WO2013024853A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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signal
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井上　祐樹
哲士 阿部
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Definitions

  • the present invention relates to a next generation radio communication system, a radio base station apparatus, a user terminal, and a radio communication method.
  • UMTS Universal Mobile Telecommunications System
  • WSDPA High Speed Downlink Packet Access
  • HSUPA High Speed Uplink Packet Access
  • CDMA Wideband Code Division Multiple Access
  • LTE Long Term Evolution
  • the third generation system can achieve a maximum transmission rate of about 2 Mbps on the downlink using generally a fixed bandwidth of 5 MHz.
  • a maximum transmission rate of about 300 Mbps on the downlink and about 75 Mbps on the uplink can be realized using a variable band of 1.4 MHz to 20 MHz.
  • LTE-A LTE Advanced
  • LTE-A LTE Advanced
  • LTE-A it is planned to expand 4 antennas, which is the maximum number of transmission antennas of LTE specifications, to 8 antennas.
  • a MIMO (Multi Input Multi Output) system has been proposed as a wireless communication technology that improves data rate (frequency utilization efficiency) by transmitting and receiving data with a plurality of antennas (for example, non-patented).
  • Reference 1 a MIMO system, a plurality of transmission / reception antennas are prepared in a transmitter / receiver, and different transmission information sequences are transmitted simultaneously from different transmission antennas.
  • the data rate frequency utilization efficiency
  • the data rate is increased by separating and detecting simultaneously transmitted information sequences using the fact that different fading fluctuations occur between transmission / reception antennas. Is possible.
  • transmission information sequences transmitted simultaneously from different transmission antennas are all transmitted from a single user MIMO (SU-MIMO (Single User MIMO)), which is for the same user, and multi-users, which are for different users.
  • SU-MIMO Single User MIMO
  • MU-MIMO Multiple User MIMO
  • the phase / amplitude control amount (precoding matrix (precoding weight or precoding vector)) to be set in the antenna of the transmitter on the receiver side, and this precoding
  • An optimum PMI is selected from a code book in which a plurality of PMIs (Precoding Matrix Indicators) associated with the matrix are determined, and this is fed back to the transmitter as channel information (CSI: Channel State Information).
  • CSI Channel State Information
  • MIMO transmission using 8 antennas is being studied.
  • MIMO transmission for example, SU-MIMO transmission using two antennas or MU-MIMO transmission using four antennas
  • installation of eight antennas is being studied. From the viewpoint of miniaturization of the transceiver, it is also required to reduce the installation space for these antennas.
  • the present invention has been made in view of such a point, and a radio communication system and a radio base station apparatus capable of increasing a system capacity regardless of a distribution state of user terminals in a cell while reducing an antenna installation space.
  • An object is to provide a user terminal and a wireless communication method.
  • a radio communication system is a radio communication system including a radio base station apparatus forming a cell and a user terminal wirelessly connected to the radio base station apparatus, wherein the radio base station apparatus is unidirectional Based on an array antenna having a plurality of arrayed antenna elements and communication quality information fed back from user terminals in the cell, a pre-set from a codebook set in advance non-uniformly in the array direction of the antenna elements.
  • a selection unit that selects a coding vector, a precoding multiplication unit that multiplies the selected precoding vector by a signal supplied to each antenna element, and a signal that is multiplied by the precoding vector is transmitted to a user terminal
  • the user terminal receives a signal from the radio base station apparatus.
  • a channel quality measurement unit that extracts a reference signal from the received signal and measures channel quality, and a transmission unit that feeds back a communication quality feedback signal including the measured channel quality to the radio base station apparatus via an uplink It is characterized by comprising.
  • a radio base station apparatus is a radio base station apparatus in a radio communication system including a radio base station apparatus forming a cell and a user terminal wirelessly connected to the radio base station apparatus, and is arranged in one direction
  • a precoding vector is selected from a non-uniformly preconfigured codebook based on the communication quality information of the array antenna having a plurality of antenna elements and the user terminals in the cell.
  • a selection unit that performs multiplication, a precoding multiplication unit that multiplies the selected precoding vector by a signal supplied to each antenna element, and a transmission unit that transmits a signal multiplied by the precoding vector to a user terminal. It is characterized by comprising.
  • a user terminal is a user terminal in a radio communication system including a radio base station apparatus that forms a cell and a user terminal that is wirelessly connected to the radio base station apparatus, wherein the cell in the radio base station apparatus
  • a receiving unit that receives a signal transmitted from the radio base station apparatus using a codebook set in advance non-uniformly with respect to the arrangement direction of the antenna elements based on communication quality information of the user terminal
  • a channel quality measurement unit that extracts a reference signal from the received signal and measures the channel quality
  • a transmission unit that feeds back a communication quality feedback signal including the measured channel quality to the radio base station apparatus via the uplink. It is characterized by doing.
