JP4864008B2 - マルチセル直交周波数分割多元接続システムにおけるキャリア割り当て方法 - Google Patents

Description

本発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術を用いた、無線ＬＡＮ、固定無線接続、移動体通信、地上デジタルテレビジョン放送等の、情報伝送システム及びそれに対応する通信方法の、マルチセル直交周波数分割多元接続システムにおけるキャリア割り当て方法に関する。

無線ネットワーク、マルチメディア技術及びインターネットの融合が進むにつれて、無線通信業務の種類や品質に対する要求が高まってきている。無線マルチメディア及び高速データ伝送への要求を満たすためには、新世代無線通信システムの開発が必要である。次世代無線システムにおいては、物理レイヤからネットワークレイヤに亘って、直交周波数分割多重等の新しい技術が広く取り入れられている。

ＯＦＤＭは、周波数領域においてチャネルを多数の直交サブチャネルに分けて、広帯域周波数選択性チャネル全体を相対的に平坦なサブチャネルに分けるとともに、各ＯＦＤＭシンボル間にガードインターバル（ＧＩ）としてサイクリック・プレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）を挿入することにより、シンボル間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference）を大幅に減少させることができる。ＯＦＤＭは、マルチパスに対する耐性が強い等の長所があるため、ｘＤＳＬ、ＤＶＢ、ＤＡＢやＷＬＡＮ、ＩＥＥＥ ８０２．１６等のシステムへの導入が円滑に行われている。現在では、第三世代移動体通信標準化プロジェクト（３ＧＰＰ）のＬｏｎｇ−Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）において、ＯＦＤＭ技術は下り（上り）伝送のキーテクノロジーとされている。

ＯＦＤＭ技術を移動体通信システムに用いるためには、マルチユーザ端末接続をサポートする必要がある。時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：Frequency Division Multiple Access）、コード分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）等の、既存の多元接続方式は、いずれもＯＦＤＭシステムに用いることが可能である。

ＯＦＤＭ−ＴＤＭＡシステムにおいては、それぞれのユーザの端末装置（以下、「ユーザ端末」という）は異なるタイムスロットを占有し、各タイムスロット内では全ての周波数が同一のユーザ端末に割り当てられる。ＴＤＭＡの長所は異なるデータレートでタイムスロットを動的に割り当てられる点である。欧州無線ＬＡＮ規格ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２の媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）プロトコルはＴＤＭＡを採用している。ＯＦＤＭ−ＦＤＭＡは、それぞれのＯＦＤＭシンボル内で各ユーザ端末に対して全キャリアの一部分のキャリアを割り当てるものであり、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）とも称される。その長所は、送信側がチャネル状況に関する情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を取得済の場合には、各ユーザ端末に対してキャリアを動的に割り当てることができるという点である。

ＯＦＤＭＡとＴＤＭＡとを組み合わせたハイブリッドマルチアクセス技術であるＯＦＤＭＡ−ＴＤＭＡは、両者の長所を兼ね備えており、各タイムスロット内で異なるユーザ端末にキャリアを動的に割り当てて、きめ細かくかつ柔軟な時間周波数リソースの割り当てを提供できるとともに、マルチユーザ端末ダイバーシチゲインを取得することが可能である。当該技術はすでに、広帯域無線接続ＩＥＥＥ ８０２．１６標準やＦｌａｓｈ−ＯＦ
ＤＭに基づいたＩＥＥＥ ８０２．２０標準のような、ＯＦＤＭに基づいた新しい無線通信システムに応用されている。ＯＦＤＭＡ−ＴＤＭＡは３ＧＰＰ ＬＴＥのいくつかの提案においても、基本的な伝送方式とされている（例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３など参照）。

ＬＴＥの提案においては、上りＯＦＤＭＡ−ＴＤＭＡには二種類の伝送方法がある。図１Ａ及び図１Ｂにそれぞれ分散型ＦＤＭＡと局部化ＦＤＭＡの例を示す。

１つの伝送方法は、周波数ダイバーシチのＯＦＤＭＡであって、各タイムスロットで、ユーザ端末に割り当てるキャリアをＯＦＤＭシンボルの全ての周波数領域のキャリアに分散させることを特徴とし、分散型ＦＤＭＡ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦＤＭＡ）とも称される。この分散型ＦＤＭＡでは、例えば、図１Ａに示すように、キャリアＡ、Ｅ、Ｉ、Ｍをユーザ１のユーザ端末に、キャリアＢ、Ｆ、Ｊ、Ｎをユーザ２のユーザ端末にというように、順次割り当てを行う。

他の伝送方法は、周波数領域スケジューリングのＯＦＤＭＡ−ＴＤＭＡであって、スケジューリングアルゴリズムを用いてＯＦＤＭシンボルにおける全キャリアの、連続している一部分のキャリアをユーザ端末に割り当てることを特徴とし、局部化ＦＤＭＡ（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ＦＤＭＡ）とも称される。この局部化ＦＤＭＡでは、例えば、図１Ｂに示すように、キャリアＡ〜Ｄをユーザ１のユーザ端末に、キャリアＥ〜Ｈをユーザ２のユーザ端末にというように、順次割り当てを行う。このようなユーザ端末毎に割り当てられる複数のキャリアの集まりをキャリアブロック（ｃｈｕｎｋ）という。

