用户装置和基站的制作方法

本发明涉及无线通信系统。

背景技术：

现在正在研讨除了现有的水平方向的波束控制之外还进行垂直方向的波束控制的3D MIMO(Third Dimensional Multiple-Input Multiple-Output：三维多输入多输出)。3D MIMO有时根据天线端口的个数而分成Elevation beamforming(仰角波束成形)(BF)和Full dimension(FD)-MIMO(全维度多输入多输出)。如图1所示，至多8个天线端口的3D MIMO被称作Elevation beamforming(仰角波束成形)，多于8个天线端口的3D MIMO则被称作Full dimension-MIMO(全维度多输入多输出)或Massive MIMO(大规模多输入多输出)。如图示那样，Full dimension-MIMO中，不仅使用具有很多天线端口的二维平面天线，还使用配置成圆筒状的多个(plural)天线或配置于立方体面上的天线等三维天线等。

在具有这样的多维天线的基站对水平方向和垂直方向这2个方向进行波束控制的3D MIMO中，假定了基于校准过的有源天线系统(AAS)的运用，以在考虑到对小区间干扰造成的冲击的情况下在垂直方向上形成正确的波束。在LTE(Long Term Evolution：长期演进)标准的版本13中，假定最多使用64个发送接收机(Transceiver unit：TXRU)，而且这些发送接收机在有源天线系统下受到控制。

作为3D MIMO的效果列举如下：首先，除了现有的水平方向之外，还实现了垂直方向的波束控制(预编码)，从而能够实现更高的波束成形增益。例如，如图2所示，能够实现对高层建筑内的用户装置的波束抬升(吹き上げ)。此外，通过使用更多的天线能够实现更高的波束成形增益。例如，通过使波束变得尖锐，能够利用更高的发送功率向作为对象的用户装置发送无线信号，并且，能够降低来自其它波束的干扰功率。而且，通过使用大量的天线单元(antenna element)，能够实现发送分集增益，并且，能够进行基于灵活性的波束控制而实现的干扰控制及流量卸荷。

3D MIMO用天线典型地具有图3所示的结构。即，V×H个天线单元被分组成多个子阵列。图示的子阵列由在垂直方向上配置的天线单元构成，但不限于此，也可以由在水平方向上配置、或者二维或三维地配置的天线单元构成。此外，子阵列也可以不一定由连续的天线单元构成。子阵列的个数和TXRU的个数一般是相同的，但是，并不限于此。在1个子阵列由1个天线单元构成的情况下(K＝1)，传送特性最佳，另一方面，所需的TXRU的个数变多，同样地，所附带的基带(BB)处理部的负载也增大。在此，关于子阵列内的天线单元，有时应用固定的倾斜角。此外，图示的3D MIMO用天线中，使用了单极化天线，但是不限于此，也可以利用正交极化天线。

在Full dimension-MIMO或Massive MIMO中，由于波束变细，因此波束追踪误差的影响变大，覆盖范围内容易产生空洞。因此，适当的波束成形变得很重要，正在研讨各种波束成形法。即，在3D MIMO中，需要规定基站如何从多个天线端口中发送信道状态测量用的参考信号，此外，需要规定用户装置如何反馈测量出的信道状态。

关于更详细的情况，可参考例如3GPP TR 37.840 V12.1.0(2013-12)和3GPP TS36.213 V12.2.0(2014-06)。

技术实现要素：

发明要解决的课题

在现有的LTE标准中，与天线结构对应地规定有码本。例如，如图4所示，在版本8中，规定了用于单极化天线阵列的2-TX和4-TX码本。此外，在版本10中，规定了用于交叉极化天线阵列的8-TX码本。进而，在版本12中，规定有用于交叉极化天线阵列的4-TX码本。

另一方面，在版本13中，考虑研讨用于上述那样的3D MIMO的码本。关于版本12之前的码本，只研讨了最多用于8-TX天线阵列的码本，此外，只支持天线端口典型地配置在水平方向上的一维天线阵列。因此，需要适合于具有比二维配置的8个更多的天线端口的3D MIMO用的天线阵列的码本。

