JP2009527187A - 送信時間インターバルのグルーピングを使用してｏｆｄｍシステムの基準信号を処理する方法及びシステム - Google Patents

送信時間インターバルのグルーピングを使用してｏｆｄｍシステムの基準信号を処理する方法及びシステム Download PDF

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Abstract

方法及びシステムが、ワイヤレス通信ネットワークにおける送信機（ユーザ機器等）と受信機（基地局等）との間のアップリンクチャネル（１０３）の基準信号（１１５）を処理する。送信されるシンボルのシーケンスは、サブフレームのシーケンスに変換される。サブフレームのシーケンスは、サブフレームのグループにグルーピングされる。各サブフレームは、時間的に隣接したサブフレームを少なくとも２つ含み、基準信号は、サブフレームのサブセットに挿入される。

Description

［発明の分野］
本発明は、包括的には、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ワイヤレス通信システムに関し、より詳細には、ＯＦＤＭシステムにおける基準信号の処理に関する。
［発明の背景］
いくつかのワイヤレス通信システムでは、「ユーザ機器」（ＵＥ）としても知られている、たとえば携帯電話といった複数の移動トランシーバが、たとえば基地局といった静止トランシーバと同時に通信する。このような通信システムでは、受信機におけるＲＦ信号のコヒーレント復調及びデータの検出のために、基準信号が必要である。また、基準信号は、チャネルに依存した周波数スケジューリング及び／又は時間領域スケジューリングのために、移動送信機から受信機へのアップリンクチャネルの品質を推定するのにも使用される。
基準信号に対して、電力、時間、周波数等の資源をより多く割り当てることによって、チャネル状態情報（ＣＳＩ）の推定が改善され、したがって、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が減少した、データのより良い復調がもたらされる。しかしながら、基準信号のための資源が増加すると、システムのスペクトル効率が低下する。
このようなシステムでは、サブフレームが基本伝送単位である。サブフレームは、ショートブロック及びロングブロックを含む。ショートブロックは、基準信号を含むことができる。ロングブロックは、基準信号を含まない。３ＧＰＰでは、サブフレームは、送信時間インターバル（ＴＴＩ（transmission time interval））に対応する。すなわち、１つの連続した中断されない時間インターバルの期間中に、サブフレーム全体が送信される。当該技術分野及び本明細書では、「ＴＴＩ」及び「サブフレーム」という用語は、交換可能に使用される。
従来技術では、ＴＴＩ中のデータが復調され検出される前に受信機がＣＳＩを推定できるように、各ＴＴＩは等しい個数の基準信号を含んでいる。
３ＧＰＰ ＬＴＥでは、２つの基準信号パターンが現在検討されている。周波数分割多重（ＦＤＭ）では、各ＵＥは、他のＵＥとは異なる一組の副搬送波にわたって自身のアップリンク基準信号を送信する。これについては、R1-060246の「EUTRA SC-FDMA Uplink Resource Block, Resource Allocation and Pilot/Reference Signal Design & TP」（Motorola）を参照されたい。この文献は、参照により本明細書に援用される。任意の２つのＵＥの基準信号は、互いに直交し、周波数領域でオーバーラップしない。
符号分割多重（ＣＤＭ）では、各ＵＥは、共通の一組の副搬送波にわたって自身のアップリンク基準信号を送信する。これについては、R1-060784の「Orthogonal Pilot Channel Structure for E-UTRA Uplink」（NTT DoCoMo, Fujitsu, Mitsubishi Electric, NEC, Panasonic, Sharp）を参照されたい。この文献は、参照により本明細書に援用される。２つのＵＥの基準信号間の直交性は、ＵＥが、互いに直交するシーケンスを時間及び周波数にわたって確実に送信するようにすることによって「符号領域」で達成される。たとえば、基準信号は、単一の定振幅ゼロ自己相関（ＣＡＺＡＣ（constant amplitude zero auto-correlation））シーケンスの巡回シフトを取ることによって生成される。ＣＡＺＡＣシーケンスの例は、B. M. Popovic著の「Generalized Chirp-like Polyphase Sequences with Optimal Correlation Properties」（IEEE Trans. Info. Theory, vol. 38, pp. 1406-1409, July 1992）、及び、D. C. Chu著の「Polyphase codes with good periodic correlation properties」（IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT18, pp. 531-532, 1972）に与えられている。これらの文献の双方は、参照により本明細書に援用される。
