JP5388269B2

JP5388269B2 - 移動通信システムにおける通信装置

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Publication number: JP5388269B2
Application number: JP2008120660A
Authority: JP
Inventors: 元博丹野; 衛佐和橋; 誠蔵尾上; 信彦三木; 祥久岸山; 秀和田岡
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2008-05-02
Filing date: 2008-05-02
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-05-02
Also published as: CN102077630B; JP2009272828A; US20110261732A1; CN102077630A; EP2273814A4; EP2273814A1; US8964607B2; KR20110009156A; WO2009133935A1

Description

本発明は一般に移動通信の技術分野に関連し、特に広帯域高周波の周波数を利用する通信装置に関連する。

この種の技術分野では、W-CDMAやHSDPAの後継となる次世代通信方式が、W-CDMAの標準化団体3GPPにより検討されている。次世代通信システムの代表例は、ロングタームエボリューション(LTE: Long Term Evolution)システムや、IMTアドバンストシステム(第４世代移動通信システム)である。IMTアドバンストシステム(IMT-A)は、LTEアドバンストシステム(LTE-A)とも言及される。LTEの概要は、例えば、非特許文献１に記載されている。

通信の高速化の要請と共にシステム帯域幅も広帯域化されてきた。例えば、下りリンクでW-CDMA方式では5MHz、LTE方式では最大で20MHzの帯域幅が使用される。LTE方式の後継システムでは更なる高速化及び広帯域化が進められるかもしれない。例えばLTEでは20MHzで300Mbps(下りリンク)程度の伝送レートを実現できるが、1Gbpsや2Gbpsのような伝送レートを実現するには、100MHzもの帯域幅が必要になる。オペレータが複数存在する場合、オペレータ数に応じた帯域幅が必要になる。

一方、連続的な双方向通信を実現する観点からは、周波数分割複信(FDD: Frequency Division Duplex)方式が使用され、上下リンクに別々の周波数が用意されることが好ましい。この場合、上り信号と下り信号の干渉を十分に抑制する観点から、中心周波数の３％程度の帯域幅が分離周波数(センターギャップ)として用意される。将来の移動通信システムには高周波の帯域しか残っていないので、FDD方式が採用される場合、より広いセンターギャップを確保しなければならなくなる。例えば、中心周波数が3.6GHzであったとすると、約130MHzもの帯域幅がセンターギャップに費やされることになってしまう。

他方、周波数帯域が高周波になると、信号の伝搬損失(パスロス)も大きくなってしまう。例えば、3GHzの帯域では、2GHzの帯域の場合よりも6dB程度信号が劣化してしまう。このため、高い周波数を利用するシステムでは、セル半径(又はセルカバレッジ)が狭くなりがちになる。信号品質の劣化に対して、送信電力を増強することも考えられるが、この問題を解決できるほど強くすることはできない。特に、ユーザ装置の場合、送信電力の制約は基地局の場合より厳しい。

また、通信される信号は大別してデータチャネルと制御チャネルとがある。データチャネルについては適応変調及びチャネル符号化(AMC: Adaptive Modulation and Channel coding)を適切に行うことで、信号品質の向上を或る程度図ることができる。しかしながら制御チャネルについては、データチャネルほど適応的に伝送レートを制御することはできない。従ってセルカバレッジを考察する際、データチャネルよりも制御チャネルに特に配慮しなければならない。
3GPP TS36 300(V8.4.0),"E-UTRA and E-UTRAN Overall description", 2008年2月

本発明の課題は、基本帯域幅のシステム帯域を利用する旧システムと、基本帯域幅以上広いシステム帯域を利用する新システムとが共存する地域において、新システムにおけるセルのカバレッジを確保しつつ周波数の利用効率の向上を図ることである。

本発明の一形態では、基本帯域幅のシステム帯域を利用する旧システムと、基本帯域幅以上広いシステム帯域を利用する新システムとが共存する地域で使用される新システムの通信装置が使用される。前記新システムは周波数分割複信(FDD)方式で通信を行う。当該通信装置は、あるバンドに属する帯域で、新システムの少なくとも下りデータチャネルを通信する手段と、前記あるバンドより低い別のバンドに属する帯域で、新システムの少なくとも上り制御チャネルを通信する手段とを有する。前記別のバンドでは、旧システムにおける上下リンクの通信が行われる。

本発明の一形態では、新システムの下り制御チャネルは、前記あるバンドに属する帯域で通信されてもよい。新システムの上りデータチャネルは、前記別のバンドに属する帯域で通信されてもよい。

