(57)【要約】【課題】セル環境に応じたプリコーディングを用いてシステム容量の改善を可能にする通信システム、端末装置、基地局装置およびコードブック共有方法を提供する。【解決手段】基地局（１０）および端末（２０）に共通のコードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムであって、基地局（１０）が当該基地局のセル（１１）の固有情報を含むコードブック決定用情報を端末（２０）へ通知し、基地局（１０）および端末（２０）がコードブック決定用情報に基づいて共通のコードブックを生成する。【選択図】図３
2014119276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局および端末に共通のコードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムであって、
前記基地局が当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を前記端末へ通知し、
前記基地局および前記端末が前記コードブック決定用情報に基づいて共通のコードブックを生成する、
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおける端末装置であって、
基地局から当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を受信する通信手段と、
前記コードブック決定用情報に基づいて前記基地局と共通のコードブックを生成するコードブック生成手段と、
を有することを特徴とする端末装置。
【請求項３】
前記セル環境情報は前記基地局のセル面からの高さと前記基地局からセル端までのセル面上の距離とを含むセル固有情報に依存する情報であることを特徴とする請求項２に記載の端末装置。
【請求項４】
前記コードブック生成手段は、前記セル環境情報に依存するビーム角に関する情報に基づいて前記コードブック用のプリコーディング行列を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の端末装置。
【請求項５】
前記コードブック生成手段は、前記セル環境情報から前記ビーム角に関する情報を算出することを特徴とする請求項４に記載の端末装置。
【請求項６】
前記コードブック生成手段は、
複数のプリコーディング行列候補を格納した記憶手段と、
前記セル環境情報を用いて前記記憶手段から前記コードブック用のプリコーディング行列を抽出する抽出手段と、
を有することを特徴とする請求項２または３に記載の端末装置。
【請求項７】
前記コードブック生成手段は、前記セル環境情報から前記ビーム角に関する情報を計算する計算手段を更に有し、前記抽出手段は、前記ビーム角に関する情報を用いて前記記憶手段から前記コードブック用のプリコーディング行列を抽出することを特徴とする請求項６に記載の端末装置。
【請求項８】
前記コードブック生成手段は、
複数のプリコーディング行列候補をビーム角に関する情報に従って格納した記憶手段と、
前記セル環境情報を用いて他のビームとのカバレッジエリアの重なりを計算する計算手段と、
前記カバレッジエリアの重なりが大きい順に当該ビームに対応するプリコーディング行列を削除することで所定数のプリコーディング行列からなる前記コードブックを生成する選択手段と、
を有することを特徴とする請求項２または３に記載の端末装置。
【請求項９】
前記コードブック生成手段は、
複数の異なるプリコーディング行列群をコードブック用のプリコーディング行列候補として格納した記憶手段と、
前記基地局から当該基地局が選択したプリコーディング行列群を特定する情報を含むコードブック決定用情報を受信すると、当該選択されたプリコーディング行列群を前記基地局との通信のためのコードブックとして格納する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項２または３に記載の端末装置。
【請求項１０】
前記コードブック生成手段は、
複数のセル環境にそれぞれ対応する複数のプリコーディング行列群をプリコーディング行列群候補として格納した記憶手段と、
前記基地局から当該基地局が選択したプリコーディング行列群候補を特定する情報を含むコードブック決定用情報を受信すると、当該選択されたプリコーディング行列群候補から所定数のプリコーディング行列を選択し、前記基地局との通信のためのコードブックとして格納する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項２または３に記載の端末装置。
【請求項１１】
コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおける基地局装置であって、
当該基地局装置のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を端末へ送信する通信手段と、
前記コードブック決定用情報に基づいて前記端末と共通のコードブックを生成するコードブック生成手段と、
を有することを特徴とする基地局装置。
【請求項１２】
前記セル環境情報は前記基地局のセル面からの高さと前記基地局からセル端までのセル面上の距離とを含むセル固有情報に依存する情報であることを特徴とする請求項１１に記載の基地局装置。
【請求項１３】
前記コードブック生成手段は、前記セル環境情報に依存するビーム角に関する情報に基づいて前記コードブック用のプリコーディング行列を算出することを特徴とする請求項１１または１２に記載の基地局装置。
【請求項１４】
前記コードブック生成手段は、前記セル環境情報から前記ビーム角に関する情報を算出することを特徴とする請求項１３に記載の基地局装置。
【請求項１５】
前記コードブック生成手段は、
複数のプリコーディング行列候補を格納した記憶手段と、
前記セル環境情報を用いて前記記憶手段から前記コードブック用のプリコーディング行列を抽出する抽出手段と、
を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の基地局装置。
【請求項１６】
前記コードブック生成手段は、前記セル環境情報から前記ビーム角に関する情報を計算する計算手段を更に有し、前記抽出手段は、前記ビーム角に関する情報を用いて前記記憶手段から前記コードブック用のプリコーディング行列を抽出することを特徴とする請求項１５に記載の基地局装置。
【請求項１７】
前記コードブック生成手段は、
複数のプリコーディング行列候補をビーム角に関する情報に従って格納した記憶手段と、
前記セル環境情報を用いて他のビームとのカバレッジエリアの重なりを計算する計算手段と、
前記カバレッジエリアの重なりが大きい順に当該ビームに対応するプリコーディング行列を削除することで所定数のプリコーディング行列からなる前記コードブックを生成する選択手段と、
を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の基地局装置。
【請求項１８】
前記コードブック生成手段は、
複数の異なるプリコーディング行列群をコードブック用のプリコーディング行列候補として格納した記憶手段と、
前記セル固有情報に基づいて前記プリコーディング行列候補からプリコーディング行列群を選択する選択手段と、
を有し、前記コードブック決定用情報を前記選択したプリコーディング行列群を特定する情報を含めて前記端末へ送信することを特徴とする請求項１１または１２に記載の基地局装置。
【請求項１９】
前記コードブック生成手段は、
複数のセル環境にそれぞれ対応する複数のプリコーディング行列群をプリコーディング行列群候補として格納した記憶手段と、
前記セル固有情報に基づいてプリコーディング行列群候補を選択する選択手段と、
を有し、前記コードブック決定用情報を前記選択したプリコーディング行列群候補を特定する情報を含めて前記端末へ送信することを特徴とする請求項１１または１２に記載の基地局装置。
【請求項２０】
基地局および端末に共通のコードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおけるコードブック共有方法であって、
前記基地局が当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を前記端末へ通知し、
前記基地局および前記端末が前記コードブック決定用情報に基づいて共通のコードブックを生成する、
ことを特徴とするコードブック共有方法。
【請求項２１】
コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおける無線通信装置のコードブック共有方法であって、
基地局から当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を受信し、
前記コードブック決定用情報に基づいて前記基地局と共通のコードブックを生成する、
ことを特徴とするコードブック共有方法。
【請求項２２】
コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおける無線通信装置のコードブック共有方法であって、
当該無線通信装置のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を無線端末へ送信し、
前記コードブック決定用情報に基づいて前記無線端末と共通のコードブックを生成する、
ことを特徴とするコードブック共有方法。
【請求項２３】
基地局と端末で共通のコードブックを用いてプリコーディングを使った垂直面のビーム指向性制御を伴う通信システムにおけるコードブック共有方法において、
前記基地局がビーム角レンジとビーム角間隔からなるセル固有パラメータをコードブック決定用情報として前記端末に通知し、
前記基地局および前記端末が、前記セル固有パラメータに基づいて計算されたプリコーディング行列を用いて前記共通のコードブックを生成する、
ことを特徴とするコードブック共有方法。
【請求項２４】
コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおける無線通信装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
基地局から当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を受信する機能と、
前記コードブック決定用情報に基づいて前記基地局と共通のコードブックを生成する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
【請求項２５】
コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおける無線通信装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
当該無線通信装置のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を無線端末へ送信する機能と、
前記コードブック決定用情報に基づいて前記無線端末と共通のコードブックを生成する機能と、
を前記コンピュータで実現することを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリコーディングを用いた通信システムに係り、特に通信システムにおける端末装置、基地局装置およびコードブック共有方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信側と受信側の双方に複数のアンテナを配置したMultiple Input Multiple Output (MIMO)通信における基地局から端末への下りリンク送信について考える。閉ループ系のMIMO通信では、基地局が端末からフィードバックされるチャネル情報に基づいてビームフォーミングを実行し、通信品質およびシステム容量の改善を図っている。たとえば、Frequency Division Duplexing (FDD)システムでは、上りリンクと下りリンクのチャネル応答が異なり、未知であるため、送信ビームフォーミングを行う際は、端末で推定したチャネル情報を基地局へフィードバックする。【０００３】