一般に、受信機が通信する予定のすべてのＵＥのチャネル品質をその受信機が推定できるようにし、且つ、受信機局が送信側ＵＥのそれぞれから受信された信号からデータをコヒーレントに復調するのを助けるために基準信号が必要とされるので、アップリンク基準信号に関連したオーバーヘッドはかなりのものとなる。基準信号の生成は、電力を消費し、時間を要する。基準信号の送信は、電力を消費する。受信された基準信号からのＣＳＩの推定は、電力を消費し、時間を要する。基準信号は、サブフレームの重要な帯域幅及び貴重な空間を消費する（これらのサブフレームは、もし基準信号によって消費されなければ、データ信号及び制御信号によって使用可能である）。
したがって、信号を同時に送信するＵＥの個数を増加できるように、送信機から受信機へのアップリンクにおけるコヒーレント信号復調及びデータ検出に使用される基準信号に関連したオーバーヘッドを削減することが望まれている。
［発明の概要］
本発明の実施の形態は、サブフレーム（送信時間インターバル（ＴＴＩ）とも呼ばれる）のグループに基づいて基準信号を処理する方法及びシステムを提供する。送信機において、連続するサブフレームが、少なくとも２つ又は３つ以上のサブフレームを含むグループにグルーピングされる。
基準信号は、各グループにおいて、サブフレームのサブセットにのみ挿入される。すなわち、従来技術とは対照的に、いくつかのサブフレームは、基準信号を含まない。言い換えると、いくつかのサブフレームの基準信号は、電力資源、スペクトル資源、時間資源、若しくは空間資源が削減されるか、又は、それら資源がまったくない。したがって、従来技術において基準信号に使用されていた空間、時間、スペクトル、及び電力を、本発明では有効に使用して、オーバーヘッドを減少させシステムの効率を向上させることができる。
受信機では、特定のグループ内で基準信号を欠くサブフレームのチャネル状態情報（ＣＳＩ）は、そのグループ内で基準信号を含むサブフレームから補間又は予測される。
さまざまな実施の形態が、周波数分割多重（ＦＤＭ）基準信号、符号分割多重（ＣＤＭ）基準信号、及びハイブリッドＦＤＭ／ＣＤＭ基準信号に適用可能である。
本発明の実施の形態によるサブフレームグルーピングパターンは、３ＧＰＰ ＬＴＥで検討されている「可変ＴＴＩ」機能にも適している。可変ＴＴＩ対応システムでは、サブフレーム継続時間は可変であり、最小継続時間０．５ｍｓの整数倍である。
本発明の実施の形態は、ＭＩＭＯシステムを含めて、任意のＯＦＤＭベースのワイヤレス通信システムに拡張することができる。
本発明の別の実施の形態では、基地局（受信機）は、どのサブフレームグルーピングパターンを使用するのかを送信機（ＵＥ）に信号で伝える。
［発明の詳細な説明］
本発明の実施形態は、マルチユーザワイヤレス通信システムにおいて基準信号を処理するシステム及び方法を提供する。基準信号は、基準信号の生成、送信、及び受信に関連したオーバーヘッドを削減するように処理される。
<システム概観>
図１Ａは、本発明の一実施形態によるマルチユーザワイヤレス通信システムを示している。このシステムは、複数の移動トランシーバ１０１（「ユーザ機器」（ＵＥ）とも呼ばれる。たとえば携帯電話）を含む。通常、ＵＥは、チャネル１０３を介して、たとえば基地局（ＢＳ）といった静止トランシーバ１０２と同時に通信する。ＵＥは移動できるので、チャネル１０３の状態は時間とともに変化する。
したがって、このような通信システムでは、基地局１０２においてＲＦ信号をコヒーレントに復調でき、且つ、データを検出できるようにするために、時間変化するチャネル１０３のチャネル状態情報（ＣＳＩ）を推定するために基準信号が使用される。
<送信機>
図１Ｂは、本発明の実施形態を使用できるＵＥ１０１の送信機の一部を示している。この送信機は、単一のアンテナ又は複数のアンテナでＲＦ信号を送受信することができる。ＲＦ信号は、巡回プリフィックスを有する単一搬送波周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）を使用して変調される。これらの信号は、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）の長期的発展型(long term evolution)（ＬＴＥ）に従って設計されたネットワークにおけるアップリンクチャネル１０３を介して受信機へ送信される。ＳＣ−ＦＤＭＡは、アップリンクのユーザ間の直交性を達成し、受信機における効率的な周波数領域等化を可能にする。
入力信号１１１は、送信されるべきＮTX個のシンボルを含む。離散フーリエ変換（ＤＦＴ）１１２は、入力信号を周波数領域へ変換する。これによって、ダウンリンクＯＦＤＭ伝送方式との比較的高度な共通性が可能になる。たとえば、同じクロック周波数を使用することができる。ＳＣ−ＦＤＭＡ信号は、低電力ディレーティング（low power derating）を有し、これは、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ（peak to average power ratio））がより低いか又はキュービックメトリック（ＣＭ（cubic metric））がより低いことを意味する。これによって、送信機における電力効率の良い電力増幅器の使用が可能になる。
次に、副搬送波マッピング１１４が適用される。基準信号は、基準信号プロセッサ１１５によって挿入される（１１６）。基準信号プロセッサ１１５は、同じＵＥについて、ＴＴＩが異なるごとに異なる基準信号を生成することができる。本発明の一実施形態によれば、基準信号は、ＴＴＩのサブセットに挿入される。
この後には、逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）１１７が続く。出力信号１１９がアップリンクチャネル１０３で受信機１０２へ送信される前に、巡回プリフィックスが挿入される（１１８）。
<受信機>
