JPWO2016207929A1 - 無線通信制御方法、無線通信システム、受信装置および送信装置 - Google Patents

Abstract

開示の技術は、複数の送信アンテナを用いるマルチパス通信を行う場合に、無線基地局が下りのチャネル特性を十分に把握することができる無線通信制御方法、無線通信システム、受信装置および送信装置を提供することを目的とする。上述した課題を解決し、目的を達成するために、開示の無線通信制御方法は、複数送信アンテナを備える送信装置と少なくとも一つの受信アンテナを備える受信装置とを備える無線通信システムにおける制御方法であって、前記受信装置が、前記少なくとも一つの受信アンテナの一つである特定受信アンテナによって、前記複数送信アンテナのそれぞれから送信される参照信号を受信し、前記受信装置が、前記複数送信アンテナのそれぞれが同一の送信データに基づいて送信した信号を前記特定受信アンテナのみが受信する場合に適用される送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを前記参照信号に基づいて決定し、前記受信装置が、前記送信アンテナ重みに関する第１情報と前記受信アンテナ重みに関する第２情報とを前記送信装置に対して送信する。

Description

本発明は、無線通信制御方法、無線通信システム、受信装置および送信装置に関する。

近年、携帯電話システム（セルラーシステム）等の無線通信システムにおいて、無線通信の更なる高速化・大容量化等を図るため、次世代の無線通信技術について議論が行われている。例えば、標準化団体である3GPP（3rd Generation Partnership Project）では、LTE（Long Term Evolution）と呼ばれる通信規格や、LTEの無線通信技術をベースとしたLTE-A（LTE-Advanced）と呼ばれる通信規格が提案されている。以降では、特に断りが無い限り、「LTE」はLTEおよびLTE-Aに加え、これらを拡張したその他の無線通信システムを含むものとする。

LTEに基づく無線通信システムにおいては、マルチアンテナを用いた伝送方式が規定されている。このような伝送方式は、一般に、MIMO(Multiple Input Multiple Output)、MISO(Multiple Input Single output)、SIMO(Single Input Multiple output)の３つに分類される。MIMOは、送信装置と受信装置のいずれもが複数のアンテナを使用する場合に相当する。MIMOの一例として、送信装置が備える送信アンテナが４本、受信装置が備える受信アンテナが２本の場合、一般に「４×２ MIMO」と表記される。一方、MISOは送信装置のみが複数アンテナを使用する場合に相当し、SIMOは受信装置のみが複数アンテナを使用する場合に相当する。

これらのマルチアンテナ技術は、アンテナの位置が少し違うだけで、無線信号の送受信状況が大きく変化する性質を利用している。そのため、マルチアンテナ技術によれば、送信装置と受信装置との間に複数の通信路（一般にマルチパスと呼ばれる）が形成されることになる。一例として、４×２ MIMOの場合では、４×２＝８本の通信路が形成され、これら８本の通信路によるマルチパス通信が実現できる。このようなマルチパス通信においては、複数の通信路を活用して、同一の周波数帯域を用いて同時に（並列に）無線通信が実行される。これにより、マルチアンテナ技術によれば、単一の送受信アンテナによる無線通信では得られない様々な効果を得ることができる。例えば、限られた無線リソースを用いて無線通信の容量（スループット）を向上させたり、カバレージを拡大させたりすることができる。

そのため、3GPPにおいても、マルチアンテナ技術に関連する研究開発が活発に行われている。LTEの最新の仕様によれば、無線基地局（eNB: Evolved Node B）のアンテナ数は最大８本、無線端末（UE: User Equipment）のアンテナ数は最大４本がサポートされている。将来的には、さらなるスループットの改善等を図るべく、利用可能なアンテナ数がさらに増えることも予想される。

ところで、LTEにおいては、原則として無線通信のスケジューリングは無線基地局が行う。ここで、無線通信のスケジューリングとは、狭義には無線通信を行うための無線リソース（周波数および時間）の割当のことであるが、広義には無線通信を行うための種々の設定やパラメータの指定を含む。例えば、無線通信に用いる変調・符号化方式の選択や、MIMOを行うか否かの選択等もスケジューリングの一部であり、LTEにおいてこれらは無線基地局によって行われる。

効率的な無線通信をスケジューリングするためには、無線基地局は自分と無線端末との間に形成される無線通信路（チャネル）の状態を把握する必要がある。例えば、チャネル状態が比較的良い場合には、高レートな変調・符号化方式を選択することにより、無線通信のスループットを高めることができる。一方、チャネル状態が比較的悪い場合には、低レートな変調・符号化方式を選択することにより、無線通信の精度を確保することができる。このように、効率的な無線通信においては、無線基地局がチャネル状態を把握することが前提となっていると言える。

さて、一般的に無線通信は無線基地局と無線端末との間で双方向に行われる。無線端末から無線基地局への方向は上り(uplink)と呼ばれ、無線基地局から無線端末への方向は下り(downlink)と呼ばれる。

ここで、上りの無線通信においては無線基地局が受信装置となるため、無線基地局は受信信号に基づいて上りのチャネル状態を自ら測定することができる。しかしながら、下りの無線通信においては無線基地局が送信装置となるため、無線基地局は下りのチャネル状態を自ら測定することができない。

そこで、LTEにおいては、無線端末が測定した下りのチャネル状態に基づく、無線基地局への上りのフィードバック情報が定められている。これらのフィードバック情報はCSI(Channel State Information)と呼ばれる。CSIにより、無線基地局は下りのチャネル状態をある程度把握でき、下りの無線通信においても妥当なスケジューリングを行うことが可能となっている。

なお、CSIには、下りのチャネル品質に基づいて決定される情報を通知するものと、下りのチャネル特性に基づいて決定される情報を通知するものとがある。ここで、チャネル品質を示す指標はいくつかあるが、代表的なものとしてはSINR(Signal Interference Noise Ratio)等がある。これに対し、チャネル特性はチャネルの特性そのものであり、具体的には、チャネルによってもたらされる無線信号における位相と振幅の変化である。一般に、Ｍ×Ｎ MIMOの場合、チャネル特性はＭ×Ｎの複素行列（チャネル行列）で表される。

特表２０１２−５３１１２９号公報 特表２０１３−５１４７０３号公報

3GPP R1-151283 " Discussion on SRS enhancement for EBF/FD-MIMO"(2015-04)

上述したように、LTEにおける既定の上りのフィードバック情報であるCSIによれば、無線基地局は下りのチャネル状態をある程度把握できる。しかしながら、本願発明者は、CSIの十分性について議論の余地があると考えている。

すなわち、先に述べたように、CSIには、下りのチャネル品質に基づいて決定される情報を通知するものと、下りのチャネル特性に基づいて決定される情報を通知するものとがある。しかしながら、CSIはいずれも下りのチャネル特性そのものを伝えるものではない。そのため、無線基地局が下りのチャネル特性そのものを把握したいような状況においては、CSIでは必ずしも十分ではない可能性があると考えられる。その結果、CSIのみでは、所定の状況において効率的な無線通信の実現に支障が出ることも考えられる。

特に、本願発明者による検討の結果、後述するように、複数の送信アンテナを用いるマルチパス通信を行う場合（MIMOまたはMISO）において、CSIでは十分ではないことが見いだされた。

なお、上記の説明はLTEに基づいて行ってきたが、所定の条件が揃えば、他の無線通信システムにも当てはまるものであることに留意されたい。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の送信アンテナを用いるマルチパス通信を行う場合に、無線基地局が下りのチャネル特性を十分に把握することができる無線通信制御方法、無線通信システム、受信装置および送信装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、開示の無線通信制御方法は、複数送信アンテナを備える送信装置と少なくとも一つの受信アンテナを備える受信装置とを備える無線通信システムにおける制御方法であって、前記受信装置が、前記少なくとも一つの受信アンテナの一つである特定受信アンテナによって、前記複数送信アンテナのそれぞれから送信される参照信号を受信し、前記受信装置が、前記複数送信アンテナのそれぞれが同一の送信データに基づいて送信した信号を前記特定受信アンテナのみが受信する場合に適用される送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを前記参照信号に基づいて決定し、前記受信装置が、前記送信アンテナ重みに関する第１情報と前記受信アンテナ重みに関する第２情報とを前記送信装置に対して送信する。

本件の開示する無線通信制御方法、無線通信システム、受信装置および送信装置の一つの態様によれば、複数の送信アンテナを用いるマルチパス通信を行う場合に、無線基地局が下りのチャネル特性を十分に把握することができるという効果を奏する。

図１は、本願における問題の所在を説明する図である。 図２は、第１実施形態を説明する図である。 図３は、第２実施形態に係る無線通信システムの処理シーケンスを示す図である。 図４は、第３実施形態に係る無線通信システムの処理シーケンスを示す図である。 図５は、各実施形態の無線通信システムのネットワーク構成の一例を示す図である。 図６は、各実施形態の無線通信システムにおける無線基地局の機能構成図の一例である。 図７は、各実施形態の無線通信システムにおける携帯電話無線端末の機能構成図の一例である。 図８は、各実施形態の無線通信システムにおける無線基地局のハードウェア構成図の一例である。 図９は、各実施形態の無線通信システムにおける携帯電話無線端末のハードウェア構成図の一例である。

