(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムであって、
前記無線基地局装置は、
一方向に配列された複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
前記セル内のユーザ端末からフィードバックされた通信品質情報に基づいて、前記アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックからプリコーディングベクトルを選択する選択部と、
選択されたプリコーディングベクトルを、前記各アンテナ素子へ供給する信号に対して乗算するプリコーディング乗算部と、
前記プリコーディングベクトルが乗算された信号をユーザ端末に送信する送信部と、
を具備し、
前記ユーザ端末は、
前記無線基地局装置からの信号を受信する受信部と、
受信した信号から参照信号を取り出してチャネル品質を測定するチャネル品質測定部と、
測定されたチャネル品質を含む通信品質フィードバック信号を上りリンクを介して前記無線基地局装置にフィードバックする送信部と、を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記コードブックは、ユーザ端末の密度の逆数が均一になるようなプリコーディングベクトルで構成されたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記コードブックは、ρ（Ｌ）を無線基地局装置からの距離に応じたユーザ端末の分布関数とし、Ｌ［ｍ］を無線基地局装置からの距離としたときに、以下の式により求められるなプリコーディングベクトルで構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線通信システム。
CODEBOOKV［0,1,...M-1］＝exp（２πｄ・ｊcos（α＋π／２）・［0,1,2,,...,N-1］）
α＝atan（ｈ／（ρ（Ｌ・［0,1,...M-1］）））
ここで、ｈは無線基地局装置の高さであり、ｄは複数のアンテナ素子グループであるブランチの間隔であり、αは水平方向に対してユーザ端末ＵＥに向けた送信ビームのチルト角であり、Ｎはブランチ数である。
【請求項４】
ユーザ端末が無線基地局装置からの距離に応じて一様に分布している場合に、前記コードブックは、以下の式により求められるプリコーディングベクトルで構成されることを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
CODEBOOKV［0,1,...M-1］＝exp（２πｄ・ｊcos（α＋π／２）・［0,1,2,,...,N-1］）
α＝atan（h／（Ｌmax／Ｍ）・［0,1,...M-1］））
【請求項５】
ユーザ端末が無線基地局装置からの距離に応じて２乗倍で分布している場合に、前記コードブックは、以下の式により求められるなプリコーディングベクトルで構成されることを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
CODEBOOKV［0,1,...M-1］＝exp（２πｄ・ｊcos（α＋π／２）・［0,1,2,,...,N-1］）
α＝atan（h／（Ｌmax／sqrt（２）^［M-1,...1,0］））
【請求項６】
セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムにおける無線基地局装置であって、
一方向に配列された複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
前記セル内のユーザ端末の通信品質情報に基づいて、前記アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックからプリコーディングベクトルを選択する選択部と、
選択されたプリコーディングベクトルを、前記各アンテナ素子へ供給する信号に対して乗算するプリコーディング乗算部と、
前記プリコーディングベクトルが乗算された信号をユーザ端末に送信する送信部と、
を具備することを特徴とする無線基地局装置。
【請求項７】
セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムにおける無線基地局装置であって、
一方向に配列された複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、
ユーザ端末からの通信品質情報を用いて、前記アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックからプリコーディングベクトルを選択する選択部と、
選択されたプリコーディングベクトルを、前記各アンテナ素子へ供給する信号に対して乗算するプリコーディング乗算部と、
前記プリコーディングベクトルが乗算された信号をユーザ端末に送信する送信部と、
を具備することを特徴とする無線基地局装置。
【請求項８】
セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムにおけるユーザ端末であって、
前記無線基地局装置において前記セル内のユーザ端末の通信品質情報に基づいて、アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックを用いて前記無線基地局装置から送信された信号を受信する受信部と、
受信した信号から参照信号を取り出してチャネル品質を測定するチャネル品質測定部と、
測定されたチャネル品質を含む通信品質フィードバック信号を上りリンクを介して前記無線基地局装置にフィードバックする送信部と、を具備することを特徴とするユーザ端末。
【請求項９】
セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記無線基地局装置において、前記セル内のユーザ端末の通信品質情報に基づいて、アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックからプリコーディングベクトルを選択する工程と、選択されたプリコーディングベクトルを、前記各アンテナ素子へ供給する信号に対して乗算する工程と、前記プリコーディングベクトルが乗算された信号をユーザ端末に送信する工程と、
前記ユーザ端末において、前記無線基地局装置からの信号を受信する工程と、受信した信号から参照信号を取り出してチャネル品質を測定する工程と、測定されたチャネル品質を含む通信品質フィードバック信号を上りリンクを介して前記無線基地局装置にフィードバックする工程と、を具備することを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、次世代の無線通信システム、無線基地局装置、ユーザ端末及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＭＴＳ（Universal  Mobile  Telecommunications  System）ネットワークにおいては、周波数利用効率の向上、データレートの向上を目的として、ＨＳＤＰＡ（High  Speed  Downlink  Packet  Access）やＨＳＵＰＡ（High  Speed  Uplink  Packet  Access）を採用することにより、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband  Code  Division  Multiple  Access）をベースとしたシステムの特徴を最大限に引き出すことが行われている。このＵＭＴＳネットワークについては、更なる高速データレート、低遅延などを目的としてロングタームエボリューション（ＬＴＥ：Long  Term  Evolution）が検討されている。
【０００３】
第３世代のシステムは、概して５ＭＨｚの固定帯域を用いて、下り回線で最大２Ｍｂｐｓ程度の伝送レートを実現できる。一方、ＬＴＥ方式のシステムにおいては、１．４ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの可変帯域を用いて、下り回線で最大３００Ｍｂｐｓ及び上り回線で７５Ｍｂｐｓ程度の伝送レートを実現できる。また、ＵＭＴＳネットワークにおいては、更なる広帯域化及び高速化を目的として、ＬＴＥの後継のシステムも検討されている（例えば、ＬＴＥアドバンスト（ＬＴＥ−Ａ））。例えば、ＬＴＥ−Ａにおいては、ＬＴＥ仕様の最大システム帯域である２０ＭＨｚを、１００ＭＨｚ程度まで拡張することが予定されている。また、ＬＴＥ−Ａにおいては、ＬＴＥ仕様の最大送信アンテナ数である４アンテナを、８アンテナまで拡張することが予定されている。
