JP4833977B2 - Ｏｆｄｍ移動通信システムで時間同期獲得方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）またはＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ）方式無線通信システムに関する。より詳しくは、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ方式無線通信システムにおいて、受信側が送信側との時間同期を合わせる場合、または、信号の強さを測定する場合に、一定間隔に挿入されている現在のプリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）信号を探索して読むのに時間がかかるという問題点を解決して、受信側が送信側と早期に時間同期を合わせることができる時間同期獲得方法及びその支援方法に関する。

ＯＦＤＭ（Ａ）方式は、有無線チャネルで高速データ転送に適合する方式で、近来活発な研究が行われてきている。ＯＦＤＭ（Ａ）方式では、相互直交性を有する複数の搬送波を使用するため、周波数利用効率が高くなり、送受信端でこのような複数の搬送波を変復調する過程はそれぞれ、ＩＤＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）とＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行ったような結果となり、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）とＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて高速で具現することができる。

ＯＦＤＭの原理は、高速のデータストリームを複数の低速データストリームに分割し、それらを複数の副搬送波（ｓｕｂｃａｒｒｉｅｒ）を用いて同時に転送することによってシンボル区間（ｓｙｍｂｏｌ ｄｕｒａｔｉｏｎ）を増加させ、多重経路遅延拡散（ｍｕｌｔｉ−ｐａｔｈ ｄｅｌａｙ ｓｐｒｅａｄ）による時間領域で相対的な分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を減少させることである。ＯＦＤＭ方式によるデータの転送は、転送シンボルを単位とする。

ＯＦＤＭ方式における変復調は、ＤＦＴを用いて全ての副搬送波に対して一括的に処理できるため、個別副搬送波のそれぞれに対して変復調器を設計する必要がない。

図１は、ＯＦＤＭ方式変復調器の概念的構成を示す図である。図１に示すように、直列に入力されるデータストリームを、副搬送波の数だけの並列データストリームに転換し、それぞれの並列データストリームをＩＤＦＴする。高速のデータ処理のためにＩＦＦＴが用いられる。ＩＤＦＴされたデータは、再び直列データに転換されて、周波数変換を経て送信され、この信号を受信側で受信して逆過程を経て復調する。

従来ＯＦＤＭ方式無線通信システムは、基地局と端末機の時間同期及び周波数同期を合わせるための手段として、データフレームに一定の周期に挿入されたプリアンブル信号を用いている。

図２は、従来のＯＦＤＭ方式無線通信システムでのデータフレームの構成を示す図である。図２において、横軸は時間軸で、シンボル単位に表示したものであり、縦軸は周波数軸で、サブチャネル（ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌ）単位に表示したものである。ここで、サブチャネルは、複数の副搬送波のグループを意味する。

図２に示すように、プリアンブルには、全体副搬送波が割り当てられて変調され、一定の間隔に挿入されているため、全体時間の基準点となる。基地局と端末機が取り交わす全ての信号は、プリアンブルを基準に挿入されるため、プリアンブルの獲得は、データを取り交わすための最も基礎的で且つ重要な作業である。例えば、端末機が基地局と時間同期を合わせるために試みる瞬間が、図１において（ｋ＋１３）番目シンボルであれば、（ｋ＋３０）番目シンボルになるまでは基地局と時間同期を合わせず、（ｋ＋３０）番目シンボルでプリアンブルを獲得して時間同期を合わせる。一般に、１回の試みでは満足できる程度に時間同期を合わせることができないため、次のプリアンブルを待って再びより精密に合わせ、かつ、この過程を一定な要件を充足するまで繰り返す。

プリアンブルは、一定の間隔に挿入されているため、端末機が時間同期を合わせるためにプリアンブルを読むまで長時間がかかる。また、一度のプリアンブル獲得では時間同期を合わせ難く、数回繰り返す方式が用いられるため、プリアンブルを獲得するのに長時間がかかることになる。時間同期を合わせるのに時間がかかると、端末機の余分の電力消耗及び通信のための準備作業の遅れが発生する問題と、ハンドオフ時に移動しようとする隣接基地局との接続遅れが増加して通信品質が低下するという問題につながる。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、その目的は、送信側と受信側の時間同期を合わせるのにかかる時間を短縮することができ、プリアンブルを獲得するまで行われてきた余分のシンボル探索を減らすことによって、端末機の電力消耗を減らすことができるＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ方式無線通信システムに適用される時間同期獲得方法及びその支援方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一様相として、本発明に係る時間同期獲得方法は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）またはＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ａｃｃｅｓｓ）方式無線通信システムにおいて、送信側は、全体副搬送波（ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒｓ）のうち少なくとも１つの副搬送波を、シンボル時間を知らせる情報を含んでいる基準信号に割り当て変調して送信し、受信側では、前記変調された信号を受信し、前記基準信号から時間同期を獲得することを特徴とする。

