JP5461174B2 - マルチキャリア割当てのための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に通信システムに関し、特にTDM（Time Division Multiplex）マルチキャリアシステムにおけるマルチキャリア割当てのための方法及び装置に関する。

通信システムの急速な発達によって、MC（マルチキャリア）技術は、抗干渉、並列伝送及びリソース配分最適化などにおけるその利点のために産業界及び学界から大きな関心を集めた。

一方では、ブロードバンドシステムは、MC技術を用いて多重搬送波上に信号を分配することができ、周波数選択性フェージングを軽減するために、データインターリーブ及びキャリアインターリーブを採用する。

他方で、無線通信システムでは、一般にアップリンクトラフィックよりも多くのダウンリンクトラフィックが存在する。一般的に、ダウンリンク伝送のために、送信機は、キャリアインターリービング、FEC（Forward Error Correction）等を用いて多重搬送波間の情報対応を確立することができる。受信機は、情報対応を用いて伝送の間に失われた情報を回復することができる。さらに、ダウンリンクトラフィックは、通常、より広い周波数帯域に分配され、したがって周波数選択性フェージングを軽減するためのより強力な能力を持つ。対照的に、アップリンク伝送にとって、キャリアインターリービングのような技術によって情報対応を確立するように複数のユーザを調整することは非常に難しく、各々のユーザのアップリンクトラフィックは、より狭い帯域のみを占有する。したがって、アップリンクトラフィックは、周波数選択性フェージングに対してより影響を受けやすい。

一般的に、副搬送波は、空間及び時刻が変わる度に、異なる端末に対して異なるチャネル特性を示す可能性がある。空間的特性（例えば伝搬経路、障壁など）の相違に起因して、副搬送波は、特定の時刻において、一組の端末に対して周波数選択性フェージングを示し、他の一組の端末に対して良好なチャネル特性を示す可能性がある。加えて、副搬送波は、同じ端末が関与する間に、時間の経過によって、周波数選択性フェージングにさらされる劣ったチャネルと伝送に適した良好なチャネルとの間を行き来する可能性がある。したがって、異なる副搬送波が異なる端末に対して異なるチャネル特性を示すという事実に基づいて、マルチキャリアシステムにおいて異なる副搬送波を異なる端末に割り当てることが、システム性能を改良するための方法である。

複数の副搬送波を通じて複数の移動端末と基地局との間で伝送を実行するための方法は、ルーセントテクノロジ社によって出願された2005年11月10日公開の公開番号20050249127A1の米国特許出願において説明される。この方法では、各々の移動端末のための副搬送波のうちの少なくとも一部のチャネル品質が推定され、副搬送波のそれぞれのセットがその推定に基づいて各々の移動端末に対して選択され、割当てが各々の移動端末に通知され、各々の移動端末は、その割り当てられた副搬送波のセットを通じて伝送を実行する。

したがって、TDMマルチキャリアシステムにおいてキャリア割当てを最適化してシステム性能を改善する方法を提供することが必要である。

本発明は、TDMマルチキャリアシステムにおいて副搬送波割当てを最適化するためのフレーム構造、方法及び装置を提供する。

本発明はTDMマルチキャリアシステムにおける使用に適したフレーム構造を提供し、それによって、ネットワーク装置はシステム及び端末の性能を改善するために副搬送波割当てを最適化することができる。

本発明の実施の形態によると、TDMマルチキャリアシステムにおける使用に適したフレーム構造が提供され、当該フレーム構造は、端末がプローブメッセージを送信し、ネットワーク装置が割当てメッセージを送信し、前記ネットワーク装置が前記プローブメッセージを評価することによって割当てメッセージを取得し、前記プローブメッセージが前記端末に割り当てられる一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報を含む第１期間、並びにアップリンクトラフィック及び/又はダウンリンクトラフィックが、前記一セットのアップリンク副搬送波及び/又は前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じて前記端末と前記ネットワーク装置との間で送信される第２期間を有する。

ここで、第１期間は、前記端末が前記ネットワーク装置に前記プローブメッセージを送信するアップリンク伝送期間、及び前記ネットワーク装置が前記端末に前記割当てメッセージを送信するダウンリンク伝送期間をさらに含む。

ここで、第２期間は、前記ネットワーク装置が前記端末にダウンリンクトラフィックを送信するダウンリンクトラフィック伝送期間、及び前記端末が前記ネットワーク装置にアップリンクトラフィックを送信するアップリンクトラフィック伝送期間をさらに含む。

このフレーム構造の基本的なアイデアは、ネットワーク装置がそれぞれの端末に対する各々の副搬送波のチャネル特性を評価するために各々の端末から送信されるプローブメッセージを評価し、副搬送波割当てを最適化するために評価結果に基づいて適切な副搬送波を各々の端末に割り当てる集中型の第１期間を確立することである。さらにオプションとして、ネットワーク装置及び端末は、端末のためのシステム性能及びデータ伝送速度をさらに改善するために、各々の副搬送波の評価結果に基づいて、適切な符号化及び変調モードを選択することができる。

本発明は、TDMマルチキャリアシステムにおいて副搬送波を割り当てるために端末及びネットワーク装置それぞれに用いられる方法を提供する。これらの方法は、本発明で提案されるフレーム構造を利用することができる。

本発明の実施の形態によると、TDMマルチキャリアシステムにおいて副搬送波を割り当てるために端末において用いられる方法が提供され、当該方法は、第１期間のアップリンク伝送期間の間に副搬送波の第１セットを通じてネットワーク装置にプローブメッセージを送信し、前記プローブメッセージは、チャネル評価のための事前に決められたシーケンスを有し、副搬送波の第１セットのチャネル評価を実行するために前記ネットワーク装置によって用いられ、前記端末に割り当てられた一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報を取得するために、第１期間のダウンリンク伝送期間の間に前記ネットワーク装置から送信される割当てメッセージを受信し、前記割当てメッセージは、前記ネットワーク装置によって前記プローブメッセージに関して実行されるチャネル評価の結果を含む。

