JP2009105972A - 送信制御方法、送信機、基地局装置および通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】送信データを、周波数方向と時間方向で規定された領域を用いて、複数のアンテナにより送信する送信制御方法であって、前記送信データに、前記領域毎に複数の初期位相の候補の内の一つを与えるとともに 前記アンテナ毎の遅延を与えることを特徴とする。
【選択図】図28
Description
この中でも、ブロードキャスト/マルチキャスト信号や、制御信号を送信する場合には、周波数方向に広いブロックを割り当て、周波数ダイバーシチ効果を得ることにより、受信電力が低い場合にも誤り難くする、
あるいは、無線送信機と無線受信機の間の1対1通信であるユニキャスト信号を送信する場合には、周波数方向に狭いブロックを割り当て、マルチユーザダイバーシチ効果を得る方法が提案されている(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3参照)。
チャンクK10、K12を結合し、かつ時間軸方向に3等分して、時間幅がt3/3、周波数幅が2f2の通信スロットS8〜S10を設定する。第8ユーザに割り当てスロットS8を割り当て、第9ユーザに割り当てスロットS9、第10ユーザに割り当てスロットS10を割り当てる。これにより、第7〜第10ユーザは周波数ダイバーシチ効果を得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、無線送信機1が送信する信号が、複数の伝搬路を通って、無線受信機7へ到達することを示す概略図である。無線送信機1が複数の送信アンテナ2〜4を持ち、それぞれのアンテナに供給される信号に異なる遅延時間、0、T、2Tをそれぞれ与え、各送信アンテナ2〜4から送信する。無線受信機7は、無線送信機1から送信された信号を受信する。なお、図1では、一例として無線送信機1が3つの送信アンテナ2〜4を備える場合について説明している。なおここで述べる複数の送信アンテナとは、携帯電話などの基地局設備である無線送信機に搭載される送信アンテナを想定すると、同一セクタ内、同一基地局内異なるセクタ間、異なる基地局間の3種類のアンテナを想定することが出来る。ここでは、一例として、同一セクタ内に設置された場合について説明するが、他の構成としてもよい。また、図中の遅延器5、6は遅延時間Tを与えるものとし、これにより上述したように、送信アンテナ3に対しては遅延時間Tが、送信アンテナ4に対しては遅延時間2Tが与えられるものとする。
なお、周波数ダイバーシチにより送信するか、マルチユーザダイバーシチにより送信するかは、送信を行う信号の種類(パイロット信号、制御信号、ブロードキャスト/マルチキャスト信号など)や、無線受信機の移動速度(移動速度が速い場合には周波数ダイバーシチ、遅い場合にはマルチユーザダイバーシチ)などにより切り替えることができる。
また、図10の下方には、横軸を周波数、縦軸を時間ととり、図1同様K1〜K20のチャンクを各ユーザに適切に割り当て通信を行う方法を示している。なお、図10ではチャンクK1、K5、K9、K13、K17からなるグループL11、チャンクK2、K6、K10、K14、K18からなるグループL12、チャンクK3、K7、K11、K15、K19からなるグループL13、チャンクK4、K8、K12、K16、K20からなるグループL14にそれぞれのチャンクがグループ分けされているものとし、グループL11とグループL13はマルチユーザダイバーシチ領域、グループL12とグループL14は周波数ダイバーシチ領域と予めわけられている。
また、図11の下方には、図10同様横軸を周波数、縦軸を時間ととり、図1同様K1〜K20のチャンクを各ユーザに適切に割り当て通信を行う方法を示している。なお、図11では図10と同様に、チャンクK1、K5、K9、K13、K17からなるグループL11、チャンクK2、K6、K10、K14、K18からなるグループL12、チャンクK3、K7、K11、K15、K19からなるグループL13、チャンクK4、K8、K12、K16、K20からなるグループL14にそれぞれのチャンクがグループ分けされているものとし、グループL11とグループL13はマルチユーザダイバーシチ領域、グループL12とグループL14は周波数ダイバーシチ領域と予めわけられているものとする。
同様に、端末14の場合にはグループL11とグループL13つまり伝達関数C21の帯域f1と、伝達関数C21の帯域f3でどちらが受信信号品質が良いかを基地局において比較した結果、基地局はグループL13(または帯域f3)を端末14に割り当て、信号を送信することになる。