しかしながら、チャネル情報を直接フィードバックすると回線に大きな負荷となる。たとえば送信機にN本、受信機にM本のアンテナを有するMIMOシステムの場合には送受信機間のチャネルはN×M個の複素数の値となり、フィードバックの情報量が増大するからである。そこで、フィードバック情報量削減のために、コードブックを用いたフィードバック方法が採用されている。この方法では、端末と基地局との間でプリコーディング行列のテーブル（コードブック）が予め共有されており、端末は、下りリンクで推定したチャネル応答に基づいて最も相関が高いプリコーディング行列のインデックスをチャネル情報として基地局に対してフィードバックする。このコードブック内のインデックスは、Precoding  Matrix  Indicator(PMI)と呼ばれる。基地局は、フィードバックされたＰＭＩに従ってコードブックからプリコーディング行列を決定し、送信信号に乗算することで端末ごとのビームフォーミング制御が可能となる。【０００４】
水平方向のビームフォーミングに関しては、例えば非特許文献１に記載されているプリコーディング行列を用いることで、セルカバレッジ全体に対してコードブックベースのビームフォーミングを行うことが可能である。【０００５】
垂直方向のビームフォーミングに関しては、非特許文献２に記載されているように、所望の垂直方向のビーム角を実現するプリコーディング行列を計算することができる。ここで、垂直方向のビーム角は、あるプリコーディング行列で実現されるビームのメインビーム方向を基地局から見下ろす角度として定義される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】3GPP TS 36.211 V9.1.0 (2010-03)：”3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation”（５０ページ〜５１ページ）
【非特許文献２】“大中小様々な大きさのセルが混在するセルら移動通信におけるスループット改善  -プリコーディングを用いた基地局アンテナ垂直面内指向性制御および隣接基地局協調伝送-”信学技報，RCS2012-16，pp91-96，2012（９２ページ〜９３ページ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献２に記載された垂直方向のビームフォーミングでは、基地局の高さやセル半径あるいは基地局周辺の障害物や周辺セルの分布などのセル環境が通信品質やシステム容量に大きく影響する。このために、非特許文献１に記載されたようなセル共通のコードブックを単純に拡張して垂直方向のビームフォーミング用コードブックとして用いても、ビームフォーミングによるシステム容量の改善は限定的となる。コードブックは、プリコーディング行列が実現するビーム角の間隔(以下、ビーム角間隔と称する)と範囲(以下、ビーム角レンジと称する)とにより決定されるので、以下、ビーム角レンジの設定とビーム角間隔の設定にそれぞれ起因する問題点について説明する。【０００８】
ビーム角レンジに関して、水平面ビームフォーミングでは基地局面からみたセルカバレッジの水平面角度が基地局高によらず一定であるが、垂直面ビームフォーミングでは基地局から見たカバレッジの垂直面角度が基地局高に依存して変化する。このために、基地局高やセル半径を考慮せずに固定の垂直面角度でビームを用意すると、たとえば高層階に設置された基地局は一部のビームがセルカバレッジ外へ向いてしまい、低層階に設置された基地局はビームをビームカバレッジ内の一部の領域に対してのみ照射する。セルカバレッジ外を向いているビームは、フィードバック情報量の制限がある中でシステム容量の改善に寄与していないことは明白であり、さらにセル間干渉を増大させる可能性もある。また、セルカバレッジ内の地平面にいる全端末に対してビームフォーミングを行おうとする場合にビームカバレッジ内の一部の領域に対してのみビームが照射されれば、ビームフォーミングの利得を得ることができる端末が一部に限定されるので、同様にシステム容量の改善に寄与しない。逆に、基地局周辺にビル等の電波障害物が多く存在する環境や周辺セルが密集している環境では、垂直面角度を大きくしてビームカバレッジ内の必要な領域にのみビームを照射することが望ましい。【０００９】
ビーム角間隔に関して、水平面ビームフォーミングでは、各ビームの地平面におけるメインビーム照射位置と基地局の距離が等しいため、パスロス条件も各ビームで等しい。そのため、各ビームの地平面照射位置の間隔を等距離間隔にビームを並べることが複数のビームで実現する受信信号強度特性の落ち込みを小さくするための最適なビーム配置である（非特許文献１）。【００１０】
これに対して、垂直面ビームフォーミングでは、各ビームが実現する受信強度特性が異なるため、等距離間隔のビームを用意することが必ずしも最適なビームの配置とはならない。例えば、図１（Ａ）に示すようにビームの地平面照射位置Ｌ１−Ｌ３が等間隔であっても、メインビームが照射する地平面の位置と基地局との間の距離がビームごとに異なっているために、パスロスの影響もビームごとに変動する。また、図１（Ｂ）に示すように、受信信号強度特性が水平面ビームフォーミングの場合に比べて緩慢になり、ビームごとの強度の差異が減少する。また、図１（Ｃ）に示すように、同じビーム角を用意しても、そのビームが照射するセル内の位置、すなわち基地局からの距離によってビーム照射位置の間隔が異なってくる。【００１１】
更に、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、基地局の高さが異なると、同じビーム角のビームであってもビーム照射位置の間隔は変動する。すなわち、図２（Ａ）に示す高い基地局によるビーム照射位置の間隔Ｌ４−Ｌ５は、図２（Ｂ）に示す低い基地局によるビーム照射位置の間隔Ｌ６−Ｌ７よりも広くなる。【００１２】
上述したように、フィードバックサイズが制限されたシステムにおいて、セル環境の相異を考慮せずにセル共通のコードブックを垂直方向のビームフォーミングに一律に適用すると、一部のエリアにおいてビームが実現する受信電力特性に大きな差異がなくなる。このように受信電力特性に大きな差異がなくなると、ビーム制御の際の選択肢が実質的に限定され、システム容量の改善が限定的になる。さらに、セル共通のコードブックを垂直方向のビームフォーミングに一律に適用した場合には、基地局から遠くを照射するほど（垂直方向のビーム角が小さくなるほど）メインビーム照射位置の間隔が大きくなりビームゲインを十分に得られない領域が発生し、またセル間干渉も増大する。このために、いずれのビーム照射位置からも遠い端末がビームフォーミングの利得を得られないこととなりシステム容量の改善が限定的になる。【００１３】
そこで、本発明の目的は、セル環境に応じたプリコーディングを用いてシステム容量の改善を可能にする通信システム、端末装置、基地局装置およびコードブック共有方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による通信システムは、基地局および端末に共通のコードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムであって、前記基地局が当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を前記端末へ通知し、前記基地局および前記端末が前記コードブック決定用情報に基づいて共通のコードブックを生成する、ことを特徴とする。
本発明による端末装置は、コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおける端末装置であって、基地局から当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を受信する通信手段と、前記コードブック決定用情報に基づいて前記基地局と共通のコードブックを生成するコードブック生成手段と、を有することを特徴とする。
本発明による基地局装置は、コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおける基地局装置であって、当該基地局装置のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を端末へ送信する通信手段と、前記コードブック決定用情報に基づいて前記端末と共通のコードブックを生成するコードブック生成手段と、を有することを特徴とする。
本発明によるコードブック共有方法は、基地局および端末に共通のコードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおけるコードブック共有方法であって、前記基地局が当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を前記端末へ通知し、前記基地局および前記端末が前記コードブック決定用情報に基づいて共通のコードブックを生成する、ことを特徴とする。
本発明によるコードブック共有方法は、コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおけるコードブック共有方法であって、基地局から当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を受信し、前記コードブック決定用情報に基づいて前記基地局と共通のコードブックを生成する、ことを特徴とする。
本発明によるコードブック共有方法は、コードブックを用いたプリコーディングによりビーム指向性制御を行う通信システムにおけるコードブック共有方法であって、当該基地局のセル環境情報を含むコードブック決定用情報を端末へ送信し、前記コードブック決定用情報に基づいて前記端末と共通のコードブックを生成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明によれば、基地局側から端末側へセル環境情報を含むコードブック決定用情報が通知され、基地局および端末がコードブック決定用情報に基づいて共通のコードブックを生成することで、セル環境に応じたプリコーディングが実行されシステム容量の改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（Ａ）は垂直面ビームフォーミングにおけるビーム照射位置が等間隔である場合を示す模式図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）において各ビームが実現する受信強度特性を示すグラフ、図１（Ｃ）は垂直面ビームフォーミングにおけるビーム角間隔が等しい場合を示す模式図である。
【図２】図２（Ａ）は基地局の高さが高い場合のビーム照射位置の間隔を示す模式図、図２（Ｂ）は基地局の高さ低い場合のビーム照射位置の間隔を示す模式図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明の一実施形態による無線通信システムにおける基地局とそのセルの模式図、図３（Ｂ）は本実施形態におけるコードブックの一例を示す図である。
