WO2016047527A1

WO2016047527A1 - ユーザ装置及び基地局

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Publication number: WO2016047527A1
Application number: PCT/JP2015/076306
Authority: WO
Inventors: 佑一柿島; 聡永田; スウネイナ; ヤンソン; ギョウリンコウ; ホイリンジャン
Original assignee: 株式会社Ｎｔｔドコモ
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2016-03-31
Also published as: CN106716859A; JPWO2016047527A1; US20170302345A1; US10020855B2

Abstract

　３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のためのコードブックが開示される。本発明の一態様は、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現するユーザ装置であって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信において基地局と無線信号を送受信する送受信部と、第１コードブックと第２コードブックとを有するコードブック管理部とを有し、前記コードブック管理部は、前記第１コードブックと前記第２コードブックとを組み合わせることによって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定し、前記送受信部は、前記決定された３Ｄコードブックの算出の基礎となる前記第１コードブックと前記第２コードブックとを前記基地局にフィードバックするユーザ装置に関する。

Description

ユーザ装置及び基地局

　本発明は、無線通信システムに関する。

　従来の水平方向のビーム制御に加えて、垂直方向のビーム制御を行う３Ｄ　ＭＩＭＯ（Ｔｈｉｒｄ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）が現在議論されている。３Ｄ　ＭＩＭＯは、アンテナポートの個数に応じてＥｌｅｖａｔｉｏｎ　ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ（ＢＦ）とＦｕｌｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ（ＦＤ）－ＭＩＭＯとに分類されることもある。図１に示されるように、８アンテナポートまでの３Ｄ　ＭＩＭＯはＥｌｅｖａｔｉｏｎ　ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇと呼ばれ、それより多くのアンテナポートの３Ｄ　ＭＩＭＯはＦｕｌｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ－ＭＩＭＯ又はＭａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯと呼ばれる。Ｆｕｌｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ－ＭＩＭＯでは、図示されるように、多数のアンテナポートを有する２次元平面アンテナだけでなく、円筒状に配置した複数のアンテナや立方体面上に配置したアンテナなどの３次元アンテナなども利用される。

　このような多次元アンテナを備えた基地局が水平方向と垂直方向との２つの方向に対してビーム制御を行う３Ｄ　ＭＩＭＯでは、セル間干渉へのインパクトを考慮しながら垂直方向に正確なビームを形成するために、キャリブレーションを行ったアクティブアンテナシステム（ＡＡＳ）に基づく運用が想定されている。ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）規格のリリース１３では、最大で６４個の送受信機（Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　ｕｎｉｔ：ＴＸＲＵ）を用いることが想定され、これらの送受信機がアクティブアンテナシステムの下で制御される。

　３Ｄ　ＭＩＭＯの効果としては以下のものがあげられる。まず、従来の水平方向に加えて垂直方向のビーム制御（プリコーディング）を実現することによって、より高いビームフォーミング利得を実現することが可能になる。例えば、図２に示されるように、高層ビル内のユーザ装置に対するビーム吹き上げが可能になる。また、より多くのアンテナを使用することによって、より高いビームフォーミング利得を実現することが可能になる。例えば、ビームをシャープにすることによって、より高い送信電力により対象となるユーザ装置に無線信号を送信することが可能になると共に、他のビームからの干渉電力を低減することが可能になる。さらに、大量のアンテナ素子を用いることによって、送信ダイバーシチ利得を実現することが可能になると共に、フレキシブルなビーム制御による干渉制御やトラフィックオフローディングが可能になる。

　３Ｄ　ＭＩＭＯ用アンテナは、典型的には、図３に示されるような構成を有する。すなわち、Ｖ×Ｈ個のアンテナ素子は複数のサブアレイにグループ化される。図示されたサブアレイは垂直方向に配置されたアンテナ素子から構成されているが、これに限定されることなく、水平方向又は２または３次元に配置されたアンテナ素子から構成されてもよい。また、サブアレイは必ずしも連続するアンテナ素子により構成されなくてもよい。一般に、サブアレイの個数とＴＸＲＵの個数とは同一になるが、必ずしもこれに限定されるものでない。１つのサブアレイが１つのアンテナ素子から構成される場合（Ｋ＝１）、伝送特性は最も良くなる一方、必要となるＴＸＲＵの個数が多くなり、同様に付随するベースバンド（ＢＢ）処理部の負荷が増大する。ここで、サブアレイ内のアンテナ素子は固定のチルトが適用されることがある。また、図示された３Ｄ　ＭＩＭＯ用アンテナでは、単一偏波アンテナが利用されているが、これに限定されるものでなく、直交偏波アンテナが利用されてもよい。

　Ｆｕｌｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ－ＭＩＭＯ又はＭａｓｓｉｖｅ　ＭＩＭＯでは、ビームが細くなるためビーム追従誤差の影響が大きくなり、カバレッジに穴が生じやすくなる。このため、適切なビームフォーミングが重要となり、各種ビーム形成法が検討されている。すなわち、３Ｄ　ＭＩＭＯでは、複数のアンテナポートから基地局がどのようにしてチャネル状態測定用のリファレンス信号を送信するか、また、測定したチャネル状態をユーザ装置がどのようにフィードバックするかを規定する必要がある。

　更なる詳細については、例えば、３ＧＰＰ　ＴＲ　３７．８４０　Ｖ１２．１．０（２０１３－１２）及び３ＧＰＰ　ＴＳ　３６．２１３　Ｖ１２．２．０（２０１４－０６）を参照されたい。

　従来のＬＴＥ規格では、コードブックはアンテナ構成に対応して規定されている。例えば、図４に示されるように、リリース８では、単一偏波アンテナアレイのための２－ＴＸ及び４－ＴＸコードブックが規定された。また、リリース１０では、クロス偏波アンテナアレイのための８－ＴＸコードブックが規定された。さらに、リリース１２では、クロス偏波アンテナアレイのための４－ＴＸコードブックが規定された。

　一方、リリース１３においては、上述したような３Ｄ　ＭＩＭＯのためのコードブックが議論されることが想定されている。リリース１２までのコードブックは、最大で８－ＴＸアンテナアレイのためのコードブックしか検討されず、また、アンテナポートが典型的には水平方向に配置された１次元アンテナアレイしかサポートされていない。このため、２次元配置された８個より多くのアンテナポートを備えた３Ｄ　ＭＩＭＯ用のアンテナアレイに適したコードブックが必要とされる。

　本発明の課題は、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のためのコードブックを提供することである。

　上記課題を解決するため、本発明の一態様は、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現するユーザ装置であって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信において基地局と無線信号を送受信する送受信部と、第１コードブックと第２コードブックとを有するコードブック管理部とを有し、前記コードブック管理部は、前記第１コードブックと前記第２コードブックとを組み合わせることによって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定し、前記送受信部は、前記決定された３Ｄコードブックの算出の基礎となる前記第１コードブックと前記第２コードブックとを前記基地局にフィードバックするユーザ装置に関する。

　本発明の他の態様は、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現する基地局であって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信においてユーザ装置と無線信号を送受信する送受信部と、第１コードブックと第２コードブックとを有するコードブック管理部とを有し、前記コードブック管理部は、前記ユーザ装置から受信したフィードバック情報に基づき前記第１コードブックと前記第２コードブックとを組み合わせることによって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定する基地局に関する。

　本発明によると、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のためのコードブックを提供することができる。

図１は、３Ｄ　ＭＩＭＯのアンテナタイプを示す概略図である。図２は、３Ｄ　ＭＩＭＯのビーム制御を示す概略図である。図３は、一例となる３Ｄ　ＭＩＭＯ用アンテナの構成を示す概略図である。図４は、ＬＴＥ規格の各リリースに規定されるアンテナ構成を示す図である。図５は、本発明の一実施例による無線通信システムを示す概略図である。図６は、本発明の一実施例によるユーザ装置の構成を示すブロック図である。図７は、本発明の一実施例による３Ｄコードブックの生成例を示す図である。図８は、本発明の一実施例による３Ｄコードブックの生成例を示す図である。図９は、本発明の一実施例による３Ｄコードブックの生成例を示す図である。図１０は、本発明の一実施例による３Ｄコードブックの生成例を示す図である。図１１は、本発明の一実施例による３Ｄコードブックの生成例を示す図である。図１２は、本発明の一実施例による３Ｄコードブックの生成例を示す図である。図１３は、本発明の一実施例による基地局の構成を示すブロック図である。

