WO2006064541A1

WO2006064541A1 - 無線通信装置および通信方法

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Publication number: WO2006064541A1
Application number: PCT/JP2004/018611
Authority: WO
Inventors: Dai Kimura; Tetsuhiro Futami; Yoshihiro Kawasaki
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-22
Also published as: EP1827039A4; JP4444294B2; US7609775B2; EP1827039A1; US20070274203A1; US8265183B2; JPWO2006064541A1; EP1827039B1; US20100040086A1

Abstract

　複数のスロットでフレームを形成し、各スロットに移動局宛のデータと共にガードインターバルを載せて通信する無線通信装置において、受信状態取得部は各移動局の受信状態を取得し、フレームフォーマット決定部は移動局の受信状態に基づいて、ガードインターバル長がスロット毎に異なるフレームフォーマットを決定し、スロット割り当て部は該フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当て、フレームフォーマット報知部は該決定したフレームフォーマットを報知チャネルで各移動局に報知する。移動局は報知されたフレームフォーマットに基づいてＧＩ長を識別し、ガードインターバルを除去して処理を行なう。

Description

明細書

無線通信装置および通信方法

技術分野

[0001] 本発明は無線通信装置および通信方法に係り、特に、複数のスロットでフレームを形成し、各スロットに移動局宛のデータと共にガードインターバルを載せて通信する無線通信装置および通信方法に関する。

背景技術

[0002] ガードインターバルを利用する無線通信システムとして直交周波数分割多重

(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)無線通信システムがある。

OFDM無線通信方式は、直交する複数の周波数 (サブキャリア）のそれぞれにシンポル (データ)を乗算した後に逆フーリエ変換することにより変調する方式であり、それぞれのサブキャリアは周波数軸上で直交するため、受信側でフーリエ変換することによりサブキャリア毎に個別にシンボルを取り出すことが可能となる。

[0003] . OFDM送信装置

図 13は従来の OFDM無線通信システムにおける OFDM送信装置の構成図である。符号部 1は高速バイナリーデータを符号化、例えば畳み込み符号あるいはターボ符号により符号化し、変調部 2はインタリーブ後に、符号化されたデータを、例えば、 BPSK、 QPSK、 16-QAM等により変調する。ついで、シリアルパラレル変換器 (S/P変換器) 3は変調データシンボルを Nシンボルの並列変調データ列に変換し、 N個のサブキャリア成分を発生する。

Nポイントの高速逆フーリエ変換部 4は、 SZP変換器 3から出力する N個の変調信号 (サブキャリア成分)に逆フーリエ変換処理 (IFFT)を施して N個の時間信号成分を並列出力する。パラレルシリアル変換器 (PZS変換器) 5は IFFT処理により得られる N 個の時間信号成分をシリアルに変換して OFDMシンボルとして出力する。ガードインターバル挿入部 6はこの OFDMシンボルにガードインターバル GIを挿入し、ディジタルアナログ変換器 (D/A)はガードインターバル挿入部からの出力信号をアナログ信号に変換し、無線部 8はベースバンド信号を無線信号に周波数アップコンバートした後、増幅してアンテナ 9より空間に送信する。なお、以降においてフーリエ変換、逆フーリエ変換として、高速フーリエ変換 FFT、高速逆フーリエ変換 IFFTを採用する場合についで説明するが、離散フーリエ変換 DFT、離散逆フーリエ変換 IDFTを採用することちでさる。

図 14はガードインターバル揷入説明図である。ガードインターバル揷入とは、 N個のサブキャリアサンプル（ = 1〇FDMシンボル）に応じた IFFT出力信号を 1単位とするとき、その先頭部に末尾部分をコピーすることである。ガードインターバル GIを揷入することによりマルチパスによる符号間干渉 ISIの影響を無くすことが可能になる。

[0004] · OFDM受信装置

図 15は OFDM無線通信システムにおける OFDM受信装置の構成図である。バンドパスフィルタ (BPF) 11はアンテナ 10により受信された信号にフィルタリングを施して不要周波数成分を除去し、ダウンコンバータ（DZC) 12は無線信号をベースバンド周波数に周波数変換し、アナログディジタル変換器 (図示せず)は該ベースバンド信号をアナログディジタル変換し、ガードインターバル除去部 13はガードインターバルを除去する。 S/P変換器 14は、ガードインターバルが除去された時間信号を N個の並列データに変換して Nポイントのフーリエ変換部 15に入力する。フーリエ変換部 15は、 N個の時間信号成分に対して Nポイントの FFT処理を施して N個のサブキャリア成分を出力する。チャネル推定部 (図示せず)は、チャネル歪みの影響を軽減するために、周知のチャネル推定演算を行なって各サブキャリアのチャネルを推定してチャネル補償値を発生し、チャネル補償部 16は N個の FFT処理結果にチャネル補償値を乗算してチャネル補償する。最後に、 P/S変換器 17はチャネル補償された N個のサブキャリア成分を順番にシリアルに出力し、復調部

18は入力信号を例えば BPSK， QPSK, 16QAMなどにより復調し、復号部 19はディンタリーブ後に入力データを復調して出力する。

[0005] ·従来技術

無線通信においては複数の反射波が異なる経路で受信機に到達するマルチパスが問題となる。これは、異なる反射波がある時間差をもって受信機に到達した結果、前後のシンボルが重なり合ってしまうことによるシンボル間干渉として受信特性を劣化させる大きな要因となる。これを防ぐための方式としてガードインターバルを挿入することは OFDMに限らず有効な方式である。 OFDMの場合は、図 14で説明したように 1シンボル内の信号の一部を前半にコピーすることにより、ガードインターバルとすることが一般的に行われている。マルチパスによる最大遅延がガードインターバル長よりも小さい場合は、マルチパスによるシンボル間干渉を完全に除去することが出来る。この時、ガードインターバル長を大きくするほど大きな遅延パスの影響を除去できる一方で伝送効率が低下し、ビットレートの低下を招く。このため、ガードインターバル長は最大パス遅延程度に設定するのが望ましい。しかし、携帯電話システムに OFDM無線通信方式を適用する場合、様々なセル配置'セル半径に対応する必要があり、システム全体として最適なガードインターバル長を決定することは不可能である。また、同一セル内であっても場所によって遅延パスの分布が異なるため最適なガードインターバル長も異なる。

