JP2008085910A - 無線通信方法及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＡＰ領域を効果的に削減してデータ領域を拡大することができる無線通信方法及び装置を提供する。
【解決手段】ＭＡＰが割り当てられるＭＡＰ領域及びデータが割り当てられるデータ領域が割り当てられたフレーム構造を用いて、基地局１から移動局２に下りバーストを送信するに当たり、基地局１は、変調クラスを制御する周波数の数を示す情報及び周波数領域を示す情報を有するＭＡＰを、マップ生成部１５で生成する。生成されたＭＡＰは、基地局１の無線通信部１８から移動局２の無線通信部２７に送信される。これによって、ＭＡＰのＩＥ（情報要素）を拡張し、割当て情報をＡＭＣ（Advanced Modulation and Coding）用に最適化することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えばIEEE Std. 802.16e（ＷｉＭＡＸ）に対応する移動局及び基地局を具える通信システムにおける無線通信方法及び無線通信装置に関する。

このような通信システムでは、基地局は、ＭＡＰ（データ割当て情報）が割り当てられるＭＡＰ領域及びデータが割り当てられるデータ領域を有するフレーム構造を用いて、移動局に下りバーストを送信している（例えば、特許文献１、非特許文献１，２）。

上記フレーム構造では、非隣接サブキャリアを組み合わせるようにサブキャリアを割り当てるＰＵＳＣ(Partial Used SubChannelization)方式や、隣接サブキャリアを組み合わせるようにサブキャリアを割り当てるＡＭＣ(Advanced Modulation and Coding)方式が適用され、ＭＡＰ領域では、ＰＵＳＣ方式が適用され、データ領域では、ＰＵＳＣ方式、ＡＭＣ方式等が通信方式などに基づいて適用される。

ＰＵＳＣ方式は、データ領域に適用した場合には図１に示すようなフレーム構成を有し、割り当てられたサブキャリアをある一定の並べ替えメカニズムを利用して複数のサブチャネルに分散させることによって、周波数ダイバーシチにより移動性の高い環境にも良好な特性を示す。ＰＵＳＣ方式は、各ユーザが基本的には一つのＭＣＳ（Modulation Coding Scheme:変調クラス制御）を有し、一つのＭＣＳには一つの割り当て用のＭＡＰ ＩＥ（情報要素）が必要となる。

ＡＭＣ方式は、データ領域に適用した場合には図２に示すようなフレーム構成を有し、周波数軸領域が２４個のＢａｎｄという単位に区切られ、ＢＳ（基地局）はＢａｎｄごとにＭＣＳを決定し、各ＳＳ（移動局）すなわちユーザにとって最適なＢａｎｄを選択することによって、スループットの最大化を図ることができる。ＡＭＣ方式は、ＡＡＳ（アダプティブアレーアンテナシステム）に適用される。ＡＭＣ方式は、ＢａｎｄごとにＭＣＳが異なるために各ユーザが複数のＭＣＳを有する。

また、ＭＡＰについては、データ領域のサブチャネルがＰＵＳＣ方式で割り当てられる通信状態の場合とＡＭＣ方式で割り当てられる通信状態の場合のいずれにも対応できるように、各方式のＩＥが構成されている。すなわち、ＰＵＳＣ方式については、ユーザごとにＭＣＳが異なるので、割当て用のＭＡＰ ＩＥがユーザ数分必要となり、ＡＭＣ方式については、ＢａｎｄごとにＭＣＳが異なるので、割当て用のＭＡＰ ＩＥがＢａｎｄ数分必要となり、例えば、３ＳＤＭＡ（空間分割多元接続方式）の場合、最大で７２個（２４Ｂａｎｄ×３）の割当て用のＭＡＰ ＩＥが必要となる。

図３は、現行のＭＡＰ ＩＥ（Downlink）を示す図である。現行（IEEE802.16e）のＩＥは、割当てを矩形とし、開始オフセットを示すSymbol/Subchannel数と、割当ての範囲を示すSymbol/Subchannel数とをそれぞれ指定するので、情報量が多くなっている。また、このＩＥでは、ＭＣＳを指定するＤＩＵＣ（Downlink internal Usage Code）が一つしか指定できないため、ＡＭＣ方式ではＢａｎｄ数分このＩＥが必要となる。ＡＭＣ方式の場合、開始オフセット値と割当て範囲を示すSubchannel数は、固定となるため指定する必要がない。さらに、ＡＭＣ領域の範囲を示すSymbol数は、AAS_DL_IEで決定されるので不要となる。