　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

　後述される実施例では、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現するユーザ装置及び基地局が開示される。以下の実施例を概略すると、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックが、垂直方向のプリコーディングのための垂直方向コードブックと、水平方向のプリコーディングのための水平方向コードブックの２種類から生成される。この場合、ユーザ装置において、２種類のフィードバック情報をどの様にして選定するか、基地局において２種類のフィードバック情報を基にどの様な３次元ビームを復元するかの共通認識を有する事が必要となる。一つの態様として、２種類のコードブックに対してクロネッカ積を適用して３Ｄコードブックを生成する事が可能である。なお、本例では水平および垂直の２種類を前提としたが、例えば偏波を含めた３種類としても良いし、偏波の次元を水平または垂直のいずれかの次元に含めることも可能である。
　基地局から送信されるリファレンス信号（ＣＳＩ－ＲＳ）に基づき、ユーザ装置は、所望のランクの３Ｄを生成するため、垂直方向プリコーダと水平方向プリコーダとのクロネッカ積を算出する。算出したクロネッカ積のカラム数が所望のランクに一致する場合、ユーザ装置は、算出したクロネッカ積を３Ｄコードブックとして利用する。他方、トータルの空間多重数が素数となる場合は選択可能なプリコーダの候補が限定されるかゼロとなるケースがある。その場合、例えば算出したクロネッカ積のカラム数が所望のランクより多い事を許容し、ユーザ装置は、算出したクロネッカ積から差分の列数だけ削除することによって、３Ｄコードブックを生成する事が可能である。選択された３Ｄコードブックの生成に関するフィードバック情報に基づき、基地局も同様に、選択された３Ｄコードブックを生成し、生成した３Ｄコードブックを用いて、ユーザ装置との３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実行する。このように垂直方向コードブックと水平方向コードブックとを組み合わせることによって、ユーザ装置と基地局との間で同一の３Ｄコードブックを効率的に取得及び利用することが可能になる。

　まず、図５を参照して、本発明の一実施例による無線通信システムを説明する。図５は、本発明の一実施例による無線通信システムを示す概略図である。

　図５に示されるように、無線通信システム１０は、ユーザ装置１００及び基地局２００を有する。無線通信システム１０は、ＬＴＥシステム又はＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ－Ａ）システムであるが、これに限定されることなく、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信をサポートする何れかの無線通信システムであってもよい。

　ユーザ装置１００は、基地局２００との３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現し、基地局２００の複数のアンテナポートを介し基地局２００との間で各種データ信号及び制御信号などの無線信号を送受信する。適切な３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現するため、ユーザ装置１００は、各アンテナポートとの間のチャネル状態を推定し、推定したチャネル状態をチャネル状態情報（ＣＳＩ）として基地局２００にフィードバックする。当該チャネル状態情報を受信すると、基地局２００は、受信したチャネル状態情報に基づき各アンテナポートから送信されるビームを制御する。

　ユーザ装置１００は、典型的には、スマートフォン、携帯電話、タブレット、モバイルルータ、ウェアラブル端末などの無線通信機能を備えた何れか適切な情報処理装置であってもよい。ユーザ装置２００は、プロセッサなどのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリなどのメモリ装置、基地局２００との間で無線信号を送受信するための無線通信装置などから構成される。例えば、後述されるユーザ装置１００の各機能及び処理は、メモリ装置に格納されているデータやプログラムをＣＰＵが処理又は実行することによって実現されてもよい。しかしながら、ユーザ装置１００は、上述したハードウェア構成に限定されず、後述する処理の１以上を実現する回路などにより構成されてもよい。

　基地局２００は、ユーザ装置１００との３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現し、搭載された２次元平面アンテナや３次元アンテナなどの多次元アンテナにおける複数のアンテナポートを介しユーザ装置１００と無線接続する。具体的には、基地局２００は、コアネットワーク（図示せず）上に通信接続された上位局やサーバなどのネットワーク装置から受信したダウンリンク（ＤＬ）パケットを複数のアンテナポートを介しユーザ装置１００に送信すると共に、複数のアンテナポートを介しユーザ装置１００から受信したアップリンク（ＵＬ）パケットをネットワーク装置に送信する。

　基地局２００は、典型的には、ユーザ装置１００との間で無線信号を送受信するための３Ｄ　ＭＩＭＯ用アンテナ、隣接する基地局２００と通信するための通信インタフェース（Ｘ２インタフェースなど）、コアネットワークと通信するための通信インタフェース（Ｓ１インタフェースなど）、ユーザ装置１００との送受信信号を処理するためのプロセッサや回路などのハードウェアリソースにより構成される。後述される基地局２００の各機能及び処理は、メモリ装置に格納されているデータやプログラムをプロセッサが処理又は実行することによって実現されてもよい。しかしながら、基地局２００は、上述したハードウェア構成に限定されず、他の何れか適切なハードウェア構成を有してもよい。一般には、無線通信システム１０のサービスエリアをカバーするよう多数の基地局２００が配置される。

