JP2005130491A5 - - Google Patents

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無線多重搬送波伝送システムにおける副搬送波割振りおよび副搬送波変調方式選択のための方法
本発明は、無線通信システムに関し、より詳細には、固定または移動高速無線多重搬送波システムにおいて、副搬送波を割り振り、副搬送波ごとに変調方式を選択する方法に関する。
多重搬送波変調へのアプローチは、OFDM(直交周波数分割多重化)である。OFDMは、たとえば、デジタル無線信号およびデジタルテレビ信号の伝送に用いられる、2つの高速デジタル無線伝送システムであるDAB(デジタルオーディオ放送)およびDVBT(デジタルビデオ放送地上伝送モード)用に標準化された。OFDM伝送システムが果たす役割が増しつつあるさらなる適用分野は、ローカル無線ネットワークを利用した、有線ネットワークへのモバイルアクセスであり、この場合、高いデータレートも伝達しなければならない。この点に関して、HIPERLAN/2標準、ならびに5Ghz領域用のIEEE802.11a標準の拡張について述べることができる。どちらのシステムにおいても、OFDM伝送が適用される。OFDMは、高速モバイルアプリケーションのための合理的な代替物を提供することもでき、したがって、次世代移動無線システムまたは第4世代エアインターフェースに向けた重要なステップを表す。
従来の多重搬送波方式では、伝送されるデータが、いくつかの並列データストリームに分割され、各データストリームが、個々の副搬送波を変調するのに使われる。OFDM伝送システムが適用される場合、ブロードバンド無線チャネルは、たとえば、QPSK、16QAM、64QAM、または、副搬送波ごとにより高いデータレートを可能にするより高次の変調を用いて、それぞれ独立に変調される複数の狭帯域下位チャネルまたは副搬送波に細分される。ただし、より高次の変調は、受信機での信号対ノイズの比率(SNR)が、復調を可能にするほど十分に高い場合のみ使われることができる。副搬送波周波数は、短時間単位でユーザチャネルに割り振ることができ、副搬送波ごとの変調次数は、各ユーザごとに伝送チャネルを定義するように選択しなければならない。
多重経路無線チャネルを有する地上モバイル環境では、単一の副搬送波のチャネルが非常に大きく減衰する可能性がある。これは、ユーザに割り振られた一部の副搬送波が、フェージングのために無駄になり得ることを意味する。
一部の副搬送波のフェージングを補償するために、Z.Wang、R.A.Stirling Gallacher、「Improving performance of multi−user OFDM systems using bit−wise interleaver」(Electronic Letters、2001年9月13日、vol.37、No.19)の文書において開示される、知られている方法が、周波数インタリーブ方式に従った、ユーザチャネルへの副搬送波の割振りを提案している。すなわち、ユーザチャネルに割り振られる副搬送波用の周波数が、異なる減衰を経験することができる程十分に離れて選ばれる。この方法に従うことにより、ビットは、こうした副搬送波に渡って分散され、平均化効果が達成され、その結果、平均して未加工ビットエラーレートが容認可能な程低く、前方誤り訂正(FEC)符号化メカニズムが、ビットエラーを訂正することができる。
この割振り方法は、フェージングの問題を大幅に削減するが、依然として、移動局を巻き込むダウンリンク伝送には無駄になり得る副搬送波を割り振る。さらに、特定のユーザチャネルに対して、このユーザにとって深刻な減衰を受け、したがってこのユーザへのダウンリンク伝送にとって無駄であるが、フェージングしていないので別のユーザへの伝送には適切であり得る副搬送波を割り振る場合がある。周波数インタリーブ割振りのさらに別の欠点は、その結果生じるビットエラーレートに対するチャネル符号化が、チャネルを介して伝送されることができる使用可能な純ビットレートを低下させる多くの冗長性を必要とすることである。
Z.Wang、R.A.Stirling Gallacher、「Improving performance of multi−user OFDM systems using bit−wise interleaver」(Electronic Letters、2001年9月13日、vol.37、No.19)