分散型ＦＤＭＡは、すでにＩＥＥＥ ８０２．１６標準に応用されている。局部化ＦＤＭＡシステムは、スペクトル効率が高いという長所があり、また周波数領域ＯＦＤＭキャリアスケジューリングによってセル間干渉を抑制することができるため、多重要素が１つであるマルチセルシステムの周波数多重をサポート、即ちネットワーク内の全てのセルで同一の周波数を使用することができる。
3GPP R1-050390, ZTE, EUTRA Uplink Multiple Access for Downlink and Uplink, RAN1 41bis 3GPP R1-050590, NTT DoCoMo, Physical channels and multiplexing in evolved UTRA downlink, RAN1 Ad Hoc on LTE 3GPP R1-050591, NTT DoCoMo, Physical channels and multiplexing in evolved UTRA uplink, RAN1 Ad Hoc on LTE

ところで、ユーザ端末がＯＦＤＭＡシステムに接続する場合には、基地局装置は、いかにして信号干渉雑音比ＳＩＮＲが最大等の一定の基準を満たした数キャリアにより構成されたキャリアブロック（Ｃｈｕｎｃｋ）を各ユーザ端末に割り当て、かつ各ユーザ端末の業務サービス品質に対する要求を満たすかという点が重要となる。

現在この種のシステムに関する研究は少なく、特に、マルチセル環境にＯＦＤＭＡシステムを用いるマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、ユーザ端末に対していかにスケジューリングを行って一定の基準を満たしたキャリアブロックを割り当てるかという点が実用化の鍵となっている。

すなわち、マルチセルＯＦＤＭＡシステムにおいてＯＦＤＭ通信を行う際には、基地局装置は、まずタイミング同期に用いるパイロットシンボルを送信し、その後に、パイロットキャリア上に分散的にマッピングされた、チャネル推定に用いるパイロットシンボルを
送信する。

ここで、基地局装置がユーザ端末に対して一定の基準を満たしたキャリアブロックの割り当てを行う場合の条件は、ユーザ端末に対して割り当てようとしているキャリアブロックのチャネルゲインが既知であることである。

しかしながら、基地局装置は、ユーザ端末が最初にチャネルに接続する際にはチャネル推定値は未知であり、ユーザ端末に割り当てるキャリアブロックのチャネルゲインを知ることができないため、一定の基準を満たしたキャリアブロックをユーザ端末に割り当てることができない。

従って、この種の従来のマルチセルＯＦＤＭＡシステムにおけるキャリア割り当て方法では、基地局装置がユーザ端末に割り当てたキャリアブロック内にフェージングが落ち込んでいるキャリアが存在している可能性がある。

このため、従来のマルチセル直交ＯＦＤＭシステムにおけるキャリア割り当て方法では、基地局装置から割り当てたキャリアブロック内のチャネルゲインが低いキャリアにより伝送されたデータをユーザ端末が取得できなくなって、システム容量及びビットエラーレート性能が低下してしまうという欠点がある。

本発明の目的は、基地局装置が端末装置に対して一定の基準を満たしたキャリアブロックを簡便な方法により割り当てて、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させることができるマルチセル直交周波数分割多元接続システムにおけるキャリア割り当て方法を提供することである。

本発明のキャリア割り当て方法は、基地局装置が、隣接するセクタに対して互いに直交するキャリアブロックを割り当てると共に端末装置に空きキャリアブロック情報を通知するステップと、端末装置が前記空きキャリアを用いて既知シンボルを前記基地局装置に送信するステップと、前記基地局装置が、前記既知シンボルを受信し、前記既知シンボルを用いて、前記各空きキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定するステップと、前記基地局装置が、各空きキャリアブロック間のチャネルゲインを比較し、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、前記端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てるステップと、前記基地局装置が、前記移動端末装置に割り当てた前記キャリアブロック内で各キャリアのチャネルゲインを比較して、前記チャネルゲインが閾値よりも低いキャリアを選択し、このキャリアではデータを伝送しないようにするステップと、を具備する。

また、本発明の基地局装置は、端末装置に空きキャリアブロック情報を通知する通知部と、前記端末装置によって前記空きキャリアブロックに配置され送信された既知シンボルを用いて、各空きキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定する平均チャネルゲイン推定部と、各空きキャリアブロック間の平均チャネルゲインを比較し、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、前記端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てるキャリアブロック割り当て部と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てることができるので、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、ここで述べる実施の形態は本発明の技術範囲を制限するものではない。また、説明における各種の数値は、本発明の技術範囲を制限するものではなく、当業者は必要性に応じてこれらの数値を適宜変更することが可能である。

最初に、図２を参照して、本発明のマルチセルＯＦＤＭＡシステムの通信方法の原理について説明する。

マルチセルＯＦＤＭＡシステムにおいては、ユーザ端末がある基地局装置のセルエッジに位置している場合、隣接する他の基地局装置のセルのユーザ端末の信号により干渉を受けることが多い。そこで、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、隣接するセクタのキャリアが直交するという考えに基づいて干渉を回避する方法を採っている。

まず、基地局装置は、１つのセルを数セクタに区分し、隣接するセルのセクタとの間で異なるキャリアを割り当てる。そして、基地局装置は、ユーザ端末が属するセル及び当該ユーザ端末に対する干渉が最強であるセルを記録し、ユーザ端末が属するセクタ及び隣接するセルのセクタに、直交するキャリアを割り当てる。このように、基地局装置は、隣接するセクタのセルの基地局装置と連携して処理を行って送信信号を直交させることにより、セルエッジに位置するユーザ端末が隣接するセルのユーザ端末の信号の干渉を受けないように、セル間干渉を回避する。