【０００４】
また、ＬＴＥ方式のシステムにおいては、複数のアンテナでデータを送受信し、データレート（周波数利用効率）を向上させる無線通信技術としてＭＩＭＯ（Multi  Input  Multi  Output）システムが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。ＭＩＭＯシステムにおいては、送受信機に複数の送信／受信アンテナを用意し、異なる送信アンテナから同時に異なる送信情報系列を送信する。一方、受信機側では、送信／受信アンテナ間で異なるフェージング変動が生じることを利用して、同時に送信された情報系列を分離して検出することにより、データレート（周波数利用効率）を増大することが可能である。
【０００５】
ＬＴＥ方式のシステムにおいては、異なる送信アンテナから同時に送信する送信情報系列が、全て同一のユーザのものであるシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ（Single  User  MIMO））伝送と、異なるユーザのものであるマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ（Multiple  User  MIMO））伝送とが規定されている。これらのＳＵ−ＭＩＭＯ伝送及びＭＵ−ＭＩＭＯ伝送においては、受信機側で送信機のアンテナに設定すべき位相・振幅制御量（プリコーディング行列（プリコーディングウェイトあるいはプリコーディングベクトル））と、このプリコーディング行列に対応づけられるＰＭＩ（Precoding  Matrix  Indicator）とを複数定めたコードブックから最適なＰＭＩを選択し、これをチャネル情報（ＣＳＩ：Channel  State  Information）として送信機にフィードバックする。送信機側では、受信機からフィードバックされたＰＭＩに基づいて各送信アンテナに対するプリコーディングを行って送信情報系列を送信する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＲ  ２５．９１３“Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｅｖｏｌｖｅｄ  ＵＴＲＡ  ａｎｄ  Ｅｖｏｌｖｅｄ  ＵＴＲＡＮ”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＴＥの後継システムとして検討されているＬＴＥ−Ａ方式のシステムにおいては、８アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送が検討されている。一方で、ＬＴＥ方式のシステムで採用されるＭＩＭＯ伝送（例えば、２アンテナを用いたＳＵ−ＭＩＭＯ伝送や４アンテナを用いたＭＵ−ＭＩＭＯ伝送等）にも対応することが要請される。このため、次世代無線通信システムのＭＩＭＯ伝送では、利用されるアンテナ数が異なる複数の通信タイプに対応することが必要となる。一方、ＬＴＥ−Ａ方式に代表される次世代無線通信システムにおいては、８アンテナの設置が検討されている。送受信機の小型化の観点から、これらのアンテナの設置スペースを低減することも要請される。
【０００８】
一方で、複数のアンテナを水平方向に並設した構成のアンテナ装置を用いた場合においては、ユーザが密集したセルに対してＭＩＭＯ伝送すると、ユーザ端末の密集の程度（分布状態）によってはシステム容量を増加できないことが考えられる。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アンテナの設置スペースを低減しつつ、セル内におけるユーザ端末の分布状態に拘わらずシステム容量を増加することができる無線通信システム、無線基地局装置、ユーザ端末及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無線通信システムは、セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムであって、前記無線基地局装置は、一方向に配列された複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記セル内のユーザ端末からフィードバックされた通信品質情報に基づいて、前記アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックからプリコーディングベクトルを選択する選択部と、選択されたプリコーディングベクトルを、前記各アンテナ素子へ供給する信号に対して乗算するプリコーディング乗算部と、前記プリコーディングベクトルが乗算された信号をユーザ端末に送信する送信部と、を具備し、前記ユーザ端末は、前記無線基地局装置からの信号を受信する受信部と、受信した信号から参照信号を取り出してチャネル品質を測定するチャネル品質測定部と、測定されたチャネル品質を含む通信品質フィードバック信号を上りリンクを介して前記無線基地局装置にフィードバックする送信部と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明の無線基地局装置は、セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムにおける無線基地局装置であって、一方向に配列された複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナと、前記セル内のユーザ端末の通信品質情報に基づいて、前記アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックからプリコーディングベクトルを選択する選択部と、選択されたプリコーディングベクトルを、前記各アンテナ素子へ供給する信号に対して乗算するプリコーディング乗算部と、前記プリコーディングベクトルが乗算された信号をユーザ端末に送信する送信部と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明のユーザ端末は、セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムにおけるユーザ端末であって、前記無線基地局装置において前記セル内のユーザ端末の通信品質情報に基づいて、アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックを用いて前記無線基地局装置から送信された信号を受信する受信部と、受信した信号から参照信号を取り出してチャネル品質を測定するチャネル品質測定部と、測定されたチャネル品質を含む通信品質フィードバック信号を上りリンクを介して前記無線基地局装置にフィードバックする送信部と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の無線通信方法は、セルを形成する無線基地局装置と、前記無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記無線基地局装置において、前記セル内のユーザ端末の通信品質情報に基づいて、アンテナ素子の配列方向に対して非均一に予め設定されたコードブックからプリコーディングベクトルを選択する工程と、選択されたプリコーディングベクトルを、前記各アンテナ素子へ供給する信号に対して乗算する工程と、前記プリコーディングベクトルが乗算された信号をユーザ端末に送信する工程と、前記ユーザ端末において、前記無線基地局装置からの信号を受信する工程と、受信した信号から参照信号を取り出してチャネル品質を測定する工程と、測定されたチャネル品質を含む通信品質フィードバック信号を上りリンクを介して前記無線基地局装置にフィードバックする工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アンテナの設置スペースを低減しつつ、セル内におけるユーザ端末の分布状態に拘わらずシステム容量を増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る無線基地局装置が備えるアレーアンテナによって提供されるＮ個の通信タイプを説明するための模式図である。
【図２】アレーアンテナを構成するアンテナ素子に対するウェイト制御を説明するための模式図である。
【図３】第１の通信タイプのためのウェイト制御を説明するための模式図である。
【図４】第２の通信タイプのためのウェイト制御を説明するための模式図である。
【図５】第３の通信タイプのためのウェイト制御を説明するための模式図である。