図４は、現行のＭＡＰ ＩＥ及びフレーム構成を示す図である。この場合、DL burst#3のＭＡＰ ＩＥとフレームとの関係を示しており、使用Ｂａｎｄの開始位置のOFDMA symbol offset長及びSubchannel offset長を指定するとともに、割当ての範囲を示すOFDMA symbol長及びSubchannel長を指定している。

図５は、ＡＭＣ方式における現行のＭＡＰの生成フローチャートである。この場合、ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）フレームのどの（周波数軸及び時間軸）領域をどのユーザに割り当てるかを決定する処理であるＭＡＣスケジューリングを行い（ステップＳ１）、その後、Ｂａｎｄ単位のループに入る（ステップＳ２）。Ｂａｎｄ単位のループでは、ＤＩＵＣ，Ｎ＿ＣＩＤ，ＣＩＤ，OFDMA Symbol Offset，Subchannel Offset，Ｂｏｏｓｔｉｎｇ，No. OFDMA triple symbol，No. Subchannel，Repetition Coding Indicationをそれぞれ設定する（ステップＳ３〜Ｓ１１）。Ｂａｎｄ単位のループを全Ｂａｎｄについて処理済となる（ステップＳ１２）と、割当て情報以外のＩＥを必要に応じて生成し（ステップＳ１３）、使用する全ＩＥに基づいてＭＡＰ ｈｅａｄｅｒを生成し（ステップＳ１４）、本ルーチンを終了する。
特開２００６−７４３２５号公報 IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems (IEEE Std 802.16-2004), October 1, 2004 IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1 (IEEE Std 802.16e-2005), February , 2006

上記通信システムにおいては、周波数の利用効率を高め、データ伝送の効率を図るために、例えば、ＡＡＳを利用したＳＤＭＡの適用が考えられるが、この場合、ＢＳがＳＳにデータを送信する場合には、データ領域のサブチャネルがＡＭＣ方式で割り当てられるのが望ましい。

しかしながら、この場合、データ領域に対してＡＭＣ方式のみを適用する場合であっても、ＭＡＰにはＰＵＳＣ方式やＡＭＣ方式のＩＥが構成されるため、結果的にはＭＡＰ領域がフレーム構造中で広い範囲を占めてしまい、データ領域を効率よく確保することができない。

本発明の目的は、ＭＡＰ領域を効果的に削減してデータ領域を拡大することができ、移動局が効率よく変調クラス制御を行うことができる無線通信方法及び無線通信装置を提供することである。

本発明による請求項１に係る無線通信方法は、
直交周波数分割多重方式を用い、ＭＡＰが割り当てられる第１領域及びデータが割り当てられる第２の領域が割り当てられたフレーム構造を用いて、基地局から移動局に下りバーストを送信し、前記移動局が前記下りバーストを受信するする無線通信方法であって、
前記基地局が、前記フレーム構造に割り当てられた周波数のうち、変調クラス制御を行う周波数の領域を示す情報、前記周波数の領域における各周波数の使用の有無を示す情報、及び使用している周波数についての変調クラスを示す情報を有するＭＡＰを生成するステップと、
前記生成されたＭＡＰを含むフレーム構造の下りバーストを、前記基地局から前記移動局に送信するステップと、
前記生成されたＭＡＰを含むフレーム構造の下りバーストを受信した前記移動局が、当該下りバーストに含まれるＭＡＰに基づいて、前記使用している周波数について変調クラスを把握し、当該把握した変調クラスに基づいて、前記基地局と通信を行うステップとを具えることを特徴とする。

本発明による請求項２に係る無線通信方法は、
前記ＭＡＰが、空間分割多元接続を行うビームパターンを示す情報を更に有することを特徴とする。

本発明による請求項３に係る無線通信装置は、
直交周波数分割多重方式を用い、ＭＡＰが割り当てられる第１領域及びデータが割り当てられる第２の領域が割り当てられたフレーム構造を用いて、他の無線通信装置に前記下りバーストを送信するする無線通信装置であって、
前記フレーム構造に割り当てられた周波数のうち、変調クラス制御を行う周波数の領域を示す情報、前記周波数の領域における各周波数の使用の有無を示す情報、及び使用している周波数についての変調クラスを示す情報を有するＭＡＰを生成する手段と、
前記生成されたＭＡＰを含むフレーム構造の下りバーストを、前記他の無線通信装置に送信する手段とを具えることを特徴とする。