本発明の他の様相として、本発明に係る時間同期獲得支援方法は、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ方式無線通信システムにおいて、受信側での時間同期獲得のための複数の基準信号を、全体副搬送波（ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒｓ）のうち、少なくとも１つの一部副搬送波を用いて変調する段階と、前記副搬送波によって変調された少なくとも１つの基準信号を、少なくとも１つのシンボル時間に連続して前記受信側に転送する段階と、を備えてなることを特徴とする。

本発明のさらに他の様相として、本発明に係る時間同期獲得支援方法は、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ方式無線通信システムにおいて、プリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）を全体副搬送（ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒｓ）によって変調して受信側に転送する段階と、前記受信側での時間同期獲得のための複数の基準信号を、全体副搬送波（ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒｓ）のうち、少なくとも１つの一部副搬送波を用いて変調する段階と、前記副搬送波によって変調された少なくとも１つの基準信号を、前記プリアンブルの割り当てられなかった少なくとも１つのシンボル時間に連続して前記受信側に転送する段階と、を備えてなることを特徴とする。

本発明のさらに他の様相として、本発明に係る時間同期獲得方法は、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ方式無線通信システムにおいて、送信側から全体副搬送波（ｓｕｂ−ｃａｒｒｉｅｒｓ）のうち、少なくとも１つの副搬送波によって変調された少なくとも１つの基準信号を、少なくとも１つのシンボル時間に連続して受信する段階と、前記少なくとも１つの基準信号から前記送信側との時間同期を獲得する段階と、を備えてなることを特徴とする。

本発明は、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ方式無線通信システムで適用されることができ、本発明による時間同期獲得方法によれば、下記の効果が得られる。

第一、端末機と基地局との時間同期を合わせるのにかかる時間を短縮することができる。

第二、プリアンブルを獲得するまで行われてきた余分のシンボル探索が減り、端末機の電力消耗を低減できる。

第三、ハンドオフなどの動作に必要な隣接基地局の時間同期及びパラメータ獲得にかかる時間を短縮できる。

第四、新規の基準信号を、既存システムで使用しない保護帯域などに挿入すると、既存システムの構造及び形態に影響を与えない。

以下、本発明によるＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ方式無線通信システムに適用される時間同期獲得方法の好適な実施例について、添付の図面を参照して説明する。

図３は、本発明の好適な実施例によるＯＦＤＭＡ方式無線通信システムのデータフレームの構成を示す図である。より具体的に、図３は、データストリーム（ｄａｔａ ｓｔｒｅａｍ）をＯＦＤＭＡ変調方式によってＩＦＦＴ変換したデータフレームの構成で、横軸はシンボル単位の時間軸を表し、横軸はサブチャネル単位の副搬送波軸を表す。

図３で、ＦＣＨ（Ｆｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｈｅａｄｅｒ）はヘッダである。ＤＬ−ＭＡＰは、下りリンク（ｄｏｗｎ ｌｉｎｋ）に転送されるデータ （ＤＬ ｂｕｒｓｔｓ）に関する変調方式などに関する情報を含むメッセージであり、ＵＬ−ＭＡＰは、上りリンク（ｕｐ ｌｉｎｋ）に転送するデータ（ＵＬ ｂｕｒｓｔｓ）に関する情報を含むメッセージである。ＴＴＧ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｇａｐ）及びＲＴＧ（Ｒｅｃｅｉｖｅ／Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｇａｐ）とはそれぞれ、下りリンクデータ転送から上りリンクデータ転送及び上りリンクデータ転送から下りリンクデータ転送へ転換されるときの間隔のことをいう。