  • the radio communication method of the present invention is a radio communication method in a radio communication system comprising a radio base station device forming a cell and a user terminal wirelessly connected to the radio base station device, wherein the radio base station device Selecting a precoding vector from a codebook preset in a non-uniform manner with respect to the arrangement direction of the antenna elements based on communication quality information of user terminals in the cell, and selecting the selected precoding vector, A step of multiplying a signal supplied to each antenna element, a step of transmitting a signal multiplied by the precoding vector to a user terminal, and receiving a signal from the radio base station apparatus in the user terminal A step of extracting a reference signal from the received signal and measuring a channel quality, and a measured channel product Communication quality feedback signal including via uplink and characterized by comprising the steps of feeding back to the radio base station apparatus.
  • the system capacity can be increased regardless of the distribution state of the user terminals in the cell while reducing the installation space of the antenna.
  • a plurality of antennas used in MIMO transmission are installed at the same height in the radio base station apparatus.
  • a precoding weight (hereinafter referred to as “weight”) is selected so that the data rate of a user terminal located in each cell is most improved, and a transmission beam whose directivity can be set mainly in the horizontal direction.
  • weight a precoding weight
  • an installation space for up to eight antennas is required.
  • the radio communication system according to the present embodiment includes a radio base station apparatus (hereinafter referred to as “radio base station apparatus”) that can form a transmission beam whose directivity can be set in the vertical direction.
  • This radio base station apparatus includes an array antenna composed of a plurality of antenna elements divided into at least one group corresponding to each of N communication types, where N is an integer of 2 or more.
  • N communication types provided by the array antenna included in the radio base station apparatus will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining N communication types provided by an array antenna provided in the radio base station apparatus according to the present embodiment.
  • the array antenna 10 is composed of a plurality of antenna elements 11 arranged in a line in one direction, for example, the vertical direction (FIG. 1A illustrates 16 antenna elements 11). ing).
  • array antenna 10 is configured by a polarization antenna that is a combination of vertical polarization antenna 10a and horizontal polarization antenna 10b.
  • FIG. 1B is a conceptual diagram showing the vertically polarized antenna 10a alone
  • FIG. 1C is a conceptual diagram showing the horizontally polarized antenna 10b alone.
  • each antenna element 11 is composed of a set of a vertical polarization element 11V and a horizontal polarization element 11H.
  • the array antenna 10 of the radio base station is vertically installed will be described.
  • the array antenna 10 may be arranged obliquely (including laterally) depending on the environment.
  • the first communication type is a type in which the antenna elements 11 constituting the array antenna 10 form one group A and the antennas constitute one antenna branch.
  • the second communication type is a type in which the antenna element 11 constituting the array antenna 10 is divided into two vertically and the antenna element 11 is divided into two groups B1 and B2 to constitute two antenna branches.
  • the third communication type is a type in which the antenna element 11 constituting the array antenna 10 is vertically divided into four, and the antenna element 11 is divided into four groups C1, C2, C3, and C4 to form four antenna branches. .
  • the first to third communication types are exemplified, but an arbitrary arbitrary number is appropriately selected according to the number of divisions in the vertical direction of the antenna elements 11 constituting the array antenna 10.
  • a number of communication types can be set.
  • the maximum number of branches can be appropriately selected according to the antenna element 11.
  • the first communication type has the longest antenna length (number of antenna elements) constituting one branch. As the number of antenna branches increases, the antenna length per branch decreases. In general, when beam forming is performed using an array antenna, the antenna gain increases and the beam width can be reduced as the number of antenna elements per branch increases. Therefore, in the first communication type, since the entire antenna is configured by one antenna branch, a sharp beam directed toward the cell edge can be formed.
  • the array antenna 10 receives a transmission signal weighted for each group and inputs it to the antenna element 11.
  • Arbitrary antenna branches can be configured by the array antenna 10 by controlling the weight.
  • FIG. 2 shows a configuration in which two transmission signals S1 and S2 can be synthesized, the maximum number of synthesis is not limited to this. For example, when providing 8 multiplexed MIMO, the structure which can synthesize
  • the array antenna 10 can simultaneously form a number of beams corresponding to the number of transmission signals ⁇ the number of constituent branches.
  • the transmission signal S1 input to the horizontally polarized antenna 10b is omitted for convenience of explanation. Since the vertical polarization antenna 10a and the horizontal polarization antenna 10b each form one beam, the array antenna 10 forms two beams. Therefore, the first communication type can provide 2-multiplex MIMO transmission. If the receiver supports 2 ⁇ 2 MIMO transmission, 2 ⁇ 2 MIMO transmission can be realized. Further, if the receiver has a single antenna configuration, spatial frequency transmission diversity by SFBC (Space-Frequency Block Coding) using two antennas can be realized. SFBC is encoded in the antenna / frequency domain.
  • SFBC Space-Frequency Block Coding
  • the transmission signals S1 and S2 input to the horizontally polarized antenna 10b are omitted for convenience of explanation.
  • the array antenna 10 can form a total of four beams in parallel. By directing four beams formed in parallel to the same area in the cell, four multiplexed MIMO transmission is provided.
  • the beams 1 to 4 can be formed by the four antenna branches corresponding to the groups C1 to C4.
  • the beams 1 to 4 can be formed by the four antenna branches corresponding to the groups C1 to C4.