図10におけるチャンクK1からチャンクK4の端末12の実際の伝搬路の伝達関数を図12に示す。チャンクK1とチャンクK3は、グループL11とグループL13、すなわちマルチユーザダイバーシチ効果を得るための遅延時間を適用されているため、帯域f1と帯域f3では、伝搬路の伝達関数の周波数変動のピッチが大きい。一方、チャンクK2とチャンクK4は、グループL12とグループL14、すなわち周波数ダイバーシチ効果を得るための遅延時間を適用されているため、帯域f2と帯域f4では、伝搬路の伝達関数の周波数変動のピッチが帯域f1や帯域f3に比べて小さくなっている。
端末12以外の端末における伝搬路の伝達関数も同様に、帯域f2と帯域f4では周波数変動のピッチが帯域f1や帯域f3に比べて小さくなっているが、前述したように、マルチパスの位相差は端末の位置により異なるため、伝達関数の周波数特性の山と谷の位置は、それぞれの端末によって異なる。
図13の下方の図のように、チャンクK1からチャンクK4までとチャンクK9からチャンクK12までは、初期位相を第一の位相p1とし、チャンクK5からチャンクK8までとチャンクK13からチャンクK16までは、初期位相を第二の位相p2としている。
このとき、端末12における初期位相を位相p1とした場合の伝達関数の周波数特性と、端末12における初期位相を位相p2とした場合の伝達関数の周波数特性は図13の上部の図に示すような周波数特性となる。送信信号の初期位相により、マルチパス干渉に基づく伝達関数の山と谷の位置がシフトする。
前述のとおり、各チャンクに挿入された共通パイロット信号から伝搬路推定および受信信号品質などを測定するが、各チャンクの共通パイロット信号もマルチパス干渉を受けているため、初期位相により受信信号品質が異なる。伝搬路の時間変動の速度が遅い場合、図13に示すような2種類の初期位相をスロット毎に交互に切り替えると、同図に示すような2種類の周波数特性がスロット毎に交互に観測されることとなる。
すなわち、時間的に初期位相を切り替えることにより、特に大きな遅延時間が適用されるチャンクにおいて、より受信レベルの高い初期位相を調査することが可能となる。
図15の上方の図に、初期位相を位相p1とした場合および初期位相を位相p2とした場合の、端末12における伝達関数の周波数特性を示す。初期位相を位相p1とした場合、帯域f1や帯域f3(すなわちチャンクK1・K3・K9・K11)に谷は存在しないため、図15の下方の図に示すように伝送レート報告値CQIは比較的大きい。一方、初期位相を位相p2とした場合、帯域f1や帯域f3(すなわちチャンクK5・K7・K13・K15)に谷が存在するため、初期位相を位相p1とした場合に比べて伝送レート報告値CQIは小さくなっている。
図17の上方の図に、初期位相を位相p1とした場合および初期位相を位相p2とした場合の、端末14における伝達関数の周波数特性を示す。傾向は端末12と類似しているため、図17の下方の図に示すように伝送レート報告値CQIの傾向も端末12に近い値となる。すなわち、チャンクK1・K3・K9・K11の伝送レート報告値CQIは、チャンクK5・K7・K13・K15の伝送レート報告値CQIと比べて大きい。
時間的に初期位相を切り替えることにより、この問題を解決することができる。以下では、時間的に初期位相を切り替える場合の基地局スケジューリングについて説明する。なお、ここでは、初期位相を時間軸上で循環的に切り替える場合について説明する。
基地局では、各端末から報告された各初期位相における伝送レート報告値CQIを平均し、各初期位相における各領域(帯域)において、平均伝送レート報告値CQIにより端末の優先度を決定する。図18に端末12から端末14を優先度付けする様子を示す。
一巡目は端末12から順次割り当てていく。まず端末12に、端末12の優先度が最も高い初期位相が位相p1で帯域が帯域f1であるチャンクK1を割り当てる。次に、端末13に、端末13の優先度が最も高い初期位相が位相p2で帯域が帯域f3であるチャンクK7を割り当てる。次に、端末14に、端末14の優先度が最も高い初期位相が位相p1で帯域が帯域f3であるチャンクK3を割り当てる。ここで、各端末に割り当てられたチャンクにおける平均伝送レートの合計値は端末12が10、端末13が6、端末14が9.5である。一巡目が終わると、平均伝送レートの合計値の小さい端末からチャンクを割り当てる。したがって、次は、端末13に、端末13の優先度が最も高い初期位相が位相p2で帯域が帯域f3であるチャンクK15を割り当てる。ここで、端末13の平均伝送レートの合計値は12となったため、次は平均伝送レートの合計値の最も小さい端末14に、端末14の優先度が最も高い初期位相が位相p1で帯域が帯域f3であるチャンクK11を割り当てる。同様にして、端末12にチャンクK9を、端末13にチャンクK5とチャンクK13を割り当てる。