本発明の目的は、上述した従来技術の技術的問題を解決することであり、また、各端末の好ましい受信性能に合致する伝送を用いることによって、OFDMなどの高速無線モバイル多重搬送波システムに、改良された副搬送波割振り方法を提供することである。
この目的は、本発明によれば、エアインターフェースのダウンリンクチャネルおよびフィードバックチャネルを介して、データ伝送、信号制御、およびリンク適合のために複数のユーザ端末と通信するようにネットワークが構成されるとともに、いくつかの端末が、端末自体の特定のチャネル伝達関数を評価する、OFDMなどの多重搬送波変調を用いる無線システムにおいて、ユーザ端末に副搬送波周波数を割り振る方法によって達成され、この方法において、
ある特定の期間に渡って端末のチャネル伝達関数評価が起こると、端末は、端末のチャネル伝達関数が予測可能であるかどうか、また、端末が周波数選択性副搬送波割振り方法に関与したいかどうかを、端末のフィードバックチャネルを介してネットワークに報告し、
周波数選択性割振り手順に関与する端末の数、端末それぞれのトラフィック要求、および端末のチャネル伝達関数特性についての情報に応じて、ネットワークは、使用可能な副搬送波周波数セットを、少なくとも2つの論理ブロックまたは周波数サブセットに区分し、
関与端末(participating terminal)は、端末の、測定されたチャネル伝達関数および干渉ノイズ評価についての情報を、フィードバックチャネルを介してネットワークに折り返し報告し、
ネットワークは、この情報に従い、チャネル伝達関数についての、端末のフィードバック情報に従って、伝送に有用な副搬送波を前記端末に割り当てることによって、少なくとも1つの周波数の第1のサブセットの副搬送波周波数を、周波数選択性割振り方式に従って関与端末に割り振り、周波数インタリーブ方式に従って、それ以外の端末に、少なくとも1つの第2の周波数サブセットの副搬送波周波数を割り振る。
本発明の目的はまた、
上述した方法による、多重搬送波変調を用いる無線システムにおける、複数のユーザ端末への副搬送波周波数割振り手段を備えるネットワーク要素と、
ある特定の期間に渡って端末のチャネル伝達関数および干渉ノイズを評価し、端末の、測定されたチャネル伝達関数および/または干渉ノイズ評価についての前記情報を、フィードバックチャネルを介してネットワークに折り返し報告する手段を備えるユーザ端末と、
上述した方法による、多重搬送波変調を用いる無線システムにおいて、複数のユーザ端末に対して副搬送波周波数割振りを実施する無線資源マネージャエンティティとによって達成される。
本発明の有利な構成は、従属請求項、以下の説明、および図面から明らかになる。たとえば、提案する本発明を利用することにより、すべての副搬送波周波数用の変調方式を選択することもでき、最高次の変調(たとえば64QAM)が、できるだけ多くの端末に対して用いられ、そうすることによって、できるだけ多くの加入者にサービスを提供するために、システム全体に対する最大無線セルトラフィックスループットを向上することができ、より高いデータ伝送レートが達成されることが有利と思われる。ユーザ端末において必要とされるチャネル符号化/復号化の複雑さが低下することも有利である。
ここで、本発明の実施形態の例を、図1〜5を利用して説明する。
図1は、OFDMの時間−周波数を表すT−Fグリッドに入れた、4つのユーザチャネルA、B、C、Dへの副搬送波S1〜SNの例示的な割振りを示す。
OFDMは、1人のユーザまたは1つの論理チャネルA、B、C、Dに1つまたは複数の副搬送波S1〜SNを柔軟に割り振って、このユーザチャネル用のデータレートを制御する可能性をもたらす。この可能性は、TDMAシステムにおいて、時間とともに(たとえば、2msの期間である、Kシンボル期間Tsの変化期間とともに)変わり得るので、図1に示すような2次元の資源割振りグリッドを得る。
時間−周波数グリッドの位置の一部は、パイロット情報または信号情報の搬送に使われるので、データ伝送に対して利用可能でない場合がある。
残っている位置でのユーザの割当ては、周波数または時間あるいはその両方の組合せに基づいて行われることができる。
図2は、5Mhzの帯域幅に及ぶ周波数選択性フェージングを伴うユーザチャネル伝達関数Hfの図の例を示す。
