CN103733553B - 无线通信系统、无线基站装置、用户终端以及无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

减少天线的设置空间，且无论小区内的用户终端的分布状态如何都增加系统容量。本发明的无线通信方法在无线基站装置中，基于所述小区内的用户终端的通信质量信息，从对天线元件的排列方向不均匀地预先设定的码簿中选择预编码矢量，将选择的预编码矢量乘以要对所述各天线元件供给的信号，将乘以了所述预编码矢量后的信号发送给用户终端，在所述用户终端中，接收来自所述无线基站装置的信号，从接收到的信号中取出参考信号而测定信道质量，将包含所测定的信道质量的通信质量反馈信号经由上行链路反馈给所述无线基站装置。

Description

无线通信系统、无线基站装置、用户终端以及无线通信方法
技术领域
本发明涉及下一代的无线通信系统、无线基站装置、用户终端以及无线通信方法。
背景技术
在UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)网络中，以频率利用效率的提高、数据速率的提高为目的，通过采用HSDPA(High SpeedDownlink Packet Access，高速下行链路分组接入)和HSUPA(High Speed Uplink PacketAccess，高速上行链路分组接入)，从而最大限度发挥基于W-CDMA(Wideband CodeDivision Multiple Access，宽带码分多址)的系统的特征。关于该UMTS网络，以进一步的高速数据速率、低延迟等为目的，正在研究长期演进(LTE:Long Term Evolution)。
第3代系统利用大致5MHz的固定频带，在下行线路中能够实现最大2Mbps左右的传输速率。另一方面，在LTE方式的系统中，利用1.4MHz～20MHz的可变频带，在下行线路中能够实现最大300Mbps以及在上行线路中能够实现75Mbps左右的传输速率。此外，在UMTS网络中，以进一步的宽带化以及高速化为目的，还研究LTE的后继的系统(例如，LTE-Advanced(LTE-A))。例如，在LTE-A中，预计将作为LTE标准的最大系统频带的20MHz扩展至100MHz左右。此外，在LTE-A中，预计将LTE标准的最大发送天线数的4天线扩展至8天线。
此外，在LTE方式的系统中，作为使用多个天线发送接收数据且提高数据速率(频率利用效率)的无线通信技术，提出了MIMO(Multi Input Multi Output，多输入多输出)系统(例如，参照非专利文献1)。在MIMO系统中，在发送接收机中准备多个发送/接收天线，从不同的发送天线同时发送不同的发送信息序列。另一方面，接收机侧利用在发送/接收天线之间产生不同的衰减变动的情况，分离和检测同时发送的信息序列，从而能够增大数据速率(频率利用效率)。
在LTE方式的系统中，规定了从不同的发送天线同时发送的发送信息序列全部属于同一个用户的单用户MIMO(SU-MIMO(单用户MIMO))传输以及属于不同的用户的多用户MIMO(MU-MIMO(多用户MIMO))传输。在这些SU-MIMO传输以及MU-MIMO传输中，从将在接收机侧应对发送机的天线设定的相位/振幅控制量(预编码矩阵(预编码权重或者预编码矢量))和与该预编码矩阵相对应的PMI(预编码矩阵指示符)决定了多个的码本中选择最合适的PMI，并将其作为信道信息(CSI：Channel State Information，信道状态信息)而反馈到发送机。在发送机侧，基于从接收机反馈的PMI，进行对于各发送天线的预编码，并发送发送信息序列。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:3GPP TR 25.913“Requirements for Evolved UTRA and EvolvedUTRAN”
发明内容
发明要解决的课题
在作为LTE的后继系统而讨论的LTE-A方式的系统中，讨论使用了8天线的MIMO传输。另一方面，被要求还要对应于在LTE方式的系统中采用的MIMO传输(例如，使用了2天线的SU-MIMO传输和使用了4天线的MU-MIMO传输等)。因此，在下一代无线通信系统的MIMO传输中，需要对应于所利用的天线数不同的多个通信类型。另一方面，在以LTE-A方式为代表的下一代无线通信系统中，讨论8天线的设置。从发送接收机的小型化的观点出发，还被要求减少这些天线的设置空间。
另一方面，在使用了将多个天线沿着水平方向并列设置的结构的天线装置的情况下，若对用户密集的小区进行MIMO传输，则认为根据用户终端的密集的程度(分布状态)而不能增加系统容量。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种能够减少天线的设置空间，且无论小区内的用户终端的分布状态如何都能够增加系统容量的无线通信系统、无线基站装置、用户终端以及无线通信方法。
用于解决课题的手段
本发明的无线通信系统包括形成小区的无线基站装置以及与所述无线基站装置进行无线连接的用户终端，其特征在于，所述无线基站装置包括：阵列天线，具有沿着一个方向排列的多个天线元件；选择部，基于从所述小区内的用户终端反馈的通信质量信息，从对所述天线元件的排列方向不均匀地预先设定的码簿中选择预编码矢量；预编码乘法部，将选择的预编码矢量乘以要对所述各天线元件供给的信号；以及发送部，将乘以了所述预编码矢量的信号发送给用户终端，所述用户终端包括：接收部，接收来自所述无线基站装置的信号；信道质量测定部，从接收到的信号中取出参考信号而测定信道质量；以及发送部，将包含所测定的信道质量的通信质量反馈信号经由上行链路反馈给所述无线基站装置。
本发明的无线基站装置是包括形成小区的无线基站装置以及与所述无线基站装置进行无线连接的用户终端的无线通信系统中的无线基站装置，其特征在于，所述无线基站装置包括：阵列天线，具有沿着一个方向排列的多个天线元件；选择部，基于所述小区内的用户终端的通信质量信息，从对所述天线元件的排列方向不均匀地预先设定的码簿中选择预编码矢量；预编码乘法部，将选择的预编码矢量乘以要对所述各天线元件供给的信号；以及发送部，将乘以了所述预编码矢量的信号发送给用户终端。