アップリンク伝送について起こりうる不慮の周波数選択性フェージングからの影響を低減するために、本発明の実施の形態による方法がさらに提供され、移動端末は、事前に決められた周波数ホップモードでアップリンク副搬送波の割り当てられたセットから副搬送波の第２セットを選択することができ、副搬送波の第２セットを通じてアップリンクトラフィックを送信することができる。

本発明の実施の形態によると、TDMマルチキャリアシステムにおいて副搬送波を割り当てるためにネットワーク装置において用いられる方法が提供され、当該方法は、第１期間のアップリンク伝送期間の間に端末から送信されるプローブメッセージを受信し、前記端末のための割当てメッセージを取得するために前記プローブメッセージを評価し、前記割当てメッセージは、前記端末に割り当てられる一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報を含み、第１期間のダウンリンク伝送期間の間に前記端末に前記割当てメッセージを送信する。

ネットワーク装置は、前記端末に関して前記プローブメッセージがそれを通じて送信される副搬送波の第１セットのチャネル特性を評価するために前記プローブメッセージを処理し、前記チャネル特性に従って副搬送波割当て結果を生成する。

端末及びネットワーク装置は、対応する第２期間の間、ダウンリンク副搬送波の割り当てられたセット及びアップリンク副搬送波の割り当てられたセットを通じて、ダウンリンクトラフィックを送信し、アップリンクトラフィックを受信する。

本発明の実施の形態によれば、本発明において提案される方法を用いる端末及びネットワーク装置が提供される。

ここで、端末はプローブメッセージを送信するための送信機及び割当てメッセージを受信するための受信機を有する。オプションとして、端末は、第１セレクタ、抽出器及び/又は第２セレクタをさらに有する。第１セレクタは端末が用いる予定である副搬送波の第１セットを選択するように構成され、抽出器は、割当てメッセージからアップリンク/ダウンリンク副搬送波の割り当てられたセットに関する情報を抽出するように構成され、第２セレクタは、アップリンク副搬送波のセットから副搬送波の第２セットを選択するように構成される。送信機及び受信機はそれぞれ、アップリンクトラフィックを送信し、ダウンリンクトラフィックを受信するようにさらに構成される。

ここで、ネットワーク装置は、プローブメッセージを受信するための受信機、副搬送波を評価するために前記プローブメッセージを処理するための評価器、一セットの副搬送波を割り当てて割当てメッセージを生成するためのアロケータ、及び前記割当てメッセージを送信するための送信機を有する。ここで、受信機及び送信機はそれぞれ、アップリンクトラフィックを受信し、ダウンリンクトラフィックを送信するようにさらに構成されることができる。

US20050249127A1において提案される方法はいくつかの欠点を持つ。第１に、端末が副搬送波の評価に関与し、したがって複雑さがより高くなる。第２に、フィードバックチャネルが各々の移動端末と基地局との間に存在し、それはシステムの複雑さを増加させて、更なる遅延をもたらす。第３に、従来の無線システムのフレーム構造が用いられ、基地局が短い時間で全ての移動端末の全ての副搬送波に関する全体的な周波数応答特性を取得することは非常に難しい。この場合、端末が最も適切な副搬送波を割り当てられることができない可能性がある。

本発明において提案されるフレーム構造、方法及び装置はいくつかの利点を持つ。第１に、端末は副搬送波を評価する必要がなく、したがって端末のデザインが単純化される。第２に、専用のフィードバックチャネルが各々の端末とネットワーク装置との間に確立される必要がない。第３に、集中型の第１期間によって、ネットワーク装置は、副搬送波割当てを最適化するために、より短い時間内でそれぞれの端末に関してそれぞれの副搬送波のチャネル特性を容易に取得することができる。第４に、良好なチャネル特性を有する副搬送波を割り当てられた後、端末及びネットワーク装置は、データ伝送速度を改善するためにより効果的な符号化及び変調モードをさらに使用することができ、システム全体の性能を最適化することができる。

本発明のより十分な理解と共に他の目的及び達成は、添付の図面とともに以下の説明及び特許請求の範囲を参照することによって明らかになり認識される。

図面の全体にわたって、同様の参照番号は、同様の、類似した若しくは対応する特徴又は機能を指すと理解される。

添付の図面に関連して本発明の特定の実施の形態が以下で詳細に説明される。

TDMシステムにおいて、副搬送波は、アップリンク伝送及びダウンリンク伝送のために交互に使用される。各々の副搬送波は複数のチャネルパラメータによって特徴づけられることができ、その幾つかは時刻及び空間の変化によって変化する。しかしながら、非常に短い時間内ではこれらのチャネルパラメータの変化は非常にわずかであり、副搬送波を通じた伝送に対するその影響は無視されることができる。副搬送波は、ダウンリンク伝送及びアップリンク伝送における使用に対して同一のチャネルパラメータを持つ場合、チャネル対称特性を持つとみなされる。TDMシステムのチャネル対称特性を利用することによって、本発明は、TDMマルチキャリアシステムにおける副搬送波割当ての最適化のためのフレーム構造、方法及び装置を提供する。

短い期間内で各々の端末に関する全ての副搬送波又は一部の副搬送波のチャネル特性を評価するために、本発明は新規なフレーム構造を提供する。このフレーム構造は、２つの部分（第１期間と第２期間）を有し、第１期間は、各々の端末に関する各々の副搬送波のチャネル特性を評価して、アップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波の対応するセットを各々の端末に割り当てるために用いられ、第２期間は、アップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波の割り当てられたセットを通じた端末とネットワーク装置との間のアップリンク及び/又はダウンリンクトラフィック伝送のために用いられる。

特に第１期間は、アップリンク伝送期間とダウンリンク伝送期間とを有する。アップリンク伝送期間の間、各々の端末は、全ての副搬送波又はアップリンク及び/若しくはダウンリンク伝送に用いられることが予想される一セットの副搬送波を通じて、ネットワーク装置に１つ以上のプローブメッセージを送信し、プローブメッセージは、チャネル特性の評価のための事前に決められたシーケンス（例えばプリアンブル）又はトレーニングシーケンスなどを一般に含む。ダウンリンク伝送期間の間、ネットワーク装置は各々の端末に一つ以上の割当てメッセージを送信し、割当てメッセージは、ネットワーク装置が受信されたプローブメッセージを処理することによって対応する副搬送波のチャネル特性を取得した後で生成され、端末に割り当てられるアップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波のセットに関する情報を含む。