広帯域無線通信では、多重経路の拡がりによる深刻な周波数選択性フェージングが、ユーザチャネルの質を低下させる。OFDM信号は、たとえば、5Mhzの帯域幅に及ぶ300または700個の副搬送波を有することができ、したがって、受信機での副搬送波ごとのSNRも、周波数ごとに大きく異なり、つまり、一部の搬送波は大きく減衰され、他の搬送波は減衰されない。
ユーザチャネル伝達関数Hf、たとえば図2に示すユーザチャネル伝達関数Hfは、各ユーザ端末およびその現在の受信条件に対して一義的かつ固有である。ユーザチャネル伝達関数Hfは、たとえば、ユーザの移動によってまたは隣接伝送干渉によって引き起こされる変化の影響を受ける。このようなチャネル評価は、次いで、データ受信の質を向上させるために、当該分野において知られている方法によってOFDM受信機内で実施されなければならない。
図3は、モバイル通信システムのブロック図を示し、この図において、複数のネットワーク要素NEを含む移動無線ネットワークN、および複数のユーザ端末UEが、少なくともダウンリンクでは、OFDMなどの多重搬送波変調方式を用いて、エアインターフェースのダウンリンクチャネルDCおよびフィードバックチャネルFCを介してデータ情報を交換し、ネットワークNおよびユーザ端末UEは、本発明による、ユーザ端末への副搬送波周波数割振り手段を備える。
本発明は、図2の例に示すように、通常は異なる多くのユーザチャネル伝達関数Hfが1つのセル上に同時に存在するので、1つの副搬送波周波数が無線セル中のユーザ端末UEすべてに対して減衰される確率はゼロに近いという第1の観察結果から始まる。さらに、本発明は、一部のユーザ端末UEが高速移動し、予測不可能な周波数選択を伴う、高速変化し予測不可能なチャネル伝達関数Hfを経験し、その間、チャネル伝達関数Hfが、先行して一部の伝送時間間隔に対して予測可能である、ほぼ静止したまたは低速変化するチャネル状況を経験するいくつかのユーザ端末UEが存在するという第2の観察結果から始まる。
本発明、および上述した観察結果によれば、ユーザ端末の一義的なチャネル伝達関数Hfの知識に基づいて、ユーザ端末UEに特定の副搬送波を割り振ることが可能であり、特定の端末にとって有用なまたは無用な副搬送波についてのこのような知識は次いで、ネットワークNによって割振り処理に使われる。
本発明によれば、端末UEが端末のチャネル伝達関数Hfをある特定の期間に渡って評価すると、端末は、端末のチャネル伝達関数Hfが予測可能であるかどうか、また、周波数選択性副搬送波割振り方法に関与したいかどうかを、端末のフィードバックチャネルFCを介してネットワークNに報告する。たとえば、周波数選択性割振り手順に関与する端末UEの数、端末それぞれのトラフィック要求、および端末のチャネル伝達関数Hf特性に関する情報に応じて、ネットワークNは、図1に示す使用可能なOFDMの時間−周波数を表すT−Fグリッドを少なくとも2つの論理ブロックまたは周波数サブセットに区分し、少なくとも第1のサブセットは、予測可能チャネル伝達関数Hfを有する端末に対する周波数選択性割振りに使われる周波数を含み、端末は、この割振り処理への関与を望み、少なくとも第2のサブセットは、予測可能伝達関数Hfをもたない端末、または周波数選択性割振り方法への関与を望まない端末の場合に従来の周波数インタリーブ割振りに使われる周波数を有する。関与端末UEは、次いで、端末の測定されたチャネル伝達関数Hfと、必要とされる場合には、干渉ノイズ評価とについての情報を、フィードバックチャネルFCを介してネットワークNに折り返し報告する。ネットワークNは、この情報に従い、端末のチャネル伝達関数Hfに従って、伝送に有用な副搬送波を前記端末に割り当てることによって、周波数選択性割振り方法において第1のサブセットから関与端末に副搬送波周波数を割り振り、前述した従来の周波数インタリーブ方式に従って、第2のサブセットからそれ以外の端末に他の副搬送波周波数を割り振る。
また、本発明によれば、ネットワークNは、関与端末に副搬送波周波数を割り振るとき、前記副搬送波用の変調方式(たとえば、QPSK、16QAM、64QAM)をさらに決定することができる。
この割振り手順は繰り返し行われ、周波数選択性割振りは、新しい関与ユーザ端末UEのチャネル伝達関数Hf報告が再度使用可能になるまで、定常性が予想され得る無線チャネル可干渉時間とほぼ同じ適切な時間間隔で続く。
