JPWO2014181444A1 - 移動局及び報告方法 - Google Patents

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Abstract

移動局（１０）で報告制御部（１７）は、第１のチャネル状態情報の報告では、第１のプリコーディング情報及び第３のプリコーディング情報を報告し、第２のチャネル状態情報の報告では、第３のプリコーディング情報を報告せず、第２のプリコーディング情報を報告する。第１のプリコーディング情報は、第１のチャネル状態情報に対応する、基地局で水平方向のビーム形成に用いられる情報であり、第２のプリコーディング情報は第２のチャネル状態情報に対応する。また、第３のプリコーディング情報は、第１のチャネル状態情報及び第２のチャネル状態情報の両方に対応する、基地局における垂直方向のビーム形成に用いられる情報である。

Description

本発明は、移動局及び報告方法に関する。
従来、ＬＴＥ（Long Term Evolution）の適用された無線通信システムでは、下り回線（ＤＬ：Down Link）において、クローズドループプリコーディング（Closed-loop precoding）と呼ばれる通信制御手順が用いられている。下り回線は、基地局（ｅＮＢ：eNodeB）から移動局（ＵＥ：User Equipment）に向かう回線である。クローズドループプリコーディングでは、基地局が複数のアンテナ（つまりマルチアンテナ）を用いて、指向性ビームを形成する。また、クローズドループプリコーディングでは、複数のデータストリームを同時に送信する空間多重と、空間多重するデータストリーム（Spatial layer）の数（Transmission rank）を適応制御するランクアダプテーション（Rank adaptation）とを併用することがある。移動局は、ランク毎に規定されたプリコーディングコードブック（Precoding codebook）の中から最適なプリコーディングマトリクス（Precoding matrix）を選択し、基地局にフィードバック（報告）する。プリコーディングコードブックは、少なくとも１つのプリコーディングマトリクスを含んでいる。
具体的には、クローズドループプリコーディングでは、移動局は、チャネル状態を示すチャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を基地局にフィードバックする。上記ＣＳＩは、推奨する通信ランク（Transmission rank）を示すランク指標（ＲＩ：Rank Indicator）と、推奨するプリコーディングマトリクスを示すプリコーディングマトリクス指標（ＰＭＩ：Precoding Matrix Indicator）と、上記ＲＩ及びＰＭＩを仮定した場合の無線チャネル品質を示すチャネル品質指標（ＣＱＩ：Channel Quality Indicator）とを含む。基地局は、上記ＣＳＩを移動局から受信すると、上記ＲＩ及びＰＭＩに基づいてプリコーディングマトリクスを決定する。そして、基地局は、決定したプリコーディングマトリクスを適用した、各移動局に固有の参照信号（つまり、ＵＥ−specific ＲＳ（Reference Signals））と共有チャネル（例えば、ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared CHannel））とを、移動局宛に送信する。移動局は、ＵＥ−specific ＲＳに基づくチャネル推定値を用いて、ＰＤＳＣＨを復調する。
上述した様に、従来のＣＳＩのフィードバック方法は、１つの移動局宛の信号の空間多重技術であるＳＵ−ＭＩＭＯ（Single User-Multiple Input Multiple Output）が適用されたＰＤＳＣＨ送信を想定している。すなわち、再送制御により信頼性が確保されることが前提とされている。このため、基地局は、１つの移動局に対する伝送効率を重視し、無線チャネル品質に応じたランクと、当該ランクに対応するプリコーディングマトリクスとを選択する。
また、ＬＴＥでは、三次元ＭＩＭＯ（3D-MIMO）と呼ばれる技術についての検討が始まっている。３Ｄ−ＭＩＭＯでは、２次元に配列された複数のアンテナ、つまり、２次元アレー配置されたマルチアンテナが用いられる。そして、３Ｄ−ＭＩＭＯでは、２次元に配列された複数のアンテナを用いて、水平方向の指向性ビーム及び垂直方向の指向性ビームが形成される。そして、水平方向の指向性ビーム及び垂直方向の指向性ビームの利用方法がいくつか提案されている。例えば、従来の水平方向の固定的なセクタを、垂直方向の指向性ビームを用いて仰角方向で適応的に分割する利用方法が、提案されている。この提案によれば、セルを多くのセクタに分割することにより、システム全体の通信容量を増加させることができる。また、例えば、存在するビルのフロアが異なる等、存在する高さが異なる各移動局に対して、垂直方向の指向性ビームを用いて信号を送信する利用方法が、提案されている。この利用方法により、各移動局の通信特性が向上すると共に、異なる移動局の通信間の干渉を緩和することができる。
IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group Closed Loop MIMO Precoding（2004-11-04） 3GPP TSG-RAN WG1, R1-130302, "Discussion on scenarios for elevation beamforming and FD-MIMO," January 2012 3GPP TSG-RAN, RP-122034, "Study on 3D-channel model for Elevation Beamforming and FD-MIMO studies for LTE," December 2012
