓｕｂｂａｎｄ）で構成され（ＳＢ０、ＳＢ１）、それぞれのＳＢは４個のＲＢで構成されると仮定する。この仮定は説明のための例示であり、システム帯域の大きさによってＢＰの個数及び各ＳＢの大きさは異なってもよい。また、ＲＢの個数、ＢＰの個数及びＳＢの大きさによって、それぞれのＢＰを構成するＳＢの個数が異なってもよい。

ＷＢ ＣＱＩ及びＳＢ ＣＱＩを全て送信するタイプの場合、最初のＣＱＩ送信サブフレームでＷＢ ＣＱＩを送信し、次のＣＱＩ送信サブフレームでは、ＢＰ０に属したＳＢ０とＳＢ１のうち、チャネル状態の良いＳＢに対するＣＱＩと当該ＳＢのインデックス（例、Ｓｕｂｂａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＳＳＩ）を送信する。その後、次のＣＱＩ送信サブフレームでは、ＢＰ１に属したＳＢ０とＳＢ１のうち、チャネル状態の良いＳＢに対するＣＱＩと当該ＳＢのインデックスを送信する。このように、ＷＢ ＣＱＩを送信した後、各ＢＰに対するＣＱＩ情報を順次に送信する。２つのＷＢ ＣＱＩの間に、各ＢＰに対するＣＱＩ情報を順次に１〜４回送信することができる。例えば、２つのＷＢ ＣＱＩの間に各ＢＰに対するＣＱＩ情報が１回順次に送信される場合、ＷＢ ＣＱＩ⇒ＢＰ０ ＣＱＩ⇒ＢＰ１ ＣＱＩ⇒ＷＢ ＣＱＩの順に送信することができる。また、２つのＷＢ ＣＱＩの間に各ＢＰに対するＣＱＩ情報が４回順次に送信される場合、ＷＢ ＣＱＩ⇒ＢＰ０ ＣＱＩ⇒ＢＰ１ ＣＱＩ⇒ＢＰ０ ＣＱＩ⇒ＢＰ１ ＣＱＩ⇒ＢＰ０ ＣＱＩ⇒ＢＰ１ ＣＱＩ⇒ＢＰ０ ＣＱＩ⇒ＢＰ１ ＣＱＩ⇒ＷＢ ＣＱＩの順に送信することができる。各ＢＰ ＣＱＩが何回順次に送信されるかに関する情報は、上位層（例、ＲＲＣ層）でシグナルされる。

図１１（ａ）には、端末が｛周期‘５’、オフセット‘１’｝を示す情報をシグナルされた場合にＷＢ ＣＱＩとＳＢ ＣＱＩを全て送信する例を示す。図１１（ａ）を参照すると、ＣＱＩは、種類にかかわらず、シグナルされた周期とオフセットに該当するサブフレームでのみ送信可能である。図１１（ｂ）には、図１１（ａ）の場合においてＲＩがさらに送信される場合を示す。ＲＩは、ＷＢ ＣＱＩ送信周期の何倍数で送信されるかとその送信周期におけるオフセットとの組合せによって上位層（例、ＲＲＣ層）でシグナルされてもよい。ＲＩのオフセットは、ＣＱＩのオフセットに対する相対的な値としてシグナルされる。例えば、ＣＱＩのオフセットが‘１’であり、ＲＩのオフセットが‘０’であれば、ＲＩはＣＱＩと同じオフセットを有する。ＲＩのオフセットは、０と負数の値として定義される。具体的に、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）と同じ環境において、ＲＩの送信周期がＷＢ ＣＱＩ送信周期の１倍であり、ＲＩのオフセットが‘−１’である場合を仮定する。ＲＩの送信周期はＷＢ ＣＱＩ送信周期の１倍であるから、チャネル状態情報の送信周期は事実上同一である。ＲＩは、オフセットが‘−１’であるから、図１１（ａ）におけるＣＱＩのオフセット‘１’に対する‘−１’（すなわち、０番サブフレーム）を基準に送信される。ＲＩのオフセットが‘０’であれば、ＷＢ ＣＱＩとＲＩの送信サブフレームが重なることとなり、この場合、ＷＢ ＣＱＩをドロップ（ｄｒｏｐｐｉｎｇ）し、ＲＩを送信する。

図１２には、図８におけるＭｏｄｅ１−１の場合のＣＳＩフィードバックを例示する。

図１２を参照すると、ＣＳＩフィードバックは、２種類の報告コンテンツであるＲｅｐｏｒｔ １とＲｅｐｏｒｔ ２の送信で構成される。具体的に、Ｒｅｐｏｒｔ １ではＲＩが、Ｒｅｐｏｒｔ ２ではＷＢ ＰＭＩとＷＢ ＣＱＩが送信される。Ｒｅｐｏｒｔ ２は、（１０＊ｎｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_ｓ／２）−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}）ｍｏｄ（Ｎ_ｐｄ）＝０を満たすサブフレームインデックスで送信される。Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}は、図９で例示したＰＭＩ／ＣＱＩ送信のためのオフセット値に該当し、図１２は、Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}＝１の場合を例示する。Ｎ_ｐｄは、隣接したＲｅｐｏｒｔ ２間のサブフレーム間隔を表し、図１２は、Ｎ_ｐｄ＝２の場合を例示する。Ｒｅｐｏｒｔ １は、（１０＊ｎ_ｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_ｓ／２）−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}）ｍｏｄ（Ｍ_ＲＩ＊Ｎ_ｐｄ）＝０を満たすサブフレームインデックスで送信される。Ｍ_ＲＩは、上位層シグナリングによって決められる。また、Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}は、図１１で例示したＲＩ送信のための相対的なオフセット値に該当する。図１２は、Ｍ_ＲＩ＝４及びＮ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}＝−１である場合を例示する。