本発明の一形態では、新システムの下り制御チャネルの少なくとも一部が、前記別のバンドに属する帯域で通信されてもよい。新システムの上りデータチャネルは、前記あるバンドに属する帯域で通信されてもよい。

下り制御チャネルの少なくとも一部は、報知チャネル、ページングチャネル又はランダムアクセスチャネルの1つ以上を含んでもよい。

本発明の一形態によれば、基本帯域幅のシステム帯域を利用する旧システムと、基本帯域幅以上広いシステム帯域を利用する新システムとが共存する地域において、新システムにおけるセルのカバレッジを確保しつつ周波数の利用効率の向上を図ることができる。

説明の便宜上、本発明が幾つかの実施例又は項目に分けて説明されるが、各区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例又は項目に別々に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてもよい。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされるが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。

図１は周波数利用法の一例を示し、本発明との比較に使用される。図示の例では、第１，第２及び第３の移動通信事業者（オペレータとも呼ばれる）が、周波数分割複信(FDD)方式で移動通信サービスをそれぞれ提供している。各オペレータは、「DL」で示されている下りリンク用の帯域の１つと、「UL」で示されている上りリンク用の帯域の１つを使用する。「UL」用の３つの帯域と、「DL」用の３つの帯域との間には、上下リンク間の干渉を防ぐための帯域(センターギャップ)が用意されている。「UL」用の３つの帯域、「DL」用の３つの帯域、及びセンターギャップは同じバンド内に用意されている。図示の例では、これらは、3.4GHz〜3.8GHzの周波数範囲を含むバンドに属する。
各オペレータに割り当てられた帯域は、例えば基本帯域幅(Basic Bandwidth)又はシステム帯域幅と呼ばれる。言い換えれば、１つの基本帯域幅は、特定のオペレータの基地局が使用する帯域幅である。基本帯域幅は上下リンクで同じでもよいし、異なっていてもよい。なお、オペレータは、割り当てられた基本帯域幅を１人で使用してもよいし、複数のキャリアに分けて使用してもよい。

図1に示されるような周波数帯域の利用法は、必ずしも実用されているわけではなく、単に技術的観点からの比較例として示されているに過ぎない。

図２は本発明の一形態による周波数帯域の利用法を示す。先ず、上下リンクで帯域幅が異なっている。上りリンクの通信需要よりも、下りリンクの通信需要の方が大きいことを考慮している。この点は図１の場合と同じである。

図２に示される例では、３オペレータの下りリンクの帯域は全て3.4〜3.8GHzのバンドに含まれるが、上りリンクの帯域は3.4〜3.8GHzのバンドとは異なるバンドに含まれる。別のバンドは例えば第３世代等の移動通信システムで使用されている２GHzのバンドである。上述したようにFDD方式の場合、上下リンク間の干渉を防ぐため、上下リンクの帯域の間に分離帯域(センターギャップ)を用意する必要がある。図１の場合、分離帯域を3.4〜3.8GHzのバンド内に用意しなければならないが、図２のようにすると、分離帯域を3.4〜3.8GHzのバンド内に用意しなくて済む。3.4〜3.8GHzのバンドと別のバンドとの隔たりが、センターギャップのような分離帯域の役割を兼ねるからである。

3.4〜3.8GHzのバンドには、第１〜第３の通信事業者の下りリンクしか含まれていない。センターギャップは不要であるので、図１の場合よりも、その分だけ多くの周波数を利用することができる。すなわち、図１の場合の下りリンクの帯域幅(DL)よりも、図２の場合の方を広くすることができる。

図３も図１と同様な周波数利用法の一例を具体的な数値例と共に示し、本発明との比較に使用される。第１，第２及び第３の移動通信事業者（オペレータ）が、FDD方式で移動通信サービスをそれぞれ提供している。各オペレータは、「DL」で示されている下りリンク用の帯域の１つと、「UL」で示されている上りリンク用の帯域の１つを使用する。「UL」用の３つの帯域と、「DL」用の３つの帯域との間には、上下リンク間の干渉を防ぐための帯域(センターギャップ)が用意されている。「UL」用の３つの帯域、「DL」用の３つの帯域、及びセンターギャップは、3.4〜3.8GHzのバンド内に用意されている。

各オペレータに割り当てられた帯域は、基本帯域幅又はシステム帯域幅と呼ばれる。図示の例では、どのオペレータも上りリンクに20MHz及び下りリンクに70MHzの基本帯域幅をそれぞれ持っている。上りリンク全体の中心周波数と下りリンク全体の中心周波数は、265MHzだけ隔たっている。