これにより、基地局装置は、キャリアのチャネル干渉雑音比（ＳＩＮＲ＝（チャネルゲイン×信号電力）／（雑音電力＋干渉電力））に基づくキャリアスケジューリングを、キャリアのチャネル雑音比（ＳＮＲ＝（チャネルゲイン×信号電力）／（雑音電力））に基づくキャリア選択に転化することが可能となる。さらに、基地局装置は、各キャリア間雑音電力の変化（差）が小さいという特徴を考慮して、キャリアブロックスケジューリングの際に、キャリアのチャネルゲインに基づいてチャネル推定してキャリア選択を一段と簡略化する。

次いで、基地局装置は、キャリアブロック中のフェージングが落ち込んでいるキャリアにはデータを乗せない（ゼロデータをマッピングする）ようにしてデータの電送を開始する。本発明はこれらの操作により、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させ
るという目的を達成でき、なおかつ簡便に実現可能であるという長所も備えている。

図３に、マルチセルＯＦＤＭＡシステムの構成を示す。このマルチセルＯＦＤＭＡシステムは、各基地局装置ＢＳのセルが六角形による蜂の巣のような形状を有し、各セルは周囲を他の６つのセルで囲まれている。各セルの基地局装置ＢＳは、１つのセルをカバーして当該セル内のユーザ端末Ｕと通信を行う。ここで、セル内の同周波数干渉を低下させるとともに容量を増やすためには、基地局装置ＢＳ側でセクタアンテナを設置して各セルを複数のセクタに区分すればよく、図３では各セルを３つに区分した場合を示している。

このマルチセルＯＦＤＭＡシステムで用いられる通信方式としては、下り回線（基地局装置ＢＳ側からユーザ端末Ｕ側へのデータ伝送）にはＯＦＤＭＡ−ＴＤＭＡ多元接続方式を採用し、上り回線（ユーザ端末Ｕ側から基地局装置ＢＳ側へのデータ伝送）には局部化ＦＤＭＡ伝送方式を採用している。

図４に、基地局装置ＢＳの構成を示す。この基地局装置ＢＳは、スケジューリング部４０１、符号化部４０２、インタリーブ４０３、変調部４０４、パイロット信号挿入部４０５、ＩＤＦＴ４０６、ＣＰ付加部４０７、ＲＦリンク部４０８、アンテナ４０９などで構成されている。なお、図４には、ユーザ端末Ｕに対してデータを送信する送信系の構成のみを示したが、基地局装置ＢＳは、ユーザ端末Ｕから送信されるデータを受信するための受信系を備えていることはいうまでもない。

基地局装置ＢＳのスケジューリング部４０１は、あるタイムスロットで接続したユーザ端末Ｕを特定し、このユーザ端末Ｕに他のユーザ端末とは異なるキャリアブロックを割り当てる。具体的には、スケジューリング部４０１は、特定したユーザ端末Ｕに送る入力ビットストリームに、キャリアブロックの割り当て情報を乗せて符号化部４０２に送出する。符号化部４０２は、ユーザ端末Ｕの入力ビットストリームを符号化し、これをインタリーブ４０３に出力する。インタリーブ４０３は、符号化された入力ビットストリームのデータ信号をインタリーブし、これを変調部４０４に出力する。変調部４０４は、インタリーブされたデータ信号を所定の方式で変調してパイロット信号挿入部４０５に出力する。パイロット信号挿入部４０５は、変調部４０４から入力されたデータシンボルにパイロット信号を挿入し、データ信号及びパイロット信号を、スケジューリング部４０１でユーザ端末Ｕに割り当てられたキャリアブロックの対応するキャリアにマッピングして、ＩＤＦＴ４０６に出力する。ＩＤＦＴ部４０６は、パイロット信号挿入部４０５から入力されたデータ信号及びパイロット信号をＩＤＦＴ変換し、これをＣＰ付加部４０７に出力する。ＣＰ付加部４０７は、入力されたデータ信号及びパイロット信号にサイクリック・プリフィックス（ＣＰ）を付加することによりベースバンド送信信号を形成し、これをＲＦリンク部４０８に送出する。ＲＦリンク部４０８は、受け取ったベースバンド信号を無線によって、アンテナ４０９を介して所定のチャネルで送信する。

図５に、ユーザ端末Ｕの構成を示す。このユーザ端末Ｕは、符号化部５０１、インタリーブ５０２、変調部５０３、パイロット信号挿入部５０４、ＤＦＴ拡散部５０５、マッピング部５０６、ＩＤＦＴ部５０７、ＣＰ付加部５０８、ＲＦリンク部５０９、アンテナ５１０などで構成されている。なお、図５には、基地局装置ＢＳに対してデータを送信する送信系の構成のみを示したが、は、ユーザ端末Ｕは、基地局装置ＢＳから送信されるデータを受信するための受信系を備えていることはいうまでもない。