図１３には、図８におけるＭｏｄｅ２−１の場合のＣＳＩフィードバックを例示する。

図１３を参照すると、ＣＳＩフィードバックは、３種類の報告コンテンツであるＲｅｐｏｒｔ １、Ｒｅｐｏｒｔ ２、Ｒｅｐｏｒｔ ３の送信で構成される。具体的に、Ｒｅｐｏｒｔ １ではＲＩが、Ｒｅｐｏｒｔ ２ではＷＢ ＰＭＩとＷＢ ＣＱＩが、Ｒｅｐｏｒｔ ３ではＳＢ（ｓｕｂｂａｎｄ）ＣＱＩとＬ−ビットサブバンド選択指示子（Ｓｕｂｂａｎｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ、ＳＳＩ）が送信される。Ｒｅｐｏｒｔ ２又はＲｅｐｏｒｔ ３は、（１０＊ｎ_ｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_ｓ／２）−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}）ｍｏｄ（Ｎ_ｐｄ）＝０を満たすサブフレームインデックスで送信される。特に、Ｒｅｐｏｒｔ ２は＜（１０＊ｎ_ｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_ｓ／２）−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}）ｍｏｄ（Ｈ＊Ｎ_ｐｄ）＝０を満たすサブフレームインデックスで送信される。したがって、Ｈ＊Ｎ_ｐｄの間隔ごとにＲｅｐｏｒｔ ２が送信され、隣接したＲｅｐｏｒｔ ２の間におけるサブフレームは、Ｒｅｐｏｒｔ ３送信で埋められる。このとき、Ｈ値は、Ｈ＝Ｊ＊Ｋ＋１であり、ここで、Ｊは、ＢＰ（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｐａｒｔ）の個数である。Ｋは、異なるＢＰ別に一回ずつサブバンドを選別して送信する過程を全ＢＰにわたって行う全体サイクル（ｆｕｌｌ ｃｙｃｌｅ）を連続して何サイクル行うかを示す値であり、上位層シグナリングによって定められる。図１３は、Ｎ_ｐｄ＝２、Ｊ＝３及びＫ＝１である場合を例示する。Ｒｅｐｏｒｔ １の場合は、（１０＊ｎ_ｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_ｓ／２）−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}）ｍｏｄ（Ｍ_ＲＩ＊（Ｊ＊Ｋ＋１）＊Ｎ_ｐｄ）＝０を満たすサブフレームインデックスで送信される。図１３は、Ｍ_ＲＩ＝２及びＮ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}＝−１である場合を例示する。

図１４には、ＬＴＥ−Ａシステムで議論中であるチャネル状態情報の周期的報告について例示する。基地局が８個の送信アンテナを有する場合に、Ｍｏｄｅ２−１では、１−ビット指示子のＰＴＩ（Ｐｒｅｃｏｄｅｒ Ｔｙｐｅ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）パラメータを設定し、ＰＴＩ値によって、図示のように、２つの形態に細分化した周期的報告モードを考慮している。同図で、Ｗ１とＷ２は、式８及び式９を参照して説明した階層的コードブックを指す。Ｗ１とＷ２が全て定められた場合にのみ、これらを結合して完成した形態のプリコーディング行列Ｗが決定される。

図１４を参照すると、周期的報告では、Ｒｅｐｏｒｔ １、Ｒｅｐｏｒｔ ２、Ｒｅｐｏｒｔ ３に該当する互いに異なる内容の報告が、互いに異なる反復周期で報告される。Ｒｅｐｏｒｔ １は、ＲＩと１−ビットＰＴＩ値を報告する。Ｒｅｐｏｒｔ ２は、ＷＢ（ＷｉｄｅＢａｎｄ）Ｗ１（ＰＴＩ＝０のとき）、又はＷＢ Ｗ２及びＷＢ ＣＱＩ（ＰＴＩ＝１のとき）を報告する。Ｒｅｐｏｒｔ ３は、ＷＢ Ｗ２及びＷＢ ＣＱＩ（ＰＴＩ＝０のとき）、又はＳＢ（Ｓｕｂｂａｎｄ）Ｗ２及びＳＢ ＣＱＩ（ＰＴＩ＝１のとき）を報告する。

Ｒｅｐｏｒｔ ２とＲｅｐｏｒｔ ３は、サブフレームインデックスが（１０＊ｎ_ｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_ｓ／２）−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}）ｍｏｄ（Ｎ_Ｃ）＝０を満たすサブフレーム（便宜上、第１サブフレームセットと呼ぶ。）で送信される。Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}は、図９で例示したＰＭＩ／ＣＱＩ送信のためのオフセット値に該当する。また、Ｎｃは、隣接したＲｅｐｏｒｔ ２又はＲｅｐｏｒｔ ３の間のサブフレーム間隔を示す。図１４は、Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}＝１及びＮｃ＝２である場合を例示し、第１サブフレームセットは、奇数インデックスを有するサブフレームで構成される。ｎ_ｆは、システムフレーム番号（又は、無線フレームインデックス）を表し、ｎ_ｓは、無線フレーム内でスロットインデックスを表す。ｆｌｏｏｒ（）は、床関数を表し、Ａ ｍｏｄ Ｂは、ＡをＢで割った余を表す。

第１サブフレームセットにおける一部のサブフレーム上にＲｅｐｏｒｔ ２が位置し、残りのサブフレーム上にＲｅｐｏｒｔ ３が位置する。具体的に、Ｒｅｐｏｒｔ ２は、サブフレームインデックスが（１０＊ｎ_ｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_ｓ／２）−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}）ｍｏｄ（Ｈ＊Ｎｃ）＝０を満たすサブフレーム上に位置する。このため、Ｈ＊Ｎｃの間隔ごとにＲｅｐｏｒｔ ２が送信され、隣接したＲｅｐｏｒｔ ２の間に位置する一つ以上の第１サブフレームはＲｅｐｏｒｔ ３送信で埋められる。ＰＴＩ＝０のとき、Ｈ＝Ｍであり、Ｍは上位層シグナリングによって定められる。図１４は、Ｍ＝２の場合を例示する。ＰＴＩ＝１のとき、Ｈ＝Ｊ＊Ｋ＋１であり、Ｋは上位層シグナリングによって定められ、ＪはＢＰ（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｐａｒｔ）の個数である。図１４は、Ｊ＝３及びＫ＝１の場合を例示する。

Ｒｅｐｏｒｔ １は、サブフレームインデックスが（１０＊ｎ_ｆ＋ｆｌｏｏｒ（ｎ_ｓ／２）−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＣＱＩ}−Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}）ｍｏｄ（Ｍ_ＲＩ＊（Ｊ＊Ｋ＋１）＊Ｎｃ）＝０を満たすサブフレームで送信され、Ｍ_ＲＩは、上位層シグナリングによって定められる。Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}は、ＲＩのための相対的なオフセット値を表し、図１４は、Ｍ_ＲＩ＝２及びＮ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}＝−１である場合を例示する。Ｎ_{ｏｆｆｓｅｔ，ＲＩ}＝−１によって、Ｒｅｐｏｒｔ １とＲｅｐｏｒｔ ２の送信時点が重なり合わなくなる。端末がＲＩ、Ｗ１、Ｗ２値を計算する時、これらは互いに関連して計算される。例えば、ＲＩ値に依存してＷ１とＷ２が計算され、また、Ｗ１に依存してＷ２が計算される。Ｒｅｐｏｒｔ １に続いてＲｅｐｏｒｔ ２及びＲｅｐｏｒｔ ３が全て報告された時点に、基地局はＷ１及びＷ２から最終Ｗを得る。