【図４】図４は本発明の第１実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は図４に示す第１実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図６】図６は本発明の第２実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は図６に示す第２実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図８】図８は本発明の第３実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は図８に示す第３実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図１０】図１０は本発明の第４実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は図１０に示す第４実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図１２】図１２は本発明の第５実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は第５実施例におけるスーパーセットテーブルの一例を示す図である。
【図１４】図１４は図１２に示す第５実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図１５】図１５は本発明の第６実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は図１５に示す第６実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図１７】図１７は本発明の第７実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は図１７に示す第７実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図１９】図１９は本発明の第８実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は図１９に示す第８実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図２１】図２１は本発明の第９実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図２２】図２２は図２１における基地局および端末のインデックス選択部の機能的構成を示すブロック図である。
【図２３】図２３は図２２に示すインデックス選択部の動作を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は第９実施例におけるビームパターンとビームカバレッジエリアの関係を示す図である。
【図２５】図２５は第９実施例におけるビームカバレッジエリア境界角とビームカバレッジエリアの関係を示す図である。
【図２６】図２６は第９実施例におけるビームカバレッジエリアとメトリックの関係を示す図である。
【図２７】図２７は図２１に示す第９実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図２８】図２８は本発明の第１０実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図２９】図２９は図２８に示す第１０実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【図３０】図３０は本発明の第１１実施例による無線通信システムの基地局および端末の構成を示すブロック図である。
【図３１】図３１は図３０に示す第１１実施例のシステム動作を説明するための模式的フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、図３（Ａ）に示すように、基地局１０の送信アンテナの地上（セル表面）からの高さをｈ、基地局１０からセル１１の端までのセル面上の距離（以下、便宜上、セル半径という。）をｄｃとする。本発明の一実施形態によれば、基地局１０と通信する端末２０が、基地局１０からセル環境情報を含むコードブック決定用情報を受信すると、それに基づいてセル固有のプリコーディング行列を生成し、図３（Ｂ）に例示するコードブックを決定する。本実施形態におけるコードブックは、１つの固定したコードブックではなく、セルごとの環境を反映したコードブックである。端末２０は、このようなセル固有のコードブックを用いて、チャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０へフィードバックする。なお、ここではフィードバックサイズをＮｆｂとしている。
【００１８】
以下の実施例で説明するように、基地局と端末とでセル環境を反映したコードブックを共有する場合、基地局が端末に対してセル固有パラメータをコードブック決定用情報として通知し、端末がセル固有パラメータに基づいて算出されたプリコーディング行列からなるコードブックを決定する。これにより、無駄なプリコーディング行列のないコードブックを共有することができ、システム容量の改善が可能となる。
【００１９】
なお、セル固有パラメータはセル環境を反映した情報であればよく、後述するように、基地局１０の高さｈやセル半径ｄｃ等のセル環境情報、これらのセル環境に依存したビーム角および／またはビーム角間隔に関するビーム角情報等を用いることができる。また、基地局１０の高さｈやセル半径ｄｃのセル環境情報は、基地局１０の周辺にある電波障害物や周辺セルの分布等のセル環境に依存して予め決められた値であってもよい。さらに、ビーム角情報は、基地局高ｈやセル半径ｄｃだけでなく基地局周辺の電波障害物や周辺セルの分布あるいはセル間干渉を回避するためのビーム照射領域の限定等の当該セルの固有環境に依存してもよい。以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
１．第１実施例
１．１）システム構成
図４において、本発明の第１実施例による無線通信システムにおける基地局１０＿１と端末２０＿１の構成は以下の通りである。
【００２１】
＜基地局＞
基地局１０＿１は、端末２０＿１と通信するための通信部１０１、データベース１０２、ビーム角レンジ計算部１０３、ビーム角間隔計算部１０４、プリコーディング行列計算部１０５、インデックス割当部１０６、コードブック記憶部１０７および制御部１０８を備える。後述するように、ビーム角レンジ計算部１０３およびビーム角間隔計算部１０４がビーム角情報を生成し、プリコーディング行列計算部１０５およびインデックス割当部１０６が共有すべきコードブックを生成する。
【００２２】
データベース１０２には、セル半径ｄｃ、基地局高ｈおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂ[bit]、さらに必要に応じて基地局周辺の障害物や周辺セルの分布等も含めたセル環境情報が格納されている。セル半径ｄｃは、送信電力、伝搬モデルあるいはビームパターンモデルから算出した受信信号強度理論値が一定値以上である領域の半径として規定してもよいし、セル設計時に想定するセルカバレッジのセル端と基地局位置との距離の最大値や平均値として規定してもよい。基地局高ｈやPMIフィードバックサイズＮｆｂは設置時またはシステム要求時に設定される。
【００２３】
ビーム角レンジ計算部１０３はデータベース１０２からセル半径ｄｃおよび基地局高ｈを入力してビーム角レンジを計算し、ビーム角間隔計算部１０４はビーム角レンジ計算部１０３からのビーム角レンジφｒとデータベース１０２からのPMIフィードバックサイズＮｆｂとを用いてビーム角間隔Δφを計算する。ビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφの計算については後述する。
【００２４】
プリコーディング行列計算部１０５は、ビーム角間隔計算部１０４からビーム角間隔Δφ、ビーム角レンジ計算部１０３からビーム角レンジφｒをそれぞれ入力し、プリコーディング行列Ｖｉを計算する。インデックス割当部１０６は、プリコーディング行列計算部１０５から入力したコードブック用のプリコーディング行列群に所定のインデックスを割り当てる。制御部１０８は、当該プリコーディング行列群と割り当てられたインデックスとをコードブックとしてコードブック記憶部１０７に格納する。
【００２５】
制御部１０８は本実施例による通信制御を実行すると共に、上述した機能部（１０１−１０７）を制御し、ビーム角レンジ計算部１０３により計算されたビーム角レンジφｒと、ビーム角間隔計算部１０４により計算されたビーム角間隔Δφとをコードブック決定用情報として端末２０＿１へ送信する。
【００２６】
＜端末＞
端末２０＿１は、基地局１０＿１と通信するための通信部２０１、プリコーディング行列計算部２０２、インデックス割当部２０３、コードブック記憶部２０４および制御部２０５を備える。後述するように、プリコーディング行列計算部２０２およびインデックス割当部２０３が共有すべきコードブックを生成する。
【００２７】
制御部２０５は本実施例による通信制御を実行する。すなわち、基地局１０＿１から報知チャネルまたは個別チャネルを通してセル固有パラメータ（ビーム角情報：ビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφ）を受信すると、プリコーディング行列計算部１０５はビーム角間隔Δφおよびビーム角レンジφｒからプリコーディング行列Ｖｉを計算し、インデックス割当部１０６は、計算されたコードブック用のプリコーディング行列群に所定のインデックスを割り当てる。そして、制御部２０５は、プリコーディング行列群とインデックスとをコードブックとしてコードブック記憶部２０４に格納する。基地局１０＿１および端末２０＿１のプリコーディング行列計算部（１０５，２０２）、インデックス割当部（１０６，２０３）およびコードブック記憶部（１０７，２０４）は、基本的に同じ処理を実行する。
【００２８】
１．２）動作
次に、図５を参照しながら、本実施例における基地局および端末の動作について説明する。
【００２９】
基地局１０＿１の制御部１０８は、基地局が設置されたときに、以下に述べる手順でコードブックを生成しコードブック記憶部１０７に格納する。それ以降、一定周期で、もしくはセル環境やシステム要求が変更された時点で再生成してもよい。
【００３０】
＜ビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφの計算＞
まず、制御部１０８は、データベース１０２から当該基地局１０＿１のセル環境情報であるセル半径ｄｃ、基地局高ｈおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂを読み出し（動作Ｓ１１０）、ビーム角レンジ計算部１０３およびビーム角間隔計算部１０４を制御してビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを計算する（動作Ｓ１１１）。具体的な計算手順は以下の通りである。
【００３１】
ビーム角レンジ計算部１０３はデータベース１０２から取得したセル半径ｄｃおよび基地局高ｈを用いてビーム角レンジφｒを計算する。ビーム角レンジφｒはビーム角の下限値φminと上限値φmaxとを用いて表される（φｒ＝φmax−φmin）。φmaxは固定値π/2とし、φminは次式（１）で算出される。
【００３２】
【数１】
2014119276.tif 000003
【００３３】
ビーム角レンジφｒの下限値φminを基地局１０＿１からセルの端を見下ろす角度とすれば、コードブック内のビームはすべてセルカバレッジ内を向くので、システム容量の改善に寄与しない状況を回避できる。なお、ビーム角レンジφｒは、下限値φminと上限値φmaxとの間の連続した数値範囲で定義されてもよいが、複数のビーム角を指定し離散的な数値範囲で定義されてもよい。
【００３４】
次に、ビーム角間隔計算部１０４は、ビーム角レンジφｒをPMIフィードバックサイズ２Ｎfb−１で割ることで、ビーム角レンジ内に等間隔にビームを配置するためのビーム角間隔Δφを計算する。ビーム角度間隔Δφは次式（２）で算出される。
【００３５】
【数２】
2014119276.tif 000004
【００３６】
このビーム角間隔Δφはビームレンジφｒ（＝φmax−φmin）に対してフィードバックサイズ条件（Ｎｆｂ[bit]）を満たしている。
【００３７】
＜プリコーディング行列の計算＞