ユーザ端末Ｕの符号化部５０１は、ユーザ端末Ｕの入力ビットストリームを符号化し、これをインタリーブ５０２に出力する。インタリーブ５０２は、符号化された入力ビットストリームのデータ信号をインタリーブし、これを変調部５０３に出力する。変調部５０３は、インタリーブされたデータ信号を所定の方式で変調してパイロット信号挿入部５０
４に出力する。パイロット信号挿入部５０４は、変調部５０３から入力されたデータシンボルにパイロット信号を挿入し、これをＤＦＴ拡散部５０５に出力する。ＤＦＴ拡散部５０５は、パイロット信号挿入部５０４によってパイロット信号が挿入されたデータシンボルブロックを拡散（線形予備符号化）し、これをマッピング部５０６に出力する。マッピング部５０６は、拡散後のデータ信号を基地局装置ＢＳにより割り当てられたキャリアブロックのキャリアにマッピングし、これをＩＤＦＴ部５０７に出力する。ＩＤＦＴ部５０７は、マッピング部５０６から入力されたデータシンボル及びパイロット信号をＩＤＦＴ変換し、これをＣＰ付加部５０８に出力する。ＣＰ付加部５０８は、入力されたデータシンボル及びパイロット信号にサイクリック・プリフィックス（ＣＰ）を付加することによりベースバンド送信信号を形成し、これをＲＦリンク５０９部に送出する。ＲＦリンク部５０９は、受け取ったベースバンド信号を無線によって、アンテナ５１０を介して所定のチャネルで送信する。

次に、図６を参照して、基地局装置ＢＳ＿ＡのセルＡと基地局装置ＢＳ＿ＢのセルＢとのセルエッジにおける各セルＡ，Ｂ間の干渉について説明する。マルチセルＯＦＤＭＡシステムにおける通信では、基地局装置ＢＳ＿ＡのセルＡ内のユーザ端末Ｕ＿Ａ１がセルエッジに位置している場合には、隣接する基地局装置ＢＳ＿ＢのセルＢのユーザ端末Ｕ＿Ｂ１の信号により干渉を受けることが多い。

例えば、セルＡとセルＢとのセルエッジ近傍に位置しているセルＡのユーザ端末Ｕ＿Ａ１が、キャリアｆ_１・・・ｆ_６４を用いて基地局装置ＢＳ＿Ａと通信し、セルＢのユーザ端末Ｕ＿Ｂ１が、キャリアｆ_１・・・ｆ_１２８を用いて基地局装置ＢＳ＿Ｂと通信している場合には、ユーザ端末Ｕ＿Ａ１とユーザ端末Ｕ＿Ｂ１との間で重複しているキャリアｆ_１・・・ｆ_６４に載せられているユーザ端末Ｕ＿Ｂ１の信号が、ユーザ端末Ｕ＿Ａ１の信号に重畳されて干渉を起こすことになる。この種の干渉は、ＣＤＭＡシステムと異なり、干渉する信号のタイプが同じであるためガウシアン分布のノイズとみなすことはできない。このため、各ユーザ端末側の受信信号からユーザ端末ごとに干渉を除去しようとすると、ユーザ端末の回路構成が複雑になってしまう。

このような干渉を回避する方法として、隣接するそれぞれセルに予め異なる周波数のキャリアを割り当てる方法がある。そこで、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、隣接するセルの各セクタに予め異なる周波数のキャリアを割り当てる方法を採用することが好ましい。

そこで、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、図３に示すように、ユーザ端末Ｕ＿Ａ１が位置するセルＡを、３つのセクタＡ１，Ａ２，Ａ３に区分し、各セクタＡ１，Ａ２，Ａ３に、予めキャリアブロックｆ_１〜６４、ｆ_{６５〜１２８}、・・・を割り当て、セクタＡ１のキャリアブロック群１が、キャリアブロックｆ_１〜６４・・・ｆ_{２５７〜３２０}、即ち｛ｆ_１〜６４・・・ｆ_{２５７〜３２０}｝∈Ｆ１を有し、セクタＡ２のキャリアブロック群Ｆ２が、キャリアブロックｆ_{３２１〜３８４}・・・ｆ_{７０５〜７６８}を有し、セクタＡ３のキャリアブロック群Ｆ３がキャリアブロックｆ_{７６９〜８３２}・・・ｆ_{９６１〜１０２４}を有するというように、各セクタＡ１，Ａ２，Ａ３が、それぞれ異なるキャリアブロック群を有するようにする。また、各セクタＡ１，Ａ２，Ａ３の間のキャリアは直交するようにする。そして、セクタＡ１内のユーザ端末Ｕ＿Ａ１が、隣接するセルＢのセクタＢ２、Ｂ３に接近した場合には、基地局装置ＢＳ＿Ｂは、キャリアブロック群Ｆ２、Ｆ３をセクタＢ２、Ｂ３にそれぞれ割り当てる。

このような隣接するセルＢの基地局装置ＢＳ＿Ｂの連携処理により、セルエッジのユーザ端末Ｕ＿Ａ１は、隣接するセルＢのユーザ端末Ｕ＿Ｂ１の信号の干渉を受けることを回避することができる。なお、この方法では、基地局装置ＢＳ＿ＡのセルＡに隣接するセル
Ｂの基地局装置ＢＳ＿Ｂが連携して動作することが必要である。このような基地局装置ＢＳ＿Ａ，ＢＳ＿Ｂの連携処理は、基地局装置ＢＳ＿Ａ，ＢＳ＿Ｂが共通の無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Controller ）等に有線により接続されることによって実現可能となっている。