　次に、図６～１２を参照して、本発明の一実施例によるユーザ装置を説明する。図６は、本発明の一実施例によるユーザ装置の構成を示すブロック図である。

　図６に示されるように、ユーザ装置１００は、送受信部１１０及びコードブック管理部１２０を有する。

　送受信部１１０は、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信において基地局２００と無線信号を送受信する。具体的には、ダウンリンク通信では、送受信部１１０は、水平方向及び垂直方向に制御されたビームを用いて、基地局２００の複数のアンテナポートから送信されたダウンリンク無線信号を受信し、当該ビーム制御に利用されたコードブックを用いて、受信した無線信号を復調する。また、アップリンク通信では、送受信部１１０は、当該コードブックを利用して基地局２００にアップリンク無線信号を送信する。

　３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現するためには、適切なコードブックを選択することが必要であり、適切なコードブックを選択するため、ユーザ装置１００は、基地局２００の各アンテナポートから送信されたチャネル状態を測定するためのリファレンス信号（Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｓｔａｔｅ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ－Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｓｉｇｎａｌ：ＣＳＩ－ＲＳ）を受信し、受信したリファレンス信号に基づき基地局２００との間のチャネル状態を推定する。送受信部１１０は、推定したチャネル状態に基づきプリコーディングマトリックスインジケータ（ＰＭＩ）、ランクインジケータ（ＲＩ）及びチャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）を決定し、チャネル状態情報（ＣＳＩ）として基地局２００にフィードバックする。

　コードブック管理部１２０は、第１コードブックと第２コードブックとを有し、第１コードブックと第２コードブックとを組み合わせることによって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定する。一実施例では、第１コードブックは、垂直方向のプリコーディングのための垂直方向コードブックであり、第２コードブックは、水平方向のプリコーディングのための水平方向コードブックであり、コードブック管理部１２０は、垂直方向コードブックと水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出されたクロネッカ積から３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定してもよい。なお、第１及び第２コードブックは、垂直方向コードブックと水平方向コードブックとに限定されず、例えば、クロス偏波アンテナの偏波方向が含まれてもよく、コードブック管理部１２０は、垂直方向、水平方向及び偏波方向の何れか２つ以上を組み合わせることによって、３Ｄコードブックを生成してもよい。また、本発明による２つのコードブックを組み合わせるための演算は、クロネッカ積に限定されるものでなく、２つ以上のコードブック（行列）を組み合わせ可能な何れかの適切な二項演算又は行列演算であってもよい。

　ここで、クロネッカ積とは、任意のサイズの２つの行列の間で定義される二項演算である。具体的には、ｍ×ｎの行列Ａ＝（ａ_ｉｊ）とｐ×ｑの行列Ｂ＝（ｂ_ｋｌ）とのクロネッカ積は、

であり、より詳細には、

となる。

　すなわち、コードブック管理部１２０は、垂直方向コードブックＡと水平方向コードブックＢとのクロネッカ積

により得られる行列から３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定する。

　なお、クロネッカ積は一般に可換でないため、垂直方向コードブックＡと水平方向コードブックＢとのクロネッカ積と、水平方向コードブックＢと垂直方向コードブックＡとのクロネッカ積とは異なる行列となる。しかしながら、本発明はこれらのうち何れか一方に限定されるものでなく、何れの演算順序のクロネッカ積が３Ｄコードブックとして利用されてもよい。

　一実施例では、コードブック管理部１２０は、ランクＲ_Ｖの垂直方向コードブックとランクＲ_Ｈの水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、ランクＲ_ＶとランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）に等しいランクＲの３Ｄコードブックを生成してもよい。この場合、送受信部１１０は、決定された３Ｄコードブックの算出の基礎となる垂直方向コードブックのプリコーディングマトリックスインジケータＰＭＩ_Ｖ及びランクＲ_ｖと、水平方向コードブックのプリコーディングマトリックスインジケータＰＭＩ_Ｈ及びランクＲ_Ｈと、当該３Ｄコードブックから導出されたチャネル品質インジケータＣＱＩとを基地局２００にフィードバックしてもよい。

