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JP4046712B2 - 直交周波数分割多重システムにおいて副搬送波割当装置及び方法 - Google Patents

直交周波数分割多重システムにおいて副搬送波割当装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、直交周波数分割多重方式移動通信システムに関し、特に、少なくとも１つ以上のアンテナを持つ基地局が使用者端末とのデータ送受信時に使用する副搬送波を割り当てる方法及び装置に関する。
無線チャネル上で伝送される信号は、送信機と受信機との間に存在する各種障害物のために多重経路から受信される。この多重経路が存在する無線チャネルの特性は、チャネルの最大遅延拡散と信号の伝送周期により定められる。また、前記最大遅延拡散よりも信号の伝送周期が長い場合には連続した信号間に干渉が生じないし、周波数領域のチャネルは、周波数非選択的フェーディング(frequency nonselective fading)に特徴付けられる。しかしながら、広帯域を使用する高速伝送の場合には、前記信号の伝送周期が前記最大遅延拡散よりも短いことから前記連続した信号間に干渉が生じ、よって、受信された信号はシンボル間干渉(intersymbol interference)を受けることになる。また、この場合、前記周波数領域のチャネル、周波数選択的フェーディング(frequency selective fading)に特徴付けられ、コヒーレント(coherent)変調方式を使用する単一搬送波伝送方式では、シンボル間干渉を除去するために等化器(Equalizer)が要求される。また、前記データ伝送速度が増加するにつれて前記シンボル間干渉による歪みが増加し、これにより、等化器の複雑度も増加することになる。このような単一搬送波伝送方式での等化器問題を解決するために、直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：以下、“ＯＦＤＭ”と称する)システムが提案された。
通常、ＯＦＤＭ方式は、時間分割接続(Time Division Access)と周波数分割接続(Frequency Division Access)技術を結合する２次元接続方式と定義することができる。したがって、各ＯＦＤＭシンボル(Symbol)は、分散された副搬送波(sub-carrier)からなる副チャネル(sue-channel)に伝送される。
このＯＦＤＭ方式は、副チャネルのスペクトルが相互直交性を保持しつつお互いに重なっているためにスペクトル効率が良く、ＯＦＤＭ変／復調が逆高速フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform：以下、“ＩＦＦＴ”と称する)と高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform：以下、“ＦＦＴ”と称する)により実現されるために効率的な変／復調部のデジタル実現が可能になる。また、このＯＦＤＭ方式は、周波数選択的フェーディングや狭帯域干渉に強いため、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１６ａ及びＩＥＥＥ８０２．１６ｂなど大容量無線通信システムの規格として採択されている高速のデータ伝送に効果的である。
前述したＯＦＤＭ方式は、直列に入力されるシンボル(Symbol)を並列に変換し、これをそれぞれ相互直交性を持つ複数の副搬送波(すくわち、副チャネル)に変調して伝送する多重搬送波変調(Multi Carrier Modulation：以下、“ＭＣＭ”と称する)方式の一種である。
このＭＣＭ方式を適用するシステムは、１９５０年代後半の軍用高周波(High Frequency)無線通信に初めて適用されたし、多数の直交する副搬送波を重ね合わせるＯＦＤＭ方式は１９７０年代から発展し始めてきた。このＯＦＤＭ方式は、多重搬送波どうしの直交変調の実現上の難題から、実際のシステム適用には限界があったが、１９７１年‘Weinstein’等が、前記ＯＦＤＭ方式を使用する変／復調は、ＤＦＴ(Discrete Fourier Transform)を利用して效率的に処理可能であると発表したことをきっかけにＯＦＤＭ方式に関する技術開発が急速に発展するようになった。また、保護区間(Guard Interval)の使用と循環前置(Cyclic prefix)保護区間挿入方式が知られながら多重経路及び遅延拡散(Delay spread)に対するシステムの否定的影響がより減少するようになった。したがって、前記ＯＦＤＭ方式は、デジタルオーディオ放送(Digital Audio Broadcasting：以下、“ＤＡＢ”と称する)とデジタルＴＶ、無線近距離通信網(Wireless Local Area Network：以下、“Ｗ−ＬＡＮ”と称する)及び無線非同期伝送モード(Wireless Asynchronous Transfer Mode：以下、“Ｗ−ＡＴＭ”と称する)などのデジタル伝送技術に広範囲に適用されている。すなわち、ハードウェア的な複雑度(Complexity)のために広く使用されなかったものだが、最近のＦＦＴとＩＦＦＴを含んだ各種デジタル信号処理技術の発展に伴って実現可能になったわけである。前記ＯＦＤＭ方式は、従来の周波数分割多重(Frequency Division Multiplexing：以下、“ＦＤＭ”と称する)方式に似ているが、多数の副搬送波間の直交性(Orthogonality)を保持しつつ伝送することによって、高速データ伝送時に最適の伝送効率が得られる、という利点を有する。また、周波数使用効率が良く、多重経路フェーディング(Multi-path fading)に強い特性があるため、高速データ伝送時に最適の伝送効率が得られる、という利点も有する。特に、周波数スペクトルを重ねて使用するために周波数使用が効率的であり、周波数選択的フェーディング(Frequency selective fading)及び多重経路フェーディングに強いし、保護区間を用いてシンボル間の干渉(InterSymbol Interference：以下、“ＩＳＩ”と称する)の影響を低減できるのみならず、ハードウェア的に等化器構造を簡単に設計することが可能になる。そして、インパルス(Impulse)性雑音に強い点から、通信システム構造に積極的に活用されている趨勢にある。