以上から、複数のガードインターバル長を適用できる無線通信システムが提案され、無線状態によってガードインターバル長を適応制御することが行なわれている。第 1 の従来技術は、基地局がガードインターバル長を決定し、移動局に該ガードインターバル長を通知する方式であり、特許文献 1、 2に開示されている。

第 2の従来技術は、移動局でガードインターバル長を決定して基地局に通知し、基地局は移動局から指定されたガードインターバル長を用いて下り信号を送信する方式であり、特許文献 3， 4に開示されている。

第 3の従来技術は、移動局がブラインドでガードインターバル長を検出（ブラインド検出）する方式であり、特許文献 5、 6に開示されている。

これらの従来方式を、スケジューリングや適応変調を行う機能を備えた無線通信システムに適用することを考える。力かる無線通信システムでは、基地局は移動局の受信品質を何らかの手段で推定し、該受信品質に基づいてパケットタイミング毎に移動局の割り当てや送信する変調方式、符号化方式などを決定する。その結果を受けて、基地局はデータパケットおよび送信制御情報 (移動局識別番号、変調方式、符号化方式などを含む）を送信する。移動局は、基地局からの送信制御情報をまず受信した後にデータ信号を受信することによって、自分自身宛のデータパケットにつレ、て正確に復調、復号することが出来る。例えば、 W-CDMAにおける HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)や CDMA2000における HDR(High Data Rate)などはこのようなシステムを採用している。

[0007] .HSDPAシステム

図 16は HSDPAシステムの構成概略図である。 BSは基地局、 UE#0,UE#1は移動局である。 HSDPAシステムでは、パケットデータの伝送チャネルとして下り無線区間において (l)HS-PDSCH (High Speed ？ Physical Downlink Shared Channel)を使用する。この下りデータチャネルは複数の移動局 UE#0、 UE#1…で共有される。また、下り無線区間において、高速制御チャネルとして (2)HS_SCCH (High Speed Shared Control Channel)を使用し、移動局 UE#0,UE#1が HS-PDSCH上でパケットデータを受信するために必要な制御情報が伝送される。この HS-SCCHは複数の UE#0,UE#1 …で共有される。また、上り無線区間において、フィードバック情報を伝送するための高速制御チャネルとして (3)HS_DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel)がユーザ毎に設定される。 HSDPAシステムでは、基地局 BSと移動局

UE#0,UE#1…の間でデータの再送制御を行っており、 UE#0，UE#1…は、受信データに対する ACK (受信確認通知）や NACK (受信失敗通知）を、上記 HS-DPCCHを使用して、基地局 BSに通知する。

[0008] 図 17 (A)—図 17(D)は HS-PDSCH上でのパケットデータの受信メカニズム説明図である。

HS-SCCH上では、図 17(A)に示すように、 TTI (Transmission Time Interval = 2ms )と呼ばれる送信周期が設定されており、送信すべき制御情報が存在する場合のみ、該制御情報が TTIに合わせて基地局 BSより送信され、移動局 UE#0,#1により受信される。 HS-SCCHで伝送される制御データには、ユーザ識別子（UEID : User

Equipment Identifier)と HS-PDSCHのデータを受信するために必要な各種パラメータ (無線拡散コード、変調方式、データ長情報など）がある。

移動局 UE#0,UE#1は全ての TTIで HS-SCCHデータを受信する。例えば、図 17(B) の slot#lでは、 UEW3と UE#1が同時に HS-SCCHデータを受信する。ここで、各移動局 UE#0,UE#1はデータ内の UEIDを参照し、自 IDと比較する。この場合、 slot#lにおける HS-SCCHデータの UEIDは、「UE#1」となっているため、移動局 UE#0は、受信

HS-SCCHデータを破棄し、一方、移動局 UE#1は受信 HS-SCCHデータ内の制御データを取り込む。その後、移動局 UE#1は制御データ部分から HS-PDSCH受信用パラメタを抽出し、 HS-PDSCH上でパケットデータを受信する（図17 (C)、（D))。

移動局 UE#1はデータを受信したのちデータ内に含まれている CRCビットを参照し、データの誤りがなかったかどうかを判定する。データ誤りなく受信できた場合には、 HS-DPCCHを使用して基地局 BSに ACKを通知する。また、データの誤りがあった場合には、 HS-DPCCHを使用して基地局 BSに NACKを通知する。 slot#2 5， slot#7— 8についても同様であり、移動局 UE#1は slot#l, 4の HS-PDSCHを介してパケットデータを受信し、移動局は slot#2— 3, 5, 7 8の HS-PDSCHを介してパケットデータを受信する。

[0009] ·従来技術の問題点

上記無線通信システムに第 1従来技術を採用する場合、基地局は移動局にガードインターバル長を通知しなければならなレ、。ところが、ガードインターバル長は OFDM にとつて基本的なパラメータ（FFTを行うために必要）であるため、受信するためには最初に知るべきパラメータである。このため、どのような方法で、ガードインターバル長を通知するかが大きな問題となる。また、上記の無線通信システムのように、複数の移動局を時間多重するとユーザが頻繁に切り替わるため、頻繁にガードインターバル長を切り替える必要があり、移動局はパケット毎にガードインターバル長を判定する必要がある。この結果、移動局における処理遅延が問題となり、しかも回路規模が大きくなるという問題が生じる。一方、基地局ではガードインターバル長を送信する頻度が大きくなるため、データの伝送効率が低下し、又、制御情報を送信するための電力消費量が大きくなる問題がある。