　図７に示されるように、コードブック管理部１２０は、ランク１（Ｒ_ｖ＝１）及びランク２（Ｒ_ｖ＝２）の２つの垂直方向コードブックと、ランク１～４（Ｒ_Ｈ＝１～４）の４つの水平方向コードブックとを有しているとする。このとき、ランク３（Ｒ＝３）の３Ｄコードブックを生成するため、コードブック管理部１２０は、Ｒ_ｖ＝１の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝３の水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出したクロネッカ積をＲ＝３の３Ｄコードブックとして利用してもよい。送受信部１１０は、生成した３ＤコードブックからＣＱＩを導出し、導出したＣＱＩと共に、当該垂直方向コードブックのＰＭＩ_Ｖ及びＲ_ｖと、当該水平方向コードブックのＰＭＩ_Ｈ及びＲ_Ｈとをチャネル状態情報（ＣＳＩ）として基地局２００にフィードバックする。当該ＣＳＩを受信すると、基地局２００は、ＰＭＩ_Ｖ及びＰＭＩ_Ｈからユーザ装置１００により選択された３Ｄコードブックを導出することができ、ユーザ装置１００と基地局２００とは、同一の３Ｄコードブックにより以降の３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現することが可能になる。

　同様に、図８に示されるように、コードブック管理部１２０は、ランク４（Ｒ＝４）の３Ｄコードブックを生成するため、Ｒ_ｖ＝２の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝２の水平方向コードブックとのクロネッカ積と、Ｒ_ｖ＝１の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝４の水平方向コードブックとのクロネッカ積との２つの組み合わせを利用することができる。コードブック管理部１２０は、これらのクロネッカ積を算出し、算出したクロネッカ積をＲ＝３の３Ｄコードブックとして利用してもよい。例えば、送受信部１１０は、２つのクロネッカ積から生成した３ＤコードブックからＣＱＩをそれぞれ導出し、より高いＣＱＩを実現する３Ｄコードブックをフィードバック用の３Ｄコードブックとして選択してもよい。送受信部１１０は、導出したＣＱＩと共に、選択した３Ｄコードブックの算出の基礎となる垂直方向コードブックのＰＭＩ_Ｖ及びＲ_ｖと、水平方向コードブックのＰＭＩ_Ｈ及びＲ_Ｈとをチャネル状態情報（ＣＳＩ）として基地局２００にフィードバックする。当該ＣＳＩを受信すると、基地局２００は、ＰＭＩ_Ｖ及びＰＭＩ_Ｈからユーザ装置１００により選択された３Ｄコードブックを導出することができ、ユーザ装置１００と基地局２００とは、同一の３Ｄコードブックにより以降の３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現することが可能になる。

　また、他の実施例では、コードブック管理部１２０は、ランクＲ_Ｖの垂直方向コードブックとランクＲ_Ｈの水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、ランクＲ_ＶとランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）以下のランクＲの３Ｄコードブックを生成してもよい。すなわち、算出されるクロネッカ積のカラム数はＲ_Ｖ×Ｒ_Ｈとなるが、Ｒ＜Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈである場合、クロネッカ積による行列は、ランクＲの３Ｄコードブックとなるよう減縮される必要がある。このため、コードブック管理部１２０は、ランクＲがランクＲ_ＶとランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）未満である場合（Ｒ＜Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）、差分｛（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）－Ｒ｝に相当する列を算出したクロネッカ積から削除することによって、ランクＲの３Ｄコードブックを生成してもよい。この場合、送受信部１１０は、決定された３Ｄコードブックの算出の基礎となる垂直方向コードブックのプリコーディングマトリックスインジケータＰＭＩ_Ｖ及びランクＲ_ｖと、水平方向コードブックのプリコーディングマトリックスインジケータＰＭＩ_Ｈ及びランクＲ_Ｈと、ランクＲと、クロネッカ積から削除される列を示すランクマッピングインデックスと、ランクＲの３Ｄコードブックから導出されたチャネル品質インジケータＣＱＩとを基地局２００にフィードバックしてもよい。

　図９に示されるように、コードブック管理部１２０は、ランク１（Ｒ_ｖ＝１）及びランク２（Ｒ_ｖ＝２）の２つの垂直方向コードブックと、ランク１～４（Ｒ_Ｈ＝１～４）の４つの水平方向コードブックとを有しているとする。このとき、ランク３（Ｒ＝３）の３Ｄコードブックを生成するため、コードブック管理部１２０は、Ｒ_ｖ＝２の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝２の水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出したクロネッカ積から差分｛（２×２）－３｝に相当する何れか１つの列（図示された具体例では、クロネッカ積の最後の１列）を削除することによって、Ｒ＝３の３Ｄコードブックを生成してもよい。送受信部１１０は、生成した３ＤコードブックからＣＱＩを導出し、導出したＣＱＩと共に、当該垂直方向コードブックのＰＭＩ_Ｖ及びＲ_ｖと、当該水平方向コードブックのＰＭＩ_Ｈ及びＲ_Ｈと、ランクＲと、クロネッカ積から削除される列を示すランクマッピングインデックスとをチャネル状態情報（ＣＳＩ）として基地局２００にフィードバックする。当該ＣＳＩを受信すると、基地局２００は、ＰＭＩ_Ｖ、ＰＭＩ_Ｈ、Ｒ及びランクマッピングインジケータからユーザ装置１００により選択された３Ｄコードブックを導出することができ、ユーザ装置１００と基地局２００とは、同一の３Ｄコードブックにより以降の３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現することが可能になる。