【図６】実施の形態に係る無線通信システムにおけるウェイト制御を説明するための模式図である。
【図７】実施の形態に係る無線通信システムにおける複数のプリコーディングベクトルを説明するための図である。
【図８】ユーザ端末の分布状態を説明するための図である。
【図９】実施の形態に係る無線通信システムのネットワーク構成を示す図である。
【図１０】実施の形態に係る無線基地局装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態に係る移動局の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
一般に、ＭＩＭＯ伝送で用いられる複数のアンテナは、無線基地局装置における同一の高さの位置に設置されている。そして、ＭＩＭＯ伝送では、各セルに位置するユーザ端末のデータレートが最も向上するようにプリコーディングウェイト（以下、「ウェイト」という）を選択し、主に水平方向に指向性を設定可能な送信ビームを形成する。複数のアンテナが同一の高さの位置に設置されることから、例えば、ＬＴＥ−Ａ方式のシステムにおいては、最大で８本分のアンテナの設置スペースが必要となる。一方、複数のアンテナの設置スペースの低減という観点からは、主に垂直方向に指向性を設定可能な送信ビームを採用することが考えられる。この場合には、複数のアンテナを無線基地局装置における同一の高さの位置に設置する必要がなくなる。このため、複数のアンテナを上下に配置でき、アンテナの設置スペースを低減できる。
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態に係る無線通信システムの構成について説明する。
本実施の形態に係る無線通信システムは、垂直方向に指向性を設定可能な送信ビームを形成できる無線基地局装置（以下、「無線基地局装置」という）を備える。この無線基地局装置は、Ｎを２以上の整数として、Ｎ個の通信タイプのそれぞれに対応して少なくとも１つのグループに分けられる複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを備える。以下、この無線基地局装置が備えるアレーアンテナによって提供されるＮ個の通信タイプについて図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る無線基地局装置が備えるアレーアンテナによって提供されるＮ個の通信タイプを説明するための模式図である。
【００１８】
図１Ａに示すように、アレーアンテナ１０は、一方向、例えば、垂直方向に１列に配列された複数のアンテナ素子１１から構成されている（図１Ａには１６個のアンテナ素子１１が例示されている）。本実施の形態では、アレーアンテナ１０は、垂直偏波アンテナ１０ａと水平偏波アンテナ１０ｂとを組み合わせた偏波アンテナで構成される。ただし、本発明は偏波アンテナ構成に限定されない。図１Ｂは、垂直偏波アンテナ１０ａを単独で示した概念図であり、図１Ｃは、水平偏波アンテナ１０ｂを単独で示した概念図である。偏波アンテナが適用される場合、個々のアンテナ素子１１は、それぞれ垂直偏波素子１１Ｖと水平偏波素子１１Ｈのセットで構成される。以下の説明では、無線基地局のアレーアンテナ１０が、垂直に立設されている場合について説明するが、環境によってはアレーアンテナ１０が斜め（横向きを含む）に配置されてもよい。
【００１９】
第１の通信タイプは、アレーアンテナ１０を構成するアンテナ素子１１の全体で１つのグループＡを形成し、アンテナ全体で１つのアンテナブランチを構成するタイプである。第２の通信タイプは、アレーアンテナ１０を構成するアンテナ素子１１を上下に２分割し、アンテナ素子１１を２つのグループＢ１，Ｂ２に分けて２つのアンテナブランチを構成するタイプである。第３の通信タイプは、アレーアンテナ１０を構成するアンテナ素子１１を上下に４分割し、アンテナ素子１１を４つのグループＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に分けて４つのアンテナブランチを構成するタイプである。本実施の形態では、第１から第３の通信タイプ（アンテナブランチ数と呼ぶこともできる）を例示するが、アレーアンテナ１０を構成するアンテナ素子１１の垂直方向の分割数に応じて適宜任意の数の通信タイプを設定可能である。また、最大ブランチ数はアンテナ素子１１に応じて適宜選択可能である。
【００２０】
第１から第３の通信タイプの中では、第１の通信タイプが１ブランチを構成するアンテナ長（アンテナ素子数）が最も長い。アンテナブランチ数が増えるのに従って１ブランチ当たりのアンテナ長が短くなる。一般的に、アレーアンテナを用いてビーム形成する場合、１ブランチ当たりのアンテナ素子数が多くなるのに従って、アンテナ利得が増大し、かつビーム幅を小さくできる。したがって、第１の通信タイプは、アンテナ全体を１アンテナブランチで構成するので、セル端に向けたシャープなビームを形成できる。
【００２１】
アレーアンテナ１０にはグループ毎にウェイトが掛けられた送信信号がアンテナ素子１１に入力される。ウェイトを制御することによってアレーアンテナ１０で任意のアンテナブランチを構成できる。図２に示すように、アレーアンテナ１０を構成する１６個のアンテナ素子１１は、最小アンテナブランチ単位（アンテナ素子数＝４）で、同一のウェイトが掛けられた送信信号が供給される。図２には２つの送信信号Ｓ１，Ｓ２を合成可能な構成が示されているが、最大合成数はこれに限定されない。例えば、８多重ＭＩＭＯを提供する場合は、４つの送信信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を合成可能な構成が望ましい（図５参照）。アレーアンテナ１０は、送信信号数×構成ブランチ数に相当する数のビームを同時に形成できる。
【００２２】
第１の通信タイプでは、図３に示すように、アレーアンテナ１０は、１つのグループＡを構成する各アンテナ素子１１に入力する送信信号Ｓ１に同一のウェイトＷ（例えば、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４＝１，１，１，１）を掛ける。これにより、高いアンテナ利得で、かつビーム幅の小さい１つのビームを形成することができる。なお、図３においては、説明の便宜上、水平偏波アンテナ１０ｂに入力される送信信号Ｓ１を省略している。垂直偏波アンテナ１０ａと水平偏波アンテナ１０ｂとでそれぞれ１つのビームを形成するので、アレーアンテナ１０としては２つのビームが形成される。したがって、第１の通信タイプは、２多重ＭＩＭＯ伝送を提供できる。受信機が２×２のＭＩＭＯ伝送をサポートしていれば、２×２のＭＩＭＯ伝送が実現できる。また、１アンテナ構成の受信機であれば、２アンテナによるＳＦＢＣ（Space-Frequency  Block  Coding）による空間周波数送信ダイバーシチを実現できる。なお、ＳＦＢＣは、アンテナ／周波数領域で符号化が行われる。
【００２３】
第２の通信タイプでは、図４に示すように、アレーアンテナ１０は、グループＢ１を構成するアンテナ素子１１に入力する送信信号Ｓ１にウェイトＷ（例えば、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４＝１，１，０，０）を掛け、かつ、グループＢ２を構成するアンテナ素子１１に入力する送信信号Ｓ２にウェイトＷ（例えば、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４＝０，０，１，１）を掛ける。これにより、グループＢ１及びＢ２に対応した２つのアンテナブランチによりビーム１、ビーム２を形成できる。なお、図４においては、説明の便宜上、水平偏波アンテナ１０ｂに入力される送信信号Ｓ１、Ｓ２を省略している。垂直偏波アンテナ１０ａがビーム１、ビーム２を形成し、同時に水平偏波アンテナ１０ｂがビーム１、ビーム２を形成するので、アレーアンテナ１０は合計で４つのビームを並列に形成することができる。並列に形成される４つのビームをセル内の同一エリアに向けることにより、４多重ＭＩＭＯ伝送が提供される。
【００２４】