ところで、近年では、上述したＳＵ−ＭＩＭＯと、複数の移動局宛の信号の空間多重技術であるＭＵ−ＭＩＭＯ（Multiple User-Multiple Input Multiple Output）とを動的に切り替える技術が開発されている。また、従来の時間多重に加えて周波数多重にも対応した制御チャネルであるＥＰＤＣＣＨ（Enhanced Physical Downlink Control CHannel）に対して、クローズドループプリコーディングを適用する技術も開発されつつある。従って、これらの技術に対応するため、移動局から基地局へのＣＳＩフィードバック方法の拡張が望まれている。
ＣＳＩフィードバックの新たな方法として、例えば、ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＣＳＩプロセスのフィードバック方法が提案されている。このｍｕｌｔｉｐｌｅ ＣＳＩプロセスのフィードバック方法では、各ＣＳＩプロセスに対して、コードブックのサブセットに関する制限が加えられている。そして、移動局は、上位レイヤの示すビットマップに応じて制限されたＲＩ及びＰＭＩの範囲から、ＣＳＩをフィードバックする。適用例として、移動局は、ＣＳＩプロセス１において、接続セルの推奨ランクのＳＵ−ＭＩＭＯを想定したＣＳＩをフィードバックする。また、移動局は、ＣＳＩプロセス２において、接続セルのランク１のＭＵ−ＭＩＭＯ及びＥＰＤＣＣＨを想定したＣＳＩをフィードバックする。
この様に、上述のＣＳＩフィードバック方法では、システム性能は向上する。しかしながら、移動局は、従来と比較して、１つのセルについて２倍のサイズのＣＳＩ（例えば、１２ビット）を基地局に送信することとなる。これに伴い、移動局がＣＳＩのフィードバックに際して基地局に送信する制御情報のオーバーヘッドが、大きく増加してしまう。
さらに、３Ｄ−ＭＩＭＯが導入されると、ＣＳＩのサイズがさらに大きくなる可能性があり、制御情報のオーバーヘッドがさらに大きく増加してしまう可能性がある。
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、制御情報のオーバーヘッドを削減できる、移動局及び報告方法を提供することを目的とする。
開示の態様では、第１のチャネル状態情報に対応する、基地局で水平方向のビーム形成に用いられる第１のプリコーディング情報と、第２のチャネル状態情報に対応する第２のプリコーディング情報と、前記第１のチャネル状態情報及び前記第２のチャネル状態情報の両方に対応する、前記基地局における垂直方向のビーム形成に用いられる第３のプリコーディング情報とを算出し、前記第１のチャネル状態情報の報告では、前記第１のプリコーディング情報及び前記第３のプリコーディング情報を報告し、前記第２のチャネル状態情報の報告では、前記第３のプリコーディング情報を報告せず、前記第２のプリコーディング情報を報告する。
開示の態様によれば、制御情報のオーバーヘッドを削減できる。
図１は、実施例１の移動局の一例を示すブロック図である。 図２は、実施例１のＣＳＩ算出部の一例を示すブロック図である。 図３は、実施例１の基地局の一例を示すブロック図である。 図４は、実施例１の移動局及び基地局の処理動作の一例の説明に供するシーケンス図である。 図５は、２次元アレー配置マルチアンテナの一例を示す図である。 図６は、プリコーディングマトリクスＷの説明に供する図である。 図７は、プリコーディングマトリクスＷの説明に供する図である。 図８は、クロスポーラライズドアンテナの一例を示す図である。 図９は、移動局のハードウェア構成を示す図である。 図１０は、基地局のハードウェア構成を示す図である。
以下に、本願の開示する移動局及び報告方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本願の開示する移動局及び報告方法が限定されるものではない。また、実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
［実施例１］
［移動局の構成例］
図１は、実施例１の移動局の一例を示すブロック図である。図１において、移動局１０は、受信ＲＦ（Radio Frequency）部１１と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１２と、チャネル推定部１３と、ＣＳＩ算出部１４と、制御信号復調部１５と、データ信号復調部１６と、報告制御部１７と、上り制御信号生成部１８と、ＩＦＦＴ（Inversed Fast Fourier Transform）部１９と、送信ＲＦ部２０とを有する。移動局１０は、複数のアンテナ（図示せず）を有している。ＣＳＩ算出部１４は、図２に示すように、ＣＳＩ算出処理部２１，２２を有する。図２は、実施例１のＣＳＩ算出部の一例を示すブロック図である。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。
受信ＲＦ部１１は、後述する基地局３０から受信された信号に対し、無線周波数からベースバンドへの変換、直交復調、及びＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換を行う。
ＦＦＴ部１２は、受信ＲＦ部１１により受信された信号に対し、ＦＦＴタイミングの検出、ＣＰ（Cyclic Prefix）の除去、及び、ＦＦＴ処理を行う。
チャネル推定部１３は、ＦＦＴ処理後の受信信号から、データ復調用の参照信号であるＵＥ−specific ＲＳを抽出する。また、チャネル推定部１３は、抽出したＵＥ−specific ＲＳと、既知の参照信号との相互相関から、チャネル推定値を算出する。