図１は、ＯＦＤＭ方式を使用する従来の移動通信システムの構造を示す図であって、この図１を参照してＯＦＤＭ方式を使用する従来の移動通信システムの構造について詳細に説明する。
入力ビットは２進信号としてチャネル符号器１００に入力される。該チャネル符号器１００は、入力ビットを符号化して符号化シンボルを出力する。これら符号化シンボルは、直列／並列変換部(Ｓ／Ｐ部)１０５に入力される。該Ｓ／Ｐ部１０５は、入力された直列符号化シンボルを並列に変換して変調部１１０に送る。該変調部１１０は、入力された符号化シンボルをシンボルマッピング星座図にシンボルマッピングして出力する。前記変調部１１０の変調方式にはＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)、８ＰＳＫ(8-ary Phase Shift Keying)、１６ＱＡＭ(16-ary Quadrature Amplitude Modulation)、６４ＱＡＭ(64-ary Quadrature Amplitude Modulation)などが存在する。前記シンボルを構成するビット数は、前記それぞれの変調方式に応じて定義されている。つまり、前記ＱＰＳＫ変調方式は２ビットで、８ＰＳＫは３ビットで、１６ＱＡＭ変調方式は４ビットで、６４ＱＡＭ変調方式は６ビットでそれぞれ構成される。前記変調部１１０から出力された変調シンボルは、ＩＦＦＴ部１１５に入力されて逆高速フーリエ変換(Inverse-fast-Fourier-transform)され、これら変調シンボルは並列／直列変換部(Ｐ／Ｓ部)１２０に入力されて直列形態のシンボルに変換される。これら直列形態に変換されたシンボルは、送信アンテナ１２５に伝送される。
これら送信アンテナ１２５から伝送されたシンボルは、受信アンテナ１３０により受信される。これら受信アンテナ１３０により受信されたシンボルは、Ｓ／Ｐ部１３５で並列形態のシンボルに変換され、これら変換されたシンボルは、ＦＦＴ部１４０に送られる。このＦＦＴ部１４０に入力された受信信号は、高速フーリエ変換(fast-Fourier-transform)された後に、復調部１４５に入力される。該復調部１４５は、前記変調部１１０で使用されたシンボルマッピング星座度と同じシンボルマッピング星座度を持っており、このシンボルマッピング星座図により、前記逆拡散されたシンボルを２進ビットを持つシンボルに変換させる。すなわち、前記復調方式は、前記変調方式により決定される。前記復調部１４５で復調された２進シンボルは、チャネル推定器１５０でチャネル推定される。このチャネル推定によれば、前記送信アンテナ１２５から送信されたデータについて伝送中に生じた様々な状況が推定され、効率よいデータ受信が可能になる。前記チャネル推定器１５０でチャネル推定が行われた前記２進シンボルは、Ｐ／Ｓ部１５５で直列形態のシンボルに変換された後に、復号器１６０で復号されて２進ビットとして出力される。
図２は、ＯＦＤＭ方式を使用する移動通信システムにおいて基地局が使用者端末(User Equipment：以下、“ＵＥ”と称する)に副搬送波を割り当てる過程を示している。以下、図２を参照してＯＦＤＭ方式の移動通信システムにおいて基地局がＵＥに副搬送波を割り当てる過程について詳細に説明する。
変調部２００は、送信データを変調した後にアンテナ２０２を介して伝送する。上述したように、これら変調データは複数の副搬送波を用いて伝送する。すなわち、基地局は前記複数の副搬送波全部を用いて前記変調データを伝送したり、前記複数の副搬送波の中から選択された副搬送波を用いて前記変調データを伝送したりする。
フィードバック情報生成器２０６は、受信アンテナ２０４から受信されたデータのチャネル状況を推定する。このフィードバック情報生成器２０６は、信号対雑音比(signal to interference power ratio：ＳＩＲ)を測定したり、チャネル対雑音比(channel to noise ratio：ＣＮＲ)を測定する。すなわち、前記フィードバック情報生成器２０６は、特定チャネル(特定副搬送波)伝送された受信信号に対するチャネル状況を測定し、この測定されたチャネル状況を副搬送波割当器２０８に伝達する。前記フィードバック情報生成器２０６が前記副搬送波割当器２０８に伝達するフィードバック情報の一例を、表１に示す。
Figure 0004046712
上記表１は、Ｎ個の副搬送波を用いてデータを伝送している例を示している。ここで、ａ乃至ｇは、前記フィードバック情報生成器２０６で生成する前記ＳＩＲまたはＣＮＲを意味する。前記副搬送波割当器２０８は、前記受信したフィードバック情報を用いてデータ伝送に使用する副搬送波を決定する。これら受信したフィードバック情報のうち、最も高いＳＩＲまたはＣＮＲを持つ副搬送波を選択する。前記基地局と前記ＵＥ間に使用する副搬送波の個数が少なくても２である場合には、前記受信したフィードバック情報のうち、最も高いＳＩＲまたはＣＮＲを持つ副搬送波から所望の個数だけの副搬送波を次々に割り当てる。前記ＳＩＲまたはＣＮＲがａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ＞ｇの順に高ければ、前記副搬送波割当器２０８は、前記副搬送波♯０、副搬送波♯１、副搬送波♯３、副搬送波♯２…の順に副搬送波を割り当てる。すなわち、割り当てる副搬送波が１個であれば副搬送波♯０を割り当て、割り当てる副搬送波が２個以上であれば、副搬送波♯０、副搬送波♯１を割り当て、割り当てる副搬送波が３個であれば副搬送波♯０、副搬送波♯１、副搬送波♯３を割り当て、割り当てる副搬送波が４個であれば副搬送波♯０、副搬送波♯１、副搬送波♯３、副搬送波♯２を割り当てる。