第３の通信タイプでは、図５に示すように、アレーアンテナ１０は、グループＣ１を構成するアンテナ素子１１に入力する送信信号Ｓ１にウェイトＷ（例えば、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１４＝１，０，０，０）を掛け、かつ、グループＣ２を構成するアンテナ素子１１に入力する送信信号Ｓ２にウェイトＷ（例えば、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ２４＝０，１，０，０）を掛ける。さらに、アレーアンテナ１０は、グループＣ３を構成するアンテナ素子１１に入力する送信信号Ｓ３にウェイトＷ（例えば、Ｗ３１、Ｗ３２、Ｗ３３、Ｗ３４＝０，０，１，０）を掛け、かつ、グループＣ４を構成するアンテナ素子１１に入力する送信信号Ｓ４にウェイトＷ（例えば、Ｗ４１、Ｗ４２、Ｗ４３、Ｗ４４＝０，０，０，１）を掛ける。これにより、グループＣ１〜Ｃ４に対応した４つのアンテナブランチによりビーム１〜ビーム４を形成できる。なお、図５においては、説明の便宜上、水平偏波アンテナ１０ｂに入力される送信信号Ｓ１〜Ｓ４を省略している。垂直偏波アンテナ１０ａが４ビームを形成し、同時に水平偏波アンテナ１０ｂが４ビームを形成するので、アレーアンテナ１０は合計で８つのビームを並列に形成することができる。並列に形成される８つのビームをセル内の同一エリアに向けることにより、８多重ＭＩＭＯ伝送が提供される。
【００２５】
本実施の形態に係る無線通信システムにおいては、アンテナ素子１１に入力される送信信号に対するウェイトを制御することにより、アレーアンテナ１０を１又は複数のグループに分割できる。これにより、所望の通信タイプを切り替えてユーザ端末ＵＥに対して信号送信を行うことが可能となる。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る無線通信システムにおけるシグナリングについて説明する。ＬＴＥ方式及びＬＴＥ−Ａ方式のシステムは、下り参照信号として、ＣＲＳ（Cell-specific  Reference  Signal）、ＣＳＩ−ＲＳ（Channel  State  Information-Reference  Signal）、ユーザ固有のＤＭ−ＲＳ（Demodulation-Reference  Signal）等を規定している。ＣＲＳは、全ての下りリンクサブフレームで送信され、下りリンクの周波数帯域全体にまたがって配置される。ＣＲＳは、下りリンクの同期検波用のチャネル推定に用いられる。ＣＳＩ−ＲＳは、チャネル情報測定用の参照信号であり、ＣＳＩ（ＣＱＩ，ＰＭＩ，ランク数）の測定に用いられる。ユーザ固有のＤＭ−ＲＳは、個別のユーザ端末ＵＥへの下り共用チャネル（ＤＬ−ＳＣＨ）伝送に割り当てられるリソースブロックで送信される。ユーザ固有のＤＭ−ＲＳは、下り共用チャネルの同期検波用チャネル推定に用いることができるユーザ固有の復調用の参照信号である。
【００２７】
また、ＬＴＥ方式及びＬＴＥ−Ａ方式のシステムは、ユーザ端末ＵＥが接続すべきセルを検出するセルサーチに使用する同期信号（ＳＳ）、セルサーチ後に必要なシステム情報（ＳＩＢ（System  Information  Block），ＭＩＢ（Master  Information  Block））を送信する物理報知チャネル（ＰＢＣＨ）を規定している。さらに、ＬＴＥ方式及びＬＴＥ−Ａ方式のシステムは、下り制御信号の送信用にＰＤＣＣＨ（Physical  Downlink  Control  Channel）を規定し、上り制御信号の送信用にＰＵＣＣＨ（Physical  Uplink  Control  Channel）を規定している。さらに、ＬＴＥ方式及びＬＴＥ−Ａ方式のシステムは、下りのデータ（一部の制御信号を含む）送信用にＰＤＳＣＨ（Physical  Uplink  Control  Channel）を規定し、上りのデータ（一部の制御信号を含む）送信用にＰＵＳＣＨ（Physical  Uplink  Shared  Channel）を規定している。
【００２８】
本実施の形態に係る無線通信システムを構成する無線基地局装置は、これらのようなユーザ端末ＵＥに対して送信する信号の種別、並びに、ユーザ端末ＵＥの機能に応じて通信タイプを切り替える。通信タイプを切り替える際に判定されるユーザ端末ＵＥの機能については、例えば、ユーザ端末ＵＥが、Release８（Ｒｅｌ．８）、Release９（Ｒｅｌ．９）、Release１０（Ｒｅｌ．１０）又はRelease１１（Ｒｅｌ．１１）のＬＴＥ対応の端末か否かなどが該当する。
【００２９】
例えば、無線基地局装置は、第１の通信タイプにより、Ｒｅｌ．８、Ｒｅｌ．９、Ｒｅｌ．１０又はＲｅｌ．１１のＬＴＥに対応するユーザ端末向けのＣＲＳ及びＰＤＣＣＨ、並びに、ＭＩＢ／ＳＩＢ／ページング情報を送信する。セル接続を希望するユーザ端末ＵＥは、必ず同期信号（ＳＳ）及び物理報知チャネル（ＰＢＣＨ）を受信する必要が有るので、同期信号（ＳＳ）及び物理報知チャネル（ＰＢＣＨ）はエリア内の全てをカバレッジとすることが求められる。このため、無線基地局装置は、これらの信号を通信タイプ１に対応したビームにより送信する。また、無線基地局装置は、第１の通信タイプにより、Ｒｅｌ．８のＬＴＥに対応し、２×２のＭＩＭＯ伝送をサポートするユーザ端末向けのＰＤＳＣＨを送信する。
【００３０】
また、無線基地局装置は、第２の通信タイプにより、Ｒｅｌ．１０のＬＴＥに対応し、トランスミッションモード９をサポートするユーザ端末向けの４つのアンテナポートに対応するＣＳＩ−ＲＳを送信する。また、無線基地局装置は、第２の通信タイプにより、Ｒｅｌ．１０のＬＴＥに対応し、トランスミッションモード９をサポートするユーザ端末向けのＰＤＳＣＨ及びＤＭ−ＲＳを送信する。
【００３１】
さらに、無線基地局装置は、第３の通信タイプにより、例えば、Ｒｅｌ．１０のＬＴＥに対応し、８×８のＭＩＭＯ伝送をサポートするユーザ端末向けの８つのアンテナポートに対応するＣＳＩ−ＲＳを送信する。また、無線基地局装置は、第３の通信タイプにより、Ｒｅｌ．１０のＬＴＥに対応し、トランスミッションモード９をサポートするユーザ端末向けのＰＤＳＣＨ及びＤＭ−ＲＳを送信する。
【００３２】
同一の素子指向性を持つアレーを用いた既存のシステム（水平方向に指向性を設定可能な複数の送信ビームを形成できる無線基地局装置）では、コードブックは空間内を複数（例えば、Ｍ個）に均一に分割するようなプリコーディングベクトル（プリコーディングウェイト）で構成されることが一般的である（3GPP  TS36.211  ver10.1.0  6.3.4.2.3）。コードブックCODEVOOKV［0,1,...,M-1］から、それぞれのプリコーディングベクトルを選んでプリコーディングを行う処理は、Ｍ通りの指向性ビームを用いてユーザ端末と通信することと関連付けて考えることができる。このとき、ユーザ端末は、それぞれに最適なプリコーディングベクトルを選択する。この場合においては、異なるプリコーディングベクトルを用いて通信するユーザ端末同士は、指向性ビーム（送信ビーム）が異なることから信号の干渉を受けにくい。つまり、異なるプリコーディングベクトルを用いて通信するユーザ端末が多いほど、異なるユーザ端末間で空間的にデータを多重できるためシステムの容量が増加する。
【００３３】
しかしながら、垂直方向のアレーアンテナ構成を用いた場合（垂直セクタ化が可能な複数の送信ビームを形成できる無線基地局装置を用いた場合）には、ユーザ端末がサービスされるエリア（セル）内に偏りをもって存在するために、同一のプリコーディングベクトルを選択する確率が高くなり、上記空間内を複数（例えば、Ｍ個）に均一に分割するようなコードブックは最適にはならない。本発明者らは、この問題を解決するために新たなコードブックを提案する。この提案は、アンテナ素子の配列方向に対して非均一に設定されたプリコーディングベクトルを含むコードブックを用いることでシステム容量を増加するものである。これによれば、ユーザ端末の密度が大きいところのプリコーディングベクトルの密度を増やすことができ、空間的にデータを多重できる効率が高くなる。ここで、プリコーディングベクトルを、アンテナ素子の配列方向に対して非均一に設定するとは、プリコーディングベクトルに対応する送信ビームのアンテナ素子の配列方向に対する角度を、一定角度間隔ではなくユーザ端末の分布の偏り等を考慮した角度間隔で選択したプリコーディングベクトルを用いることである。
【００３４】
本発明においては、アレーアンテナを含む無線通信システムにおいて、位相・振幅制御量（プリコーディング行列）と、このプリコーディング行列に対応づけられるＰＭＩ（Precoding  Matrix  Indicator）とを複数定めたコードブックを設定する。このコードブックは、ユーザ端末の分布の偏りを考慮したものであり、セル内のユーザ端末の分布の状態により無線基地局装置毎に異なるように設定される。
【００３５】
なお、セル内のユーザ端末の分布状態は、セル設計の際に予め仮定したり、予測して求める。そのように求められた分布状態に基づいてコードブックを決定する。すなわち、ユーザ端末の分布状態を予め予測して、一つの分布状態を決定し、その分布状態に対応するコードブックを決定する。
【００３６】