制御信号復調部１５は、ＦＦＴ処理後の受信信号から制御信号を抽出し、上記のチャネル推定値を用いてチャネル補償を行う。また、制御信号復調部１５は、データ復調及び誤り訂正復号を行うことで、制御情報として、適用ランク等の送信形式情報を復元する。
データ信号復調部１６は、ＦＦＴ処理後の受信信号からデータ信号を抽出し、上記のチャネル推定値を用いてチャネル補償を行う。また、データ信号復調部１６は、上記の送信形式情報に基づき、データ復調及び誤り訂正復号を行うことで、情報ビットを復元する。
ＣＳＩ算出部１４は、ＦＦＴ処理後の受信信号から、チャネル品質測定用の参照信号であるＣＳＩ（Channel State Information）−ＲＳ（Reference Signals）を抽出する。
また、ＣＳＩ算出部１４は、抽出したＣＳＩ−ＲＳと、既知の参照信号との相互相関から、複素数により表される無線チャネル歪みであるチャネル推定値を算出する。
更に、ＣＳＩ算出部１４は、算出した該チャネル推定値を用いて、第１のチャネル状態情報、つまり第１のＣＳＩと、第２のチャネル状態情報、つまり第２のＣＳＩとを算出する。すなわち、ＣＳＩ算出部１４においてＣＳＩ算出処理部２１は、第１のチャネル状態情報を算出し、ＣＳＩ算出処理部２２は、第２のチャネル状態情報を算出する。
例えば、ＣＳＩ算出処理部２１は、算出したチャネル推定値を用いて、ＳＵ−ＭＩＭＯ用の通信ランクと、ＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスとを決定する。ここで、決定されるＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスは、後述する基地局３０において水平方向のビーム形成に用いられる第１の水平成分プリコーディングマトリクスと、垂直方向のビーム形成に用いられる垂直成分プリコーディングマトリクスとを含む。
そして、ＣＳＩ算出処理部２１は、決定したＳＵ−ＭＩＭＯ用の通信ランクとＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスとに基づいて、ＲＩ及びＰＭＩ（ＰＭＩＶ及びＰＭＩＨ）を決定する。ここで、ＰＭＩＶは、垂直成分プリコーディングマトリクスに基づいて決定されたＰＭＩであり、ＰＭＩＨは、第１の水平成分プリコーディングマトリクスに基づいて決定されたＰＭＩである。そして、ＣＳＩ算出処理部２１は、決定したＲＩ及びＰＭＩを仮定した各コードワード（Code word）のＣＱＩを決定する。ここで、コードワードとは、ＰＤＳＣＨで送信するデータに関する符号化ビット列の単位であり、１サブフレームで送信するデータはランクに応じて、最大２個のコードワードに分割される。
そして、ＣＳＩ算出処理部２１は、算出した第１のチャネル状態情報、つまり、ＲＩ、ＣＱＩ及びＰＭＩを報告制御部１７へ出力する。また、ＣＳＩ算出処理部２１は、選択した垂直成分プリコーディングマトリクスをＣＳＩ算出処理部２２へ出力する。
ＣＳＩ算出処理部２２は、算出したチャネル推定値と、ＣＳＩ算出処理部２１から受け取った垂直成分プリコーディングマトリクスとを用いて、第２の水平成分プリコーディングマトリクスを決定する。第２の水平成分プリコーディングマトリクスは、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスにおける、水平成分プリコーディングマトリクスである。ここで、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスにおける垂直成分プリコーディングマトリクスとしては、ＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスにおける垂直成分プリコーディングマトリクスと同じものを用いる。
そして、ＣＳＩ算出処理部２２は、決定した第２の水平成分プリコーディングマトリクスに基づいて、ＰＭＩＨ’を決定する。そして、ＣＳＩ算出処理部２２は、算出した第２のチャネル状態情報、つまり、ＰＭＩＨ’を報告制御部１７へ出力する。
報告制御部１７は、第１のチャネル状態情報の報告タイミングで、第１のチャネル状態情報を上り制御信号生成部１８へ出力することにより、後述する基地局３０へ第１のチャネル状態情報を報告する。すなわち、報告制御部１７は、第１のチャネル状態情報の報告タイミングでは、ＳＵ−ＭＩＭＯ用の、ＲＩ、ＣＱＩ及びＰＭＩ（ＰＭＩＶ及びＰＭＩＨ）を、後述する基地局３０へ報告する。
また、報告制御部１７は、第２のチャネル状態情報の報告タイミングで、第２のチャネル状態情報を上り制御信号生成部１８へ出力することにより、後述する基地局３０へ第２のチャネル状態情報を報告する。すなわち、報告制御部１７は、第２のチャネル状態情報の報告タイミングでは、ＭＵ−ＭＩＭＯ用の、ＰＭＩＨ’を、後述する基地局３０へ報告する。なお、ここでは、第１のチャネル状態情報としてＰＭＩＶを後述する基地局３０へ報告しているが、これに限定されるものではない。ＰＭＩＶは、ＳＵ−ＭＩＭＯ及びＭＵ−ＭＩＭＯの両方で共通なので、第２のチャネル状態情報として後述する基地局３０へ報告されてもよい。
上り制御信号生成部１８は、移動局１０の接続するセルのチャネル状態情報、つまり、上記第１のチャネル状態情報又は第２のチャネル状態情報を含む制御情報に対し、誤り訂正符号化及びデータ変調等を行う。
ＩＦＦＴ部１９は、後述する基地局３０へ送信する信号に対し、ＩＦＦＴ処理を実行すると共に、ＣＰを付加する。
