JP4535619B2 - Ｔｄｍａ／ｔｄｄシステム用のリンクと無線セルの適用 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、全般的にはＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時間分割多元接続／時間分割多重化）無線通信システムに関して、特に当該システムの無線状態の改善に関するものである。
【０００２】
背景技術
ＥＴＳＩ ＢＲＡＮ（ブロードバンド無線アクセスネットワーク）は短距離、高データレートシステム、ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２（Ｈ／２とも呼ばれる）を、主として屋内運用のために開発中である。ある種の屋外使用も同様に考慮されている（キャンパスや都市中心部等）。対象となる領域は、オフィス、会議室、展示会場、空港や家屋内環境である。スペクトルはライセンスが不要なので、複数の「オペレータ」が同じスペクトルを使用する可能性がある。使用中にも、例えばネットワーク近傍で新たなユーザが表れることによって干渉状態が変化するので、システムがどのような種類の干渉を取り扱う必要があるかを予測することは非常に困難である。システムが取り扱わなければならない、例えば、ＬＯＳ（可視範囲）とＮＬＯＳ（可視範囲外）における無線伝播と干渉状態は大きく異なり、システムはそれぞれの状況に適用することが強く要求される。
【０００３】
この種のシステムでは、無線セルによって干渉の程度が異なる。無線セルがこの問題を取り扱うことは、「無線セル適用」と呼ばれる。さらに、特定の基地局（ＢＳ）と接続を確立した移動局（ＭＴｓ）の上り線と下り線受信品質は異なっている可能性がある。したがって、それぞれのＭＴは、上り線と下り線の受信品質を調整するために、異なる送信パラメータ、例えば、符号レート（保護レベル）と変調アルファベット、を使用することを望む可能性がある。この適用は、ＭＴごとあるいは接続ごとに行うこともできる。後者の場合には、異なるトラヒックとＱｏＳ（サービス品質）パラメータを考慮しなければならない。例えば、１つのＭＴは、強力なＦＥＣ（フォワードエラーコレクション）コードでビデオデータ送信を行うこともあり、それほど強くないＦＥＣではあるがＡＲＱ（自動再送信要求）能力の下でファイル転送を行うことも有る。
【０００４】
典型的な受信品質パラメータは下記のとおりである。
−再送信率（ＰＥＲ、パケット誤り率）
−遅延速度（時間分散）
−受信信号強度（ＲＳＳＩ）
−信号対干渉比（ＳＩＲ）
−ビット誤り率（ＢＥＲ）
これらの組み合わせやこれら以外のパラメータを使用することも可能である。
【０００５】
通常リンクの適用は２つのグループに分けられる：ネットレート適用とグロスレート適用である。
【０００６】
ネットレート適用とは、入来するデータレートを所定の容量に適合させて、システムが所定のリンク品質を取り扱うことができるようにする、例えば、ユーザは無線に関して固定された所定の容量を有しており、無線品質が低ければ入来するデータレートを低減してより耐性の高い通信モードを使用する。接続の状態がよければ、高い入来データレートを使用することができる。
【０００７】
グロスレート適用では、入来するデータレートが「固定」されている、つまり、無線システムは無線状態の如何によって入来するトラヒックを変更することはしない。その代わり、無線システムは入来するデータレートを維持して、割り当てる無線容量を変化させてリンク品質の変化を相殺しようとする。したがって、同じ入来データレートを有する２つのＭＴに対して、それぞれの接続受信品質に基づいて無線インターフェースの割り当て容量が異なることが起こりえる。この場合には、全体の容量を公平に使用するためには追加の機能が必要である。
ネットとグロスレート適用を組み合わせることも当然可能である。
【０００８】
異なる無線通信標準における種々の無線状態に対する適用に関して、現状を要約すると以下のようになる。
【０００９】
ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２：無線セル適用および／またはリンク（ＭＴごとまたは接続ごとの）適用を行うことができるプロトコルに関する提案は存在しない。しかし、物理レイヤに関する提案は異なる符号レートと変調アルファベット（ＭＰＳＫとＭＱＡＭ信号群）を許容する。
【００１０】