続いて、プリコーディング行列計算部１０５は、以下の計算手順により、ビーム角レンジφｒとビーム角間隔Δφとに基づいて、当該ビーム角レンジおよびビーム角間隔を実現するコードブック用のプリコーディング行列群｛Ｖ｝を算出する（動作Ｓ１２１）。
【００３８】
まず、ビーム角レンジφｒとビーム角間隔Δφとを用いて、コードブック内の各プリコーディング行列のメインビーム角φｉを算出する。i番目のメインビーム角φｉは次式（３）で算出される。
【００３９】
【数３】
2014119276.tif 000005
【００４０】
続いて、各φｉに対応するプリコーディング行列Ｖｉが計算される。任意のビーム角方向φに対するビームの垂直面指向性ga(φ)は次式（４）で計算される。
【００４１】
【数４】
2014119276.tif 000006
ここでNaはアンテナ素子数、ge(φ)は各アンテナ素子が形成するビームの指向性、Δdは等間隔で配置したアンテナの間隔、λは波長である。
【００４２】
また、２素子のアンテナを用い、１レイヤ伝送を行う場合のプリコーディング行列V＝[1 exp(jp)]Tを適用した際の垂直面指向性gp(φ,p)は次式（５）で算出される。ただしTは転置を表し、pは0番目と1番目のアンテナ素子の位相差である。
【００４３】
【数５】
2014119276.tif 000007
【００４４】
さらにプリコーディング適用時の垂直面電力指向性Gp(θ,p)は次式（６）で算出できる。
【００４５】
【数６】
2014119276.tif 000008
【００４６】
上記式（６）を用いて、任意のビーム角φiを実現するプリコーディング行列Viを次式（７）で求めることができる。
【００４７】
【数７】
2014119276.tif 000009
【００４８】
＜インデックス割り当て＞
次に、インデックス割当部１０６は、プリコーディング行列計算部１０５から取得したプリコーディング行列群Vi  (ｉ＝０，１，・・・，２Ｎfb−１)に対してiをコードブックのインデックスとして割り当て（動作Ｓ１２２）、この割り当て結果がコードブック記憶部１０７に記憶される（動作Ｓ１２３）。
【００４９】
このように、セル固有のコードブックに対してセルごとにインデックスの割り当てを行うことで、コードブック内の任意のプリコーディング行列を示すインデックスを２進数で表したときのビット数が、規定のPMIフィードバックサイズＮｆｂ以下となる。
【００５０】
＜コードブック決定用情報の通知＞
制御部１０８は、上述したビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφからなるコードブック決定用情報を通信部１０１を通して自セル内の端末２０＿１に対して通知する（動作Ｓ１２４）。通知方法としては、セル内のすべての端末に対して通知する報知チャネル(PBCH：Physical Broadcast CHannel)を用いて通知してもよいし、自セルに接続要求をしてきた端末に対して個別に通知してもよい。
【００５１】
＜端末側でのコードブック生成＞
基地局１０＿１から通信部２０１を通してコードブック決定用情報を受信すると、端末２０＿１の制御部２０５は、基地局１０＿１側の動作Ｓ１２１〜Ｓ１２３と同様に、プリコーディング行列計算部２０２およびインデックス割当部２０３を制御してコードブックを生成する。すなわち、プリコーディング行列計算部２０２は、受信したビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを用い、上述した式（３）〜式（７）に従って当該ビーム角レンジおよびビーム角間隔を実現するコードブック用のプリコーディング行列群｛Ｖ｝を算出する（動作Ｓ２２１）。続いて、インデックス割当部２０３は、算出されたプリコーディング行列群Vi  (ｉ＝０，１，・・・，２Ｎfb−１)に対してiをコードブックのインデックスとして割り当てる（動作Ｓ２２２）。制御部２０５は、割り当て結果をコードブック記憶部２０４に記憶する（動作Ｓ２２３）。
【００５２】
こうして、基地局１０＿１のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿１のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿１の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿１へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【００５３】
１．３）効果
上述したように、本発明の第１実施例によれば、セル環境に応じて計算したビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを基地局１０＿１から端末２０＿１に通知することで、同様の処理により基地局と端末との間でセル環境を反映したコードブックを共有することができる。すなわち、無駄なプリコーディング行列のないセル環境に適し、かつ、ＰＭＩフィードバック条件を満たす必要最低限のコードブックを基地局−端末間で共有することができ、システム容量の改善が可能となる。
【００５４】
２．第２実施例
本発明の第２実施例によれば、基地局のビーム角間隔Δφを固定値としてデータベースに予め格納しておき、それによりビーム角間隔計算部を省略することができる。以下、第２実施例の構成および動作について説明する。
２．１）システム構成
図６において、本発明の第２実施例による無線通信システムにおける端末２０＿２の構成は第１実施例における端末２０＿１と同じであるから同一参照番号を付して説明は省略する。本実施例の基地局１０＿２は、第１実施例の基地局１０＿１と部分的な構成が異なっているので、同一ブロックには同一の参照番号を付して説明は省略し、異なる構成部分のみ説明する。
【００５５】
基地局１０＿２のデータベース１０２ｂには、セル半径ｄｃ、基地局高ｈおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂ[bit]に加えて、基地局１０＿２のセル環境を示す固定値のビーム角間隔Δφが格納されている。したがって、基地局１０＿２には、第１実施例におけるビーム角間隔計算部１０４が不要となる。その他の構成は、図４に示す第１実施例の基地局１０＿１と基本的に同様であるが、プリコーディング行列計算部の動作は第１実施例と部分的に異なっている。
【００５６】
２．２）動作
次に、図７を参照しながら、本実施例における基地局および端末の動作について説明する。
【００５７】
基地局１０＿２の制御部１０８は、基地局が設置されたときに、以下に述べる手順でコードブックを生成しコードブック記憶部１０７に格納する。それ以降、一定周期で、もしくはセル環境やシステム要求が変更された時点で再生成してもよい。
【００５８】
＜ビーム角レンジφｒの計算＞
まず、制御部１０８は、データベース１０２ｂから当該基地局１０＿２のセル環境情報であるセル半径ｄｃ、基地局高ｈ、PMIフィードバックサイズＮｆｂおよび固定値のビーム角間隔Δφを読み出し（動作Ｓ１１０ｂ）、ビーム角レンジ計算部１０３を制御してビーム角レンジφｒを計算する（動作Ｓ１１１ｂ）。具体的な計算手順は第１実施例で説明した通りである。
【００５９】
＜プリコーディング行列の計算＞
続いて、プリコーディング行列計算部１０５ｂは、第１実施例で説明した計算手順により、計算されたビーム角レンジφｒとデータベース１０２ｂから読み出された固定値のビーム角間隔Δφとに基づいて、当該ビーム角レンジおよびビーム角間隔を実現するコードブック用のプリコーディング行列群｛Ｖ｝を算出する（動作Ｓ１２１ｂ）。ただし、ビーム角間隔Δφが固定値であるから、プリコーディング行列計算部１０５ｂは、PMIフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすようにコードブックの一部を制限する制御を実行する。この点が第１実施例と異なっているので、以下、この相違点を中心に説明し、その他の動作は第１実施例と同様であるから詳細は省略する。
【００６０】
プリコーディング行列計算部１０５ｂは、計算したコードブック用プリコーディング行列群内のプリコーディング行列の個数がPMIフィードバックサイズＮｆｂ以上だった場合、最もセル中心部に近いビーム、すなわち最も垂直方向ビーム角が大きいビームをコードブック用プリコーディング行列群から削除する。そして、コードブック用プリコーディング行列内のプリコーディング行列の個数がPMIフィードバックサイズと等しくなるまで、プリコーディング行列削除操作を繰り返す。
【００６１】
こうして、コードブック用プリコーディング行列群Viが決定すると、以下第１実施例と同様に、インデックス割当部１０６は、プリコーディング行列計算部１０５から取得したプリコーディング行列群Viに対してiをコードブックのインデックスとして割り当て（動作Ｓ１２２）、この割り当て結果がコードブック記憶部１０７に記憶される（動作Ｓ１２３）。
【００６２】
＜コードブック決定用情報の通知＞
制御部１０８は、計算されたビーム角レンジφｒと固定値のビーム角間隔Δφからなるコードブック決定用情報を通信部１０１を通して自セル内の端末２０＿２に対して通知する（動作Ｓ１２４）。通知方法としては、セル内のすべての端末に対して通知する報知チャネル(PBCH：Physical Broadcast CHannel)を用いて通知してもよいし、自セルに接続要求をしてきた端末に対して個別に通知してもよい。
【００６３】
＜端末側でのコードブック生成＞
基地局１０＿２から通信部２０１を通してコードブック決定用情報を受信すると、端末２０＿２の制御部２０５は、基地局１０＿２側の動作Ｓ１２１ｂ、Ｓ１２２、Ｓ１２３と同様に、プリコーディング行列計算部２０２およびインデックス割当部２０３を制御してコードブックを生成しコードブック記憶部２０４に格納する（動作Ｓ２２１ｂ、Ｓ２２２、Ｓ２２３）。その際、プリコーディング行列計算部２０２は、基地局側の動作Ｓ１２１ｂと同様に、PMIフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすようにコードブックの一部を制限する制御を実行する。
【００６４】
こうして、基地局１０＿２のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿２のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿２の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿２へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【００６５】
なお、データベース１０２ｂに異なるビーム角間隔Δφを複数用意し、上述したようにPMIフィードバックサイズ条件を満たさない場合には、ビーム角間隔を変化させ、すなわち狭いビーム角間隔から広いビーム角間隔へ順番に試行し、それでもPMIフィードバックサイズの条件を満たせなかった場合には、上述のプリコーディング行列の削除を行うように制御することもできる。
【００６６】
２．３）効果
本発明の第２実施例によれば、第１実施例の効果に加えて、ビーム角間隔Δφを固定値にすることでビーム角間隔処理部を省略することができ、基地局の装置構成を簡略化できるという利点がある。
【００６７】
３．第３実施例
本発明の第３実施例によれば、端末側が通知された基地局高ｈとセル半径ｄｃからコードブックを生成する点が第１実施例とは異なっている。以下、第３実施例の構成および動作について説明する。
【００６８】
３．１）システム構成