本发明的用户终端是包括形成小区的无线基站装置以及与所述无线基站装置进行无线连接的用户终端的无线通信系统中的用户终端，其特征在于，所述用户终端包括：接收部，接收在所述无线基站装置中基于所述小区内的用户终端的通信质量信息并使用对所述天线元件的排列方向不均匀地预先设定的码簿而从所述无线基站装置发送的信号；信道质量测定部，从接收到的信号中取出参考信号而测定信道质量；以及发送部，将包含所测定的信道质量的通信质量反馈信号经由上行链路反馈给所述无线基站装置。
本发明的无线通信方法是在包括形成小区的无线基站装置以及与所述无线基站装置进行无线连接的用户终端的无线通信系统中的无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法包括：在所述无线基站装置中，基于所述小区内的用户终端的通信质量信息，从对天线元件的排列方向不均匀地预先设定的码簿中选择预编码矢量的步骤；将选择的预编码矢量乘以要对所述各天线元件供给的信号的步骤；以及将乘以了所述预编码矢量后的信号发送给用户终端的步骤，在所述用户终端中，接收来自所述无线基站装置的信号的步骤；从接收到的信号中取出参考信号而测定信道质量的步骤；以及将包含所测定的信道质量的通信质量反馈信号经由上行链路反馈给所述无线基站装置的步骤。
发明效果
根据本发明，能够减少天线的设置空间，且无论小区内的用户终端的分布状态如何都能够增加系统容量。
附图说明
图1是用于说明由本发明的无线基站装置具有的阵列天线提供的N个通信类型的示意图。
图2是用于说明对于构成阵列天线的天线元件的权重控制的示意图。
图3是用于说明用于第一通信类型的权重控制的示意图。
图4是用于说明用于第二通信类型的权重控制的示意图。
图5是用于说明用于第三通信类型的权重控制的示意图。
图6是用于说明实施方式的无线通信系统中的权重控制的示意图。
图7是用于说明实施方式的无线通信系统中的多个预编码矢量的图。
图8是用于说明用户终端的分布状态的图。
图9是表示实施方式的无线通信系统的网络结构的图。
图10是表示实施方式的无线基站装置的结构的方框图。
图11是表示实施方式的移动台的结构的方框图。
具体实施方式
一般，在MIMO传输中使用的多个天线设置于无线基站装置中的相同的高度的位置。并且，在MIMO传输中，以位于各小区的用户终端的数据速率提高最多的方式选择预编码权重(以下，称为“权重”)，形成能够主要向水平方向设定指向性的发送波束。由于多个天线设置在相同的高度的位置，所以例如在LTE-A方式的系统中，最多需要8条天线的设置空间。另一方面，从减少多个天线的设置空间的观点出发，考虑采用能够主要沿着垂直方向设定指向性的发送波束。此时，不需要将多个天线设置于无线基站装置中的相同的高度的位置。因此，能够上下配置多个天线，能够减少天线的设置空间。
以下，说明本发明的一实施方式的无线通信系统的结构。
本实施方式的无线通信系统包括能够形成能够向垂直方向设定指向性的发送波束的无线基站装置(以下，称为“无线基站装置”)。该无线基站装置以N作为2以上的整数，包括由与N个通信类型分别对应而至少分为一个组的多个天线元件构成的阵列天线。以下，使用图1说明通过该无线基站装置具有的阵列天线提供的N个通信类型。图1是用于说明通过本实施方式的无线基站装置具有的阵列天线提供的N个通信类型的示意图。
如图1A所示，阵列天线10由沿着一个方向、例如垂直方向排列成1列的多个天线元件11构成(图1A中例示了16个天线元件11)。在本实施方式中，阵列天线10由将垂直偏振天线10a和水平偏振天线10b进行了组合的偏振天线构成。但是，本发明并不限定于偏振天线结构。图1B是单独表示了垂直偏振天线10a的概念图，图1C是单独表示了水平偏振天线10b的概念图。在应用偏振天线的情况下，各个天线元件11分别由垂直偏振元件11V和水平偏振元件11H的组构成。在以下的说明中，说明无线基站的阵列天线10垂直地站立设置的情况，但根据环境，阵列天线10也可以倾斜(包括横向)配置。
第一通信类型是如下类型：由构成阵列天线10的天线元件11的全体形成一个组A，由天线全体构成一个天线分支。第二通信类型是如下类型：将构成阵列天线10的天线元件11上下进行二分割，将天线元件11分为两个组B1、B2而构成两个天线分支。第三通信类型是如下类型：将构成阵列天线10的天线元件11上下进行四分割，将天线元件11分为四个组C1、C2、C3、C4而构成四个天线分支。在本实施方式中，例示了第一至第三通信类型(也可以称为天线分支数)，但也可以根据构成阵列天线10的天线元件11的垂直方向的分割数而适当地设定任意的数目的通信类型。此外，最大分支数可以根据天线元件11而适当地选择。
在第一至第三通信类型中，第一通信类型构成一个分支的天线长(天线元件数)最长。随着天线分支数增加，每一个分支的天线长缩短。一般，在使用阵列天线形成波束的情况下，随着每一个分支的天线元件数增多，天线增益增大且能够减小波束宽度。因此，由于第一通信类型由一个天线分支构成天线全体，所以能够形成面向小区边缘的尖锐的波束。
在阵列天线10中，对每个组乘以权重后的发送信号被输入到天线元件11。通过控制权重，能够由阵列天线10构成任意的天线分支。如图2所示，构成阵列天线10的16个天线元件11以最小天线分支单位(天线元件数＝4)被提供乘以相同的权重后的发送信号。图2表示能够合成两个发送信号S1、S2的结构，但最大合成数并不限定于此。例如，在提供8复用MIMO的情况下，优选能够合成4个发送信号S1、S2、S3、S4的结构(参照图5)。阵列天线10能够同时形成相当于发送信号数×构成分支数的数目的波束。
在第一通信类型中，如图3所示，阵列天线10对输入到构成一个组A的各天线元件11的发送信号S1乘以相同的权重W(例如，W11、W12、W13、W14＝1，1，1，1)。由此，能够形成高的天线增益且波束宽度小的一个波束。另外，图3中，为了便于说明，省略了输入到水平偏振天线10b的发送信号S1。由于由垂直偏振天线10a和水平偏振天线10b分别形成一个波束，所以形成两个波束作为阵列天线10。因此，第一通信类型能够提供2复用MIMO传输。若接收机支持2×2的MIMO传输，则能够实现2×2的MIMO传输。此外，若是1个天线结构的接收机，则能够实现基于2个天线的SFBC(Space-Frequency Block Coding，空频块编码)的空间频率发送分集。另外，SFBC在天线/频域中进行编码。