本発明による請求項４に係る無線通信装置は、
前記ＭＡＰが、空間分割多元接続を行うビームパターンを示す情報を更に有することを特徴とする。

本発明によれば、ＭＡＰのＩＥを拡張し、割当て情報をＡＭＣ用に最適化するので、ＳＤＭＡを適用する場合であってもＭＡＰ領域を効果的に削減でき、データ領域を拡張することができる。

本発明による無線通信方法及び装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図６は、本発明による無線通信方法が適用される通信システムを示す図である。図６に示す通信システムは、ＷｉＭＡＸに対応する基地局（ＢＳ）１及び移動局（ＳＳ）２を具える。

ＢＳ１は、上位レイヤ（ＩＤパケット処理部）１１と、データキュー管理部１２と、ＭＡＣスケジューラ１３と、ＭＡＣ ＰＤＵ（Protocol Data Unit）処理部１４と、ＭＡＰ生成部１５と、Ｂａｎｄ受信状態取得部１６と、ＰＨＹ ＰＤＵ処理部１７と、無線通信部１８とを有する。ＳＳ２は、上位レイヤ（ＩＤパケット処理部）２１と、データキュー管理部２２と、ＭＡＣ ＰＤＵ処理部２３と、ＭＡＰ処理部２４と、Ｂａｎｄ受信状態通知部２５と、ＰＨＹ ＰＤＵ処理部２６と、無線通信部２７とを有する。

データキュー管理部１２，２２は、送信用データキュー及び受信用データキューを管理する。ＭＡＣスケジューラ１３は、送信用データキューのデータを、各ユーザのＢａｎｄ受信状態を指標として最適なＢａｎｄに割り当てる。ＭＡＣ ＰＤＵ処理部１４，２３は、上位データ（例えば、ＩＰパケット）−ＭＡＣ ＰＤＵ変換を行う。ＭＡＣ ＰＤＵにはＭＡＣ ｈｅａｄｅｒが付加される。ＭＡＣ ＰＤＵ処理部１４，２３ではＭＡＣ Ｍｅｓｓａｇｅも生成される。

ＭＡＰ生成部１５は、ＭＡＣスケジューラ１３で決定された割当て情報に基づいてＭＡＰを作成する。Ｂａｎｄ受信状態取得部１６は、各ユーザの使用Ｂａｎｄの受信状態を取得し、各ユーザの使用Ｂａｎｄの受信状態は、専用チャネルを用いてＰＨＹ ＰＤＵとしてＢＳ１に送信される。この場合、受信状態はＲＳＳＩやＣＩＮＲ示される。

ＭＡＰ処理部２４は、ＢＳ１から報知されるＭＡＰを取得し、自分宛のデータ割当て情報を基にしてデータを取得し及び送信する。Ｂａｎｄ受信状態通知部２５は、ＭＡＰで指定された専用チャネルを用いて使用Ｂａｎｄの受信状態をＰＨＹ ＰＤＵとしてＢＳ１に送信する。この場合、受信状態はＲＳＳＩやＣＩＮＲで示される。ＰＨＹ ＰＤＵ処理部２６は、ＰＨＹ ＰＤＵ−ＭＡＣ ＰＤＵ変換処理や、Ｂａｎｄ受信状態情報−ＰＨＹ ＰＤＵ変換処理を行う。

図７は、本発明によって生成されるＭＡＰ ＩＥを示す図である。本発明によって生成されるＭＡＰ ＩＥは、Ｂａｎｄ ＡＭＣ用に最適化するために、Ｂｕｒｓｔ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ＩＥの不要な情報を省略し、全バンドの情報を一括して一つのＩＥで管理する。Ｂｕｒｓｔ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ＩＥでは割当てをオフセットで指定したが、本発明によるＩＥでは使用Ｂａｎｄをｂｉｔｍａｐで指定する。