  • the transmission signals S1 to S4 input to the horizontally polarized antenna 10b are omitted for convenience of explanation. Since the vertically polarized antenna 10a forms 4 beams and the horizontally polarized antenna 10b forms 4 beams at the same time, the array antenna 10 can form a total of 8 beams in parallel. By directing the 8 beams formed in parallel to the same area in the cell, 8 multiplexed MIMO transmission is provided.
  • the array antenna 10 can be divided into one or a plurality of groups by controlling the weight for the transmission signal input to the antenna element 11. Thereby, it becomes possible to perform signal transmission with respect to the user terminal UE by switching a desired communication type.
  • LTE and LTE-A systems include CRS (Cell-specific Reference Signal), CSI-RS (Channel State Information-Reference Signal), user-specific DM-RS (Demodulation-Reference Signal), etc. as downlink reference signals. Is stipulated.
  • the CRS is transmitted in all downlink subframes and is arranged across the entire downlink frequency band.
  • CRS is used for channel estimation for downlink synchronous detection.
  • CSI-RS is a reference signal for channel information measurement, and is used for measuring CSI (CQI, PMI, rank number).
  • User-specific DM-RSs are transmitted in resource blocks that are allocated for downlink shared channel (DL-SCH) transmission to individual user terminals UE.
  • the user-specific DM-RS is a user-specific demodulation reference signal that can be used for channel estimation for synchronous detection of the downlink shared channel.
  • the LTE system and the LTE-A system include a synchronization signal (SS) used for a cell search for detecting a cell to which the user terminal UE is connected, system information (SIB (System Information Block), It defines the physical broadcast channel (PBCH) for transmitting MIB (Master Information Block). Furthermore, the LTE and LTE-A systems specify PDCCH (Physical Downlink Control Channel) for transmission of downlink control signals and PUCCH (Physical Uplink Control Channel) for transmission of uplink control signals. . Furthermore, LTE and LTE-A systems define PDSCH (Physical Uplink Control Channel) for transmission of downlink data (including some control signals), and uplink data (including some control signals). ) Specifies PUSCH (Physical Uplink Shared Channel) for transmission.
  • SS synchronization signal
  • SIB System Information Block
  • PBCH Physical Broadcast channel
  • MIB Master Information Block
  • the LTE and LTE-A systems specify PDCCH (Physical Downlink Control Channel) for transmission of downlink
  • the radio base station apparatus configuring the radio communication system according to the present embodiment switches the communication type according to the type of signal transmitted to the user terminal UE and the function of the user terminal UE.
  • the user terminal UE performs Release 8 (Rel. 8), Release 9 (Rel. 9), Release 10 (Rel. 10), or Release 11 (Rel. 11). ) Of LTE-compatible terminals.
  • the radio base station apparatus uses Rel. 8, Rel. 9, Rel. 10 or Rel. CRS and PDCCH for user terminals corresponding to 11 LTE, and MIB / SIB / paging information are transmitted. Since the user terminal UE that desires cell connection must always receive the synchronization signal (SS) and the physical broadcast channel (PBCH), the synchronization signal (SS) and the physical broadcast channel (PBCH) cover all within the area. Is required. For this reason, the radio base station apparatus transmits these signals using a beam corresponding to communication type 1. In addition, the radio base station apparatus uses Rel. In response to 8 LTE, PDSCH for user terminals that support 2 ⁇ 2 MIMO transmission is transmitted.
  • SS synchronization signal
  • PBCH physical broadcast channel
  • the radio base station apparatus uses Rel.
  • the CSI-RS corresponding to four antenna ports for user terminals that support 10 LTE and support transmission mode 9 is transmitted.
  • the radio base station apparatus uses Rel.
  • PDSCH and DM-RS for user terminals that support 10 LTE and support transmission mode 9 are transmitted.
  • the radio base station apparatus may use Rel. CSI-RS corresponding to 8 antenna ports for user terminals that support 10 LTE and support 8 ⁇ 8 MIMO transmission is transmitted.
  • the radio base station apparatus uses Rel. PDSCH and DM-RS for user terminals that support 10 LTE and support transmission mode 9 are transmitted.
  • a radio base station apparatus capable of forming a plurality of transmission beams whose directivities can be set in the horizontal direction
  • codebooks for example, M
  • the process of selecting each precoding vector from the codebook CODEVOOKV [0,1, ..., M-1] and performing precoding is associated with communication with the user terminal using M directional beams. Can think. At this time, the user terminal selects an optimal precoding vector for each.
  • user terminals that communicate using different precoding vectors are unlikely to receive signal interference due to different directional beams (transmission beams). That is, as the number of user terminals that communicate using different precoding vectors increases, the capacity of the system increases because data can be spatially multiplexed between different user terminals.
  • setting the precoding vector non-uniformly with respect to the arrangement direction of the antenna elements means that the angle of the transmission beam corresponding to the precoding vector with respect to the arrangement direction of the antenna elements is not a fixed angular interval but a distribution of user terminals. Is to use precoding vectors selected at angular intervals that take into account the bias of
  • a code book that sets a plurality of phase / amplitude control amounts (precoding matrix) and PMI (Precoding Matrix Indicator) associated with the precoding matrix is set.