ＧＰＲＳ：当該システムは移動端末ごとにネットレートリンク適用を採用する（文献１参照）。下り線トラヒックのために、ＭＴは上り線のＡＲＱ−ＡＣＫ／ＮＡＣＫメッセージを介してチャネル符号化を要求する。ＢＳは下り線のためのチャネル符号を設定するためにストールンビット（ＧＳＭのバースト構造に埋め込まれた）を使用している。したがって、ＭＴはまずこれらのビットを符号化して、バーストの残りの部分のためのどのチャネル復号化をすべきかに関する情報を取得する。非通知モードを適用するときは、ＭＴはＢＥＲの推定値を含む測定レポートをＢＳに送る。ＢＳはこの情報を使用して下り線バーストのためのチャネル符号化を選択する。
【００１１】
上り線のトラヒックのために、ＢＳはＭＴに対して特定のチャネル符号化を使用するように命令する。この情報は、下り線の制御専用チャネルピギーバック方式で送信される、例えば、ＡＲＱ−ＡＣＫ／ＮＡＣＫメッセージに、ピギーバック方式で入れられる。
【００１２】
この場合に問題となるのは、ＧＰＲＳは送信状態の途中でチャネル符号化方式を変更することができないことである。
【００１３】
ＥＤＧＥ、ＥＧＰＲＳ：この２つのシステムは、移動端末毎にネットレートリンク適用を使用する（チャネル符号化と変調アルファベットを選択する）。今のところプロトコルは存在しない。しかし、構造とプロトコルはＧＰＲＳ構造に準拠しているので、同様なプロトコルを採用することができるはずである。システムスループットについて包括的なシミュレーション研究が行われている（文献２参照）。
【００１４】
再送信の途中でチャネル符号化を変更する問題は、再セグメンテーションを行うことで解決可能である。しかし、これらのシステムで使用されているフレーム構造はＴＤＤシステムには不適当である。
【００１５】
ＤＶＢ、ＤＡＢ：デジタルビデオ／オーディオブロードキャスティングが異なる符号レートと変調アルファベットを使用しており、カバーする領域を拡張し、ブロードキャスターは、データと通常のプログラムが割り当てられたバンド幅で共に送信することができるように適宜パラメータを選択する可能性を有する（文献３参照）。純粋なブロードキャストの場合には、上り線の信号は存在しない。近年、ＭＥＭＯと呼ばれるＡＣＴＳプログラムが、個別サービスのために開発された；通常のＧＳＭネットワークを上り線のために使用する。この場合、下り線へのリンク適用が可能である。この信号送付を可能にするプロトコルは存在しない。
【００１６】
ＩＥＥＥ ８０２．１１：５ＧＨｚでの運用のために新たな物理レイヤ標準が開発された（文献４参照）。当該標準はまだ画定していないが、何らかのリンク適用が採用される。提案された方法は、物理レイヤがＩＥＥＥ ８０２．１１ ＭＡＣレイヤから完全に独立であることを前提としている。これを可能にするために、ＰＨＹ ＰＬＣＰ（物理レイヤ収束プロトコル）と称する収束レイヤが、物理レイヤ反応するように指示するＳＡＰｓを通じて基本要素が使用されている位置に置かれる。
【００１７】
パラメータは送信ユニットで選択され、例えば、下り線ではＢＳがパラメータを選択し、上り線ではＭＴがパラメータを選択する。ＢＳとＭＴは共に、選択の前に、ＴＨＹ（物理レイヤ）パラメータ、たとえば、ＲＳＳＩ測定を行う。
【００１８】
アクセス手法はＣＳＭＡ／ＣＡ（衝突回避を有するキャリアセンス多元アクセス）に準拠している。これは、ＭＡＣフレーム（ＩＥＥＥ ８０２．１１の場合には、ＭＰＤＵ（ＭＡＣプロトコルデータユニット））が２つのピアの間のみで、つまり、ＭＡＣフレームはＢＳ（中央制御システム）と１つのＭＴとの間で、あるいは、ＭＡＣフレームは２つのＭＴの間だけで（アドホックシステム）通信されることを意味する。ＭＡＣフレームの継続時間は、より耐性の高いＰＨＹモードの場合には選択したＰＨＹパラメータに依存し、ＦＥＣ保護が高度なためにＰＨＹフレームは長くなる。
【００１９】
ユーザ間のＱｏＳと明瞭性を考慮することができないグロスレート方法も存在するが、送信ユニットがＰＨＹパラメータを選択するので、ユーザは耐性の高いＰＨＹモードのパラメータを選択して、必要ではないにもかかわらずより大きな容量を使用することになる可能性がある。
【００２０】
現在の５ＧＨｚのＩＥＥＥ ８０２．１１案では、ＰＨＹパラメータを選択するために必要な測定は、ＢＳとＭＴの両方で行う必要がある。
【００２１】
発明の要旨
本発明の目的は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システムの為にスペクトル利用効率の高い無線リンク適用方法とフレーム構造を提案することである。