以下、図面を用いながら、開示の無線通信制御方法、無線通信システム、受信装置および送信装置の実施形態について説明する。尚、便宜上別個の実施形態として説明するが、各実施形態を組み合わせることで、組合せの効果を得て、更に、有用性を高めることもできることはいうまでもない。

［問題の所在］
まず、各実施形態を説明する前に、従来技術における問題の所在を説明する。この問題は、発明者が従来技術を仔細に検討した結果として新たに見出したものであり、従来は知られていなかったものであることに注意されたい。

上述したように、LTEにおける既定の上りのフィードバック情報であるCSIはいずれも下りのチャネル特性そのものを伝えるものではない。そのため、無線基地局が下りのチャネル特性そのものを把握したいような状況においては、CSIでは必ずしも十分ではない可能性があると考えられる。

そこで、ここではまず、LTEにおける既定の上りのフィードバック情報であるCSIの概要を確認する。LTEにおいては、CSIとして、CQI(Channel Quality Indicator)、PMI(Precoding Matrix Indicator)、RI(Rank Indicator)等のフィードバック情報が定められている。

CQIは、下りのチャネル品質を示すフィードバック情報である。無線端末は、無線基地局から送信された参照信号等に基づいて下りのチャネル品質（SINR等）を測定し、その測定結果に基づいてCQIを決定し、無線基地局にフィードバックする。CQIは６ビットのフィードバック情報であり、広帯域（wideband）を対象とするものと、部分帯域（subband）を対象とするものとがある。無線基地局は、無線端末からフィードバックされたCQIを用いて、下りのデータ送信に用いる符号化のレートや変調方式の決定等を行う。そのため、CQIのフィードバックは、無線基地局側の送信アンテナの数が単数であるか複数であるかに拘らず、同様に行われる。

PMIは、複数の送信アンテナに基づく下りのマルチパス通信における送信アンテナ重みを示すフィードバック情報である。無線端末は、無線基地局から送信された参照信号等に基づいて下りのチャネル特性を推定し、その推定結果に基づいて妥当な送信アンテナ重み（および受信アンテナ重み）を算出する。そして、無線端末は、算出した送信アンテナ重みに基づいてPMIを決定し、無線基地局にフィードバックする。無線基地局は、フィードバックされた送信アンテナ重みに基づいて、アンテナ毎の送信信号に異なる重み付けを掛け合わせてから送信を行う（一般にプリコーディングと呼ばれる）。送信アンテナ重みを用いることで、受信信号の利得が高まる等の効果を得ることができる。送信アンテナ重みは、一般的には送信アンテナ数×ストリーム数（後述）の行列で表現可能なため、プリコーディング行列（プリコーディングマトリックス）と呼ばれることがある。

LTEにおいては、送信アンテナ重みをそのままフィードバックするのではなく、送信アンテナ重みのインデックス値であるPMIをコードブックに基づいてフィードバックする。PMIはランク（後述）にもよるが、２または４ビットのフィードバック情報である。PMIは、送信アンテナ重みの設定を閉ループ方式に基づいて設定する場合のフィードバック情報に相当する。ここで、閉ループ方式とは無線端末から無線基地局へのフィードバック情報を前提とする方式である。なお、LTEにおいては、無線端末から無線基地局へのフィードバック情報を前提としない開ループ方式に基づいて、送信アンテナ重みの設定を行うことも可能である。

RIは、複数の送信アンテナに基づく下りのマルチパス通信におけるランクを示すフィードバック情報である。ここで、ランクとはLTEにおける用語であり、複数の送信アンテナを用いたマルチパス通信におけるレイヤの数に相当する。また、ここでのレイヤもLTEにおける用語であり、一般にはストリームと呼ばれる概念を指す。ここで、ストリームとは、送受信される情報系列（信号系列）の単位といった意味を有する概念である。

無線端末は、無線基地局から送信された参照信号等に基づいて下りのチャネル品質を測定し、その測定結果に基づいてRIを決定し、無線基地局にフィードバックする。RIは、最大３ビットのフィードバック情報である。例えば２×２ MIMOにおいてランクが２の無線通信を行う場合、２本のレイヤ（ストリーム）が、２本ずつの送受信アンテナを介して送受信される。これは、一般に空間多重と呼ばれ、チャネル品質が良い場合等にスループットを上げるために行われる。これに対し、ランクが１の場合、１本のレイヤ（ストリーム）が、２本ずつの送受信アンテナを介して送受信される。これは、一般に空間ダイバーシチと呼ばれ、チャネル品質が悪い場合等に確実性を上げたり、送信信号に指向性を持たせるため（ビームフォーミング）に行われる。なお、LTEの最新の仕様によれば、ランクの最大値は８となっている。

以上で確認した通り、LTEにおける既定のフィードバック情報であるCSIはいずれも下りのチャネル特性そのものを伝えるものではない。そのため、LTEにおいては、無線基地局が下りのチャネル特性そのものを把握するのは、単純には行かないことが分かる。しかしながら、従来は、無線基地局が下りのチャネル特性そのものを把握できなくとも、特段の不都合は生じていなかった。

ところが、今後は、無線基地局が下りのチャネル特性そのものを把握したいような状況が発生することが想定される。以下では、一例として、多地点協調（CoMP: Coordinated Multipoint）の一類型である協調ビームフォーミングを行う場合を考える。なお、例えばマルチユーザMIMOを行う場合にも同様の問題が発生しうることに留意されたい。

今、ある無線基地局が、LTEの既定の仕様に沿って、ランク２を示すRIと、それに対応するPMIとのフィードバックをある無線端末から受けたものとする。一方、これと前後して、当該無線基地局は、協調局である他の無線基地局から協調ビームフォーミングの依頼を受けたものとする。そして、当該無線基地局は、協調局からの依頼の方を尊重し、協調局の配下の無線端末に与える干渉を抑制するため、当該無線端末に対してランク２のマルチパス通信を行う代わりに、ランク１のビームフォーミング（指向性通信）を行いたいものとする。

ここで、送信アンテナ重みを示すPMIは、一般に、ランクに応じて全く異なる値となる。そのため、上記の状況において無線基地局は、ランク２のPMIは把握してはいるが、ランク１のPMIを把握することはできない。したがって、無線基地局がランク１のビームフォーミングを行うためには、ランク１に対応するPMIを無線端末に送り直してもらうことになる。しかしながら、この場合、再度のフィードバックを行うことで発生する遅延により、無線通信を適切なタイミングに行うのが難しくなるという問題がある。また、１度目のフィードバック信号が実質的に無駄となるため、無線リソースの浪費という問題もある。したがって、LTEの既定のCSIのみでは、上述したような状況に適切に対応するのが難しいものと考えられる。

これに対し、仮に、無線基地局が下りのチャネル特性そのものを把握できるものとする。この場合、無線基地局は、把握しているチャネル特性に基づいて、あらゆるランクのPMIを自力で求めることができる。そのため、先に述べたLTEの既定のCSIに基づく方法のように、再度のフィードバックに伴う遅延や無線リソースの浪費等の問題が生じない。したがって、無線基地局がチャネル特性を把握できることにより、上述したような状況に適切に対応することができるようなるものと考えられる。

このように、今後は、無線基地局が下りのチャネル特性そのものを把握したいような状況が発生することが想定される。こうした状況は、無線端末や無線基地局の増加に伴い、将来的にますます増えていくものと考えられる。

ところで、LTEにおいては、周波数分割複信(FDD: Frequency Division Duplex)方式と時間分割複信(TDD: Time Division Duplex)方式とが定められている。このうち、FDD方式においては、上りと下りで異なる周波数帯を使用することにより、上りと下りのチャネル特性が全く異なるものとなるため、無線基地局が下りのチャネル特性を自力で推定することは本来的に困難である。

これに対し、TDD方式においては、無線基地局は下りのチャネル特性を本来的には自力で推定できる。具体的には、まず無線基地局は自らが受信した信号に基づいて、上りのチャネル特性を自力で推定できる。そして、TDD方式においては、上りと下りで同一の周波数帯を用いるため、下りのチャネル特性は上りのチャネル特性と同等となる。そのため、TDD方式の場合、無線基地局は、自分が送信装置である下りのチャネル特性をも自力で推定できることになる。

ただし、LTEにおいては、その仕様上、上りにおける無線端末側の送信アンテナ数が制限されている場合がある。例えば、LTEの仕様においては、仮に無線端末が４本のアンテナを備えている場合であっても、送信アンテナとしては１本または２本しか使用できない場合がある（受信アンテナとしては４本を使用できる）。そのため、たとえTDD方式の場合であっても、無線基地局が把握できる下りのチャネル特性は一部であり、全ての下りチャネルの特性を把握することは困難であると言える。