送信ＲＦ部２０は、送信対象の信号に対し、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換、直交変調、及びベースバンドから無線周波数への変換を行う。
［基地局の構成例］
図３は、実施例１の基地局の一例を示すブロック図である。図３において、基地局３０は、スケジューラ３１と、データ信号生成部３２と、制御信号生成部３３と、Precoding決定部３４と、ＵＥ−specific ＲＳ生成部３５と、Precoding処理部３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを有する。また、基地局３０は、ＣＳＩ−ＲＳ生成部３７と、物理チャネル多重部３８と、ＩＦＦＴ部３９と、送信ＲＦ部４０と、受信ＲＦ部４１と、ＦＦＴ部４２と、上り制御信号復調部４３とを有する。また、基地局３０は、２次元アレー配置マルチアンテナ（図示せず）を有している。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。
スケジューラ３１は、基地局３０に接続する各移動局に対するスケジューリングを行う。例えば、スケジューラ３１は、各移動局に対して無線リソース（時間及び周波数等）を割り当てる。また、スケジューラ３１は、各無線リソースに適用するＭＩＭＯ方式（つまり、ＳＵ−ＭＩＭＯ又はＭＵ−ＭＩＭＯ）を決定する。また、スケジューラ３１は、送信形式（例えば、適用ランク等）を選択する。
データ信号生成部３２は、スケジューラ３１から入力されるデータに対し、誤り訂正符号化及びデータ変調を行う。
制御信号生成部３３は、適用ランク等の送信形式情報を含む制御情報に対し、誤り訂正符号化及びデータ変調を行う。
Precoding決定部３４は、移動局１０から報告された、第１のチャネル状態情報及び第２のチャネル状態情報に基づいて、ＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクス、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクス、及び、ＥＰＤＣＣＨ用のプリコーディングマトリクスを決定する。
例えば、Precoding決定部３４は、第１のチャネル状態情報に含まれる、ＰＭＩ（ＰＭＩＶ及びＰＭＩＨ）に基づいて、ＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスを決定する。そして、Precoding決定部３４は、決定したＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスをPrecoding処理部３６ａ，３６ｃへ出力する。
また、Precoding決定部３４は、第２のチャネル状態情報に含まれるＰＭＩＨ’と、第１のチャネル状態情報に含まれるＰＭＩＶとに基づいて、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクス、及び、ＥＰＤＣＣＨ用のプリコーディングマトリクスを決定する。そして、Precoding決定部３４は、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスをPrecoding処理部３６ａ，３６ｃへ出力する。また、Precoding決定部３４は、ＥＰＤＣＣＨ用のプリコーディングマトリクスをPrecoding処理部３６ｂ，３６ｃへ出力する。
ＵＥ−specific ＲＳ生成部３５は、上記のＵＥ−specific ＲＳを生成する。
各Precoding処理部３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、Precoding決定部３４から入力された各プリコーディングマトリクスに基づき、Precoding処理を実行する。
ＣＳＩ−ＲＳ生成部３７は、上記のＣＳＩ−ＲＳを生成する。
物理チャネル多重部３８は、各物理チャネルを周波数多重する。
ＩＦＦＴ部３９は、移動局１０へ送信する信号に対し、ＩＦＦＴ処理を実行すると共に、ＣＰを付加する。
送信ＲＦ部４０は、送信対象の信号に対し、Ｄ／Ａ変換、直交変調、及びベースバンドから無線周波数への変換を行う。
受信ＲＦ部４１は、移動局１０から受信された信号に対し、無線周波数からベースバンドへの変換、直交復調、及びＡ／Ｄ変換を行う。
ＦＦＴ部４２は、受信ＲＦ部４１により受信された信号に対し、ＦＦＴタイミングの検出、ＣＰの除去、及び、ＦＦＴ処理を行う。
上り制御信号復調部４３は、ＦＦＴ処理後の受信信号から制御信号と上りリンクのＤＭ−ＲＳとを抽出し、抽出したＤＭ−ＲＳより得られたチャネル推定値を用いてチャネル補償を行う。また、上り制御信号復調部４３は、データ復調及び誤り訂正復号を行うことで、上記の制御情報として移動局１０から報告された第１のチャネル状態情報及び第２のチャネル状態情報を復元する。
［移動局及び基地局の動作例］
以上の構成を有する移動局１０及び基地局３０の処理動作の一例について説明する。図４は、実施例１の移動局及び基地局の処理動作の一例の説明に供するシーケンス図である。
基地局３０は、ＣＳＩ−ＲＳ生成部３７で生成されたＣＳＩ−ＲＳを送信し（ステップＳ１０１）、移動局１０は、そのＣＳＩ−ＲＳを受信する。
移動局１０においてＣＳＩ算出部１４は、受信したＣＳＩ−ＲＳを用いて、ＳＵ−ＭＩＭＯ用の、ＲＩ、ＣＱＩ、及びＰＭＩ（ＰＭＩＶ及びＰＭＩＨ）を決定する（ステップＳ１０２）。
また、ＣＳＩ算出部１４は、受信したＣＳＩ−ＲＳと、ステップＳ１０２で決定したＰＭＩＶとを用いて、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のＰＭＩＨ’を決定する（ステップＳ１０３）。なお、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３におけるＰＭＩの決定については、後に詳しく説明する。