副搬送波割振り原理は、ユーザ/サービス要求またはユーザ/サービス優先度のような他の要因を割振り処理に組み込むためにも開放されており、こうした制約の下で可能な限り最高のセルスループットを常に達成する。
関与端末UEが、本発明によって、端末の測定されたチャネル伝達関数Hfおよび干渉ノイズ評価についての情報を、フィードバックチャネルFCを介してネットワークNに折り返し報告する方法は、好ましい実施形態では、フィードバックトラフィックを削減するために、圧縮符号化された形であるべきである。たとえば、この報告は、特定のパイロット副搬送波についての量子化された測定値と、必要とされる場合には、可能な限り、量子化された追加ノイズ評価とを送信することによって、または、チャネルインパルス応答の評価された遅延および振幅値を、量子化された形および追加ノイズ評価として送信することによって、または、ある特定の変調方式が、どの副搬送波において有用であり、どの副搬送波では有用でないかを単に記述することによって、行うことができる。この最後の方法は、たとえば、それぞれのどの変調方式(たとえば、QPSK、16QAM、64QAM)が、どの周波数において伝送に適合しており、どの周波数において適合していないかを示す、副搬送波周波数の軸に渡る整数関数を送信することによって、行われる。
この最後の方式では、送信側ネットワークが通常、非常に限られた数の変調方式間での選択しかもたない観察結果を使用する。
図4は、周波数サブセットSU1およびSU2の2つの論理ブロック中で使用可能な副搬送波周波数セットの適切な区分の例を示し、第1のサブセットSU1は、ラスタR0、R1、およびR2を含み、第2のサブセットSU2は、ラスタR3〜R7を含む。
図の例に示すように、移動無線ネットワークNは、異なる副搬送波周波数の軸を、たとえば、周波数ラスタ(raster)と呼ばれる、等間隔の周波数ポイントからなる8個のインタリーブされたサブセットに区分する。したがってこの例では、周波数ラスタR0〜R7がある。このように、サブセットSU1およびSU2両方において、周波数ダイバーシティがもたらされ、第1のサブセットSU1は、周波数選択性割振り手順に使用され、第2のサブセットSU2は、周波数インタリーブ割振りに使用される。
図4は可能な区分方法の例に過ぎず、前記区分を行うさらなる方法が可能であることを理解されたい。たとえば、より多くのサブセットに区分することも可能であり、サブセットのどれもがゼロ周波数を割り当てられることも可能であり、このことは、ただ1組の周波数が割振りに使用可能であることを意味する。やはり図1を説明するときに上述したように、時間−周波数グリッドの区分は、時間および周波数に対して行われることもでき、前記区分は、割振り方法用に使われる。
図5は、ネットワークNに、ユーザチャネル伝達関数についての特定の情報を送信する方法の例を示す。この送信は、検討される索引としての変調方式(たとえば、QPSK、16QAM、64QAM)、およびどの周波数がこの変調方式での伝送に適合しており、どの周波数が適合していないかを示す整数関数A(f)を送信することによって行われる。
前記整数関数は、フィードバックチャネルFC上のトラフィックを最小限にするために、ランレングス符号化などのソースコード化アルゴリズムによって、さらに圧縮された形で送信されることもできる。この原理は、ネットワークNの異なる送信アンテナごとにフィードバック情報が別個に与えられる複数入出力(MIMO)システムのケースに一般化されることもできる。
一般化のため、本発明の説明に対してOFDM変調方式が用いられたが、上記の提案は、原則的に、OFDMとは別のどの多重搬送波変調方式にも同様に適合されることができることを理解されたい。
本明細書において説明した割振り方法は、移動無線ネットワークNのどこでも、つまり、基地局や無線ネットワークコントローラなどのネットワーク要素NEにおいて実装されることができ、割振りアルゴリズムを実施する、ネットワーク要素NE内部または外部の無線資源マネージャエンティティによっても実施されることができることも理解されたい。この無線資源マネージャエンティティは、ハードウェア手段によっても、ソフトウェア手段によっても実装されることができる。