したがって、LTEにおいては、FDD方式のみならずTDD方式であっても、無線基地局は下りのチャネル特性を自力では十分に把握することはできないことになる。すなわち、本願発明の課題は、LTEのFDD方式のみならずTDD方式もが抱えているものであることに留意されたい。

さて、以上で考察した無線基地局による下りチャネル特性そのものの把握の必要性を踏まえ、引き続き、無線基地局が下りのチャネル特性そのものを把握するための具体的方法について検討する。

まず、もっとも単純な方法として、無線端末が推定した下りのチャネル特性そのものを無線基地局にそのままフィードバックしてしまうことが考えられる。これにより、当然のことではあるが、無線基地局は下りのチャネル特性を把握することが可能となる。

しかしながら、このフィードバック方法には２つの問題があると考えられる。

まず、このフィードバック方法には、既定の仕様からの変更が大きいという問題がある。そもそもLTEの既定の仕様においては、下りのチャネル特性をフィードバックする旨の内容は全く存在しない。そのため、このフィードバック方法の実現化において、既定の仕様を流用するのは難しく、フィードバック方法そのものを新たに一から仕様化する必要がある。さらに、チャネル特性そのもののフィードバックを実現する場合、PMIのようにコードブック方式を採用するのが現実的であろうが、このコードブックも一から仕様化しなければならない。確かに、一般に、新たな機能を追加する際には仕様の変更は避けては通れない。とはいえ、その変更量が多い場合、当該機能の導入に対する障壁となりうる。上述したフィードバック方法は、仕様の変更量が大きすぎるため、導入が困難であるものと考えられる。

また、下りのチャネル特性そのものをフィードバックする方法のもう一つの問題として、フィードバック情報のサイズが大きくなることが挙げられる。例えば８×４ MIMOの場合、３２個のチャネルの特性（位相および振幅の変化）そのものを送ろうとすると、１個のチャネル特性を１３ビットで量子化（振幅６ビット、位相７ビット）するとしても、フィードバック情報のサイズは３２×１３＝４１６ビットに達する。一方、チャネル１個当たりのビット数を減らしたり、PMIのようなコードブック方式を採用する手段も考えられるが、量子化が行き過ぎると、無線基地局が得られるチャネル特性の精度が劣化し、本末転倒となりかねない。

これらの問題を踏まえると、下りのチャネル特性そのものをフィードバックする方法は現実的ではないものと考えられる。

これに対し、仮に、前述したPMIを利用して、無線基地局が下りのチャネル特性を得ることができれば、これらの問題は解消されるものと思われる。

すなわち、PMIはLTEにおける既定のフィードバック信号であるため、仮に無線基地局がこれを用いて下りのチャネル特性を把握する場合、既定の仕様からの変更が全く必要ない。また、PMIは２または４ビットの情報であるため、フィードバック情報のサイズの問題もないと考えられる。

そこで、PMIに基づいて無線基地局が下りのチャネル特性を得ることが可能かについて検討する。もしこれが可能であれば、無線基地局が下りのチャネル特性を把握するためのフィードバック情報として、既存のPMIを流用するのが望ましいという結論になりうる。

ここで、PMIについて再び説明する。前述したように、PMIは、複数の送信アンテナに基づく下りのマルチパス通信における送信アンテナ重み（プリコーディング）を示すフィードバック情報である。無線端末は、無線基地局から送信された参照信号等に基づいて下りのチャネル特性を推定し、その推定結果に基づいて妥当な送信アンテナ重みおよび受信アンテナ重みを算出する。そして、無線端末は、算出した送信アンテナ重みに基づいてPMIを決定し、無線基地局にフィードバックする。

ここで、PMIについてさらに説明を行うために、マルチパス通信における送信装置と受信装置の処理の概略を説明する。

図１Ａに、一例として、４×２MIMOであって、ランク（ストリーム数）が１の場合のマルチパス通信を模式化した図を示す。ここでは、送信装置は無線基地局１０であり、受信装置は「無線端末２０となっている。また、ｓは送信信号、ｇ_ｉは送信アンテナ重み、ｈ_ｉ，ｊはチャネル行列Ｈの各成分、ｎ_ｊは受信アンテナ毎の熱雑音及び干渉、ｗ_ｊは受信アンテナ重み、ｙは受信装置内における合成信号をそれぞれ示す（ただし、１≦ｉ≦４、１≦ｊ≦２）。

図１Ａに示されるように、無線基地局１０において、１本のストリームｓに基づいて生成された１つの送信信号に対して４個の送信アンテナ重みｇ_ｍがそれぞれ掛け合わされて４個の信号（便宜上、重み付け送信信号と称する）が生成され、それらは４本の送信アンテナからそれぞれ送信される。この４個の重み付け送信信号は、４×２のマルチパスを形成するチャネル特性の各成分ｈ_ｉ，ｊがさらに掛け合わされた上に空間上で合成され、２本の受信アンテナで受信信号として受信される。さらに、無線端末２０において、２個の受信信号のそれぞれに熱雑音及び干渉ｎ_ｊが加わるとともに異なる受信アンテナ重みｗ_ｊが掛け合わされて２個の信号（便宜上、重み付け受信信号と称する）が生成される。最後に２個の重み付け受信信号が合成され、ストリームを復調・復号する前の最終的な合成信号であるｙが得られる。

図１Ａにおいて無線端末２０がチャネル特性から送信アンテナ重みｇ_ｉと受信アンテナ重みｗ_ｊとを決定するに当たっては、マルチパス通信における代表的な復調法であるMMSE(Minimum Mean Square Error)法等を前提とすれば、合成信号ｙの利得が最大となるように、決定される。このことは、位相成分に着目すると、合成の直前の信号である重み付け受信信号の位相が揃っていることに対応する。位相が揃うことで各重み付け受信信号が強め合う結果、合成信号ｙの利得が最大化されるためである。

図１Ａに基づいて、無線基地局１０がPMIに基づいてチャネル特性Ｈを得ることができるかを考察する。なお、ここではチャネル特性Ｈの各成分ｈ_ｉ，ｊの位相に着目して考察を行うが、Ｈの各成分の振幅についても同様に考えることができることに留意されたい。

まず、PMIは、図１Ａにおける送信アンテナ重みｇ_ｉそのものではないが、送信アンテナ重みを示すインデックス値である。そのため、理想的には、無線基地局１０がPMIを得ることと送信アンテナ重みを得ることは同等であるとみなすことができる（もちろん、PMIは送信アンテナ重みが量子化されたものであることから、精度の低下は相応に発生しうる）。

このとき、無線基地局１０がPMI（送信アンテナ重みｇ_ｉ）のフィードバックを受けた場合、図１Ａにおける２個の重み付け受信信号の位相が揃っているという前提をたとえ考慮しても、図１Ａに示すチャネル特性Ｈの各成分ｈ_ｉ，ｊの位相はPMIに基づいて推定できないことが分かる。これは、図１Ａに示されるように、Ｈを求めるにはどうしても受信アンテナ重みｗ_ｊも考慮せざるを得ないことに起因する。

これに対し、参考までに、図１Ｂにおいて、図１Ａに対応するケースを等価チャネルで表現した模式図を示す。図１Ｂでは、チャネルＨの各成分ｈ_ｉ，ｊ、熱雑音及び干渉ｎ_ｊ、および受信アンテナ重みｗ_ｊが、仮想的な等価チャネル（MMSE等価チャネル）Ｈ’に対応付けられている（各成分はｈ’_ｉ，ｊ）。図１Ｂにおいては、無線基地局１０がPMI（送信アンテナ重みｇ_ｉ）のフィードバックを受けた場合、４個の受信信号の位相が揃っている（その場合に受信側の利得が最大となる）という前提を考慮すれば、図１に示す等価チャネルの特性Ｈ’の位相成分はPMIに基づいて推定できることが分かる。すなわち、無線基地局１０は、等価チャネルの特性Ｈ’の位相成分を、PMIが示す送信アンテナ重みの位相の逆位相として求めることができる（なお、熱雑音及び干渉ｎ_ｊは乱数値であるため、簡単のため、ここでは考慮外とする）。これに対し、本来求めたいはずの図１Ａにおけるチャネル特性Ｈがこのように単純に求めることができないことは、先に述べた通りである。

以上の考察により、PMIのみに基づいて無線基地局１０が下りのチャネル特性を得ることはできないことが分かる。したがって、無線基地局１０が下りのチャネル特性を得るための新たなフィードバック情報が必要ということになる。