図３に示されるような周波数帯域の利用法も、必ずしも実用されているわけではなく、単に技術的観点からの比較例として示されているに過ぎない。

図４は一実施例による周波数帯域の利用法を示す。図示の例では、３オペレータの下りリンクの帯域は全て或るバンド(3.4〜3.8GHz)に含まれるが、上りリンクの帯域は2GHzのバンド(上記の或るバンドとは別のバンド)に含まれる。どのオペレータも上りリンクに20MHzの基本帯域幅をそれぞれ持っている。この点は図３の場合と同じである。しかしながら図４の場合、どのオペレータも下りリンクに133MHzもの広い基本帯域幅をそれぞれ持っている。3.4〜3.8GHzのバンド内にセンターギャップを設けなくてよいので、その分だけ多くの周波数を利用できるからである。

また、上りリンクの帯域は下りリンクに比べて低い周波数にある。一般に、通信する周波数の低い帯域は、高い帯域よりもパスロスは少なくて済む。従って3.4〜3.8GHzのバンドと異なる低い周波数の別バンドを併用することは、セルのカバレッジを確保することにも寄与できる。

上りリンクの通信需要は、下りリンクの通信需要よりも少ないことが予想されるので、上りリンクには比較的狭い帯域しか必要とされない。また、2GHzのバンドにおける旧システムのユーザの一部は、3.4〜3.8GHzのバンドを利用する新システムに移行するかもしれない。従って、新システムの上りリンクの帯域を旧システムの帯域に設定したとしても、新旧双方のシステムで適切にサービスを提供できる。

図５は本発明の一実施例で使用される基地局装置eNB及びユーザ装置UEを示す図である。基地局装置eNB及びユーザ装置UEは、図４に示される周波数を用いて通信を行う移動通信システムに属する。より具体的には、図４の第１〜第３の何れかのオペレータが提供する移動通信システムに属する。基地局装置eNBは、送信信号用のベースバンド処理部BB(Tx)と、周波数変換部と、送信用無線部RF(Tx)と、送信アンテナとを有する。また、基地局装置eNBは、受信アンテナと、受信用無線部RF(Rx)と、周波数変換部と、受信信号用のベースバンド処理部BB(Rx)とを有する。

ユーザ装置UEも同様に、送信信号用のベースバンド処理部BB(Tx)と、周波数変換部と、送信用無線部RF(Tx)と、送信アンテナとを有する。また、ユーザ装置UEは、受信アンテナと、受信用無線部RF(Rx)と、周波数変換部と、受信信号用のベースバンド処理部BB(Rx)とを有する。

基地局装置eNBのベースバンド処理部BB(Tx)にて、下り信号が用意される。下り信号とは、制御信号にもデータ信号にも使用可能な用語である。下り信号は、周波数変換部で適切な周波数にアップコンバートされる。図示の例では、ベースバンドの下り信号は、3.4〜3.8GHzのバンドの周波数で伝送するための高周波信号に変換される。変換後の信号には、フィルタリングや増幅のような処理が施され、3.4〜3.8GHzのバンドの無線信号が送信アンテナから送信される。ユーザ装置UEは、3.4〜3.8GHzのバンドの無線信号を受信アンテナで受信すると、フィルタリングや増幅のような受信用無線部RF(Rx)での処理を行う。処理後の信号は、周波数変換部でベースバンドの信号に変換される。変換後の信号は、ベースバンド処理部BB(Rx)で処理される。

一方、ユーザ装置UEのベースバンドBB(Tx)にて、上り信号が用意される。この上り信号も、制御信号にもデータ信号にも使用可能な用語である。上り信号は、周波数変換部で適切な周波数にアップコンバートされる。図示の例では、ベースバンドの上り信号は、2GHzのバンド(3.4〜3.8GHzのバンドとは別のバンド)の周波数で伝送するための高周波信号に変換される。変換後の信号には、フィルタリングや増幅のような処理が施され、2GHzのバンドの無線信号が送信アンテナから送信される。基地局装置eNBは、2GHzのバンドの無線信号を受信アンテナで受信すると、フィルタリングや増幅のような受信用無線部RF(Rx)での処理を行う。処理後の信号は、周波数変換部でベースバンドの信号に変換される。変換後の信号は、ベースバンド処理部BB(Rx)で処理される。

本実施例によれば、異なるバンド間の隔たりを、上下リンク間の分離帯域とすることで、周波数の更なる有効活用を図ることができる。上りリンクの帯域は低い周波数にあり、パスロスは少ないので、セルのカバレッジを確保することにも寄与できる。