  • This code book takes into account the uneven distribution of user terminals, and is set differently for each radio base station apparatus depending on the distribution state of user terminals in the cell.
  • the distribution state of the user terminals in the cell is preliminarily assumed or predicted in the cell design.
  • a code book is determined based on the distribution state thus obtained. That is, the distribution state of the user terminal is predicted in advance, one distribution state is determined, and a code book corresponding to the distribution state is determined.
  • the precoding vector in this codebook is set to be uniform with the reciprocal of the density of the user terminals.
  • ⁇ (L) is a distribution function of user terminals according to the distance from the radio base station apparatus
  • L [m] is a distance from the radio base station apparatus
  • CODEBOOKV [0,1, ... M-1] exp (2 ⁇ d ⁇ jcos ( ⁇ + ⁇ / 2) ⁇ [0,1,2 ,, ..., N-1])
  • ⁇ atan (h / ( ⁇ (L ⁇ [0,1, ... M-1]))
  • h is the height of the radio base station apparatus
  • d is the branch interval
  • ⁇ is the tilt angle of the transmission beam toward the user terminal UE with respect to the horizontal direction
  • N is the number of branches.
  • ⁇ is the tilt angle of the transmission beam directed toward the cell edge with respect to the horizontal direction.
  • the user terminals are uniformly distributed according to the distance from the radio base station apparatus (equal)
  • the case where a user terminal is distributed by the square multiplication according to the distance from a wireless base station apparatus (cell edge density) is mentioned.
  • the code book is configured by a plurality of precoding vectors set non-uniformly with respect to the arrangement direction of the antenna elements.
  • the codebook (precoding vector group) in such a case is as follows.
  • Such a plurality of precoding vectors are set as appropriate precoding vectors according to the distance from the radio base station apparatus, as shown in FIG.
  • the optimal precoding vector PV # 1 is set for the user terminal UE # 1 closest to the radio base station apparatus, and the optimal precoding for the user terminal UE # 2 next closest to the radio base station apparatus is set.
  • Vector PV # 2 is set.
  • optimal precoding vectors PV # 3 to PV # 10 are set for user terminals UE # 3 to UE # 10 next closest to the radio base station apparatus.
  • the number M of precoding vectors is not particularly limited.
  • the number M of precoding vectors may be determined so that a null is directed to an area corresponding to an adjacent precoding vector according to the beam width of the directivity of the antenna of the radio base station apparatus.
  • the distribution state of user terminals in a cell may be obtained using an uplink signal.
  • a radio base station estimated using an uplink signal for example, a radio base station estimated using an uplink signal (PUCCH (Physical Uplink Control Channel) or PUSCH (Physical Uplink Shard Channel)) of each user terminal
  • PUCCH Physical Uplink Control Channel
  • PUSCH Physical Uplink Shard Channel
  • the distance from the apparatus, the angle with respect to the user terminal from the radio base station apparatus estimated using the uplink signal (PUCCH or PUSCH), and the position information estimated separately by GPS or the like at the user terminal are acquired, and the uplink signal (PUCCH) is obtained.
  • the distance from the radio base station apparatus calculated by using a method such as a distance from the radio base station apparatus determined from the position information acquired by PUSCH) or a signal delay time is obtained.
  • this code book is a code book that takes into account the uneven distribution of user terminals
  • ⁇ (L) is a distribution function of user terminals according to the distance from the radio base station apparatus
  • L [m] is a radio base station.
  • the user terminal performs SIR (Signal to Interference Ratio) based on reference signals (CRS (Cell-specific Reference Signal), CSI-RS (Channel State Information-Reference Signal)) sent from the radio base station apparatus.
  • An estimated value H ′ of the channel matrix is calculated.
  • CQI Channel Quality Indicator
  • RI Rank Indicator
  • PMI Precoding Matrix Indicator
  • M precoding vectors the plurality of precoding vectors defined as a plurality of phase / amplitude control amounts (precoding matrix) and PMIs associated with the precoding matrix. The one closest to 'is selected.
  • the user terminal notifies the communication quality information CSI (CQI, PMI, RI) to the radio base station apparatus.
  • the radio base station apparatus allocates resources for transmitting a data signal (PDSCH (Physical Downlink Shard Channel)) of the user terminal based on the communication quality information CSI notified from the user terminal, and a layer for MIMO transmission
  • a data signal PDSCH (Physical Downlink Shard Channel)
  • CSI Physical Downlink Shard Channel
  • DM-RS Demodulation-Reference Signal
  • the radio base station apparatus extracts the PMI from the CSI information fed back from the user terminal, and based on this PMI, the optimum pre-set from the codebook set in advance based on the distribution state of the user terminals in the cell. Select a coding vector.
  • an optimal precoding vector may be selected from a codebook set in advance based on the distribution state of user terminals in the cell.
  • the radio base station apparatus updates the resource allocation for transmitting the data signal (PDSCH) of the user terminal, the number of MIMO transmission layers, the precoding setting, the encoding rate, etc., as necessary, and reflects them to the antenna apparatus. Then, the radio base station apparatus adds the reference signal (DM-RS) to the data signal (PDSCH) using the selected precoding vector together with the information, and transmits the data signal (PDSCH).