（８Ｔｘ（送信アンテナ）コードブック）
ＬＴＥ−Ａのような通信システムには、ＭＵ−ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）を用いた多重ユーザダイバーシチ（ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）技術が追加された。そのために、チャネルフィードバック観点で、以前に比べて一層向上した正確性（ａｃｃｕｒａｃｙ）が要求される。ＭＵ−ＭＩＭＯのアンテナ領域（ｄｏｍａｉｎ）で多重化（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）されるＵＥ間の干渉チャネルが存在するため、フィードバックチャネルの正確性（ａｃｃｕｒａｃｙ）が、フィードバックしたＵＥだけでなく、多重化（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）される他のＵＥの干渉にも大きな影響を及ぼすからである。このため、ＬＴＥ−Ａでは、フィードバックチャネル正確性（ａｃｃｕｒａｃｙ）を高めるために、８Ｔｘコードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）のＰＭＩを長期間（ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ）及び／又は広帯域（ｗｉｄｅｂａｎｄ）プリコーダ（ｐｒｅｃｏｄｅｒ）であるＷ^（１）と短期間（ｓｈｏｒｔ ｔｅｒｍ）及び／又は狭帯域（ｓｕｂ−ｂａｎｄ）プリコーダ（ｐｒｅｃｏｄｅｒ）であるＷ^（２）の２つに分けて設計することが好ましい。

２つのチャネル情報から一つの最終ＰＭＩを構成する式は、下記のようにＷ^（１）とＷ^（２）との積で表現される。

上記の式で、

は、Ｗ^（１）とＷ^（２）から生成されたプリコーダ（ｐｒｅｃｏｄｅｒ）であり、ＵＥはこの情報を基地局にフィードバックする。

の各列（ｃｏｌｕｍｎ）別ノルムが１に正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）された行列を意味する。

ＬＴＥに定義された８Ｔｘコードブック（ｃｏｄｅｂｏｏｋ）においてＷ^（１）とＷ^（２）の具体的な構造は、次のとおりである。

上記コードワード（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）構造は、交差偏波アンテナ（ｃｒｏｓｓ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ａｎｔｅｎｎａ）を使用し、アンテナ間の間隔がちゅう密な場合（一般に、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（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）特性を反映して設計した構造である。交差偏波アンテナの場合、アンテナを水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）アンテナグループ（ａｎｔｅｎｎａ ｇｒｏｕｐ）と垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）アンテナグループ（ａｎｔｅｎｎａ ｇｒｏｕｐ）とに区分することができる。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同位置している（ｃｏ−ｌｏｃａｔｅｄ）。このため、各グループのアンテナ間相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）は同じ線形位相増加（ＬＰＩ、ＬＰＩ）特性を有し、アンテナグループ間相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）は、位相回転（ｐｈａｓｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ）された特性を有する。

コードブックはチャネルを量子化（ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）した値であるから、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）に該当する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必要がある。例えば、下記の式を満たすランク（ｒａｎｋ）１コードワード（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）は、上述したチャネル特性を反映している。

上記の式で、コードワード（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）は、Ｎｔ（Ｔｘアンテナ数）×１のベクトル（ｖｅｃｔｏｒ）として表現され、上位ベクトル

と下位ベクトル

の２つで構造化される。上位ベクトルと下位ベクトルのそれぞれは、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）の相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）特性を示す。

は、各アンテナグループのアンテナ間相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）特性を反映して線形位相増加（ＬＰＩ、ＬＰＩ）を有するベクトルとして表現することが好ましい。

の代表的な例としてＤＦＴ行列を用いることができる。

（８Ｔｘコードブックにおいて縮小した（ｄｏｗｎｓｃａｌｅｄ）４Ｔｘデュアルコードブック）
ＬＴＥ Ｒｅｌ−１０システムにおいて８Ｔｘアンテナを有する基地局のための８Ｔｘコードブックが定義された。当該コードブックは、２つのコードブックが掛けられるデュアルコードブック構造であり、広帯域／長期間（Ｗｉｄｅｂａｎｄ／ｌｏｎｇｔｅｒｍ）チャネル情報を含むコードブック

と狭帯域／短期間（ｓｕｂｂａｎｄ／ｓｈｏｒｔｔｅｒｍ）チャネル情報を含むコードブック

とからなる。近年、向上した４Ｔｘコードブックの一つとして、ＬＴＥ Ｒｅｌ−１０システムに定義された８Ｔｘコードブックと類似な形態のコードブックが提案された。提案されたコードブックは、下記のとおりである。

全体プリコーダは、下記の式のように、

との積（ｐｒｏｄｕｃｔ）からなる。

内側プリコーダ（ｉｎｎｅｒ ｐｒｅｃｏｄｅｒ）

は、下記の式のように第１コードブック

から選択される。

ランク（ｒａｎｋ）１送信（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）のための外側プリコーダ（ｏｕｔｅｒ ｐｒｅｃｏｄｅｒ）

は、下記の式のように第２コードブック

から選択される。

ここで、

は、ｎ番目の構成要素を除いていずれも零（ｚｅｒｏ）を有する選択ベクトル（ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ）を表し、ｎは１乃至４の値を有する。また、

