JP3826653B2

JP3826653B2 - 無線通信システムのサブキャリア割当方法

Info

Publication number: JP3826653B2
Application number: JP2000049344A
Authority: JP
Inventors: 利則鈴木
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: US20010024427A1; US6836484B2; JP2001238269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムのサブキャリア（又はサブバンド）割当方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、対象となる無線通信システムの構成図である。このシステムは、基地局と、複数のサブキャリアを用いて無線パケットを多重化して該基地局と通信を行う１つ以上の無線局とを有する。図１に示すように、矢印付き実線は下り信号（基地局から無線局への信号）を、矢印付き破線は上り信号（無線局から基地局への信号）を表している。
【０００３】
従来、無線通信システムにおける多元接続方式は、周波数分割多重（ＦＤＭＡ）、時分割多重（ＴＤＭＡ）、符号分割多重（ＣＤＭＡ）又はこれらの組み合わせ（ハイブリッド）によって実現されている。分割されたこれらの要素をチャネルとして複数用意し、それぞれを各無線局に割り当てることで、同時接続を行っている。即ち、異なる周波数、異なる時間スロット又は異なる拡散符号で識別される無線チャネルを複数用意して、各無線局に割り当てる。
【０００４】
基地局では、その基地局に割り当てられた周波数帯域を原則として均等に分割してキャリア（搬送波）を用意する。例えば、１ＭＨｚの帯域の中から２５ｋＨｚの間隔で約４０本のＦＤＭＡ／ＴＤＭＡキャリアを用意でき、又は２０ＭＨｚの帯域の中から５ＭＨｚの間隔で４本のＣＤＭＡキャリアを用意できる。
【０００５】
また、基地局が無線局に割り当てた無線チャネルのキャリア周波数は、原則として同一基地局との通信中には変更しない。即ち、無線局の移動に伴って生じる伝搬路の周波数特性の瞬時変動とは無関係に、特定の周波数を継続して使用する。
【０００６】
ここで、マルチキャリア伝送を用いた無線パケット伝送の従来技術について説明する。
【０００７】
ＯＦＤＭは、複数のサブキャリアによって信号を伝送する方式であり、地上ディジタル放送又は高速無線ＬＡＮでの使用が予定されている。一般に、サブキャリアは、フラットフェージングと見なせる程度の伝送レート（屋外環境で１０ｋｓｐｓ程度）に設定される。全てのサブキャリアを用いて、１ユーザ宛ての下り信号を伝送するため、各無線局において受信状態の悪いサブキャリアによって伝送効率が劣化してしまう欠点がある。
【０００８】
ＭＣ−ＣＤＭＡを用いた高速パケット伝送については、特性評価などが現在進められている（例えば、安部田貞行ら、「下りリンクブロードバンド無線パケット伝送におけるSC/DS-CDMＡ, MC/DS-CDMＡ, MC-CDMＡ方式の特性比較」、電子情報通信学会信学技報、RCS９９-１３０、１９９９年１０月、など）。個々のサブキャリアはスペクトル拡散されているためにその占有帯域が広く、一般に周波数選択性フェージングを受けるので、サブキャリアの受信状態のばらつきが少なくなる。
【０００９】
図２は、送信要求があったパケットから順次送信する従来の方法である。各パケットに記された数字は、パケットを送信する相手の無線局番号である。無線局３に対するパケットが先頭にあり、無線局４宛のパケットが最後になっている。この方法は、無線パケットを多重化せずに送信する点に特徴がある。無線局では、伝送されている無線パケットのヘッダを見て自局宛のパケットか否かを判断する。無線パケット送出先の無線局では、パケットが正しく受信されればＡＣＫを返す。ＡＣＫが返らなかった無線パケットについては再送制御しても良い。また、ＡＣＫ情報から無線回線が良いと判断される無線局に対しては次回の伝送では多値変調を用いてより効率的な伝送も可能となる（適応変調技術）。
【００１０】