アップリンク伝送期間とダウンリンク伝送期間との間に行われる切替えを保護するために、第１期間は、本発明の一実施例によれば、ガード期間をオプションとしてさらに含むことができ、それはアップリンク伝送期間とダウンリンク伝送期間との間に挿入される。オプションとして、ガード期間の継続期間は、TDMマルチキャリアシステム中のセル内での電磁波の伝搬遅延未満であってはならず、式(1)によって与えられる。

Rはシステム中のセルの半径であり、Cは電磁波が媒体中で伝搬する速さである。

特に、第２期間は、ダウンリンクトラフィック伝送期間及びアップリンクトラフィック伝送期間を有する。ダウンリンクトラフィック伝送期間の間、ネットワーク装置は、各々の端末に割り当てられるダウンリンク副搬送波の対応するセットを通じて各々の端末にダウンリンクトラフィックを送信し、アップリンクトラフィック伝送期間の間、各々の端末は、アップリンク副搬送波のその割り当てられたセット又はそのうちの少なくとも１つの副搬送波を通じてネットワーク装置にアップリンクトラフィックを送信する。

図1Aは、本発明の実施の形態によって実現されるフレーム構造を示す。フレーム100において、第１期間110は、アップリンク伝送期間120及びダウンリンク伝送期間130を有し、第２期間140は、ダウンリンクトラフィック伝送期間150及びアップリンクトラフィック伝送期間160を有する。オプションのガード期間170が、アップリンク伝送期間120とダウンリンク伝送期間130との間に挿入される。オプションのガード期間180が同様にダウンリンクトラフィック伝送期間150とアップリンクトラフィック伝送期間160との間に挿入されることができ、その長さは式(1)から取得されることができる。各々の伝送期間は、一つ以上のタイムスロットを含む。各々のタイムスロットにおいて、複数の副搬送波190（例えばSC1-8）が、情報を送信するために同時に用いられることができる。CDMAベースのシステムにおいて、それぞれの端末のための伝送は、異なる拡散符号を用いることにより一つの副搬送波上で実行されることができ、したがって、一つの副搬送波と一つの拡散符号との組み合わせが副搬送波とみなされることができる。本発明において参照される「副搬送波」との用語は、狭い意味で特定の周波数帯域として狭く解釈されてはならず、CDMA以外のシステムにおける最少限の周波数ユニットやCDMAシステムにおける周波数帯域と拡散符号との組み合わせなどのような、通信システム中のデータ伝送のための独立した無線リソースとして解釈されなければならないことが、当業者によって理解される。

図1Aに示される実施の形態において、第１期間110がデータ伝送期間140より先行する。各々の端末及びネットワーク装置は、副搬送波の評価及びダウンリンク及び/又はアップリンク副搬送波のセットの割当てのために、フレーム中の第１期間を用い、同じフレーム中のダウンリンクトラフィック伝送期間及び/又はアップリンクトラフィック伝送期間の間、ダウンリンク及び/又はアップリンク副搬送波の割り当てられたセットを通じてダウンリンク及び/又はアップリンクトラフィックを送信する。伝送期間120、130、150及び160は、同じ効果を達成するために他の配置を用いることができる。

図1Bは、本発明の他の実施の形態によって実現されるフレーム構造を示す。フレーム100'において、第２期間140は第１期間110より先行する。実施の形態によるシステムにおいて、（N+1)番目フレーム中のダウンリンクトラフィック伝送期間150及びアップリンクトラフィック伝送期間160は、N番目のフレーム中の第１期間のアップリンク伝送期間120及びダウンリンク伝送期間130の間に割り当てられた一セットのダウンリンク副搬送波及び一セットのアップリンク副搬送波を通じて、それぞれダウンリンクトラフィック及びアップリンクトラフィックを送信するために用いられることができる。

全ての副搬送波を通じて複数のプローブメッセージを送信して、短い期間でプローブメッセージを評価することによって、システムはその期間中に各々の端末に関する各々の副搬送波のチャネル特性を取得することができる。TDMシステムのチャネル対称特性のために、第１期間の間に評価されたチャネル特性は、次のデータ伝送期間において依然として適用可能である。フレームの継続期間は、一般に副搬送波のコヒーレントな時間を超えない。3GPPによって採用される市街地の歩行者シナリオにおいて、2GHz帯域周辺のチャネルのコヒーレントな時間は数ミリ秒のオーダーであり、本発明のフレーム構造が適用可能である。

本発明の実施の形態のフレーム構造によって、まず第１に、端末は、もはや副搬送波を評価する必要がないので単純化され、第２に、端末とネットワーク装置との間にフィードバックチャネルが必要なく、第３に、システムが包括的な評価結果及び副搬送波割当て結果を得ることが非常に容易である。

TDMマルチキャリアシステム中の端末及びネットワーク装置は、本発明のフレーム構造によって、副搬送波を割り当てることができ、データを送信することができる。図2は、本発明の実施の形態による端末とネットワーク装置との間のメッセージシーケンス図を示す。メッセージ交換シーケンス200において、端末202は最初に、第１期間110のアップリンク伝送期間120の間に、副搬送波の第１セットを通じてプローブメッセージがネットワーク装置204に送信されるステップS210を実行し、副搬送波の第１セットは、システム中の全ての副搬送波又は端末202が用いる予定である副搬送波の一部であることができる。プローブメッセージを受けると、ネットワーク装置204はステップS220を実行し、プローブメッセージは、前記端末に関する副搬送波の第１セットのチャネル特性を評価するために処理され、端末202は、その評価結果に基づいてダウンリンク及び/又はアップリンク副搬送波の対応するセットを割り当てられ、前記評価結果は１つ以上の割当てメッセージ中に含められる。第１期間110のダウンリンク伝送期間130において、ネットワーク装置204はステップS230を実行し、割当てメッセージが前記端末202に送信される。割当てメッセージが送信される副搬送波は、システム中の全ての副搬送波、副搬送波の第１セット若しくは端末202に割り当てられる一セットのダウンロード副搬送波のうちの１つであることができ、又はシステム中で定められた制御情報の伝送のための専用の副搬送波であることができる。ステップS240において、端末202は、それ自体に割り当てられた一セットのアップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波に関する情報を割当てメッセージから抽出し、そして次のデータ受信及び送信のためにそれを用いる。第２期間のダウンリンクトラフィック伝送期間150において、ネットワーク装置204はステップS250を実行し、端末202に割り当てられた前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じてダウンリンクトラフィックが端末202に送信される。第２期間のアップリンクトラフィック伝送期間160において、端末202はステップS260を実行し、その割り当てられた一セットのアップリンク副搬送波又はその副搬送波の一部を通じてアップリンクトラフィックがネットワーク装置204に送信される。