図８において、本発明の第３実施例における基地局１０＿３の構成は第１実施例における基地局１０＿１と同じであるから同一参照番号を付して説明は省略するが、基地局１０＿３が端末２０＿３に対して基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂからなるコードブック決定用情報を通知する点が異なっている。したがって、本実施例の端末２０＿３には、第１実施例の端末２０＿１の構成にビーム角レンジ計算部２０６およびビーム角間隔計算部２０７が追加されている。その他の構成は第１実施例と同様であるから、第１実施例と同一のブロックには同一の参照番号を付し、第１実施例と異なる動作について主に説明する。
【００６９】
３．２）動作
図９において、基地局１０＿３の動作Ｓ１１０〜Ｓ１２３は第１実施例と同じであるが、制御部１０８は、データベース１０２から読み出した基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂをコードブック決定用情報として端末２０＿３へ通知する（動作Ｓ１２４ｂ）。
【００７０】
端末２０＿３が基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂからなるコードブック決定用情報を受信すると、端末２０＿３の制御部２０５は、基地局１０＿３側の動作Ｓ１１１と同様に、ビーム角レンジ計算部２０６およびビーム角間隔計算部２０７を制御してビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを計算する（動作Ｓ２１１）。続いて、制御部２０５は、基地局１０＿３側の動作Ｓ１２１〜Ｓ１２３と同様に、プリコーディング行列計算部２０２およびインデックス割当部２０３を制御してコードブックを生成する。すなわち、プリコーディング行列計算部２０２は、計算したビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを用い、上述した式（３）〜式（７）に従って当該ビーム角レンジおよびビーム角間隔を実現するコードブック用のプリコーディング行列群｛Ｖ｝を算出する（動作Ｓ２２１）。続いて、インデックス割当部２０３は、算出されたプリコーディング行列群Vi  (ｉ＝０，１，・・・，２Ｎfb−１)に対してiをコードブックのインデックスとして割り当てる（動作Ｓ２２２）。制御部２０５は、割り当て結果をコードブック記憶部２０４に記憶する（動作Ｓ２２３）。
【００７１】
こうして、基地局１０＿３のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿３のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿３の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿３へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【００７２】
３．３）効果
本発明の第３実施例によれば、セル環境を直接示す基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂを基地局から端末へ通知することで第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
４．第４実施例
本発明の第４実施例によれば、第２実施例と同様に基地局のビーム角間隔Δφが固定値としてデータベースに予め格納されているが、端末が基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびビーム角間隔Δφからコードブックを生成する点が第２実施例とは異なっている。以下、第４実施例の構成および動作について説明する。
４．１）システム構成
図１０において、本発明の第４実施例における基地局１０＿４の構成は第２実施例における基地局１０＿２と同じであるから同一参照番号を付して説明は省略する。本実施例の端末２０＿４は、第２実施例の基地局１０＿２にビーム角レンジ計算部２０６が追加された構成を有し、他の構成は第２実施例と同様であるから、同一ブロックには同一の参照番号を付して説明は省略し、異なる構成部分のみ説明する。
【００７４】
４．２）動作
次に、図１１を参照しながら、本実施例における基地局および端末の動作について説明する。
【００７５】
基地局１０＿４の制御部１０８は、図７に示す第２実施例と同様に、動作Ｓ１１０ｂ、Ｓ１１１ｂ、Ｓ１２１ｂ、Ｓ１２２、Ｓ１２３によりコードブックを生成しコードブック記憶部１０７に格納する。続いて、制御部１０８は、データベース１０２から読み出した基地局高ｈ、セル半径ｄｃ、PMIフィードバックサイズＮｆｂおよびビーム角間隔Δφをコードブック決定用情報として端末２０＿４へ通知する（動作Ｓ１２４ｂ）。
【００７６】
端末２０＿４がコードブック決定用情報を受信すると、端末２０＿３の制御部２０５は、基地局１０＿３側の動作Ｓ１１１ｂと同様に、ビーム角レンジ計算部２０６を制御してビーム角レンジφｒを計算する（動作Ｓ２１１ｄ）。続いて、制御部２０５は、基地局１０＿４側の動作Ｓ１２１ｂ、Ｓ１２２、Ｓ１２３と同様に、プリコーディング行列計算部２０２およびインデックス割当部２０３を制御してコードブックを生成し、コードブック記録部２０４に格納する（動作Ｓ２２１ｂ、Ｓ２２２、Ｓ２２３）。
【００７７】
こうして、基地局１０＿４のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿４のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿４の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿４へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【００７８】
なお、データベース１０２ｂに異なるビーム角間隔Δφを複数用意し、上述したようにPMIフィードバックサイズ条件を満たさない場合には、ビーム角間隔を変化させ、すなわち狭いビーム角間隔から広いビーム角間隔へ順番に試行し、それでもPMIフィードバックサイズの条件を満たせなかった場合には、上述のプリコーディング行列の削除を行うように制御することもできる。
【００７９】
４．３）効果
本発明の第４実施例によれば、セル環境を直接示す基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂを基地局から端末へ通知することで第２実施例と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
５．第５実施例
５．１）システム構成
図１２において、本発明の第５実施例による無線通信システムにおける基地局１０＿５と端末２０＿５の構成は以下の通りである。
【００８１】
＜基地局＞
基地局１０＿５は、端末２０＿５と通信するための通信部１０１、データベース１０２、ビーム角レンジ計算部１０３、ビーム角間隔計算部１０４、スーパーセット記憶部１５０、サブセット抽出部１５１、インデックス割当部１０６、コードブック記憶部１０７および制御部１０８を備える。後述するように、ビーム角レンジ計算部１０３およびビーム角間隔計算部１０４がビーム角情報を生成し、スーパーセット記憶部１５０、サブセット抽出部１５１およびインデックス割当部１０６が共有すべきコードブックを生成する。第１実施例との相違は、プリコーディング行列計算部１０５の代わりに、スーパーセット記憶部１５０およびサブセット抽出部１５１を設けた点である。
【００８２】
データベース１０２には、第１実施例と同様に、セル半径ｄｃ、基地局高ｈおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂ[bit]のセル環境情報が格納されている。また、ビーム角レンジ計算部１０３はデータベース１０２からセル半径ｄｃおよび基地局高ｈを入力してビーム角レンジを計算し、ビーム角間隔計算部１０４はビーム角レンジ計算部１０３からのビーム角レンジφｒとデータベース１０２からのPMIフィードバックサイズＮｆｂとを用いてビーム角間隔Δφを計算する。
【００８３】
スーパーセット記憶部１５０には、後述するように、コードブックで用いられるプリコーディング行列の候補群（スーパーセット）が格納され、サブセット抽出部１５１はセル環境に応じてスーパーセットからコードブック用のプリコーディング行列群を抽出する。したがって、サブセットとは、スーパーセットから選択されたコードブックで用いるためのプリコーディング行列群を指す。
【００８４】
インデックス割当部１０６は、第１実施例と同様に、抽出されたコードブック用のプリコーディング行列群に所定のインデックスを割り当てる。制御部１０８は、当該プリコーディング行列群と割り当てられたインデックスとをコードブックとしてコードブック記憶部１０７に格納する。
【００８５】
制御部１０８は本実施例による通信制御を実行すると共に、上述した機能部（１０１−１０４、１５０，１５１、１０６，１０７）を制御し、ビーム角レンジ計算部１０３により計算されたビーム角レンジφｒと、ビーム角間隔計算部１０４により計算されたビーム角間隔Δφとをコードブック決定用情報として端末２０＿５へ送信する。
【００８６】
＜端末＞
端末２０＿５は、基地局１０＿５と通信するための通信部２０１、スーパーセット記憶部２５０、サブセット抽出部２５１、インデックス割当部２０３、コードブック記憶部２０４および制御部２０５を備える。後述するように、スーパーセット記憶部２５０、サブセット抽出部２５１およびインデックス割当部２０３が共有すべきコードブックを生成する。
【００８７】
スーパーセット記憶部２５０には、基地局１０＿５と同様に、コードブックで用いられるプリコーディング行列の候補群（スーパーセット）が格納され、サブセット抽出部２５１は基地局１０＿５から受信したコードブック決定用情報に応じてスーパーセットからコードブック用のプリコーディング行列群を抽出する。インデックス割当部２０３は、第１実施例と同様に、抽出されたコードブック用のプリコーディング行列群に所定のインデックスを割り当てる。制御部１０８は、当該プリコーディング行列群と割り当てられたインデックスとをコードブックとしてコードブック記憶部２０４に格納する。基地局１０＿５および端末２０＿５のスーパーセット記憶部（１５０、２５０）、サブセット抽出部（１５１、２５１）、インデックス割当部（１０６、２０３）およびコードブック記憶部（１０７、２０４）は、基本的に同じ処理を実行する。
【００８８】
＜スーパーセット＞
図１３において、スーパーセット記憶部１５０に格納されたスーパーセットテーブルの一例を示す。スーパーセットはコードブックで用いられるプリコーディング行列の候補群であり、プリコーディング行列Ｖとそれに対応するインデックスおよびビーム角φで構成され、ビーム角φの昇順にソートされている。なお、スーパーセット内のj番目のプリコーディング行列Vj =[1 exp(jpj)]Tに対応するビーム角φｊは次式（８）で計算される。
【００８９】
【数８】
2014119276.tif 000010
【００９０】
このようなスーパーセットは予め算出され、基地局と端末の間で共有されている。すなわち、基地局１０＿５および端末２０＿５のスーパーセット記憶部１５０および２５０にそれぞれ保存されている。
【００９１】
５．２）動作
図１４において、まず、基地局１０＿５の制御部１０８は、データベース１０２から当該基地局１０＿５のセル環境情報であるセル半径ｄｃ、基地局高ｈおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂを読み出し（動作Ｓ１１０）、ビーム角レンジ計算部１０３およびビーム角間隔計算部１０４を制御して、第１実施例と同様にビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを計算する（動作Ｓ１１１）。
【００９２】
＜サブセット抽出＞