[0010] 又、無線通信システムに第 2従来技術を採用する場合、移動局が自主的にガードィンターバルを決定するため、復調に先立ってガードインターバル長を知っていることになるので、第 1従来技術のような問題は生じない。しかし、移動局から基地局へ通知するガードインターバル長の信頼度を上げる必要があり、移動局に高能率符号化が要求され、そのために処理量が多くなつて消費電力が大きくなり、し力、も回路が複雑化する問題が生じる。また、基地局は移動局に指定されたガードインターバル長を遵守する必要があるが、これはシステム運営上の観点から好ましくないと考えられる。また、第 3従来技術を採用する場合は、高信頼度のブラインド検出が要求され、移動局の処理量が多くなつて消費電力が大きくなり、し力も、相当の回路規模が必要になる。また、検出誤りが発生すると受信特性の劣化などの問題が生じ、実現が難しいと考えられる。

[0011] 以上から本発明の目的は、複数のガードインターバル長を適用できる通信システムにおレ、て、基地局から頻繁に移動局へガードインターバル長を通知する必要がなレヽ無線通信装

置及び通信方法を提供することである。

本発明の別の目的は、データの伝送効率を向上し、消費電力を低減する無線通信装置及び通信方法を提供することである。

特許文献 1：：特開 2000-244441号公報

特許文献 2 :：特開 2001-69110号公報

特許文献 3 :：特開 2003-152670号公報

特許文献 4 :：特開平 10-327122号公報

特許文献 5 :：特開 2002-247005号公報

特許文献 6 :：特開 2002-374223号公報

発明の開示

[0012] 複数のスロットでフレームを形成し、各スロットに移動局宛のデータと共にガードインターバルを載せて通信する無線通信装置において、受信状態取得部は各移動局の受信状態を取得し、フレームフォーマット決定部は移動局の受信状態に基づいてガードインターバル長がスロット毎に異なるフレームフォーマットを決定し、スロット害 ijり当ては該フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当て、フレームフォーマット報知部は該決定したフレームフォーマットを報知チャネルで各移動局に報知する。

受信状態取得部は各移動局の受信状態として遅延スプレッドを取得し、フレームフォーマット決定部は、（1)予めガードインターバル長が異なる複数のスロットフォーマツトを用意し、（2)各移動局の遅延スプレッドに基づいて遅延スプレッドの分布を求め、 (3)該遅延スプレッドの分布にしたがってフレームを構成する各スロットに所定のスロットフォーマットを害 ijり当ててフレームフォーマットを決定する。

フレームフォーマット決定部は、フレームフォーマットの更新に際して前記決定済みのフレームフォーマットを更新する必要があるか判定し、更新する必要があるとき前記フレームフォーマットを更新し、スロット割り当て部は、該更新期間より短い周期で各移動局の遅延スプレッドに基づいて前記フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当てる。

スロット割り当て部は、移動局の遅延スプレッド分布の偏りなどにより、最適のスロットを移動局データに割り当てることが出来ない場合には、パス遅延が少ない移動局デ一タに該スロットを優先的に割り当てる。

又、スロット割り当て部は、移動局の遅延スプレッド分布の偏りなどにより最適のスロットを移動局データに割り当てることが出来ない場合には、ガードインターバルがパス遅延よりも小さい場合でもスロットを移動局データに割り当てる。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明のスロットフォーマット説明図である。

[図 2]本発明のフレームフォーマットの説明図である。

園 3]移動局を各スロットに割り当てる例を示す説明図である。

園 4]本発明の基地局の構成図である。

[図 5]本発明の移動局の構成図である。

園 6]遅延スプレッド推定部の構成図である。

[図 7]遅延プロファイルおよび遅延スプレッド説明図である。

園 8]スロット割り当て制御部をスケジューラ部に置き換えた基地局の構成図である。

[図 9]N =5、 K = 3、 Ν = 1、 Ν =Ν =2におけるフレームフォーマットの例である。

slot 1 2 3

[図 10]フレームフォーマット生成処理フローである。

[図 11]スロット害 ijり当て処理のフローチャートである。

園 12]スロット割り当て制御の動作例である。

[図 13]従来の OFDM無線通信システムにおける OFDM送信装置の構成図である。 [図 14]ガードインターバル挿入説明図である。

[図 15]OFDM無線通信システムにおける OFDM受信装置の構成図である。

[図 16]HSDPAシステムのチャネル説明図である。

[図 17]HS_PDSCH上でのパケットデータの受信メカニズム説明図である。

発明を実施するための最良の形態

[0014] (A)本発明の概略

ガードインターバルを用いる無線通信においてガードインターバル長が異なるスロットフォーマットを複数持ち、各セルあるいは各セクタでそれらを時間軸上に整列したものをセルあるいはセクタ固有のフレームフォーマットとする。その上で、移動局の遅延スプレッドを考慮して移動局データに最適なガードインターバル長に対応するスロットを割り当てることによりスループットの向上を図る。

図 1は本発明のスロットフォーマット説明図である。システム全体としてガードインタ一バル長が異なるスロットフォーマットを図 1 (A)あるいは図 1 (B)に示すように複数個用意する。図 1 (A) , (B)の例では 3種類のスロットフォーマット Slot Format #1一 Slot Format #3が用意されており、スロットフォーマット Slot Format #1→ Slot Format #2→ Slot Format #3の順にガードインターバル長が短くなつている。なお、スロットフォーマット数は 3個に限らない。また、図 1 (A)はガードインターバル長が異なる各スロットフォーマットの有効シンボル長を一定にした例であり、図 1 (B)はガードインターバル長が異なる各スロットフォーマットの有効シンボル長と該ガードインターバル長の合計シンボル長を一定にした例である。

[0015] 各基地局は自分がカバーする各セルあるいはセクタ毎に、移動局の受信状態 (たとえば遅延スプレッド)に基づいてこれら複数のスロットフォーマットの中力所定の幾つかのスロットフォーマット選択して図 2に示すように時間軸上に整列してそのセル (セクタ）のフレームフォーマットとする。なお、図 2では、フレームは 5スロットで構成されてレヽるとし、最初のスロット（Slot#l)にガードインターバル長の大きレ、 Slot Format#lを割り当て、第 2、第 4スロット（Slot#2, Slot#4)にガードインターバル長が 2番目に大きい Slot Formatsを割り当て、第 3、第 5スロット（Slot#3, Slot#5)にガードインターバル長が一番小さレ、 Slot Format#3を割り当てている。このフレームフォーマットの組み合わせは例えば数秒単位の比較的長周期で変更する。