図３に示す本発明の好適な一実施例は、ＯＦＤＭＡシステムで可用できるサブチャネル（Ｓｕｂ−ｃｈａｎｎｅｌ）の一部（図３では（ｓ＋Ｌ）−１及び（ｓ＋Ｌ）サブチャネルに属する副搬送波）を、新規の基準信号（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）の割り当てのために使用することを特徴とする。上記基準信号は、該当のシンボルが転送フレームで何番目のシンボルかに対する情報を含んでいる。また、従来のＯＦＤＭＡ方式でプリアンブルは一定間隔に挿入されていたが、本発明の好適な一実施例では、新規の基準信号を下りリンクの一定時間に亘って数シンボル時間（図３では（ｋ＋１）番目シンボルから（ｋ＋１５）番目シンボルまで）挿入することが好ましい。

ここで、サブチャネルの区分無しに基準信号を１以上のシンボル時間に１以上の副搬送波に載せて転送するように適用することができる。

下りリンクデータフレームでプリアンブルを除くシンボル数をＮ_ＤＬＳとすれば、それらのシンボルのインデックス（ｉｎｄｅｘ）は、Ｎ_ＤＬＳ≦２^Ｍを満足する最小Ｍビットで表現されることができる。これらＭビットは、Ｍ個の副搬送波を用いて表現でき、Ｒをコーディング率（ｃｏｄｉｎｇ ｒａｔｅ）や繰り返し回数と定義すると、結局、Ｒ＊Ｍ個の副搬送波を基準信号として割り当てることができる。基準信号は一つであり、（上記基準信号を繰り返して載せることはできるものの、それも結局としては一つの基準信号を繰り返したものであるため）、その基準信号は、隣接した副搬送波を用いて転送しても良く、分散された副搬送波を用いて転送しても良い。

したがって、上記基準信号は、０〜Ｎ_ＤＬＳのシンボルの順序を表現するイッデックスで構成されており、あるシンボルがプリアンブルから何番目のシンボルかを知らせる。ここで使用するイッデックスは、シンボルナンバーを知らせる如何なる順列を使用しても良い。たとえば、数字０〜Ｎ_ＤＬＳをそのまま使用しても良く、ＰＮコードなどを使用しても良い。

前記基準信号は、全体時間の中にシンボル時間を表すことができるように一定の数列で定義されることができる。例えば、プリアンブルの次のシンボルから１，２，３，．．．のような順序を与えれば良い。

端末機が基地局と同期を合わせるためにまず、ＯＦＤＭシンボルの主要特徴であるサイクリックプレフィックス（ｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ）を用いて下りリンクの任意のシンボルに対して同期を合わせることができる。サイクリックプレフィックスは、一つのシンボルに対して該当のシンボルの前にナル（ｎｕｌｌ）信号または該当のシンボルの後部分の一部を追加したことを意味する。

当該基準信号のサブチャネル軸における位置は、基地局と端末機との間で事前に定義されることが好ましい。時間同期を合わせたシンボルにおいて基準信号が挿入されているサブチャネルを読むと、該当のシンボルが転送フレームで何番目のシンボルであるかに対する情報が含まれているため、該当シンボルが特定基準点から何番目のシンボルかがわかり、時間同期を合わせることができる。より正確な時間同期を得るために、このようなシンボル同期獲得過程を複数回繰り返すことが好ましい。

図４は、本発明の他の実施例によるＯＦＤＭＡ方式無線通信システムのデータフレームの構成を示す図である。当該基準信号は、図３に示すように、隣接するサブチャネルに割り当てても良く、図４に示すように、互いに離れているサブチャネルに分けて挿入しても良い。この基準信号に割り当てられるサブチャネルは、複数個でありうる。

図５は、本発明のさらに他の実施例によるＯＦＤＭＡ方式無線通信システムのデータフレームの構成を示す図である。図５に示すように、ある基地局がマルチセクタ（ｍｕｌｔｉ ｓｅｃｔｏｒ）を支援するなどの理由から全体帯域を分けて使用する場合に、分けられた帯域の各部分に当該基準信号を挿入することができる。挿入する位置は、各部分こどに異なっても良い。当該基準信号の挿入位置は、シンボルの番号軸、サブチャネル軸によって異なっても良く、フレームごとに異なっても良い。

当該基準信号は、シンボルの位置を知らせる情報を含めていなければならず、この情報は、図６Ａに示すように、任意の基準となる時間からの絶対的な累積シンボル時間を知らせるか、図６Ｂに示すように、各フレーム別に独立してシンボル時間を知らせることができる。