本発明の目的は、請求項に記載された発明によって達成される。
【００２２】
簡潔に言えば、本発明は無線セルを無線状態に適合させるためにＢＣＣＨ（ブロードキャスト制御チャネル）を使用する。すべての無線リンクに対して共通の物理レイヤパラメータ識別子を使用することができるので、これは極めて効率の良い方法である。効率が良く柔軟性に一層優れた実施例では、無線セルの上り線を適用させるのに共通物理レイヤパラメータ識別子を使用し、下り線はＡＣＨ（アナウンスと割り当てチャネル）の物理レイヤパラメータ識別子を試用して個別に適用させる。ＢＣＣＨに物理レイヤパラメータを指示させてＡＣＨの復号化に使用することも可能である。
【００２３】
本発明と、本発明の上記以外の目的と利点は、添付の図面を参照して行う以下の記載によって最もよく理解されるはずである。
【００２４】
発明の詳細な説明
本発明に基づくシステムは、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時間分割多元接続／時間分割多重）ＭＡＣ（メディアアクセス制御）フレーム構造（例えば、Ｈ／２とＩＥＥＥ ８０２．１１）を使用する。図１はこのようなフレーム構造の一例を示すものである。中央制御を受けるＭＡＣ手法を前提とする、例えば、ＢＳがＭＴｓに対して容量を割り当てる。割り当てはＭＡＣフレームごとに異なる可能性がある、例えば、あるユーザがＭＡＣフレームに容量を割り当て、このユーザが次のＭＡＣフレームでは容量を割り当てない可能性もある。アドホック運用の場合には、１つのＭＴがチャネル制御装置として機能することもできる。図１に、１つの接続（下り線と上り線）に割り当てられた容量を、破線で他の接続に割り当てた容量を示した。
【００２５】
ＭＡＣフレームは、ＢＳがカバーする全領域（無線セル）に対して送信される情報を含むブロードキャスト制御チャネル（ＢＣＣＨ）からスタートする。別のＭＴ容量割り当ては、ＡＣＨで送信される（資源許可チャネル又はＦＣＨ（フレーム制御チャネル）とも呼ばれるアナウンスメントと割り当てチャネル）。ＡＣＨ全体を無線セル全域にわたって送信することは必ずしも必要ではない。マルチビームアンテナを使用する場合、特定のビームだけに関連する情報はそのアンテナに対応する領域だけに対して送信される。ポインタはＡＣＨに適用されて、容量を割り当てられたＭＴがフレームの何処でデータを送受信すべきか、例えば「割り当て容量」領域の場所を知ることができる。ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）はフレーム最後部に位置する。ＭＴは割り当てられた上り線容量領域又はランダムアクセスチャネルで容量を要求することができる。
【００２６】
以下に説明する本発明の実施例に係るフレーム構造は、グロスとネットレートリンク／無線セルに適用することができる。
【００２７】
図２は、容量の中央制御割り当てを有するＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システムに好適な、本発明の実施例に基づくフレーム構造を示すものである。この実施例の場合には、無線セル適用パラメータはＢＣＣＨ（あるいは、メッセージをブロードキャスト送信するための、別の種類のパーマネント又は一時的な「制御チャネル」）でのみ送信される。この実施例は、ＢＳは単一のＰＨＹパラメータ設定（符号レート、変調アルファベット、時間スロット／フレーム）を、やり取り（専用上り線シグナリング）無しで行うために必要なすべての情報を有していると仮定する。選択過程において、ＰＥＲ、遅延拡散、受信信号強度、ＳＩＲとＢＥＲの統計を使用することができる。測定は、ＢＳが受信したトラヒックと制御データＰＤＵ（プロトコルデータユニット）について行うことができる。（動的に変化する）単一ＰＨＹパラメータ設定は、図２で破線の矢印１０、１２、１４と１６で示したように、幾つか又はすべての接続に使用することができる。
【００２８】
この実施例の極めて優れた特徴は、同じ形式のＰＤＵはすべて同じ大きさで容量割り当てが容易になることである。
すべてのリンクに対して共通の識別子を使用するので、図１に示した実施例は無線セル適用を行うことが理解される。
【００２９】
無線セル適用は上り線のみ又は下り線のみで実施することもできる。さらに、共通ＰＨＹパラメータ識別子を有するブロードキャストメッセージＢＣＣＨとは別のチャネル、例えば、専用ＰＨＹパラメータチャネルでブロードキャストされても良い。