各々の端末に関する各々の副搬送波のチャネル特性を取得するために、各々の端末は、全ての副搬送波又は関係する副搬送波のそのそれぞれのセットを通じて、ネットワーク装置に一つ以上のプローブメッセージを送信する。第１期間110のアップリンク伝送期間120において、各々の端末は、FDM（周波数分割多重）によって全ての副搬送波を多重化して、TDMによってアップリンク伝送期間120中の全てのタイムスロットを多重化する。

図3Aは、複数の端末が第１期間110のアップリンク伝送期間120の間にプローブメッセージを送信する、本発明の実施の形態による概略図を示す。図3Aにおいて、端末A、B及びCは、事前に決められたモードによって、それぞれタイムスロットTS1、TS2及びTS3中にプローブメッセージを送信する。端末は、例えばプローブメッセージが全ての副搬送波にわたって分配されるようにデータインターリービング及びキャリアインターリービングによって、全ての副搬送波を通じてプローブメッセージを送信することができ、又は、各々の副搬送波を通じて独立してプローブメッセージを送信することができる。プローブメッセージは、トレーニングシーケンス等のような、ネットワーク装置及び端末に共通に知られている事前に決められたシーケンスを含むことができる。

図3Bは、複数の端末が第１期間110のアップリンク伝送期間120の間にプローブメッセージを送信する本発明の他の実施の形態による概略図を示す。示されるように、それぞれの端末は、タイムスロット中の異なる副搬送波を用いる。例えば、TS1において、SC1-2は端末Aによって用いられ、SC3-5は端末Bによって用いられ、そしてSC6-8は端末Cによって用いられ、TS2において、端末A、B及びCはそれぞれSC3-4、SC6-8及びSC1-2を用い、SC5は使用されていない。端末は副搬送波の一部のみを通じてプローブメッセージを送信できることがこの実施の形態から分かり、例えばSC1及びSC2は端末Bによって用いられていない。

オプションとして、全ての端末は、競合を低減して干渉を軽減するために「キャリア非衝突（carrier non-collision）」ルールに従わなければならず、すなわち、一つの副搬送波は同じタイムスロットにおいて２つ以上の端末に割り当てられてはならない。

オプションとして、全ての端末は、効率を改善するために「キャリア非重複（carrier non-overlapping）」ルールに従わなければならず、すなわち、端末は異なるタイムスロットにおいて異なる副搬送波を用いなければならない。副搬送波のチャネル特性の変動が緩慢であるので、端末が同じタイムスロット中に同じ副搬送波を通じて二回以上プローブメッセージを送信したとしても、チャネル評価の性能は実質的に改善されない。

受信されたプローブメッセージを処理することによって、ネットワーク装置は、プローブメッセージを送信する端末に関して、プローブメッセージが送信される副搬送波のチャネル特性を評価することができ、そのチャネル特性に基づいて、ダウンリンク及びアップリンク副搬送波の対応するセットを端末に割り当てることができる。割当て手順は、評価されたチャネル特性のみに基づくことができ、又は各々の端末のアップリンク及びダウンリンクトラフィックをさらに参考にすることができる。したがって、ネットワーク装置が端末に割り当てるアップリンク副搬送波の数は、端末のアップリンクトラフィックのための要求を正確に満たすことができる。オプションとして、それはより多くの副搬送波を特定の端末又は全ての端末に割り当てることができる。端末が当面はアップリンクトラフィック又はダウンリンクトラフィックを持たない場合、ネットワークはアップリンク又はダウンリンク副搬送波をその端末に割り当てなくてもよい。

さらに、ネットワーク装置は、各々の端末へ伝送するために、各々の端末に割り当てられる一セットのアップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波に関する情報を一つ以上の割当てメッセージにまとめる。オプションとして、複数の端末に対する副搬送波割当て結果は包括的な副搬送波割当て結果に統合されることができ、包括的割当てメッセージがそれに応じて生成される。包括的割当てメッセージは、各々の端末に割り当てられた一セットのアップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波に関する情報を含み、単一の端末のための割当てメッセージは、その端末に割り当てられた一セットのアップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波に関する情報を含む。

第１期間110のダウンリンク伝送期間130において、ネットワーク装置は各々の端末に割当てメッセージを送信する。図4Aは、ネットワーク装置が第１期間110のダウンリンク伝送期間130中に割当てメッセージを送信する本発明の他の実施の形態による概略図を示す。ネットワーク装置は、全ての副搬送波又は一部の副搬送波を通じて放送することによって、全ての端末に包括的割当てメッセージを送信する。全ての端末は、全ての副搬送波又は専用の副搬送波をスキャンすることによって、この包括的割当てメッセージを受信することができる。

図4Bは、ネットワーク装置が第１期間110のダウンリンク伝送期間130中に割当てメッセージを送信する本発明の他の実施の形態による概略図を示す。示されるように、ネットワーク装置は、異なるタイムスロットにおいて、副搬送波の全て若しくは一部、又は端末Aのための副搬送波の第１セットの全て若しくは一部を通じて、それぞれの端末に割当てメッセージを送信する。例えば、割当てメッセージは、それぞれTS1、TS2及びTS3において端末A、B及びCに送信される。