在第二通信类型中，如图4所示，阵列天线10对输入到构成组B1的天线元件11的发送信号S1乘以权重W(例如，W11、W12、W13、W14＝1，1，0，0)，且对输入到构成组B2的天线元件11的发送信号S2乘以权重W(例如，W21、W22、W23、W24＝0，0，1，1)。由此，能够通过对应于组B1以及B2的两个天线分支而形成波束1、波束2。另外，在图4中，为了便于说明，省略了输入到水平偏振天线10b的发送信号S1、S2。由于垂直偏振天线10a形成波束1、波束2，同时水平偏振天线10b形成波束1、波束2，所以阵列天线10合计能够并列地形成四个波束。通过将并列地形成的四个波束朝向小区内的同一区域，从而提供4复用MIMO传输。
在第三通信类型中，如图5所示，阵列天线10对输入到构成组C1的天线元件11的发送信号S1乘以权重W(例如，W11、W12、W13、W14＝1，0，0，0)，且对输入到构成组C2的天线元件11的发送信号S2乘以权重W(例如，W21、W22、W23、W24＝0，1，0，0)。此外，阵列天线10对输入到构成组C3的天线元件11的发送信号S3乘以权重W(例如，W31、W32、W33、W34＝0，0，1，0)，且对输入到构成组C4的天线元件11的发送信号S4乘以权重W(例如，W41、W42、W43、W44＝0，0，0，1)。由此，能够通过与组C1～C4对应的四个天线分支形成波束1～波束4。另外，在图5中，为了便于说明，省略了输入到水平偏振天线10b的发送信号S1～S4。由于垂直偏振天线10a形成4波束，同时水平偏振天线10b形成4波束，所以阵列天线10合计能够并列地形成8个波束。通过将并列地形成的8个波束朝向小区内的同一区域，从而提供8复用MIMO传输。
在本实施方式的无线通信系统中，通过控制对于输入到天线元件11的发送信号的权重，能够将阵列天线10分割为一个或者多个组。由此，能够切换期望的通信类型而对用户终端UE进行信号发送。
接着，说明本实施方式的无线通信系统中的信令。LTE方式以及LTE-A方式的系统作为下行参考信号，规定CRS(Cell-specific Reference Signal，小区专用参考信号)、CSI-RS(Channel State Information-Reference Signal，信道状态信息参考信号)、用户固有的DM-RS(Demodulation-Reference Signal，解调参考信号)等。CRS在全部的下行链路子帧中被发送，横跨下行链路的频带全体而配置。CRS用于下行链路的同步检波用的信道估计。CSI-RS是信道信息测定用的参考信号，用于CSI(CQI、PMI、秩数)的测定。用户固有的DM-RS通过分配给对于个别的用户终端UE的下行共享信道(DL-SCH)传输的资源块被发送。用户固有的DM-RS是能够在下行共享信道的同步检波用信道估计中使用的用户固有的解调用的参考信号。
此外，LTE方式以及LTE-A方式的系统规定用于发送在检测用户终端UE应连接的小区的小区搜索中使用的同步信号(SS)、在小区搜索后需要的系统信息(SIB(SystemInformation Block，系统信息块)，MIB(Master Information Block，主信息块))的物理广播信道(PBCH)。此外，LTE方式以及LTE-A方式的系统用于下行控制信号的发送而规定PDCCH(Physical Downlink Control Channel，物理下行链路控制信道)，用于上行控制信号的发送而规定PUCCH(Physical Uplink Control Channel，物理上行链路控制信道)。此外，LTE方式以及LTE-A方式的系统用于下行的数据(包括一部分控制信号)发送而规定PDSCH(Physical Uplink Control Channel，物理上行链路控制信道)，用于上行的数据(包括一部分控制信号)发送而规定PUSCH(Physical Uplink Shared Channel，物理上行链路共享信道)。
构成本实施方式的无线通信系统的无线基站装置根据要对这样的用户终端UE发送的信号的类别、以及用户终端UE的功能，切换通信类型。关于在切换通信类型时判定的用户终端UE的功能，例如，对应用户终端UE是否为对应于Release8(Rel.8)、Release9(Rel.9)、Release10(Rel.10)或者Release11(Rel.11)的LTE的终端等。
例如，无线基站装置通过第一通信类型，发送面向对应于Rel.8、Rel.9、Rel.10或者Rel.11的LTE的用户终端的CRS和PDCCH、以及、MIB/SIB/寻呼信息。由于期望小区连接的用户终端UE必须要接收同步信号(SS)以及物理广播信道(PBCH)，所以同步信号(SS)以及物理广播信道(PBCH)被要求覆盖区域内的全部。因此，无线基站装置通过对应于通信类型1的波束来发送这些信号。此外，无线基站装置通过第一通信类型，发送面向对应于Rel.8的LTE且支持2×2的MIMO传输的用户终端的PDSCH。
此外，无线基站装置通过第二通信类型，发送面向对应于Rel.10的LTE且支持传输模式9的用户终端的、对应于四个天线端口的CSI-RS。此外，无线基站装置通过第二通信类型，发送面向对应于Rel.10的LTE且支持传输模式9的用户终端的PDSCH以及DM-RS。
此外，无线基站装置通过第三通信类型，发送面向例如对应于Rel.10的LTE且支持8×8的MIMO传输的用户终端的、对应于8个天线端口的CSI-RS。此外，无线基站装置通过第三通信类型，发送面向对应于Rel.10的LTE且支持传输模式9的用户终端的PDSCH以及DM-RS。