続いて、サブセット抽出部１５１は、計算されたビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを用いて、スーパーセットからコードブック用のプリコーディング行列群を抽出する（動作Ｓ１６１）。具体的には、まず、既に述べた式（２）および式（３）を用いて、ビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを満たすビーム角群{φi｜0≦i≦2Nfb-1}を算出する。次に、次式（９）を用いて、スーパーセットから各φiに最も近いプリコーディング行列のビーム角φcb,iを選択する。
【００９３】
【数９】
2014119276.tif 000011
ここで、φsuper,jはスーパーセットにおけるj番目のプリコーディング行列に対応するビーム角、φiはコードブック内のi番目のプリコーディング行列に対応するビーム角である。
【００９４】
こうして得られた各φcb,iに対応するプリコーディング行列を図１３に示すようなスーパーテーブルを参照して選択することでコードブック用プリコーディング行列を決定することができる。なお、スーパーセットに十分多くのプリコーディング行列が用意されていて、φiと一致するものがヒットした場合は、式（９）の計算を行わず、ヒットしたプリコーディング行列を直接サブセット（コードブック用プリコーディング行列）として抽出することもできる。
【００９５】
こうして、コードブック用プリコーディング行列群Viが決定すると、以下第１実施例と同様に、インデックス割当部１０６は、サブセット抽出部１５１により抽出されたプリコーディング行列群Viに対してiをコードブックのインデックスとして割り当て（動作Ｓ１２２）、この割り当て結果がコードブック記憶部１０７に記憶される（動作Ｓ１２３）。
【００９６】
＜コードブック決定用情報の通知＞
また、制御部１０８は、第１実施例と同様に、計算されたビーム角レンジφｒと固定値のビーム角間隔Δφからなるコードブック決定用情報を通信部１０１を通して自セル内の端末２０＿５に対して通知する（動作Ｓ１２４）。
【００９７】
＜端末側のコードブック決定＞
基地局１０＿５から通信部２０１を通してコードブック決定用情報を受信すると、端末２０＿５の制御部２０５は、基地局１０＿５側の動作Ｓ１６１、Ｓ１２２、Ｓ１２３と同様に、スーパーセット記憶部２５０、サブセット抽出部２５１およびインデックス割当部２０３を制御してコードブック用のサブセットをコードブック記憶部２０４に格納する（動作Ｓ２６１、Ｓ２２２、Ｓ２２３）。
【００９８】
こうして、基地局１０＿５のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿５のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿５の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿５へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【００９９】
５．３）効果
本発明の第５実施例によれば、第１実施例の効果に加えて、スーパーセット記憶部１５０からコードブック用プリコーディング行列を抽出する動作だけでコードブックを生成できるので、プリコーディング行列の計算が不要となり、基地局および端末の処理負荷が軽減されるという利点がある。
【０１００】
６．第６実施例
本発明の第６実施例によれば、基地局のビーム角間隔Δφを固定値としてデータベースに予め格納しておき、それによりビーム角間隔計算部を省略することができる。以下、第６実施例の構成および動作について説明する。
６．１）システム構成
図１５において、本発明の第６実施例による無線通信システムにおける端末２０＿６の構成は第５実施例における端末２０＿５と同じであるから同一参照番号を付して説明は省略する。本実施例の基地局１０＿６は、第５実施例の基地局１０＿５と部分的な構成が異なっているので、同一ブロックには同一の参照番号を付して説明は省略し、異なる構成部分のみ説明する。
【０１０１】
基地局１０＿６のデータベース１０２ｂには、セル半径ｄｃ、基地局高ｈおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂ[bit]に加えて、基地局１０＿６のセル環境を示す固定値のビーム角間隔Δφが格納されている。したがって、基地局１０＿６には、第５実施例におけるビーム角間隔計算部１０４が不要となる。その他の構成は、図１２に示す第５実施例の基地局１０＿５と基本的に同様であるが、サブセット抽出部１５１の動作は第５実施例と部分的に異なっている。
【０１０２】
６．２）動作
次に、図１６を参照しながら、本実施例における基地局および端末の動作について説明する。
【０１０３】
基地局１０＿６の制御部１０８は、基地局が設置されたときに、以下に述べる手順でコードブックを生成しコードブック記憶部１０７に格納する。それ以降、一定周期で、もしくはセル環境やシステム要求が変更された時点で再生成してもよい。
【０１０４】
＜ビーム角レンジφｒの計算＞
まず、制御部１０８は、データベース１０２ｂから当該基地局１０＿６のセル環境情報であるセル半径ｄｃ、基地局高ｈ、PMIフィードバックサイズＮｆｂおよび固定値のビーム角間隔Δφを読み出し（動作Ｓ１１０ｂ）、ビーム角レンジ計算部１０３を制御してビーム角レンジφｒを計算する（動作Ｓ１１１ｂ）。具体的な計算手順は第１実施例で説明した通りである。
【０１０５】
＜サブセット抽出＞
続いて、サブセット抽出部１５１は、計算されたビーム角レンジφｒと読み出された固定値のビーム角間隔Δφとを用いて、スーパーセットからコードブック用のプリコーディング行列群を抽出する（動作Ｓ１６１）。具体的には、第５実施例で述べたように、式（２）および式（３）を用いて、ビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを満たすビーム角群{φi｜0≦i≦2Nfb-1}を算出し、式（９）を用いてスーパーセットから各φiに最も近いプリコーディング行列のビーム角φcb,iを選択する。
【０１０６】
こうして得られた各φcb,iに対応するプリコーディング行列を図１３に示すようなスーパーテーブルを参照して選択することでコードブック用プリコーディング行列を決定することができる。なお、スーパーセットに十分多くのプリコーディング行列が用意されていて、φiと一致するものがヒットした場合は、式（９）の計算を行わず、ヒットしたプリコーディング行列を直接サブセット（コードブック用プリコーディング行列）として抽出することもできる。
【０１０７】
こうして、コードブック用プリコーディング行列群Viが決定すると、以下第５実施例と同様に、インデックス割当部１０６は、サブセット抽出部１５１により抽出されたプリコーディング行列群Viに対してiをコードブックのインデックスとして割り当て（動作Ｓ１２２）、この割り当て結果がコードブック記憶部１０７に記憶される（動作Ｓ１２３）。
【０１０８】
＜コードブック決定用情報の通知＞
制御部１０８は、計算されたビーム角レンジφｒと固定値のビーム角間隔Δφからなるコードブック決定用情報を通信部１０１を通して自セル内の端末２０＿６に対して通知する（動作Ｓ１２４）。通知方法としては、セル内のすべての端末に対して通知する報知チャネル(PBCH：Physical Broadcast CHannel)を用いて通知してもよいし、自セルに接続要求をしてきた端末に対して個別に通知してもよい。
【０１０９】
＜端末側のコードブック決定＞
基地局１０＿６から通信部２０１を通してコードブック決定用情報を受信すると、端末２０＿６の制御部２０５は、基地局１０＿６側の動作Ｓ１６１、Ｓ１２２、Ｓ１２３と同様に、スーパーセット記憶部２５０、サブセット抽出部２５１およびインデックス割当部２０３を制御してコードブック用のサブセットをコードブック記憶部２０４に格納する（動作Ｓ２６１、Ｓ２２２、Ｓ２２３）。
【０１１０】
こうして、基地局１０＿６のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿６のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿６の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿６へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【０１１１】
６．３）効果
本発明の第６実施例によれば、第５実施例の効果に加えて、ビーム角間隔Δφを固定値にすることでビーム角間隔処理部を省略することができ、基地局の装置構成を簡略化できるという利点がある。
【０１１２】
７．第７実施例
本発明の第７実施例によれば、端末側が通知された基地局高ｈとセル半径ｄｃからコードブックを生成する点が第５実施例とは異なっている。以下、第７実施例の構成および動作について説明する。
【０１１３】
７．１）システム構成
図１７において、本発明の第７実施例における基地局１０＿７の構成は第５実施例における基地局１０＿５と同じであるから同一参照番号を付して説明は省略するが、基地局１０＿７が端末２０＿７に対して基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂからなるコードブック決定用情報を通知する点が異なっている。したがって、本実施例の端末２０＿７には、第５実施例の端末２０＿５の構成にビーム角レンジ計算部２５２およびビーム角間隔計算部２５３が追加されている。その他の構成は第５実施例と同様であるから、第５実施例と同一のブロックには同一の参照番号を付し、第５実施例と異なる動作について主に説明する。
【０１１４】
７．２）動作
図１８において、基地局１０＿７の動作Ｓ１１０、Ｓ１１１、Ｓ１６１、Ｓ１２２およびＳ１２３は第５実施例と同じであるが、制御部１０８は、データベース１０２から読み出した基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂをコードブック決定用情報として端末２０＿７へ通知する（動作Ｓ１２４ｂ）。
【０１１５】
端末２０＿７がコードブック決定用情報（基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂ）を受信すると、端末２０＿７の制御部２０５は、基地局１０＿７側の動作Ｓ１１１と同様に、ビーム角レンジ計算部２５２およびビーム角間隔計算部２５３を制御してビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを計算する（動作Ｓ２１１）。続いて、制御部２０５は、基地局１０＿７側の動作Ｓ１６１、Ｓ１２２〜Ｓ１２３と同様に、スーパーセット記憶部２５０、サブセット抽出部２５１およびインデックス割当部２０３を制御してコードブックを生成する。すなわち、サブセット抽出部２５１は、計算されたビーム角レンジφｒと読み出された固定値のビーム角間隔Δφとを用いて、スーパーセットからコードブック用のプリコーディング行列群を抽出する（動作Ｓ１６１）。具体的には、第５実施例で述べたように、式（２）および式（３）を用いて、ビーム角レンジφｒおよびビーム角間隔Δφを満たすビーム角群{φi｜0≦i≦2Nfb-1}を算出し、式（９）を用いてスーパーセットから各φiに最も近いプリコーディング行列のビーム角φcb,iを選択する。
【０１１６】
こうして得られた各φcb,iに対応するプリコーディング行列を図１３に示すようなスーパーテーブルを参照して選択することでコードブック用プリコーディング行列を決定することができる。なお、スーパーセットに十分多くのプリコーディング行列が用意されていて、φiと一致するものがヒットした場合は、式（９）の計算を行わず、ヒットしたプリコーディング行列を直接サブセット（コードブック用プリコーディング行列）として抽出することもできる。
【０１１７】
コードブック用プリコーディング行列群Viが決定すると、以下第５実施例と同様に、インデックス割当部２０３は、サブセット抽出部２５１により抽出されたプリコーディング行列群Viに対してiをコードブックのインデックスとして割り当て（動作Ｓ２２２）、この割り当て結果がコードブック記憶部２０４に記憶される（動作Ｓ２２３）。