受信機への入力信号１２１は、低雑音増幅、ダウンコンバージョン、及びアナログ／デジタル変換の後に得られたベースバンド信号である。ＣＰ除去１１２の後、ＦＦＴが適用される（１２４）。基準信号に使用された時間周波数ロケーション（time-frequency location）で受信された信号が、チャネル推定１２５のために抽出される（１２３）。この後に、副搬送波デマッピング１２６、逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）１２８、並びに、データ１２９を回復（１２７）するためのデインターリービング、ＦＥＣ復号、及び復調／検出が続く。
チャネル推定１２５は、複数のＴＴＩにわたって受信された信号を使用して行うことができる。チャネル品質指示子（ＣＱＩ（channel quality indicator））推定値１２０も生成される。このＣＱＩ推定値は、基地局へ送信されて、チャネルの変動を利用するアップリンクスケジューリングを助ける。回復されたデータ１２９も、チャネル推定及びＣＱＩ推定値の生成に使用されてもよい。
<基地局>
図１Ｄは、本発明の一実施形態による基地局（受信機）１０２の詳細の一部を示している。この基地局は、ＵＥ速度推定器１３２及びアップリンクスケジューラ１３４を含む。基地局は、以下でより詳細に説明するように、基準信号グルーピングパターンインデックス１３６をＵＥ１０１へ送信することができ、指定された基準信号グルーピングパターンを使用するＵＥ１０１から信号１３８を受信することができる。
<サブフレーム>
図２は、本発明の一実施形態によるサブフレームの一般的構造を示している。サブフレーム（ＴＴＩ）は、伝送の基本単位である。サブフレームは、２つのショートブロック（ＳＢ）２０１及び６つのロングブロック（ＬＢ）２０２の合計８つのブロックを含む。これらのブロックは、４．０４μｓの巡回プリフィックス（ＣＰ）２０３によって分離されている。ショートブロックは、２番目のブロック及び７番目のブロックである。ショートブロックは、基準信号、並びに、制御情報及びデータの送信に使用することができる。ロングブロックは、制御情報及びデータのみを含み、基準信号を含まない。３ＧＰＰでは、サブフレームは、送信時間インターバル（ＴＴＩ）に対応する。すなわち、１つの連続した中断されない時間インターバルの期間中に、サブフレーム全体が送信される。
<ＴＴＩグルーピング>
移動ＵＥ１０１が、３０ｋｍ／ｈの速度で移動し、２．０ＧＨｚの搬送波周波数で送信する場合、最大ドップラースプレッドは、Ｄs＝１１０Ｈｚとなる。したがって、チャネルのコヒーレント時間は、Ｔc＝１／（４Ｄs）＝２．３ｍｓとなる。各ＴＴＩ（サブフレーム）が０．５ｍｓの継続時間を有する場合に、チャネルコヒーレント時間は、４．５サブフレームにほぼ等しい。したがって、複数の連続したＴＴＩが同じチャネル状態を受ける。したがって、一般に、１グループ内のＴＴＩの個数は、ＵＥの速度に反比例する。ＵＥの速度が小さいほど、グループは大きくなる。グループのサイズは、ＵＥの速度と共に動的に変化させることができることに留意されたい。
したがって、本発明の実施形態は、基準信号の処理に関連したオーバーヘッドの量を削減するために、比較的長いチャネルコヒーレンスに依拠する。
本発明の実施形態によれば、ＵＥは、異なる量の資源を使用する複数の基準信号を、連続したＴＴＩからなる１つのグループで送信する。資源は、ＦＤＭの場合には周波数密度を含むことがあり、ＣＤＭの場合には電力を含むことがある。これは、受信機１０２における性能に影響を与えない。受信機１０２は、チャネル予測に基づく技法と補間に基づく技法の組み合わせを使用して、そのグループ内のすべてのＴＴＩについてチャネルを推定することができる。
ＵＥが自身の信号を送信する場合にＵＥによって使用される複数のサブフレームにわたる特定の資源割り当ては、基地局によって信号で伝えられる。これは、従来のページング／アクセス許可チャネル（ＰＡＧＣＨ（paging and access grant channel））、専用制御チャネル（ＤＣＨ）、又は共通制御チャネル（ＣＣＨ）、及び３ＧＰＰ ＬＴＥで使用されるそれらの等価なバージョンを使用して行うことができる。
ＴＴＩをグルーピングできる方法は異なってもよい。グルーピングは、ＵＥの速度に部分的に依存し、異なる個数のＴＴＩをグルーピングすることができる。基地局１０２によって信号で伝えられた基準信号グルーピングパターンインデックス１３６に従って、特定のグルーピングが決定される。
表Ａは、さまざまなＵＥの速度に対する最大ドップラー周波数及びチャネルコヒーレンス時間をリストしている。
Figure 2009527187
表Ａに示すように、特に、非常にゆっくりと移動するＥＵのコヒーレンス時間が比較的大きいことは、対象となるあるＴＴＩのチャネル状態情報（ＣＳＩ）を時間的に隣接したＴＴＩのＣＳＩから推定するのに、ＣＳＩ推定技法及び補間／予測技法が受信機により使用可能であることを暗に意味している。したがって、本発明の実施形態は、従来技術におけるようにあらゆる個々のＴＴＩについてＣＳＩを推定するのではなく、ＴＴＩのグループについてＣＳＩを推定する。これによって、必要とされる資源の量が大幅に削減される。
本発明の実施形態では、図３〜図９に示すように、補間ベースのＴＴＩグルーピング及び予測ベースのＴＴＩグルーピングの２つのＴＴＩグルーピング方式を説明する。図１０は、従来技術の基準信号を示している。従来技術では、各ＴＴＩは、等しい個数の基準信号を含む。
これらの図において、横軸は、時間（ｔ）であり、縦軸は、周波数（ｆ）すなわち副搬送波である。時間的に隣接したサブフレームには、ＴＴＩ１、ＴＴＩ２等のラベルが付けられている。基準信号を含むＴＴＩ及びショートブロックは、クロスハッシングで示されている。たとえば、ＴＴＩ１及びＴＴＩ３のＳＢ１及びＳＢ２である。図３を参照されたい。シンボル「ω」、すなわち図の曲線の矢印は、補間又は予測によって使用される係数である。