図4Cは、ネットワーク装置が第１期間110のダウンリンク伝送期間130中に割当てメッセージを送信する本発明の他の実施の形態による概略図を示す。端末A、B及びCがそれぞれ、第１期間のアップリンク伝送期間中にSC1-2、SC3-5及びSC6-8を通じてプローブメッセージを送信すると仮定する。その時、ネットワーク装置は、それぞれSC1-2、SC3-5及びSC6-8を通じて、端末A、B及びCに割当てメッセージを送信することができる。

あるいは、ネットワーク装置は、端末に割り当てられる一セットのダウンリンク副搬送波を通じて各々の端末にそれぞれの割当てメッセージを送信することができる。この場合には、これらの端末は、全ての副搬送波をスキャンすることによってのみ、それらに送信される割当てメッセージを受信することができる。図4Dの実施の形態を参照して、SC2-3、SC4及びSC6-8がそれぞれ端末A、B及びCに割り当てられると仮定する。ネットワーク装置はそれぞれSC2-3、SC4及びSC6-8を通じて３つの端末に割当てメッセージを送信する。

割当てメッセージを受けると、そこから各々の端末はそれ自体に割り当てられたアップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波のセットに関する情報を抽出することができる。

第２期間のダウンリンクトラフィック伝送期間において、各々の端末は、それに割り当てられた一つ以上のダウンリンク副搬送波を通じてネットワーク装置から送信されるダウンリンクトラフィックを受信する。図5は、ネットワーク装置がダウンリンクトラフィック伝送期間中に各々の端末にダウンリンクトラフィックを送信する本発明の他の実施の形態による概略図を示す。端末は、ダウンリンクトラフィック伝送期間中の全てのタイムスロットにおいて同じダウンリンク副搬送波を割り当てられることができ、例えば、端末Bには常にSC5及びSC6が割り当てられている。端末は、それぞれのタイムスロットにおいて異なるダウンリンク副搬送波を割り当てられることもでき、例えば、端末Aには、TS1ではS2-4が割り当てられ、TS2及びTS3ではSC2-3が割り当てられている。副搬送波は、いかなる端末にも割り当てられず、使用されなくてもよい。上述した情報は、対応する割当てメッセージ中に含まれなければならない。

オプションとして、端末がフレーム中にダウンリンクトラフィックを持たない場合には、ネットワーク装置はダウンリンク副搬送波をその端末に割り当てる必要はない。端末がダウンリンク副搬送波を割り当てられない場合、それは対応するダウンリンクトラフィック伝送期間の間、いかなるRx（受信）動作も実行しない。

全ての又は少なくとも１つの端末が、第２期間のアップリンクトラフィック伝送期間の間、アップリンクトラフィックを送信することができる。同様に、アップリンク副搬送波を割り当てられなかった、すなわちアップリンクトラフィックを持たない端末は、この期間の間、Tx（送信）動作を実行する必要はない。

図6Aは、複数の端末がアップリンクトラフィック伝送期間の間にそれらに割り当てられたアップリンク副搬送波のそれらのそれぞれのセットを通じてアップリンクトラフィックを送信する概略図を示す。この実施の形態において、各々の端末は、そのアップリンクトラフィックに正確に基づいて複数のアップリンク副搬送波を割り当てられ、余分なアップリンク副搬送波は無い。各々の端末は、その割り当てられたアップリンク副搬送波を通じてアップリンク伝送を実行する。例えば、端末Bは常にSC5-6を通じてアップリンクトラフィックを送信し、端末Aはそれぞれのタイムスロットにおいて割り当てられた異なるアップリンク副搬送波を通じてアップリンクトラフィックを送信する。

しかしながら、干渉は実際的な通信中にいつでもどこでも発生する可能性があり、それによって信号が周波数選択性フェージングを被る。上記の説明から、アップリンクトラフィックは、周波数選択性フェージングにより影響されやすい。潜在的な周波数選択性フェージングを回避するために、本発明はさらに、アップリンクトラフィック伝送上の不慮の周波数選択性フェージングからの影響を軽減するための方法を提供し、潜在的な周波数選択性フェージングを回避するために、端末に割り当てられた複数のアップリンク副搬送波から一部の副搬送波のみがアップリンク伝送のために選択される。選択はランダムであるか、又は特定の周波数ホップモードに従うことができる。さらに、端末はその現在のアップリンクトラフィックに基づくホップ方法でアップリンク副搬送波を選択することができる。本方法の前提条件は、ネットワーク装置が端末に割り当てるアップリンク副搬送波の数が、端末のアップリンクトラフィックのための必要量未満であってはならないことである。図6Bは、端末がアップリンク周波数選択によってアップリンクトラフィック伝送を実行する本発明の実施の形態による概略図を示す。TS1-4において端末AがSC2-3を取得し、TS1-3において端末BがSC4-7を、端末CがSC1及びSC8を取得すると仮定する。TS4において、端末BがSC5-7を取得し、一方端末CはSC1、SC4及びSC8を取得する。ここでは副搬送波割当てが副搬送波非衝突ルールに従うことが分かる。

潜在的な周波数選択性フェージングを回避するために、端末Aは、アップリンクトラフィック伝送のためにTS1-4においてSC2、SC3、SC2及びSC3をそれぞれ選択する。同様に端末Cは、アップリンクトラフィック伝送のためにTS1-4においてSC1、SC8、SC1、SC4及びSC8をそれぞれ選択する。

この実施の形態において、端末Bのアップリンクトラフィックは時間とともに変化する。端末Bは、TS1では４つの割り当てられた副搬送波SC4-7の全てを用い、TS2及びTS3において、端末Bは、アップリンクトラフィックの減少によってTS2ではSC4及びSC6を用い、TS3ではSC5及びSC7が用いられる。TS4において、端末Bは、アップリンクトラフィックの増加のために割り当てられたアップリンク副搬送波の全てを用いる。