上述したように、周波数（キャリア周波数）が高い場合、パスロスが大きくなり、セルのカバレッジが狭くなるおそれがある。例えば、2GHzのキャリア周波数の場合と比較して、3GHzのキャリア周波数の場合のパスロスは、６dB程度も大きくなってしまう。一方、データチャネルについては、伝送レートを適切に制御することで、或る程度信号品質を確保できる。伝送レートは、データ変調方式、チャネル符号化率（又はデータサイズ）、符号拡散率等により制御可能である。他方、制御チャネルについては、そのような伝送レートの適応制御(AMC)は相応しくない。伝送レートの制御がなされたとしても、データチャネルほど様々に変えることはできない。そこで、本発明の第２実施例では、データチャネルは高い周波数で通信するが、制御チャネルは低い周波数で通信するようにする。

図６は第２実施例による周波数利用法を示す。図中、f1〜f4はキャリア周波数(サブキャリア)を示す。サブキャリアf1は、システムとって特に基本的な制御情報を伝送するキャリアであり、「メインキャリア」と言及される。このような基本的な制御情報としては、報知情報(BCH)、ページング情報(PCH)、ランダムアクセス情報(RACH)等が挙げられる。サブキャリアf2〜f4は第１，第２及び第３の移動通信事業者(オペレータ)に割り当てられた帯域の周波数（基本帯域幅）を表す。f2〜f4の各々の帯域幅は、例えば100MHzである。メインサブキャリアf1は、他のサブキャリアf2〜f4の帯域幅と同じでもよいが、狭くてもよい。制御情報を伝送できる程度に広ければよいからである。各オペレータによる通信の方式は、シングルキャリア方式でもマルチキャリア方式でもよい。なお、BCH,PCH,RACHのような基本的な制御情報以外の制御情報は、メインキャリアの帯域で伝送されてもよいし、別の各サブキャリアで伝送されてもよい。

メインキャリアは、典型的には、2GHzのバンドに属する。サブキャリアf2〜f4は典型的には3.4〜3.8GHzのバンドに属する。しかしながら、メインキャリアと他のサブキャリアが異なるバンドに属することは、本実施例では必須でない。制御チャネルが十分に広いカバレッジで伝送できる程度に、制御チャネルの周波数帯域が低ければよい。図示の例では、メインキャリアでデータチャネルが伝送されているが、このことは本実施例では必須でない。メインキャリアで制御チャネルだけが伝送され、データチャネルは全てサブキャリアf2〜f4で伝送されるようにしてもよい。

図７は本発明の一実施例で使用される基地局装置eNB及びユーザ装置UEを示す図である。基地局装置eNB及びユーザ装置UEは、図６に示される周波数を用いて通信を行う移動通信システムに属する。より具体的には、図６の第１〜第３の何れかのオペレータが提供する移動通信システムに属する。基地局装置eNBは、データチャネル用のベースバンド処理部BBと、制御チャネル用のベースバンド処理部BBと、多重部MUXと、高周波用及び低周波用の周波数変換部と、高周波用及び低周波用の無線部RFと、高周波用及び低周波用の送信アンテナとを有する。

ユーザ装置UEは、高周波用及び低周波用の受信アンテナと、高周波用及び低周波用の無線部RFと、高周波用及び低周波用の周波数変換部と、分離部DE-MUXと、データチャネル用のベースバンド処理部BBと、制御チャネル用のベースバンド処理部BBとを有する。

基地局装置eNBのデータチャネル用のベースバンド処理部BB(Tx)にて、下りデータチャネルが用意される。適応変調及びチャネル符号化方式(AMC: Adaptive Modulation and Channel coding)で適切に制御されるデータ変調及びチャネル符号化が、下りデータチャネルに施される。下りデータチャネルは、周波数変換部で適切な周波数にアップコンバートされる。図示の例では、ベースバンドの下り信号は、3.4〜3.8GHzのバンドの周波数で伝送するための高周波信号に変換される。変換後の信号には、フィルタリングや増幅のような処理が施され、3.4〜3.8GHzのバンドの無線信号が送信アンテナから送信される。