そして、報告制御部１７は、第１のチャネル状態情報の報告タイミングにおいて、第１のチャネル状態情報、つまり、ＲＩ、ＣＱＩ、及びＰＭＩ（ＰＭＩＶ及びＰＭＩＨ）を、基地局３０へ報告する（ステップＳ１０４）。この第１のチャネル状態情報の報告は、ＣＳＩプロセス＃１によって行われる。
また、報告制御部１７は、第２のチャネル状態情報の報告タイミングにおいて、第２のチャネル状態情報、つまり、ＰＭＩＨ’を、基地局３０へ報告する（ステップＳ１０５）。この第２のチャネル状態情報の報告は、ＣＳＩプロセス＃２によって行われる。
基地局３０においてPrecoding決定部３４は、移動局１０から報告された、第１のチャネル状態情報及び第２のチャネル状態情報に基づいて、ＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクス、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクス、及び、ＥＰＤＣＣＨ用のプリコーディングマトリクスを決定する（ステップＳ１０６）。
スケジューラ３１は、移動局１０に対してスケジューリングを行う（ステップＳ１０７）。ここでは、移動局１０に割り当てられたＰＤＳＣＨに対してＳＵ−ＭＩＭＯが適用されると決定されたとする。
Precoding処理部３６ａ，３６ｃは、ＰＤＳＣＨ及びＰＤＳＣＨの復調に用いるＵＥ−specific ＲＳに対して、ステップＳ１０６で決定されたＳＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスを適用する。また、Precoding処理部３６ｂ，３６ｃは、ＥＰＤＣＣＨ及びＥＰＤＣＣＨの復調に用いるＵＥ−specific ＲＳに対して、ステップＳ１０６で決定されたＥＰＤＣＣＨ用のプリコーディングマトリクスを適用する。そして、送信ＲＦ部４０は、Precoding処理部３６ａ，３６ｂ，３６ｃで対応するプリコーディングマトリクスが適用された、ＰＤＳＣＨ、ＵＥ−specific ＲＳ、及び、ＥＰＤＣＣＨを、移動局１０へ送信する（ステップＳ１０８）。
移動局１０においてチャネル推定部１３は、ステップＳ１０８で送信されたＵＥ−specific ＲＳに基づいてチャネル推定を行う。そして、制御信号復調部１５及びデータ信号復調部１６は、それぞれ、チャネル推定部１３で得られたチャネル推定値に基づいて、ＰＤＳＣＨ及びＥＰＤＣＣＨを復号する（ステップＳ１０９）。
また、スケジューラ３１は、移動局１０に対してスケジューリングを行う（ステップＳ１１０）。ここでは、移動局１０に割り当てられたＰＤＳＣＨに対してＭＵ−ＭＩＭＯが適用されると決定されたとする。
Precoding処理部３６ａ，３６ｃは、ＰＤＳＣＨ及びＰＤＳＣＨの復調に用いるＵＥ−specific ＲＳに対して、ステップＳ１０６で決定されたＭＵ−ＭＩＭＯ用のプリコーディングマトリクスを適用する。また、Precoding処理部３６ｂ，３６ｃは、ＥＰＤＣＣＨ及びＥＰＤＣＣＨの復調に用いるＵＥ−specific ＲＳに対して、ステップＳ１０６で決定されたＥＰＤＣＣＨ用のプリコーディングマトリクスを適用する。そして、送信ＲＦ部４０は、Precoding処理部３６ａ，３６ｂ，３６ｃで対応するプリコーディングマトリクスが適用された、ＰＤＳＣＨ、ＵＥ−specific ＲＳ、及び、ＥＰＤＣＣＨを、移動局１０へ送信する（ステップＳ１１１）。
移動局１０においてチャネル推定部１３は、ステップＳ１１１で送信されたＵＥ−specific ＲＳに基づいてチャネル推定を行う。そして、制御信号復調部１５及びデータ信号復調部１６は、それぞれ、チャネル推定部１３で得られたチャネル推定値に基づいて、ＰＤＳＣＨ及びＥＰＤＣＣＨを復号する（ステップＳ１１２）。
次に、移動局１０におけるＰＭＩの決定の具体例について説明する。
まず、基地局３０におけるプリコーディングの前提について説明する。上記の通り、基地局３０は、２次元アレー配置マルチアンテナを有している。例えば、基地局３０は、図５に示すような２次元アレー配置マルチアンテナを有している。図５は、２次元アレー配置マルチアンテナの一例を示す図である。図５では、４×４の計１６個のアンテナが図示されている。以下では、２次元アレー配置マルチアンテナのアンテナセットを、単に「アンテナセット」と呼ぶことがある。
基地局３０では、プリコーディングを行う際に、アンテナセットに含まれる各アンテナに対応するウェイトを要素とするプリコーディングマトリクスＷを用いる。例えば、図６に示すように、アンテナＡＮＴ１−１６のそれぞれに対応するウェイトＷ１−Ｗ１６を要素とするプリコーディングマトリクスＷを用いる。図６は、プリコーディングマトリクスＷの説明に供する図である。
また、プリコーディングマトリクスＷは、水平成分プリコーディングマトリクスＷＨと、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶとに分離することができる。水平成分プリコーディングマトリクスＷＨは、アンテナセットに含まれるアンテナが水平方向でグループ分けされた第１種グループの全てに共通する。図５の例では、アンテナＡＮＴ１−４が１つの第１種グループであり、アンテナＡＮＴ５−８が１つの第１種グループであり、アンテナＡＮＴ９−１２が１つの第１種グループであり、アンテナＡＮＴ１３−１６が１つの第１種グループである。また、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶは、アンテナセットに含まれるアンテナが垂直方向でグループ分けされた第２種グループの全てに共通する。図５の例では、アンテナＡＮＴ１，５，９，１３が１つの第１種グループであり、アンテナＡＮＴ２，６，１０，１４が１つの第１種グループであり、アンテナＡＮＴ３，７，１１，１５が１つの第１種グループであり、アンテナＡＮＴ４，８，１２，１６が１つの第１種グループである。