のコードワードインデックスで決定される位相値であり、

がＬＰＩ特性を有するように補償する役割を果たす。

ランク（ｒａｎｋ）２送信のための外側プリコーダ

は、下記の式のように第２コードブック

から選択される。

ここで、

は、ｎ番目の構成要素を除いていずれも零（ｚｅｒｏ）を有する４成分（ｅｌｅｍｅｎｔ）−選択ベクトルを表す。また、

のコードワードインデックスで決定される位相値であり、

の各ベクトルがＬＰＩ特性を有するように補償する役割を果たす。

上記の４Ｔｘコードブックのランク１コードワードは次のように生成される。２ｘ２ ＤＦＴ行列（ｍａｔｒｉｘ）を８倍にオーバーサンプリング（ｏｖｅｒｓａｍｐｌｉｎｇ）して２ｘ１６ ＤＦＴ行列を生成する。この１６個のベクトルから一つを選択し、選択した２ｘ１ベクトルをｖとしたとき、ｖを反復して連接（ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｉｏｎ）して［ｖ ｖ］^Ｔの４ｘ１ベクトルを生成する。そして、Ｘ−ｐｏｌアンテナの垂直アンテナグループと水平アンテナグループの位相補償のための４つの位相補償値｛１，ｊ，−１，−ｊ｝を考慮して｛［ｖ ａ_１ｖ］^Ｔ、［ｖ ａ_１＊ｊ＊ｖ］^Ｔ、［ｖ −ａ_１＊ｖ］^Ｔ、［ｖ −ａ_１＊ｊ＊ｖ］^Ｔ｝から一つを選択する。ａ_１を用いて補償しない場合、総６４個のランク１ベクトルのうちの８個のベクトルのみがＬＰＩ属性を有する。ａ_１を下側のベクトルに掛けて［ｖ ａ_１ｖ］^Ｔ形態のコードワードが常にＬＰＩ属性を有するように補償すると、総６４個のランク１ベクトルのうちの１６個のベクトルがＬＰＩ属性を有する。ａ_１は、

のコードワードの関数で決定される。

（ＵＬＡアンテナのチャネル特性）
ＵＬＡアンテナのチャネル特性は、チャネルの中心固有ベクトル（ｄｏｍｉｎａｎｔ ｅｉｇｅｎ ｖｅｃｔｏｒ）の特性で表現することができる。ＵＬＡアンテナポート間の間隔がちゅう密な相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ）環境では一般に、中心固有ベクトルがＬＰＩ特性を有する。各送信アンテナポートが同一間隔で離れているため、各ポートから送出された信号は規則的な受信遅延を有する。すなわち、最初の送信アンテナから受信した信号とｉ番目の送信アンテナから受信した信号間には

の受信時間差が存在する。受信時間の差は結局にはチャネルの位相変化として現れるため、最初の送信アンテナから受信した信号とｉ番目の送信アンテナから受信した信号間には、

の位相差が存在し、チャネルはＬＰＩ属性を示す。したがって、ＵＬＡアンテナポート間の間隔がちゅう密な相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ）環境で最適化されたコードブックは、各コードワード（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）がＬＰＩ属性を有しなければならない。

（ランク２の４Ｔｘコードブック）
上述した４Ｔｘコードブックは、各ランクにおいて３ビットサイズ（ｓｉｚｅ）を有する第１コードブック

及び４ビットサイズを有する第２コードブック

で構成されて総７ビットサイズを有する（ここで、第２コードブックは、ランクによって

とに分けて定義されるが、説明の便宜上、ランクの区分無しで第２コードブックを

と仮定する。）。上記コードブックによって生成されたランク１コードワードの一部は、ＵＬＡアンテナを考慮してＬＰＩ特性を有する。しかし、上記コードブックによって生成されたランク２コードワードにおける１番目の列と２番目の列（ｃｏｌｕｍｎ）はいずれも、ＬＰＩ特性を有するコードワードは存在しない。

したがって、高い相関（Ｈｉｇｈ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ）ＵＬＡアンテナのコードブック性能向上のために、ランク２以上において全てのビームベクトル（ｂｅａｍ ｖｅｃｔｏｒ）がＬＰＩ特性を有するコードブックが要求される。また、ストリーム間（ｉｎｔｅｒ−ｓｔｒｅａｍ）干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を最小化するためには、各ビームベクトルが互いに直交（ｏｒｔｈｏｎｏｍａｌ）しなければならない。以下では、ランク２以上において次の２つの特性を有するコードブックを提案する。第一に、全てのビームベクトルがＬＰＩ特性を有する。第二に、全てのビームベクトルが互いに直交する。

以下では、ランク２以上において全てのビームベクトルがＬＰＩ特性と直交特性を同時に有するコードワードを含むコードブックを提案する。また、ランク２の４Ｔｘコードブックは、上記の特性を有するコードワードのみで構成したり、上記の特性を有するコードワードを含むように構成することができる。

上述した式１４乃至式１７に基づいて生成されたランク２コードワードは、下記の式のように表現される。

ここで、ｎ、ｍは、を

によって選択された任意のＤＦＴベクトルのインデックスを意味し、Ｗ_ｎとＷ_ｍはそれぞれ、上記オーバーサンプルされた（ｏｖｅｒｓａｍｐｌｅｄ）ＤＦＴベクトル

の中から選択された一つのベクトルを表す。

式１８のランク２コードワードの全ビームベクトルが直交特性を有するためには、下記の式の条件を満たさなければならない。

上記の式を満たすためには、

でなければならない。

まず、

の条件を満たして全てのビームベクトルが直交特性を有する場合、ＬＰＩ特性も満たすために必要な条件を以下に説明する。

とすれば、式１８は下記の式のように整理される。

上記の式で、左側のように表現された場合、両ベクトルともＬＰＩ特性を有するためには次の式を満たさなければならない。

上記の式を満たすｍ、ｎは、

である。

しかし、式１５の従来のコードブックを用いる場合、｜ｎ−ｍ｜＜４であるため、直交しながらＬＰＩ特性を有するコードワードを生成することができない。したがって、ランク２コードワードを構成する２つのベクトルともＬＰＩ特性を有するためには、上記の４Ｔｘコードブックにおいて

を新しく設計しなければならない。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第一の例は、式２１を満たして全ベクトルがＬＰＩ特性を有し、式１９による条件のうち

によって直交特性を満たす場合である。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第一の例による

は、下記の式のように構成される。

内側プリコーダ（ｉｎｎｅｒ ｐｒｅｃｏｄｅｒ）

は、第１コードブック

から選択される。

ここで、

であり、ｋは、

のコードワードインデックスである。また、

は、コードブックのｋ番目のコードワードを表す。

ランク２送信のための外側プリコーダ

は、下記の式の第２コードブック

から選択される。

ここで、

は、ｎ番目の構成要素を除いていずれも零（ｚｅｒｏ）を有する４−成分（ｅｌｅｍｅｎｔ）選択ベクトルを表す。

のコードワードインデックスであり、

である。また、

コードブックの

番目のコードワードであり、

である。

上記ランク２の４Ｔｘコードブックの第一の例による

は、式１５の

と同様に、オーバーサンプルされたＤＦＴベクトルを用いて生成される。

しかし、式１５の

とは違い、ランク２の４Ｔｘコードブックの第一の例による

は、８個の連続したオーバーサンプルされたＤＦＴベクトルで構成されている。これは、ランク２コードワードを構成する２つのビームベクトルにＬＰＩ属性を持たせるためである。式１５の