上述した副搬送波の割当は、２段階からなる。まず、受信したフィードバック情報をチャネル状況に応じて整列し、続いて、前記整列されたフィードバック情報を用いて前記ＵＥとの通信のために必要な個数だけの副搬送波をＵＥに割り当てる。前記フィードバック情報生成器は、前記チャネル状況を副搬送波単位に測定し、この測定されたチャネル状況を副搬送波割当器に送る。ところが、既存の移動通信システムは、上りリンク(uplink)によりデータを伝送する際、伝送率において制限があった。すなわち、既存の移動通信システムは低速上りリンクを持つが、この低速上りリンクを用いて前記測定されたチャネル状況情報を基地局に伝達することはほぼ不可能である。しかも、移動通信システムにおいてチャネル環境が時間によって変わる場合には、前記副搬送波の割当が周期的に行われなければならない。また、その周期はコーヒレンス時間(coherence time)よりも短くならねばならない。しかしながら、上述したように前記フィードバック情報を副搬送波単位に伝達すると、前記フィードバック情報を伝送するのに時間がかかり、結果として前記副搬送波を前記ＵＥに一定時間の間隔で再割当不可能になる、という問題点が生じる。また、各副搬送波ごとにフィードバック情報を伝送しなければならないため、無線資源の浪費につながる。そこで、このような問題点を解決するための方案が望まれている。
したがって、本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、上りリンクに伝送するフィードバック情報を減少させうる装置及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、可変的チャネル状況に応じて使用者端末に割り当てる副搬送波をそれぞれ指定する装置及び方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、同じ副搬送波を他の使用者端末から要請する場合、前記使用者端末に優先順位をおいて前記要請した副搬送波を割り当てる装置及び方法を提供することにある。
上記の目的を達成すべく、本発明は、複数の送信アンテナを使用してデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、第１の送受信機が第２の送受信機にデータを送信する方法であって、第２の送受信機から第１の送受信機の送信アンテナ別副搬送波グループに対するチャネル状況情報を受信する過程と、前記チャネル状況情報を反映して前記データを伝送するのに使用する第２の送受信機のための副搬送波グループをチャネル状況の良好な順に優先的に選択し、前記チャネル状況情報を反映して前記データを伝送する送信アンテナをチャネル状況の良好な順に優先的に選択する過程と、前記選択された送信アンテナを通じて前記データと前記割り当てられた副搬送波に関する情報及び前記データを復調するのに必要な制御情報を伝送する過程と、からなり、ここで、前記データを伝送するのに使用する副搬送波グループは、相互に隣接した副搬送波を含み、前記チャネル状況情報は前記副搬送波グループに属する副搬送波のチャネル状況を代表する値であり、前記副搬送波グループの一つに含まれる副搬送波の個数を、チャネルの周波数特性が平坦なほど大きくすることを特徴とする。
上記の目的を達成すべく、本発明は、複数の送信アンテナを使用してデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、第２の送受信機が第１の送受信機からデータを受信する方法であって、第１の送受信機が複数個の送信アンテナと複数個の副搬送波を用いて伝送したデータ及び前記第２の送受信機に前記データを伝送するのに第１の送受信機が使用した副搬送波に関する情報及び前記データを復調するのに必要な制御情報を受信する過程と、第１の送受信機の送信アンテナ別にデータを伝送するのに使用された副搬送波グループ別チャネル情報を生成する過程と、前記チャネル状況情報を第１の送受信機に伝送する過程と、からなり、ここで、前記データを伝送するのに使用する副搬送波グループは、相互に隣接した副搬送波を含み、前記チャネル状況情報は前記副搬送波グループに属する副搬送波のチャネル状況を代表する値であり、前記副搬送波グループの一つに含まれる副搬送波の個数を、チャネルの周波数特性が平坦なほど大きくすることを特徴とする。
上記の目的を達成すべく、本発明は、複数の送信アンテナを使用してデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、第２の送受信機へデータを伝送する第１の送受信機内の装置であって、前記データを変調する変調部と、第２の送受信機から第１の送受信機の送信アンテナ別副搬送波グループに対するチャネル状況情報を受信し、前記チャネル状況情報を反映して前記データを伝送するのに使用する第２の送受信機のための副搬送波グループをチャネル状況の良好な順に優先的に選択し、前記チャネル状況情報を反映して前記データを伝送する送信アンテナをチャネル状況の良好な順に優先的に選択する制御部と、前記制御部の制御によって、前記データを前記選択された副搬送波グループにマッピングする信号処理部と、前記制御部の制御によって、前記副搬送波グループにマッピングされたデータを前記選択された送信アンテナに割り当て、第２の送受信機に前記データ及び前記副搬送波に関する情報と前記データを復調するのに必要な制御情報を複数個の送信アンテナを用いて伝送する送信部と、からなり、ここで、前記データを伝送するのに使用する副搬送波グループは、相互に隣接した副搬送波を含み、前記チャネル状況情報は前記副搬送波グループに属する副搬送波のチャネル状況を代表する値であり、前記副搬送波グループの一つに含まれる副搬送波の個数を、チャネルの周波数特性が平坦なほど大きくすることを特徴とする。
また、本発明は、第１の送受信機が複数個の送信アンテナと複数個の副搬送波を用いて伝送したデータ及び前記第２の送受信機に前記データを伝送するのに第１の送受信機が使用した副搬送波に関する情報及び前記データを復調するのに必要な制御情報を受信する復調部と、第１の送受信機の送信アンテナ別にデータを伝送するのに使用された副搬送波グループ別チャネル状況情報を生成するフィードバック情報生成器と、前記チャネル状況情報を第１の送受信機に伝送する複数の送信アンテナを含む送信機と、からなり、ここで、前記データを伝送するのに使用する副搬送波グループは、相互に隣接した副搬送波を含み、前記チャネル状況情報は前記副搬送波グループに属する副搬送波のチャネル状況を代表する値であり、前記副搬送波のグループの一つに含まれる副搬送波の個数を、チャネルの周波数特性が平坦なほど大きくすることを特徴とする。
前述した如く、本発明によれば、ＯＦＤＭを用いて単一または多重アンテナ選択ダイバーシティ効果が得られる。また、副搬送波単位にフィードバック情報を上りリンクに伝送する副搬送波グループ単位にフィードバック情報を伝送するため、無線資源の効率的使用が可能になる。