図３は、スペクトル拡散信号を用いて伝送する場合に、複数の移動局宛にパケットを多重化して伝送する従来の方法である。各無線パケットは、異なる拡散符号で多重化するので、受信状態に応じた割り当てを行うわけではない。また、ＭＣ−ＣＤＭＡでは、パスダイバーシチの効果を期待してサブキャリアの占有帯域を広く設定するため、サブキャリアの受信状態の差は一般に小さくなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法はいずれも、基地局が、当該無線局にとって受信状態の悪いサブキャリアであっても割り当てるという問題がある。図２の方法では、複数のサブキャリアを割り当てるとき、受信状態の良いサブキャリアも悪いサブキャリアも混在して割り当てるので、全体としての伝送効率が劣化してしまう。また、図３の方法では、サブキャリアの占有帯域が広く、受信状態の良い部分も悪い部分も混在しているので、図２と同様に、全体としての伝送効率が劣化してしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、無線通信システムにおいて、伝送効率の劣化の原因となる、当該無線局にとって受信状態の悪いサブキャリアを割り当てないようなサブキャリア割当方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の無線通信システムのサブキャリア割当方法は、基地局が、同時に且つ等レベルの複数のサブキャリアの参照信号を、無線局へ送信する第１の段階と、無線局が、参照信号のサブキャリア毎の受信状態を、基地局へ通知する第２の段階と、基地局が、サブキャリア毎の受信状態に応じて、送信順にパケットの送信先無線局と通信を行うサブキャリアを決定する第３の段階とを有するものである。サブキャリアは、フラットフェージングと見なせる程度の伝送レートに設定されることが好ましい。
【００１４】
本発明の第１の実施形態によれば、第２の段階について、受信強度の第１の閾値Ａを設定し、サブキャリア毎の受信状態を、該第１の閾値Ａ以上の受信強度のものと、該第１の閾値Ａよりも小さい受信強度のものとの２値の１ビットで表すことが好ましい。
【００１５】
本発明の第２の実施形態によれば、第２の段階について、第１の閾値Ａよりも小さい受信強度の第２の閾値Ｂを設定し、基地局が最初に送信すべきパケットの送信先無線局は該第２の閾値Ｂよりも小さい受信強度のサブキャリアの識別子を該基地局へ通知することも好ましい。
【００１６】
本発明の第３の実施形態によれば、第２の段階について、第１の閾値Ａよりも大きい受信強度の第３の閾値Ｃを設定し、基地局が２番目以降に送信すべきパケットの送信先無線局は該第３の閾値Ｃよりも大きい受信強度のサブキャリアの識別子を該基地局へ通知することも好ましい。
【００１７】
本発明の第４の実施形態によれば、第２の段階について、受信状態を複数の段階の情報量で表し、以前の前記サブキャリア毎の受信状態との変化分のみを前記基地局へ通知することも好ましい。受信状態の変化分が２値の数ビットで表され、受信状態の変化分が一定レベル以上の場合、サブキャリア毎の受信状態の変化分を通知せずに、一括して「変化が多い」との情報を基地局へ通知することも好ましい。これにより、通知すべき情報量を減らすことができる。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、サブキャリアは、該サブキャリアを複数含むサブバンドであることも好ましい。これにより、通知すべき情報量を減らすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
本発明は、基地局において、無線局からの受信状態の報告と各無線局に対する送信トラヒックとに基づいて、サブキャリアの割り当てを行うものである。以下では、各サブキャリアは、１つの無線局にのみ割り当てられるものとして説明するけれども、サブキャリアがスペクトル拡散されていれば、１つのサブキャリアを複数の無線局に割り当てることも可能である。
【００２１】
但し、各サブキャリアの占有帯域が周波数選択性を持つ場合には、周波数選択性が無視できる程度にサブキャリアの占有帯域を狭めるのが好ましい。即ち、サブキャリアの占有帯域幅は、コヒーレンス帯域幅程度以下に設定する。
【００２２】
図４は、送信要求パケットが基地局に到達した順序を示す説明図である。このとき、基地局は、送信すべきパケットの送信先無線局を、先頭のパケットからいくつか選び、これら無線局に対して受信状態の報告を要求する。ここでは、送信すべきパケットの送信先無線局が３、１、２の順序で発生している。
【００２３】