この場合において、カバーエリア（セル）内のユーザ端末の分布の偏りを考慮した具体的なコードブックとしては以下のようなものが考えられる。このコードブックにおけるプリコーディングベクトルは、ユーザ端末の密度の逆数で均一になるように設定されている。
ρ（Ｌ）を無線基地局装置からの距離に応じたユーザ端末の分布関数とし、Ｌ［ｍ］を無線基地局装置からの距離としたときに、
CODEBOOKV［0,1,...M-1］＝exp（２πｄ・ｊcos（α＋π／２）・［0,1,2,,...,N-1］）
α＝atan（ｈ／（ρ（Ｌ・［0,1,...M-1］）））
となる。
ここで、図６に示すように、ｈは無線基地局装置の高さであり、ｄはブランチ間隔であり、αは水平方向に対してユーザ端末ＵＥに向けた送信ビームのチルト角であり、Ｎはブランチ数である。また、θは水平方向に対してセル端に向けた送信ビームのチルト角である。
【００３７】
具体的なセル内のユーザ端末の分布状態としては、例えば、図７Ａに示すように、ユーザ端末が無線基地局装置からの距離に応じて一様に分布している場合（均等）や、図７Ｂに示すように、ユーザ端末が無線基地局装置からの距離に応じて２乗倍で分布している場合（セル端密）が挙げられる。例えば、図７Ｂに示す分布状態である場合には、コードブックは、アンテナ素子の配列方向に対して非均一に設定された複数のプリコーディングベクトルで構成される。
【００３８】
このような場合におけるコードブック（プリコーディングベクトルグループ）は、以下のようになる。
（１）CODEBOOKV［0,1,...M-1］＝exp（２πｄ・ｊcos（α＋π／２）・［0,1,2,,...,N-1］）
α＝atan（h／（Ｌmax／Ｍ）・［0,1,...M-1］））
（ユーザ端末が無線基地局装置からの距離に応じて一様に分布している場合：図７Ａ）
（２）CODEBOOKV［0,1,...M-1］＝exp（２πｄ・ｊcos（α＋π／２）・［0,1,2,,...,N-1］）
α＝atan（h／（Ｌmax／sqrt（２）^［M-1,...1,0］））
（ユーザ端末が無線基地局装置からの距離に応じて２乗倍で分布している場合：図７Ｂ）
【００３９】
このような複数のプリコーディングベクトルは、図８に示すように、無線基地局装置からの距離に応じてそれぞれ適切なプリコーディングベクトルとして設定される。例えば、図８においては、無線基地局装置から最も近いユーザ端末ＵＥ＃１に最適なプリコーディングベクトルＰＶ＃１が設定され、無線基地局装置から次に近いユーザ端末ＵＥ＃２に最適なプリコーディングベクトルＰＶ＃２が設定される。そして、同様にして、無線基地局装置から次に近いユーザ端末ＵＥ＃３〜ＵＥ＃１０に最適なプリコーディングベクトルＰＶ＃３〜ＰＶ＃１０がそれぞれ設定される。なお、プリコーディングベクトル数Ｍには特に制限はない。例えば、無線基地局装置のアンテナの指向性のビーム幅に応じて、隣接するプリコーディングベクトルに該当するエリアへヌルが向くようにプリコーディングベクトル数Ｍを決定しても良い。
【００４０】
セル内のユーザ端末の分布状態は、上りリンク信号を用いて求めるようにしても良い。例えば、上りリンク信号を用いて分布状態を求める場合、例えば、各ユーザ端末の上りリンク信号（ＰＵＣＣＨ（Physical  Uplink  Control  Channel）あるいはＰＵＳＣＨ（Physical  Uplink  Shard  Channel））の信号を用いて推定した無線基地局装置からの距離や、上り信号（ＰＵＣＣＨあるいはＰＵＳＣＨ）を用いて推定した無線基地局装置からユーザ端末に対する角度や、別途ユーザ端末においてＧＰＳ等により推定した位置情報を取得し、それを上り信号（ＰＵＣＣＨあるいはＰＵＳＣＨ）で取得した位置情報から割り出した無線基地局装置からの距離や、信号の遅延時間等の方法を用いて推定した無線基地局装置からの距離を用いて求める。
【００４１】
このように設定されたコードブックを用いたプリコーディングベクトルの選択について説明する。上述したように、これらのコードブックは無線基地局装置及びユーザ端末で有している。また、このコードブックは、ユーザ端末の分布の偏りを考慮したコードブックであり、ρ（Ｌ）を無線基地局装置からの距離に応じたユーザ端末の分布関数とし、Ｌ［ｍ］を無線基地局装置からの距離としたときに、
CODEBOOKV［0,1,...M-1］＝exp（２πｄ・ｊcos（α＋π／２）・［0,1,2,,...,N-1］）
α＝atan（ｈ／（ρ（Ｌ・［0,1,...M-1］）））
で示されるＭ個のプリコーディングベクトルより構成される。
【００４２】
まず、ユーザ端末は、無線基地局装置より送られてくる参照信号ＣＲＳ（Cell-specific  Reference  Signal）、ＣＳＩ−ＲＳ（Channel  State  Information-Reference  Signal））に基づいてＳＩＲ（Signal  to  Interference  Ratio）及びチャネル行列の推定値Ｈ’を算出する。ＣＱＩ（Channel  Quality  Indicator）及びＲＩ（Rank  Indicator）は、Ｈ’やＳＩＲ、ＲＳＲＱ等の通信品質情報に基づいて、ブロックエラーレートが所定の誤り率を超えないように選択される。ＰＭＩ（Precoding  Matrix  Indicator）は、位相・振幅制御量（プリコーディング行列）と、このプリコーディング行列に対応づけられるＰＭＩとを複数定めたＭ個のプリコーディングベクトル（上記複数のプリコーディングベクトル）からＨ’に最も近いものが選択される。ユーザ端末は、これらの通信品質情報ＣＳＩ（ＣＱＩ、ＰＭＩ、ＲＩ）を無線基地局装置へ通知する。
【００４３】
次いで、無線基地局装置は、ユーザ端末より通知された通信品質情報ＣＳＩに基づいて、そのユーザ端末のデータ信号（ＰＤＳＣＨ（Physical  Downlink  Shard  Channel））を送信するためのリソース割り当て、及びＭＩＭＯ伝送のレイヤ数やプリコーディングの設定、符号化レートなどを随時更新し、その情報とともにデータ信号（ＰＤＳＣＨ）に参照信号（ＤＭ−ＲＳ（Demodulation-Reference  Signal））を付与して送信する。したがって、無線基地局装置においては、ユーザ端末からフィードバックされたＣＳＩ情報からＰＭＩを抽出し、このＰＭＩに基づいて、セル内のユーザ端末の分布状態に基づいて予め設定されたコードブックから最適なプリコーディングベクトルを選択する。
【００４４】
あるいは、無線基地局装置において、ユーザ端末からのシグナリングがない状態で、上りリンク信号のＲＳＲＰ（Reference  Signal  Received  Power）、ＲＳＲＱ（Reference  Signal  Received  Quality）、ＳＩＮＲ（Signal  to  Interference  plus  Noise  Ratio）といった通信品質情報を用いて、セル内のユーザ端末の分布状態に基づいて予め設定されたコードブックから最適なプリコーディングベクトルを選択しても良い。
【００４５】
次いで、無線基地局装置は、ユーザ端末のデータ信号（ＰＤＳＣＨ）を送信するためのリソース割り当て、ＭＩＭＯ伝送のレイヤ数やプリコーディングの設定、符号化レート等を随時更新し、アンテナ装置へ反映する。そして、無線基地局装置は、これらの情報とともに、選択されたプリコーディングベクトルを用いてデータ信号（ＰＤＳＣＨ）に参照信号（ＤＭ−ＲＳ）を付与して送信する。
【００４６】
このように、サービスエリア内でのユーザ端末の偏りを考慮したコードブックを設定し、ユーザ端末の通信品質情報に基づいてプリコーディングベクトルを選択するので、システムの容量が増加する。
【００４７】
無線基地局装置においてＭＩＭＯ送信する場合には、プリコーディングベクトルが生成される。このプリコーディングベクトルは、リソースエレメント（ＲＥ）毎に乗算する。したがって、システム情報（ＳＳ（Synchronized  Signal）、ＰＢＣＨ（Primary  Broadcast  Channel））や参照信号（ＣＲＳ、ＣＳＩ−ＲＳ）を送信するときのプリコーディングベクトルと、制御信号（ＰＤＣＣＨ、ＰＣＦＩＣＨ（Physical  Control  Format  Indicator  Channel）、ＰＨＩＣＨ（Physical  Hybrid-ARQ  Indicator  Channel））を送信するときのプリコーディングベクトルとを変えることにより、それぞれの信号の送信エリアを変えることが可能である。
【００４８】