基地局は更に、複数の移動局に対してフレームフォーマットの各スロットを割り当てるスケジューリング機能を持ち、各移動局の遅延スプレッドを考慮して最適なガードィンターバル長を持つスロットで各移動局へデータを送信するように制御する。すなわち、移動局はフレームフォーマットの更新周期より短い周期で各移動局の最新の遅延スプレッドに

基づいて ISIが生じないように前記フレームフォーマットの各スロットに各移動局宛のデータを割り当てて送信する。図 3は移動局を各スロット割り当てる例を示す説明図である。パス遅延は基地局 BSからの距離と相関があると考えられる。移動局 UE#2は基地局 BSに近くパス遅延が小さいため、 Slot Formatsで送信することが可能なので、 Slot#3及び Slot#5を害 ijり当てられる（図 2参照）。同様に移動局 UE#1には

Slot#2,Slot#4が、移動局 UEW3には Slot#lが割り当てられる。ただし、実際には基地局と移動局間の距離力スロットを決定するわけではなぐあくまでもパス遅延情報 (遅延スプレッド)を利用して後述するように割り当てスロットを決定する。

また、基地局は移動局に対して現在使用している最新のフレームフォーマットを報知チャネルにより通知する。これにより、移動局は内蔵のテーブルより通知されたフレームフォーマットの各スロットでどのスロットフォーマットが適用されているかを予め知ること力 S出来る。すなわち、移動局はフレームフォーマットをその更新毎に受信するだけで、各スロットのスロットフォーマットを識別でき、該スロットフォーマットに基づいてガードインターバルを削除して復調、復号処理ができる。復調、復号の結果に基づいてスロットのデータが自分宛のデータか否かを識別して自分宛であれば取り込み、自分宛でなければ取り込まないように取捨選択が可能となる。

移動局の遅延スプレッドは、移動局からの遅延スプレッド通知データにより、あるいは移動局からの上りリンク受信状態を検出することにより知ることが出来る。前者の例では、移動局が基地局からの下り信号から遅延スプレッドを推定し、該遅延スプレッドを量子化して基地局に通知する。後者の例では、基地局は内蔵の遅延スプレッド推定部を用いて各移動局の上り信号から各移動局の遅延スプレッドを推定する。

本発明によれば、頻繁にガードインターバル長情報を送受信する必要が無くなり、準最適なガードインターバル長で送信することが可能となり、スループットの向上を図ることが出来るようになる。

[0017] (B)基地局

図 4は本発明の基地局の構成図である。アンテナ 30は移動局から送られてくる上りデータを受信して上り受信機 31に入力し、受信状態取得部としての上り受信機 31は該受信信号より移動局の伝搬遅延情報 (遅延スプレッド)を復調し、該伝搬遅延情報をスロット害 ijり当て制御部 32とフレームフォーマット生成部 33に入力する。フレームフォーマット生成部 33は、図 1 (A) , (B)に示すように予めガードインターバル長が異なる複数のスロットフォーマットを用意し、所定周期で各移動局の遅延スプレッドに基づいて遅延スプレッドの分布を求め、該遅延スプレッドの分布にしたがってフレームを構成する各スロットに所定のスロットフォーマットを害 ^当て、これによりフレームフォーマットを決定し (図 2参照)、該フレームフォーマットをスロット割り当て制御部 32とガードインターバル挿入部 34と制御情報ベースバンド処理部 35に入力する。

制御情報ベースバンド処理部 35は通知されたフレームフォーマット情報を報知チヤネルにマッピングしてユーザデータと多重してセルあるいはセクタ一内の全移動局に報知する。

[0018] スロット割り当て制御部 32は、フレームフォーマット更新周期より短い周期で各移動局の最新の遅延スプレッドに基づいて、決定されたフレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当て、割り当て情報をユーザ情報ベースバンド処理部 36のデータマッピング部 42に入力する。

ユーザ情報ベースバンド処理部 36において、データバッファ 41は、複数の移動局のデータを取り込み、データマッピング部 42はスロット割り当て制御部 32から入力される割り当て情報に基づいて第 1スロットから順番に各移動局宛データをデータバッファ 41から抽出してシリアルに出力する。誤り訂正符号化部 43は移動局宛データを符号化、例えば畳み込み符号あるいはターボ符号により符号ィ匕し、変調部 44はインタリーブ後に

、符号化されたデータを、例えば、 BPSK、 QPSK、 16-QAM等により変調する。ついで、シリアルパラレル変換器 (SZP変換器) 45は変調データシンボルを Nシンボルの並列データ列に変換し、 N個のサブキャリア成分を発生する。なお、スロットフォーマットは図 1 (A)に示すように有効シンボル長一定（ =N)とする。

多重部 37はユーザ情報データベース処理部 36と制御情報データベース処理部 3 5から入力するデータを例えば符号分割多重して出力する。 Nポイントの高速逆フーリエ変換部 38は、多重部 37から出力する N個のサブキャリア成分に逆フーリエ変換処理 (IFFT)を施し、 N個の時間信号成分をシリアルに変換して OFDMシンボルとして出力する。ガードインターバル揷入部 34はフレームフォーマット生成部 33から通知されたフレームフォーマットに基づいて各スロットのガードインターバル長を求め、入力された OFDMシンボルに該長さのガードインターバル GIを揷入し、図示しないディジタルアナログ変換器 (D/A)、無線部を介してアンテナ 39より空間に送信する。

[0019] 前述のように、スロット割り当て制御部 32は、フレームフォーマット更新周期より短い周期で各移動局の最新の遅延スプレッドに基づいて、フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当てる。このため、フレームフォーマットが決定されてから生じる移動局の分布の偏りなどにより、必ずしも最適のスロットを移動局に割り当てることが出来ない場合がある。かかる場合は、後述する方法により、パス遅延が少ない移動局に優先的にスロットを割り当てる。また、システム全体のスループットを考慮して、ガードインターバルがパス遅延よりも小さレ、場合でも状況によっては送信が可能となるようにスロット割り当て制御を実行する。