本発明のフレーム構造及び方法を利用するために、TDMマルチキャリアシステムに用いられる端末が提供される。図7は、本発明の実施の形態によって実現される端末の構成を示す。端末700は、プローブメッセージを送信するための送信機710及び割当てメッセージを受信するための受信機720を有する。オプションとして、端末700は、副搬送波の第１セットを形成するためにTDMマルチキャリアシステム中の全ての副搬送波から端末が用いる予定である一セットの副搬送波を選択し、副搬送波の第１セットを通じてプローブメッセージを送信することを送信機710に通知するための第１セレクタ730をさらに含むことができる。オプションとして、端末700は、受信された割当てメッセージからアップリンク及びダウンリンク副搬送波の割り当てられたセットに関する情報を抽出するための抽出器740をさら有する。この情報は、送信機710及び受信機720に、それぞれアップリンク及びダウンリンク副搬送波の対応するセットを通じてトラフィックを送信及び受信するように指示するために用いられることができる。アップリンクトラフィック伝送に関する潜在的な周波数選択性フェージングからの影響を回避するために、端末700は、アップリンク副搬送波の割り当てられたセットからアップリンクトラフィック伝送のための副搬送波の第２セットを選択するための第２セレクタ750をさらに有する。送信機710はアップリンクトラフィックを送信するようにさらに構成されることができ、受信機720はダウンリンクトラフィックを受信するようにさらに構成されることができる。

本発明のフレーム構造及び方法を利用するために、TDMマルチキャリアシステムに用いられるネットワーク装置が提供される。図8は、本発明の実施の形態によって実現されるネットワーク装置の構成を示す。ネットワーク装置800は、受信機810、送信機820、評価器830及びアロケータ840を有する。受信機810は、端末から送信されるプローブメッセージを受信するように構成され、端末から送信されるアップリンクトラフィックを受信するように同様に構成されることができる。送信機820は、割当てメッセージを送信するように構成され、ダウンリンクトラフィックを送信するように同様に構成されることができる。評価器830は、評価結果を取得するために、プローブメッセージを送信する端末に関して、プローブメッセージを伝達する一つ以上の副搬送波のチャネル特性を評価するために、受信されたプローブメッセージを処理するように構成される。アロケータ840は、評価結果に基づいて一セットのアップリンク及び/又はダウンリンク副搬送波を端末に割り当てて、送信機820を介して端末に送信されるべき一つ以上の割当てメッセージを生成するように構成される。

オプションとして、アロケータは、端末のアップリンク/ダウンリンクトラフィック、トラフィックレベル、全ての端末のアップリンク/ダウンリンクトラフィック及び他の要素をさらに参照して、各々の端末にアップリンク/ダウンリンク副搬送波の対応するセットを割り当てることができる。

オプションとして、アロケータ840は、各々の端末に対する割当て結果に基づいて包括的割当てメッセージを生成することができ、送信機820を介して各々の端末にそれを送信する。

異なるシステムにおいて、ネットワーク装置は、BS（base station：基地局）、MSC（Mobile Switch Center：モバイル切り替えセンター）、Node B、RNC（Radio Network Center：無線ネットワークセンター）、AP（Access Point：アクセスポイント）、AC（Access Controller：アクセスコントローラ）、AS（Access Server：アクセスサーバ）又はそれらの組み合わせのような、無線アクセス評価及び/又は無線リソース割当てを実行するための装置であることができる。

図9は本発明の実施の形態によって実現される副搬送波割当てのための方法を示す図であり、実施の形態の利点をさらに説明するために有用である。図9において、垂直軸は副搬送波を示し、水平軸は時間を示す。図の簡略化のために、各々のフレーム中の第２期間のダウンリンクトラフィック伝送期間のみに重点を置き、他は省略される。

この実施の形態において、端末Bのダウンリンクトラフィックは安定しており、端末BはSC4-5のみに関心があると仮定する。端末A及びCは、全ての副搬送波に関心があり、全ての副搬送波を通じてプローブメッセージを送信する。

第１フレームFR1において、端末A、B及びCはそれぞれSC1-3、SC4-5及びSC6-8を取得する。第２フレームFR2において、端末Aのダウンリンクトラフィックは２つのデータグラムに低下し、それに応じてSC3が解放される。SC3は使用されないか、又は端末Cに割り当てられることができる。第５フレームFR5において、SC2で端末Aに干渉が発生し、その副搬送波は端末Aに対する周波数選択性フェージングチャネルになる。しかし、空間特性の違いのために、SC2は依然として端末Cにとって伝送に適したチャネルである。この時、SC3は端末A及びCが伝送するのに適している。第５フレーム中の第１期間のアップリンク伝送期間の間に端末A及びCから送信されるプローブメッセージを分析することによって、ネットワーク装置は、SC2を端末Cに、SC3を端末Aに割り当てる。この場合には、システムキャパシティは、不慮の干渉に起因して低下しない。同様に、第８フレームにおいてSC3が端末Aに対して周波数選択性フェージングチャネルになり、端末Aのトラフィックは３つのデータグラムに増加する。第８フレームの最初の２つの部分において副搬送波を評価することによって、ネットワーク装置はSC2-3を端末Cに、SC1及びSC7-8を端末Aに割り当てる。各々の端末の必要量及びシステムキャパシティが本発明の方法によって最適化されることが分かる。本発明のフレーム構造、方法及び装置によって、ネットワーク装置は容易に各々の端末の全ての副搬送波に対する包括的な評価結果を取得することができる。包括的な評価結果は、各々の端末に関する各々の副搬送波のチャネル特性を適時かつ正確に反映することができる。ネットワーク装置は、包括的な評価結果に基づいてマルチキャリアシステムにおける副搬送波割当てを最適化することができ、端末のデータ伝送速度及びシステム性能を改善することができる。

本発明にて開示される副搬送波割当て及びトラフィック伝送のためのフレーム構造、方法及び装置は、無線通信ネットワークだけではなく、TDMマルチキャリアに基づく有線ネットワーク（例えばHFC（Hybrid Fiber Coax））などにも同様に適用されることが、当業者によって理解される。

本発明の基礎から逸脱することなく、本発明において開示される副搬送波割当て及びトラフィック伝送のための方法及び装置（特にTDMマルチキャリアシステムに適用可能な副搬送波割当て及びトラフィック伝送ためのフレーム構造、方法及び装置）に様々な改善及び修正が行われることができ、本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定められることが、当業者によって理解される。