在使用了具有相同的元件指向性的阵列的现有的系统(能够形成能够向水平方向设定指向性的多个发送波束的无线基站装置)中，码簿一般由将空间内均匀地分割为多个(例如，M个)的预编码矢量(预编码权重)构成(3GPP TS36.211ver10.1.0 6.3.4.2.3)。从码簿CODEVOOKV[0,1,...,M-1]中选择各自的预编码矢量而进行预编码的处理能够与使用M种指向性波束与用户终端进行通信的情况相关联而考虑。此时，用户终端选择适合各自的预编码矢量。此时，使用不同的预编码矢量进行通信的用户终端之间，由于指向性波束(发送波束)不同，所以不易受到信号的干扰。即，使用不同的预编码矢量进行通信的用户终端越多，不同的用户终端间在空间上越能够复用数据，所以系统的容量增加。
但是，在使用了垂直方向的阵列天线结构的情况下(使用了能够形成可进行垂直扇区化的多个发送波束的无线基站装置的情况下)，因用户终端在接受服务的区域(小区)内具有偏差而存在，所以选择相同的预编码矢量的概率提高，将上述空间内均匀地分割为多个(例如，M个)的码簿并不最适合。本发明人为了解决这个问题而提出的新的码簿。这个提案通过使用包含对天线元件的排列方向不均匀地设定的预编码矢量的码簿而增加系统容量。这样，能够增加用户终端的密度大的地点的预编码矢量的密度，空间上能够复用数据的效率提高。其中，对天线元件的排列方向不均匀地设定预编码矢量是，使用通过考虑了用户终端的分布的偏差等的角度间隔而不是一定角度间隔来选择与预编码矢量对应的发送波束相对于天线元件的排列方向的角度的预编码矢量。
在本发明中，在包含阵列天线的无线通信系统中，设定将相位/振幅控制量(预编码矩阵)和与该预编码矩阵相关联的PMI(Precoding Matrix Indicator，预编码矩阵指示符)决定了多个的码簿。该码簿考虑了用户终端的分布的偏差，设定为根据小区内的用户终端的分布的状态而对每个无线基站装置不同。
另外，小区内的用户终端的分布状态是在小区设计时预先假设或者预测而求出。基于这样求出的分布状态而决定码簿。即，预先预测用户终端的分布状态而决定一个分布状态，决定对应于该分布状态的码簿。
此时，作为考虑了覆盖区域(小区)内的用户终端的分布的偏差的具体的码簿，考虑如以下的码簿。该码簿中的预编码矢量被设定为以用户终端的密度的倒数成为均一。
在将ρ(L)设为对应于离无线基站装置的距离的用户终端的分布函数、将L[m]设为离无线基站装置的距离时，成为如下。
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])))
这里，如图6所示，h是无线基站装置的高度，d是分支间隔，α是面向用户终端UE的发送波束相对于水平方向的倾斜角，N是分支数。此外，θ是面向小区边缘的发送波束相对于水平方向的倾斜角。
作为具体的小区内的用户终端的分布状态，例如举出如图7A所示，用户终端根据离无线基站装置的距离而均一地分布的情况(均等)以及如图7B所示，用户终端根据离无线基站装置的距离而以平方倍分布的情况(小区边缘密)。例如，在如图7B所示的分布状态的情况下，码簿由对天线元件的排列方向不均匀地设定的多个预编码矢量构成。
这样的情况下的码簿(预编码矢量组)成为如下。
(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]))
(在用户终端根据离无线基站装置的距离而均一地分布的情况下：图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]))
(在用户终端根据离无线基站装置的距离而以平方倍分布的情况下：图7B)
如图8所示，这样的多个预编码矢量根据离无线基站装置的距离而分别设定为适当的预编码矢量。例如，在图8中，对离无线基站装置最近的用户终端UE#1设定最适合的预编码矢量PV#1，对离无线基站装置第二近的用户终端UE#2设定最适合的预编码矢量PV#2。并且，同样地，对离无线基站装置接着近的用户终端UE#3～UE#10分别设定最适合的预编码矢量PV#3～PV#10。另外，对预编码矢量数M没有特别的限制。例如，也可以如下决定预编码矢量数M，即根据无线基站装置的天线的指向性的波束宽度，对对应于相邻的预编码矢量的区域趋向于零。
小区内的用户终端的分布状态也可以使用上行链路信号求出。例如，在使用上行链路信号求出分布状态的情况下，例如使用如下的距离和角度求出：使用各用户终端的上行链路信号(PUCCH(Physical Uplink Control Channel，物理上行链路控制信道)或者PUSCH(Physical Uplink Shard Channel，物理上行链路共享信道))的信号而估计的离无线基站装置的距离、使用上行信号(PUCCH或者PUSCH)而估计的从无线基站装置对于用户终端的角度、获取另外在用户终端中通过GPS等而估计的位置信息并根据通过上行信号(PUCCH或者PUSCH)获取的位置信息得出该的位置信息的离无线基站装置的距离、使用信号的延迟时间等的方法而估计的离无线基站装置的距离。
说明使用了这样设定的码簿的预编码矢量的选择。如上所述，在无线基站装置以及用户终端中具有这些码簿。此外，该码簿是考虑了用户终端的分布的偏差的码簿，且在将ρ(L)设为对应于离无线基站装置的距离的用户终端的分布函数、将L[m]设为离无线基站装置的距离时，由如以下式表示的M个预编码矢量构成。
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])))
首先，用户终端基于从无线基站装置送来的参考信号(CRS(Cell-specificReference Signal，小区专用参考信号)、CSI-RS(Channel State Information-ReferenceSignal，信道状态信息参考信号))而算出SIR(Signal to Interference Ratio，信干比)以及信道矩阵的估计值H’。CQI(Channel Quality Indicator，信道质量指示符)以及RI(RankIndicator，秩指示符)基于H’和SIR、RSRQ等的通信质量信息而被选择为块错误率不超过规定的误码率。PMI(Precoding Matrix Indicator，预编码矩阵指示符)从将相位/振幅控制量(预编码矩阵)和与该预编码矩阵相关联的PMI决定了多个的M个预编码矢量(上述多个预编码矢量)中选择最接近H’的预编码矢量。用户终端将这些通信质量信息CSI(CQI、PMI、RI)通知到无线基站装置。