図７は、本発明の実際的な具現例を示す図である。２０ＭＨｚのチャネル帯域幅と５ｍｓのフレーム区間の環境において、２０４８個の副搬送波の中で基準信号に使用される副搬送波は、３６個６グループに分けて、１４１〜１４６、１４７〜１５２、１５３〜１５８、１８９０〜１８９５、１８９６〜１９０１、１９０２〜１９０７のように割り当てることができる。この基準信号は、ＢＰＳＫ変調方式を使用し、１グループ当たり副搬送波６個を用いて二進数００００００〜１１１１１１を順次に表現した後、全てのグループは、その値を繰り返し使用する。

本発明は、本発明の精神及び必須的な特徴を逸脱しない範囲内で様々な形態に具体化できるということは当業者にとって自明である。したがって、上記の実施例は制限的に解釈されてはいけなく、例示的なものとして考慮されるべきである。本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲の合理的な解釈によって定められるべきであり、本発明の等価的な範囲内における全ての変更は、本発明の範囲に含まれる。

ＯＦＤＭ方式変復調器の概念的な構成図である。 従来のＯＦＤＭ方式無線通信システムでのデータフレームの構成を示す図である。 本発明の好適な一実施例によるＯＦＤＭ方式無線通信システムにおけるデータフレームの構成を示す図である。 本発明の他の実施例によるＯＦＤＭ方式無線通信システムにおけるデータフレームの構成を示す図である。 本発明のさらに他の実施例によるＯＦＤＭ方式無線通信システムにおけるデータフレームの構成を示す図である。 本発明によって基準信号が含まれるシンボル時間に対する構成例を示す図である。 本発明によって基準信号を割り当てる具体的な適用例を示す図である。

Claims (8)

1. ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）またはＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式無線通信システムにおける、基地局とユーザ装置との間の基地局による時間同期獲得支援方法であって、
   前記方法は、
   時間同期獲得のためのプリアンブルを副搬送波全体によって変調して、前記変調されたプリアンブルを前記ユーザ装置に転送することと、
   前記ユーザ装置での時間同期獲得のための少なくとも１つの基準信号を、全体副搬送波の一部副搬送波を介して変調することであって、前記少なくとも１つの基準信号は、対応する基準信号を伝達するシンボルの位置情報を含む、ことと、
   前記全体副搬送波の前記一部副搬送波によって変調された前記少なくとも１つの基準信号を、前記プリアンブルの割り当てられていない少なくとも１つのシンボル時間に連続して前記ユーザ装置に転送することと
   を含み、
   前記位置情報は、対応するシンボルが転送フレーム上で何番目のシンボルに対応するかを示す情報としての、転送フレーム別の独立したシンボル時間情報である、方法。
2. 前記基準信号が複数の副搬送波によって変調される場合、前記複数の副搬送波は、互いに隣接する、請求項１に記載の方法。
3. 前記基準信号が複数の副搬送波によって変調される場合、前記複数の副搬送波は、互いに分離されている、請求項１に記載の方法。
4. 複数の基準信号に割り当てられている前記全体副搬送波の前記一部副搬送波は、前記基地局と前記ユーザ装置との間で事前に定義されている、請求項１に記載の方法。
5. 前記基地局が送信周波数帯域を分割して使用する場合、前記分割された周波数帯域ごとに複数の基準信号が別々に挿入される、請求項１に記載の方法。
6. ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）またはＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式無線通信システムにおける、基地局とユーザ装置との間のユーザ装置による時間同期獲得方法であって、
   前記方法は、
   前記基地局から全体副搬送波の一部副搬送波によって変調された少なくとも１つの基準信号を、プリアンブルが割り当てられていない少なくとも１つのシンボル時間に連続して受信することと、
   前記少なくとも１つの基準信号から前記基地局との時間同期を獲得することと
   を含み、
   前記少なくとも１つの基準信号は、対応する基準信号を伝達するシンボルの位置情報を含み、前記位置情報は、対応するシンボルが転送フレーム上で何番目のシンボルに対応するかを示す情報としての、転送フレーム別の独立したシンボル時間情報であり、前記プリアンブルは、時間同期獲得のためのものであり、副搬送波全体によって変調されている、方法。
7. 前記少なくとも１つの基準信号に割り当てられている前記全体副搬送波の前記一部副搬送波は、前記基地局と前記ユーザ装置との間で事前に定義されている、請求項６に記載の方法。
8. 前記基地局が送信周波数帯域を分割して使用する場合、前記分割された周波数帯域ごとに前記基準信号が挿入される、請求項６に記載の方法。

Images