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。尚、本発明を説明するにあたり、関連する公知機能や構成についての具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にするのを避けるために、その詳細説明は省略する。
図３に、本発明の一実施形態による単一アンテナを使用するＯＦＤＭシステムにおいて、基地局からＵＥに副搬送波を割り当てる過程を示す。図３では、１つ以上の副搬送波グループを設定し、各グループは複数個の副搬送波を有する。そして、前記ＵＥは、前記副搬送波単位にフィードバック情報を伝送するのではなく、グループ単位に前記フィードバック情報を伝送する。次に、図３を参照して本発明が適用される前記基地局が、前記ＵＥに副搬送波を割り当てる過程について説明する。
ＯＦＤＭ移動通信システムに使用される副搬送波の個数をＮとし、これら副搬送波を割り当てるグループの個数をＧとする。まず、前記副搬送波を前記グループに割り当てる過程について述べる。前記割り当てるグループの個数は、チャネル状況によって変わることができる。チャネルの周波数選択性(frequency selectivity)特性によって周波数選択性が激しい場合には、１つのグループに含まれる副搬送波の個数は減少し、逆に、チャネルの周波数特性が平坦(flat)な特性を示す場合には１つのグループに含まれる副搬送波の個数が増加する。また、低速上りリンクの伝送速度も考慮に入れることができる。したがって、１つのグループに含まれる副搬送波の個数によって前記グループの個数(Ｇ)が決定される。
前記グループに含ませる副搬送波を選択する方法には、ＡＳＡ(alternative subcarrier allocation)方法とＳＳＡ(subband subcarrier allocation)方法がある。説明のために、副搬送波♯０、副搬送波♯１、副搬送波♯２、副搬送波♯３、・・・、副搬送波♯Ｎ−２、副搬送波♯Ｎ−１の副搬送波があると仮定し、また、前記副搬送波を割り当てるグループの個数を２と設定する。
前記ＡＳＡは、１番目のグループに副搬送波♯０、副搬送波♯２、・・・、副搬送波♯Ｎ−２を含め、２番目のグループに副搬送波♯１、副搬送波♯３、・・・、副搬送波♯Ｎ−１を割り当てる方式である。このＳＳＡは、前記１番目のグループに副搬送波♯０、副搬送波♯１、・・・、副搬送波♯(Ｎ／２−１)を含め、２番目のグループに副搬送波♯Ｎ／２、副搬送波♯(Ｎ／２＋１)、・・・、副搬送波♯Ｎ−１を含める方式である。しかしながら、当分野で通常の知識を持つ者にとっては、本発明が上記のＡＳＡまたはＳＳＡに限定されず、各副搬送波グループに対する副搬送波の選択のために他の方法を適宜適用してもいいことが明らかである。前記基地局は、前記ＵＥが所望する通信がパケットデータ通信か、サーキットデータ通信かによって、所望のサービス品質に基づいて前記グループに含める副搬送波を決定する。一般に、隣接した副搬送波は、コヒーレンスバンド幅(coherence bandwidth)特性から類似した結果を持ち、よって、前記隣接した副搬送波を１つのグループに含めても性能劣化は小さい。以下は、前記隣接した副搬送波を１つのグループに割り当てる方式を前提に説明される。しかしながらダイバーシティ利得を得るために、一定距離以上に離れた副搬送波でグループを構成したり、一定の周期に副搬送波を循環させながらグループを構成する方法をはじめとして、多様な方法が本発明に適用され得ることは自明である。また、このようなグループ決定の変更事項は、基地局がＵＥに物理階層シグナルリングや上位階層シグナルリングで通報することができる。このグループ決定変更事項のシグナルリングは、本発明の要旨でないので具体的な説明は省略される。例えば、基地局のグループ決定方法の物理階層シグナルリングは、既存のＨＳ−ＤＰＡ(High Speed-Downlink Packet Access)チャネルまたはＨＳ−ＳＣＣＨ(High Speed-Shared Control Channel)を介して伝送することができる。
図３には、基地局からがＵＥに副搬送波を割り当てるための、変調部、複数のグループ、複数の加算器、送信アンテナ、受信アンテナ、フィードバック情報生成器、副搬送波割当部が示されている。
変調部３００は、受信した信号を変調した後に複数のグループに伝達する。複数のグループの個数は、上述した如く、副搬送波の個数とコヒーレントバンド幅に基づいて決定される。これらの各グループは、受信した変調信号を副搬送波に割り当て、各グループは、上述したように連続する副搬送波を有する。第１のグループ３１０に送られた変調信号は、前記第１のグループ３１０に含まれている副搬送波に割り当てた後、加算器３２０で送られる。第Ｇのグループ３１２に伝達された変調信号は、前記第Ｇのグループ３１２に含まれている副搬送波に割り当てた後に加算器３２０に送られる。該加算器３２０は、受信した信号を加算した後に送信アンテナ３３０に伝達する。該加算器３２２は、受信した信号を加算した後に送信アンテナ３３０に伝達する。該送信アンテナ３３０は、前記受信した信号を無線チャネルを介して受信アンテナ３４０に送る。
続いて、該受信アンテナ３４０は、前記受信した信号(副搬送波により伝達された信号)をフィードバック情報生成器３５０に伝達する。このフィードバック情報生成器３５０は、受信した信号を各グループ別に区分する。前記フィードバック情報生成器３５０は、特定グループに含まれている副搬送波を用いて受信された信号のチャネル状況を測定し、この測定されたチャネル状況を副搬送波割当器３６０に伝達する。前記フィードバック情報生成器３５０に関する詳細動作は後述される。
前記副搬送波割当器３６０は、前記受信したチャネル状況情報(フィードバック情報)を用いて、前記ＵＥに割り当てる副搬送波グループを選択する。前記基地局は、前記選択された副搬送波グループを用いて前記ＵＥと通信を行う。
図４は、フィードバック情報生成器のブロック図である。以下、図４を参照して本発明によるフィードバック情報生成器の動作について詳細に説明する。前記フィードバック情報生成器は、チャネル推定器、平均器、及びチャネル情報生成器から構成される。