図５は、本発明による基地局から送信される参照信号の周波数−送信強度のグラフである。基地局は、受信状態の報告を求めるサブキャリア上に、間欠又は連続して参照信号を送信する。この参照信号は、送信データが変調された信号、又は既知のパターンで構成されたパイロット信号であってもよい。図５では、８つのサブキャリアの参照信号が同時に且つ等レベルで送信されている。
【００２４】
下り信号は、広帯域伝送になるほど、周波数選択性によって、強く受信できる周波数帯と、そうでない周波数帯とに分かれる。この周波数選択性は、基地局と無線局との間の伝送路状態によって異なる。
【００２５】
図６は、図５の参照信号を受信した３つの無線局における、参照信号の周波数−受信強度のグラフである。無線局３では３番目のサブキャリア周辺が、無線局２では５番目のサブキャリアが周辺が強く受信されている。また、無線局１では１番目及び７番目のサブキャリアが同じ程度のレベルで受信されている。
【００２６】
図７は、本発明の第１の実施形態における、受信状態報告信号とサブキャリアの割り当てとの説明図である。無線局は、受信状態の閾値Ａに対して各サブキャリアの受信強度が上回っているか否かを基地局へ報告する。尚、閾値Ａは、無線伝送が十分に品質良く行える受信強度に設定する。
【００２７】
図７によれば、サブキャリアの割り当ては、送信すべき先頭のパケットの送信先無線局から順に行う。無線局３へ送信する先頭のパケットは、当該無線局３で受信強度が強いサブキャリア１〜５が割り当てられる。次に、無線局２へ送信する２番目のパケットは、まだ割り当てられていないサブキャリアのうち、当該無線局２で受信強度が強いサブキャリア６及び７が割り当てられる。最後に、無線局１へ送信する３番目のパケットは、残りのサブキャリア８の受信強度が当該無線局１で強いので、これを割り当てる。このように、３つの無線パケットが、受信状態を考慮して、先頭のパケットから順に多重化される。
【００２８】
図８は、本発明の第２の実施形態における、受信状態報告信号とサブキャリアの割り当てとの説明図である。先頭のパケット送出先である無線局に対してはＡより小さい閾値Ｂを更に設定し、閾値Ｂを下回るサブキャリアを基地局へ通知する。ここでの閾値Ｂは、受信強度が弱いことを意味する。
【００２９】
図８によれば、先頭のパケットの送信先無線局３については閾値Ｂを用い、無線局２及び１については図７と同じ閾値Ａを用いている。無線局３については、サブキャリア７及び８が閾値Ｂを下回っていることが分かる。従って、無線局３へ送信する先頭のパケットは、当該無線局３で受信強度が弱くないサブキャリア１〜６が割り当てられる。
【００３０】
第１の実施形態では無線局３の受信状態通知には８ビット必要であったのに対し、第２の実施形態では６ビット（＝サブキャリア番号３ビット×２つ）ですむので、無線局からの受信状態の報告に必要な伝送量を減らすことができる。このように第２の実施形態では、２つの閾値Ａ及びＢによって先頭の無線パケットを優先して多重化することにより先頭パケット伝送遅延を短くすることができ、十分な送信が期待できない閾値Ｂを下回るサブキャリアへの伝送量を減らすことができる。
【００３１】
図９は、本発明の第３の実施形態における、受信状態報告信号とサブキャリアの割り当てとの説明図である。２番目以降のパケットの送出先である無線局１及び２に対して、閾値Ａより大きい閾値Ｃを設定し、無線局１及び２では閾値Ｃを上回るサブキャリア番号を通知する。第１及び第２の実施形態と同様にして、受信状態表に基づいて各サブキャリアを割り当てるが、あまったサブキャリア（図９の例ではサブキャリア８）については先頭パケットのあて先である無線局３に割り当てる。
【００３２】
図９によれば、２つの閾値Ａ及びＣによって先頭の無線パケットを優先して多重化することにより先頭パケット伝送遅延を短くするとともに、閾値Ｃが大きいために、これを上回るサブキャリア数の期待値が低く、無線局からの受信状態通知に必要な伝送量を減らす効果が期待できる。例えば、無線局２及び３の通知に要した情報量は、第３の実施形態では１２ビットであるのに対し、第１の実施形態では１６ビットである。
【００３３】
第１から第３の実施形態では、受信状態は、１つの閾値（Ａ、Ｂ又はＣ）を基準に２値状態（○又は×）で通知されているが、もちろん２値を超える複数段階の状態数で通知されてもよい。この場合、通知のための情報量が増すけれども、より効率の良いサブキャリアの割り当てが可能となる。
【００３４】