このようなスケジューリングを行うと、端末間での伝送レートの差が小さくなるため、公平なスケジューリングが可能となる。
チャンクK1は、初期位相が位相p1で帯域が帯域f1であるから図18の優先度より端末12を割り当てる。チャンクK3は、初期位相が位相p1で帯域が帯域f3であるから図18の優先度より端末14を割り当てる。ここで、端末14を送信先とするデータが終了したとする。次に、チャンクK5は、初期位相が位相p2で帯域が帯域f1であるから図18の優先度より端末13を割り当てる。同様に、チャンクK7に端末13を、チャンクK9に端末12を割り当てる。チャンクK11では、優先度が最も高い端末は端末14であるが、前述の通り端末14を送信先とするデータは既に終了しているため、次に優先度の高い端末12を割り当てる。チャンクK13へは、図18の優先度より端末13を割り当てる。ここで、端末13を送信先とするデータが終了したとする。最後にK15では、最も優先度の高い端末は端末13であるが、端末13を送信先とするデータは終了しているため、次に優先度の高い端末12を割り当てる。
このようなスケジューリングを行うと、優先度の高い端末、すなわち伝送レートの高い端末から割り当てていくため、システムスループットが向上する。
このように、より高い受信レベル報告値が報告された初期位相の比率を大きくすることにより、システムスループットを向上することができる。
第1の実施形態では、フレーム毎にスケジューリングを行う場合について説明したが、本実施形態では、スロット毎にスケジューリングを行う場合について説明する。
図22に、初期位相の切り替えの様子を示す。スケジューリングの遅延であるラウンドトリップタイムRTTは4スロットである。すなわち、端末が受信したスロットから伝送レート報告値CQIを生成し、伝送レート報告値CQIを本実施形態における送信機である基地局に通知し、基地局において当該伝送レート報告値CQIを基にしたスケジューリングにより端末に割り当てられるスロットは、当該伝送レート報告値CQIを生成する際に参照したスロットから数えて4スロット目となる。一方、図22では、初期位相の巡回的な切り替えの時間周期Tcoは2スロットである。すなわち、任意のスロットと、そのスロットの2スロット後のスロットは同一の初期位相である。したがって、時間周期TcoはラウンドトリップタイムRTTの2分の1である。
例えば、図9の端末12は、図22に示すように、初期位相を位相p1としたグループL11に属するチャンクK1とグループL13に属するチャンクK3の受信信号品質を測定し、チャンクK1とチャンクK3における伝送レート報告値CQIを算出し、基地局に報告する。基地局は、報告された伝送レート報告値CQIを基にして、同じく初期位相を位相p1としたグループL11に属するチャンクK17とグループL13に属するチャンクK19のスケジューリングを行い、報告された伝送レートに基づいてデータを変調・符号化して送信する。チャンクK1とチャンクK17、およびチャンクK3とチャンクK19はそれぞれ同じ初期位相と遅延時間を適用しているため、伝搬路の時間変動が比較的小さい場合、受信信号品質は大きく変動しない。このため、効率的なスケジューリングが可能となる。
端末13は、端末12に比べて基地局からの距離が大きいため、平均的な受信レベルは端末12より端末13の方が小さくなる。しかしながら、位相を切り替えたときスロット毎の受信レベルは逆転する可能性がある。図24に示した例では、初期位相が位相p1の場合、端末12に比べて端末13の受信レベルは小さい一方、初期位相が位相p2の場合、端末12に比べて端末13の受信レベルは大きい。チャンクK1における受信レベルは端末12が端末13よりも大きいため、チャンクK1による端末の伝送レート報告値CQIは端末12の方が高い値となる。この伝送レート報告値CQIを用いてスケジューリングを行うと、伝送レートの高い端末12の優先度が高くなるため、ラウンドトリップタイムRTT後のチャンクK17には端末12が割り当てられる。チャンクK17は、チャンクK1と同じく位相p1が適用されているため、端末12の方が端末13よりも受信レベルが高いため、所要誤り率を満たし、かつ高効率でデータ伝送することができる。同様にして、チャンクK5に基づいてスケジューリングされるチャンクK21には、端末13が割り当てられる。その結果、チャンクK21においても、より受信レベルが高い方の端末が割り当てられることとなる。