本発明の一実施例によって実現されるフレーム構造を説明する図。 本発明の他の実施例によって実現されるフレーム構造を説明する図。 本発明の一実施例によって実現される端末とネットワーク装置との間のメッセージ交換のシーケンスを説明する図。 第１期間のアップリンク伝送期間の間に複数の端末がプローブメッセージを送信する本発明の一実施例による概略図。 第１期間のアップリンク伝送期間の間に複数の端末がプローブメッセージを送信する本発明の他の実施例による概略図。 ネットワーク装置が第１期間のダウンリンク伝送期間の間に割当てメッセージを送信する本発明の一実施例による概略図。 ネットワーク装置が第１期間のダウンリンク伝送期間の間に割当てメッセージを送信する本発明の他の実施例による概略図。 ネットワーク装置が第１期間のダウンリンク伝送期間の間に割当てメッセージを送信する本発明の他の実施例による概略図。 ネットワーク装置が第１期間のダウンリンク伝送期間の間に割当てメッセージを送信する本発明の他の実施例による概略図。 ネットワーク装置が第２期間のダウンリンクトラフィック伝送期間の間にダウンリンク副搬送波の割り当てられたセットを通してダウンリンクトラフィックを送信する本発明の一実施例による概略図。 端末が第２期間のアップリンクトラフィック伝送期間の間にアップリンク副搬送波の割り当てられたセットを通してアップリンクトラフィックを送信する本発明の一実施例による概略図。 端末が第２期間のアップリンクトラフィック伝送期間の間に副搬送波の第２セットを通してアップリンクトラフィックを送信する本発明の他の実施例による概略図。 本発明の一実施例によって実現される端末の構成を説明する図。 本発明の一実施例によって実現されるネットワーク装置の構成を説明する図。 本発明の方法によって複数の端末の間でダウンリンク副搬送波を割り当てる実施の形態を説明する図。

Claims (30)