接着，无线基站装置基于从用户终端通知的通信质量信息CSI，随时更新用于发送该用户终端的数据信号(PDSCH(Physical Downlink Shard Channel，物理下行链路共享信道))的资源分配、以及MIMO传输的层数和预编码的设定、编码率等，并对数据信号(PDSCH)赋予参考信号(DM-RS(Demodulation-Reference Signal，解调参考信号))而与该信息一同发送。因此，在无线基站装置中，从用户终端反馈的CSI信息中提取PMI，基于该PMI，从基于小区内的用户终端的分布状态而预先设定的码簿中选择最合适的预编码矢量。
或者，在无线基站装置中，也可以在没有来自用户终端的信令的状态下，使用上行链路信号的RSRP(Reference Signal Received Power，参考信号接收功率)、RSRQ(Reference Signal Received Quality，参考信号接收质量)、SINR(Signal toInterference plus Noise Ratio，信号对干扰加噪声比)等通信质量信息，从基于小区内的用户终端的分布状态而预先设定的码簿中选择最合适的预编码矢量。
接着，无线基站装置随时更新用于发送用户终端的数据信号(PDSCH)的资源分配、MIMO传输的层数和预编码的设定、编码率等，并反映到天线装置。并且，无线基站装置使用所选择的预编码矢量对数据信号(PDSCH)赋予参考信号(DM-RS)而与这些信息一同发送。
由此，由于设定考虑了在服务区域内的用户终端的偏差的码簿，并基于用户终端的通信质量信息而选择预编码矢量，所以系统的容量增加。
在无线基站装置中进行MIMO发送的情况下，生成预编码矢量。该预编码矢量对每个资源元素(RE)相乘。因此，通过改变发送系统信息(SS(Synchronized Signal，同步信号)、PBCH(Primary Broadcast Channel，主广播信道))和参考信号(CRS、CSI-RS)时的预编码矢量以及发送控制信号(PDCCH、PCFICH(Physical Control Format IndicatorChannel，物理控制格式指示信道)、PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel，物理混合ARQ指示信道))时的预编码矢量，能够改变各信号的发送区域。
例如，CRS、CSI-RS、PDCCH使用exp(2πd·j·cos(θ+π/2)·[0,1,2,…,N-1])的码簿的预编码矢量，DM-RS、PDSCH能够使用CSI-RS在用户终端侧选择PMI，使用通过被通知的该PMI而选择的码簿的预编码矢量。
在上述说明中，说明了只使用垂直方向的码簿CODEBOOKV的情况，但本发明并不限定于此，也可以考虑用户终端的分布状态，将现有的水平方向的码簿CODEBOOKH和垂直方向的码簿CODEBOOKV进行组合而使用新的码簿CODEBOOK3D。
CODEBOOK3D[0,1,...,M×P-1]
＝CODEBOOKV[0,1,...,M-1]×CODEBOOKH[0,1,...,P-1]
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。这里，说明使用对应于LTE-A系统的无线基站装置以及移动台装置的情况。
参照图9，说明具有作为本发明的一实施方式的用户终端的移动台装置(以下，称为“移动台”)100以及无线基站装置(eNodeB)200的无线通信系统1。图9是用于说明具有本发明的一实施方式的用户100以及无线基站装置200的无线通信系统1的结构的图。另外，图9所示的无线通信系统1是例如包含LTE系统或者超(SUPER)3G的系统。此外，该移动通信系统1既可以被称为IMT-Advanced，也可以被称为4G。
如图9所示，无线通信系统1包括无线基站装置200以及与该无线基站装置200进行通信的多个移动台100(1001、1002、1003、···100n，n为n＞0的整数)而构成。无线基站装置200与上位站装置300连接，该上位站装置300与核心网络400连接。用户终端100在小区500中能够与无线基站装置200进行通信。另外，在上位站装置300中例如包括接入网关装置、无线网络控制器(RNC)、移动性管理实体(MME)等，但并不限定于此。
由于各移动台(1001、1002、1003、···100n)具有相同的结构、功能、状态，所以在以下，只要没有特殊的说明则作为移动台100进行说明。此外，为了便于说明，作为与无线基站装置200进行无线通信的是移动台100进行说明，但更一般地也可以是既包括移动终端装置也包括固定终端装置的用户装置(UE：User Equipment)。
在无线通信系统1中，作为无线接入方式，对下行链路应用OFDMA(正交频分多址)，对上行链路应用SC-FDMA(单载波频分多址)。OFDMA是将频带分割为多个窄的频带(副载波)，在各副载波中映射数据而进行通信的多载波传输方式。SC-FDMA是将系统频带按每个终端分割为由一个或者连续的资源块构成的频带，多个终端互相使用不同的频带，从而降低终端之间的干扰的单载波传输方式。
这里，说明LTE系统中的通信信道。关于下行链路，使用在各移动台10中共享的PDSCH和下行L1/L2控制信道(PDCCH、PCFICH、PHICH)。通过该PDSCH，传输用户数据、即通常的数据信号。发送数据包含在该用户数据中。另外，在无线基站装置200中对移动台100分配的分量载波(CC)和调度信息通过L1/L2控制信道通知到移动台100。
关于上行链路，使用在各移动台100中共享使用的PUSCH(Physical UplinkShared Channel，物理上行链路共享信道)和作为上行链路的控制信道的PUCCH(PhysicalUplink Control Channel，物理上行链路控制信道)。通过该PUSCH，传输用户数据。此外，通过PUCCH，传输下行链路的无线质量信息(CQI：Channel Quality Indicator)等。