本发明的课题是提供用于3D MIMO通信的码本。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一个方式涉及一种用户装置，其实现3D MIMO通信，其中，所述用户装置具有：发送接收部，其在3D MIMO通信中与基站之间发送接收无线信号；和码本管理部，其具有第1码本和第2码本，所述码本管理部通过将所述第1码本和所述第2码本进行组合来确定用于3D MIMO通信的3D码本，所述发送接收部将作为所述确定出的3D码本的计算基础的所述第1码本和所述第2码本反馈给所述基站。

本发明的另一个方式涉及一种基站，其实现3D MIMO通信，其中，所述基站具有：发送接收部，其在3D MIMO通信中与用户装置之间发送接收无线信号；和码本管理部，其具有第1码本和第2码本，所述码本管理部根据从所述用户装置接收到的反馈信息而将所述第1码本和所述第2码本进行组合，由此来确定用于3D MIMO通信的3D码本。

发明的效果

根据本发明，能够提供用于3D MIMO通信的码本。

附图说明

图1是示出3D MIMO的天线类型的概要图。

图2是示出3D MIMO的波束控制的概要图。

图3是示出作为一例的3D MIMO用天线的结构的概要图。

图4是示出对LTE标准的各版本中规定的天线结构的图。

图5是示出本发明的一个实施例的无线通信系统的概要图。

图6是示出本发明的一个实施例的用户装置的结构的框图。

图7是示出本发明的一个实施例的3D码本的生成例的图。

图8是示出本发明的一个实施例的3D码本的生成例的图。

图9是示出本发明的一个实施例的3D码本的生成例的图。

图10是示出本发明的一个实施例的3D码本的生成例的图。

图11是示出本发明的一个实施例的3D码本的生成例的图。

图12是示出本发明的一个实施例的3D码本的生成例的图。

图13是示出本发明的一个实施例的基站的结构的框图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

在后述实施例中公开有用于实现3D MIMO通信的用户装置和基站。概括以下的实施例，用于3D MIMO通信的3D码本是由用于垂直方向的预编码的垂直方向码本和用于水平方向的预编码的水平方向码本的2种而生成的。该情况下，需要具有如下共识：在用户装置中如何选定2种反馈信息、以及在基站中基于2种反馈信息要复原什么样的三维波束。作为一个方式，可以对2种码本应用克罗内克积(kronecker product)来生成3D码本。另外，在本示例中以水平和垂直这2种作为前提，但是，也可以例如设成包含极化波的3种，也可以在水平或垂直的任意一维度中包含极化波的维度。

用户装置根据从基站发送来的参考信号(CSI-RS)来生成期望的秩的3D，因此要计算垂直方向预编码器和水平方向预编码器的克罗内克积。在计算出的克罗内克积的纵列数与期望的秩一致的情况下，用户装置将计算出的克罗内克积用作为3D码本。另一方面，在总的空间复用数为质数的情况下，存在可选择的预编码器的候选受限或成为零的情况。该情况下，允许例如计算出的克罗内克积的纵列数比期望的秩多的情况，用户装置可以通过从计算出的克罗内克积中删除与差分的列数对应的量来生成3D码本。基站也同样地，根据与选择出的3D码本的生成相关的反馈信息来生成选择出的3D码本，使用生成的3D码本来执行与用户装置之间的3D MIMO通信。这样，通过将垂直方向码本和水平方向码本进行组合，能够在用户装置与基站之间高效地取得并利用相同的3D码本。

首先，参照图5，对根据本发明的一个实施例的无线通信系统进行说明。图5是示出根据本发明的一个实施例的无线通信系统的概要图。

如图5所示，无线通信系统10具有用户装置100和基站200。无线通信系统10是LTE系统或LTE-Advanced(LTE-A)系统，但是不限于此，也可以是支持3D MIMO通信的任意的无线通信系统。

用户装置100实现与基站200之间的3D MIMO通信，经由基站200的多个天线端口在与基站200之间发送接收各种数据信号和控制信号等无线信号。用户装置100估计与各天线端口之间的信道状态，将估计出的信道状态作为信道状态信息(CSI)反馈给基站200，以实现适当的3D MIMO通信。当接收到该信道状态信息时，基站200根据接收到的信道状态信息来控制从各天线端口发送来的波束。