本発明に固有のパラメータを、以下説明する。Logical Band Groupingは、移動局がＭＣＳ制御を行うＭＣＳ制御単位としてグループ化されるＢａｎｄ数を指定し、１２Ｂａｎｄの場合には、移動局が２Ｂａｎｄ単位でＭＣＳ制御を行い、２４Ｂａｎｄの場合には、移動局が１Ｂａｎｄ単位でＭＣＳ制御を行うようにさせるものである。このLogical Band Grouping は、１ビットで示されるものであり、“０”の場合には“１２Ｂａｎｄ”を意味し、“１”の場合には“２４Ｂａｎｄ”を意味する。Beam Indexは、ＳＤＭＡ（空間分割多元接続）方式を使用する場合のビームパターンのＩｎｄｅｘを示す情報であり、２ビットで表される。この場合、Beam Indexが２ビットであるので、３ＳＤＭＡまで示すことが可能となる（この場合、“０１”が、１ユーザに対する接続（空間多重なし）を意味し、“１０”が、２ユーザに対する接続（２多重）を意味し、“１１”が、３ユーザに対する接続（３多重）を意味する。）。User Band Group Bitmapは、２ビットで示されるものであり、２分割されたＢａｎｄ領域のうちのどの領域が使用されるのかを示す。具体的には、前述したLogical Band Groupingが“０”ビットを示す場合（すなわち、“１２Ｂａｎｄ”を意味するビット表示の場合）、Ｂｉｔ＃０＝１（すなわち、“０１”）のときには移動局との間でＢａｎｄ０−１１の領域を使用し、Ｂｉｔ＃１＝１（すなわち、“１１”）のときには移動局との間でＢａｎｄ１２−２３の領域を使用することを示すものであり、これにより、移動局は当該示されたＢａｎｄ領域のみについて変調クラス制御を行うことが可能となる。Band Bitmapは、６ビット、１２ビット又は２４ビットで示されるものであり、各ビットが個々のＢａｎｄにそれぞれ対応し、“０”で示されるビットについては該当するＢａｎｄが未使用であることを表し、“１”で示されるビットについては、該当するＢａｎｄが使用されていることを表す。Band Bitmapのサイズは、Logical Band Grouping及びUsed Band Group Bitmapに依存しており、少なくともUser Band Group Bitmapで示されたＢａｎｄ領域における各Ｂａｎｄの使用の有無を示す。また、本実施の形態の場合、ＤＩＵＣ（ＵＩＵＣ）は、基地局が使用している各周波数についての変調クラスを示す情報であり、この情報は、基地局において、決定された変調クラスの情報が示される。

図８は、本発明によって生成されるＭＡＰ ＩＥ及びフレーム構成を示す図である。この場合、各ユーザは、使用バンドをBand Bitmapに基づいて指定でき、その結果、基地局で生成されるＭＡＰ領域の情報量が現行ＭＡＰに比べて大幅に削減される。

図９は、本発明によるＭＡＰの生成フローチャートである。この場合、ＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）フレームのどの（周波数軸及び時間軸）領域をどのユーザに割り当てるかを決定する処理であるＭＡＣスケジューリングを行い（ステップＳ２１）、Extended DIUO, Band Grouping, RCID type及びN_RCIDを設定した（ステップＳ２２）後、ユーザ単位のループに入る（ステップＳ２３）。ユーザ単位のループでは、ＲＣＩＤ， Band Index， Used Band Group Bitmap， Band Bitmapを生成（ステップＳ２４〜Ｓ２７）し、Ｂａｎｄ単位のループに入る（ステップＳ２８）。Ｂａｎｄ単位のループでは、ＤＩＵＣ，Ｎ＿ＣＩＤ，Repetition Coding Indicationをそれぞれ設定する（ステップＳ２９，Ｓ３０）。Ｂａｎｄ単位のループを全Ｂａｎｄについて処理済となり（ステップＳ３１）、かつ、ユーザ単位のループの全ユーザについて処理済となる（ステップＳ３２）と、割当て情報以外のＩＥを必要に応じて生成し（ステップＳ３３）、使用する全ＩＥに基づいてＭＡＰ ｈｅａｄｅｒを生成し（ステップＳ３４）、本ルーチンを終了する。本ルーチンによって生成されたＭＡＰは、ＢＳ１の無線通信部１８からＳＳ２の無線通信部２７に送信され、ＳＳ２は、ＭＡＰに基づいてＭＣＳを行う。

図１０は、本発明により生成されたＭＡＰと現行のＭＡＰとを比較して説明するための図である。図１０からわかるように、最大７２個分のＢｕｒｓｔ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ＩＥが１個のＥｎｈａｎｃｅｄ ＡＡＳ ＳＤＭＡ ＭＡＰ ＩＥに変わっている。本発明により生成されたＭＡＰ及び現行のＭＡＰのビット数を６ユーザ１２ＢａｎｄｓＧｒｏｕｐｉｎｇ，６ユーザ２４ＢａｎｄｓＧｒｏｕｐｉｎｇ，９ユーザ１２ＢａｎｄｓＧｒｏｕｐｉｎｇ，９ユーザ２４ＢａｎｄｓＧｒｏｕｐｉｎｇについて比較したものを、以下に示す。