割り当て結果を基地局から各無線局に通知するために、報知チャネルにて割り当て情報を通知する。報知チャネルはここで説明したサブチャネルのすべて又は一部を時分割又は符号分割で使用しても良いし、全く別のチャネルであっても良い。各無線局では、基地局からの割当情報を受信し、自局に割り当てられたサブキャリアを復調することにより所望の信号を得ることができる。
【００３５】
図１０は、本発明の第４の実施形態を説明するための、参照信号の２時点の周波数−受信強度のグラフである。図１１は、図１０の２時点にそれぞれ対応する受信状態報告信号の説明図である。ここでは、各時刻における受信状態を３段階で通知している。第４の実施形態は、受信状態の変化分のみを基地局へ通知する方法である。
【００３６】
パケットのサイズによっては、複数のパケットを連続して送信する必要が生じる。また、移動中の無線局における受信状態は時々刻々と変化するため、連続して無線パケットを伝送する相手無線局からの定期的な受信状態報告が必要となる。従って、移動量の少ない移動局においては受信状態の変化も少ないので、前回の報告情報との変化分のみを通知することによって、通知のための情報量を削減することができる。
【００３７】
８サブキャリアの受信状態を３段階で報告するために必要な情報量は８×log_２(３)=１２.７ビットとなる。これに対して受信状態の変化分を、例えば次のように符号化する。変化がない場合は「００」、＋の変化がある場合は「１０」、−の変化がある場合は「１１」とする。このようにすると、図１１の受信状態を１０ビット（＝（サブキャリア番号３ビット＋変化分２ビット）×２つ）で伝送できることができ、通知のための情報量を削減することができる。
【００３８】
また、受信状態の変化が一定レベル以下の時には、個々の受信状態を通知せずに、一括して「変化なし」と通知することも情報量を削減する上で有効である。
【００３９】
ここでの受信状態の変化とは、例えば受信状態の変化量（図１１の「前回との差」）の絶対値の総和を１サブキャリアで平均したものや、又は図１０に示したような受信強度波形間の相関などが考えられる。
【００４０】
受信状態の変化が大きい場合は、全てのサブキャリア毎の受信状態を通知する必要があり、上述の通知情報の削減方法を用いてもその効果は乏しい。この場合、受信状態の変化が一定レベル以上のとき、一括して「変化が多い」と通知することもできる。このときの各サブキャリアは、いずれも大きな時間変動を受けているので、時間平均した受信状態はどのサブキャリアでも同程度になるので、任意のサブキャリアを割り当ててよいと考えられる。尚、この方法は、継続した受信状態の報告だけではなく、１番目の受信状態報告においても適用することも好ましい。
【００４１】
第１から第４の実施形態では、サブキャリア単位で受信状態の報告を行うが、これを複数のサブキャリアが含まれるサブバンド（周波数帯）の単位で行うことも好ましい。これにより、受信状態通知のための情報量が削減される。サブバンドの受信状態とは、そのサブバンドに属する１つ以上のサブキャリアの受信状態から求められる、平均的又は代表的な受信状態である。
【００４２】
図１２は、サブバンド割当方法の周波数−受信強度のグラフである。ここでは、サブキャリア数が２４のときに４サブキャリア毎に１つのサブバンドを形成している。これにより、通知すべき受信状態の情報量は１/４となる。
【００４３】
サブバンドの帯域幅がコヒーレンス帯域幅程度以下であれば、サブバンド単位で受信状態の報告を行っても大きな劣化はない。その場合のサブキャリアの割り当ては、サブバンド単位で一括して行っても良い。
【００４４】
サブバンドの帯域幅がコヒーレンス帯域幅程度以上であれば、隣接する複数のサブバンドの受信状態から個々のサブキャリア又はコヒーレンス帯域の受信状態を補完推定し、サブキャリア又はコヒーレンス帯域の単位で無線割り当てを行ったほうが周波数効率の良い割り当てができる。
【００４５】
前述した本発明のサブキャリア割当方法の実施形態によれば、受信状態報告信号とサブキャリアの割り当てとの関係も種々考えることができ、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の無線通信システムのサブキャリア割り当て方法によれば、無線局毎に受信強度の強いサブキャリアを用いてパケットを多重化するので、全てのサブキャリアを均等に用いてパケット伝送する従来技術に比べて、周波数効率のよい下り信号伝送が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】対象となる無線通信システムの構成図である。