図で分かるように、時間的に隣接したＴＴＩのすべてのブロックは、次々と連続的に送信される。加えて、副搬送波のブロックにわたって、異なる副搬送波で異なるブロックを送信することもできる。これら副搬送波のブロックは、周波数が連続しているか又は分散しており、資源ブロックと呼ばれる。たとえば、１つの資源ブロックは２４個の副搬送波を含む。資源ブロックの総数は、システムの動作帯域幅（bandwidth of operation）及び１つの資源ブロック当たりの副搬送波の個数に依存する。資源ブロックのサブセットが、ＵＥに割り当てられる。アップリンクスケジューラは、周波数において隔てられた異なる資源ブロックを異なるＵＥに同時に割り当てることが可能である。
本発明の実施形態は、3GPP TR 25.814の「Physical Layer Aspects for Evolved UTRA」（V1.2.2 (2006-3)）に記載されているように、アップリンク送信のローカライズデータ構造及び分散データ構造の双方に利用することができる。この文献は、参照により本明細書に援用される。
<基準信号のオーバーヘッド削減>
１つのＴＴＩの基準信号オーバーヘッド比（Λ）は、
Figure 2009527187
である。ここで、Ｎpは、基準信号の副搬送波の個数であり、Ｎは、１つのＴＴＩで使用される副搬送波の個数である。
本明細書で説明するようなＴＴＩグルーピングにより、基準信号オーバーヘッド比は、
Figure 2009527187
に削減される。ここで、Ｍpは、ＴＴＩの１つのグループにおける基準信号の個数であり、Ｍは、そのＴＴＩグループで使用される副搬送波の個数である。
<補間ベースのＴＴＩグルーピング>
補間ベースのグルーピングについて、時間的に隣接した３つのＴＴＩのグルーピング、及び、時間的に隣接した４つのＴＴＩのグルーピングを説明する。特に、ＵＥがゆっくりと移動している場合又はまったく移動していない場合に、他のグルーピングも使用できることに留意すべきである。
図３に示すように、時間的に隣接した３つのＴＴＩを１つのグループとして考える。ＴＴＩ１及びＴＴＩ３では、基準信号が、チャネル推定用にショートブロックＳＢ１及びＳＢ２に挿入されている。ＴＴＩ２では、基準信号は、ショートブロックに挿入されていない。ＴＴＩ１のチャネル状態情報（ＣＳＩ）推定値
Figure 2009527187
及びＴＴＩ３のチャネル状態情報（ＣＳＩ）推定値
Figure 2009527187
が、それぞれの基準信号を使用することによって求められる。ＴＴＩ２のＣＳＩは、
Figure 2009527187
に従って、ＴＴＩ１のＣＳＩ及びＴＴＩ３のＣＳＩを補間することにより得ることができる。ここで、補間係数ω1及びω2は、従来の既知の線形フィルタ理論を使用して求められる。
上述したように、チャネルコヒーレンス時間は、３０ｋｍ／ｈの速度で移動しているＵＥに対してはおよそ４．５ＴＴＩの継続時間である。したがって、チャネル補間は正確である。一般に、補間されたＣＳＩ
Figure 2009527187
は、推定されたＣＳＩ
Figure 2009527187
及び
Figure 2009527187
の非線形関数である。最尤推定や最大事後確率推定(maximum a posteriori estimation)等の他の技法を使用して、ＣＳＩ
Figure 2009527187
を求めることもできる。
これを［１ ０ １］ＴＴＩグルーピングパターンと呼ぶ。ここで、「１」は、対応するＴＴＩが基準信号を含むことを示し、「０」は、対応するＴＴＩが基準信号を含まないことを示している。
式（２）から、このＴＴＩグルーピング方式の基準信号オーバーヘッド比は、
Figure 2009527187
となる。これは、従来の基準信号のオーバーヘッドよりも３３％少ないオーバーヘッドである。
図４に示すように、時間的に隣接した４つのＴＴＩを１つのグループとして考える。基準信号は、ＴＴＩ１及びＴＴＩ４にチャネル推定用に挿入されている。ＴＴＩ２及びＴＴＩ３には基準信号は挿入されていない。ＴＴＩ１のＣＳＩ
Figure 2009527187
及びＴＴＩ４のＣＳＩ
Figure 2009527187
は、ＴＴＩ１の基準信号及びＴＴＩ４の基準信号からそれぞれ推定することができる。その後、ＴＴＩ１の基準信号及びＴＴＩ４の基準信号を補間して、ＴＴＩ２の正確なＣＳＩ
Figure 2009527187
及びＴＴＩ３の正確なＣＳＩ
Figure 2009527187
を、それぞれ以下のように得ることができる。
Figure 2009527187
係数ω21、ω24、ω31、及びω34は、チャネルの２次統計量に依拠して、線形フィルタ理論を使用して求めることができる。これをＴＴＩグルーピングパターン［１ ０ ０ １］と呼ぶ。
式（２）から、基準信号オーバーヘッド比は、この場合、
Figure 2009527187
である。したがって、パターン［１ ０ ０ １］によって、アップリンク基準信号のオーバーヘッドは、従来技術と比較して５０％削減される。
上述した技法は、交互に配置された（staggered）基準信号が２つのショートブロックに使用される場合に機能する。交互に配置された基準信号では、ＳＢ１及びＳＢ２の異なる副搬送波が、基準信号を搬送する。
また、上述した技法は、各ＴＴＩにおいてショートブロックの１つのみが基準信号に使用される場合にも機能する。