基地局装置eNBの制御チャネル用のベースバンド処理部BB(Tx)では、下り制御チャネルが用意される。この下り制御チャネルは、報知チャネル(BCH)、ページングチャネル(PCH)、ランダムアクセスチャネル(RACH)等に関する情報が含まれる。下りデータチャネルは、多重部MUXで必要に応じてデータチャネルと多重される（典型的には、時間分割多重方式による多重であるが、他の多重法が代替的に又は追加的に使用されてもよい。）。周波数変換部では制御チャネルを含む信号が適切な周波数にアップコンバートされる。図示の例では、ベースバンドの下り信号は、3.4〜3.8GHzのバンドより低い周波数の別のバンド(例えば、2GHzのバンド)で伝送するための信号に変換される。変換後の信号には、フィルタリングや増幅のような処理が施され、2GHzのバンドの無線信号が送信アンテナから送信される。

ユーザ装置UEは、3.4〜3.8GHzのバンドの無線信号を受信アンテナで受信すると、フィルタリングや増幅のような高周波用の無線部RFでの処理を行う。処理後の信号は、周波数変換部でベースバンドの信号に変換される。変換後の信号は、データチャネル用のベースバンド処理部BBで処理され、データチャネルが復元される。適応変調及びチャネル符号化方式(AMC)で適切に制御されるデータ変調及びチャネル符号化に従って、下りデータチャネルはデータ復調及びチャネル復号化が施される。

ユーザ装置UEは、2GHzのバンドの無線信号を受信アンテナで受信すると、フィルタリングや増幅のような低周波用の無線部RFでの処理を行う。処理後の信号は周波数変換部でベースバンドの信号に変換される。変換後の信号は、必要に応じてデータチャネルと制御チャネルに分離される。受信信号中の制御チャネルの部分は、制御チャネル用のベースバンド処理部BBで処理され、制御チャネルが復元される。

本実施例によれば、制御チャネルが低い周波数で通信され、データチャネルは高い周波数で通信されるようにすることで、セルのカバレッジを確保することができる。

本発明は大きくはれた高低２種類の帯域を使って通信を行う適切な如何なる移動通信システムに適用されてもよい。例えば本発明は、HSDPA/HSUPA方式のW-CDMAシステム、LTE方式のシステム、IMT-Advancedシステム、WiMAX, Wi-Fi方式のシステム等に適用されてもよい。

以上本発明は特定の実施例を参照しながら説明されてきたが、各実施例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。例えば上記の説明では高い周波数のバンドの例は「3.4〜3.8GHzのバンド」であったが、適切な別のバンドでもよい。低い周波数のバンドの例は2GHzのバンドであったが、これも別のバンドでもよい。相対的に「高い」及び「低い」周波数帯が使用されていればよい。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。各実施例の区分けは本発明に本質的ではなく、２以上の実施例が必要に応じて使用されてよい。説明の便宜上、本発明の実施例に係る装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウエアで、ソフトウエアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が本発明に包含される。

同一バンド内にセンターギャップを用意した様子を示す図である。本発明の第１実施例による周波数利用例を示す図である。同一バンド内にセンターギャップを用意した例を数値例と共に示す図である。本発明の第１実施例による周波数利用例を数値例と共に示す図である。本発明の第１実施例で使用される基地局装置及びユーザ装置を示す図である。本発明の第２実施例による周波数利用例を示す図である。本発明の第２実施例で使用される基地局装置及びユーザ装置を示す図である。

符号の説明

ｅＮＢ基地局装置
ＵＥユーザ装置
ＢＢベースバンド処理部
ＲＦ無線部
ＭＵＸ多重部
ＤＥ−ＭＵＸ分離部

Claims

基本帯域幅のシステム帯域を利用する旧システムと、基本帯域幅以上広いシステム帯域を利用する新システムとが共存する地域で使用される新システムの通信装置であって、前記新システムは周波数分割複信(FDD)方式で通信を行い、当該通信装置は、
あるバンドに属する帯域で、新システムの少なくとも下りデータチャネルを通信する手段と、
前記あるバンドより低い別のバンドに属する帯域で、新システムの少なくとも上り制御チャネルを通信する手段と、
を有し、前記別のバンドでは、旧システムにおける上下リンクの通信が行われるようにした通信装置。
新システムの下り制御チャネルが、前記あるバンドに属する帯域で通信され、
新システムの上りデータチャネルが、前記別のバンドに属する帯域で通信されるようにした請求項１記載の通信装置。
新システムの下り制御チャネルの少なくとも一部が、前記別のバンドに属する帯域で通信され、
新システムの上りデータチャネルが、前記あるバンドに属する帯域で通信されるようにした請求項１記載の通信装置。
前記下り制御チャネルの少なくとも一部は、報知チャネル、ページングチャネル又はランダムアクセスチャネルの1つ以上を含むようにした請求項３記載の通信装置。