このように、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、上述の方法により、各セルにキャリアブロック群が割り当てられている。また、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、システムのスペクトル効率が最高となるように、各セクタ内のユーザ端末Ｕへのキャリアブロックの割り当てが行われる。

図７に、各ユーザ端末に割り当てられた異なるキャリアブロックの一例を示す。ところで、ユーザ端末が局部化ＦＤＭＡシステムに接続する場合に鍵となる問題は、図７に示すように、伝送時間間隔ごとに、一定の基準（信号干渉雑音比ＳＩＮＲが最大等）以上の連続した数キャリアにより構成されたキャリアブロック（Ｃｈｕｎｃｋ）を、いかにして各ユーザ端末に割り当て、かつ各ユーザ端末の業務サービス品質に対する要求を満たすかという点である。

そこで、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、例えば図６に示したように、セルエッジに位置するユーザ端末Ｕ＿Ａ１が隣接するセルＢのユーザ端末Ｕ＿Ｂ１の信号の干渉を受けることを回避するため、図３に示したように、ユーザ端末Ｕ＿Ａ１の属するセルＡと隣接するセルＢの間、又はユーザ端末Ｕ＿Ａ１の属するセクタＡ１と隣接するセルＢの各セクタＢ２，Ｂ３の間に、直交するキャリアブロック群を割り当てて、互いに隣接するセル又はセクタの基地局装置ＢＳ＿Ａ，ＢＳ＿Ｂの連携処理によってそれぞれの送信信号を直交させて干渉を除去する。

これにより、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、図２で説明したように、キャリアのチャネル干渉雑音比ＳＩＮＲに基づいたキャリアスケジューリングを、キャリアのチャネル雑音比ＳＮＲに基づいたキャリア選択に転化することが可能になる。さらに、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムでは、各キャリア間の雑音電力の差が小さいという特徴を考慮して、キャリアスケジューリングの際に、キャリアのチャネルゲインに基づいてチャネル推定して、キャリア選択を一段と簡略化することが可能となる。

図８は、マルチパスの電力分布の例を示すグラフである。図８に示す計８つある各パスの電力は、指数関数減衰を示している。図８に示すように、各パスの電力を第１パスに正規化して得られる各パスの電力は、順に、［ｅｘｐ（０）、ｅｘｐ（−１）、ｅｘｐ（−２）、ｅｘｐ（−４）、ｅｘｐ（−５）、ｅｘｐ（−６）、ｅｘｐ（−７）］となる。

図９に、ユーザ端末Ｕに割り当てられるキャリアブロックのキャリアのチャネルゲインを示す。基地局装置ＢＳから送信されたタイミングシンボルが図８に示す各パスを介して伝播された後の、推定されるキャリアのチャネルゲインは、例えば図９に示すようになる。このように、ユーザ端末Ｕに割り当てられるキャリアブロックの各キャリアは、一般にゲインの変動が大きく、フェージングが落ち込んでいるキャリアは、データ伝送性能が低下している。

そこで、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムにおける基地局装置ＢＳは、図１０に示す方法により、ユーザ端末Ｕに対するキャリア割り当てを行う。

すなわち、図１０に示すように、まず、ユーザ端末Ｕは、マルチセルＯＦＤＭＡシステムに接続する際に、基地局装置ＢＳが送信したブロードキャスト情報を受信する（ステップＳ１０１）。そして、ユーザ端末Ｕは、受信したブロードキャスト情報に基づいて、基
地局装置ＢＳに空きキャリアブロックが存在するか否か判断する（ステップＳ１０２）。ここで、基地局装置ＢＳに空きキャリアブロックが存在しない場合は、接続失敗であるため、処理を終了する。

ステップＳ１０２において、ユーザ端末Ｕが基地局装置ＳＢに空きキャリアブロックが存在すると判断した場合には、マルチセルＯＦＤＭＡシステムに接続する準備として、ユーザ端末Ｕは、同期に用いるタイミングシンボル及びパイロットシンボルを、空きキャリアを用いて基地局装置ＢＳに送信する（ステップＳ１０３）。

基地局装置ＢＳは、ユーザ端末Ｕから送信されるパイロット信号を受信すると、当該パイロット信号を用いて、空きキャリアによって構成されるキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定する（ステップＳ１０４）。

次いで、基地局装置ＢＳは、推定した平均チャネルゲインにより、各キャリアブロックのチャネルゲインの大きさを比較し、チャネルゲインが大きいキャリアブロックをユーザ端末Ｕに割り当てる（ステップＳ１０５）。

また、基地局装置ＢＳは、ユーザ端末Ｕに割り当てたキャリアブロック内で各キャリアのチャネルゲインを比較して、チャネルゲインがある閾値よりも低いキャリアを選択し、このチャネルゲインがある閾値よりも低いキャリアではデータを伝送しないようにする（ステップＳ１０６）。

そして、基地局装置ＢＳは、上述のようにして、ユーザ端末Ｕへのキャリアの割り当てを終了すると、キャリアブロックのうちのチャネルゲインがある閾値以上のキャリアチャネルによりデータの伝送を開始する（ステップＳ１０７）。