典型地，用户装置100也可以是智能手机、便携电话、平板电脑、移动路由器、可穿戴终端等的具有无线通信功能的任意适当的信息处理装置。用户装置200由处理器等的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)及闪存等的存储装置、与基站200之间发送接收无线信号的无线通信装置等构成。例如，也可以通过CPU处理或执行存储于存储装置的数据或程序来实现后述的用户装置100的各功能和处理。但是，用户装置100不限于上述硬件结构，也可以由实现后述的1个以上处理的电路等来构成。

基站200实现与用户装置100之间的3D MIMO通信，经由所搭载的二维平面天线或三维天线等多维天线的多个天线端口与用户装置100无线连接。具体而言，基站200经由多个天线端口向用户装置100发送从通信连接在核心网络(未图示)上的高层或服务器等网络装置接收到的下行(DL)分组，并向网络装置发送经由多个天线端口从用户装置100接收到的上行(UL)分组。

基站200典型地由如下部分构成：用于在与用户装置100之间发送接收无线信号的3D MIMO用天线、用于与相邻的基站200之间进行通信的通信接口(X2接口等)、用于与核心网络之间进行通信的通信接口(S1接口等)、用于处理与用户装置100之间的发送接收信号的处理器或电路等硬件资源。也可以通过处理器处理或执行存储于存储装置的数据或程序来实现后述的基站200的各功能和处理。可是，基站200不限于上述硬件结构，也可以具有其它任意的适当的硬件结构。一般配置有很多基站200以覆盖无线通信系统10的服务区域。

接下来，参照图6～12，对根据本发明的一个实施例的用户装置进行说明。图6是示出根据本发明的一个实施例的用户装置的结构的框图。

如图6所示，用户装置100具有发送接收部110和码本管理部120。

发送接收部110用于在3D MIMO通信中与基站200之间发送接收无线信号。具体而言，在下行通信中，发送接收部110使用在水平方向和垂直方向上受到控制的波束来接收从基站200的多个天线端口发送来的下行无线信号，并使用在该波束控制中利用的码本对所接收到的无线信号进行解调。此外，在上行通信中，发送接收部110利用该码本向基站200发送上行无线信号。

为了实现3D MIMO通信，需要选择适当的码本，而为了选择适当的码本，用户装置100要接收用于测量从基站200的各天线端口发送来的信道状态的参考信号(Channel State Information-Reference Signal(信道状态信息参考信号)：CSI-RS)并根据接收到的参考信号来估计与基站200之间的信道状态。发送接收部110根据估计出的信道状态来确定预编码矩阵指示符(PMI)、秩指示符(RI)和信道质量指示符(CQI)，作为信道状态信息(CSI)反馈给基站200。

码本管理部120具有第1码本和第2码本，通过将第1码本和第2码本进行组合来确定用于3D MIMO通信的3D码本。在一个实施例中，也可以是，第1码本是用于垂直方向的预编码的垂直方向码本，第2码本是用于水平方向的预编码的水平方向码本，码本管理部120计算垂直方向码本与水平方向码本的克罗内克积，根据计算出的克罗内克积来确定用于3D MIMO通信的3D码本。另外，第1和第2码本不限于垂直方向码本和水平方向码本，例如还可以包含交叉极化天线的极化方向，码本管理部120还可以通过将垂直方向、水平方向和极化方向中的任意2个以上进行组合来生成3D码本。此外，本发明的用于组合2个码本的运算不限于克罗内克积，还可以是能够组合2个以上码本(矩阵)的任意的适当的二进制运算或矩阵运算。

在此，克罗内克积是指被定义在任意尺寸的2个矩阵之间的二进制运算。具体而言，m×n的矩阵A＝(a_ij)和p×q的矩阵B＝(b_kl)的克罗内克积是：

[算式1]

更详细地说是：

[算式2]

即，码本管理部120根据由垂直方向码本A与水平方向码本B的克罗内克积

[算式3]