また、移動局の分布やセルの遅延パス環境は時間によって変動すると考えられる。このため、比較的長周期でセルあるいはセクタ一固有のフレームフォーマットを更新できるようにすることが好ましい。例えば、各移動局の遅延スプレッドの分布などの統計量を基地局で監視し、それに応じてフレームフォーマットを変更することが考えられる。すなわち、フレームフォーマット生成部 33は、各移動局の遅延スプレッドに基づいてフレームフォーマットを更新する必要があるか判断し、更新する必要がある時にのみフレームフォーマットを更新するようにする。

[0020] (C)移動局

図 5は本発明の移動局の構成図である。図示しないバンドパスフィルタ 50bはアンテナ 50aにより受信された信号にフィルタリングを施して不要周波数成分を除去し、ダウンコンバータ（D/C) 50cは無線信号をベースバンド周波数に周波数変換し、ァナログディジタル変換器 (図示せず)は該ベースバンド信号をアナログディジタル変換してフレームフォーマット識別部 51と GI除去部 52に入力する。フレームフォーマット識別部 51は制御チャネルを介して送られてくるフレームフォーマット情報を抽出、識別して GI除去部 52に入力する。 GI除去部 52は通知されたフレームフォーマット情報に基づレ、てフレームを構成する各スロットのガードインターバル長を識別し、スロット毎にガードインターバルを除去して Nシンボルの OFDMシンボルにして出力する。 S /P変換器 53は、ガードインターバルが除去された信号を N個の並列データに変換して Nポイントのフーリエ変換部 54に入力する。フーリエ変換部 54は、 N個の時間信号成分に対して Nポイントの FFT処理を施して N個のサブキャリア成分を出力する。遅延スプレッド推定部 55内に設けられたチャネル推定部は、周知のチャネル推定演算を行なって各サブキャリアのチャネルを推定してチャネル補償値をチャネル補償部 56に入力する。チャネル補償部 56は N個の FFT処理結果にチャネル補償値を乗算してチャネル補償し、 P/S変換器 57はチャネル補償された N個のサブキャリア成分を順番にシリアルに出力し、復調部 58は入力信号を例えば BPSK, QPSK, 16QAM などにより復調し、復号部 59はディンタリーブ後に入力データを誤り訂正復号して出力する。遅延スプレッド推定部 55は、遅延スプレッドを推定し、上り送信機 56は該遅延スプレッドを基地局に向けて送信する。

図 6は遅延スプレッド推定部 55の構成図である。 FFT54は OFDMシンボルデータに FFT演算処理を施し、サブキャリア数 Nの信号 SC— SC に変換する。遅延スプレッド推定部 55のチャネル推定部 61は、送信側で多重されたパイロットを用いてサブキャリア毎にチャネル推定を行レ、、チャネル推定値 C一 C を出力する。すなわち、チャネル推定部 61は、パイロット信号を用いて各サブキャリアのフェージングによる振幅、位相の影響 A - expO φ ) (η= 1— Ν)を推定し、チャネル補償値 (1/ A ) - exp(-j

Φ )を出力する。チャネル補償部 56の各乗算器は送信シンボルのサブキャリア信号に (1/ A ) -exp(-j φ )を乗算してフェージングを補償する。

IFFT演算部 62はチャネル推定部 61から出力するサブキャリア数 Νのチャネル推定値 C一 C に IFFT演算を施し、図 7に示す 10FDMシンボル期間当たり Ν個のサンプノレからなる遅延プロファイルを出力する。各サンプル値はマルチパスにおける各パスの受信波（直接波、遅延波）の強さを示し、 FFTウィンドウ位置（ = 0)から遅延時間 M を越えると遅延プロファイルの各サンプル値は設定レベル以下の小さな値になる。遅延スプレッド検出部 63はこの遅延時間 Mを遅延スプレッドとして検出して出力する。遅延スプレッドは、マルチパスの広がりを示し、移動局の受信状態の良否判定に利用できる。遅延スプレッドが大きければ最大遅延時間が大きく受信状態は悪ぐ遅延スプレッドが小さければ最大遅延時間が小さく受信状態は良好である。

以上では、遅延スプレッドを移動局で測定して基地局に送信する場合であるが、各移動局の遅延スプレッドを基地局側で測定することができる。すなわち、下りリンクと上りリンクの送信周波数が同一あるいは周波数がそれ程離れておらず、パスの遅延特性が上りリンク、下りリンクでほぼ等しいことが見込まれる場合であり、かかる場合には、図 6に示す遅延スプレッド推定部を基地局に設ける。

[0022] (D)基地局の変形例

図 8に示すようにスロット割り当て制御部 32をスケジューラ部 70に置き換えることもできる。このようにすれば、スケジューラ部 70において、あるスロットで送信するデータパケットの送り先の移動局およびその符号化方式、変調方式を決定し、それに従って、誤り訂正符号化、データ変調、 OFDM変調を行ない、所定長のガードインターバル挿入後に送信する。このときスケジューラ部 70はガードインターバル長を決定する必要がなレ、。共通制御チャネルを介してフレームフォーマットを通知されてレ、る移動局は、各スロットにおけるガードインターバル長をあらかじめ知っているので、その情報を用いてガードインターバルを削除して FFT処理を行う。

[0023] (E)フレームフォーマットの生成方法およびスロット害 ijり当て方法

次に、フレームフォーマットの生成方法およびスロット割り当て方法を説明する。なお、以下では、説明を簡易化するため、ユーザ数≤フレーム内のスロット数 (N )と

slot 仮定するが、スロット割り当て制御部 32を図 8に示すようにスケジューラ部 70に置き換えればユーザ数 >N の場合への拡張も可能である。すなわち、複数フレームに渡る

slot

スケジューリング制御 (各ユーザの伝送品質、割り当て頻度等を指標とする優先付け制御）と組み合わせたスロット割り当てを行えば、ユーザ数 >N の場合への拡張も可能である。