例えば、キャリア割り当てのターゲットとなるユーザ端末Ｕが、図３のセクタＡ１内に位置し、基地局装置ＢＳがユーザ端末Ｕに対してキャリアｆ_１〜ｆ_６４が割り当て可能であるとする。基地局装置ＢＳは、キャリアｆ_１〜ｆ_６４中の所定数のキャリアにより構成される１つ又は複数のキャリアブロックをいかにしてユーザ端末Ｕに割り当てるかという過程において、図１０に示したキャリア割り当て方法を用いる。そして、基地局装置ＢＳは、ユーザ端末Ｕに割り当てられたキャリアブロックのうち、チャネルゲインが前記閾値より低いキャリアによるデータを伝送しないようにしている。

すなわち、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムにおけるキャリア割り当て方法は、基地局装置ＢＳが、隣接するセクタに対して互いに直交するキャリアブロックを割り当てると共にユーザ端末Ｕに空きキャリアブロック情報を通知するステップと、ユーザ端末Ｕが前記空きキャリアを用いて既知シンボルを基地局装置ＢＳに送信するステップと、基地局装置ＢＳが、前記既知シンボルを受信し、前記既知シンボルを用いて、前記各空きキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定するステップと、基地局装置ＢＳが、各空きキャリアブロック間のチャネルゲインを比較し、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、ユーザ端末Ｕが使用するキャリアブロックとして割り当てるステップと、基地局装置ＢＳが、ユーザ端末に割り当てた前記キャリアブロック内で各キャリアのチャネルゲインを比較して、前記チャネルゲインが閾値よりも低いキャリアを選択し、このキャリアではデータを伝送しないようにするステップと、を具備している。

また、基地局装置ＢＳは、ユーザ端末Ｕに空きキャリアブロック情報を通知する通知部と、ユーザ端末Ｕによって前記空きキャリアブロックに配置され送信された既知シンボルを用いて、各空きキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定する平均チャネルゲイン推定部と、各空きキャリアブロック間の平均チャネルゲインを比較し、前記平均チャネル
ゲインが大きいキャリアブロックを優先して、ユーザ端末Ｕが使用するキャリアブロックとして割り当てるキャリアブロック割り当て部と、を具備している。

なお、図１０では、基地局装置ＢＳがユーザ端末Ｕにキャリアを割り当てる過程を示したが、例えば、時分割多重（ＴＤＤ：Time Division Duplex）動作モードでは、動作周波数は同一であって、上下方向のチャネル特性は相反性を有するため、基地局装置ＢＳ側のユーザ端末Ｕへのキャリア割り当てと、ユーザ端末Ｕ側の基地局装置ＢＳへのキャリア割り当ては等価である。

また、周波数分割多重（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）動作モードでは、上下方向の特動作周波数は異なり、チャネル特性も異なるため、基地局装置ＢＳ側とユーザ端末Ｕ側とで個別にキャリアを割り当てる必要がある。実際には、このような基地局装置ＢＳ側とユーザ端末Ｕ側とで個別にキャリアを割り当てる操作は複雑であるため、上下のトラフィックの多寡に基づいて基地局装置ＢＳ側とユーザ端末Ｕ側とのいずれの側でキャリアの割り当てを行うかを決定すればよく、例えば主にユーザ端末Ｕが基地局装置ＢＳからデータをダウンロードする場合には、基地局装置ＢＳ側でキャリアの割り当てを行えばよく、これにより下り回線の伝送品質を向上させることが可能となる。

ところで、基地局装置ＢＳは、前述したように、ＯＦＤＭ通信を行う際に、まずタイミング同期パイロットシンボルを送信し、その後に、パイロットキャリア上に分散的にマッピングされた、チャネル推定に用いるパイロットシンボルを送信する。キャリア割り当てを行う場合の条件は、チャネルゲインが既知であることであるが、ユーザ端末Ｕが最初にチャネルに接続する際にはチャネル推定値は未知であるため、ユーザ端末Ｕにキャリアブロックを割り当てることができない。

そこで、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムにおける基地局装置ＢＳでは、最初に、ユーザ端末Ｕから受信したタイミングシンボルを直接用いて、最小平均二乗誤差法によりチャネルゲインを推定する。例えば、送信周波数領域タイミング信号をＸ_Ｐ（ｎ）とすると、周波数領域受信タイミング信号は、Ｙ_Ｐ＝Ｘ_ＰＨ_Ｐ＋Ｗとなり、最小二乗（ＬＳ）を用いてチャネルゲインを推定する。つまり、以下の式（１）で示す推定誤差のユークリッド距離が最小になるようにする。

この式（１）を展開した後に偏導を求めると、以下の式（２）が求められる。

但し、式（２）の“Ｈ”は、行列の共役置換を表す。この式（２）から、以下の式（３）で示す推定チャネルゲインが得られる。

図１１に、キャリアのチャネルゲインに基づいてキャリアの選択を行った後のシステムビットエラーレート（ＢＥＲ:Bit Error Rate）性能を示す。図１１に示すシミュレーションパラメータは、それぞれＢＰＳＫ（Binariphase Phase Shift Keying）変調、未符号化；８パスチャネル、各パスのチャネル電力は指数関数減衰を示し（図８参照）、１つのキャリアブロック（６４本のキャリア）をユーザ端末Ｕに割り当て、選択した“ゼロ”キャリアの数は１２である。