すなわち、水平成分プリコーディングマトリクスＷＨを、ＷＨ＝［Ｗｈ１，Ｗｈ２，Ｗｈ３，Ｗｈ４］Ｔとして表し、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶを、ＷＶ＝［Ｗｖ１，Ｗｖ２，Ｗｖ３，Ｗｖ４］Ｔとして表すと、プリコーディングマトリクスＷは、図７に示す形で表される。図７は、プリコーディングマトリクスＷの説明に供する図である。Ｔは転置行列を表す。すなわち、プリコーディングマトリクスＷは、水平成分プリコーディングマトリクスＷＨと、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶとを掛け合わせることにより、得られる。なお、図７に示すプリコーディングマトリクスＷは、空間レイヤ数が１の場合のものであり、空間レイヤ数が２以上の場合、複数の要素列を有するマトリクスとなる。
ここで、空間レイヤ数が２以上の場合で複数の要素列となった場合でも、複数の要素列の全てで垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶは共通し、要素列間で水平成分プリコーディングマトリクスＷＨのみが異なる。これは、水平方向ビーム及び垂直方向ビームの役割を次の様に設定することに起因する。すなわち、水平方向ビームでは、従来通り、データストリームの空間多重と、指向性形成とを適応的に使い分ける。つまり、水平方向のビーム及び通信ランクは、ＭＩＭＯ方式や物理チャネル等によって異なる。一方、垂直方向ビームには、鋭い指向性を持たせる。つまり、垂直方向のビームは、ＭＩＭＯ方式や物理チャネル等に関わらず、共通である。
また、さらに、水平成分プリコーディングマトリクスＷＨを、２つの要素に分離することができる。例えば、各第１種グループが、図８の上図に示すようなクロスポーラライズドアンテナの場合を考える。図８は、クロスポーラライズドアンテナの一例を示す図である。クロスポーラライズドアンテナは、２つのユニフォームリニアアレイアンテナに分けることができる。そして、水平成分プリコーディングマトリクスＷＨは、マトリクス要素ＷＨ１と、マトリクス要素ＷＨ２とに分離することができる。そして、マトリクス要素ＷＨ１は、ユニフォームリニアアレイアンテナ内のアンテナ間に位相差を与えるものである。また、マトリクス要素ＷＨ１は、指向性形成に影響を与えるものである。一方、マトリクス要素ＷＨ２は、ユニフォームリニアアレイアンテナ間に位相差を与えるものである。従って、マトリクス要素ＷＨ１は、マトリクス要素ＷＨ２に比べると、時間及び周波数に対する変動が小さい。すなわち、マトリクス要素ＷＨ１は、広帯域（wide band）及び長周期（long term）のチャネル特性を対象とし、マトリクス要素ＷＨ２は、周波数選択的（frequency selective）で短周期（short term）のチャネル特性を対象とする。
以上の内容を前提として、移動局１０においてＣＳＩ算出部１４は、ＰＭＩを決定する。以下では、ＰＭＩの決定方法の２つの具体例について説明する。
〈具体例１〉
まず、ＣＳＩ算出部１４は、ＳＵ−ＭＩＭＯ用のＰＭＩを決定する。
すなわち、まず、ＣＳＩ算出部１４は、マトリクス要素ＷＨ２を、マトリクス要素ＷＨ２の複数の候補の中の１つに固定する。
そして、ＣＳＩ算出部１４は、マトリクス要素ＷＨ２を固定した状態で、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶとマトリクス要素ＷＨ１との組合せの複数の候補の中から、システム帯域幅全体の通信容量を最大にする組合せを決定する。
そして、ＣＳＩ算出部１４は、決定した組合せに固定した状態で、マトリクス要素ＷＨ２の複数の候補の中から、サブバンド毎に、通信容量が最大となるマトリクス要素ＷＨ２を決定する。
次に、ＣＳＩ算出部１４は、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のＰＭＩを決定する。
すなわち、ＣＳＩ算出部１４は、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶについては、ＳＵ−ＭＩＭＯ用に決定されたものを用いる。
そして、ＣＳＩ算出部１４は、マトリクス要素ＷＨ２’を、マトリクス要素ＷＨ２’の複数の候補の中の１つに固定する。
そして、ＣＳＩ算出部１４は、固定したマトリクス要素ＷＨ２’と上記の垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶとを固定した状態で、マトリクス要素ＷＨ１’の複数の候補の中から、システム帯域幅全体の通信容量を最大にするマトリクス要素ＷＨ１’を決定する。
そして、ＣＳＩ算出部１４は、決定したマトリクス要素ＷＨ１’と上記の垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶとを固定した状態で、サブバンド毎に、通信容量が最大となるマトリクス要素ＷＨ２’を決定する。
以上により、ＳＵ−ＭＩＭＯ用のＰＭＩ、つまり、ＰＭＩＶ及びＰＭＩＨ（つまり、ＷＨ１及びＷＨ２）、並びに、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のＰＭＩ、つまり、ＰＭＩＨ’（つまり、ＷＨ１’及びＷＨ２’）を決定することができる。