前記チャネル推定器４００は、受信された信号に対するチャネル推定を行う。このチャネル推定は、受信された副搬送波単位に行われ、上述したように、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ(Signal to interference plus Noise Ratio)、ＢＥＲ(Bit Error Rate)、ＦＥＲ(Frame Error Rate)などを測定したり、ＣＮＲ(Channel-to-Noise Ration)など多様なチャネル推定値を測定することによってなる。本発明では、ＳＩＲを測定すると前提する。図４では１つのグループに含まれている副搬送波について例示しているが、前記チャネル推定器４００は、受信された全ての副搬送波についてチャネル推定を行うことができる。
前記チャネル推定器により推定されたＳＩＲは、平均器４０２に送られる。この平均器４０２は、受信したチャネル推定値について平均値を計算する。１つのグループに含まれた副搬送波に対するチャネル推定値を受信した前記平均器４０２は、受信したチャネル推定値に対する平均値を計算し、これをそのグループに対するチャネル推定値とする。受信された全ての副搬送波に対するチャネル推定値を受信した場合、この受信した副搬送波に対するチャネル推定値をグループ別に分割した後、この各グループに含まれているチャネル推定値に対する平均値を計算する。チャネル推定値を受信した前記平均器４０２で行われる動作を、下記の式(1)に示す。
Figure 0004046712
前記SIRgは、１つのグループに含まれている副搬送波に対するチャネル推定値の平均を表す。前記SIRfは、特定副搬送波に対するチャネル推定値を表す。前記Ｌは、１つのグループに含まれている副搬送波の個数を意味し、前記Ｇは、グループの個数を意味する。前記Ｆは、副搬送波を意味する。入力された全ての副搬送波に対するチャネル推定値が受信されると、前記平均器４０２は、各グループごとに上記の式(1)による計算過程を行う。この平均器４０２で行われた結果値を、下記表２に示す。
Figure 0004046712
前記平均器４０２は、受信した平均チャネル推定値をチャネル情報生成器４０４に送り、このチャネル情報生成器４０４は、受信した平均チャネル推定値を一定の規則を持って設定された値に変換する。このチャネル情報生成器４０４に格納されている変換値を、下記の表３に示す。
Figure 0004046712
上記の表３に示すように、前記平均チャネル推定値は４段階に区分する。各段階に含まれる平均チャネル推定値の範囲は、使用者の選択によって調節することができる。また、上記の表３では前記平均チャネル推定値を４段階に区分したが、使用者の選択によって前記平均チャネル推定値を少なくとも２段階に区分すればいい。しかしながら、前記平均チャネル推定値の段階が多すぎると、これらの段階を区分するためのビットの数も増加するため、前記上りリンクにより伝送するデータ量が増加することにつながる。したがって、前記平均チャネル推定値を区分するための段階の数は、前記上りリンクを考慮して適宜設定する。
本発明の一実施形態では、高い平均チャネル推定値と低い平均チャネル推定値の発生確率は低いため、変換値００と１１に対応する平均チャネル推定値の範囲は、比較的広いＡ乃至Ｂ、及びＦ乃至Ｇにそれぞれ設定する。これに対し、中間値を持つ平均チャネル推定値は発生確率が高いため、変換値１０に対応する平均チャネル推定値の範囲は、比較的狭いＥのみに設定する。したがって、変換値の発生確率は近似するようになる。のみならず、絶対的な発生確率などを考慮せず、相対的な平均チャネル推定値の比較により変換値を設定してもいい。すなわち、グループの個数を４とすれば、最も高い平均チャネル推定値を持つグループには００を割り当て、平均チャネル推定値の相対的な大きさにしたがって順次的に０１、１０、１１などに前記変換値を設定する方法なども考慮できる。このマッピング方法は、本発明の一実施形態であって、様々な他の方法が可能である。
下記の表４は、前記チャネル情報生成器４０４から副搬送波割当器に伝達するフィードバック情報の一例を示している。
Figure 0004046712
下記では、前記フィードバック情報は、００、０１、１０、１１の順に優先順位を持つと仮定する。前記副搬送波割当器３６０は、前記受信したフィードバック情報を用いて前記ＵＥに割り当てる副搬送波グループを選択する。前記表４のようなフィードバック情報が伝達されると、前記副搬送波割当器３６０は１つの副搬送波グループを割り当てるべき場合には、前記グループ♯０を選択し、前記選択されたグループに含まれている副搬送波を前記ＵＥに割り当てる。前記副搬送波割当器３６０は、２つの副搬送波グループを割り当てるべき場合、前記グループ♯０とグループ♯４に含まれている副搬送波を前記ＵＥに割り当てる。
図５は、本発明の一実施形態による基地局動作を示すフローチャートである。
図５に示すように、ステップ５００で、前記基地局は、副搬送波を複数のグループに設定する。このグループの個数は、副搬送波の個数とコヒーレントバンド幅を考慮して適正個数に設定する。そして、本発明では各グループが連続する副搬送波を有すると仮定する。ちなみに、前記複数のグループに含まれる副搬送波は定時間単位に変更されることができる。こうすると、１つのグループに同じ副搬送波が継続して割り当てられることから生じる、特定使用者に特定帯域のみが繰り返し割り当てられる問題を解消できる。例えば、初期伝送の場合、第１のグループに副搬送波♯０乃至副搬送波♯５が含まれていれば、使用者が設定した時間が経過した後には、前記第１のグループに副搬送波♯２乃至副搬送波♯７を含めることができる。また、使用者が設定した時間が再び経過すると、前記第１のグループに副搬送波♯４乃至副搬送波♯９を含めることができる。これにより、他の副搬送波グループに含まれる副搬送波も変更される。
ステップ５０２で、前記基地局は、伝送するデータをグループ別に割り当てる。すなわち、前記伝送するデータを、各グループに含まれている副搬送波を用いて伝送する。ステップ５０４で、前記基地局は、前記データをＵＥに伝送する。
ステップ５０６で、前記基地局は、フィードバック情報が受信される時まで待つ。該フィードバック情報は、前記各グループに対するチャネル状況を表す。この各グループに対するチャネル状況は、各グループに含まれている副搬送波を用いて伝送された信号についてチャネル状況を測定した平均値である。