図１１に示すように、上述したキャリア割り当て方法により、フェージングが落ち込んでいるキャリアではデータを送信しないようにすることにより、対ＢＥＲ性能を改善できることが理解される。この場合、これらのフェージングが落ち込んでいるキャリアは使用されずに周波数を消費するが、これを問題にしなければ、キャリアブロックの平均チャネルゲインは向上しているので、このマルチセルＯＦＤＭＡシステムにおける基地局装置ＢＳでは、より高次の変調方式を用いて伝送レートやスペクトル効率を向上させることが可能となる。

本発明に係るマルチセル直交周波数分割多元接続システムにおけるキャリア割り当て方法の１つの態様は、基地局装置が、隣接するセクタに対して互いに直交するキャリアブロックを割り当てると共に端末装置に空きキャリアブロック情報を通知するステップと、端末装置が前記空きキャリアを用いて既知シンボルを前記基地局装置に送信するステップと、前記基地局装置が、前記既知シンボルを受信し、前記既知シンボルを用いて、前記各空きキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定するステップと、前記基地局装置が、各空きキャリアブロック間のチャネルゲインを比較し、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、前記端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てるステップと、前記基地局装置が、前記移動端末装置に割り当てた前記キャリアブロック内で各キャリアのチャネルゲインを比較して、前記チャネルゲインが閾値よりも低いキャリアを選択し、このキャリアではデータを伝送しないようにするステップと、を具備する構成を採る。

この構成によれば、前記基地局装置が、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、前記端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当て、前記移動端末装置に割り当てた前記チャネルゲインが閾値よりも低いキャリアではデータを伝送しないようにしているので、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させることができる。

本発明に係るキャリア割り当て方法の１つの態様は、前記端末装置への前記キャリアブロックの割り当て終了後、前記チャネルゲインが前記閾値よりも低いキャリア以外のキャリアチャネルで前記基地局装置がデータの伝送を開始するステップ、をさらに具備する構成を採る。

この構成によれば、前記基地局装置は、前記チャネルゲインが前記閾値よりも低いキャリア以外のキャリアチャネルでデータの伝送を開始するので、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させることができる。

本発明に係るキャリア割り当て方法の１つの態様は、前記端末装置のマルチセル直交周波数分割多元接続システムへの接続が一回目である場合には、前記既知シンボルとしてタイミングシンボルを使用して前記チャネルゲインを推定し、前記端末装置の前記マルチセル直交周波数分割多元接続システムへの接続が一回目以外の場合には、前記既知シンボルとしてパイロットシンボルを使用して前記チャネルゲインを推定する、構成を採る。

端末装置が最初にチャネルに接続する際にはチャネル推定値は未知であるため、チャネルゲインが既知でないと端末装置にキャリアブロックを割り当てることができない。この構成によれば、接続が一回目である場合には、前記既知シンボルとしてタイミングシンボルを使用して前記チャネルゲインを推定しているので、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させることができるキャリアブロックを端末装置に割り当てることができる。

本発明に係るキャリア割り当て方法の１つの態様は、最小平均二乗誤差法を用いて前記チャネルゲインを推定する、構成を採る。

この構成によれば、前記チャネルゲインを、最小平均二乗誤差法を用いて推定することができる。

本発明に係るキャリア割り当て方法の１つの態様は、前記閾値は、前記平均チャネルゲインの半値である、構成を採る。

この構成によれば、前記平均チャネルゲインの半値よりもチャネルゲインが低いキャリアによりデータを伝送しないようにすることができる。

本発明に係るキャリア割り当て方法の１つの態様は、前記マルチセル直交周波数分割多元接続システムは、マルチセル・局部化周波数分割多元接続システムである、構成を採る。

この構成によれば、局部化ＦＤＭＡの伝送方式を用いているので、スケジューリングアルゴリズムを用いてＯＦＤＭシンボルにおける全キャリアの、連続している一部分のキャリアをユーザ端末に割り当てることができる。

本発明に係るキャリア割り当て方法の１つの態様は、前記マルチセル直交周波数分割多元接続システムは、マルチセル・分散型周波数分割多元接続システムである、構成を採る。

この構成によれば、分散型ＦＤＭＡの伝送方式を用いているので、各タイムスロットで、ユーザ端末に割り当てるキャリアをＯＦＤＭシンボルの全ての周波数領域のキャリアに分散させることができる。

本発明に係るキャリア割り当て方法の１つの態様は、前記マルチセル直交周波数分割多元接続システムは、周波数分割多重方式の動作モードで動作し、上下方向の回線のトラフィックに基づいて何れの方式がキャリアの割り当てを行うかを決定し、前記端末装置が前記基地局装置からデータをダウンロードする場合には前記基地局装置でキャリアの割り当てを行い、前記端末装置が前記基地局装置に対してデータをアップロードする場合には前記端末装置でキャリアの割り当てを行う、構成を採る。

この構成によれば、上下のトラフィックの多寡に基づいて前記基地局装置と前記端末装
置とのいずれの側でキャリアの割り当てを行うかを決定できるので、下り回線の伝送品質を向上させることが可能となる。

本発明に係るキャリア割り当て方法の１つの態様は、前記マルチセル直交周波数分割多元接続システムは、時分割多重方式の動作モードで動作し，前記基地局装置又は前記端末装置によりキャリアの割り当てを行う、構成を採る。