本実施形態では、初期位相の切り替え方法に関する具体例を示す。図26に2つの信号の位相差と合成信号の複素振幅の関係の一例を示す。信号1と信号2の位相差が0である場合、すなわち信号1と信号2の複素振幅を示すベクトルが同一の方向を向いている場合、合成信号の振幅は最大となる。信号1と信号2の位相差が大きくなるにつれて、次第に合成信号の振幅は小さくなっていき、位相差がπの時に最小値となる。さらに位相差がπよりも大きくなると合成信号の振幅は増大し、位相差が2πのときに再び最大値となる。
このように、2つの信号の合成信号の振幅は、2つの信号の位相差に対して2πの周期で変動する。例えば、2アンテナで4種類の初期位相を時間的に切り替えようとするとき、時間的な変動が大きくなるようにする方法として、アンテナ間の初期位相差を0、π/2、π、3π/2の4種類の中で切り替える方法が考えられる。
一般的には、n種類の初期位相を切り替えて使用する場合、0から2π/n毎に2π(1−1/n)までのn種類の位相差となる初期位相を用いることにより、それぞれ初期位相による伝達関数の山および谷のシフト幅を均一に最大化することができる。
例えば、4本の送信アンテナを用いる場合、そのうちの一つのアンテナの初期位相を上記の方法で切り替えても良いし、または第1のアンテナと第2のアンテナの初期位相は切り替えずに第3のアンテナと第4のアンテナの初期位相を第1のアンテナと第2のアンテナの初期位相との位相差が0、π/2、π、3π/2となる順に初期位相を切り替えるなど様々な切り替え方法が考えられるが、端末の受信レベルの時間変動が大きくなれば、上記のような時間軸上のマルチユーザダイバーシチ効果を得ることができる。
本実施形態では、前記第1の実施形態から第3の実施形態の動作を、構成など含めて図面を参照して説明する。本実施形態における送信機である基地局装置の構成を図28に示す。基地局装置は、パケット・データ・コンバージェンス・プロトコルPDCP(Packet Data Convergence Protocol)部15と、ラジオ・リンク・コントロールRLC(RadioLink Control)部16と、メディア・アクセス・コントロールMAC(Media Access Control)部17と、物理層18とからなる。
パケット・データ・コンバージェンス・プロトコルPDCP部15は、IPパケットを受け取り、そのヘッダの圧縮(compress)などを行い、ラジオ・リンク・コントロールRLC(Radio Link Control)部16に転送し、またラジオ・リンク・コントロールRLC部16から受け取ったデータをIPパケットの形にするため、そのヘッダの復元(decompress)を行う。
このように、本実施形態における送信部は、送信回路制御部20、送信回路部21、無線周波数変換部23からなっている。
なお、それぞれの構成要素の詳細な役割については、スケジューラ部19、送信回路制御部20および送信回路部21を除き、下記(1)の文献に記載されている。
(1)3GPP寄書:R2−051738、”Evolution of Radio Interface Protocol Architecture”、3GPP、TSG RAN WG2 Ad Hoc、R2−051738、2005年6月
また、スケジューラ部19のステップT5においてチャンクの割り当て情報を通知された送信回路制御部20は、前記チャンクの割り当て情報に従い、次フレームの送信時に、サブキャリア割り当て情報信号を用いて、送信回路部22を制御する。
ユーザ毎信号処理部110x、110yの出力は、送信回路制御部20(図28参照)より通知されるサブキャリア割り当て情報に基づき適切なサブキャリアに割り当てるサブキャリア割り当て部130において、適切なサブキャリアに割り当てられた後、アンテナ毎信号処理部140a、140b、140cに出力される。またこのとき、図31で示した共通パイロットチャネルの位置(サブキャリア)に、パイロット信号生成部120出力を割り当てる役割も、サブキャリア割り当て部130が持っている。
また、アンテナ毎、セクタ毎、基地局毎に決まった特定のスクランブルコードをかけた信号をアンテナ毎に送信した場合、アンテナ端では他アンテナの信号を単に遅延させたように見えない場合もあるが、この様な場合も本実施形態および前記実施形態で述べた遅延の範疇に含まれる。