【０１１８】
こうして、基地局１０＿７のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿７のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿７の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿７へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【０１１９】
７．３）効果
本発明の第７実施例によれば、セル環境を直接示す基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂを基地局から端末へ通知することで第５実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１２０】
８．第８実施例
本発明の第８実施例によれば、第６実施例と同様に基地局のビーム角間隔Δφが固定値としてデータベースに予め格納されているが、端末が基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびビーム角間隔Δφからコードブックを生成する点が第６実施例とは異なっている。以下、第８実施例の構成および動作について説明する。
【０１２１】
８．１）システム構成
図１９において、本発明の第８実施例における基地局１０＿８の構成は第６実施例における基地局１０＿６と同じであるから同一参照番号を付して説明は省略する。本実施例の端末２０＿７は、第６実施例の基地局１０＿６にビーム角レンジ計算部２５２が追加された構成を有し、他の構成は第６実施例と同様であるから、同一ブロックには同一の参照番号を付して説明は省略し、異なる構成部分のみ説明する。
【０１２２】
８．２）動作
次に、図２０を参照しながら、本実施例における基地局および端末の動作について説明する。
【０１２３】
基地局１０＿８の制御部１０８は、図１６に示す第６実施例と同様に、動作Ｓ１１０ｂ、Ｓ１１１ｂ、Ｓ１６１、Ｓ１２２、Ｓ１２３によりコードブックを生成しコードブック記憶部１０７に格納する。続いて、制御部１０８は、データベース１０２ｂから読み出した基地局高ｈ、セル半径ｄｃ、PMIフィードバックサイズＮｆｂおよびビーム角間隔Δφをコードブック決定用情報として端末２０＿８へ通知する（動作Ｓ１２４ｂ）。
【０１２４】
端末２０＿８がコードブック決定用情報を受信すると、端末２０＿８の制御部２０５は、基地局１０＿８側の動作Ｓ１１１ｂと同様に、ビーム角レンジ計算部２５２を制御してビーム角レンジφｒを計算する（動作Ｓ２１１ｂ）。続いて、制御部２０５は、基地局１０＿８側の動作Ｓ１６１、Ｓ１２２、Ｓ１２３と同様に、スーパーセット記憶部２５０、サブセット抽出部２５１およびインデックス割当部２０３を制御してコードブックを生成し、コードブック記録部２０４に格納する（動作Ｓ２６１、Ｓ２２２、Ｓ２２３）。
【０１２５】
こうして、基地局１０＿８のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿８のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿８の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿８へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【０１２６】
８．３）効果
本発明の第８実施例によれば、セル環境を直接示す基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂを基地局から端末へ通知することで第５実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１２７】
９．第９実施例
本発明の第９実施例によれば、セル環境に従ってスーパーセットからコードブック用プリコーディング行列のインデックスを選択し、選択されたインデックスのプリコーディング行列群からコードブックを生成する。以下、第９実施例の構成および動作について説明する。
【０１２８】
９．１）システム構成
図２１において、本発明の第９実施例における基地局１０＿９は、第７実施例における基地局側のビーム角レンジ計算部１０３およびビーム角間隔計算部１０４の代わりにインデックス選択部１５４を、端末側のビーム角レンジ計算部２５２およびビーム角間隔計算部２５３の代わりにインデックス選択部２５４を、それぞれ置き換えた構成を有する。
【０１２９】
また、基地局１０＿９のデータベース１０２ｃには、第７実施例のデータベース１０２に格納された情報に加えて、基地局１０＿９が生成する送信ビームの垂直面放射パターンの３ｄＢビーム幅の情報が保持されている。すなわち、データベース１０２ｃには、基地局高ｈ、セル半径ｄｃ、PMIフィードバックサイズＮｆｂおよび３ｄＢビーム幅が記憶されている。その他の構成は第７実施例と同様であるから、同一ブロックには同一参照番号を付して説明は省略する。
【０１３０】
９．２）インデックス選択
インデックス選択部１５４および２５４は、スーパーセット内のプリコーディング行列のうちコードブック内で用いないプリコーディング行列に対応するインデックスを制限インデックスとして算出し、それ以外のスーパーセット内のインデックスを非制限インデックスとして個数判定を行う。インデックス選択部１５４および２５４は同一の機能構成を有するので、以下、図２２〜図２６を参照しながらインデックス選択について説明する。
【０１３１】
図２２に示すように、インデックス選択部１５４および２５４は同一の機能構成を有し、メトリック計算部９０１、インデックス制限部９０２および非制限インデックス数判定部９０３を備える。
【０１３２】
インデックス選択動作としては、スーパーセット内の各プリコーディング行列のメトリック計算に基づいて１個プリコーディング行列を決定し、これを制限インデックスに加えるという単一インデックス制限処理を、制限されていないプリコーディング行列の数（すなわちコードブックで用いられるプリコーディング行列の数）がPMIフィードバックサイズＮｆｂの要求条件にマッチするまで繰り返す。以下、インデックス選択部の動作を図２３を参照しながら説明する。
【０１３３】
図２３において、メトリック計算部９０１は、データベース１０２ｃから基地局高ｈおよびセル半径ｄｃを、スーパーセット記憶部１５０からスーパーセットを、非制限インデックス数判定部９０３から非制限インデックスを、それぞれ入力し、当該スーパーセットの非制限インデックスに対応する各プリコーディング行列に対してメトリックを計算する（動作Ｓ９１０）。なお、後述するように、非制限インデックス数判定部９０３から非制限インデックスを入力した場合、メトリック計算部９０１は入力された非制限インデックスに対応するプリコーディング行列に対して再度メトリックの計算を行う。メトリック計算については後述する。
【０１３４】
続いて、インデックス制限部９０２は、メトリック計算部９０１から入力したメトリックの値に基づいて制限インデックスを１個決定し、非制限インデックス数判定部９０３へ出力する（動作Ｓ９１１）。
【０１３５】
非制限インデックス数判定部９０３は、インデックス制限部９０２からの制限インデックス以外の非制限インデックスの個数がPMIフィードバックサイズＮｆｂの要求条件（２Ｎｆｂ以内）を満たしているか否かを判定する（動作Ｓ９１２）。非制限インデックス数が２Ｎｆｂ以下であれば（動作Ｓ９１２；ＮＯ）、非制限PMIを選択インデックスとしてサブセット抽出部１５１へ出力し（動作Ｓ９１３）、それ以外の場合は非制限インデックスをメトリック計算部９０１へ出力する（動作Ｓ９１２；ＹＥＳ）。
【０１３６】
＜メトリック計算＞
メトリック計算部９０１はスーパーセット記憶部１５０から取得したスーパーセット内の各インデックスに対応するビーム角からメトリックの計算を行う。以下、メトリックの計算手順について説明する。
【０１３７】
まず、図２４および図２５に示すように、スーパーセット内の各ビームに対してビームカバレッジエリアを、幾何学モデルを用いて定義する。
【０１３８】
図２４に示すように、各ビームのピークの利得からの減衰が３ｄＢの角度をビームカバレッジエリア境界角とし、それよりも利得の高いビームが照射するエリアをビームカバレッジエリアとする。例えば、図２５において、i番目のビームのビーム角をφi , 垂直方向での３ｄＢ減衰角をΔφ-, Δφ+とすると、ビームのうち[φi＋Δφ-,φi＋Δφ+]が照射するエリアを垂直面のビームカバレッジエリアとする。
【０１３９】
水平面に関しては、一様のビーム角を仮定すると、図２６に示すようなドーナツ型の領域の面積をビームカバレッジエリアとなる。なお、垂直面と水平面のビーム利得を同時に考慮してビームカバレッジエリアを計算してもよい。
【０１４０】
次に自ビームと隣接するビームとのビームカバレッジエリアの重複面積の和をメトリックとして計算する。この場合の「隣接する」とは、反復されるインデックス制限処理のある制限処理時点での非制限インデックスに対してスーパーセットにおけるインデックスの昇順に割り当てられた一時的なインデックスのなかで隣接することをいう。
【０１４１】
例えば、図２６において、一時的インデックスにおけるl番目のビームカバレッジエリアに関するメトリック計算を考える。l番目のビームカバレッジエリアに隣接するエリアは、l-1番目とl+1番目のエリアなので、l番目のエリアと各隣接エリアの重複する面積として、Shigh,l, Slow,lの面積を計算し、その和をメトリックとする。なお、非制限インデックスのうちセルの最も中心部もしくセル端に位置し隣接するビームカバレッジエリアが一つしかない場合は、その一つの隣接ビームカバレッジエリアとの重複面積を計算し、メトリックとする。
【０１４２】
＜インデックス制限＞
インデックス制限部９０２は、メトリック計算部９０１から取得したメトリックが最も大きいインデックスに対応するスーパーセット内でのインデックスを制限インデックスとする。言い換えれば、最もメトリックが大きい（ここでは隣接エリアとの重複面積が最大の）ビームを削除することで、プリコーディング用ビームの減少に伴うカバレッジエリアの減少を最小限に抑えつつ、任意のPMIフィードバックサイズに対応することができる。
【０１４３】
＜非制限インデックス数判定＞
非制限インデックス数判定部９０３は、インデックス制限部９０２から取得した制限インデックスから非制限インデックスの個数を計算し、その個数とPMIフィードバックサイズＮｆｂに基づく総数（２Ｎｆｂ）の大小を比較する。ここで、非制限インデックスの個数はスーパーセット内のインデックスの総数から制限インデックスの個数を差し引くことで求められる。非制限インデックスの個数が、２Ｎｆｂ以下であれば、非制限インデックスをインデックス割当部１０６に出力し処理を終了する。その他の場合は、非制限インデックスをメトリック計算部９０１へ出力し、当該非制限インデックスに対して上述と同様の処理が繰り返される。非制限インデックス数判定部９０３から非制限インデックスが出力された場合、メトリック計算部９０１は入力された非制限インデックスに対応するプリコーディング行列に対して再度メトリックの計算を行う。
【０１４４】
上述の通り、メトリックの計算における「隣接するビームカバレッジエリア」は、現在の非制限インデックス内で定義される。よって、前回計算時から制限インデックスが増加し、非制限インデックスに含まれるインデックスが変化している今回の計算では、現在の非制限インデックス群に対して、一時的なインデックスを割り当て直し、再度、隣接ビームカバレッジエリアを定義しなおした上でメトリックの計算を行う。インデックス制限部９０２では同様の処理を繰り返し、非制限インデックス数判定部９０３では、インデックス制限部９０２から入力された制限インデックスと前回計算した制限インデックスとをあわせて新たな制限インデックスとする。その後、同様の処理を行う。