　同様に、図１０に示されるように、コードブック管理部１２０は、ランク４（Ｒ＝４）の３Ｄコードブックを生成するため、Ｒ_ｖ＝２の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝３の水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出したクロネッカ積から差分｛（２×３）－４｝に相当する何れか２つの列（図示された具体例では、クロネッカ積の最後の２列）を削除することによって、Ｒ＝４の３Ｄコードブックを生成してもよい。送受信部１１０は、生成した３ＤコードブックからＣＱＩを導出し、導出したＣＱＩと共に、当該垂直方向コードブックのＰＭＩ_Ｖ及びＲ_ｖと、当該水平方向コードブックのＰＭＩ_Ｈ及びＲ_Ｈと、ランクＲと、クロネッカ積から削除される列を示すランクマッピングインデックスとをチャネル状態情報（ＣＳＩ）として基地局２００にフィードバックする。当該ＣＳＩを受信すると、基地局２００は、ＰＭＩ_Ｖ、ＰＭＩ_Ｈ、Ｒ及びランクマッピングインジケータからユーザ装置１００により選択された３Ｄコードブックを導出することができ、ユーザ装置１００と基地局２００とは、同一の３Ｄコードブックにより以降の３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現することが可能になる。

　同様に、図１１に示されるように、コードブック管理部１２０は、ランク５（Ｒ＝５）の３Ｄコードブックを生成するため、Ｒ_ｖ＝２の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝３の水平方向コードブックとのクロネッカ積と、Ｒ_ｖ＝２の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝４の水平方向コードブックとのクロネッカ積との２つの組み合わせを利用してもよい。コードブック管理部１２０は、Ｒ_ｖ＝２の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝３の水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出したクロネッカ積から差分｛（２×３）－５｝に相当する何れか１つの列（図示された具体例では、クロネッカ積の最後の１列）を削除することによって、Ｒ＝５の３Ｄコードブックを生成してもよい。また、コードブック管理部１２０は、Ｒ_ｖ＝２の垂直方向コードブックとＲ_Ｈ＝４の水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出したクロネッカ積から差分｛（２×４）－５｝に相当する何れか３つの列（図示された具体例では、クロネッカ積の最後の３列）を削除することによって、Ｒ＝５の３Ｄコードブックを生成してもよい。例えば、送受信部１１０は、これらのクロネッカ積から生成した３ＤコードブックからＣＱＩをそれぞれ導出し、より高いＣＱＩを実現する３Ｄコードブックをフィードバック用の３Ｄコードブックとして選択してもよい。このように、垂直方向コードブックと水平方向コードブックとを組み合わせることによって、垂直方向コードブック及び水平方向コードブック単体ではサポートされていないランク５の３Ｄコードブックを取得することが可能である。送受信部１１０は、導出したＣＱＩと共に、当該垂直方向コードブックのＰＭＩ_Ｖ及びＲ_ｖと、当該水平方向コードブックのＰＭＩ_Ｈ及びＲ_Ｈと、ランクＲと、クロネッカ積から削除される列を示すランクマッピングインデックスとをチャネル状態情報（ＣＳＩ）として基地局２００にフィードバックする。当該ＣＳＩを受信すると、基地局２００は、ＰＭＩ_Ｖ、ＰＭＩ_Ｈ、Ｒ及びランクマッピングインジケータからユーザ装置１００により選択された３Ｄコードブックを導出することができ、ユーザ装置１００と基地局２００とは、同一の３Ｄコードブックにより以降の３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現することが可能になる。