本実施形態では、第4の実施形態における送信回路部21の構成の他の一例を示す。図32に本実施形態に係る送信回路部21のブロック構成を示す。送信回路部21は、ユーザ毎信号処理部210x、210y、パイロット信号生成部220、およびアンテナ毎の信号処理を行うアンテナ毎信号処理部230a、230b、230cからなる。
ユーザ毎信号処理部210xは、送信データの誤り訂正符号化を行う誤り訂正符号化部211と、誤り訂正符号化部出力に対し、QPSK、16QAMなどの変調処理を行う変調部212と、変調部212の出力を上位層より通知されるサブキャリア割り当て情報に基づき適切なサブキャリアに割り当てるサブキャリア割り当て部213と、サブキャリア割り当て部213の出力に対し周波数時間変換を行うIFFT(逆フーリエ変換)部214と、IFFT部214の出力を並列直列変換する並列直列変換部215と、並列直列変換部215出力に対してアンテナ毎に異なる遅延を付加する循環遅延付加部216からなる。なお、循環遅延付加部216からの出力はそれぞれアンテナ毎信号処理部230a、230b、230cに出力される。さらに、循環遅延付加部216は、送信回路部21を制御する送信回路制御部20(図28参照)から通知される周波数ダイバーシチ/マルチユーザダイバーシチ通知信号および初期位相情報により、アンテナ毎にそれぞれ異なる遅延および初期位相を与えるものとする。詳細については、前述の各実施形態に記載のとおりである。
また、アンテナ毎、セクタ毎、基地局毎に決まった特定のスクランブルコードをかけた信号をアンテナ毎に送信した場合、アンテナ端では他アンテナの信号を単に遅延させたように見えない場合もあるが、この様な場合も本実施形態および前記実施形態の範疇に含まれる。
2、3、4…送信アンテナ
5、6…遅延器
7…無線受信機
8…無線送信機
9、10…無線受信機
11…基地局装置
12、13、14…端末
15…PDCP部
16…RLC部
17…MAC部
18…物理層部
19…スケジューラ部
20…送信回路制御部
21…送信回路部
22…受信回路部
23…無線周波数変換部
24、25、26…アンテナ
110x、110y…ユーザ毎信号処理部
111…誤り訂正符号化部
112…変調部
120…パイロット信号生成部
130…サブキャリア割り当て部
140a、140b、140c…アンテナ毎信号処理部
141…位相回転部
142…IFFT部
143…並列直列変換部
144…GI付加部
145…フィルタ部
146…D/A変換部
210x、210y…ユーザ毎信号処理部
211…誤り訂正符号化部
212…変調部
213…サブキャリア割り当て部
214…IFFT部
215…並列直列変換部
216…循環遅延付加部
220…パイロット信号生成部
230a、230b、230c…アンテナ毎信号処理部
231…合成部
232…GI付加部
233…フィルタ部
234…D/A変換部
Claims (11)
- 送信データを、周波数方向と時間方向で規定された領域を用いて、複数のアンテナにより送信する送信制御方法であって、
前記送信データに、前記領域毎に複数の初期位相の候補の内の一つを与えるとともに 前記アンテナ毎の遅延を与えること
を特徴とする送信制御方法。 - 前記初期位相は時間方向で前記領域毎に変化するように与えることを特徴とする請求項1に記載の送信制御方法。
- 前記初期位相は周波数方向で前記領域毎に変化するように与えることを特徴とする請求項1または2に記載の送信制御方法。
- 前記初期位相は規則的に変化するように与えることを特徴とする請求項1乃至3に記載の送信制御方法。
- 前記初期位相は循環的に変化するように与えることを特徴とする請求項4に記載の送信制御方法。
- 前記複数の初期位相は相互の位相差がπとなる2つを含むことを特徴とする請求1乃至5に記載の送信制御方法。
- 前記領域に複数の初期位相を与える比率を等しくすることを特徴とする請求項1乃至6に記載の送信制御方法。
- 前記領域に複数の初期位相を与える比率を可変とすることを特徴とする請求項1乃至6に記載の送信制御方法。
- データを送信する送信機であって、前記請求項1乃至8の方法に従ってデータを送信する送信部を備えることを特徴とする送信機。
- 端末にデータを送信する基地局装置であって、前記請求項1乃至8の方法に従ってデータを送信する送信部を備えることを特徴とする基地局装置。
- 端末と前記端末にデータを送信する基地局装置を有する通信システムであって、前記基地局装置は前記請求項1乃至8の方法に従ってデータを送信する送信部を備えることを特徴とする通信システム。
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