以上をまとめると、無線基地局１０が下りのマルチパス通信におけるチャネル特性を把握したいような状況が将来的に増えてくるものと予想される。しかしながら、LTEにおいては、FDD方式とTDD方式のいずれの場合であっても、無線基地局１０が下りのマルチパス通信におけるチャネル特性そのものを自力では十分に把握できないという現実がある。これに対し、無線端末２０が推定した下りのマルチパス通信におけるチャネル特性そのものを無線基地局１０にフィードバックすることも考えられるが、仕様において必要な変更の大きさやフィードバック情報のサイズを考慮すると現実的ではない。一方、LTEにおける既定のフィードバック情報であるPMIのみでは、無線基地局１０は下りのマルチパス通信におけるチャネル特性を十分に把握できない。

なお、上記の説明はLTEに基づいて行ってきたが、所定の条件が揃えば、他の無線通信システムにも当てはまるものであることに留意されたい。

以下では、この問題を解決する各実施形態を順に説明する。

［第１実施形態］
以下では図１に基づいて第１実施形態を説明する。図１に示されるように、第１実施形態は、複数送信アンテナを備える送信装置と少なくとも一つの受信アンテナを備える受信装置とを備える無線通信システムにおける制御方法であって、前記受信装置が、前記少なくとも一つの受信アンテナの一つである特定受信アンテナによって、前記複数送信アンテナのそれぞれから送信される参照信号を受信し、前記受信装置が、前記複数送信アンテナのそれぞれが同一の送信データに基づいて送信した信号を前記特定受信アンテナのみが受信する場合に適用される送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを前記参照信号に基づいて決定し、前記受信装置が、前記送信アンテナ重みに関する第１情報と前記受信アンテナ重みに関する第２情報とを前記送信装置に対して送信する。

第１実施形態の技術的意義を説明する。上述したように、例えばLTEにおける既定のフィードバック情報であるPMI等をそのまま利用しても、無線基地局１０は下りリンクにおけるマルチパスのチャネル特性を把握することはできない。これは、既に述べた通り、PMIが下りリンクのマルチパス通信における送信側の重みに過ぎないことに起因する。

そこで、本願発明者は、仮に無線基地局１０が送信アンテナ重み（例えばPMI）とそれに対応する受信アンテナ重みとの両方を得ることができれば、それらに基づいて下りリンクにおけるマルチパスのチャネル特性を推定できる可能性があると考えた。確かに、現状のLTEにおいては無線基地局１０が受信アンテナ重みを得る手段がないため、このような推定は実現することができない。しかしながら、仮に無線基地局１０が、既定の送信アンテナ重み（例えばPMI）に加えて、それに対応する受信アンテナ重みに関する何らかの情報のフィードバックを受けることができれば、無線基地局１０による下りリンクのチャネル推定が現実味を帯びてくると考えられる。この点が、本願発明者の最初の着眼点である。

ただし、受信アンテナ重みに関する情報をフィードバックするにしても、多くの具体的な方式が存在するため、その中から望ましい方式を検討する必要がある。ここで、フィードバック方式の評価に当たっては、先に述べた３つの観点を総合的に考慮するのが望ましいと考えられる。すなわち、第１に、フィードバック情報に基づいて下りのマルチパスにおけるチャネル特性を推定でき、第２に、既定の仕様への変更が少なく、第３に、フィードバック情報のサイズが小さいようなフィードバック方式が望ましいものと考えられる。

以上を踏まえ、第１実施形態においては、次のようにして受信アンテナ重みに関する情報のフィードバックを行う。

まず、無線端末２０は、無線端末２０における少なくとも１本の受信アンテナから選択した１本の受信アンテナ（便宜上、特定アンテナと称する）を使用する場合であって、無線基地局１０における複数の送信アンテナの全てから同じ送信データを送信する場合における送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを求める。換言すれば、無線端末２０は、Ｍ×１（いわゆるMISO）の下りのマルチパス通信であってストリーム数（ランク）が１の場合における送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを求める。無線端末２０はこのような送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを、無線基地局１０における複数のアンテナから送信された送信信号が空間上で合成されて特定アンテナにより受信された受信信号に含まれる所定の基準信号（参照信号、パイロット信号等）に基づいて、求めることができる。

そして、無線端末２０は、求めた重みに基づいて無線基地局１０にフィードバック情報を送信する。ここで、本実施形態に係る無線端末２０は、送信アンテナ重みに関する情報に加えて、受信アンテナ重みに関する情報も無線基地局１０にフィードバックする。

ここで、送信アンテナ重みに関する情報としては、例えば送信アンテナ重みを量子化した情報とすることができる。送信アンテナ重みに関する情報の具体例としては、例えば、LTEの規定のフィードバック情報であるPMIを挙げることができる。

一方、受信アンテナ重みに関する情報としては、例えば受信アンテナ重みを量子化した情報とすることができる。ここで、受信アンテナの量子化は、位相成分と振幅成分とを分けて行ってもよいし、これらをまとめて行うこともできる。また、受信アンテナ重みに関する情報としては、コードブックに基づくインデックス値とすることも可能である。いずれにしても、フィードバック情報のサイズの観点から、受信アンテナ重みに関する情報としては、受信アンテナ重みそのものではなく、量子化等によりサイズを縮小した情報とするのが望ましい。

さて、本願実施形態における無線端末２０は、無線端末２０における受信アンテナが複数ある場合に、必要に応じて、それら複数の受信アンテナから選択する特定アンテナを適宜切り替えて、同様のフィードバックを行う。一例として、ここでは４×４ MIMOの場合を考える（無線端末２０側の受信アンテナを第１〜第４受信アンテナとする）。このとき、まず無線端末２０は、例えば第１アンテナを特定アンテナとして選択し、４×１の下り送信の場合の送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを求め、これらを無線基地局１０にフィードバックする。次に無線端末２０は、例えば第２アンテナを特定アンテナとして選択し、４×１の下り送信の場合の送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを求め、これらを無線基地局１０にフィードバックする。残りの２本の受信アンテナについても同様の処理を行う。

なお、この例では全ての受信アンテナを特定アンテナとして選択しているが、特定アンテナとして選択しない受信アンテナがあっても構わない。例えば、TDDの場合であって、無線端末２０において送信アンテナとして使用可能なアンテナについては、無線基地局１０が自力で下りのチャネル特性を推定できるため、特定アンテナとして選択しないことができる。また、この例ではフィードバックを特定アンテナ毎に個別に（４回に分けて）行っているが、これらを適宜まとめてフィードバックすることも可能であることは言うまでもない。

以上が第１実施形態におけるフィードバック方式の手順であるが、以下では引き続き、この方式を前述した３つの観点に基づいて検討する。

まず、フィードバック情報に基づいて、無線基地局１０が下りリンクにおけるマルチパスのチャネル推定を行うことができることを確認する。上述したように、第１実施形態におけるフィードバック情報は、Ｍ×１の下りのマルチパス通信であってストリーム数が１の場合における送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとに関する情報である。

図２Ａ〜Ｂは、一例として、４×１且つストリーム数が１の下りのマルチパス通信を模式化した図である。図２Ａ〜Ｂにおける各記号は、便宜上の識別のための上付き数字を除けば図１Ａと同様であるため、ここでは詳細な説明は割愛する。

ここで、図２Ａ〜Ｂは、４×２MIMOのマルチパス通信（チャネル特性Ｈ）を、２本の受信アンテナ毎に、４×１のマルチパス通信に分割したものを示している。図２Ａは特定受信アンテナが第１受信アンテナの場合に対応する４×１のマルチパス通信（チャネル特性Ｈ^（１））であり、図２Ｂは特定受信アンテナが第２受信アンテナの場合に対応する４×１のマルチパス通信（チャネル特性Ｈ^（２））をそれぞれ示している。一般に、Ｍ×Ｎ MIMOの場合の下りのチャネル特性は、Ｎ個のＭ×１(MISO)のチャネル特性に分解できる。

さて、図２Ａに基づいて、無線基地局１０がPMIに基づいてチャネル特性Ｈ^（１）を得ることができるかを考察する。なお、ここではチャネル特性Ｈ^（１）の各成分の位相に着目して考察を行うが、Ｈ^（１）の各成分の振幅についても同様に考えることができることに留意されたい。

まず、図２Ａにおいて無線端末２０がチャネル特性から送信アンテナ重みｇ^（１） _ｉと受信アンテナ重みｗ^（１） _ｊとを決定するに当たっては、図１Ａと同様にMMSE法等を前提とすれば、合成信号ｙの利得が最大となるように決定される。このことは、位相成分に着目すると、合成の直前の信号である重み付け受信信号の位相が揃っていることに対応する。なお、図２Ａにおいては、このことは、無線端末２０に到達した各受信信号の位相が揃っていることと等価である。

また、フィードバックされる送信アンテナ重みに関する情報は、図２Ａにおける送信アンテナ重みｇ^（１） _ｉそのものではないが、送信アンテナ重みの量子化等により得られた情報である。そのため、理想的には、無線基地局１０が送信アンテナ重みに関する情報を得ることと送信アンテナ重みを得ることは同等であるとみなすことができる（もちろん、精度の低下は相応に発生しうる）。この点については、受信アンテナ重みに関する情報においても同様である。