得到的矩阵来确定用于3D MIMO通信的3D码本。

另外，由于克罗内克积一般不可换，因此，垂直方向码本A与水平方向码本B的克罗内克积、和水平方向码本B与垂直方向码本A的克罗内克积为不同的矩阵。但是，本发明不限于上述克罗内克积中的任一方，任意运算顺序的克罗内克积都可用作为3D码本。

在一个实施例中，也可以是，码本管理部120计算秩R_V的垂直方向码本与秩R_H的水平方向码本的克罗内克积，生成与秩R_V和秩R_H的积(R_V×R_H)相等的秩R的3D码本。该情况下，发送接收部110也可以将作为所确定的3D码本的计算基础的垂直方向码本的预编码矩阵指示符PMI_V和秩R_V、水平方向码本的预编码矩阵指示符PMI_H和秩R_H、以及根据该3D码本导出的信道质量指示符CQI反馈给基站200。

如图7所示，设码本管理部120具有秩1(R_V＝1)和秩2(R_V＝2)这2个垂直方向码本以及秩1～4(R_H＝1～4)这4个水平方向码本。此时，码本管理部120也可以计算R_V＝1的垂直方向码本与R_H＝3的水平方向码本的克罗内克积并将计算出的克罗内克积用作为R＝3的3D码本，以生成秩3(R＝3)的3D码本。发送接收部110根据生成的3D码本导出CQI，将导出的CQI与该垂直方向码本的PMI_V和R_V、该水平方向码本的PMI_H和R_H一起作为信道状态信息(CSI)反馈给基站200。当接收到该CSI时，基站200可以根据PMI_V和PMI_H导出由用户装置100选择出的3D码本，用户装置100和基站200能够利用相同的3D码本来实现之后的3D MIMO通信。

同样地，如图8所示，为了生成秩4(R＝4)的3D码本，码本管理部120可以利用R_V＝2的垂直方向码本与R_H＝2的水平方向码本的克罗内克积以及R_V＝1的垂直方向码本与R_H＝4的水平方向码本的克罗内克积这2个组合。码本管理部120也可以计算上述克罗内克积，将计算出的克罗内克积用作为R＝3的3D码本。例如，发送接收部110也可以根据由2个克罗内克积生成的3D码本分别导出CQI，将用于实现更高的CQI的3D码本选择作为反馈用的3D码本。发送接收部110将导出的CQI与作为选择出的3D码本的计算基础的垂直方向码本的PMI_V和R_V、水平方向码本的PMI_H和R_H一起作为信道状态信息(CSI)反馈给基站200。当接收到该CSI时，基站200可以根据PMI_V和PMI_H导出由用户装置100选择出的3D码本，用户装置100和基站200能够利用相同的3D码本来实现之后的3D MIMO通信。

此外，在另一个实施例中，也可以是，码本管理部120计算秩R_V的垂直方向码本与秩R_H的水平方向码本的克罗内克积，生成秩R_V与秩R_H的积(R_V×R_H)以下的秩R的3D码本。即，计算出的克罗内克积的纵列数为R_V×R_H，但是，当R＜R_V×R_H时，需要缩减基于克罗内克积的矩阵，以成为秩R的3D码本。因此，在秩R小于秩R_V和秩R_H的积(R_V×R_H)的情况下(R＜R_V×R_H)，码本管理部120也可以通过从计算出的克罗内克积中删除与差分{(R_V×R_H)-R}相当的列来生成秩R的3D码本。该情况下，发送接收部110也可以将作为所确定的3D码本的计算基础的垂直方向码本的预编码矩阵指示符PMI_V和秩R_V、水平方向码本的预编码矩阵指示符PMI_H和秩R_H、秩R、表示从克罗内克积中删除的列的秩映射索引、以及根据秩R的3D码本导出的信道质量指示符CQI反馈给基站200。