補間ベースのＴＴＩグルーピング技法によって、或る遅延が復号中に導入される。たとえば、［１ ０ １］方式では、ＴＴＩ２のデータは、ＴＴＩ３のＣＳＩが得られた後にしか復調及び復号することができない。同様に、［１ ０ ０ １］ＴＴＩグルーピング方式によれば、ＴＴＩ２及びＴＴＩ３のデータは、ＴＴＩ４のＣＳＩが得られた後にしか復号することができない。
<予測ベースのＴＴＩグルーピング>
上述した補間ベースのＴＴＩグルーピングの遅延問題を克服するために、予測ベースのＴＴＩグルーピングも説明する。補間ベースのＴＴＩグルーピングと比較して、予測ベースのＴＴＩグルーピングにより、おそらくチャネル推定の精度は劣るものの、基準信号に関連したオーバーヘッドは削減される。
図５に示すように、時間的に隣接した２つのＴＴＩが１つのグループとして考えられる。ＴＴＩ１の基準信号が、チャネル推定用に挿入されている。一方、ＴＴＩ２には基準信号は挿入されていない。ＴＴＩ１のＣＳＩ推定値
Figure 2009527187
は、ＴＴＩ１の基準信号から求めることができる。ＴＴＩ２のＣＳＩ推定値は、たとえば
Figure 2009527187
を使用して、ＴＴＩ１のＣＳＩ推定値から予測することができる。ここで、ωは、たとえば、チャネルの２次統計量に依拠する線形フィルタ理論から求められた予測係数である。このパターンを［１ ０］と呼ぶ。
式（２）から、基準信号オーバーヘッド比は、
Figure 2009527187
となる。これは、従来技術と比較して、１つのＵＥ当たり、アップリンク基準信号オーバーヘッドの５０％の削減である。
図６は、時間的に隣接した３つのＴＴＩを１つのグループとして示している。対応する基準信号が、ＴＴＩチャネル推定用にＴＴＩ２に挿入されている。一方、ＴＴＩ１及びＴＴＩ３には基準信号は挿入されていない。ＴＴＩ２のＣＳＩ推定値
Figure 2009527187
は、ＴＴＩ２の基準信号から求めることができる。次に、順方向予測及び逆方向予測を使用して、ＴＴＩ１のＣＳＩ及びＴＴＩ３のＣＳＩを推定することができる。ＴＴＩ１のＣＳＩ推定値及びＴＴＩ３のＣＳＩ推定値は、逆方向予測
Figure 2009527187
及び順方向予測
Figure 2009527187
によってそれぞれ求められる。これを［０ １ ０］ＴＴＩグルーピングパターンと呼ぶ。
式（２）によれば、基準信号比のオーバーヘッドは、
Figure 2009527187
となる。これは、従来技術と比較して、アップリンク基準信号ＵＥのオーバーヘッドの６６％の削減である。
本明細書で説明したようなＴＴＩグルーピングパターンによって、特にゆっくりと移動するＵＥについては、システムスループット及びＢＥＲの性能劣化は最小になる。この方法は、３ＧＰＰ ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ（８０２．１６）、ＷｉＦｉ（８０２．１１）等のＯＦＤＭベースのワイヤレス通信システムに採用することができる。
上述した実施形態は、１グループ中のいくつかのＴＴＩの基準信号を完全に取り除いている。しかしながら、これらの実施形態は、図７に示すように、中間のＴＴＩの基準信号オーバーヘッドが０ではないがより低くされたグルーピングにも適用することができる。
これらのＴＴＩグルーピング方式は、ＣＤＭ基準信号にも等しく適用可能である。ＣＤＭの場合、基準信号オーバーヘッドを低くすることは、選択的電力割り当てによって達成される。この選択的電力割り当てでは、図８に示すように、１グループ内の基準信号のいくつかに、より少ない電力を割り当てるか、又は、電力を割り当てない。図８では、格子縞のショートブロックが、電力を削減された基準信号を含む。
<ＴＴＩグルーピングの適応>
本発明の一実施形態では、グルーピングされたＴＴＩの個数を、ＵＥの速度の関数として変化させることができる。ＵＥの速度は、（たとえばドップラースプレッドの測定及び搬送波周波数の知識によって）ＵＥ速度推定器が求めることができる。これは、図１Ｄに示すように、移動ＵＥ又は基地局のいずれかで行うことができる。これは、表Ａの発明者らの解析に基づいている。
別の実施形態では、ＦＤＭ又はＣＤＭにおけるＴＴＩグルーピングの基準信号の密度（電力オフセット）が、ＵＥの速度の関数として変化される。基準信号の密度は、ゆっくりと移動するＵＥ又は静止したＵＥについて、より多くの量を削減することができる。
加えて、グループのサイズは、（たとえば速度に応じて、または基地局におけるスケジューリング負荷に応じて）動的に変化することができる。基地局におけるスケジューリング負荷は、スケジューリングすべき移動送信機の個数の観点で、または各送信機をスケジューリングすべき資源の個数の観点で測定される。
<交互に配置された(staggered)ＴＴＩグルーピング>
ＴＴＩグルーピングは、オーバーヘッドを増加させることなく、推定精度を改善するのにも使用することができる。
これは、図９に示されている。この図では、副搬送波の異なる組が、グループ内の異なるＴＴＩで基準信号を搬送する。
<可変ＴＴＩ構成におけるＴＴＩグルーピングの適用性>
加えて、本発明の実施形態によるＴＴＩグルーピングは、可変ＴＴＩにも適応させることができる。可変ＴＴＩは、R1-060394の「Variable TTI for LTE」（Motorola）に記載されている。この文献には、可変長のＴＴＩが、１つ又は複数のサブフレームとして定義されている。ここで、サブフレームは、最小送信インターバル（０．５ｍｓ）である。可変ＴＴＩは、送信時間インターバルをトランスポートチャネルの可変属性として再定義することを通じて、サブフレームで利用可能な資源と整合させるために、不要なレイヤ２（Ｌ２）フラグメンテーションを回避するデータの送信のための代替的なメカニズムを提供する。