　一実施例では、ランクマッピングインデックスは、所定の列が削除されることを示すか（例えば、常に最終カラムから順に削除する方法）、削除対象として選択する列を示すか、非削除対象として選択された列を示すものであってもよい。図示された具体例では、クロネッカ積の削除対象の列は、行列の最後の列などの所定の列であったが、本発明はこれに限定されるものでない。例えば、削除対象の列又は非削除対象の列は、ユーザ装置１００により選択されてもよいし、あるいは、基地局２００により設定されてもよい。例えば、図１２に示されるように、削除対象として選択された列が示されてもよいし、非削除対象として選択された列が示されてもよい。図示された具体例では、クロネッカ積の最後の列が削除対象とされ、垂直方向コードブックと水平方向コードブックとの組み合わせ（１，１），（２，１），（１，２），（２，２），（１，３）が削除対象として選択され、組み合わせ（２，３）が非削除対象として選択されている。このとき、ランクマッピングインデックスが非削除対象として選択された列を示す場合、送受信部１１０は、組み合わせ（１，１），（２，１），（１，２），（２，２），（１，３）を基地局２００にフィードバックする。他方、ランクマッピングインデックスが削除対象として選択された列を示す場合、送受信部１１０は、組み合わせ（２，３）を基地局２００にフィードバックする。一般に、削除対象の列は非削除対象の列より少ないと考えられるため、削除対象として選択された列を示すランクマッピングインデックスが情報量に関して効率的であると考えられる。

　次に、図１３を参照して、本発明の一実施例による基地局を説明する。図１３は、本発明の一実施例による基地局の構成を示すブロック図である。

　図１３に示されるように、基地局２００は、送受信部２１０及びコードブック管理部２２０を有する。

　送受信部２１０は、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信においてユーザ装置１００と無線信号を送受信する。具体的には、送受信部２１０は、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信において複数のアンテナポートからリファレンス信号（ＣＳＩ－ＲＳ）をユーザ装置１００に送信し、当該リファレンス信号に基づき選択されたプリコーディングマトリックスインジケータ（ＰＭＩ）、ランクインジケータ（ＲＩ）及びチャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）を含むチャネル状態情報をフィードバック情報としてユーザ装置１００から受信する。送受信部２１０は、受信したチャネル状態情報に基づき３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実行する。

　コードブック管理部２２０は、第１コードブックと第２コードブックとを有し、第１コードブックと第２コードブックとを組み合わせることによって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定する。一実施例では、第１コードブックは、垂直方向のプリコーディングのための垂直方向コードブックであり、第２コードブックは、水平方向のプリコーディングのための水平方向コードブックであり、コードブック管理部２２０は、ユーザ装置１００から受信したフィードバック情報に基づき垂直方向コードブックと水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出されたクロネッカ積から３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定してもよい。具体的には、コードブック管理部２２０は、ユーザ装置１００からフィードバックされたチャネル状態情報から、ユーザ装置１００により選択された垂直方向コードブックと水平方向コードブックとを特定し、特定した垂直方向コードブックと水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出したクロネッカ積をユーザ装置１００により選択された３Ｄコードブックとして特定する。なお、第１及び第２コードブックは、垂直方向コードブックと水平方向コードブックとに限定されず、例えば、クロス偏波アンテナの偏波方向が含まれてもよく、コードブック管理部２２０は、垂直方向、水平方向及び偏波方向の何れか２つ以上を組み合わせることによって、３Ｄコードブックを生成してもよい。また、本発明による２つのコードブックを組み合わせるための演算は、クロネッカ積に限定されるものでなく、２つ以上のコードブック（行列）を組み合わせ可能な何れかの適切な二項演算又は行列演算であってもよい。

　一実施例では、コードブック管理部２２０は、ランクＲ_Ｖの垂直方向コードブックとランクＲ_Ｈの水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、ランクＲ_ＶとランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）に等しいランクＲの３Ｄコードブックを生成してもよい。その後、送受信部２１０は、生成した３Ｄコードブックを用いてユーザ装置１００との３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実行する。これにより、ユーザ装置１００と基地局２００とは、同一の３Ｄコードブックにより以降の３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現することが可能になる。

　他の実施例では、コードブック管理部は、ランクＲ_Ｖの垂直方向コードブックとランクＲ_Ｈの水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、ランクＲ_ＶとランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）以下のランクＲの３Ｄコードブックを生成し、フィードバック情報に基づき生成した３Ｄコードブックから１以上の列を削除することによって、ユーザ装置１００により選択されたランクＲの３Ｄコードブックを算出してもよい。その後、送受信部２１０は、ユーザ装置１００により選択されたランクＲの３Ｄコードブックを用いてユーザ装置１００との３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実行する。これにより、ユーザ装置１００と基地局２００とは、同一の３Ｄコードブックにより以降の３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実現することが可能になる。また、垂直方向コードブックと水平方向コードブックとを組み合わせることによって、垂直方向コードブック及び水平方向コードブックではサポートされていないランクの３Ｄコードブックを取得することが可能になる。