は、４個の連続するとともにオーバーサンプルされたＤＦＴベクトルで構成されているため、

内に存在する任意のベクトルを選択しても、最終生成される２つのビームベクトルがＬＰＩ属性を有することができない。すなわち、式２１で、｜ｍ−ｎ｜＝４を満たせない。

したがって、ランク２の４Ｔｘコードブックの第一の例による

は、より多い（ｆａｔ）行列で構成され、与えられた

によって選択し得るＤＦＴベクトルの種類が増加した。すなわち、式２１で、０＜｜ｍ−ｎ｜＜７となるため、｜ｍ−ｎ｜＝４を満たすｍ，ｎを探すことができる。この結果、最終生成される２つのビームベクトルはＬＰＩ属性を有することができる。
ランク２の４Ｔｘコードブックの第一の例による

を用いて、ＬＰＩ属性を有するコードワードを生成することができる。

に制限される。その結果、式２１で、｜ｍ−ｎ｜＝４を常に満たす。また、ランク２を構成する全てのビームベクトルが、直交する特性とＬＰＩ特性を有するための式２１に基づいて、ランク２の４Ｔｘコードブックの第一の例による

は、

と設定される。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第二の例は、式２１を満たしてベクトルが全てＬＰＩ特性を有し、式１９による条件のうち、

によって直交特性を満たす他の場合である。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第二の例による

は、下記の式のように構成される。

内側プリコーダ

は、第１コードブック

から選択される。

ここで、

であり、ｋは、

のコードワードインデックスである。また、

は、コードブック

のｋ番目のコードワードを表す。

ランク２送信のための外側プリコーダ

は、下記の式の第２コードブック

から選択される。

ここで、

は、ｎ番目の構成要素を除いていずれも零（ｚｅｒｏ）を有する４−成分（ｅｌｅｍｅｎｔ）選択ベクトルを表す。

のコードワードインデックスであり、

である。また、

番目のコードワードであり、

である。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第二の例による

は、式１５の

と同じサイズ（ｓｉｚｅ）の行列で構成される。

しかし、式１５の

とは違い、ランク２の４Ｔｘコードブックの第二の例による

は、８倍ではなく４倍にオーバーサンプルされたＤＦＴベクトルで構成されている。これは、ランク２コードワードを構成する２つのビームベクトルにＬＰＩ属性を持たせるためである。式１５の

は、８倍にオーバーサンプルされたＤＦＴベクトルで構成されているため、

内に存在する任意のベクトルを選択しても、最終生成される２つのビームベクトルはＬＰＩ属性を有することができない。

したがって、ランク２の４Ｔｘコードブックの第二の例による

は、４倍にオーバーサンプルされたＤＦＴベクトルで構成され、

によって２つのビームベクトルがＬＰＩ属性を有することができる。

一方、ランク２の４Ｔｘコードブックの第一の例では、

によって選択される２つのビームベクトルがＬＰＩ属性を有するためには｜ｍ−ｎ｜＝４を満たさなければならないが、ランク２の４Ｔｘコードブックの第二の例は、８倍にオーバーサンプルされたＤＦＴベクトルで

が構成された場合である。ランク２の４Ｔｘコードブックの第二の例による

は、４倍にオーバーサンプルされたＤＦＴベクトルで構成されているため、｜ｍ−ｎ｜＝４の代わりに｜ｍ−ｎ｜＝２を満たさなければならない。この条件を満たすために、式２５で

と設定される。またランク２を構成する全てのビームベクトルが、直交する特性とＬＰＩ特性を有するための式２１に基づいて、ランク２の４Ｔｘコードブックの第二の例による

は、

と設定される。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第三の例は、式２１を満たしてベクトルが全てＬＰＩ特性を有し、式１９による条件のうち

によって直交特性を満たす場合である。

式１９で

であれば、任意の

に対してランク２の両ビームベクトルは常に直交する。したがって、

を満たすようにコードブックを設計し、

は、各ランクに該当するビームベクトルがＬＰＩ特性を有するようにすると、直交特性もＬＰＩ特性も有するコードブックが生成される。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第三の例によるコードブックは、下記の式のように構成される。

内側プリコーダ

は、第１コードブック

から選択される。

ここで、

のコードワードインデックスである。また、

のｋ番目のコードワードを表す。

ランク２送信のための外側プリコーダ

は、下記の式の第２コードブック

から選択される。

ここで、

は、ｎ番目の構成要素を除いていずれも零（ｚｅｒｏ）を有する４−成分（ｅｌｅｍｅｎｔ）選択ベクトルを表す。

は、

のコードワードインデックスであり、

である。また、

番目のコードワードであり、

を満たす。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第三の例による

は、８倍にオーバーサンプルされたＤＦＴベクトルで構成され、全てのＤＦＴベクトルからなる一つのコードワードを有する。ランク２の４Ｔｘコードブックの第三の例の

に制限し、式１９で、

の条件を満たす。すなわち、式２６及び式２７によるランク２コードワードは、両ビームベクトルが互いに直交するとともに、

を式２７のように設定することによって、各ビームベクトルはＬＰＩ特性を有する。

ランク２の４Ｔｘコードブックの第一乃至第三の例ではランク２を仮定して説明したが、ランク２に限定されず、ランク２以上であるとともに、上述の方式でＬＰＩ特性と直交特性を満たすいずれのコードブックも含むことができる。また、上述したランク２コードブックの一部をサブサンプリング（ｓｕｂｓａｍｐｌｉｎｇ）したり、上記コードブックを含むコードブックも含まれてもよい。