本発明の実施形態によれば、一般に、ＴＴＩは、最小送信インターバルとして使用される。この最小送信インターバルは、サブフレームの継続時間に等しい。ＴＴＩグルーピングは、エンドツーエンド機能を保証しつつ、下位プロトコルレイヤのパケットに組み込まれた上位レイヤプロトコルのヘッダの個数を削減することにも役立つ。
ターボ符号やＬＤＰＣ符号等の高性能符号化方式について、前方エラー訂正の性能は、フレームのサイズとともに改善することは既知である。したがって、可変ＴＴＩグルーピングは、符号化利得を高くすること、及び、Ｌ２オーバーヘッドを低くすることの２つ方法でスループットを改善する。
<ＴＴＩグルーピングに対する推定手順>
次に、基準信号なしでＴＴＩのチャネルのチャネル推定値を生成するのに使用できる線形推定手順を説明する。ＯＦＤＭチャネルの線形推定手順は、包括的には、Y. Li、N. Seshadri、及びS. Ariyavisitakul著の「Channel estimation for OFDM systems with transmitter diversity in mobile wireless channels」（IEEE Journal on Selected Areas in Communication, vol. 17, no. 3, pp.461-471, １９９１年３月）、並びに、Y. Li著の「Simplified channel estimation for OFDM systems with multiple transmit antennas」（IEEE Trans. On Wireless Communications, vol. 1, no. 1, pp.67-75, ２００２年１月）に記載されている。これら文献の双方は、参照により本明細書に援用される。
基準信号がＴＴＩに挿入される場合、２次元ウィナーフィルタを適応させることができる。Ｈが、ｔ0及びｔ1の２つのＴＴＩのＣＳＩ推定値を含むベクトルを示すものとする。
Figure 2009527187
ここで、Ｔは、１つのＴＴＩの継続時間である。時刻ｔ0＋ｉＴのＣＳＩは、
Figure 2009527187
によって推定することができる。ここで、
Figure 2009527187
は、複素重みベクトルである。重みωは、予測平均２乗誤差（ＭＳＥ）
Figure 2009527187
を最小にするように求めることができる。
最適な
Figure 2009527187
の解は、周知のウィナー・ホップ方程式（Wiener-Hopf equation）
Figure 2009527187
によって与えられる。ここで、
Figure 2009527187
であり、
Figure 2009527187
である。演算子（・）Hは、エルミート転置を示している。
<ＴＴＩグルーピングの提案された方法の他の適用>
本発明の実施形態は、任意のＯＦＤＭベースのシステムで使用することができる。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格及びＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に従って実施されたシステム等である。これらのシステムでは、基準信号の構造が、チャネル推定、コヒーレント復調／検出、並びに、周波数領域及び／又は時間領域のチャネル依存スケジューリングのためのチャネル品質推定に使用される。
たとえば、チャネルコヒーレンスを利用するＴＴＩグルーピングは、ＯＦＤＭシンボル及び／又はフレームのグループを考慮することによって、ＩＥＥＥ８０２．１６システムに拡張することができる。
さらに、ＴＴＩグルーピング方式は、チャネル品質指示子（ＣＱＩ）の測定、及び、基準信号を生成する多入力多出力（ＭＩＭＯ）システムにも拡張することができる。
実施形態は、ＤＦＴ行列を使用してＵＥに割り当てられた複数の副搬送波にデータストリームを拡散する３ＧＰＰ ＬＴＥシステムの信号について説明してきたが、アダマール行列等、当該技術分野で知られている他の拡散行列、又は、任意のユニタリー変換を使用できることが理解されるべきである。
［発明の効果］
本発明の実施の形態によって、移動通信ネットワークのアップリンクチャネルに基準信号を使用することに関連したオーバーヘッドが削減される。本発明は、ＴＴＩをグルーピングし、変動する時間資源、周波数資源、又は電力資源を有する基準信号をＴＴＩに挿入する。
好ましい実施形態の例として本発明を説明してきたが、本発明の精神及び範囲内において、他のさまざまな適応及び変更を行うことができることが理解されるべきである。したがって、本発明の真の精神及び範囲内に入るこのようなすべての変形及び変更を含有することが、添付の特許請求の範囲の目的である。
本発明の一実施形態による通信システムのブロック図である。 本発明の実施形態を使用できる送信機のブロック図である。 本発明の実施形態を使用できる受信機のブロック図である。 基地局と、基地局及びＵＥの間のシグナリングとのブロック図である。 本発明の実施形態を使用できるサブフレーム構造のブロック図である。 本発明の一実施形態による補間ベースの基準信号処理のＴＴＩグルーピング［１ ０ １］のブロック図である。 本発明の一実施形態による補間ベースの基準信号処理のＴＴＩグルーピング［１ ０ ０ １］のブロック図である。 本発明の一実施形態による予測ベースの基準信号処理のＴＴＩグルーピング［１ ０］のブロック図である。 本発明の一実施形態による予測ベースの基準信号処理のＴＴＩグルーピング［０ １ ０］のブロック図である。 本発明の一実施形態による軽負荷基準信号を有するＴＴＩグルーピングのブロック図である。 本発明の一実施形態による、電力が低減された基準信号を有するＴＴＩグルーピングのブロック図である。 本発明の一実施形態による交互に配置されたＴＴＩグルーピングのブロック図である。 従来技術で使用される基準信号パターンのブロック図である。