  • DM-RS reference signal
  • a precoding vector is generated. This precoding vector is multiplied for each resource element (RE). Therefore, precoding vectors for transmitting system information (SS (Synchronized Signal), PBCH (Primary Broadcast Channel)) and reference signals (CRS, CSI-RS), control signals (PDCCH, PCFICH (Physical Control Format Indicator Channel) ), By changing the precoding vector when transmitting PHICH (Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel)), it is possible to change the transmission area of each signal.
  • SS Synchrom Signal
  • PBCH Primary Broadcast Channel
  • CRS Channel
  • CSI-RS Physical Control Format Indicator Channel
  • CRS, CSI-RS, and PDCCH use a precoding vector of a codebook of exp (2 ⁇ d ⁇ j ⁇ cos ( ⁇ + ⁇ / 2) ⁇ [0,1,2 ,, ..., N-1]), and DM -For RS and PDSCH, a PMI is selected on the user terminal side using CSI-RS, and a precoding vector of a codebook selected by the notified PMI can be used.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration of a radio communication system 1 having a user 100 and a radio base station apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 1 illustrated in FIG. 9 is a system including, for example, an LTE system or SUPER 3G.
  • the mobile communication system 1 may be called IMT-Advanced or 4G.
  • the radio communication system 1 includes a radio base station device 200 and a plurality of mobile stations 100 (100 1 , 100 2 , 100 3 ,... 100 n , which communicate with the radio base station device 200.
  • n is an integer of n> 0).
  • the radio base station apparatus 200 is connected to the higher station apparatus 300, and the higher station apparatus 300 is connected to the core network 400.
  • User terminal 100 communicates with radio base station apparatus 200 in cell 500.
  • the upper station apparatus 300 includes, for example, an access gateway apparatus, a radio network controller (RNC), a mobility management entity (MME), and the like, but is not limited thereto.
  • RNC radio network controller
  • MME mobility management entity
  • each mobile station (100 1 , 100 2 , 100 3 ,... 100 n ) has the same configuration, function, and state, the following description will be given as the mobile station 100 unless otherwise specified.
  • the mobile station device 100 performs radio communication with the radio base station device 200, but more generally, user equipment (UE: User Equipment) including both a mobile terminal device and a fixed terminal device. )
  • UE User Equipment
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier-frequency division multiple access
  • OFDMA is a multi-carrier transmission scheme that performs communication by dividing a frequency band into a plurality of narrow frequency bands (subcarriers) and mapping data to each subcarrier.
  • SC-FDMA is a single carrier transmission method that reduces interference between terminals by dividing a system band into bands each consisting of one or continuous resource blocks for each terminal, and a plurality of terminals using different bands. .
  • PDSCH shared by each mobile station 10 and downlink L1 / L2 control channels (PDCCH, PCFICH, PHICH) are used.
  • User data that is, a normal data signal is transmitted by this PDSCH. Transmission data is included in this user data.
  • the component carrier (CC) assigned to mobile station 100 by radio base station apparatus 200 and scheduling information are reported to mobile station 100 through the L1 / L2 control channel.
  • PUSCH Physical Uplink Shared Channel
  • PUCCH Physical Uplink Control Channel
  • User data is transmitted by this PUSCH.
  • downlink radio quality information CQI: Channel Quality Indicator
  • CQI Channel Quality Indicator
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of radio base station apparatus 200 according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of mobile station 100 according to the present embodiment. Note that the configurations of the radio base station apparatus 200 and the mobile station 100 shown in FIG. 10 and FIG. 11 are simplified for explaining the present invention, and the configurations of the normal radio base station apparatus and the mobile station are respectively It shall be provided.
  • a scheduler determines the number of users to be multiplexed (the number of multiplexed users) based on channel estimation values given from channel estimation sections 215 # 1 to 215 # K described later. . Then, uplink / downlink resource allocation contents (scheduling information) for each user are determined, and transmission data # 1 to #K for users # 1 to #K are transmitted to corresponding channel coding sections 201 # 1 to 201 # K. .
  • Transmission data # 1 to #K are channel-encoded by channel encoders 201 # 1 to 201 # K, then output to data modulators 202 # 1 to 202 # K, and data modulated. At this time, channel coding and data modulation are performed based on channel coding rates and modulation schemes provided from MIMO switching sections 221 # 1 to 221 # K described later. Transmission data # 1 to #K data-modulated by data modulators 202 # 1 to 202 # K are subjected to inverse Fourier transform by a discrete Fourier transform unit (not shown) and converted from a time-series signal to a frequency domain signal. It is output to the subcarrier mapping unit 203.
  • the subcarrier mapping unit 203 maps the transmission data # 1 to #K to subcarriers according to resource allocation information given from the resource allocation control unit 220 described later. At this time, subcarrier mapping section 203 transmits reference signals # 1 to #K input from a reference signal generation section (not shown), broadcast information and system information input from broadcast information generation section and system information generation section. Mapping (multiplexing) onto subcarriers together with data # 1 to #K. Transmission data # 1 to #K mapped to subcarriers in this way are output to precoding multiplication sections 204 # 1 to 204 #K.