【００３０】
図３は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システムに適した本発明の実施例に基づく別のフレーム構造を示す図である。この実施例では、図で破線の矢印１０、１２で示したように、単一のＰＨＹモードがすべてのＭＴで上り線に使用される。これは、すべてのＭＴが上り線の受信品質を有するときには効率の良いシグナリングである。これは、例えば、上り線に対して出力制御が行われたとき、例えば、ＢＳがＭＴの出力レベルを制御（決定）するときに使用することができる。しかし、この実施例では、下り線は図３で破線の矢印１８、２０で示したようにＡＣＨを介して個別に割り当てられる。
【００３１】
図３に示した実施例は、上り線は図１に示した実施例と同様で下り線は個別に適用されているので、無線セルと個別リンク適用の組み合わせである。
【００３２】
図２に示した実施例と図３に示した実施例を組み合わせることももちろん可能である。この組み合わせの場合には、ＢＣＣＨ（あるいは別の、メッセージのブロードキャストのための恒久的又は一時的「制御チャネル」）は、ＡＣＨを復号化するために使用する物理レイヤパラメータの識別子をブロードキャストするために使用される。物理レイヤパラメータは複数のチャネルに共通あるいは別々である。
【００３３】
ＭＴがあまり頻繁にＢＳを更新することは不要な場合もある。これは、無線チャネルと干渉の状態が一定しており変化が少ないような場合である。このシグナリングの為にＡＲＱ ＰＤＵを使用することは不要なオーバーヘッドを作り出すことになる。シグナリングの量を削減するために、情報を送信する特別なシグナリングメッセージ（制御チャネル）を使用してもよい。これは、他のチャネルとは区別された特別な制御チャネルである。最初のネゴシエーションはＭＴとＢＳとの間で、このメッセージをどの程度頻繁に送信するかについて行う。ＢＳは次に、例えば、通常の方法でＭＴに対して上り線容量を割り当てる。このような実施例は柔軟性のある解決方法を与える。情報をＢＳに対してどのように送信するかについてもまたネゴシエーションをすることができ、例えば、ＡＲＱメッセージを使用することも当然１つの方法である。別の方法は、すべてのＰＨＹモードの更新をＲＡＣＨを通じて行うことである。他の方法は、この種の情報はほんの数ビットの大きさしかないので、１つ又は複数の他のメッセージに「ピギーバック」方式で搭載することである。
【００３４】
特許請求の範囲で規定される本発明の技術的範囲内において、本発明について多くの変形例と置換を行うことができることは当業者の理解することろである。
【００３５】
参考文献
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システムの基本フレーム構造を示す図面である。
【図２】 図２は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システムに好適な、本発明に基づく実施例のフレーム構造を示す図面である。
【図３】 図３は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システムに好適な、本発明に基づく別の実施例のフレーム構造を示す図面である。

Claims (19)

1. 基地局との送信時及び／又は受信時の通信品質を制御するＴＤＭＡ／ＴＤＤメディアアクセス制御フレーム構造を使用するＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システムにおいて、
   前記ＴＤＭＡ／ＴＤＤメディアアクセス制御フレーム構造は、
   複数のチャネル用に、共通の、動的に更新される物理レイヤパラメータ識別子を有し、識別子の変化が前記複数のチャネルのすべてに基地局との送信時及び／又は受信時の通信品質を決定する送受信モードの変更を強制するブロードキャストメッセージを有することを特徴とする、ＴＤＭＡ／ＴＤＤメディアアクセス制御フレーム構造を使用するＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
2. 複数の上り線チャネル用に、共通の動的に更新される物理レイヤパラメータ識別子を有するブロードキャストメッセージを有することを特徴とする、請求項１に記載のＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