图10是表示本实施方式的无线基站装置200的结构的方框图。图11是表示本实施方式的移动台100的结构的方框图。另外，图10以及图11所示的无线基站装置200以及移动台100的结构是为了说明本发明而简化的，设为分别具有通常的无线基站装置以及移动台具有的结构。
在图10所示的无线基站装置200中，未图示的调度器基于从后述的信道估计部215#1～215#K提供的信道估计值，决定要进行复用的用户数(复用用户数)。然后，决定对于各用户的上下行链路的资源分配内容(调度信息)，将对于用户#1～#K的发送数据#1～#K送到对应的信道编码部201#1～201#K。
发送数据#1～#K在信道编码部201#1～201#K中进行信道编码之后，被输出到数据调制部202#1～202#K，进行数据调制。此时，信道编码以及数据调制基于从后述的MIMO切换部221#1～221#K提供的信道编码率以及调制方式而进行。在数据调制部202#1～202#K中进行了数据调制的发送数据#1～#K在未图示的离散傅里叶变换部中进行傅里叶反变换，从时序的信号变换为频域的信号并输出到副载波映射部203。
在副载波映射部203中，根据从后述的资源分配控制部220提供的资源分配信息，将发送数据#1～#K映射到副载波。此时，副载波映射部203将从未图示的参考信号生成部输入的参考信号#1～#K、从广播信息生成部以及系统信息生成部输入的广播信息以及系统信息，与发送数据#1～#K一同映射(复用)到副载波。这样映射到副载波的发送数据#1～#K输出到预编码乘法部204#1～204#K。
预编码乘法部204#1～204#K基于从后述的预编码矢量生成部219提供的预编码矢量，按每个天线TX#1～TX#N对发送数据#1～#K进行相位和/或振幅偏移(基于预编码对天线TX#1～天线TX#N进行加权)。通过预编码乘法部204#1～204#K进行了相位和/或振幅偏移的发送数据#1～#K输出到多路器(MUX)205。另外，该预编码矢量是从考虑小区内的用户终端的分布状态而预先设定的码簿中选择的。
在多路器(MUX)205中，对进行了相位和/或振幅偏移的发送数据#1～#K进行合成，生成每个天线TX#1～TX#N的发送信号。通过多路器(MUX)205生成的发送信号在快速傅里叶反变换部(IFFT部)206#1～206#N中进行快速傅里叶反变换而从频域的信号变换为时域的信号。然后，在循环前缀(CP)附加部207#1～207#N中附加CP之后，输出到RF发送电路208#1～208#N。然后，在RF发送电路208#1～208#N中实施变换为无线频带的频率变换处理之后，经由双工器(Duplexer)209#1～209#N而输出到天线TX#1～TX#N，从天线TX#1～TX#N通过下行链路送到移动台100。
另一方面，通过天线TX#1～TX#N接收从移动台100通过上行链路送出的发送信号，在双工器(Duplexer)209#1～209#N中电分离为发送路径和接收路径之后，输出到RF接收电路210#1～210#N。然后，在RF接收电路210#1～210#N中，实施从无线频率信号变换为基带信号的频率变换处理。实施了频率变换处理的基带信号在CP除去部211#1～211#N中除去CP之后，输出到快速傅里叶变换部(FFT部)212#1～212#N。接收定时估计部213根据在接收信号中包含的参考信号而估计接收定时，并将该估计结果通知给CP除去部211#1～211#N。FFT部212#1～212#N对被输入的接收信号实施傅里叶变换，从时序的信号变换为频域的信号。这些变换为频域的信号的接收信号输出到数据信道信号分离部214#1～214#K。
数据信道信号分离部214#1～214#K通过例如最小均方差(MMSE：Minimum MeanSquared Error)或最大似然检测(MLD：Maximum Likelihood Detection)信号分离法，分离从FFT部212#1～212#N输入的接收信号。由此，从移动台100到来的接收信号分离为有关用户#1～用户#K的接收信号。信道估计部215#1～215#K根据在数据信道信号分离部214#1～214#K中分离的接收信号中包含的参考信号来估计信道状态，并将估计的信道状态通知到控制信道解调部216#1～216#K。
通过数据信道信号分离部214#1～214#K分离的有关用户#1～用户#K的接收信号在未图示的副载波解映射部中进行解映射而回到时序的信号之后，在数据解调部217#1～217#K中进行数据解调。然后，通过在未图示的信道解码部#1～#K中实施信道解码处理而获得接收数据。
控制信道解调部216#1～216#K对在通过数据信道信号分离部214#1～214#K分离的接收信号中包含的控制信道信号(例如，PDCCH)进行解调。此时，在控制信道解调部216#1～216#K中，基于从信道估计部215#1～215#K通知的信道状态，分别解调对应于用户#1～用户#K的控制信道信号。通过控制信道解调部216#1～216#K解调的各控制信道信号输出到CSI信息更新部218#1～218#K。
CSI信息更新部218#1～218#K提取在从控制信道解调部216#1～216#K输入的各控制信道信号(例如，PUCCH)中包含的信道状态信息(CSI)，始终将CSI更新为最新的状态。例如，在CSI中，包含PMI、RI以及CQI。在CSI信息更新部218#1～218#K中更新的CSI分别输出到预编码矢量生成部219、资源分配控制部220、MIMO切换部221#1～221#K以及码簿选择部222。
码簿选择部222从来自CSI信息更新部218#1～218#K的CSI信息中提取PMI，并基于该PMI，选择在天线元件的排列方向不均匀地设定的码簿中的M种预编码矢量中的最合适的预编码矢量。另外，在将ρ(L)设为对应于离无线基站装置的距离的用户终端的分布函数、将L[m]设为离无线基站装置的距离时，预先设定的对天线元件的排列方向不均匀地设定的码簿通过以下的式求出(设定为以用户终端的密度的倒数成为均一)。
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])))
其中，h是无线基站装置的高度，d是分支间隔，α是面向用户终端UE的发送波束相对于水平方向的倾斜角，N是分支数。