Claims (49)

  1. ワイヤレス通信ネットワークにおける送信機と受信機との間のアップリンクチャネルの基準信号を処理する方法であって、
    送信すべきシンボルのシーケンスをサブフレームのシーケンスに変換することと、
    サブフレームの前記シーケンスをサブフレームのグループにグルーピングすることであって、サブフレームの各グループが、時間的に隣接した少なくとも２つのサブフレームを含む、グルーピングすることと、
    前記サブフレームのサブセットに基準信号を挿入することと
    を含む方法。
  2. 前記各グループのサイズは動的に変化する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記サイズは、前記送信機の速度に依存する、請求項２に記載の方法。
  4. 前記サイズは、前記基地局におけるスケジューリング負荷に基づいている、請求項２に記載の方法。
  5. 各サブフレームは、ショートブロック及びロングブロックを含み、
    各ブロックは、複数の副搬送波で送信される、
    請求項１に記載の方法。
  6. 特定のグループが、時間的に隣接した３つのサブフレームを含み、
    前記基準信号は、最初のサブフレーム及び最後のサブフレームにのみ挿入される、
    請求項１に記載の方法。
  7. サブフレームの前記サブセットのチャネル状態情報を推定することと、
    前記推定されたチャネル状態情報から、基準信号を含まない任意のサブフレームについてのチャネル状態情報を補間することと、
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  8. サブフレームの前記サブセットのチャネル状態情報を推定することと、
    前記推定されたチャネル状態情報から、基準信号を含まない任意のサブフレームについてのチャネル状態情報を予測することと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記最初のサブフレームのチャネル状態情報
    Figure 2009527187
     及び前記３番目のサブフレームのチャネル状態情報
    Figure 2009527187
     を推定すること、及び
    ω1及びω2を補間係数として、
    Figure 2009527187
     に従い、２番目のサブフレームのチャネル状態情報を補間すること、
    をさらに含む、請求項６に記載の方法。
  10. 前記補間係数は、線形フィルタ理論を使用して求められる、請求項９に記載の方法。
  11. 前記補間係数は、最尤推定を使用して求められる、請求項９に記載の方法。
  12. 前記補間係数は、最大事後確率を使用して求められる、請求項９に記載の方法。
  13. 特定のグループが、時間的に隣接した２つのサブフレームを含み、
    前記基準信号は、最初のサブフレームにのみ挿入され、
    前記方法は、
    前記最初のサブフレームのチャネル状態情報
    Figure 2009527187
     を推定することと、
    ωを線形フィルタ理論によって求められた予測係数として、
    Figure 2009527187
     に従い、２番目のサブフレームのチャネル状態情報を予測することと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  14. 前記予測は、順方向である、請求項８に記載の方法。
  15. 前記予測は、逆方向である、請求項８に記載の方法。
  16. 前記予測は、順方向及び逆方向である、請求項８に記載の方法。
  17. 前記受信機は、最小個数の倍数の副搬送波を割り当てられる、請求項５に記載の方法。
  18. 削減された個数の基準信号が、前記サブフレームの前記サブセットに挿入される、請求項１に記載の方法。
  19. 前記基準信号は、符号分割多重化される、請求項１に記載の方法。
  20. 前記基準信号のサブセットは、削減された電力を有する、請求項１に記載の方法。
  21. 前記基準信号は、周波数分割多重化される、請求項１に記載の方法。
  22. 前記ワイヤレス通信システムは、単一搬送波周波数分割多元接続シグナリング技法を使用する、請求項１に記載の方法。
  23. 前記基準信号は、複数のサブフレームにわたって、時間及び周波数にわたって交互に配置される、請求項１に記載の方法。
  24. 前記サブフレームのサイズは可変である、請求項１に記載の方法。
  25. 前記受信機は基地局であり、
    前記方法は、前記基地局によって前記グルーピングの方法及び前記挿入の方法を信号で伝えることをさらに含む、
    請求項１に記載の方法。
  26. 前記送信機は、複数のアンテナを使用する、請求項１に記載の方法。
  27. 前記基準信号のサブセットからチャネル品質指示子を推定すること、
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  28. 前記ワイヤレス通信システムは、ＳＣ−ＦＤＭＡを使用する、請求項１に記載の方法。
  29. 前記送信機は、移動ユーザ機器に配置されている、請求項１に記載の方法。
  30. 前記受信機は、基地局に配置されている、請求項１に記載の方法。
  31. ワイヤレス通信ネットワークにおける受信機へのアップリンクチャネルの基準信号を処理する送信機であって、
    送信すべきシンボルのシーケンスをサブフレームのシーケンスに変換する手段と、