さて、無線基地局１０が、特定アンテナが第１受信アンテナである場合の送信アンテナ重みに関する情報と受信アンテナ重みに関する情報とのフィードバックを受けたものとする。このとき、これらの情報に基づいて、図２Ａに示すチャネル特性Ｈ^（１）の各成分の位相を、推定できることが分かる。すなわち、前述したように図２Ａにおいては、無線端末２０に到達した各受信信号の位相が揃っているという前提がある。この前提を踏まえれば、無線基地局１０は、チャネル特性Ｈ^（１）の各成分の位相を、送信アンテナ重みｇ^（１） _ｉと受信アンテナ重みｗ^（１） _ｊの位相の和の逆位相として求めることができることが分かる（なお、熱雑音及び干渉ｎ^（１） _ｊは乱数値であるため、簡単のため、ここでは考慮外とする）。

このように、本実施形態に係る無線基地局１０は、図２Ａに示される、特定受信アンテナが第１受信アンテナの場合に対応する４×１のマルチパス通信におけるチャネル特性Ｈ^（１）を推定できる。

また、前述したように、本実施形態においては、無線端末２０における受信アンテナが複数ある場合には、必要に応じて、それら複数の受信アンテナから選択する特定アンテナを適宜切り替えて、同様のフィードバックを行う。そのため、無線基地局１０は、特定アンテナが第２受信アンテナである場合の送信アンテナ重みに関する情報と受信アンテナ重みに関する情報とのフィードバックを受けることになる。したがって、図２Ｂにおけるチャネル特性Ｈ^（２）についても、図２Ａにおけるチャネル特性Ｈ^（１）と同様にして求めることができる。

結局、個別に求めたチャネル特性Ｈ^（１）とＨ^（２）とを結合することにより、本実施形態に係る無線基地局１０は、所望のチャネル特性Ｈを求めることができることになる。

このように、本実施形態によれば、無線端末２０が送信アンテナ重みに関する情報に加えて受信アンテナ重みに関する情報のフィードバックを行うため、無線基地局１０はこれらに基づいて下りのマルチパスにおけるチャネル特性を推定することが可能となる。したがって、本実施形態に係るフィードバック方法は、前述した第１の観点において問題が無いことが分かる。

なお、上記の説明を数式に基づいて行うと次のようになる。例えば上述した図１Ａにおいて、信号ｙは以下の式（１）によって表すことができる。

このとき、信号ｙのSINRは以下の式（２）によって表すことができる。ここで、Ｐ_Ｓは送信電力であり、σ^２は干渉雑音電力である。

さらに、無線端末２０にとって最適な送信重みＧ_ｏｐｔは以下の式（３）によって表すことができる。

ここで、最適な送信重みＧ_ｏｐｔは、理想的にはPMIに基づくプリコーディングベクトルＧ_ＰＭＩに近似される。そのため、式（３）から以下の式（４）が導かれる。

一方、例えば無線端末２０における少なくとも１つの受信アンテナのうちの第１アンテナを前記の特定アンテナとする場合、ランクを１に固定（図２Ａに対応する４×１のマルチパス通信に相当）する前提を踏まえると、以下の式（５）が成立する。

このとき、図２Ａに対応する４×１のマルチパスのチャネル特性は以下の式（６）で表すことができる。なお、｜Ｗ^Ｈ・Ｈ｜／ｗ１の振幅成分と位相成分とをそれぞれＡ_ａｍｐ、Ａ_{ｐｈａｓｅ}と表記している。

式（６）によれば、仮に無線端末２０がＧ_ＰＭＩ＝［ｇ_１ ｇ_２ ｇ_３ ｇ_４］に加えてＡ_ａｍｐおよびＡ_{ｐｈａｓｅ}を無線基地局１０にフィードバックすることとすれば、無線基地局１０は４×１のマルチパスのチャネル特性を求められることが分かる。したがって、一例として、Ａ_ａｍｐとＡ_{ｐｈａｓｅ}との組を、前述した「受信アンテナ重みに関する情報」として採用することができる。

次に、本実施形態に係るフィードバック方法を前述した第２の観点、すなわち、既定の仕様への変更が小さいかという観点から考察する。前述したように、仮にチャネル特性そのものをフィードバックする方法を採用する場合、チャネル特性そのものを新たなフィードバック情報として規定する必要がある。これは仕様の変更が大きいため、あまり望ましいとは言えない。これに対し、本実施形態のように受信アンテナ重みと送信アンテナ重みとをフィードバックする方法によれば、送信アンテナ重み（例えばLTEにおけるPMI）は既定のフィードバック情報をそのまま流用できるため、新たに追加が必要なフィードバック情報は受信アンテナ重みに関する情報だけでよいことになる。したがって、この方法は、既存の仕様への変更が少なくて済み、導入が容易であるという利点があるものと考えられる。

最後に、本実施形態に係るフィードバック方法を前述した第３の観点、すなわち、フィードバック情報のサイズが小さいかという観点から考察する。先に述べたように、仮にチャネル特性そのものをフィードバックする方法を採用する場合、新たなフィードバック情報としてチャネル特性そのものを送信する必要がある。これに対し、送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとをフィードバックする方法によれば、送信アンテナ重みは既定のフィードバック情報をそのまま流用できるため、追加されるフィードバック情報は受信アンテナ重みに関する情報のみで済む。そのため、両者を比較すると、送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとをフィードバックする方法の方が、既存の仕様からのフィードバック情報の増加の度合いが少ないものと考えられる。

より具体的には、前述したように、チャネル特性そのものを送ろうとすると、例えば８×４ MIMOの場合、１個のチャネル特性を１３ビット（振幅６ビット、位相７ビット）で量子化するとしても、フィードバック情報のサイズは８×４×１３＝４１６ビットに達する。また、いずれにしても送信アンテナ重みに関する情報のフィードバックは欠かせないことも考慮すれば、送信アンテナ重みに関する情報（PMIとすれば４ビット）の分を加えて、合計４１６＋４＝４２０ビットとなる。これに対し、本実施形態に係るフィードバック方法によれば、例えば８×４ MIMOの場合、一例として１個の受信アンテナ重みに関する情報を１３ビットで量子化することとすれば、送信アンテナ重みに関する情報（PMIとすれば、各４ビット）の分を考慮に入れても、合計（１３＋４）×４＝６８ビットで済むことになる。

また、例えば、例えばTDD方式で８×４ MIMOを行う場合であって、無線端末２０における４本のアンテナのうち１本のみが送信アンテナとして使用可能な場合についても考えてみる。この場合、チャネル特性そのものを送ろうとすると、合計８×３×１３＋４＝３１６ビットを要する。これに対し、本実施形態に係るフィードバック方法によれば、合計（１３＋４）×３＝５１ビットで済むことになる。

なお、２つの方法に基づくフィードバック情報のサイズの差は、送信アンテナや受信アンテナの数が増えるほどに広がると考えられる。このように、本実施形態によれば、フィードバック情報量のサイズが十分に小さく、前述した第３の観点において問題が無いことが分かる。

以上で説明した第１実施形態によれば、下りのマルチパス通信を行う際に、無線端末２０が無線基地局１０に対し、送信アンテナ重みに関する情報と受信アンテナ重みに関する情報とをフィードバックする。これにより、無線基地局１０は、フィードバックされた送信アンテナ重みに関する情報と受信アンテナ重みに関する情報とに基づいて、下りのマルチパス通信におけるチャネル特性を推定することが可能となる。また、第１実施形態に係るフィードバック方法は、既定の仕様に対する変更が小さいとともに、フィードバック情報のサイズも小さいという利点を有する。したがって、第１実施形態によれば、機能の向上と導入の容易さを兼ね備えたフィードバック方法を実現することが可能となる。

［第２実施形態］
以下では図３に基づいて第２実施形態を説明する。第２実施形態は、本願発明をLTEに基づく無線通信システムに具体的に適用した場合に相当する。しかしながら、本願発明はLTEに限定されるわけではなく、他の無線通信プロトコルに基づく無線通信システムに対しても同様に適用可能であることに留意されたい。

第２実施形態は、LTEにおけるFDDとTDDのいずれにおいても適用可能なものではあるが、特にFDDに対して好適である。

図３は、第２実施形態に係る無線通信システムにおける処理シーケンスを示す図である。なお、図３は無線基地局１０の送信アンテナが４本で、無線端末２０の受信アンテナが２本である場合の処理シーケンスを示しているが、これらの数値は一例に過ぎないことは言うまでもない。

図３のＳ１０１で無線端末２０は、アンテナ構成情報を無線基地局１０に送信する。ここで、アンテナ構成情報とは、無線端末２０自身が受信アンテナ（すなわち、無線端末２０が下りの無線通信に使用するアンテナ）の数とそれぞれ示す情報である。図３におけるアンテナ構成情報は、一例として、受信アンテナ数が２本であることを示す情報となる。アンテナ構成情報は、例えば無線端末２０が無線基地局１０に接続する際（RRC_CONNECTED状態に遷移する際）に送信されるが、さらに定期的または所定のイベントの発生時に送信されるようにしてもよい。アンテナ構成情報は、例えば上りのRRC(Radio Resource Control)信号を用いて送信することができる。