以下では、上述したランク２の４Ｔｘコードブックの条件を満たすとともに、内側プリコーダ

のビット数がそれぞれ４ビットと１ビットに設定された場合を説明する。

まず、

は、下記の式のように設定することができる。

ここで、

は、下記の式のように設定される。

また、下記の式のように、

の列で構成され、ここで、

は０から始まる。

次に、

は、下記の式のように設定することができる。

次に、上述したランク２の４Ｔｘコードブックの条件を満たし、内側プリコーダ

のビット数がそれぞれ３ビットと２ビットに設定された場合を説明する。

まず、

は、下記の式のように設定することができる。

ここで、

は下記の式のように設定される。

また、下記の式のように、

の列で構成され、ここで、

は０から始まる。

次に、

は、下記の式のように設定することができる。

次に、上述したランク２の４Ｔｘコードブックの条件を満たし、内側プリコーダ

と外側プリコーダ

のビット数がそれぞれ３ビットと１ビットに設定された場合を説明する。

まず、

は、下記の式のように設定することができる。

ここで、

は、下記の式のように設定される。

また、下記の式のように、

は、

の列で構成され、ここで、

は、０から始まる。

次に、

は、下記の式のように設定することができる。

次に、上述したランク２の４Ｔｘコードブックの条件を満たし、内側プリコーダ

と外側プリコーダ

のビット数がそれぞれ４ビットと２ビットに設定された場合を説明する。

まず、

は、下記の式のように設定することができる。

ここで、

は、下記の式のように設定される。

また、下記の式のように、

の列で構成され、ここで、

は０から始まる。

次に、

は、下記の式のように設定することができる。

（本発明に係るランク３又は４の４Ｔｘコードブック）
本発明に係るランク（Ｒａｎｋ）３又は４のコードブックは、ＬＴＥリリース８の４Ｔｘコードブックをサンプリングしてコードブックサイズを減らすように生成することができる。高いランク（ｈｉｇｈ ｒａｎｋ）環境では一般に、低いランク（ｌｏｗ ｒａｎｋ）に比べて、システム性能（ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）がコードブックサイズに敏感でない。例えば、受信端がＩＲＣ受信端（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）でないと、最大ランク（ｍａｘ ｒａｎｋ）ではいかなるプリコーダ（ｐｒｅｃｏｄｅｒ）を用いても性能に支障を与えない。この理由で、ＬＴＥ８ Ｔｘコードブックは、高いランクでコードブックサイズが格段に減るように設計されており、ランク８ではコードブックサイズが０ビットである。このような原則を考慮して、以下では、ＬＴＥリリース−８の４Ｔｘコードブックをサンプリングして生成される、本発明に係る新しいコードブックを説明する。本発明によれば、コードブックサイズを減らすことによってフィードバックオーバーヘッドを軽減することができる。

ＬＴＥリリース−８の４Ｔｘコードブックは、下記の式の各行列においてランクｎ個の列ベクトルを所定の方式で選択して構成することができる。

例えば、ランクが４である場合、４Ｔｘコードブックは次のとおりである。

まず、ランク４の４ＴＸコードブックのうちＢＰＳＫ変調方法に対する各行列は、次の式のとおりである。

次に、ランク４の４ＴＸコードブックのうちＱＰＳＫ変調方法に対する各行列は、次の式のとおりである。

また、式４１の行列は、次の式のように虚数部の符号が変更されてもよい。

次に、ランク４の４ＴＸコードブックのうち、８ＰＳＫ変調方法に対する各行列は、次の式のとおりである。

また、式４３の行列は、次の式のように虚数部の符号が変更されてもよい。

他の例として、ランクが３である場合、上述したランク４に対する４ＴＸコードブックから所定の方式で３個の列ベクトルを選択し、正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）のために、行列前の１／２の代わりに１／√３を掛けることができる。具体的に、ランクが３である場合、４ＴＸコードブックは次のとおりである。

まず、ランク３の４ＴＸコードブックのうち、ＢＰＳＫ変調方法に対する各行列は、次の式のとおりである。

次に、ランク３の４ＴＸコードブックのうち、ＱＰＳＫ変調方法に対する各行列は、次の式のとおりである。

次に、ランク３の４ＴＸコードブックのうち、８ＰＳＫ変調方法に対する各行列は、次の式のとおりである。

本発明に係るコードブックをサンプリングする第一の原則として、各コードワードをなす値（ａｌｐｈａｂｅｔ）を考慮する。ＢＰＳＫ変調方法に対する行列は、実数値のみを有するが、ＱＰＳＫ又は８ＰＳＫ行列は虚数値も有する。端末を具現するとき、それらの虚数値によって計算量が増えることから、ＢＰＳＫ行列の値のみで構成されたコードブックを設計することが有利である。

コードブックをサンプリングする第二の原則として、高いランクにおけるチャネル特性を考慮する。Ｘ−ｐｏｌとＵＬＡアンテナは互いに異なるチャネル特性を有するため、各アンテナ設定に特化した個別のコードブックを使用することが最も好ましい。ただし、上述したとおり、低いランクに比べて、高いランクではコードブック自体が性能に大きな影響を与えず、一つのコードブックを用いることが複雑性（ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）側面で好ましい。

コードブックをサンプリングする第三の原則として、Ｘ−ｐｏｌアンテナのチャネル特性を考慮する。Ｘ−ｐｏｌとＵＬＡの両方で円滑に動作する一つのコードブックを生成するためのコードブックは、両者のアンテナ設定におけるチャネル特性をよく反映しなければならない。上述したとおり、ＵＬＡ側面では、各ビーム（ｂｅａｍ）を示す列ベクトルが線形位相増加（ｌｉｎｅａｒ ｐｈａｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ）属性を有することが好ましい。しかし、アンテナ間隔がちゅう密なＵＬＡで高いランクが発生する確率が低く、アンテナ間隔が広いＵＬＡではチャネルの特異ベクトル（ｓｉｎｇｕｌａｒ ｖｅｃｔｏｒ）が線形位相増加属性を有しない可能性が高いため、高いランクでコードブックの線形位相増加属性を維持することは好ましくない。このため、Ｘ−ｐｏｌチャネルにより一層最適化したコードブックをデザインすることが好ましい。上述したとおり、Ｘ−ｐｏｌチャネルは、水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）アンテナと垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）アンテナの各チャネルが同じ値で構成され、両アンテナ間の位相差が存在する。したがって、リリース−８コードブックから、このような構造を維持するコードブックを選択することが好ましい。

上述した３つの原則を考慮して、以下、本発明に係る１ビット、２ビット及び３ビットで構成されるランク３又は４用のコードブックを提案する。

まず、本発明に係る１ビットのランク３又は４用のコードブックは、次のように構成することができる。

１ビットコードブックは、式４０においてＷ０、Ｗ２のみで構成することができる。各ランク別に列ベクトル（ｃｏｌｕｍｎ ｖｅｃｔｏｒ）置換（ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）と列ベクトル選択は、リリース−８方式をそのまま適用することができる。

本発明に係る１ビットコードブックは、上記の第一の原則によってＢＰＳＫ値で構成され、第二の原則によって全てのアンテナ設定に共通適用され、第三の原則によってＸ−ｐｏｌのチャネル構造を満たす。