如图9所示，设码本管理部120具有秩1(R_V＝1)和秩2(R_V＝2)这2个垂直方向码本以及秩1～4(R_H＝1～4)这4个水平方向码本。此时，为了生成秩3(R＝3)的3D码本，码本管理部120也可以通过计算R_v＝2的垂直方向码本与R_H＝2的水平方向码本的克罗内克积并从计算出的克罗内克积中删除与差分{(2×2)-3}相当的任意1列(在图示的具体例中，克罗内克积的最后1列)而生成R＝3的3D码本。发送接收部110根据生成的3D码本导出CQI，将导出的CQI与该垂直方向码本的PMI_V和R_V、该水平方向码本的PMI_H和R_H、秩R、表示从克罗内克积中删除的列的秩映射索引一起作为信道状态信息(CSI)反馈给基站200。当接收到该CSI时，基站200可以根据PMI_V、PMI_H、R和秩映射指示符导出由用户装置100选择出的3D码本，用户装置100和基站200能够利用相同的3D码本来实现之后的3D MIMO通信。

同样地，如图10所示，为了生成秩4(R＝4)的3D码本，码本管理部120也可以通过计算R_v＝2的垂直方向码本与R_H＝3的水平方向码本的克罗内克积并从计算出的克罗内克积中删除与差分{(2×3)-4}相当的任意2列(在图示的具体例中，克罗内克积的最后2列)而生成R＝4的3D码本。发送接收部110根据生成的3D码本导出CQI，将导出的CQI与该垂直方向码本的PMI_V和R_V、该水平方向码本的PMI_H和R_H、秩R、表示从克罗内克积中删除的列的秩映射索引一起作为信道状态信息(CSI)反馈给基站200。当接收到该CSI时，基站200可以根据PMI_V、PMI_H、R和秩映射指示符导出由用户装置100选择出的3D码本，用户装置100和基站200能够利用相同的3D码本来实现之后的3D MIMO通信。

同样地，如图11所示，为了生成秩5(R＝5)的3D码本，码本管理部120也可以利用R_V＝2的垂直方向码本与R_H＝3的水平方向码本的克罗内克积以及R_V＝2的垂直方向码本与R_H＝4的水平方向码本的克罗内克积这2个组合。码本管理部120也可以通过计算R_v＝2的垂直方向码本与R_H＝3的水平方向码本的克罗内克积并从计算出的克罗内克积中删除与差分{(2×3)-5}相当的任意1列(在图示的具体例中，克罗内克积的最后1列)而生成R＝5的3D码本。此外，码本管理部120也可以通过计算R_V＝2的垂直方向码本与R_H＝4的水平方向码本的克罗内克积,并从计算出的克罗内克积中删除与差分{(2×4)-5}相当的任意3列(在图示的具体例中，克罗内克积的最后3列)而生成R＝5的3D码本。例如，发送接收部110也可以根据由这些克罗内克积生成的3D码本分别导出CQI，将用于实现更高的CQI的3D码本选择作为反馈用的3D码本。这样，通过将垂直方向码本和水平方向码本进行组合，能够取得仅凭垂直方向码本和水平方向码本单体无法支持的秩5的3D码本。发送接收部110将导出的CQI与该垂直方向码本的PMI_V和R_V、该水平方向码本的PMI_H和R_H、秩R、表示从克罗内克积中删除的列的秩映射索引一起作为信道状态信息(CSI)反馈给基站200。当接收到该CSI时，基站200可以根据PMI_V、PMI_H、R和秩映射指示符导出由用户装置100选择出的3D码本，用户装置100和基站200能够利用相同的3D码本来实现之后的3D MIMO通信。