此外，对应于离无线基站装置的距离的用户终端的分布函数ρ(L)例如能够通过如下的距离和角度求出：使用各用户终端的上行链路信号(PUCCH或者PUSCH)的信号而估计的离无线基站装置的距离、使用上行信号(PUCCH或者PUSCH)而估计的从无线基站装置对于用户终端的角度、获取另外在用户终端中通过GPS等而估计的位置信息并根据通过上行信号(PUCCH或者PUSCH)获取的位置信息得出该位置信息的离无线基站装置的距离、使用信号的延迟时间等的方法而估计的离无线基站装置的距离。
预编码矢量生成部219基于从CSI信息更新部218#1～218#K输入的CSI，生成表示对于发送数据#1～#K的相位和/或振幅偏移量的预编码矢量。该预编码矢量根据在码簿选择部222中选择的码簿生成。生成的各预编码矢量输出到预编码乘法部204#1～204#K，用于发送数据#1～发送数据#K的预编码。
资源分配控制部220基于从CSI信息更新部218#1～218#K输入的CSI，决定对各用户分配的资源分配信息。通过资源分配控制部220决定的资源分配信息输出到副载波映射部203，用于发送数据#1～发送数据#K的映射。
MIMO切换部221#1～221#K基于从CSI信息更新部218#1～218#K输入的CSI，选择用于发送数据#1～发送数据#K的MIMO传输方式。然后，决定对于与选择的MIMO传输方式对应的发送数据#1～发送数据#K的信道编码率以及调制方式。决定的信道编码率分别输出到信道编码部201#1～201#K，决定的调制方式分别输出到数据调制部202#1～202#K。
另一方面，在图11所示的移动台100中，通过天线RX#1～RX#N接收从无线基站装置200送出的发送信号，在双工器(Duplexer)101#1～101#N中电分离为发送路径和接收路径之后，输出到RF接收电路102#1～102#N。然后，在RF接收电路102#1～102#N中，实施从无线频率信号变换为基带信号的频率变换处理。实施了频率变换处理的基带信号在循环前缀(CP)除去部103#1～103#N中除去CP之后，输出到快速傅里叶变换部(FFT部)104#1～104#N。接收定时估计部105根据在接收信号中包含的参考信号来估计接收定时，并将该估计结果通知到CP除去部103#1～103#N。FFT部104#1～104#N对输入的接收信号实施傅里叶变换，从时序的信号变换为频域的信号。变换为频域的信号的接收信号输出到数据信道信号分离部106。
数据信道信号分离部106通过例如最小均方差(MMSE：Minimum Mean SquaredError)或最大似然检测(MLD：Maximum Likelihood Detection)信号分离法，分离从FFT部104#1～104#N输入的接收信号。由此，从无线基站装置200到来的接收信号分离为有关用户#1～用户#K的接收信号，被提取有关移动台100的用户(这里，设为用户K)的接收信号。信道估计部107根据在通过数据信道信号分离部106分离的接收信号中包含的参考信号来估计信道状态，并将估计的信道状态通知给控制信道解调部108。
通过数据信道信号分离部106分离的有关用户#K的接收信号通过未图示的副载波解映射部进行解映射而回到时序的信号之后，在数据解调部109中解调。然后，通过在未图示的信道解码部中实施信道解码处理，从而获得接收数据。
控制信道解调部108解调在通过数据信道信号分离部106分离的接收信号中包含的控制信道信号(例如，PDCCH)。此时，在控制信道解调部108中，基于从信道估计部107通知的信道状态，解调对应于用户#K的控制信道信号。通过控制信道解调部108解调的各控制信道信号输出到信道质量测定部110。
信道质量测定部110基于从控制信道解调部108输入的控制信道信号，测定信道质量(CQI)。此外，信道质量测定部110基于测定的CQI，选择PMI以及RI。此时，基于小区内的用户终端的分布状态而从预先设定的码簿中选择PMI。并且，将CQI、PMI以及RI通知给CSI反馈信号生成部111以及MIMO切换部112。
在CSI反馈信号生成部111中，生成要对无线基站装置200进行反馈的CSI反馈信号(例如，PUCCH)。此时，在CSI反馈信号中，包含从信道质量测定部110通知的CQI、PMI以及RI。在CSI反馈信号生成部111中生成的CSI反馈信号输出到多路器(MUX)113。
MIMO切换部112基于从信道质量测定部110输入的CQI、PMI以及RI，选择用于发送数据#K的MIMO传输方式。然后，决定与选择的MIMO传输方式对应的对于发送数据#K的信道编码率以及调制方式。决定的信道编码率分别输出到信道编码部114，决定的调制方式分别输出到数据调制部115。
另一方面，从上位层送出的有关用户#K的发送数据#K通过信道编码部114进行信道编码之后，在数据调制部115中进行数据调制。在数据调制部115中进行了数据调制的发送数据#K通过未图示的串并行变换部从时序的信号变换为频域的信号之后输出到副载波映射部116。
在副载波映射部116中，根据从无线基站装置200指示的调度信息，将发送数据#K映射到副载波。此时，副载波映射部116将通过未图示的参考信号生成部生成的参考信号#K与发送数据#K一同映射(复用)到副载波。这样映射到副载波的发送数据#K输出到预编码乘法部117。
预编码乘法部117按每个天线RX#1～RX#N对发送数据#K进行相位和/或振幅偏移。此时，预编码乘法部117根据与由控制信道解调部108进行了解调的控制信道信号所指定的PMI对应的预编码矢量，进行相位和/或振幅偏移。通过预编码乘法部117进行了相位和/或振幅偏移的发送数据#K输出到多路器(MUX)113。
在多路器(MUX)113中，合成进行了相位和/或振幅偏移的发送数据#K和CSI反馈信号生成部111生成的控制信号，生成每个天线RX#1～RX#N的发送信号。由多路器(MUX)113生成的发送信号在快速傅里叶反变换部(IFFT部)118#1～118#N中进行快速傅里叶反变换而从频域的信号变换为时域的信号之后，在CP附加部119#1～119#N中附加CP并输出到RF发送电路120#1～120#N。然后，在RF发送电路120#1～120#N中实施变换为无线频带的频率变换处理之后，经由双工器(Duplexer)101#1～101#N输出到天线RX#1～RX#N，从天线RX#1～RX#N通过上行链路送到无线基站装置200。