  • Precoding multiplication sections 204 # 1 to 204 # K phase transmit data # 1 to #K for each of antennas TX # 1 to TX # N based on a precoding vector given from precoding vector generation section 219 described later. And / or amplitude shift (weighting of antenna TX # 1 to antenna TX # N by precoding).
  • the transmission data # 1 to #K whose phases and / or amplitudes have been shifted by the precoding multipliers 204 # 1 to 204 # K are output to the multiplexer (MUX) 205.
  • the precoding vector is selected from a codebook set in advance in consideration of the distribution state of user terminals in the cell.
  • the multiplexer (MUX) 205 combines the transmission data # 1 to #K whose phase and / or amplitude has been shifted, and generates transmission signals for the antennas TX # 1 to TX # N.
  • the transmission signal generated by the multiplexer (MUX) 205 is subjected to inverse fast Fourier transform by inverse fast Fourier transform units (IFFT units) 206 # 1 to 206 # N to be converted from a frequency domain signal to a time domain signal. .
  • IFFT units inverse fast Fourier transform units
  • CP cyclic prefix
  • the antennas TX # 1 to TX # N are passed through the duplexers 209 # 1 to 209 # N. And transmitted from the antennas TX # 1 to TX # N to the mobile station 100 on the downlink.
  • transmission signals transmitted from the mobile station 100 in the uplink are received by the antennas TX # 1 to TX # N, and are electrically transmitted to the transmission path and the reception path by the duplexers 209 # 1 to 209 # N.
  • frequency conversion processing for converting the radio frequency signal into the baseband signal is performed in the RF receiving circuits 210 # 1 to 210 # N.
  • the baseband signal subjected to the frequency conversion process is output to the fast Fourier transform units (FFT units) 212 # 1 to 212 # N after the CPs are removed by the CP removal units 211 # 1 to 211 # N. .
  • FFT units fast Fourier transform units
  • Reception timing estimation section 213 estimates the reception timing from the reference signal included in the reception signal, and notifies the CP removal sections 211 # 1 to 211 # N of the estimation result.
  • the FFT units 212 # 1 to 212 # N perform Fourier transform on the input received signals, and convert the time series signals into frequency domain signals.
  • the received signals converted into these frequency domain signals are output to data channel signal demultiplexing sections 214 # 1 to 214 # K.
  • the data channel signal separation units 214 # 1 to 214 # K receive signals input from the FFT units 212 # 1 to 212 # N, for example, mean square error minimum (MMSE: Minimum Mean Squared Error) or maximum likelihood estimation. It separates by the detection (MLD: Maximum Likelihood Detection) signal separation method. As a result, the received signal coming from mobile station 100 is separated into received signals related to user # 1 to user #K.
  • Channel estimation sections 215 # 1 to 215 # K estimate channel states from the reference signals included in the received signals separated by data channel signal separation sections 214 # 1 to 214 # K, and control channel demodulation is performed on the estimated channel states. Sections 216 # 1 to 216 # K are notified.
  • the received signals related to user # 1 to user #K separated by data channel signal separation sections 214 # 1 to 214 # K are de-mapped by a subcarrier demapping section (not shown) and returned to a time-series signal. Thereafter, the data demodulation sections 217 # 1 to 217 # K demodulate the data. Received data is obtained by performing channel decoding processing in channel decoding sections # 1 to #K (not shown).
  • Control channel demodulation sections 216 # 1 to 216 # K demodulate control channel signals (for example, PDCCH) included in the reception signals separated by data channel signal separation sections 214 # 1 to 214 # K. At this time, control channel demodulation sections 216 # 1 to 216 # K control channels corresponding to user # 1 to user #K, respectively, based on the channel states notified from channel estimation sections 215 # 1 to 215 # K. Demodulate the signal. The control channel signals demodulated by control channel demodulation sections 216 # 1 to 216 # K are output to CSI information update sections 218 # 1 to 218 # K.
  • control channel demodulation sections 216 # 1 to 216 # K demodulate control channel signals (for example, PDCCH) included in the reception signals separated by data channel signal separation sections 214 # 1 to 214 # K. At this time, control channel demodulation sections 216 # 1 to 216 # K control channels corresponding to user # 1 to user #K, respectively, based on the channel states notified from channel estimation sections 2
  • CSI information updating sections 218 # 1 to 218 # K extract channel state information (CSI) included in each control channel signal (for example, PUCCH) input from control channel demodulation sections 216 # 1 to 216 # K, Always update the CSI to the latest state.
  • CSI includes PMI, RI, and CQI.
  • the CSI updated to the CSI information updating units 218 # 1 to 218 # K is output to the precoding vector generation unit 219, the resource allocation control unit 220, the MIMO switching units 221 # 1 to 221 # K, and the codebook selection unit 222, respectively. Is done.
  • the code book selection unit 222 extracts the PMI from the CSI information from the CSI information update units 218 # 1 to 218 # K, and in the code book set non-uniformly with respect to the arrangement direction of the antenna elements based on the PMI An optimum precoding vector is selected from among the M types of precoding vectors.