次に、本発明に係る２ビットのランク３又は４用のコードブックは、次のように構成することができる。

本発明に係る２ビットコードブックは、上述したランク３及び４用のコードブックにおいてＷ０、Ｗ２、Ｗ８、Ｗ１０のみで構成することができる。

例えば、０，２，８，１０のコードブックインデックスは、０乃至３のいずれかの値を有する第２ＰＭＩインデックスＩ_ＰＭＩ２を次の式に適用して導出することができる。

各ランク別に列ベクトル置換と列ベクトル選択に対しては、上述したとおり、リリース−８方式をそのまま適用することができる。

本発明に係る２ビットコードブックは、上記の第一の原則によってＢＰＳＫ値で構成され、第二の原則によって全てのアンテナ設定に共通適用され、第三の原則によってＸ−ｐｏｌのチャネル構造を満たす。

次に、本発明に係る３ビットのランク３又は４用のコードブックは、次のように構成することができる。

本発明に係る３ビットコードブックは、式４０においてＷ０、Ｗ２、Ｗ８、Ｗ１０、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ１５のみで構成することができる。各ランク別に列ベクトル置換と列ベクトル選択に対してはリリース−８方式をそのまま適用することができる。

本発明に係る３ビットコードブックは、上記の第一の原則によってＢＰＳＫ値で構成され、第二の原則によって全てのアンテナ設定に共通適用される。しかし、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４、Ｗ１５はＸ−ｐｏｌのチャネル構造を満たさず、第三の原則には従わない。

他の３ビットコードブックとして、式４０乃至４２においてＷ０、Ｗ２、Ｗ８、Ｗ１０、Ｗ１、Ｗ３、Ｗ９、Ｗ１１のみでコードブックを構成する。各ランク別に列ベクトル置換と列ベクトル選択に対してはリリース−８方式をそのまま適用する。当該コードブックは、上記の第一の原則には満たさない。しかし、第二の原則によって全てのアンテナ設定に共通適用され、第三の原則によってＸ−ｐｏｌのチャネル構造を満たす。

次に、本発明に係る０ビットコードブックとして、ランク３は上述のコードブックを使用しても、ランク４に対してはコードブックを生成しなくてもよい。すなわち、ランク４コードブックは、４×４恒等行列として固定する。

図１５を参照して、本発明の一実施例に係るチャネル状態情報報告方法について説明する。

段階Ｓ１５１０で、端末は、１６個のプリコーディング行列を含む４アンテナポート用のコードブックをサブサンプリングする。

具体的なサブサンプリング方法は、上述したランク３、４のコードブックをサブサンプリングする方法と同一であり、その詳細な説明は省略する。

段階Ｓ１５３０で、端末は、サブサンプリングされたコードブックに基づいてＣＳＩをフィードバックする。

例えば、ランクが３又は４である場合、上記のサブサンプリングされたコードブックは、上述した１６個のプリコーディング行列のうち、インデックス０を有する第１プリコーディング行列、インデックス２を有する第３プリコーディング行列、インデックス８を有する第９プリコーディング行列、及びインデックス１０を有する第１１プリコーディング行列を含む。

図１５のような本発明のチャネル状態情報送信方法において、前述した本発明の様々な実施例で説明した事項が独立して適用されてもよく、又は２つ以上の実施例が同時に適用されてもよい。ここで、重複する内容については明確性のために説明を省略する。

また、基地局と中継機間の（バックホール上りリンク及びバックホール下りリンクにおける）ＭＩＭＯ送信及び中継機と端末間の（アクセス上りリンク及びアクセス下りリンクにおける）ＭＩＭＯ送信に対する上りリンクＭＩＭＯ送信及び受信に対しても、本発明で提案するのと同じ原理が適用されてもよい。

（本発明の実施例を適用できる基地局及び端末）
図１６に、本発明の一実施例に適用可能な基地局及び端末を例示する。

無線通信システムにリレーが含まれる場合、バックホールリンクで通信は基地局とリレー間に行われ、アクセスリンクで通信はリレーと端末間に行われる。したがって、図面に例示された基地局又は端末は、状況に応じてリレーに取り替えてもよい。

図１６を参照すると、無線通信システムは、基地局（ＢＳ）１１０及び端末（ＵＥ）１２０を含む。基地局１１０は、プロセッサ１１２、メモリー１１４及び無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＲＦ）ユニット１１６を備える。プロセッサ１１２は、本発明で提案した手順及び／又は方法を具現するように構成されてもよい。メモリ１１４は、プロセッサ１１２と接続し、プロセッサ１１２の動作に関連する様々な情報を記憶する。ＲＦユニット１１６は、プロセッサ１１２と接続し、無線信号を送信及び／又は受信する。端末１２０は、プロセッサ１２２、メモリ１２４及びＲＦユニット１２６を備える。プロセッサ１２２は本発明で提案した手順及び／又は方法を具現するように構成されてもよい。メモリ１２４は、プロセッサ１２２と接続し、プロセッサ１２２の動作に関連する様々な情報を記憶する。ＲＦユニット１２６は、プロセッサ１２２と接続し、無線信号を送信及び／又は受信する。基地局１１０及び／又は端末１２０は、単一アンテナ又は多重アンテナを有することができる。

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形態に結合したものである。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取り替わってもよい。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。

上記メモリユニットは、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。

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。

本発明は、端末、リレー、基地局などのような無線通信装置に用いることができる。

Claims (13)

1. 無線通信システムにおいてサブバンドＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を送信する方法であって、前記方法は、端末（ＵＥ）によって実行され、前記方法は、
   前記ＵＥへの物理上りリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）報告モード２−１を設定するＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号を受信することと、
   前記ＰＵＣＣＨ報告モード２−１に従ってＰＵＣＣＨを介してサブバンドＣＱＩ及び前記サブバンドＰＭＩのみを含むチャネル状態情報（ＣＳＩ）を基地局（ＢＳ）に周期的に報告することと
   を含み、
   前記サブバンドＣＱＩは、前記ＵＥに対して割り当てられたサブバンドのうちの１つのサブバンドに対して測定され、前記サブバンドＰＭＩは、前記１つのサブバンドに対して測定され、
   前記サブバンドＰＭＩは、前記ＰＵＣＣＨ報告モード２−１に対して定義された第２のコードブックから選択され、
   前記第２のコードブックは、実数値のみで構成された４個のプリコーディング行列で構成され、前記４個のプリコーディング行列は、１６個のプリコーディング行列を含む第１のコードブックからサブサンプリングされる、方法。
2. 前記４個のプリコーディング行列の各々は、４×４行列であり、
   前記４個のプリコーディング行列は、プリコーディング行列Ｗ０、プリコーディング行列Ｗ２、プリコーディング行列Ｗ８、及びプリコーディング行列Ｗ１０から成り、Ｗ０、Ｗ２、Ｗ８、及びＷ１０は、以下のとおりである、
   