在包括形成这样的小区的无线基站装置以及与该无线基站装置进行无线连接的用户终端的无线通信系统中的无线通信方法中，在无线基站装置中，使用上行链路信号，基于所述小区内的用户终端的分布状态，从预先设定的码簿中选择预编码矢量，并将选择的预编码矢量乘以要对所述各天线元件提供的信号。然后，乘以了预编码矢量的信号发送到用户终端。
在用户终端中，接收来自无线基站装置的波束，从接收到的波束中取出参考信号而测定信道质量，并将包含所测定的信道质量的通信质量反馈信号经由上行链路反馈给所述无线基站装置。
由此，由于设定考虑了在服务区域内的用户终端的偏差的码簿，基于从用户终端反馈的通信质量信息或者在无线基站装置中根据上行链路信号求出的通信质量信息，选择码簿内的预编码矢量，所以系统的容量增加。
以上，使用上述的实施方式详细说明了本发明，但对于本领域的技术人员来说，本发明并不限定于在本说明书中说明的实施方式是清楚的。例如，在上述的实施方式中，用户数和装置中的处理部数并不限定于此，也可以根据装置结构而适当变更。此外，本发明能够作为修改以及变更方式来实施，而不会脱离由权利要求书所确定的本发明的意旨以及范围。因此，本说明书的记载以例示说明为目的，对本发明不具有任何限制性的含义。
本申请基于在2011年8月15日申请的特愿2011－177605。将其内容全部包含于此。

Claims (8)

1.一种无线通信系统，包括形成小区的无线基站装置以及与所述无线基站装置进行无线连接的用户终端，其特征在于，所述无线基站装置包括：
阵列天线，具有沿着一个方向排列的多个天线元件；
选择部，基于从所述小区内的用户终端反馈的通信质量信息，从由对所述天线元件的排列方向不均匀地预先设定的预编码矢量构成的码簿中选择预编码矢量，其中，与预编码矢量对应的发送波束相对于天线元件的排列方向的角度，设为考虑了用户终端的分布的偏差的角度间隔；
预编码乘法部，将选择的预编码矢量乘以要对各所述天线元件供给的信号；以及
发送部，将乘以了所述预编码矢量后的信号发送给用户终端，
所述用户终端包括：
接收部，接收来自所述无线基站装置的信号；
信道质量测定部，从接收到的信号中取出参考信号而测定信道质量；以及
发送部，将包含所测定的信道质量的通信质量反馈信号经由上行链路反馈到所述无线基站装置。
2.如权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，
所述码簿由使用户终端的密度的倒数成为均匀的预编码矢量构成。
3.如权利要求1或2所述的无线通信系统，其特征在于，
在将ρ(L)设为对应于离无线基站装置的距离的用户终端的分布函数，将L[m]设为离无线基站装置的距离时，所述码簿由通过以下的式求出的预编码矢量构成：
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])))
其中，h是无线基站装置的高度，d是作为多个天线元件组的分支的间隔，α是用户终端UE的发送波束相对于水平方向面向的倾斜角，N是分支数。
4.如权利要求3所述的无线通信系统，其特征在于，
在用户终端根据离无线基站装置的距离而均一地分布的情况下，所述码簿由通过以下的式求出的预编码矢量构成：
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]))。
5.如权利要求3所述的无线通信系统，其特征在于，
在用户终端根据离无线基站装置的距离而以平方倍分布的情况下，所述码簿由通过以下的式求出的预编码矢量构成：
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]))。
6.一种无线基站装置，是包括形成小区的无线基站装置以及与所述无线基站装置进行无线连接的用户终端的无线通信系统中的无线基站装置，其特征在于，所述无线基站装置包括：
阵列天线，具有沿着一个方向排列的多个天线元件；
选择部，基于所述小区内的用户终端的通信质量信息，从由对所述天线元件的排列方向不均匀地预先设定的预编码矢量构成的码簿中选择预编码矢量，其中，与预编码矢量对应的发送波束相对于天线元件的排列方向的角度，设为考虑了用户终端的分布的偏差的角度间隔；
预编码乘法部，将选择的预编码矢量乘以要对各所述天线元件供给的信号；以及
发送部，将乘以了所述预编码矢量后的信号发送给用户终端。
7.一种用户终端，是包括形成小区的无线基站装置以及与所述无线基站装置进行无线连接的用户终端的无线通信系统中的用户终端，其特征在于，所述用户终端包括：
接收部，接收在所述无线基站装置中基于所述小区内的用户终端的通信质量信息并使用由对天线元件的排列方向不均匀地预先设定的预编码矢量构成的码簿而从所述无线基站装置发送的信号，其中，与预编码矢量对应的发送波束相对于天线元件的排列方向的角度，设为考虑了用户终端的分布的偏差的角度间隔；
信道质量测定部，从接收到的信号中取出参考信号而测定信道质量；以及
发送部，将包含所测定的信道质量的通信质量反馈信号经由上行链路反馈到所述无线基站装置。
8.一种无线通信方法，是在包括形成小区的无线基站装置以及与所述无线基站装置进行无线连接的用户终端的无线通信系统中的无线通信方法，其特征在于，所述无线通信方法包括：
在所述无线基站装置中，基于所述小区内的用户终端的通信质量信息，从由对天线元件的排列方向不均匀地预先设定的预编码矢量构成的码簿中选择预编码矢量的步骤，其中，与预编码矢量对应的发送波束相对于天线元件的排列方向的角度，设为考虑了用户终端的分布的偏差的角度间隔；将选择的预编码矢量乘以要对各所述天线元件供给的信号的步骤；以及将乘以了所述预编码矢量后的信号发送给用户终端的步骤，
在所述用户终端中，接收来自所述无线基站装置的信号的步骤；从接收到的信号中取出参考信号而测定信道质量的步骤；以及将包含所测定的信道质量的通信质量反馈信号经由上行链路反馈给所述无线基站装置的步骤。
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