なお、上記の組合せの決定は、次のように行われてもよい。すなわち、ＣＳＩ算出部１４は、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶとマトリクス要素ＷＨ１との組合せの各候補と、マトリクス要素ＷＨ２の各候補との全組合せについて、システム帯域幅全体の通信容量を算出する。そして、ＣＳＩ算出部１４は、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶとマトリクス要素ＷＨ１との組合せの各候補について、算出した通信容量を合計し、合計値が最大となる組合せを決定する。
〈具体例２〉
ＳＵ−ＭＩＭＯ用のＰＭＩの決定については、具体例２は、具体例１と同じである。ただし、ＭＵ−ＭＩＭＯ用のＰＭＩの決定について、具体例２は、具体例１と異なる。
すなわち、ＣＳＩ算出部１４は、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶ及びマトリクス要素ＷＨ１については、ＳＵ−ＭＩＭＯ用に決定されたものを用いる。
そして、ＣＳＩ算出部１４は、垂直成分プリコーディングマトリクスＷＶ及びマトリクス要素ＷＨ１を固定した状態で、サブバンド毎に、通信容量が最大となるマトリクス要素ＷＨ２’を決定する。
以上のように本実施例によれば、移動局１０においてＣＳＩ算出部１４は、第１のチャネル状態情報に対応する、基地局３０で水平方向のビーム形成に用いられる第１のプリコーディング情報（例えば、ＰＭＩＨ）と、第２のチャネル状態情報に対応する第２のプリコーディング情報（例えば、ＰＭＩＨ’）とを算出する。また、ＣＳＩ算出部１４は、第１のチャネル状態情報及び第２のチャネル状態情報の両方に対応する、基地局３０における垂直方向のビーム形成に用いられる第３のプリコーディング情報（例えば、ＰＭＩＶ）を算出する。そして、報告制御部１７は、第１のチャネル状態情報の報告（例えば、ＣＳＩプロセス＃１）では、第１のプリコーディング情報及び第３のプリコーディング情報を報告し、第２のチャネル状態情報の報告（例えば、ＣＳＩプロセス＃２）では、第３のプリコーディング情報を報告せず、第２のプリコーディング情報を報告する。
この移動局１０の構成により、第１のチャネル状態情報及び第２のチャネル情報で共通の第３のプリコーディング情報を、第１のチャネル状態情報の報告時及び第１のチャネル状態情報の報告時のいずれかで報告することができる。これにより、制御情報のオーバーヘッドを削減できる。
［他の実施例］
［１］実施例１では、各アンテナを物理的なアンテナとして説明したが、開示の技術はアンテナポートのような論理的なアンテナにも同様に適用可能である。
［２］実施例では、Precodingの適用される物理チャネルとして、ＥＰＤＣＣＨ及びＰＤＳＣＨを例示した。しかしながら、ＥＰＤＣＣＨは、例えば、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control CHannel）、ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator CHannel）等の他の制御用チャネルであってもよい。また、ＰＤＳＣＨについても、他のデータ用チャネルであってもよい。
［３］実施例１で図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
更に、各装置で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしてもよい。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行するプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしてもよい。
実施例１の移動局及び基地局は、例えば、次のようなハードウェア構成により実現することができる。
図９は、移動局のハードウェア構成例を示す図である。図９に示すように、移動局１００は、ＲＦ（Radio Frequency）回路１０１と、プロセッサ１０２と、メモリ１０３とを有する。
プロセッサ１０２の一例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。また、メモリ１０３の一例としては、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等のＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等が挙げられる。
そして、実施例１の移動局で行われる各種処理機能は、不揮発性記憶媒体などの各種メモリに格納されたプログラムを増幅装置が備えるプロセッサで実行することによって実現してもよい。すなわち、ＦＦＴ部１２と、チャネル推定部１３と、ＣＳＩ算出部１４と、制御信号復調部１５と、データ信号復調部１６と、報告制御部１７と、上り制御信号生成部１８と、ＩＦＦＴ部１９とによって実行される各処理に対応するプログラムがメモリ１０３に記録され、各プログラムがプロセッサ１０２で実行されてもよい。また、ＦＦＴ部１２と、チャネル推定部１３と、ＣＳＩ算出部１４と、制御信号復調部１５と、データ信号復調部１６と、報告制御部１７と、上り制御信号生成部１８と、ＩＦＦＴ部１９とによって実行される各処理は、ベースバンドＣＰＵ及びアプリケーションＣＰＵ等の複数のプロセッサによって分担されて実行されてもよい。また、受信ＲＦ部１１及び送信ＲＦ部２０は、ＲＦ回路１０１によって実現される。