ステップ５０８で、前記基地局は、前記ＵＥに伝送するデータに使用する副搬送波グループを選択する。前記基地局は、前記受信したフィードバック情報を、チャネル状況の良好な順に整列し、この整列されたフィードバック情報を用いて、前記ＵＥに伝送するデータに使用する副搬送波グループを選択する。ステップ５１０で、前記基地局は、前記選択されたグループに含まれている副搬送波を用いて前記ＵＥにデータを伝送する。
図６は、本発明の一実施形態によるＵＥ動作を示すフローチャートである。
図６に示すように、ステップ６００で、前記ＵＥは、前記ステップ５００における方法と同様にして副搬送波を複数の副搬送波グループに設定する。したがって、前記ＵＥは、データを受信するチャネルと同一のチャネルまたは異なるチャネルを介して前記基地局が設定した副搬送波グループに関する情報を受けることができる。
ステップ６０２で、前記ＵＥは、受信された副搬送波のチャネル状況を測定する。このチャネル測定は、前記受信された副搬送波に対するＳＮＲ、ＣＮＲを測定することによってなされる。続いて、ステップ６０４で、前記ＵＥは、ステップ６０２で測定されたチャネル状況値を用いて各グループに含まれている副搬送波のチャネル状況を計算する。この各グループに含まれている副搬送波のチャネル状況は、受信された副搬送波をステップ６００で設定したグループに分類し、これら分類された各グループに含まれている副搬送波のチャネル状況に対する平均値を求めることによって測定される。このとき、前記各グループに含まれている副搬送波のチャネル状況に対する平均値を求める代わりに、各グループに含まれている副搬送波のチャネル状況に対する合計を求めてもいい。
ステップ６０６で、前記ＵＥは、前記各グループについてのチャネル状況情報を用いてフィードバック情報を生成する。前記チャネル状況情報が前記各グループに含まれている副搬送波に対するチャネル状況値の合計であれば、前記フィードバック情報は、前記表３の平均チャネル推定値の代わりに、チャネル推定値の合計を使用する。前記平均チャネル推定値を用いてフィードバック情報を生成する方案もチャネル推定値の合計を用いてフィードバック情報を生成する方案も結果値は互いに同一である。
以上では１つの送信アンテナと１つの受信アンテナで構成された移動通信システムについて説明した。以下では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナで構成された移動通信システムについて説明する。図７は、複数の送受信アンテナを使用してＯＦＤＭ方式によりデータを送受信する移動通信システムの構造を示している。図７では、複数の送信アンテナ各々は、特定周波数を持つ複数の副搬送波(sub-carrier)を介してデータを送信する。
図７では、副搬送波の基地局からＵＥへの割当のために、変調部、複数のグループ、複数の加算器、送信アンテナ、受信アンテナ、フィードバック情報生成器、副搬送波割当器が提供される。
変調部７００は、受信した信号を変調した後に複数のグループに伝達する。この複数のグループの個数は、上述したように、副搬送波の個数とコヒーレントバンド幅、送信／受信アンテナの個数を考慮して決定される。前記各グループは、受信した変調信号を副搬送波に割り当て、この各グループに含まれている副搬送波は、上述したように、連続する副搬送波を有する。第１のグループ７１０に伝達された変調信号は、この第１のグループ７１０に含まれている副搬送波に割り当てた後に加算器７２０に伝達される。第Ｇのグループ７１２に伝達された変調信号は、この第Ｇのグループ７１２に含まれている副搬送波に割り当てた後に加算器７２２に伝達される。前記加算器７２０は、受信した信号を加算した後にアンテナマッパー７３０に伝達する。また、前記加算器７２２も、受信した信号を加算した後に前記アンテナマッパー７３０に伝達する。すると、前記アンテナマッパー７３０は、前記受信した副搬送波グループを伝送するアンテナを指定する。このとき、前記アンテナマッパー７３０は、１つのグループに含まれている副搬送波については１つの送信アンテナを指定してもよく、複数のアンテナを指定することも可能である。すなわち、前記第１のグループに含まれている副搬送波は、送信アンテナ７４０，７４２，７４４のうち、少なくとも１つの送信アンテナを介して伝送される。下記では、前記１つのグループに含まれている副搬送波は、前記送信アンテナ７４０，７４２，７４４を介して前記受信側に送られるように前記アンテナマッパー７３０により指定されると仮定する。
前記送信アンテナ７４０，７４２，７４４を介して伝送された副搬送波グループは、受信アンテナら７５０，７５２，７５４に送られる。図７では、送信アンテナの個数と受信アンテナの個数が一致する場合を示したが、使用者の選択によって前記送信アンテナの個数と受信アンテナの個数は調節可能である。
続いて、前記受信アンテナ７５０，７５２，７５４は、受信した副搬送波グループをフィードバック情報生成器７６０に伝達する。
このフィードバック情報生成器７６０は、送られてきた副搬送波グループに対するフィードバック情報を生成する。このフィードバック情報生成器７６０は、図３のフィードバック情報生成器３５０とほぼ同様に動作するが、前記フィードバック情報生成器７６０は、図３のフィードバック情報生成器３５０によりも多いフィードバック情報を生成し、また、各送信アンテナ別にフィードバック情報を生成する。このフィードバック情報生成器７６０で生成するフィードバック情報の一例を、下記の表５に示す。
Figure 0004046712
前記フィードバック情報生成器７６０は、上記の表５に示すように、各グループ別、各送信アンテナ別にフィードバック情報を生成し、この生成されたフィードバック情報を副搬送波割当器７７０に伝達する。この副搬送波割当器７７０は、伝達されたフィードバック情報を用いて前記特定受信アンテナに割り当てる副搬送波グループと送信アンテナを決定し、その情報を第１のグループ乃至第Ｇのグループ(７１０〜７１２)及びアンテナマッパー７３０を制御する。
下記の表６に、前記副搬送波割当器７７０が副搬送波割当のために受信したフィードバック情報をアンテナとＵＥ別に整列したテーブルの一例を示す。表６では、説明の便宜上、２つの送信アンテナと２つのＵＥを持つＯＦＤＭ移動通信システムの例を挙げている。すなわち、２つのアンテナを持つ２つのＵＥから前記表５のようにＵＥ別に生成されたフィードバック値を受けた副搬送波割当器７７０は、表６に示すようにフィードバック値を整列することができる。
Figure 0004046712