図３のＳ１０２で無線基地局１０は、CSI報告モードを無線端末２０に送信する。CSI報告モードとは、CSIの報告におけるモード（タイプ）が第１モードか第２モードかを示す情報である。ここで、第１モードとは、LTEにおける従来型のCSI報告方法（通常の報告方法）に相当しており、無線端末２０は下りのマルチパス通信におけるランクとそれに対応するPMIとを送信するものである。これに対し、第２モードとは、本願実施形態に特有のCSI報告方法に相当しており、ランクを１に固定し、PMIと受信アンテナ重みに関する情報とを受信アンテナ毎に報告するものである。CSI報告モードは、例えば無線端末２０が無線基地局１０に接続する際に送信されるが、さらに定期的にまたは所定のイベントの発生時に送信されるようにしてもよい。アンテナ構成情報は、例えば下りのRRC信号を用いて送信することができる。

図３のＳ１０２においては、例えば、無線基地局１０は第２モードを指定したCSI報告モードを無線端末２０に送信したものとする。

図３のＳ１０３で無線基地局１０は、CSI-RS(Channel State Information Reference Signal)を無線端末２０に送信する。CSI-RSは、無線端末２０がCSIを決定するための既定の参照信号であり、送信アンテナ毎に互いに干渉しあわないように異なるパターンで送信される。CSI-RSは比較的短い所定の周期で定期的に送信される。

図３のＳ１０４で無線端末２０は、Ｓ１０３で受信したCSI-RSに基づいて、CSIを決定（算出）する。図３においては、Ｓ１０２において第２モードを指定されているため、ここではランクを１に固定し、PMIと受信アンテナ重みに関する情報（受信アンテナ重み情報と称する）とを受信アンテナ毎に決定する。より具体的には、Ｓ１０３で受信したCSI-RSに基づいて、２本の受信アンテナのうちの第１端末アンテナに対し、ランクが１の場合の４×１のマルチパスのチャネル特性を推定し、当該チャネル特性に基づいて第１端末アンテナに対するPMIと受信アンテナの重み情報を決定する。また、これと同じCSI-RSに基づいて、２本の受信アンテナのうちの第２端末アンテナに対し、ランクが１の場合の４×１のマルチパスのチャネル特性を推定し、当該チャネル特性に基づいて第２端末アンテナに対するPMIと受信アンテナの重み情報を決定する。

なお、ここで受信アンテナ重み情報としては、例えば受信アンテナ重み（ベクトル）の振幅と位相とすることができる。このとき、振幅や位相は適宜量子化するのが望ましい。

図３のＳ１０５で無線端末２０は、第１端末アンテナに対するPMIと受信アンテナ重み情報とを無線基地局１０にフィードバック（報告）する。PMIおよび受信アンテナ重み情報は、物理上り制御チャネル(PUCCH: Physical Uplink Control Channel)を介して周期的に、あるいは、物理上り共有チャネル（PUSCH: Physical Uplink Shared Channel）を介して非周期的に送信される。

図３のＳ１０６で無線基地局１０は、Ｓ１０５で受信した第１端末アンテナに対するPMIと受信アンテナ重み情報とに基づいて、第１端末アンテナに対する下りのマルチパスにおけるチャネル特性（４×１）を推定する。この推定は第１実施形態と同様に行えばよいため、詳細な説明は割愛する。

図３のＳ１０７で無線端末２０は、第２端末アンテナに対するPMIと受信アンテナ重み情報とを無線基地局１０に送信（報告）する。また、Ｓ１０８で無線基地局１０は、Ｓ１０７で受信した第２端末アンテナに対するPMIと受信アンテナ重み情報とに基づいて、第２受信アンテナに対する下りのマルチパスにおけるチャネル特性（４×１）を推定する。これらはＳ１０５〜Ｓ１０６と同様にして行えばよいため、説明は割愛する。

図３のＳ１０９で無線基地局１０は、ランクおよび端末アンテナ全体に対する送信アンテナ重み（プリコーディングマトリックス）を決定する。無線基地局１０は、Ｓ１０６およびＳ１０８において、第１端末アンテナと第２端末アンテナとのそれぞれに対する下りのマルチパスにおけるチャネル特性（４×１）を推定している。これにより、無線基地局１０は、端末アンテナ全体に対する下りのマルチパスにおけるチャネル特性（４×２）を把握できる。換言すれば、無線基地局１０は、下りのマルチパス全体のチャネル特性（４×２）を把握できる。その結果、無線基地局１０は、この下りのマルチパス全体のチャネル特性（４×２）に基づいて、ランクを自由に決定することができるとともに、決定したランクに対応する送信アンテナ重みを自力で決定（算出）することができるのである。

図３のＳ１１０で無線基地局１０は、Ｓ１０９で決定したランクと送信アンテナ重みとに基づく下りのマルチパス通信により、下りデータと下り制御情報を無線端末２０に送信する。ここで下りデータは、物理下り共有チャネル（PDSCH: Physical Downlink Shared Channel）を介して送信される。また、LTEにおける下り制御情報はDCI(DCI: Downlink Control Information)と呼ばれ、物理下り制御チャネル(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)を介して、下りデータに付随して送信される。Ｓ１０９で無線基地局１０により決定されたランクや送信アンテナ重みは、DCIにおける所定の領域に格納されて、無線端末２０に通知される。ここでのランクや送信アンテナ重みの通知は、既定のRIやPMIを流用して行うこととしてもよい。

Ｓ１１１で無線端末２０は、Ｓ１１０で受信した下り制御情報に基づいて、Ｓ１１０で受信した下りデータを復調する。

以上で説明した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用により、第１実施形態と同様の効果を奏する。

［第３実施形態］
以下では図４に基づいて第３実施形態を説明する。第３実施形態は、第２実施形態の変形例に相当し、本願発明をLTEに基づく無線通信システムに具体的に適用した場合に相当する。しかしながら、本願発明はLTEに限定されるわけではなく、他の無線通信プロトコルに基づく無線通信システムに対しても同様に適用可能であることに留意されたい。

第３実施形態は、LTEのTDDにおいて適用可能なものとなっており、LTEのFDDにおいては適用できないことに留意されたい。

図４は、第３実施形態に係る無線通信システムにおける処理シーケンスを示す図である。なお、図３は無線基地局１０の送信アンテナが４本で、無線端末２０の受信アンテナが２本であり、且つ無線端末２０の送信アンテナが１本の場合の処理シーケンスを示しているが、これらの数値は一例に過ぎないことは言うまでもない。

図４に示される第３実施形態の処理は、図３に示される第２実施形態の処理と多くが共通する。そのため、ここでは、図４において、図３とは異なる部分を中心に説明する。

図４のＳ２０１で無線端末２０は、アンテナ構成情報を無線基地局１０に送信する。ここで、第３実施形態のアンテナ構成情報は、無線端末２０の受信アンテナ数に加え、無線端末２０の送信アンテナ（すなわち、無線端末２０が上りの無線通信に使用するアンテナ）の数とも含むものとする。図４におけるアンテナ構成情報は、一例として、受信アンテナ数が２本であり、送信アンテナが１本であることを示す情報となる。

図４のＳ２０２は、図３のＳ１０２と同様に行えばよい。

図４のＳ２０３で、無線端末２０は、送信アンテナからSRS(Sounding Reference Signal)を無線基地局１０に送信する。SRSは、無線基地局１０が上りのチャネル品質やチャネル特性を測定／推測するために用いられる上りの参照信号である。SRSは、無線端末２０が備えるアンテナのうちで送信アンテナとして使用できるものから、送信される。図４の例では、無線端末２０が備える２本のアンテナのうちで送信アンテナとして使用できる１本のアンテナ（第１端末アンテナとする）からSRSは送信される。なお、仮に無線端末２０における送信アンテナが複数ある場合、SRSの送信はそれら複数の送信アンテナから行われることは言うまでもない。

図４のＳ２０４で無線基地局１０は、Ｓ２０３で受信したSRSに基づいて、第１端末アンテナに対する下りのマルチパスにおけるチャネル特性（４×１）を推定する。第３実施形態はTDDを前提としているため、上りのチャネル特性と下りのチャネル特性は同等である。そのため、無線基地局１０は、上りの参照信号であるSRSに基づいて、下りのチャネル特性を推定できるのである。なお、仮に無線端末２０における送信アンテナが複数ある場合、Ｓ２０４の推定はそれら複数の送信アンテナ毎に行われることは言うまでもない。