3. 複数の下り線チャネル用に、共通の動的に更新される物理レイヤパラメータ識別子を有するブロードキャストメッセージを有することを特徴とする、請求項１に記載のＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
4. 複数の上り線チャネルと複数の下り線チャネル用に、共通の動的に更新される物理レイヤパラメータ識別子を有するブロードキャストメッセージを有することを特徴とする、請求項１に記載のＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
5. 前記ブロードキャストメッセージは、受信機がアナウンスメントと割り当てチャネルを復号化するために使用すべき物理レイヤパラメータを指示するものであることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
6. アナウンスメントと割り当てチャネルが、下り線チャネル用の、個別の動的に更新された物理レイヤパラメータ識別子を有することを特徴とする、請求項２に記載のＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
7. 前記ブロードキャストメッセージは、受信機がアナウンスメントと割り当てチャネルを復号化するために使用すべき物理レイヤパラメータを指示するものであることを特徴とする、請求項６に記載のＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
8. 前記ブロードキャストメッセージはブロードキャスト制御チャネルに属することを特徴とする請求項１ないし７に記載のＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
9. 移動端末からの、必要に応じた物理レイヤパラメータ更新要求のための区別された制御チャネルを有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載されたＴＤＭＡ／ＴＤＤ無線通信システム。
10. 中央制御装置で無線リンク品質を決定する過程を含む、ＴＤＭＡ／ＴＤＤリンクの適用方法であって、
    当該中央制御装置から複数のチャネルに対して共通物理レイヤパラメータ識別子を含むブロードキャストメッセージを更新し、前記複数のチャネルのすべての当該中央制御装置との送信時及び／又は受信時の通信品質を決定する送受信モードを前記決定されたリンク品質に適用することを特徴とする。
11. 前記メッセージは、複数の上り線チャネルのための共通物理レイヤパラメータ識別子を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記メッセージは、複数の下り線チャネルのための共通物理レイヤパラメータ識別子を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記メッセージは、複数の上り線チャネルと複数の下り線チャネルのための共通物理レイヤパラメータ識別子を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 前記メッセージは受信機がアナウンスメントと割り当てチャネルを復号化するために使用すべき物理レイヤパラメータを指定するものであることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の方法。
15. 下り線チャネル用の物理レイヤパラメータ識別子を個別かつ動的に更新するアナウンスメントとチャネル割り当てよって特徴付けられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
16. 当該メッセージは、受信機がアナウンスメントとチャネル割り当てを復号化するために使用すべき物理レイヤパラメータを指定することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 当該メッセージはブロードキャスト制御チャネルに属することを特徴とする請求項１０ないし１６のいずれかに記載の方法。
18. 移動局からの必要に応じた物理レイヤパラメータ更新要求のための別の制御チャネルを有することを特徴とする請求項１０ないし１７のいずれかに記載された方法。
19. 前記中央制御装置は基地局であることを特徴とする請求項１０ないし１８のいずれかに記載された方法。

Images