1. TDM（Time Division Multiplex）マルチキャリアシステムにおいて副搬送波を割り当てるために移動端末において用いられる方法であって、
   ａ）第１期間のアップリンク伝送期間の間に副搬送波の第１セットを通じてネットワーク装置にプローブメッセージを送信し、前記プローブメッセージは、副搬送波の第１セットのチャネル評価を実行するために前記ネットワーク装置によって用いられ、
   ｂ）前記端末に割り当てられた一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報を取得するために、第１期間のダウンリンク伝送期間の間に前記ネットワーク装置から送信される割当てメッセージを受信し、前記割当てメッセージが、前記ネットワーク装置によって前記プローブメッセージに関して実行されたチャネル評価の結果であるチャネル特性を含む方法。
2. 前記端末が、キャリア非衝突ルールに従って前記アップリンク伝送期間の間のタイムスロット中に副搬送波の第１セットのうちの少なくとも１つを通じて少なくとも１つのプローブメッセージを送信し、前記キャリア非衝突ルールは、複数の端末がタイムスロット中に副搬送波を共有しないことを定める請求項１に記載の方法。
3. 副搬送波の第１セットが、TDMマルチキャリアシステムの全ての副搬送波及び前記端末が使用する予定である副搬送波のうちの少なくとも一方からなる、請求項１に記載の方法。
4. 前記プローブメッセージが事前に決められたシーケンスを有する請求項１に記載の方法。
5. ステップｂ）においてさらに、TDMマルチキャリアシステムの全ての副搬送波及び副搬送波の第１セットのうちの少なくとも一方を通じて前記割当てメッセージを受信する、請求項１に記載の方法。
6. 第２期間のダウンリンクトラフィック伝送期間の間に前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じてダウンリンクトラフィックを受信する、請求項１に記載の方法。
7. 第２期間のアップリンクトラフィック伝送期間の間に前記一セットのアップリンク副搬送波を通じてアップリンクトラフィックを送信する、請求項１に記載の方法。
8. ｉ）周波数選択性フェージングを回避するように、事前に決められた周波数ホップモードで前記一セットのアップリンク副搬送波から副搬送波の第２セットを選択し、
   ｉｉ）第２期間のアップリンクトラフィック伝送期間の間に副搬送波の第２セットを通じてアップリンクトラフィックを送信する、請求項１に記載の方法。
9. ステップｉ）においてさらに、前記端末のアップリンクトラフィックに基づいて前記一セットのアップリンク副搬送波から副搬送波の第２セットを選択する、請求項８に記載の方法。
10. TDM（Time Division Multiplex）マルチキャリアシステムにおいて副搬送波を割り当てるためにネットワーク装置において用いられる方法であって、
    ａ）第１期間のアップリンク伝送期間の間に端末から送信されるプローブメッセージを受信し、
    ｂ）前記端末のための割当てメッセージを取得するために前記プローブメッセージを評価し、前記割当てメッセージは、前記端末に割り当てられる一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報を含み、
    ｃ）第１期間のダウンリンク伝送期間の間に前記端末に前記割当てメッセージを送信し、前記割当てメッセージが、前記ネットワーク装置によって前記プローブメッセージに関して実行されたチャネル評価の結果であるチャネル特性を含む、方法。
11. ステップｂ）においてさらに、
    ｉ）前記端末に関する副搬送波の第１セットに関連するチャネル特性を評価して前記端末のための評価結果を取得するために前記プローブメッセージを処理し、副搬送波の第１セットは、前記端末がそれを通じて前記プローブメッセージを送信した副搬送波を含み
    ｉｉ）前記評価結果に従って前記端末のための副搬送波割当て結果を生成し、前記副搬送波割当て結果が、前記端末に割り当てられる前記一セットのアップリンク副搬送波及び前記一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つを含む、
    請求項１０に記載の方法。
12. ステップｉｉ）においてさらに、前記端末のアップリンクトラフィック及びダウンリンクトラフィックの少なくとも１つに基づいて前記副搬送波割当て結果を生成する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ステップｂ）においてさらに、
    ｉｉｉ）前記副搬送波割当て結果に基づいて前記端末のための前記割当てメッセージを生成する、請求項１１に記載の方法。
14. ステップｂ）においてさらに、
    ｉｉｉ）複数の端末のための複数の副搬送波割当て結果に基づいて包括的割当てメッセージを生成し、前記包括的割当てメッセージが、各々の端末に割り当てられた一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報を含む、
    請求項１１に記載の方法。
15. ステップｃ）においてさらに、TDMマルチキャリアシステムの全ての副搬送波、副搬送波の第１セット及び前記一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つを通じて前記端末に前記割当てメッセージを送信する、請求項１１に記載の方法。
16. ｉ）第２期間のダウンリンクトラフィック伝送期間の間に前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じて前記端末にダウンリンクトラフィックを送信する、請求項１０に記載の方法。
17. TDM（Time Division Multiplex）マルチキャリアシステムにおいて副搬送波を割り当てる端末であって、
    ネットワーク装置にプローブメッセージを送信する送信機、及び
    前記ネットワーク装置から送信される割当てメッセージを受信する受信機を有し、
    前記割当てメッセージが、前記ネットワーク装置が前記プローブメッセージに関するチャネル評価を実行した後に前記端末に割り当てられた一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報、並びに、前記ネットワーク装置によって前記プローブメッセージに関して実行されたチャネル評価の結果であるチャネル特性を含む端末。
18. TDMマルチキャリアシステムの全ての副搬送波から前記端末が使用する予定である副搬送波の第１セットを選択する第１セレクタをさらに有し、前記送信機が、副搬送波の第１セットを通じて前記プローブメッセージを送信する、請求項１７に記載の端末。
19. 前記割当てメッセージから前記一セットのアップリンク副搬送波及び前記一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報を抽出する抽出器をさらに有する、請求項１７に記載の端末。
20. 潜在的な周波数選択性フェージングを回避するように、前記一セットのアップリンク副搬送波から副搬送波の第２セットを選択する第２セレクタをさらに有する、請求項１９に記載の端末。
21. 前記受信機が、前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じて前記ネットワーク装置から送信されるダウンリンクトラフィックを受信し、前記送信機が、副搬送波の第２セット及び前記一セットのアップリンク副搬送波のうちの少なくとも一方を通じて前記ネットワーク装置にアップリンクトラフィックを送信する、請求項１７に記載の端末。
22. TDM（Time Division Multiplex）マルチキャリアシステムにおいて副搬送波を割り当てるネットワーク装置であって、
    端末が使用する予定である副搬送波を少なくとも含む副搬送波のセットを通じて前記端末から送信されるプローブメッセージを受信する受信機、
    前記端末に関する前記副搬送波のセットのためのチャネル特性の評価結果を取得するために、前記プローブメッセージを処理して前記副搬送波のセットのためのチャネル評価を実行する評価機、
    前記評価結果に基づいて前記端末に一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとの１つを割り当て、一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報、並びに、前記評価機によって前記プローブメッセージに関して実行されたチャネル評価の結果であるチャネル特性を含む、前記端末のための割当てメッセージを生成するアロケータ、並びに
    前記端末に前記割当てメッセージを送信する送信機、
    を有するネットワーク装置。
23. 前記送信機がさらに、前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じて前記端末にダウンリンクトラフィックを送信し、前記受信機がさらに、前記一セットのアップリンク副搬送波のうちの少なくとも１つを通じて前記端末から送信されるアップリンクトラフィックを受信する、請求項２２に記載のネットワーク装置。
24. TDM（Time Division Multiplex）マルチキャリアシステムにおけるフレーム構造であって、
    ａ）端末がプローブメッセージを送信し、ネットワーク装置が割当てメッセージを送信し、前記ネットワーク装置が前記プローブメッセージを評価することによって前記割当てメッセージを取得し、前記割当てメッセージが前記端末に割り当てられる一セットのアップリンク副搬送波及び一セットのダウンリンク副搬送波のうちの少なくとも１つに関する情報、及び、前記ネットワーク装置によって前記プローブメッセージに関して実行されたチャネル評価の結果であるチャネル特性を含む第１期間、並びに
    ｂ）前記一セットのアップリンク副搬送波及び前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じて前記端末と前記ネットワーク装置との間でアップリンクトラフィック及びダウンリンクトラフィックが送信される第２期間、
    を有するフレーム構造。
25. 第１期間がさらに、
    ｉ）前記端末が前記ネットワーク装置に前記プローブメッセージを送信するアップリンク伝送期間、及び
    ｉｉ）前記ネットワーク装置が前記端末に前記割当てメッセージを送信するダウンリンク伝送期間、
    を有する請求項２４に記載のフレーム構造。
26. 第１期間がさらに、
    ｉｉｉ）当該第１期間の前記アップリンク伝送期間と前記ダウンリンク伝送期間との間に挿入されるガード期間を有し、
    前記ガード期間の継続期間が、TDMマルチキャリアシステム中のセル内での電磁波の伝搬遅延以上である、請求項２５に記載のフレーム構造。
27. 第２期間がさらに、
    ｉ）前記ネットワーク装置が前記端末にダウンリンクトラフィックを送信するダウンリンクトラフィック伝送期間、及び
    ｉｉ）前記端末が前記ネットワーク装置にアップリンクトラフィックを送信するアップリンクトラフィック伝送期間、
    を有する請求項２４に記載のフレーム構造。
28. 同じフレームにおけるアップリンク伝送とダウンリンク伝送との間の転換を最適化するために、第２期間において前記ダウンリンクトラフィック伝送期間が前記アップリンクトラフィック伝送期間より先行する、請求項２７に記載のフレーム構造。
29. 第２期間が第１期間の次に続き、前記端末が、同フレームの第１期間の間に割り当てられた前記一セットのアップリンク副搬送波及び前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じて前記同フレームの第２期間の間にアップリンクトラフィックを送信してダウンリンクトラフィックを受信する、請求項２４に記載のフレーム構造。
30. 第２期間が第１期間より先行し、前記端末が、前のフレームの第１期間の間に割り当てられた前記一セットのアップリンク副搬送波及び前記一セットのダウンリンク副搬送波を通じて後続のフレームの第２期間の間にアップリンクトラフィックを送信しダウンリンクトラフィックを受信する、請求項２４に記載のフレーム構造。

Images