図４のＳ２０５は、図３のＳ１０３と同様に行えばよい。

図４のＳ２０６は、図３のＳ１０４と同様に行えばよい。ただし、Ｓ２０６におけるPMIと受信アンテナ重み情報の算出は、第２端末アンテナのみに対して行えばよいことに留意する。第１端末アンテナについては、既に無線基地局１０はＳ２０４で下りのチャネル特性を得ていることから、PMIや受信アンテナ重み情報のフィードバックが必要ないためである。もちろん、仮に無線端末２０において送信アンテナとして使用できないアンテナが複数ある場合、Ｓ２０６の推定はそれら複数の送信アンテナ毎に行われることは言うまでもない。

図４のＳ２０７〜Ｓ２１１は、図３のＳ１０７〜Ｓ１１１と同様に行えばよいため説明は割愛する。

以上で説明した第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用により、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第３実施形態によれば、上りの参照信号を活用することにより、無線端末２０から無線基地局１０へのフィードバック情報のサイズを削減できる効果を奏する。

［各実施形態の無線通信システムのネットワーク構成］
次に図５に基づいて、各実施形態の無線通信システム１のネットワーク構成を説明する。図５に示すように、無線通信システム１は、無線基地局１０と、無線端末２０とを有する。無線基地局１０は、セルＣ１０を形成している。無線端末２０はセルＣ１０に存在している。なお、本願においては無線基地局１０を「送信局」、無線端末２０を「受信局」と称することがあることに注意されたい。

無線基地局１０は、有線接続を介してネットワーク装置３と接続されており、ネットワーク装置３は、有線接続を介してネットワーク２に接続されている。無線基地局１０は、ネットワーク装置３およびネットワーク２を介して、他の無線基地局とデータや制御情報を送受信可能に設けられている。

無線基地局１０は、無線端末２０との無線通信機能とデジタル信号処理及び制御機能とを分離して別装置としてもよい。この場合、無線通信機能を備える装置をRRH（Remote Radio Head）、デジタル信号処理及び制御機能を備える装置をBBU（Base Band Unit）と呼ぶ。RRHはBBUから張り出されて設置され、それらの間は光ファイバなどで有線接続されてもよい。また、無線基地局１０は、マクロ無線基地局、ピコ無線基地局等の小型無線基地局（マイクロ無線基地局、フェムト無線基地局等を含む）の他、様々な規模の無線基地局であってよい。また、無線基地局１０と無線端末２０との無線通信を中継する中継局が使用される場合、当該中継局（無線端末２０との送受信及びその制御）も本願の無線基地局１０に含まれることとしてもよい。

一方、無線端末２０は、無線通信で無線基地局１０と通信を行う。

無線端末２０は、携帯電話機、スマートフォン、PDA（Personal Digital Assistant）、パーソナルコンピュータ（Personal Computer）、無線通信機能を有する各種装置や機器（センサー装置等）などの無線端末であってよい。また、無線基地局１０と無線端末との無線通信を中継する中継局が使用される場合、当該中継局（無線基地局１０との送受信及びその制御）も本稿の無線端末２０に含まれることとしてもよい。

ネットワーク装置３は、例えば通信部と制御部とを備え、これら各構成部分が、一方向または双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。ネットワーク装置３は、例えばゲートウェイにより実現される。ネットワーク装置３のハードウェア構成としては、例えば通信部はインタフェース回路、制御部はプロセッサとメモリとで実現される。

なお、無線基地局、無線端末の各構成要素の分散・統合の具体的態様は、第１実施形態の態様に限定されず、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もできる。例えば、メモリを、無線基地局、無線端末の外部装置としてネットワークやケーブル経由で接続するようにしてもよい。

［各実施形態の無線通信システムにおける各装置の機能構成］
次に、図６〜図７に基づいて、各実施形態の無線通信システムにおける各装置の機能構成を説明する。

図６は、無線基地局１０の構成を示す機能ブロック図である。図６に示すように、無線基地局１０は、送信部１１と、受信部１２と、制御部１３とを備える。これら各構成部分は、一方向または双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。なお、送信部１１と受信部１２とをまとめて通信部１４と称する。

送信部１１は、データ信号や制御信号を、アンテナを介して無線通信で送信する。なお、アンテナは送信と受信で共通でもよい。送信部１１は、例えば下りのデータチャネルや制御チャネルを介して、下り信号を送信する。下りのデータチャネルは例えば、物理下り共有チャネルPDSCH(Physical Downlink Shared Channel)を含む。また、下りの制御チャネルは例えば、物理下り制御チャネルPDCCH(Physical Downlink Control Channel)を含む。送信する信号は例えば、接続状態の無線端末２０に制御チャネル上で伝送されるL1/L2制御信号や、接続状態の無線端末２０にデータチャネル上で伝送されるユーザデータ信号やRRC（Radio Resource Control）制御信号を含む。また、送信する信号は例えば、チャネル推定や復調のために用いられるリファレンス信号を含む。

送信部１１が送信する信号の具体例としては、図１〜４で示されている無線基地局１０により送信されている各信号が挙げられる。送信部１１が送信する信号は、これらに限らず、上記の各実施形態および変形例で無線基地局１０が送信するあらゆる信号を含む。

受信部１２は、無線端末２０から送信されたデータ信号や制御信号を、アンテナを介して第１無線通信で受信する。受信部１２は、例えば上りのデータチャネルや制御チャネルを介して、上り信号を受信する。上りのデータチャネルは例えば、物理上り共有チャネルPUSCH（Physical Uplink Shared Channel）を含む。また、上りの制御チャネルは例えば、物理上り制御チャネルPUCCH（Physical Uplink Control Channel）を含む。受信する信号は例えば、接続状態の無線端末２０から制御チャネル上で伝送されるL1/L2制御信号や、接続状態の無線端末２０からデータチャネル上で伝送されるユーザデータ信号やRRC（Radio Resource Control）制御信号を含む。また、受信する信号は例えば、チャネル推定や復調のために用いられるリファレンス信号を含む。

受信部１２が受信する信号の具体例としては、図１〜４で示されている無線基地局１０により受信されている各信号が挙げられる。受信部１２が受信する信号は、これらに限らず、上記の各実施形態および変形例で無線基地局１０が受信するあらゆる信号を含む。

制御部１３は、送信するデータや制御情報を送信部１１に出力する。制御部１３は、受信されるデータや制御情報を受信部１２から入力する。制御部１３は、有線接続あるいは無線接続を介して、ネットワーク装置３や他の無線基地局からデータや制御情報を取得する。制御部はこれら以外にも送信部１１が送信する各種の送信信号や受信部１２が受信する各種の受信信号に関連する種々の制御を行う。

制御部１３が制御する処理の具体例としては、図１〜４で示されている無線基地局１０により実行される各処理が挙げられる。制御部１３が制御する処理は、これらに限らず、上記の各実施形態および変形例で無線基地局１０が実行するあらゆる処理を含む。

図７は、無線端末２０の構成を示す機能ブロック図である。図７に示すように、無線端末２０は、送信部２１、受信部２２と、制御部２３とを備える。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。なお、送信部２１と受信部２２とをまとめて通信部２４と称する。

送信部２１は、データ信号や制御信号を、アンテナを介して無線通信で送信する。なお、アンテナは送信と受信で共通でもよい。送信部２１は、例えば上りのデータチャネルや制御チャネルを介して、上り信号を送信する。上りのデータチャネルは例えば、物理上り共有チャネルPUSCH(Physical Uplink Shared Channel)を含む。また、上りの制御チャネルは例えば、物理上り制御チャネルPUCCH(Physical Uplink Control Channel)を含む。送信する信号は例えば、接続する無線基地局１０に制御チャネル上で伝送されるL1/L2制御信号や、接続する無線基地局１０にデータチャネル上で伝送されるユーザデータ信号やRRC（Radio Resource Control）制御信号を含む。また、送信する信号は例えば、チャネル推定や復調のために用いられるリファレンス信号を含む。

送信部２１が送信する信号の具体例としては、図１〜４で示されている無線端末２０により送信されている各信号が挙げられる。送信部２１が送信する信号は、これらに限らず、上記の各実施形態および変形例で無線端末２０が送信するあらゆる信号を含む。

受信部２２は、無線基地局１０から送信されたデータ信号や制御信号を、アンテナを介して無線通信で受信する。受信部２２は、例えば下りのデータチャネルや制御チャネルを介して、下り信号を受信する。下りのデータチャネルは例えば、物理下り共有チャネルPDSCH（Physical Downlink Shared Channel）を含む。また、下りの制御チャネルは例えば、物理下り制御チャネルPDCCH（Physical Downlink Control Channel）を含む。受信する信号は例えば、接続する無線基地局１０から制御チャネル上で伝送されるL1/L2制御信号や、接続する無線基地局１０からデータチャネル上で伝送されるユーザデータ信号やRRC（Radio Resource Control）制御信号を含む。また、受信する信号は例えば、チャネル推定や復調のために用いられるリファレンス信号を含む。