   請求項１に記載の方法。
3. 前記ＰＭＩを報告するためのペイロードサイズは、２ビットである、請求項１に記載の方法。
4. 前記ＢＳから設定情報を受信することをさらに含み、前記設定情報は、前記ＵＥが前記１６個のプリコーディング行列の中から前記４個のプリコーディング行列のみを使用するように制限されていることを表す、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＵＥと前記ＢＳとの間のチャネル状態を測定することをさらに含み、前記ＰＭＩは、前記チャネル状態に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
6. 無線通信システムにおいてサブバンドＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を送信する端末（ＵＥ）であって、前記ＵＥは、
   ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ユニットと、
   プロセッサと
   を備え、
   前記プロセッサは、
   前記ＵＥへの物理上りリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）報告モード２−１を設定するＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号を受信するように前記ＲＦユニットを制御することと、
   前記ＰＵＣＣＨ報告モード２−１に従ってＰＵＣＣＨを介してサブバンドＣＱＩ及び前記サブバンドＰＭＩのみを含むチャネル状態情報（ＣＳＩ）を基地局（ＢＳ）に周期的に報告するように前記ＲＦユニットを制御することと
   を実行するように構成され、
   前記サブバンドＣＱＩは、前記ＵＥに対して割り当てられたサブバンドのうちの１つのサブバンドに対して測定され、前記サブバンドＰＭＩは、前記１つのサブバンドに対して測定され、
   前記サブバンドＰＭＩは、前記ＰＵＣＣＨ報告モード２−１に対して定義された第２のコードブックから選択され、
   前記第２のコードブックは、実数値のみで構成された４個のプリコーディング行列で構成され、前記４個のプリコーディング行列は、１６個のプリコーディング行列を含む第１のコードブックからサブサンプリングされる、ＵＥ。
7. 前記４個のプリコーディング行列は、プリコーディング行列Ｗ０、プリコーディング行列Ｗ２、プリコーディング行列Ｗ８、及びプリコーディング行列Ｗ１０から成り、Ｗ０、Ｗ２、Ｗ８、及びＷ１０は、以下のとおりである、
   
   請求項６に記載のＵＥ。
8. 無線通信システムにおいて基地局（ＢＳ）によってサブバンドＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を受信する方法であって、前記方法は、
   端末（ＵＥ）に物理上りリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）報告モード２−１を設定するＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号を送信することと、
   前記ＵＥから、サブバンドＣＱＩ及び前記サブバンドＰＭＩのみを含むチャネル状態情報（ＣＳＩ）を周期的に受信することと、
   前記サブバンドＰＭＩに基づいてプリコーディング行列を決定することと、
   前記決定されたプリコーディング行列を適用することによって４個の送信アンテナポートを介してデータ信号を送信することと
   を含み、
   前記サブバンドＣＱＩは、前記ＵＥに対して割り当てられたサブバンドのうちの１つのサブバンドに対して測定され、前記サブバンドＰＭＩは、前記１つのサブバンドに対して測定され、
   前記サブバンドＰＭＩは、前記ＰＵＣＣＨ報告モード２−１に対して定義された第２のコードブックから選択され、
   前記第２のコードブックは、実数値のみで構成された４個のプリコーディング行列で構成され、前記４個のプリコーディング行列は、１６個のプリコーディング行列を含む第１のコードブックからサブサンプリングされる、方法。
9. 前記４個のプリコーディング行列の各々は、４×４行列であり、
   前記４個のプリコーディング行列は、プリコーディング行列Ｗ０、プリコーディング行列Ｗ２、プリコーディング行列Ｗ８、及びプリコーディング行列Ｗ１０から成り、Ｗ０、Ｗ２、Ｗ８、及びＷ１０は、以下のとおりである、
   
   請求項８に記載の方法。
10. 前記ＰＭＩを受信するためのペイロードサイズは、２ビットである、請求項８に記載の方法。
11. 前記ＵＥに設定情報を送信することをさらに含み、前記設定情報は、前記ＵＥが前記１６個のプリコーディング行列の中から前記４個のプリコーディング行列のみを使用するように制限されていることを表す、請求項８に記載の方法。
12. 無線通信システムにおいてサブバンドＰＭＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ Ｍａｔｒｉｘ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を受信する基地局であって、前記基地局は、
    ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ユニットと、
    プロセッサと
    を備え、
    前記プロセッサは、
    端末（ＵＥ）に物理上りリンク制御チャネル（ＰＵＣＣＨ）報告モード２−１を設定するＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号を送信するように前記ＲＦユニットを制御することと、
    前記ＵＥから、サブバンドＣＱＩ及び前記サブバンドＰＭＩのみを含むチャネル状態情報（ＣＳＩ）を周期的に受信するように前記ＲＦユニットを制御することと、
    前記ＰＭＩに基づいてプリコーディング行列を決定することと、
    前記決定されたプリコーディング行列を適用することによって４個の送信アンテナポートを介してデータ信号を送信するように前記ＲＦユニットを制御することと
    を実行するように構成され、
    前記サブバンドＣＱＩは、前記ＵＥに対して割り当てられたサブバンドのうちの１つのサブバンドに対して測定され、前記サブバンドＰＭＩは、前記１つのサブバンドに対して測定され、
    前記サブバンドＰＭＩは、前記ＰＵＣＣＨ報告モード２−１に対して定義された第２のコードブックから選択され、
    前記第２のコードブックは、実数値のみで構成された４個のプリコーディング行列で構成され、前記４個のプリコーディング行列は、１６個のプリコーディング行列を含む第１のコードブックからサブサンプリングされる、基地局。
13. 前記４個のプリコーディング行列は、プリコーディング行列Ｗ０、プリコーディング行列Ｗ２、プリコーディング行列Ｗ８、及びプリコーディング行列Ｗ１０から成り、Ｗ０、Ｗ２、Ｗ８、及びＷ１０は、以下のとおりである、
    
    請求項１２に記載の基地局。