表６に示すように、前記ＵＥ１は、第１のグループに含まれた副搬送波と前記第１の送信アンテナを用いてデータを伝送する場合、最も高いチャネル状況を持つ。前記ＵＥ２は、第２グループに含まれた副搬送波と前記第１の送信アンテナを用いてデータを伝送する場合と、第Ｇのグループに含まれた副搬送波と前記第２送信アンテナを用いてデータを伝送する場合に、最も高いチャネル状況を持つ。したがって、前記副搬送波割当器７７０は、前記第１の受信アンテナについて、第１のグループに含まれた副搬送波と前記第１の送信アンテナを用いてデータを伝送するように制御する。また、前記副搬送波割当器７７０は、前記ＵＥ２について、第Ｇのグループに含まれた副搬送波と前記第２送信アンテナを用いてデータを伝送するように制御する。
１つのＵＥについて、チャネル状況の良い送信アンテナと副搬送波グループが複数個存在する場合、前記ＵＥが要請したサービス品質とサービスの種類によって優先順位を決定する。すなわち、ＵＥ１はパケットデータを要請し、ＵＥ２はサーキットデータを要請し、チャネル状況の最も良い送信アンテナと副搬送波グループが一致すると、前記副搬送波割当器７７０は、パケットデータを要請した前記ＵＥ１に優先順位を付与する。しかしながら、これは、本発明の一実施形態に過ぎず、具現者の要求に応じて各種方法で割当基準を設定することができる。
図８は、本発明の一実施形態による多重アンテナを使用するシステムにおいて、使用者端末が生成したフィードバック情報を基地局に伝送するフォーマットを示す図である。本発明によれば、ＵＥと基地局はそれぞれ副搬送波を構成する方法を知っているので、グループに対する別途のインデックスを伝送することなく、グループ１からグループＧまで順次的にフィードバック情報インデックスを伝送すると、基地局はこの情報を受けて副搬送波グループを割り当てるのに使用することができる。一例に、このようなフィードバック情報は、ＨＳ−ＤＰＡサービスのためのＨＳ−ＤＰＣＣＨを介して伝送されることができる。
従来の直交周波数分割多重方式(ＯＦＤＭ)移動通信システムを示す図である。 図１に示したＯＦＤＭ移動通信システムにおいて基地局の副搬送波割当器から使用者端末に使用する副搬送波を割り当てる過程を示す図である。 本発明の一実施形態による単一アンテナを使用するＯＦＤＭシステムにおいて、基地局の副搬送波割当器から使用者端末に使用する副搬送波を割り当てる過程を示す図である。 図３に示したフィードバック情報生成器の構造を詳細に示す図である。 本発明の一実施形態による基地局で行われる動作を示す図である。 本発明の一実施形態による使用者端末で行われる動作を示す図である。 本発明の一実施形態による複数のアンテナを使用するＯＦＤＭシステムにおいて基地局の副搬送波割当器から使用者端末に使用する副搬送波を割り当てる過程を示す図である。 本発明の一実施形態による多重アンテナを使用するＯＦＤＭシステムにおいて使用者端末が生成したフィードバック情報を基地局に伝送するフォーマットを示す図である。
符号の説明
３１０〜３１２ ・・・第１〜第Ｇのグループ
３２０ 加算器
３３０ 送信アンテナ
３４０ 受信アンテナ
３５０ フィードバック情報生成器
３６０ 副搬送波割当器
４００ チャネル推定器
４０２ 平均器
４０４ チャネル情報生成器

Claims (20)

  1. 複数の送信アンテナを使用してデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、第１の送受信機が第２の送受信機にデータを送信する方法であって、
    第２の送受信機から第１の送受信機の送信アンテナ別副搬送波グループに対するチャネル状況情報を受信する過程と、
    前記チャネル状況情報を反映して前記データを伝送するのに使用する第２の送受信機のための副搬送波グループをチャネル状況の良好な順に優先的に選択し、前記チャネル状況情報を反映して前記データを伝送する送信アンテナをチャネル状況の良好な順に優先的に選択する過程と、
    前記選択された送信アンテナを通じて前記データと前記割り当てられた副搬送波に関する情報及び前記データを復調するのに必要な制御情報を伝送する過程と、からなり、
    ここで、前記データを伝送するのに使用する副搬送波グループは、相互に隣接した副搬送波を含み、前記チャネル状況情報は前記副搬送波グループに属する副搬送波のチャネル状況を代表する値であり、前記副搬送波グループの一つに含まれる副搬送波の個数を、チャネルの周波数特性が平坦なほど大きくすることを特徴とする方法。
  2. 前記副搬送波グループに含まれる副搬送波は、一定時間単位に変更されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 各副搬送波グループのチャネル状況情報が、前記副搬送波グループに含まれている副搬送波に対する信号対雑音比の平均値を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記第１の送受信機が、少なくとも２つの第２の送受信機から前記副搬送波グループに対するチャネル状況を受信した場合、前記第２の送受信機が要請したサービス品質とサービス種類を考慮して前記副搬送波グループを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 少なくとも２つの送信アンテナを使用する場合、前記受信した副搬送波グループのチャネル状況を用いて、前記第２の送受信機にデータを伝送する送信アンテナを決定することを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 複数の送信アンテナを使用してデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、第２の送受信機が第１の送受信機からデータを受信する方法であって、
    第１の送受信機が複数個の送信アンテナと複数個の副搬送波を用いて伝送したデータ及び前記第２の送受信機に前記データを伝送するのに第１の送受信機が使用した副搬送波に関する情報及び前記データを復調するのに必要な制御情報を受信する過程と、
    第１の送受信機の送信アンテナ別にデータを伝送するのに使用された副搬送波グループ別チャネル情報を生成する過程と、
    前記チャネル状況情報を第１の送受信機に伝送する過程と、からなり、