受信部２２が受信する信号の具体例としては、図１〜４で示されている無線端末２０により受信されている各信号が挙げられる。受信部２２が受信する信号は、これらに限らず、上記の各実施形態および変形例で無線端末２０が受信するあらゆる信号を含む。

制御部２３は、送信するデータや制御情報を送信部２１に出力する。制御部２３は、受信されるデータや制御情報を受信部２２から入力する。制御部２３は、有線接続あるいは無線接続を介して、ネットワーク装置３や他の無線基地局からデータや制御情報を取得する。制御部はこれら以外にも送信部２１が送信する各種の送信信号や受信部２２が受信する各種の受信信号に関連する種々の制御を行う。

制御部２３が制御する処理の具体例としては、図１〜４で示されている無線端末２０により実行される各処理が挙げられる。制御部２３が制御する処理は、これらに限らず、上記の各実施形態および変形例で無線端末２０が実行するあらゆる処理を含む。

［各実施形態の無線通信システムにおける各装置のハードウェア構成］
図８〜図９に基づいて、各実施形態および各変形例の無線通信システムにおける各装置のハードウェア構成を説明する。

図８は、無線基地局１０のハードウェア構成を示す図である。図８に示すように、無線基地局１０は、ハードウェアの構成要素として、例えばアンテナ３１を備えるRF（Radio Frequency）回路３２と、CPU（Central Processing Unit）３３と、DSP（Digital Signal Processor）３４と、メモリ３５と、ネットワークIF（Interface）３６とを有する。CPUは、バスを介して各種信号やデータの入出力が可能なように接続されている。メモリ３５は、例えばSDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等のRAM（Random Access Memory）、ROM（Read Only Memory)、およびフラッシュメモリの少なくともいずれかを含み、プログラムや制御情報やデータを格納する。

図６に示す無線基地局１０の機能構成と図８に示す無線基地局１０のハードウェア構成との対応を説明する。送信部１１および受信部１２（あるいは通信部１４）は、例えばＲＦ回路３２、あるいはアンテナ３１およびRF回路３２により実現される。制御部２１は、例えばCPU３３、DSP３４、メモリ３５、不図示のデジタル電子回路等により実現される。デジタル電子回路としては例えば、例えばASIC（Application Specific Integrated Circuit）、FPGA（Field-Programming Gate Array）、LSI（Large Scale Integration）等が挙げられる。

図９は、無線端末２０のハードウェア構成を示す図である。図９に示すように、無線端末２０は、ハードウェアの構成要素として、例えばアンテナ４１を備えるRF回路４２と、CPU４３と、メモリ４４とを有する。さらに、無線端末２０は、CPU４３に接続されるLCD（Liquid Crystal Display）等の表示装置を有してもよい。メモリ４４は、例えばSDRAM等のRAM、ROM、およびフラッシュメモリの少なくともいずれかを含み、プログラムや制御情報やデータを格納する。

図７に示す無線端末２０の機能構成と図９に示す無線端末２０のハードウェア構成との対応を説明する。送信部２１および受信部２２（あるいは通信部２４）は、例えばRF回路４２、あるいはアンテナ４１およびRF回路４２により実現される。制御部２３は、例えばCPU４３、メモリ４４、不図示のデジタル電子回路等により実現される。デジタル電子回路としては例えば、例えばASIC、FPGA、LSI等が挙げられる。

１ 無線通信システム
２ ネットワーク
３ ネットワーク装置
１０ 無線基地局
Ｃ１０ セル
２０ 無線端末

Claims (16)

1. 複数送信アンテナを備える送信装置と少なくとも一つの受信アンテナを備える受信装置とを備える無線通信システムにおける制御方法であって、
   前記受信装置が、前記少なくとも一つの受信アンテナの一つである特定受信アンテナによって、前記複数送信アンテナのそれぞれから送信される参照信号を受信し、
   前記受信装置が、前記複数送信アンテナのそれぞれが同一の送信データに基づいて送信した信号を前記特定受信アンテナのみが受信する場合に適用される送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを前記参照信号に基づいて決定し、
   前記受信装置が、前記送信アンテナ重みに関する第１情報と前記受信アンテナ重みに関する第２情報とを前記送信装置に対して送信する
   無線通信制御方法。
2. 前記送信装置は、前記第１情報と前記第２情報とを用いて、前記複数送信アンテナと前記少なくとも一つの受信アンテナとの間の通信路特性を推定する
   請求項１に記載の無線通信制御方法。
3. 前記送信装置は、前記少なくとも一つの受信アンテナのそれぞれを特定受信アンテナとして前記特定送信アンテナ重みと前記特定受信アンテナとを決定する
   請求項１に記載の無線通信制御方法。
4. 前記送信装置は、前記少なくとも一つの受信アンテナのうちで送信アンテナとして使用しない受信アンテナのそれぞれを特定受信アンテナとして前記送信アンテナ重みと前記受信アンテナ重みとを決定する
   請求項１に記載の無線通信制御方法。
5. 複数送信アンテナを備える送信装置と
   少なくとも一つの受信アンテナを備える受信装置であって、
   前記少なくとも一つの受信アンテナの一つである特定受信アンテナによって、前記複数送信アンテナのそれぞれから送信される参照信号を受信し、
   前記複数送信アンテナのそれぞれが同一の送信データに基づいて送信した信号を前記特定受信アンテナのみが受信する場合に適用される送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを前記参照信号に基づいて決定し、
   前記送信アンテナ重みに関する第１情報と前記受信アンテナ重みに関する第２情報とを前記送信装置に対して送信する
   受信装置と
   を備える無線通信システム。
6. 前記送信装置は、前記第１情報と前記第２情報とを用いて、前記複数送信アンテナと前記少なくとも一つの受信アンテナとの間の通信路特性を推定する
   請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記送信装置は、前記少なくとも一つの受信アンテナのそれぞれを特定受信アンテナとして前記特定送信アンテナ重みと前記特定受信アンテナとを決定する
   請求項５に記載の無線通信システム。
8. 前記送信装置は、前記少なくとも一つの受信アンテナのうちで送信アンテナとして使用しない受信アンテナのそれぞれを特定受信アンテナとして前記送信アンテナ重みと前記受信アンテナ重みとを決定する
   請求項５に記載の無線通信システム。
9. 複数送信アンテナを備える送信装置と無線通信を行う受信装置であって、
   少なくとも一つの受信アンテナと、
   前記少なくとも一つの受信アンテナの一つである特定受信アンテナによって、前記複数送信アンテナのそれぞれから送信される参照信号を受信し、
   前記複数送信アンテナのそれぞれが同一の送信データに基づいて送信した信号を前記特定受信アンテナのみが受信する場合に適用される送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを前記参照信号に基づいて決定し、
   前記送信アンテナ重みに関する第１情報と前記受信アンテナ重みに関する第２情報とを前記送信装置に対して送信する
   制御部と
   を備える受信装置。
10. 前記送信装置は、前記第１情報と前記第２情報とを用いて、前記複数送信アンテナと前記少なくとも一つの受信アンテナとの間の通信路特性を推定する
    請求項９に記載の受信装置。
11. 前記送信装置は、前記少なくとも一つの受信アンテナのそれぞれを特定受信アンテナとして前記特定送信アンテナ重みと前記特定受信アンテナとを決定する
    請求項９に記載の受信装置。
12. 前記送信装置は、前記少なくとも一つの受信アンテナのうちで送信アンテナとして使用しない受信アンテナのそれぞれを特定受信アンテナとして前記送信アンテナ重みと前記受信アンテナ重みとを決定する
    請求項９に記載の受信装置。
13. 少なくとも一つの受信アンテナを備える受信装置と無線通信を行う送信装置であって、
    複数送信アンテナと、
    前記複数送信アンテナのそれぞれから参照信号を送信し、送信アンテナ重みに関する第１情報と受信アンテナ重みに関する第２情報とを前記受信装置から受信する制御部と
    を備え、
    前記少なくとも一つの受信アンテナの一つである特定受信アンテナで前記参照信号を受信した前記受信装置が、前記複数送信アンテナのそれぞれが同一の送信データに基づいて送信した信号を前記特定受信アンテナのみが受信する場合に適用される送信アンテナ重みと受信アンテナ重みとを当該参照信号に基づいて決定する
    送信装置。
14. 前記制御部は、前記第１情報と前記第２情報とを用いて、前記複数送信アンテナと前記少なくとも一つの受信アンテナとの間の通信路特性を推定する
    請求項１３に記載の送信装置。
15. 前記制御部は、前記少なくとも一つの受信アンテナのそれぞれを特定受信アンテナとして前記特定送信アンテナ重みと前記特定受信アンテナとを決定する
    請求項１３に記載の送信装置。
16. 前記制御部は、前記少なくとも一つの受信アンテナのうちで送信アンテナとして使用しない受信アンテナのそれぞれを特定受信アンテナとして前記送信アンテナ重みと前記受信アンテナ重みとを決定する
    請求項１３に記載の送信装置。