【０１４５】
９．３）動作
次に、図２７を参照しながら、本実施例における基地局および端末の動作について説明する。
【０１４６】
基地局１０＿９の制御部１０８はデータベース１０２ｃから基地局高ｈ、セル半径ｄｃ、PMIフィードバックサイズＮｆｂおよび３ｄＢビーム幅情報を読み出し（動作Ｓ１１０ｃ）、インデックス選択部１５４が上述したインデックス選択を実行する（動作Ｓ１７１）。続いて、サブセット抽出部１５１は、選択されたインデックスに従って、スーパーセットからサブセット（コードブック用プリコーディング行列群）を抽出する（動作Ｓ１７２）。
【０１４７】
こうして、コードブック用プリコーディング行列群Viが決定すると、以下第５実施例と同様に、インデックス割当部１０６は、サブセット抽出部１５１により抽出されたプリコーディング行列群Viに対してiをコードブックのインデックスとして割り当て（動作Ｓ１２２）、この割り当て結果がコードブック記憶部１０７に記憶される（動作Ｓ１２３）。
【０１４８】
また、制御部１０８は、データベース１０２ｃから読み出した基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂをコードブック決定用情報として端末２０＿９へ通知する（動作Ｓ１２４ｂ）。
【０１４９】
端末２０＿９がコードブック決定用情報を受信すると、インデックス選択部２５４は、基地局１０＿９側の動作Ｓ１７１と同様に、上述したインデックス選択を実行する（動作Ｓ２７１）。続いて、サブセット抽出部２５１は、選択されたインデックスに従って、スーパーセットからサブセット（コードブック用プリコーディング行列群）を抽出する（動作Ｓ２７２）。続いて、制御部２０５は、基地局１０＿９側の動作Ｓ１２２およびＳ１２３と同様に、インデックス割当部２０３を制御してコードブックを生成し、コードブック記録部２０４に格納する（動作Ｓ２２２、Ｓ２２３）。
【０１５０】
こうして、基地局１０＿９のコードブック記憶部１０７に格納されたセル固有のコードブックと同じものが端末２０＿９のコードブック記録部２０４に格納される。コードブックが決定されると、このコードブックを用いて、端末２０＿９の制御部２０５はチャネル情報としてコードブックインデックス（ＰＭＩ）を基地局１０＿９へフィードバックする。セル固有のコードブックは、既に述べたように、ＰＭＩフィードバックサイズＮｆｂの条件を満たすように生成されている。
【０１５１】
９．４）効果
本発明の第９実施例によれば、セル環境に従ってスーパーセットからコードブック用プリコーディング行列のインデックスを選択し、選択されたインデックスのプリコーディング行列群からコードブックを生成するので、ビーム角レンジやビーム角間隔などの計算が不要となり、処理負荷を軽減することができる。さらに、セル環境を直接示す基地局高ｈ、セル半径ｄｃおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂを基地局から端末へ通知することで第５実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１５２】
１０．第１０実施例
本発明の第１０実施例によれば、それぞれ異なるセル環境に対応した複数のコードブックを予め用意しておき、基地局のセル環境に適したコードブック選択情報をコードブック決定用情報として端末に通知することで、当該基地局のセル環境を反映したコードブックを端末との間で共有する。以下、第１０実施例の構成および動作について説明する。
【０１５３】
１０．１）システム構成
図２８において、本発明の第１０実施例における基地局１０＿１０には、第１実施例と同様に、端末との通信を行うための通信部１０１、データベース１０２、コードブック記憶部１０７および制御部１０８が設けられ、データベース１０２にはセル半径ｄｃ、基地局高ｈおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂ[bit]のセル環境情報が格納されている。さらに、基地局１０＿１０には、コードブック生成手段として、コードブック選択部１６０とコードブック候補記憶部１６１とが設けられ、コードブック候補記憶部１６１には異なる複数のコードブックＣＢ＃１〜＃ｎが予め格納されている。複数のコードブックＣＢ＃１〜＃ｎは、上述した第１〜第４実施例で説明した手順（たとえば図５の動作Ｓ１１０〜Ｓ１２３）により、それぞれ異なるセルパラメータ（セル半径ｄｃ、基地局高ｈ）に対応して生成される。
【０１５４】
端末２０＿１０には、第１実施例と同様に、通信部２０１、コードブック記憶部２０４および制御部２０５が設けられ、さらに基地局１０＿１０と同じ複数のコードブック＃１〜＃ｎを格納したコードブック候補記憶部２６１が設けられている。
【０１５５】
１０．２）動作
図２９に示すように、コードブック選択部１６０は、データベース１０２からセル固有パラメータであるセル半径ｄｃおよび基地局高ｈを読み出し（動作Ｓ１８０）、当該セル固有パラメータを用いてコードブック候補記憶部１６１を検索し、一致したあるいは当該セル固有パラメータに最も類似したセルパラメータに対応するコードブックＣＢ＃ｉを選択する（動作Ｓ１８１）。選択されたコードブックＣＢ＃ｉはコードブック記憶部１０７に格納される（動作Ｓ１８２）。続いて、制御部１０８は、選択されたコードブック＃ｉを特定するコードブック選択情報をコードブック決定用情報として端末２０＿１０へ通知する（動作Ｓ１８３）。
【０１５６】
コードブック選択情報を受信すると、端末２０＿１０の制御部２０５は、当該コードブック選択情報により特定されるコードブックＣＢ＃ｉをコードブック候補記憶部２６１から読み出し、コードブック記憶部２０４に格納する（動作Ｓ２８０）。
【０１５７】
なお、コードブックの選択は基地局１０＿１０が設置されたときに実行され、配下の端末へ通知することができる。それ以降、一定周期で、もしくはセル環境やシステム要求が変更された時点でコードブックの再選択を行ってもよい。
【０１５８】
１０．３）効果
本発明の第１０実施例によれば、基地局のセル環境に合わせて複数のコードブックから適切な１つを選択することで、基地局および端末の処理負荷を軽減しつつ上述した第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１５９】
１１．第１１実施例
本発明の第１１実施例によれば、それぞれ異なるセル環境に対応した複数のスーパーセットを予め用意しておき、基地局のセル環境に適したスーパーセット選択情報とセル環境情報とをコードブック決定用情報として端末に通知することで、当該基地局のセル環境を反映したコードブックを端末との間で共有することもできる。なお、スーパーセットについては第５実施例で説明したとおりであり、また、選択されたスーパーセットを用いたコードブック決定手順は第５〜第９実施例で述べたとおりであるから、これらの説明は省略する。第１１実施例によるシステム構成の一例を図３０に示す。
【０１６０】
図３０において、本発明の第１１実施例における基地局１０＿１１には、第５実施例と同様に、端末との通信を行うための通信部１０１、データベース１０２、サブセット抽出部１５１，インデックス割当部１０６、コードブック記憶部１０７および制御部１０８が設けられ、データベース１０２にはセル半径ｄｃ、基地局高ｈおよびPMIフィードバックサイズＮｆｂ[bit]のセル環境情報が格納されている。さらに、基地局１０＿１１には、スーパーセット候補記憶部１７１およびスーパーセット選択部１７２が設けられ、スーパーセット候補記憶部１７１には異なる複数のスーパーセットＳＳ＃１〜ＳＳ＃ｎが予め格納されている。
【０１６１】
複数のスーパーセットＳＳ＃１〜ＳＳ＃ｎの各々は、図１３に示すテーブル構成を有し、スーパーセットＳＳ＃１〜ＳＳ＃ｎはそれぞれ異なるセル環境に対応して生成される。たとえば基地局が高層階に設置される場合、基地局周辺に多くのビルが林立している場合、あるいは周辺セルが密集している場合には、セルカバレッジ外へのビーム照射の回避あるいはセルカバレッジ内の限定された領域へのビーム照射を実現するために垂直方向のビーム角をある程度大きくするプリコーディング行列群のスーパーセットを用意する必要がある。また、垂直方向のビーム角を小さくするとセル間干渉が増大するので、これを回避できるビーム角の範囲にある端末のみにビームを照射するようなスーパーセットが必要になる場合もある。複数のスーパーセットＳＳ＃１〜ＳＳ＃ｎを用意することで、このような種々のセル環境あるいはセル環境の変化にも柔軟に対応することが可能となる。
【０１６２】
端末２０＿１１には、第５実施例と同様に、通信部２０１、サブセット抽出部２５１、インデックス割当部２０３、コードブック記憶部２０４および制御部２０５が設けられ、さらに基地局１０＿１１と同じ複数のスーパーセットＳＳ＃１〜ＳＳ＃ｎを格納したスーパーセット候補記憶部２７１が設けられている。
【０１６３】
１１．２）動作
図３１に示すように、スーパーセット選択部１７２は、データベース１０２からセル固有パラメータであるセル半径ｄｃおよび基地局高ｈを読み出し（動作Ｓ１８０）、当該セル固有パラメータを用いてスーパーセット候補記憶部１７１を検索し、一致したあるいは当該セル固有パラメータに最も類似したセルパラメータに対応するスーパーセットＳＳ＃ｉを選択する（動作Ｓ１９１）。以下、第５実施例における動作Ｓ１６１、Ｓ１２２およびＳ１２３（図１４参照）により生成されたコードブックがコードブック記憶部１０７に格納される。続いて、制御部１０８は、選択されたスーパーセットＳＳ＃ｉを特定するＳＳ選択情報および読み出されたセル固有パラメータ情報をコードブック決定用情報として端末２０＿１０へ通知する（動作Ｓ１９２）。
【０１６４】
ＳＳ選択情報およびセル固有パラメータ情報を受信すると、端末２０＿１０の制御部２０５は、ＳＳ選択情報により特定されるスーパーセットＳＳ＃ｉをスーパーセット候補記憶部２７１から読み出し、このスーパーセットＳＳ＃ｉを用いて第５実施例で述べた動作Ｓ２６１、Ｓ２２２およびＳ２２３を実行し、決定されたコードブックをコードブック記憶部２０４に格納する。
【０１６５】
１１．３）効果
本発明の第１１実施例によれば、基地局のセル環境に合わせて複数のスーパーセットから適切な１つを選択することで、より柔軟に環境に対応することが可能となる。
【０１６６】
１２．その他
上述した第１〜第１１実施例における基地局および端末には、それぞれの動作を制御するＣＰＵ(Central Processing Unit)あるいはコンピュータが設けられ、図示しないメモリに格納されたプログラムを実行することにより、それぞれの上記動作と同様の機能をソフトウエアで実現することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６７】
本発明は基地局および移動局からなる移動通信システムに適用可能である。
【符号の説明】
【０１６８】
１０、１０＿１〜１０＿１１  基地局
２０、２０＿１〜２０＿１１  端末
１０１  通信部
１０２  データベース
１０３  ビーム角レンジ計算部
１０４  ビーム角間隔計算部
１０５  プリコーディング行列計算部
１０６  インデックス割当部
１０７  コードブック記憶部
１０８  制御部
１５０  スーパーセット記憶部
１５１  サブセット抽出部
１５４  インデックス選択部
１６０  コードブック選択部
１６１  コードブック候補記憶部
１７１  スーパーセット候補記憶部
１７２  スーパーセット選択部
２０１  通信部
２０２  プリコーディング行列計算部
２０３  インデックス割当部
２０４  コードブック記憶部
２０５  制御部
２５０  スーパーセット記憶部
２５１  サブセット抽出部
２５４  インデックス選択部
２６１  コードブック候補記憶部
２７１  スーパーセット候補記憶部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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