　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

　本国際出願は、２０１４年９月２５日に出願した日本国特許出願２０１４－１９５８８６号に基づく優先権を主張するものであり、２０１４－１９５８８６号の全内容を本国際出願に援用する。

１０　無線通信システム
１００　ユーザ装置
２００　基地局

Claims

　３Ｄ　ＭＩＭＯ（３－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）通信を実現するユーザ装置であって、
　３Ｄ　ＭＩＭＯ通信において基地局と無線信号を送受信する送受信部と、
　第１コードブックと第２コードブックとを有するコードブック管理部と、
を有し、
　前記コードブック管理部は、前記第１コードブックと前記第２コードブックとを組み合わせることによって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定し、
　前記送受信部は、前記決定された３Ｄコードブックの算出の基礎となる前記第１コードブックと前記第２コードブックとを前記基地局にフィードバックするユーザ装置。
　前記第１コードブックは、垂直方向のプリコーディングのための垂直方向コードブックであり、前記第２コードブックは、水平方向のプリコーディングのための水平方向コードブックであり、
　前記コードブック管理部は、前記垂直方向コードブックと前記水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出されたクロネッカ積から前記３Ｄコードブックを決定する、請求項１記載のユーザ装置。
　前記コードブック管理部は、ランクＲ_Ｖの垂直方向コードブックとランクＲ_Ｈの水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、前記ランクＲ_Ｖと前記ランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）に等しいランクＲの３Ｄコードブックを生成する、請求項２記載のユーザ装置。
　前記送受信部は、前記決定された３Ｄコードブックの算出の基礎となる前記垂直方向コードブックのプリコーディングマトリックスインジケータ及びランクＲ_ｖと、前記水平方向コードブックのプリコーディングマトリックスインジケータ及びランクＲ_Ｈと、前記３Ｄコードブックから導出されたチャネル品質インジケータとを前記基地局にフィードバックする、請求項２又は３記載のユーザ装置。
　前記コードブック管理部は、ランクＲ_Ｖの垂直方向コードブックとランクＲ_Ｈの水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、前記ランクＲ_Ｖと前記ランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）以下のランクＲの３Ｄコードブックを生成する、請求項２記載のユーザ装置。
　前記コードブック管理部は、前記ランクＲが前記ランクＲ_Ｖと前記ランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）未満である場合、差分｛（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）－Ｒ｝に相当する列を前記算出したクロネッカ積から削除することによって、前記ランクＲの３Ｄコードブックを生成する、請求項５記載のユーザ装置。
　３Ｄ　ＭＩＭＯ（３－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）通信を実現する基地局であって、
　３Ｄ　ＭＩＭＯ通信においてユーザ装置と無線信号を送受信する送受信部と、
　第１コードブックと第２コードブックとを有するコードブック管理部と、
を有し、
　前記コードブック管理部は、前記ユーザ装置から受信したフィードバック情報に基づき前記第１コードブックと前記第２コードブックとを組み合わせることによって、３Ｄ　ＭＩＭＯ通信のための３Ｄコードブックを決定する基地局。
　前記第１コードブックは、垂直方向のプリコーディングのための垂直方向コードブックであり、前記第２コードブックは、水平方向のプリコーディングのための水平方向コードブックであり、
　前記コードブック管理部は、前記垂直方向コードブックと前記水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、算出されたクロネッカ積から前記３Ｄコードブックを決定する、請求項７記載の基地局。
　前記コードブック管理部は、ランクＲ_Ｖの垂直方向コードブックとランクＲ_Ｈの水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、前記ランクＲ_Ｖと前記ランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）に等しいランクＲの３Ｄコードブックを生成し、
　前記送受信部は、前記生成した３Ｄコードブックを用いて前記ユーザ装置との３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実行する、請求項８記載の基地局。
　前記コードブック管理部は、ランクＲ_Ｖの垂直方向コードブックとランクＲ_Ｈの水平方向コードブックとのクロネッカ積を算出し、前記ランクＲ_Ｖと前記ランクＲ_Ｈとの積（Ｒ_Ｖ×Ｒ_Ｈ）以下のランクＲの３Ｄコードブックを生成し、前記フィードバック情報に基づき前記生成した３Ｄコードブックから１以上の列を削除することによって、前記ユーザ装置により選択されたランクＲの３Ｄコードブックを算出し、
　前記送受信部は、前記ユーザ装置により選択されたランクＲの３Ｄコードブックを用いて前記ユーザ装置との３Ｄ　ＭＩＭＯ通信を実行する、請求項８記載の基地局。