例えば、ＣＲＳ、ＣＳＩ−ＲＳ、ＰＤＣＣＨは、exp（２πｄ・ｊ・cos（θ＋π／２）・［0,1,2,,…,N-1］）のコードブックのプリコーディングベクトルを用い、ＤＭ−ＲＳ、ＰＤＳＣＨは、ＣＳＩ−ＲＳを用いてユーザ端末側でＰＭＩを選択し、通知されたそのＰＭＩで選択されたコードブックのプリコーディングベクトルを用いることができる。
【００４９】
上記説明においては、垂直方向のコードブックCODEBOOKVのみを用いる場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、ユーザ端末の分布状態を考慮して、従来の水平方向のコードブックCODEBOOKHと垂直方向のコードブックCODEBOOKVとを組み合わせて新たなコードブックCODEBOOK3Dを用いても良い。
CODEBOOK3D［0,1,...M×P-1］
＝CODEBOOKV［0,1,...M-1］×CODEBOOKH［0,1,...P-1］
【００５０】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、ＬＴＥ−Ａシステムに対応する無線基地局装置及び移動局装置を用いる場合について説明する。
【００５１】
図９を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るユーザ端末としての移動局装置（以下、「移動局」という）１００及び無線基地局装置（ｅＮｏｄｅＢ）２００を有する無線通信システム１について説明する。図９は、本発明の一実施の形態に係るユーザ１００及び無線基地局装置２００を有する無線通信システム１の構成を説明するための図である。なお、図９に示す無線通信システム１は、例えば、ＬＴＥシステム又はＳＵＰＥＲ  ３Ｇが包含されるシステムである。また、この移動通信システム１は、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄと呼ばれても良いし、４Ｇと呼ばれても良い。
【００５２】
図９に示すように、無線通信システム１は、無線基地局装置２００と、この無線基地局装置２００と通信する複数の移動局１００（１００１、１００２、１００３、・・・１００ｎ、ｎはｎ＞０の整数）とを含んで構成されている。無線基地局装置２００は、上位局装置３００と接続され、この上位局装置３００は、コアネットワーク４００と接続される。ユーザ端末１００は、セル５００において無線基地局装置２００と通信を行っている。なお、上位局装置３００には、例えば、アクセスゲートウェイ装置、無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ）、モビリティマネジメントエンティティ（ＭＭＥ）等が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００５３】
各移動局（１００１、１００２、１００３、・・・１００ｎ）は、同一の構成、機能、状態を有するので、以下においては、特段の断りがない限り移動局１００として説明を進める。また、説明の便宜上、無線基地局装置２００と無線通信するのは移動局装置１００であるものとして説明するが、より一般的には移動端末装置も固定端末装置も含むユーザ装置（ＵＥ：User  Equipment）でよい。
【００５４】
無線通信システム１においては、無線アクセス方式として、下りリンクについてはＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）が、上りリンクについてはＳＣ−ＦＤＭＡ（シングルキャリア−周波数分割多元接続）が適用される。ＯＦＤＭＡは、周波数帯域を複数の狭い周波数帯域（サブキャリア）に分割し、各サブキャリアにデータをマッピングして通信を行うマルチキャリア伝送方式である。ＳＣ−ＦＤＭＡは、システム帯域を端末毎に１つ又は連続したリソースブロックからなる帯域に分割し、複数の端末が互いに異なる帯域を用いることで、端末間の干渉を低減するシングルキャリア伝送方式である。
【００５５】
ここで、ＬＴＥシステムにおける通信チャネルについて説明する。下りリンクについては、各移動局１０で共有されるＰＤＳＣＨと、下りＬ１／Ｌ２制御チャネル（ＰＤＣＣＨ、ＰＣＦＩＣＨ、ＰＨＩＣＨ）とが用いられる。このＰＤＳＣＨにより、ユーザデータ、すなわち、通常のデータ信号が伝送される。送信データは、このユーザデータに含まれる。なお、無線基地局装置２００で移動局１００に割り当てたコンポーネントキャリア（ＣＣ）」やスケジューリング情報は、Ｌ１／Ｌ２制御チャネルにより移動局１００に通知される。
【００５６】
上りリンクについては、各移動局１００で共有して使用されるＰＵＳＣＨ（Physical  Uplink  Shared  Channel）と、上りリンクの制御チャネルであるＰＵＣＣＨ（Physical  Uplink  Control  Channel）とが用いられる。このＰＵＳＣＨにより、ユーザデータが伝送される。また、ＰＵＣＣＨにより、下りリンクの無線品質情報（ＣＱＩ：Channel  Quality  Indicator）等が伝送される。
【００５７】
図１０は、本実施の形態に係る無線基地局装置２００の構成を示すブロック図である。図１１は、本実施の形態に係る移動局１００の構成を示すブロック図である。なお、図１０及び図１１に示す無線基地局装置２００及び移動局１００の構成は、本発明を説明するために簡略化したものであり、それぞれ通常の無線基地局装置及び移動局が有する構成は備えているものとする。
【００５８】
図１０に示す無線基地局装置２００において、不図示のスケジューラは、後述するチャネル推定部２１５＃１〜２１５＃Ｋから与えられるチャネル推定値に基づいて多重するユーザ数（多重ユーザ数）を決定する。そして、各ユーザに対する上下リンクのリソース割り当て内容（スケジューリング情報）を決定し、ユーザ＃１〜＃Ｋに対する送信データ＃１〜＃Ｋを対応するチャネル符号化部２０１＃１〜２０１＃Ｋに送出する。
【００５９】
送信データ＃１〜＃Ｋは、チャネル符号化部２０２＃１〜２０２＃Ｋでチャネル符号化された後、データ変調部２０２＃１〜２０２＃Ｋに出力され、データ変調される。この際、チャネル符号化及びデータ変調は、後述するＭＩＭＯ切替部２２１＃１〜２２１＃Ｋから与えられるチャネル符号化率及び変調方式に基づいて行われる。データ変調部２０２＃１〜２０２＃Ｋでデータ変調された送信データ＃１〜＃Ｋは、不図示の離散フーリエ変換部で逆フーリエ変換され、時系列の信号から周波数領域の信号に変換されてサブキャリアマッピング部２０３に出力される。
【００６０】
サブキャリアマッピング部２０３においては、送信データ＃１〜＃Ｋを、後述するリソース割当制御部２２０から与えられるリソース割当情報に応じてサブキャリアにマッピングする。このとき、サブキャリアマッピング部２０３は、不図示の参照信号生成部から入力される参照信号＃１〜＃Ｋ、報知情報生成部及びシステム情報生成部から入力される報知情報及びシステム情報を、送信データ＃１〜＃Ｋと共にサブキャリアにマッピング（多重）する。このようにしてサブキャリアにマッピングされた送信データ＃１〜＃Ｋがプリコーディング乗算部２０４＃１〜２０４＃Ｋに出力される。
【００６１】
プリコーディング乗算部２０４＃１〜２０４＃Ｋは、後述するプリコーディングベクトル生成部２１９から与えられるプリコーディングベクトルに基づいて、送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎ毎に送信データ＃１〜＃Ｋを位相及び／又は振幅シフトする（プリコーディングによる送信アンテナＴＸ＃１〜送信アンテナＴＸ＃Ｎの重み付け）。プリコーディング乗算部２０４＃１〜２０４＃Ｋにより位相及び／又は振幅シフトされた送信データ＃１〜＃Ｋは、マルチプレクサ（ＭＵＸ）２０５に出力される。なお、このプリコーディングベクトルは、セル内のユーザ端末の分布状態を考慮して予め設定されたコードブックから選択されたものである。
【００６２】
マルチプレクサ（ＭＵＸ）２０５においては、位相及び／又は振幅シフトされた送信データ＃１〜＃Ｋを合成し、送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎ毎の送信信号を生成する。マルチプレクサ（ＭＵＸ）２０５により生成された送信信号は、逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ部）２０６＃１〜２０６＃Ｎにて逆高速フーリエ変換して周波数領域の信号から時間領域の信号に変換される。そして、サイクリックプレフィクス（ＣＰ）付加部２０７＃１〜２０７＃ＮにてＣＰが付加された後、ＲＦ送信回路２０８＃１〜２０８＃Ｎへ出力される。そして、ＲＦ送信回路２０８＃１〜２０８＃Ｎで無線周波数帯に変換する周波数変換処理が施された後、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）２０９＃１〜２０９＃Ｎを介して送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎに出力され、送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎから下りリンクで移動局１００に送出される。