【図２】従来技術による、送信要求があったパケットから順次送信する方法である。
【図３】従来技術による、スペクトル拡散信号を用いて伝送する場合に、複数の移動局宛にパケットを多重化して伝送する方法である。
【図４】送信要求パケットが基地局に到達した順序を示す説明図である。
【図５】本発明による、基地局から送信される参照信号の周波数−送信強度のグラフである。
【図６】図５の参照信号を受信した３つの無線局における、参照信号の周波数−受信強度のグラフである。
【図７】本発明の第１の実施形態における、受信状態報告信号とサブキャリアの割り当てとの説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における、受信状態報告信号とサブキャリアの割り当てとの説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態における、受信状態報告信号とサブキャリアの割り当てとの説明図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態を説明するための、参照信号の２時点の周波数−受信強度のグラフである。
【図１１】図１０の２時点にそれぞれ対応する受信状態報告信号の説明図である。
【図１２】サブバンド割当方法の周波数−受信強度のグラフである。

Claims

基地局と、複数のサブキャリアを用いて無線パケットを多重化して該基地局と通信を行う１つ以上の無線局とを有する無線通信システムのサブキャリア割当方法において、
前記基地局が、同時に且つ等レベルの複数のサブキャリアの参照信号を、前記無線局へ送信する第１の段階と、
受信強度の第１の閾値Ａ及び前記第１の閾値Ａよりも小さい受信強度の第２の閾値Ｂを設定し、サブキャリア毎の受信状態について、前記基地局が最初に送信すべきパケットの送信先無線局は該第２の閾値Ｂよりも小さい受信強度のサブキャリアの識別子を該基地局へ通知し、前記基地局が２番目以降に送信すべきパケットの送信先無線局は、前記第１の閾値Ａ以上の受信強度のサブキャリアの識別子を前記基地局へ通知する第２の段階と、
前記基地局が、前記サブキャリア毎の受信状態に応じて、送信順にパケットの送信先無線局と通信を行うサブキャリアを決定する第３の段階と
を有することを特徴とする無線通信システムのサブキャリア割当方法。
基地局と、複数のサブキャリアを用いて無線パケットを多重化して該基地局と通信を行う１つ以上の無線局とを有する無線通信システムのサブキャリア割当方法において、
前記基地局が、同時に且つ等レベルの複数のサブキャリアの参照信号を、前記無線局へ送信する第１の段階と、
前記受信強度の第１の閾値Ａ及び該第１の閾値Ａよりも大きい受信強度の第３の閾値Ｃを設定し、サブキャリア毎の受信状態について、前記基地局が最初に送信すべきパケットの送信先無線局は前記第１の閾値Ａ以上の受信強度のサブキャリアの識別子を前記基地局へ通知し、前記基地局が２番目以降に送信すべきパケットの送信先無線局は該第３の閾値Ｃよりも大きい受信強度のサブキャリアの識別子を前記基地局へ通知する第２の段階と、
前記基地局が、前記サブキャリア毎の受信状態に応じて、送信順にパケットの送信先無線局と通信を行うサブキャリアを決定する第３の段階と
を有することを特徴とする無線通信システムのサブキャリア割当方法。
前記受信強度の第１の閾値Ａを用いたサブキャリア毎の受信状態の通知について、該第１の閾値Ａ以上の受信強度のものと、該第１の閾値Ａよりも小さい受信強度のものとの２値の１ビットで表すことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
前記サブキャリアは、フラットフェージングと見なせる程度の伝送レートに設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
前記第２の段階について、前記受信状態を複数の段階の情報量で表し、以前の前記サブキャリア毎の受信状態との変化分のみを前記基地局へ通知することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
前記受信状態の変化分が、２値の数ビットで表されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記サブキャリアは、該サブキャリアを複数含むサブバンドであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。