  • the codebook set non-uniformly with respect to the arrangement direction of the antenna elements set in advance has ⁇ (L) as a distribution function of user terminals according to the distance from the radio base station apparatus, and L [m] Is a distance from the radio base station apparatus, it is obtained by the following equation (set to be uniform by the reciprocal of the density of user terminals).
  • h the height of the radio base station apparatus
  • d the branch interval
  • ⁇ the tilt angle of the transmission beam toward the user terminal UE with respect to the horizontal direction
  • N the number of branches.
  • the distribution function ⁇ (L) of the user terminal according to the distance from the radio base station apparatus is, for example, from the radio base station apparatus estimated using the uplink signal (PUCCH or PUSCH) signal of each user terminal.
  • Obtain the distance, the angle with respect to the user terminal from the radio base station apparatus estimated using the uplink signal (PUCCH or PUSCH), or the position information estimated separately by GPS or the like at the user terminal, and use it as the uplink signal (PUCCH or PUSCH) Can be obtained from the distance from the radio base station apparatus determined from the distance from the radio base station apparatus determined from the position information acquired in (1) or the signal delay time.
  • Precoding vector generation section 219 generates a precoding vector indicating the phase and / or amplitude shift amount for transmission data # 1 to #K based on CSI input from CSI information update sections 218 # 1 to 218 # K To do.
  • This precoding vector is generated from the code book selected by the code book selection unit 222.
  • Each generated precoding vector is output to precoding multiplication sections 204 # 1 to 204 # K and used for precoding transmission data # 1 to transmission data #K.
  • the resource allocation control unit 220 determines resource allocation information to be allocated to each user based on the CSI input from the CSI information update units 218 # 1 to 218 # K.
  • the resource allocation information determined by the resource allocation control unit 220 is output to the subcarrier mapping unit 203 and used for mapping transmission data # 1 to transmission data #K.
  • MIMO switching sections 221 # 1 to 221 # K select a MIMO transmission scheme to be used for transmission data # 1 to transmission data #K based on CSI input from CSI information update sections 218 # 1 to 218 # K. Then, channel coding rates and modulation schemes for transmission data # 1 to transmission data #K according to the selected MIMO transmission scheme are determined. The determined channel coding rates are output to channel coding sections 201 # 1 to 201 # K, respectively, and the determined modulation schemes are output to data modulation sections 202 # 1 to 202 # K, respectively.
  • transmission signals transmitted from radio base station apparatus 200 are received by antennas RX # 1 to RX # N and transmitted by duplexers 101 # 1 to 101 # N. After being electrically separated into a path and a receiving path, the signals are output to the RF receiving circuits 102 # 1 to 102 # N. Then, the RF receiving circuits 102 # 1 to 102 # N perform frequency conversion processing for converting radio frequency signals into baseband signals.
  • the baseband signal subjected to the frequency conversion processing is subjected to cyclic prefix (CP) removal units 103 # 1 to 103 # N after the CP is removed, and then to a fast Fourier transform unit (FFT unit) 104 # 1 to 104.
  • CP cyclic prefix
  • FFT unit fast Fourier transform unit
  • Reception timing estimation section 105 estimates the reception timing from the reference signal included in the reception signal and notifies the estimation results to CP removal sections 103 # 1 to 103 # N.
  • the FFT units 104 # 1 to 104 # N perform a Fourier transform on the input received signals, and convert the time series signals into frequency domain signals.
  • the received signal converted into the frequency domain signal is output to data channel signal separation section 106.
  • the data channel signal separation unit 106 uses, for example, the mean square error minimum (MMSE: Minimum Mean Squared Error) or maximum likelihood estimation detection (MLD: Maximum Likelihood) for the received signals input from the FFT units 104 # 1 to 104 # N. Detection) Separation by signal separation method. As a result, the received signal arriving from radio base station apparatus 200 is separated into received signals related to user # 1 to user #K, and the received signal related to the user of mobile station 100 (here, user K) is extracted. . The channel estimation unit 107 estimates the channel state from the reference signal included in the reception signal separated by the data channel signal separation unit 106 and notifies the control channel demodulation unit 108 of the estimated channel state.
  • MMSE Minimum Mean Squared Error
  • MLD Maximum Likelihood
  • the received signal related to user #K separated by data channel signal separation section 106 is demapped by a subcarrier demapping section (not shown) and returned to a time-series signal, and then demodulated by data demodulation section 109. .
  • Received data is obtained by performing channel decoding processing in a channel decoding unit (not shown).
  • the control channel demodulation unit 108 demodulates a control channel signal (for example, PDCCH) included in the reception signal separated by the data channel signal separation unit 106. At this time, control channel demodulation section 108 demodulates the control channel signal corresponding to user #K based on the channel state notified from channel estimation section 107. Each control channel signal demodulated by the control channel demodulation unit 108 is output to the channel quality measurement unit 110.