[0024] (a)フレームフォーマットの定義

フレーム内のスロット数 N 、スロットフォーマットの数 K、及び、スロットフォーマット #

slot

k (l≤k≤K)におけるガードインターバル GI長 Tは、あらかじめシステム固有に定義さ

k

れているものとする。また、ユーザの割り当てがやり易いよう、 τ 1 >τ 2 >-·- >τの順に

Κ

スロットフォーマットを定義し、 kの若番より順に Ν (0≤N≤N )個ずつスロットを並べ

k k slot

ることで、 1つのフレームフォーマットを形成する。ここで、 Nは GI長 Tのスロットフォー

k k

マットを有するフレーム内のスロット数であり、例えば後述のように遅延スプレッドの分布に応じて決定される。

図 9に、 N =5 ームフォーマットの例を示す。

slot 、 K = 3、 Ν = 1 =2におけるフレ

1 、 Ν =Ν

2 3

この N 、 K、 Τは、システム固有に定義されているため、移動局 (ユーザ)に対しては、 slot k

全スロットフォーマットの Nのみを通知することで、フレームフォーマットの通知が可能

k

である。

[0025] (b)フレームフォーマット生成方法

図 10はフレームフォーマット生成部 33のフレームフォーマット生成処理フローである。

フレームフォーマット生成部 33はフレームフォーマットを更新する必要が生じたか監視する (ステップ 101)。フレームフォーマットの更新タイミングは、（1)一定周期で更新する方法では該更新周期で更新し、（2)受信環境を考慮して更新する方法では、最新の遅延スプレッドの分布を求め、前回のフレームフォーマット更新時の遅延スプレッドの分布と比較してフレームフォーマットを更新する必要があるか判断し、更新する必要が生じた時に更新する。ここで、一定周期で更新するものとする。

フレームフォーマット生成部 33は、更新する必要が生じれば、上り受信機 31より入力される各ユーザの伝搬遅延情報 (遅延スプレッド)を統計処理し、所定の測定周期にわたる遅延スプレッド d (T ≤d<T )の分布関数 F(T ≤d<T )を求める (ステップ

k+1 k k+1 k

102)。ただし、 k= l一 K， Τ >Τ > · >Τ >Τ ( = 0)である。

1 2 +1

ここで、分布関数 F(T ≤dく T )は、遅延スプレッド dが T ≤dく Τ の範囲にあるュ

k+1 k k+1 k

一ザの割合を表す。また、測定周期は、遅延パス環境の緩やかな変動に追従できるよう比較的長い周期に設定される。

[0026] フレームフォーマット生成部 33は、上記ステップ 102で求めた分布関数 F(T ≤d< k+l

T )に基づき、次式により GI長 Τのスロットフォーマットを有するフレーム内のスロット k k

数 N (k=l— K)を算出する (ステップ 103)。

k

[数 1]

N_K =[ F(0≤d <T_K)xN_shl ]

N_K.₁ -[F(T_{K S}d<T_K_₁)xN_shl ] _(ι)

N₂ -[ F(T₃≤d <T₂)xN_slot ]

w'= ' - ここで、 [X]は Xを超えない最大の整数 (すなわち小数点以下の切り捨て）を表す。ついで、フレームフォーマット生成部 33は、 GI長の短いスロットフォーマット #k(k= K, K-1, ..1)から分布関数 F(T ≤d<T )に比例したスロット数 Nを小数点以下

k+l k k

切り捨てで与えていき、余ったスロットを全て GI長最大のスロットフォーマット #1に与えて、フレームフォーマットを生成する (ステップ 104)。すなわち、上記切り捨て時の端数については、累積値を Nに集中させることで、 GI長が長いスロットフォーマットの

1

確保を優先させている。

[0027] 例えば、 N =5、 K=3の例で、 F(0≤d<T ) = 20%, F(T≤d<T ) = 30%, F(d≥T ) slot 3 3 2 2

= 50%とすると、 N— Nは以下のように算出される。

1 3

[数 2]

N, =[ 0.2x5 ]=1

ΛΓ₂ =[ 0.3x5 ]=1 (2) フレームフォーマット生成部 33は、生成したフレームフォーマットをスロット割り当て制御部 32とガードインターバル揷入部 34と制御情報ベースバンド処理部 35に入力する。制御情報ベースバンド処理部 35は通知されたフレームフォーマットにおいて、 GI長 T (k=l一 Κ)のスロットフォーマットを有するスロット数 N (k=l— K)を報知チヤ k k

ネルでセルあるいはセクタ一内の全移動局に報知し (ステップ 105)、フレームフォーマット生成処理を終了する。 [0028] (c)スロット割り当て方法

スロット割り当て制御部 32 (図 1)は、フレームフォーマット生成部 33で生成された前記フレームフォーマットを構成する各スロットを以下の手順に従って、各移動局 (ユーザ)に割り当てる。

(1)遅延スプレッド dの長いユーザから順にユーザを並び替える。

(2)上記並び替えたユーザの順に、スロットの若番（GI長の長いスロットフォーマット）より前詰めでスロットの害 ijり当てを行う。 Nの配分と遅延スプレッドのユーザ分布が適 k

合していれば、上記手順により、遅延スプレッドく GI長を満たす GI長のうち最も遅延スプレッドに近い GI長をもつスロットを各ユーザに割り当てることが可能となる。

(3)手順 (2)において、 Nの配分と遅延スプレッドのユーザ分布が適合せず、遅延ス k

プレッド >GI長となる場合でも、そのまま、上記並び替え後のユーザ順に割り当てを継続する。

(4)手順 (2)及び (3)において、 Nの配分と遅延スプレッドのユーザ分布が適合せず、 k

d≥T となる全ユーザに GI長 Tのスロットを割り当てても、該 GI長 Τのスロットに空き k+l k k

力 Sある場合には、上記並び替えたユーザの最下位ユーザ (遅延スプレッド最小のュ一ザ）に順に GI Tのスロットの割り当てを行う。

k

[0029] 図 11は上記動作を実現するスロット割り当て処理のフローチャートである。

上記 (4)の「d≥T となるユーザを全て割り当てても、 GI長 Tのスロットに空きがある」

k+l k

条件の判定が

ステップ 204の「d < T かつ η≤Ν +Ν +· · ·+Ν (1≤k≤K)」の判定に該当している。

m k+l 1 2 k

スロット割り当てが開始すると、スロット割り当て制御部 32は、初期化して m=n= l , m =Mとする (ステップ 201)。ただし、 mは着目しているユーザが第 m番目のユー max