    ここで、前記データを伝送するのに使用する副搬送波グループは、相互に隣接した副搬送波を含み、前記チャネル状況情報は前記副搬送波グループに属する副搬送波のチャネル状況を代表する値であり、前記副搬送波グループの一つに含まれる副搬送波の個数を、チャネルの周波数特性が平坦なほど大きくすることを特徴とする方法。
  7. 前記伝達されたデータに対する信号対雑音比によりチャネル状況情報を生成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 前記副搬送波グループに含まれている副搬送波に対する信号対雑音比の平均値を計算するために、前記副搬送波グループに対するチャネル状況情報を生成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 前記副搬送波グループに含まれている副搬送波に対する信号対雑音比の合計を計算することによって前記副搬送波グループに対するチャネル状況情報を生成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
  10. 前記少なくとも２つの送信アンテナから前記副搬送波に含まれたデータが伝送されると、これら各送信アンテナから送られてきた副搬送波に対する前記副搬送波グループチャネル状況情報を生成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
  11. 前記副搬送波グループに含まれる副搬送波は、一定時間単位に変更されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  12. 複数の送信アンテナを使用してデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、第２の送受信機へデータを伝送する第１の送受信機内の装置であって、
    前記データを変調する変調部と、
    第２の送受信機から第１の送受信機の送信アンテナ別副搬送波グループに対するチャネル状況情報を受信し、前記チャネル状況情報を反映して前記データを伝送するのに使用する第２の送受信機のための副搬送波グループをチャネル状況の良好な順に優先的に選択し、前記チャネル状況情報を反映して前記データを伝送する送信アンテナをチャネル状況の良好な順に優先的に選択する制御部と、
    前記制御部の制御によって、前記データを前記選択された副搬送波グループにマッピングする信号処理部と、
    前記制御部の制御によって、前記副搬送波グループにマッピングされたデータを前記選択された送信アンテナに割り当て、第２の送受信機に前記データ及び前記副搬送波に関する情報と前記データを復調するのに必要な制御情報を複数個の送信アンテナを用いて伝送する送信部と、からなり、
    ここで、前記データを伝送するのに使用する副搬送波グループは、相互に隣接した副搬送波を含み、前記チャネル状況情報は前記副搬送波グループに属する副搬送波のチャネル状況を代表する値であり、前記副搬送波グループの一つに含まれる副搬送波の個数を、チャネルの周波数特性が平坦なほど大きくすることを特徴とする装置。
  13. 前記第１の送受信機は、前記副搬送波グループに含まれる副搬送波を一定時間単位に変更することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  14. 前記第１の送受信機は、少なくとも２つの第２の送受信機から前記副搬送波グループに対するチャネル状況を受信した場合、前記第２の送受信機が要請したサービス品質とサービス種類を考慮して前記副搬送波グループを割り当てることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  15. 前記第１の送受信機は、少なくとも２つ以上の送信アンテナを使用する場合、前記受信した副搬送波グループに対するチャネル状況を用いて、前記第２の送受信機にデータを伝送する送信アンテナを決定することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
  16. 前記第２の送受信機は、前記チャネル状況情報として受信されたデータの信号対雑音比を測定することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  17. 前記第２の送受信機は、前記副搬送波グループに含まれている副搬送波に対する信号対雑音比の平均値を計算することによって、前記副搬送波グループに対するチャネル状況情報を生成することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
  18. 前記第２の送受信機は、前記副搬送波グループに含まれている副搬送波に対する信号対雑音比の合計を計算することによって、前記副搬送波グループに対するチャネル状況情報を生成することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
  19. 前記第２の送受信機は、前記少なくとも２つの送信アンテナから前記副搬送波に含まれたデータが伝送されると、前記各送信アンテナから伝送された副搬送波に対する副搬送波グループチャネル状況情報を生成することを特徴とする請求項１７または１８に記載の装置。
  20. 複数の送信アンテナを使用してデータを伝送する直交周波数分割多重システムにおいて、第１の送受信機からデータを受信する第２の送受信機内の装置であって、
    第１の送受信機が複数個の送信アンテナと複数個の副搬送波を用いて伝送したデータ及び前記第２の送受信機に前記データを伝送するのに第１の送受信機が使用した副搬送波に関する情報及び前記データを復調するのに必要な制御情報を受信する復調部と、
    第１の送受信機の送信アンテナ別にデータを伝送するのに使用された副搬送波グループ別チャネル状況情報を生成するフィードバック情報生成器と、
    前記チャネル状況情報を第１の送受信機に伝送する複数の送信アンテナを含む送信機と、からなり、
    ここで、前記データを伝送するのに使用する副搬送波グループは、相互に隣接した副搬送波を含み、前記チャネル状況情報は前記副搬送波グループに属する副搬送波のチャネル状況を代表する値であり、前記副搬送波のグループの一つに含まれる副搬送波の個数を、チャネルの周波数特性が平坦なほど大きくすることを特徴とする装置。
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