図１０は、基地局のハードウェア構成例を示す図である。図１０に示すように、基地局２００は、ＲＦ回路２０１と、プロセッサ２０２と、メモリ２０３と、ネットワークＩＦ（Inter Face）２０４とを有する。プロセッサ２０２の一例としては、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ等が挙げられる。また、メモリ２０３の一例としては、ＳＤＲＡＭ等のＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等が挙げられる。
そして、実施例１の基地局で行われる各種処理機能は、不揮発性記憶媒体などの各種メモリに格納されたプログラムを増幅装置が備えるプロセッサで実行することによって実現してもよい。すなわち、スケジューラ３１と、データ信号生成部３２と、制御信号生成部３３と、Precoding決定部３４と、ＵＥ−specific ＲＳ生成部３５と、Precoding処理部３６と、ＣＳＩ−ＲＳ生成部３７と、物理チャネル多重部３８と、ＩＦＦＴ部３９と、ＦＦＴ部４２と、上り制御信号復調部４３とによって実行される各処理に対応するプログラムがメモリ２０３に記録され、各プログラムがプロセッサ２０２で実行されてもよい。また、送信ＲＦ部４０及び受信ＲＦ部４１は、ＲＦ回路２０１によって実現される。
なお、ここでは、基地局２００が一体の装置であるものとして説明したが、これに限定されない。例えば、基地局２００は、無線装置と制御装置という２つの別体の装置によって構成されてもよい。この場合、例えば、ＲＦ回路２０１は無線装置に配設され、プロセッサ２０２と、メモリ２０３と、ネットワークＩＦ２０４とは制御装置に配設される。
１０ 移動局
１１，４１ 受信ＲＦ部
１２，４２ ＦＦＴ部
１３ チャネル推定部
１４ ＣＳＩ算出部
１５ 制御信号復調部
１６ データ信号復調部
１７ 報告制御部
１８ 上り制御信号生成部
１９，３９ ＩＦＦＴ部
２０，４０ 送信ＲＦ部
２１，２２ ＣＳＩ算出処理部
３０ 基地局
３１ スケジューラ
３２ データ信号生成部
３３ 制御信号生成部
３４ Precoding決定部
３５ ＵＥ−specific ＲＳ生成部
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ Precoding処理部
３７ ＣＳＩ−ＲＳ生成部
３８ 物理チャネル多重部
４３ 上り制御信号復調部

Claims (7)

  1. 基地局から送信された既知信号に基づいてチャネル状態情報を前記基地局へ報告し、前記基地局との間で空間多重による無線通信を行う移動局であって、
    第１のチャネル状態情報に対応する、前記基地局で水平方向のビーム形成に用いられる第１のプリコーディング情報と、第２のチャネル状態情報に対応する第２のプリコーディング情報と、前記第１のチャネル状態情報及び前記第２のチャネル状態情報の両方に対応する、前記基地局における垂直方向のビーム形成に用いられる第３のプリコーディング情報とを算出する算出手段と、
    前記第１のチャネル状態情報の報告では、前記第１のプリコーディング情報及び前記第３のプリコーディング情報を報告し、前記第２のチャネル状態情報の報告では、前記第３のプリコーディング情報を報告せず、前記第２のプリコーディング情報を報告する報告制御手段と、
    を具備することを特徴とする移動局。
  2. 前記第１のチャネル状態情報及び前記第２のチャネル状態情報の一方は、１つの移動局向けの空間多重で用いられ、他方は、複数の移動局向けの空間多重で用いられる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の移動局。
  3. 前記基地局は、２次元に配列された複数のアンテナを有し、
    前記第１のプリコーディング情報及び第２のプリコーディング情報のそれぞれは、前記複数のアンテナがグループ分けされた複数の第１種グループの全てで共通であり、
    前記第３のプリコーディング情報は、前記複数のアンテナがグループ分けされた複数の第２種グループの全てで共通である、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の移動局。
  4. 各第１種グループは、前記複数のアンテナが水平方向でグループ分けされたグループであり、
    各第２種グループは、前記複数のアンテナが垂直方向でグループ分けされたグループである、
    ことを特徴とする請求項３に記載の移動局。
  5. 前記第１のチャネル状態情報及び前記第２のチャネル状態情報は、異なる物理チャネルで用いられる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の移動局。
  6. 前記第１のチャネル状態情報及び前記第２のチャネル状態情報の一方は、共有チャネルで用いられ、他方は、制御チャネルで用いられる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の移動局。
  7. 基地局との間で空間多重による無線通信を行う移動局によるチャネル状態情報の報告方法であって、
    第１のチャネル状態情報に対応する、前記基地局で水平方向のビーム形成に用いられる第１のプリコーディング情報と、第２のチャネル状態情報に対応する第２のプリコーディング情報と、前記第１のチャネル状態情報及び前記第２のチャネル状態情報の両方に対応する、前記基地局における垂直方向のビーム形成に用いられる第３のプリコーディング情報とを算出し、
    前記第１のチャネル状態情報の報告では、前記第１のプリコーディング情報及び前記第３のプリコーディング情報を報告し、前記第２のチャネル状態情報の報告では、前記第３のプリコーディング情報を報告せず、前記第２のプリコーディング情報を報告する、
    ことを特徴とする報告方法。
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