この場合、３ＳＤＭＡで全Ｂａｎｄを使用し、本発明のＭＡＰにおいて、Used Band Group Bitmap=0b11の最悪値で計算している。また、削減ビット数における括弧内はビット削減率を表す。２４ＢａｎｄｓＧｒｏｕｐｉｎｇの場合、現行ＭＡＰではＭＡＰ繰り返し数が４のときに１フレームに収まらないため、通信が成立しない。［表１］に示すように、本発明によって生成されたＭＡＰの情報量は、現行ＭＡＰに比べて大幅に削減されており、情報の削減量は、ユーザ数が比較的少なく（例えば、１０ユーザ未満）、かつ、各ユーザの使用Ｂａｎｄ数が比較的多い（例えば、１２Ｂａｎｄ以上）場合に特に多くなる。

本実施の形態によれば、ＭＡＰ領域が大幅に削減され、移動局のＭＡＰの受信ＰＥＲ（Packet Error Rate）が低減するとともに、ユーザのスループットが向上する。また、割当て情報が簡素化されるので、基地局及び移動局のマップ処理速度が向上する。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施の形態において、ＷｉＭＡＸに対応する場合について説明したが、ＷｉＭＡＸ以外についても本発明を適用することができる。

データ領域がＰＵＳＣ方式のフレーム構成を示す図である。 データ領域がＡＭＣ方式のフレーム構成を示す図である。 現行のＭＡＰ ＩＥ（Downlink）を示す図である。 現行のＭＡＰ ＩＥ及びフレーム構成を示す図である。 現行のＭＡＰの生成フローチャートである。 本発明による無線通信方法が適用される通信システムを示す図である。 本発明によって生成されるＭＡＰ ＩＥを示す図である。 本発明によって生成されるＭＡＰ ＩＥ及びフレーム構成を示す図である。 本発明によるＭＡＰの生成フローチャートである。 本発明により生成されたＭＡＰと現行のＭＡＰとを比較して説明するための図である。

符号の説明

１ 基地局（ＢＳ）
２ 移動局（ＳＳ）
１１，２１ 上位レイヤ（ＩＰパケット処理部）
１２，２２ データキュー管理部
１３ ＭＡＣスケジューラ
１４，２３ ＭＡＣ ＰＤＵ処理部
１５ ＭＡＰ 生成部
１６，２５ Ｂａｎｄ受信状態取得部
１７，２６ ＰＨＹ ＰＤＵ処理部
１８，２７ 無線通信部
２４ マップ処理部
２５ Ｂａｎｄ受信状態通知部

Claims (4)

1. 直交周波数分割多重方式を用い、ＭＡＰが割り当てられる第１領域及びデータが割り当てられる第２の領域が割り当てられたフレーム構造を用いて、基地局から移動局に下りバーストを送信し、前記移動局が前記下りバーストを受信するする無線通信方法であって、
   前記基地局が、前記フレーム構造に割り当てられた周波数のうち、変調クラス制御を行う周波数の領域を示す情報、前記周波数の領域における各周波数の使用の有無を示す情報、及び使用している周波数についての変調クラスを示す情報を有するＭＡＰを生成するステップと、
   前記生成されたＭＡＰを含むフレーム構造の下りバーストを、前記基地局から前記移動局に送信するステップと、
   前記生成されたＭＡＰを含むフレーム構造の下りバーストを受信した前記移動局が、当該下りバーストに含まれるＭＡＰに基づいて、前記使用している周波数について変調クラスを把握し、当該把握した変調クラスに基づいて、前記基地局と通信を行うステップとを具えることを特徴とする無線通信方法。
2. 前記ＭＡＰが、空間分割多元接続を行うビームパターンを示す情報を更に有することを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
3. 直交周波数分割多重方式を用い、ＭＡＰが割り当てられる第１領域及びデータが割り当てられる第２の領域が割り当てられたフレーム構造を用いて、他の無線通信装置に前記下りバーストを送信するする無線通信装置であって、
   前記フレーム構造に割り当てられた周波数のうち、変調クラス制御を行う周波数の領域を示す情報、前記周波数の領域における各周波数の使用の有無を示す情報、及び使用している周波数についての変調クラスを示す情報を有するＭＡＰを生成する手段と、
   前記生成されたＭＡＰを含むフレーム構造の下りバーストを、前記他の無線通信装置に送信する手段とを具えることを特徴とする無線通信装置。
4. 前記ＭＡＰが、空間分割多元接続を行うビームパターンを示す情報を更に有することを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。

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