    サブフレームの前記シーケンスをサブフレームのグループにグルーピングする手段であって、サブフレームの各グループが、時間的に隣接した少なくとも２つのサブフレームを含む、グルーピングする手段と、
    前記サブフレームのサブセットに基準信号を挿入する手段と、
    を備える送信機。
  32. 前記送信機は移動するものであり、
    各グループ中のサブフレームの数は、前記送信機の速度に依存する、
    請求項３１に記載の送信機。
  33. 前記送信機は移動するものであり、
    前記各グループのサイズは、前記送信機の速度に従って動的に変化する、
    請求項３１に記載の送信機。
  34. サブフレームの前記サブセットのチャネル状態情報を推定するように構成される受信機と、
    前記推定されたチャネル状態情報から、基準信号を含まない任意のサブフレームのチャネル状態情報を補間する手段と、
    をさらに備える、請求項３１に記載の送信機。
  35. 前記送信機は、最小個数の倍数のサブフレームを割り当てられる、請求項３１に記載の送信機。
  36. 前記基準信号のサブセットは、削減された電力を有する、請求項３１に記載の送信機。
  37. 前記ワイヤレス通信システムは、単一搬送波周波数分割多元接続シグナリング技法を使用する、請求項３１に記載の送信機。
  38. 前記基準信号は、複数のサブフレームにわたって、時間及び周波数にわたって交互に配置される、請求項３１に記載の送信機。
  39. 前記サブフレームのサイズは可変である、請求項３１に記載の送信機。
  40. 前記受信機は基地局であり、
    前記送信機は、前記基地局によって前記グルーピングの方法及び前記挿入の方法を信号で伝える手段をさらに備える、
    請求項３１に記載の送信機。
  41. ワイヤレス通信ネットワークであって、
    前記ワイヤレス通信ネットワークは、送信機と受信機との間のアップリンクチャネル上の基準信号を処理する前記送信機及び前記受信機を含み、
    前記ワイヤレス通信ネットワークは、
    送信すべきシンボルのシーケンスをサブフレームのシーケンスに変換する手段と、
    前記サブフレームのシーケンスをサブフレームのグループにグルーピングする手段であって、サブフレームの各グループが、時間的に隣接した少なくとも２つのサブフレームを含む、グルーピングする手段と、
    前記サブフレームのサブセットに基準信号を挿入する手段と、
    を備える
    ワイヤレス通信ネットワーク。
  42. 送信機及び受信機を含むワイヤレス通信ネットワークのためのコンピュータプログラム製品であって、
    前記コンピュータプログラム製品は、
    送信すべきシンボルのシーケンスをサブフレームのシーケンスに変換するための命令と、
    サブフレームの前記シーケンスをサブフレームのグループにグルーピングするための命令であって、サブフレームの各グループが、時間的に隣接した少なくとも２つのサブフレームを含む、グルーピングするための命令と、
    前記サブフレームのサブセットに基準信号を挿入するための命令と、
    を含むコンピュータプログラム製品。
  43. ワイヤレス通信ネットワークにおける複数の移動ユーザ機器と基地局との間のアップリンクチャネルの基準信号を処理する方法であって、
    前記方法は、各移動機器において、
    送信すべきシンボルのシーケンスをサブフレームのシーケンスに変換するステップと、
    サブフレームの前記シーケンスをサブフレームのグループにグルーピングするステップであって、サブフレームの各グループが、時間的に隣接した少なくとも２つのサブフレームを含む、グルーピングするステップと、
    前記サブフレームのサブセットに基準信号を挿入するステップと
    を含む方法。
  44. 前記複数のユーザ機器は移動するものであり、
    前記各グループ中のサブフレームの数は、各ユーザ機器の速度に依存する、
    請求項４３に記載の方法。
  45. 前記ユーザ機器は移動するものであり、
    前記各グループのサイズは、前記ユーザ機器の速度に従って動的に変化する、
    請求項４３に記載の方法。
  46. 各ユーザ機器について、前記基地局において、サブフレームの前記サブセットのチャネル状態情報を推定することと、
    各ユーザ機器について、前記基地局において、前記推定されたチャネル状態情報から、基準信号を含まない任意のサブフレームのチャネル状態情報を補間することと
    をさらに含む、請求項４３に記載の方法。
  47. 各ユーザ機器について、前記基地局において、前記サブフレームのサブセットのチャネル状態情報を推定することと、
    各ユーザ機器について、前記基地局において、前記推定されたチャネル状態情報から、基準信号を含まない任意のサブフレームのチャネル状態情報を予測することと、
    をさらに含む、請求項４３に記載の方法。
  48. 前記基準信号のサブセットは、削減された電力を有する、請求項４３に記載の方法。
  49. ワイヤレス通信ネットワークにおける送信機と受信機との間のアップリンクチャネル上で基準信号を送信するのに必要とされる資源を削減する方法であって、
    入力シンボルのシーケンスに対応する、送信すべきサブフレームのシーケンスをサブフレームのグループにグルーピングすることであって、サブフレームの各グループが、時間的に隣接した少なくとも２つのサブフレームを含む、グルーピングすることと、
    前記サブフレームのサブセットに基準信号を挿入することと
    を含む方法。
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