  • a control channel signal for example, PDCCH
  • the channel quality measurement unit 110 measures the channel quality (CQI) based on the control channel signal input from the control channel demodulation unit 108. Further, the channel quality measurement unit 110 selects PMI and RI based on the measured CQI. At this time, the PMI is selected from a code book set in advance based on the distribution state of the user terminals in the cell. Then, CQI, PMI and RI are notified to CSI feedback signal generation section 111 and MIMO switching section 112.
  • CQI channel quality
  • CSI feedback signal generation section 111 a CSI feedback signal (for example, PUCCH) to be fed back to radio base station apparatus 200 is generated.
  • the CSI feedback signal includes CQI, PMI, and RI notified from the channel quality measurement unit 110.
  • the CSI feedback signal generated by the CSI feedback signal generation unit 111 is output to the multiplexer (MUX) 113.
  • MUX multiplexer
  • MIMO switching section 112 selects a MIMO transmission scheme to be used for transmission data #K based on CQI, PMI, and RI input from channel quality measurement section 110. Then, the channel coding rate and modulation scheme for transmission data #K corresponding to the selected MIMO transmission scheme are determined. The determined channel coding rate is output to channel encoding section 114, and the determined modulation scheme is output to data modulation section 115.
  • transmission data #K related to user #K transmitted from the upper layer is channel-encoded by channel encoder 114 and then data-modulated by data modulator 115.
  • Transmission data #K data-modulated by data modulation section 115 is converted from a time-series signal to a frequency domain signal by a serial-parallel conversion section (not shown) and output to subcarrier mapping section 116.
  • the subcarrier mapping unit 116 maps the transmission data #K to subcarriers according to the schedule information instructed from the radio base station apparatus 200. At this time, subcarrier mapping section 116 maps (multiplexes) reference signal #K generated by a reference signal generation section (not shown) to subcarrier together with transmission data #K. Transmission data #K mapped to subcarriers in this way is output to precoding multiplication section 117.
  • the precoding multiplication unit 117 shifts the phase and / or amplitude of the transmission data #K for each of the antennas RX # 1 to RX # N. At this time, the precoding multiplier 117 performs phase and / or amplitude shift according to the precoding vector corresponding to the PMI specified by the control channel signal demodulated by the control channel demodulator 108. The transmission data #K whose phase and / or amplitude has been shifted by the precoding multiplier 117 is output to the multiplexer (MUX) 113.
  • MUX multiplexer
  • the transmission data #K that has been phase and / or amplitude shifted and the control signal generated by the CSI feedback signal generator 111 are combined and transmitted for each of the antennas RX # 1 to RX # N. Generate a signal.
  • the transmission signal generated by the multiplexer (MUX) 113 is converted from a frequency domain signal to a time domain signal by inverse fast Fourier transform in inverse fast Fourier transform sections (IFFT sections) 118 # 1 to 118 # N. Thereafter, CPs are added by CP adding sections 119 # 1 to 119 # N and output to RF transmission circuits 120 # 1 to 120 # N.
  • the antennas RX # 1 to RX # N are passed through the duplexers 101 # 1 to 101 # N. And transmitted from the antennas RX # 1 to RX # N to the radio base station apparatus 200 in the uplink.
  • the radio base station apparatus uses an uplink signal. Then, a precoding vector is selected from a codebook set in advance based on the distribution state of user terminals in the cell, and the selected precoding vector is multiplied by the signal supplied to each antenna element. Then, a signal multiplied by the precoding vector is transmitted to the user terminal.
  • the user terminal receives the beam from the radio base station apparatus, extracts the reference signal from the received beam, measures the channel quality, and transmits the communication quality feedback signal including the measured channel quality via the uplink. Feedback to the base station apparatus.
  • the present invention has been described in detail using the above-described embodiments. However, it is obvious for those skilled in the art that the present invention is not limited to the embodiments described in the present specification.
  • the number of users and the number of processing units in the apparatus are not limited to this, and can be appropriately changed according to the apparatus configuration.
  • the present invention can be implemented as modifications and changes without departing from the spirit and scope of the present invention defined by the description of the scope of claims. Therefore, the description of the present specification is for illustrative purposes and does not have any limiting meaning to the present invention.

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Abstract

　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。本発明の無線通信方法は、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し、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し、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し、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。

Description

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
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 ユーザ端末の分布状態を説明するための図である。 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。 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。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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］
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　送信データ＃１～＃Ｋは、チャネル符号化部２０１＃１～２０１＃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。
　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。
　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、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アンテナＴＸ＃１～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。
　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、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を介してアンテナＴＸ＃１～ＴＸ＃Ｎに出力され、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。
　一方、移動局１００から上りリンクで送出された送信信号は、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。
　データチャネル信号分離部２１４＃１～２１４＃Ｋは、ＦＦＴ部２１２＃１～２１２＃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、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。
　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。
　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、ＣＳＩ情報更新部２１８＃１～２１８＃Ｋに出力される。
　ＣＳＩ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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　プリコーディング乗算部１１７は、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。
　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、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を介してアンテナＲＸ＃１～ＲＸ＃Ｎに出力され、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　本出願は、２０１１年８月１５日出願の特願２０１１－１７７６０５に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (8)

  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。
  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。
  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。
  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］））
  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］））
  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。
  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。
  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。
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