副搬送波割振りおよび変調方式選択を、アップリンクチャネルにおいて、同じ原理を用いて端末からネットワークへのデータ伝送に適用することもできる。
ユーザチャネルに対する副搬送波をOFDMの時間−周波数グリッドにマッピングする例を示す図である。 周波数選択性フェージングを伴うユーザチャネル伝達関数を示す図の例である。 本発明による、ユーザ端末への副搬送波周波数割振り手段を備えるモバイル通信システムを示すブロック図である。 本発明による、周波数サブセットの2つの論理ブロックにおける、副搬送波周波数セットの適切な区分の例を示す図である。 モバイル無線ネットワークに、ユーザチャネル伝達関数についての特定の情報を送信する方法の例を示す図である。
DC ダウンリンクチャネル
FC フィードバックチャネル
UE ユーザ端末
N ネットワーク
Hf チャネル伝達関数
SU1、SU2 周波数サブセット
NE ネットワーク要素
R0、R1、R7 ラスタ

Claims (16)

  1. エアインターフェースのダウンリンクチャネル(DC)およびフィードバックチャネル(FC)を介して、データ伝送、信号制御、およびリンク適合のために複数のユーザ端末(UE)と通信するようにネットワーク(N)が構成されるとともに、いくつかの端末(UE)が、端末自体の特定のチャネル伝達関数(Hf)を評価する、OFDMなどの多重搬送波変調を用いる無線システムにおいて、ユーザ端末(UE)に副搬送波周波数を割り振る方法であって、
    ある特定の期間に渡って端末(UE)のチャネル伝達関数(Hf)評価が起こると、端末が、端末のチャネル伝達関数(Hf)が予測可能であるかどうか、また、端末が周波数選択性副搬送波割振り方法に関与したいかどうかを、端末のフィードバックチャネル(FC)を介してネットワーク(N)に報告し、
    周波数選択性割振り手順に関与する端末(UE)の数、端末それぞれのトラフィック要求、および端末のチャネル伝達関数(Hf)特性についての情報に応じて、ネットワークが、使用可能な副搬送波周波数セットを、少なくとも2つの論理ブロックまたは周波数サブセット(SU1、SU2)に区分し、
    関与端末(UE)が、端末の、測定されたチャネル伝達関数(Hf)および干渉ノイズ評価についての情報を、フィードバックチャネル(FC)を介してネットワーク(N)に折り返し報告し、
    ネットワーク(N)が、この情報に従い、チャネル伝達関数(Hf)についての、端末のフィードバック情報に従って、伝送に有用な副搬送波を前記端末に割り当てることによって、少なくとも1つの周波数の第1のサブセット(SU1)の副搬送波周波数を、周波数選択性割振り方式に従って関与端末に割り振り、周波数インタリーブ方式に従って、それ以外の端末に、少なくとも1つの第2の周波数サブセット(SU2)の副搬送波周波数を割り振ることを特徴とする方法。
  2. ネットワーク(N)が、端末に割り振られる副搬送波用の変調方式をさらに決定することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 関与端末(UE)が、端末の測定されたチャネル伝達関数(Hf)および/または干渉ノイズ評価についての情報を、圧縮符号化された形で、フィードバックチャネル(FC)を介してネットワーク(N)に折り返し報告することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 関与端末(UE)が、特定のパイロット副搬送波についての量子化された測定値を、ネットワークに折り返し報告することを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 関与端末(UE)が、チャネルインパルス応答の評価された遅延および振幅値を、量子化された形で、ネットワークに折り返し報告することを特徴とする請求項3に記載の方法。
  6. 関与端末(UE)が、それぞれのどの変調方式が、どの周波数において伝送に適合しており、どの周波数において適合していないかを示す、副搬送波周波数の軸に渡る整数関数を、ネットワーク(N)に折り返し報告することを特徴とする請求項3に記載の方法。