在一个实施例中，也可以是，秩映射索引表示规定的列被删除(例如，总是从最终纵列开始依次进行删除的方法)，或者表示选择作为删除对象的列，或者表示选择作为非删除对象的列。在图示的具体例中，克罗内克积的删除对象的列是矩阵的最后的列等规定的列，但是本发明不限于此。例如，也可以由用户装置100来选择删除对象的列或非删除对象的列，或者，也可以由基站200来设定删除对象的列或非删除对象的列。例如，如图12所示，可以示出作为删除对象选择出的列，也可以示出作为非删除对象选择出的列。在图示的具体例中，将克罗内克积的最后列作为删除对象，将垂直方向码本和水平方向码本的组合(1，1)、(2，1)、(1，2)、(2，2)、(1，3)选择作为删除对象，将组合(2，3)选择作为非删除对象。此时，在秩映射索引示出被选择作为非删除对象的列的情况下，发送接收部110将组合(1，1)、(2，1)、(1，2)、(2，2)、(1，3)反馈给基站200。另一方面，在秩映射索引示出被选择作为删除对象的列的情况下，发送接收部110将组合(2，3)反馈给基站200。由于考虑到删除对象的列一般比非删除对象的列少，因此，可以认为示出被选择作为删除对象的列的秩映射索引关于信息量是高效的。

接下来，参照图13，对本发明的一个实施例的基站进行说明。图13是示出本发明的一个实施例的基站的结构的框图。

如图13所示，基站200具有发送接收部210和码本管理部220。

发送接收部210用于在3D MIMO通信中发送接收用户装置100和无线信号。具体而言，发送接收部210在3D MIMO通信中从多个天线端口向用户装置100发送参考信号(CSI-RS)，并从用户装置100接收包含根据该参考信号选择出的预编码矩阵指示符(PMI)、秩指示符(RI)和信道质量指示符(CQI)在内的信道状态信息作为反馈信息。发送接收部210根据接收到的信道状态信息来执行3D MIMO通信。

码本管理部220具有第1码本和第2码本，通过将第1码本和第2码本进行组合来确定用于3D MIMO通信的3D码本。在一个实施例中，也可以是，第1码本是用于垂直方向的预编码的垂直方向码本，第2码本是用于水平方向的预编码的水平方向码本，码本管理部220根据从用户装置100接收到的反馈信息来计算垂直方向码本与水平方向码本的克罗内克积，并根据计算出的克罗内克积来确定用于3D MIMO通信的3D码本。具体而言，码本管理部220根据由用户装置100反馈的信道状态信息来确定由用户装置100选择出的垂直方向码本和水平方向码本，计算确定出的垂直方向码本与水平方向码本的克罗内克积，并将计算出的克罗内克积确定为由用户装置100选择出的3D码本。另外，第1和第2码本不限于垂直方向码本和水平方向码本，例如还可以包含交叉极化天线的极化方向，码本管理部220还可以通过将垂直方向、水平方向和极化方向中的任意2个以上进行组合来生成3D码本。此外，本发明的用于组合2个码本的运算不限于克罗内克积，还可以是能够组合2个以上码本(矩阵)的任意的适当的二进制运算或矩阵运算。

在一个实施例中，也可以是，码本管理部220计算秩R_V的垂直方向码本与秩R_H的水平方向码本的克罗内克积，生成与秩R_V和秩R_H的积(R_V×R_H)相等的秩R的3D码本。然后，发送接收部210使用生成的3D码本来执行与用户装置100之间的3D MIMO通信。由此，用户装置100和基站200能够利用相同的3D码本来实现之后的3D MIMO通信。

在另一个实施例中，也可以是，码本管理部计算秩R_V的垂直方向码本与秩R_H的水平方向码本的克罗内克积，生成秩R_V和秩R_H的积(R_V×R_H)以下的秩R的3D码本，根据反馈信息从生成的3D码本中删除1个以上的列，由此来计算由用户装置100选择出的秩R的3D码本。然后，发送接收部210使用由用户装置100选择出的秩R的3D码本来执行与用户装置100之间的3D MIMO通信。由此，用户装置100和基站200能够利用相同的3D码本来实现之后的3D MIMO通信。此外，通过将垂直方向码本和水平方向码本进行组合，能够取得垂直方向码本和水平方向码本无法支持的秩的3D码本。

以上，对本发明的实施例进行了详细叙述，但是，本发明不限于上述特定的实施方式，能够在权利要求记载的本发明的宗旨的范围内进行各种变形、变更。

本国际申请根据2014年9月25日提交的日本特许出愿第2014-195886号要求其优先权，并将第2014-195886号的全部内容引用于本国际申请。

标号说明

10：无线通信系统；

100：用户装置；

200：基站。