【００６３】
一方、移動局１００から上りリンクで送出された送信信号は、送信アンテナＴＸ＃１〜ＴＸ＃Ｎにより受信され、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）２０９＃１〜２０９＃Ｎにて送信経路と受信経路とに電気的に分離された後、ＲＦ受信回路２１０＃１〜２１０＃Ｎに出力される。そして、ＲＦ受信回路２１０＃１〜２１０＃Ｎにて、無線周波数信号からベースバンド信号に変換する周波数変換処理が施される。周波数変換処理が施されたベースバンド信号は、ＣＰ除去部２１１＃１〜２１１＃ＮにてＣＰが除去された後、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）２１２＃１〜２１２＃Ｎに出力される。受信タイミング推定部２１３は、受信信号に含まれるリファレンス信号から受信タイミングを推定し、その推定結果をＣＰ除去部２１１＃１〜２１１＃Ｎに通知する。ＦＦＴ部２１２＃１〜２１２＃Ｎは、入力された受信信号にフーリエ変換を施し、時系列の信号から周波数領域の信号に変換する。これらの周波数領域の信号に変換された受信信号は、データチャネル信号分離部２１４＃１〜２１４＃Ｋに出力される。
【００６４】
データチャネル信号分離部２１４＃１〜２１４＃Ｋは、ＦＦＴ部２１２＃１〜２１２＃Ｋから入力された受信信号を、例えば、平均２乗誤差最小（ＭＭＳＥ：Minimum  Mean  Squared  Error）や最尤推定検出（ＭＬＤ：Maximum  Likelihood  Detection）信号分離法により分離する。これにより、移動局１００から到来した受信信号は、ユーザ＃１〜ユーザ＃Ｋに関する受信信号に分離される。チャネル推定部２１５＃１〜２１５＃Ｋは、データチャネル信号分離部２１４＃１〜２１４＃Ｋで分離された受信信号に含まれるリファレンス信号からチャネル状態を推定し、推定したチャネル状態を制御チャネル復調部２１６＃１〜２１６＃Ｋに通知する。
【００６５】
データチャネル信号分離部２１４＃１〜２１４＃Ｋにより分離されたユーザ＃１〜ユーザ＃Ｋに関する受信信号は、不図示のサブキャリアデマッピング部にてデマッピングされて時系列の信号に戻された後、データ復調部２１７＃１〜２１７＃Ｋでデータ復調される。そして、図示しないチャネル復号部＃１〜＃Ｋにてチャネル復号処理が施されることで受信データが得られる。
【００６６】
制御チャネル復調部２１６＃１〜２１６＃Ｋは、データチャネル信号分離部２１４＃１〜２１４＃Ｋで分離された受信信号に含まれる制御チャネル信号（例えば、ＰＤＣＣＨ）を復調する。この際、制御チャネル復調部２１６＃１〜２１６＃Ｋにおいては、チャネル推定部２１５＃１〜２１５＃Ｋから通知されたチャネル状態に基づいて、それぞれユーザ＃１〜ユーザ＃Ｋに対応する制御チャネル信号を復調する。制御チャネル復調部２１６＃１〜２１６＃Ｋにより復調された各制御チャネル信号は、ＣＱＩ情報更新部２１９＃１〜２１９＃Ｋに出力される。
【００６７】
ＣＱＩ情報更新部２１８＃１〜２１８＃Ｋは、制御チャネル復調部２１６＃１〜２１６＃Ｋから入力された各制御チャネル信号（例えば、ＰＵＣＣＨ）に含まれるチャネル状態情報（ＣＳＩ）を抽出し、常にＣＳＩを最新の状態に更新する。例えば、ＣＳＩには、ＰＭＩ、ＲＩ及びＣＱＩが含まれる。ＣＳＩ情報更新部２１８＃１〜２１８＃Ｋに更新されるＣＳＩは、それぞれプリコーディングベクトル生成部２１９、リソース割当制御部２２０、ＭＩＭＯ切替部２２１＃１〜２２１＃Ｋ及びコードブック選択部２２２に出力される。
【００６８】
コードブック選択部２２２は、ＣＳＩ情報更新部２１８＃１〜２１８＃ＫからのＣＳＩ情報からＰＭＩを抽出し、そのＰＭＩに基づいてアンテナ素子の配列方向に対して非均一に設定されたコードブック中のＭ種類のプリコーディングベクトルの中からのうちの最適なプリコーディングベクトルを選択する。なお、予め設定されるアンテナ素子の配列方向に対して非均一に設定されたコードブックは、ρ（Ｌ）を無線基地局装置からの距離に応じたユーザ端末の分布関数とし、Ｌ［ｍ］を無線基地局装置からの距離としたときに、以下の式により求められる（ユーザ端末の密度の逆数で均一になるように設定される）。
CODEBOOKV［0,1,...M-1］＝exp（２πｄ・ｊcos（α＋π／２）・［0,1,2,,...,N-1］）
α＝atan（ｈ／（ρ（Ｌ・［0,1,...M-1］）））
ここで、ｈは無線基地局装置の高さであり、ｄはブランチ間隔であり、αは水平方向に対してユーザ端末ＵＥに向けた送信ビームのチルト角であり、Ｎはブランチ数である。
【００６９】
また、無線基地局装置からの距離に応じたユーザ端末の分布関数ρ（Ｌ）は、例えば、各ユーザ端末の上りリンク信号（ＰＵＣＣＨあるいはＰＵＳＣＨ）の信号を用いて推定した無線基地局装置からの距離や、上り信号（ＰＵＣＣＨあるいはＰＵＳＣＨ）を用いて推定した無線基地局装置からユーザ端末に対する角度や、別途ユーザ端末においてＧＰＳ等により推定した位置情報を取得し、それを上り信号（ＰＵＣＣＨあるいはＰＵＳＣＨ）で取得した位置情報から割り出した無線基地局装置からの距離や、信号の遅延時間等の方法を用いて推定した無線基地局装置からの距離により求めることができる。
【００７０】
プリコーディングベクトル生成部２１９は、ＣＳＩ情報更新部２１８＃１〜２１８＃Ｋから入力されたＣＳＩに基づいて、送信データ＃１〜＃Ｋに対する位相及び／又は振幅シフト量を示すプリコーディングベクトルを生成する。このプリコーディングベクトルは、コードブック選択部２２２で選択されたコードブックから生成される。生成された各プリコーディングベクトルは、プリコーディング乗算部２０４＃１〜２０４＃Ｋに出力され、送信データ＃１〜送信データ＃Ｋのプリコーディングに利用される。
【００７１】
リソース割当制御部２２０は、ＣＳＩ情報更新部２１８＃１〜２１８＃Ｋから入力されたＣＳＩに基づいて、各ユーザに割り当てるリソース割当情報を決定する。リソース割当制御部２２０により決定されたリソース割当情報は、サブキャリアマッピング部２０３に出力され、送信データ＃１〜送信データ＃Ｋのマッピングに利用される。
【００７２】
ＭＩＭＯ切替部２２１＃１〜２２１＃Ｋは、ＣＳＩ情報更新部２１８＃１〜２１８＃Ｋから入力されたＣＳＩに基づいて、送信データ＃１〜送信データ＃Ｋに用いるＭＩＭＯ伝送方式を選択する。そして、選択したＭＩＭＯ伝送方式に応じた送信データ＃１〜送信データ＃Ｋに対するチャネル符号化率及び変調方式を決定する。決定されたチャネル符号化率は、それぞれチャネル符号化部２０１＃１〜２０１＃Ｋに出力され、決定された変調方式は、それぞれデータ変調部２０２＃１〜２０２＃Ｋに出力される。
【００７３】
一方、図１１に示す移動局１００において、無線基地局装置２００から送出された送信信号は、受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎにより受信され、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）１０１＃１〜１０１＃Ｎにて送信経路と受信経路とに電気的に分離された後、ＲＦ受信回路１０２＃１〜１０２＃Ｎに出力される。そして、ＲＦ受信回路１０２＃１〜１０２＃Ｎにて、無線周波数信号からベースバンド信号に変換する周波数変換処理が施される。周波数変換処理が施されたベースバンド信号は、サイクリックプレフィクス（ＣＰ）除去部１０３＃１〜１０３＃ＮにてＣＰが除去された後、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）１０４＃１〜１０４＃Ｎに出力される。受信タイミング推定部１０５は、受信信号に含まれるリファレンス信号から受信タイミングを推定し、その推定結果をＣＰ除去部１０３＃１〜１０３＃Ｎに通知する。ＦＦＴ部１０４＃１〜１０４＃Ｎは、入力された受信信号にフーリエ変換を施し、時系列の信号から周波数領域の信号に変換する。周波数領域の信号に変換された受信信号は、データチャネル信号分離部１０６に出力される。
【００７４】