ザであることを意味し、 n— 1はそれまでに割り当てたスロット数、 Mは総ユーザ数である。

ついで、遅延スプレッドの長いユーザ順にユーザを順番に並べ (ステップ 202)、 m ≤Mであるかチェックし (ステップ 203)、 m = M+ 1であれば処理を終了する。

m≤Mであれば、 d < T で、かつ η≤Ν +Ν +· · ·+Ν (l≤k≤K)であるかチェックす

m k+l 1 2 k

る (ステップ 204)。すなわち、第 mユーザの遅延スプレッド dの範囲 d < T を求め、 n≤N +N +· · ·+Νを満足するか判定する。ステップ 204の条件を満たさなければ、第

1 2 k

mユーザを第 nスロットに割り当て (ステップ 205)、 n, mをインクリメントして (ステップ 20 6)、ステップ 203に戻る。

一方、ステップ 204の条件を満たせば、 GI長 Tのスロットに空きが存在する。そこで k

、第 m ユーザをスロット nに割り当て (ステップ 207)、 nをインクリメント、 m をデクリメ max max

ントして (ステップ 208)、ステップ 203に戻る。

[0030] 以下、図 12 (A) , (B)に示す動作例を用いてスロット割り当て制御を説明する。

ただし、ここでは、スロット数 N =5、スロットフォーマット数 K= 3、ユーザ数 Μ = 5とす

slot

る。また、並び替え後のユーザ番号で、

(1)ユーザ 1、ユーザ 2の遅延スプレッドが T≤d<Tのレンジ、

2 1

(2)ユーザ 3の遅延スプレッドが T≤d< Tのレンジ、

3 2

(3)ユーザ 4、ユーザ 5の遅延スプレッドが 0≤d<Tのレンジ

3

に入っているものとする。

フレームフォーマット生成部 33が生成した Nの配分（N =2、 N = 1、 N =2)が上記 k 1 2 3

遅延スプレッドのユーザ分布に適合していれば、図 12 (A)に示すようにユーザにフレームフォーマットの各スロットを的確に割り当てることができ、実際の配分も N =2、 N

1 2

= 1、 N =2となる。

3

し力し、フレームフォーマットの更新が遅延スプレッド分布の変動に追従できていない場合や、フレームフォーマットの上記 N算出時の切り捨て処理に伴う丸め誤差によ k

り、上記 Nの配分が実際の遅延スプレッドのユーザ分布に適合してなければ、ユー k

ザにフレームフォーマットの各スロットを的確に割り当てることができなくなる。

[0031] 以下では、上記適合時の動作例と不適合時の動作例をそれぞれ説明する。

-動作例 1(図 12 (A)参照）：フレームフォーマットにおける Nの配分（N =2、 N = 1、 k 1 2

N =2)と遅延スプレッドのユーザ分布（N =2、 N = 1、 N =2)が適合している場合

3 1 2 3

全ユーザに対して、ステップ 204の条件が成立しないため、ステップ 205、 206の処理において、遅延スプレッドの長いユーザから順次、前詰めでスロットの割り当てが行われる。その結果、ユーザ 1、ユーザ 2はガードインターバル長 Tのスロット、ユーザ 3

1

は Tのスロット、ユーザ 4、ユーザ 5は Tのスロットに正しく割り当てられる。 [0032] ·動作例 2(図 12 (B)参照）：フレームフォーマットにおける Nの配分（N = 1、 N =3、 k 1 2

N = 1)と遅延スプレッドのユーザ分布（N =2、 N = 1、 N =2)が適合していない場合

3 1 2 3

まず、ユーザ 1は、 T≤d <Tであり、ステップ 204の条件に該当しないため、ステツ

2 1 1

プ 204の処理において、スロット 1 (Τスロット）に割り当てられる。

1

次いで、ユーザ 2も、 T≤d <Tであり、ステップ 204の条件に該当しないため、ステ

2 2 1

ップ 204の処理において、スロット 2 (Τスロット）に割り当てられる。この場合、 T≤d

2 2 2 く Tであるため Tスロットへの割り当てが望ましいが、 Tスロットは、既に空きがないた

1 1 1

め、 τスロットへの割り当てが行われる。

2

次いで、ユーザ 3も、 T≤dく T、 n = 3〉Nであり、ステップ 204の条件に該当しな

3 3 2 1

いため、ステップ 204の処理において、スロット 3 (Tスロット）に割り当てられる。

2

[0033] 次いで、ユーザ 4については、 T≤dく T、 n = 4 = N +Nであり、ステップ 204の条

4 4 3 1 2

件に該当する（Tスロットが余っている）ため、ステップ 207の処理において、遅延ス

2

ブレッド最小のユーザ 5がスロット 4 (Tスロット）に割り当てられる。

2

mはインクリメントされないため、再度、ユーザ 4について、ステップ 204の判定が実施される。今回は、 T≤d <T、 η = 5 >Ν +Νとなって、ステップ 204の条件に該当し

4 4 3 1 2

ないため、ステップ 205の処理において、ユーザ 4がスロット 5 (Τスロット）に害 ijり当てら

3

れる。

以上本発明によれば、頻繁にガードインターバル長情報を送受信することなく準最適なガードインターバル長で送信することが可能となり、スループットの向上を図ることが出来る。

また、本発明によれば、フレームフォーマットが実際の受信状態に適合しなくなる場合でも、スロット割り当てを継続することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数のスロットでフレームを形成し、各スロットに移動局宛のデータと共にガードインターバルを載せて通信する無線通信装置にぉレ、て、

各移動局の受信状態を取得する受信状態取得部、

移動局の受信状態に基づいてガードインターバル長がスロット毎に異なるフレームフォーマットを決定するフレームフォーマット決定部、

該フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当てるスロット割り当て部、

を備えたことを特徴とする無線通信装置。

[2] セクタ一あるいはセル毎に前記フレームフォーマットを決定することを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[3] 前記フレームフォーマット決定部は、前記フレームフォーマットを更新する必要があるか判定し、更新する必要がある場合には該フレームフォーマットを更新する、ことを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[4] 前記スロット割り当て部は、前記更新期間より短い周期で各移動局の受信状態に基づいて前記フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに害 Uり当てる、こと特徴とする請求項 3記載の無線通信装置。