  7. 前記整数関数が、ランレングス符号化などのソース符号化アルゴリズムによって、圧縮された形で送信されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. ネットワーク(N)が、ユーザ/サービス要求またはユーザ/サービス優先度のような要因を考慮して、周波数選択性方式に関与する端末(UE)に対して副搬送波周波数をさらに割り当てることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  9. ユーザ端末(UE)が周波数選択割振り方法に関与するかどうかについての情報、ならびに/あるいはユーザ端末のチャネル伝達関数(Hf)および/または干渉ノイズ評価についての情報を受信する手段と、使用可能な副搬送波周波数セットを少なくとも2つの論理ブロックまたは周波数サブセット(SU1、SU2)に区分する手段と、チャネル伝達関数(Hf)についての、端末のフィードバック情報に従って、伝送に有用な副搬送波を前記端末に割り当てることによって、周波数選択性割振り方式に従って、少なくとも1つの周波数の第1のサブセット(SU1)の副搬送波周波数を関与端末に割り振る手段とを備えることを特徴とするネットワーク要素(NE)。
  10. 端末に割り振られる副搬送波用の変調方式を決定する手段をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載のネットワーク要素(NE)。
  11. ある特定の期間に渡って端末のチャネル伝達関数(Hf)および干渉ノイズを評価し、端末の、測定されたチャネル伝達関数(Hf)および/または干渉ノイズ評価についての前記情報を、好ましくは圧縮符号化された形で、フィードバックチャネル(FC)を介してネットワーク(N)に折り返し報告する手段を備えるユーザ端末(UE)。
  12. ネットワーク要素(NE)と情報を交換する手段を備える無線資源マネージャエンティティであって、前記手段が、ユーザ端末(UE)が周波数選択割振り方法に関与するかどうかについての情報、ならびにユーザ端末のチャネル伝達関数(Hf)および/または干渉ノイズ評価についての情報を受信する手段と、使用可能な副搬送波周波数セットを少なくとも2つの論理ブロックまたは周波数サブセット(SU1、SU2)に区分する手段と、チャネル伝達関数(Hf)についての、端末のフィードバック情報に従って、伝送に有用な副搬送波を前記端末に割り当てることによって、周波数選択性割振り方式に従って、少なくとも1つの周波数の第1のサブセット(SU1)の副搬送波周波数を関与端末に割り振る手段とを備えることを特徴とする無線資源マネージャエンティティ。
  13. 端末に割り振られる副搬送波用の変調方式を決定する手段をさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の無線資源マネージャエンティティ。
  14. エアインターフェースのダウンリンクチャネル(DC)およびフィードバックチャネル(FC)を介して、ネットワーク(N)が、データ伝送、信号制御、およびリンク適合のために複数のユーザ端末(UE)と通信するとともに、いくつかの端末(UE)が、端末自体の特定のチャネル伝達関数(Hf)を評価する、OFDMなどの多重搬送波変調を用いる無線システムにおいて、ユーザ端末(UE)に副搬送波周波数を割り振る方法であって、
    ある特定の期間に渡ってユーザ端末(UE)のチャネル伝達関数(Hf)評価が起こると、端末(UE)が、端末の測定されたチャネル伝達関数(Hf)についての情報を、フィードバックチャネル(FC)を介してネットワーク(N)に折り返し報告し、
    ネットワーク(N)が、この情報に従い、チャネル伝達関数(Hf)についての、端末のフィードバック情報に従って、伝送に有用な副搬送波を前記端末に割り当てることによって、少なくとも1つの周波数サブセット(SU1)の副搬送波周波数を、周波数選択性割振り方式に従って端末(UE)に割り振ることを特徴とする方法。
  15. 端末(UE)が、干渉ノイズ評価についての情報をネットワーク(N)にさらに報告することを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. フィードバックチャネルを介して端末(UE)からネットワーク(N)に送信される前記情報が、圧縮符号化された形で送信されることを特徴とする請求項14または15に記載の方法。
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