データチャネル信号分離部１０６は、ＦＦＴ部１０４＃１〜１０４＃Ｎから入力された受信信号を、例えば、平均２乗誤差最小（ＭＭＳＥ：Minimum  Mean  Squared  Error）や最尤推定検出（ＭＬＤ：Maximum  Likelihood  Detection）信号分離法により分離する。これにより、無線基地局装置２００から到来した受信信号は、ユーザ＃１〜ユーザ＃Ｋに関する受信信号に分離され、移動局１００のユーザ（ここでは、ユーザＫとする）に関する受信信号が抽出される。チャネル推定部１０７は、データチャネル信号分離部１０６で分離された受信信号に含まれるリファレンス信号からチャネル状態を推定し、推定したチャネル状態を制御チャネル復調部１０８に通知する。
【００７５】
データチャネル信号分離部１０６により分離されたユーザ＃Ｋに関する受信信号は、不図示のサブキャリアデマッピング部にてデマッピングされて時系列の信号に戻された後、データ復調部１０９で復調される。そして、図示しないチャネル復号部にてチャネル復号処理が施されることで受信データが得られる。
【００７６】
制御チャネル復調部１０８は、データチャネル信号分離部１０６で分離された受信信号に含まれる制御チャネル信号（例えば、ＰＤＣＣＨ）を復調する。この際、制御チャネル復調部１０８においては、チャネル推定部１０７から通知されたチャネル状態に基づいて、ユーザ＃Ｋに対応する制御チャネル信号を復調する。制御チャネル復調部１０８により復調された各制御チャネル信号は、チャネル品質測定部１１０に出力される。
【００７７】
チャネル品質測定部１１０は、制御チャネル復調部１０８から入力された制御チャネル信号に基づいてチャネル品質（ＣＱＩ）を測定する。また、チャネル品質測定部１１０は、測定したＣＱＩに基づいてＰＭＩ及びＲＩを選択する。このとき、ＰＭＩは、セル内のユーザ端末の分布状態に基づいて予め設定されたコードブックから選択される。そして、ＣＱＩ、ＰＭＩ及びＲＩをＣＳＩフィードバック信号生成部１１１及びＭＩＭＯ切替部１１２に通知する。
【００７８】
ＣＳＩフィードバック信号生成部１１１においては、無線基地局装置２００にフィードバックするＣＳＩフィードバック信号（例えば、ＰＵＣＣＨ）が生成される。この場合、ＣＳＩフィードバック信号には、チャネル品質測定部１１０から通知されたＣＱＩ、ＰＭＩ及びＲＩが含まれる。ＣＳＩフィードバック信号生成部１１１で生成されたＣＳＩフィードバック信号は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１３に出力される。
【００７９】
ＭＩＭＯ切替部１１２は、チャネル品質測定部１１０から入力されたＣＱＩ、ＰＭＩ及びＲＩに基づいて、送信データ＃Ｋに用いるＭＩＭＯ伝送方式を選択する。そして、選択したＭＩＭＯ伝送方式に応じた送信データ＃Ｋに対するチャネル符号化率及び変調方式を決定する。決定されたチャネル符号化率は、それぞれチャネル符号化部１１４に出力され、決定された変調方式は、それぞれデータ変調部１１５に出力される。
【００８０】
一方、上位レイヤから送出されたユーザ＃Ｋに関する送信データ＃Ｋは、チャネル符号化部１１４によりチャネル符号化された後、データ変調部１１５にてデータ変調される。データ変調部１１５にてデータ変調された送信データ＃Ｋは、不図示の直並列変換部で、時系列の信号から周波数領域の信号に変換されてサブキャリアマッピング部１１６に出力される。
【００８１】
サブキャリアマッピング部１１６においては、送信データ＃Ｋを、無線基地局装置２００から指示されたスケジュール情報に応じてサブキャリアにマッピングする。このとき、サブキャリアマッピング部１１６は、不図示の参照信号生成部により生成された参照信号＃Ｋを、送信データ＃Ｋと共にサブキャリアにマッピング（多重）する。このようにしてサブキャリアにマッピングされた送信データ＃Ｋがプリコーディング乗算部１１７に出力される。
【００８２】
プリコーディング乗算部１１７は、受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎ毎に送信データ＃Ｋを位相及び／又は振幅シフトする。このとき、プリコーディング乗算部１１７は、制御チャネル復調部１０８で復調された制御チャネル信号で指定されるＰＭＩに対応するプリコーディングベクトルに応じて位相及び／又は振幅シフトする。プリコーディング乗算部１１７により位相及び／又は振幅シフトされた送信データ＃Ｋは、マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１３に出力される。
【００８３】
マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１３においては、位相及び／又は振幅シフトされた送信データ＃Ｋと、ＣＳＩフィードバック信号生成部１１１により生成された制御信号とを合成し、受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎ毎の送信信号を生成する。マルチプレクサ（ＭＵＸ）１１３により生成された送信信号は、逆高速フーリエ変換部（ＩＦＦＴ部）１１８＃１〜１１８＃Ｎにて逆高速フーリエ変換して周波数領域の信号から時間領域の信号に変換された後、ＣＰ付加部１１９＃１〜１１９＃ＮでＣＰが付加されてＲＦ送信回路１２０＃１〜１２０＃Ｎへ出力される。そして、ＲＦ送信回路１２０＃１〜１２０＃Ｎで無線周波数帯に変換する周波数変換処理が施された後、デュプレクサ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）１０１＃１〜１０１＃Ｎを介して受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎに出力され、受信アンテナＲＸ＃１〜ＲＸ＃Ｎから上りリンクで無線基地局装置２００に送出される。
【００８４】
このようなセルを形成する無線基地局装置と、この無線基地局装置に無線接続するユーザ端末とを備えた無線通信システムにおける無線通信方法においては、無線基地局装置で、上りリンク信号を用いて、前記セル内のユーザ端末の分布状態に基づいて予め設定されたコードブックからプリコーディングベクトルを選択し、選択されたプリコーディングベクトルを、前記各アンテナ素子へ供給する信号に対して乗算する。そして、プリコーディングベクトルが乗算された信号がユーザ端末に送信される。
【００８５】
ユーザ端末においては、無線基地局装置からのビームを受信し、受信したビームから参照信号を取り出してチャネル品質を測定し、測定されたチャネル品質を含む通信品質フィードバック信号を上りリンクを介して前記無線基地局装置にフィードバックする。
【００８６】
このように、サービスエリア内でのユーザ端末の偏りを考慮したコードブックを設定し、ユーザ端末からフィードバックされた通信品質情報、あるいは、無線基地局装置において上りリンク信号から求められた通信品質情報に基づいてコードブック内のプリコーディングベクトルを選択するので、システムの容量が増加する。
【００８７】
以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。例えば、上述の実施形態において、ユーザ数や装置における処理部数については、これに限定されず、装置構成に応じて適宜変更することが可能である。また、本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１  無線通信システム
１０  アレーアンテナ
１０ａ  垂直偏波アンテナ
１０ｂ  水平偏波アンテナ
１１  アンテナ素子
１１Ｖ  垂直偏波素子
１１Ｈ  水平偏波素子
１００  移動局
ＴＲＸ＃１〜ＴＲＸ＃Ｎ  送受信アンテナ
１０１＃１〜１０１＃Ｎ  デュプレクサ
１０２＃１〜１０２＃Ｎ  ＲＦ受信回路
１０８  制御チャネル復調部
１０９  データ復調部
１１０  チャネル品質測定部
１１１  ＣＳＩフィードバック信号生成部
１１２  ＭＩＭＯ切替部
１１４  チャネル符号化部
１１５  データ変調部
１１６  サブキャリアマッピング部
１１７  プリコーディング乗算部
２００  無線基地局装置
２０１＃１〜２０１＃Ｋ  チャネル符号化部
２０２＃１〜２０２＃Ｋ  データ変調部
２０３  サブキャリアマッピング部
２０４＃１〜２０４＃Ｋ  プリコーディング乗算部
２１５＃１〜２１５＃Ｋ  チャネル推定部
２１６＃１〜２１６＃Ｋ  制御チャネル復調部
２１７＃１〜２１７＃Ｋ  データ復調部
２１８＃１〜２１８＃Ｋ  ＣＱＩ情報更新部
２１９  プリコーディングベクトル生成部
２２０  リソース割当制御部
２２２  コードブック選択部
３００  上位局装置
４００  コアネットワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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