[5] 前記無線通信装置は、前記決定したフレームフォーマットを各移動局に報知するフレームフォーマット報知部、

を備えたことを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[6] 前記受信状態取得部は各移動局の受信状態として遅延スプレッドを取得し、前記フレームフォーマット決定部は各移動局の遅延スプレッドに基づいて前記フレームフォ一マットを決定することを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[7] 前記受信状態取得部は各移動局の受信状態として遅延スプレッドを取得し、前記フレームフォーマット決定部は、予めガードインターバル長が異なる複数のスロットフォ一マットを用意し、前記各移動局の遅延スプレッドに基づいて遅延スプレッドの分布を求め、該遅延スプレッドの分布にしたがって前記フレームを構成する各スロットに所定のスロットフォーマットを割り当てて前記フレームフォーマットを決定する、ことを特徴とする請求項 1記載の無線通信装置。

[8] 前記フレームフォーマット決定部は、前記フレームフォーマットを更新する必要があるか判定し、更新する必要があるとき前記フレームフォーマットを更新し、前記スロット割り当て部は、該更新期間より短い周期で各移動局の遅延スプレッドに基づいて前記フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当てる、こと特徴とする請求項 7記載の無線通信装置

[9] ガードインターバル長が異なる前記各スロットフォーマットの有効シンボル長を一定にする、ことを特徴とする請求項 7記載の無線通信装置。

[10] ガードインターバル長が異なる前記各スロットフォーマットの有効シンボル長と該ガードインターバル長との合計シンボル長を一定にする、ことを特徴とする請求項 7記載の無線通信装置。

[11] 下り信号から遅延スプレッドを推定し、該遅延スプレッドを量子化して基地局に通知する手段を有する移動局から、前記受信状態取得部は前記遅延スプレッドを取得する、ことを特徴とする請求項 6または 7記載の無線通信装置。

[12] 前記受信状態取得部は、各移動局からの上り信号から各移動局の遅延スプレッドを推定する遅延スプレッド推定部を備える、ことを特徴とする請求項 6または 7記載の無線通信装置。

[13] 前記スロット割り当て部は、移動局の遅延スプレッド分布の偏りなどにより、最適のスロットに移動局データを割り当てることが出来ない場合には、パス遅延が少ない移動局データを優先的に割り当てることを特徴とする請求項 8記載の無線通信装置。

[14] 前記スロット割り当て部は、移動局の遅延スプレッド分布の偏りなどにより最適のスロットに移動局データを割り当てることが出来ない場合には、ガードインターバルがパス遅延よりも小さい場合でもスロットに移動局データを割り当てることを特徴とする請求項 8記載の無線通信装置。

[15] 複数のスロットでフレームを形成し、各スロットに移動局宛のデータと共にガードインターバルを載せて通信する無線通信装置における通信方法おいて、

各移動局の受信状態を取得するステップ、

移動局の受信状態に基づいてガードインターバル長がスロット毎に異なるフレームフォーマットを決定するステップ、

該フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当てるステップ、を備えたことを特徴とする通信方法。

[16] 前記フレームフォーマット決定ステップにおいて、前記フレームフォーマットを更新する必要があるか判定し、更新する必要がある場合には該フレームフォーマットを更新する、

ことを特徴とする請求項 15記載の通信方法。

[17] 前記スロットを割り当てるステップにおいて、前記更新期間より短い周期で各移動局の受信状態に基づいて前記フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当てる、

こと特徴とする請求項 16記載の通信方法。

[18] 前記決定したフレームフォーマットを各移動局に報知するステップ、

を備えたことを特徴とする請求項 15記載の通信方法。

[19] 前記受信状態取得ステップにおいて、各移動局の受信状態として遅延スプレッドを取得し、前記フレームフォーマット決定ステップにおレ、て各移動局の遅延スプレッドに基づレ、て前記フレームフォーマットを決定する、

ことを特徴とする請求項 15記載の通信方法。

[20] 前記受信状態取得ステップにおいて、各移動局の受信状態として遅延スプレッドを取得し、

前記フレームフォーマット決定ステップにおレ、て、

予めガードインターバル長が異なる複数のスロットフォーマットを用意し、前記各移動局の遅延スプレッドに基づいて遅延スプレッドの分布を求め、該遅延スプレッドの分布にしたがって前記フレームを構成する各スロットに所定のスロットフォーマットを害jり当てて前記フレームフォーマットを決定する、

ことを特徴とする請求項 15記載の通信方法。

[21] 前記フレームフォーマット決定ステップにおいて、前記フレームフォーマットを更新する必要があるか判定し、更新する必要があるとき前記フレームフォーマットを更新し、前記スロット割当ステップにおいて、該更新期間より短い周期で各移動局の遅延スプレッドに基づいて前記フレームフォーマットの各スロットを各移動局宛のデータに割り当てる、

こと特徴とする請求項 20記載の通信方法。

[22] 前記受信状態取得ステップにおいて、前記遅延スプレッドを移動局から取得することを特徴とする請求項 19または 20記載の通信方法。

[23] 前記受信状態取得ステップにおレ、て、各移動局からの上り信号から各移動局の遅延スプレッドを推定する、ことを特徴とする請求項 19または 20記載の通信方法。

[24] 前記スロット割り当てステップにおいて、移動局の遅延スプレッド分布の偏りなどにより、最適のスロットに移動局データを割り当てることが出来ない場合には、パス遅延が少ない移動局データを優先的に割り当てる、ことを特徴とする請求項 20記載の通信方法。

[25] 前記スロット割り当てステップにおいて、移動局の遅延スプレッド分布の偏りなどにより最適のスロットに移動局データを割り当てることが出来ない場合、ガードインターバルがパス遅延よりも小さくてもスロットに移動局データを割り当てる、ことを特徴とする請求項 20記載の通信方法。