この構成によれば、時分割多重方式の動作モードで動作するので、動作周波数は同一であって、上下方向のチャネル特性は相反性を有するため、基地局装置側の端末装置へのキャリア割り当てと、端末装置側の基地局装置へのキャリア割り当てが等価となり、キャリアの割り当てを簡易に行うことができる。

本発明に係る基地局装置の１つの態様は、端末装置に空きキャリアブロック情報を通知する通知部と、前記端末装置によって前記空きキャリアブロックに配置され送信された既知シンボルを用いて、各空きキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定する平均チャネルゲイン推定部と、各空きキャリアブロック間の平均チャネルゲインを比較し、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、前記端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てるキャリアブロック割り当て部と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、前記端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てることができる。

本発明に係る基地局装置の１つの態様は、前記端末装置に割り当てたキャリアブロック内の各キャリアのうち、所定の閾値よりも低いキャリアを検出するキャリア検出部を、さらに具備し、前記所定の閾値よりも低いキャリアからはデータを伝送しない、構成を採る。

この構成によれば、前記移動端末装置に割り当てた前記チャネルゲインが閾値よりも低いキャリアではデータを伝送しないようにしているので、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させることができる。

本発明に係る基地局装置の１つの態様は、通信確立前に、前記通知部、前記平均チャネルゲイン推定部、前記キャリアブロック割り当て部による処理を行い、通信確立後に、所定の閾値以上のキャリアからデータを伝送する、構成を採る。

この構成によれば、前記チャネルゲインが前記閾値よりも低いキャリア以外のキャリアチャネルでデータの伝送を開始するので、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させることができる。

２００５年１１月１７日の中国出願第２００５１０１２５４６２．７に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明に係るマルチセル直交周波数分割多元接続システムにおけるキャリア割り当て方法は、平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てて、システム容量及びビットエラーレート性能を向上させることができるので、直交周波数分割多重技術を用いた、無線ＬＡＮ、固定無線接続、移動体通信、地上デジタルテレビジョン放送等の、情報伝送システム及びそれに対応する通信方法の、マルチセル直交周波数分割多元接続システムにおけるキャリア割り当て方法として有用である。

図１Ａは上りＯＦＤＭＡ−ＴＤＭＡの伝送方法の分散式ＦＤＭＡの例を示す図、図１Ｂは上りＯＦＤＭＡ−ＴＤＭＡの伝送方法の局部化ＦＤＭＡの例を示す図 本発明のマルチセルＯＦＤＭＡシステムの通信方法の原理を説明するための図 マルチセルＯＦＤＭＡシステムの構成を示す概略構成図 本発明の一実施の形態に係る基地局装置の構成を示すブロック図 上り方向のユーザ端末の構成を示すブロック図 マルチセルＯＦＤＭＡシステムにおける基地局装置のセルエッジにおける干渉を説明するための図 ユーザ端末に割り当てるキャリアブロックの一例を示す図 マルチパスの電力分布を示すグラフ ユーザ端末に割り当てられるキャリアブロックのキャリアのチャネルゲインを示すグラフ 本発明の一実施の形態に係るキャリア割り当て方法を説明するためのフロー図 本発明の一実施の形態に係るキャリア割り当て方法におけるビットエラーレート性能を示すグラフ

Claims (10)

1. 基地局装置が、隣接するセクタに対して互いに直交するキャリアブロックを割り当てると共に端末装置に空きキャリアブロック情報を通知するステップと、
   端末装置が前記空きキャリアを用いて既知シンボルを前記基地局装置に送信するステップと、
   前記基地局装置が、前記既知シンボルを受信し、前記既知シンボルを用いて、前記各空きキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定するステップと、
   前記基地局装置が、各空きキャリアブロック間のチャネルゲインを比較し、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、前記端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てるステップと、
   前記基地局装置が、前記移動端末装置に割り当てた前記キャリアブロック内で各キャリアのチャネルゲインを比較して、前記チャネルゲインが閾値よりも低いキャリアを選択し、このキャリアではデータを伝送しないようにするステップと、
   を具備するマルチセル直交周波数分割多元接続システムにおけるキャリア割り当て方法。
2. 前記端末装置への前記キャリアブロックの割り当て終了後、前記チャネルゲインが前記閾値よりも低いキャリア以外のキャリアチャネルで前記基地局装置がデータの伝送を開始するステップ、
   をさらに具備する請求項１に記載のキャリア割り当て方法。
3. 前記端末装置のマルチセル直交周波数分割多元接続システムへの接続が一回目である場合には、前記既知シンボルとしてタイミングシンボルを使用して前記チャネルゲインを推定し、前記端末装置の前記マルチセル直交周波数分割多元接続システムへの接続が一回目以外の場合には、前記既知シンボルとしてパイロットシンボルを使用して前記チャネルゲインを推定する、請求項１に記載のキャリア割り当て方法。
4. 最小平均二乗誤差法を用いて前記チャネルゲインを推定する、
   請求項１に記載のキャリア割り当て方法。
5. 前記閾値は、前記平均チャネルゲインの半値である、
   請求項１に記載のキャリア割り当て方法。
6. 前記マルチセル直交周波数分割多元接続システムは、マルチセル・局部化周波数分割多元接続システムである、
   請求項１に記載のキャリア割り当て方法。
7. 前記マルチセル直交周波数分割多元接続システムは、マルチセル・分散型周波数分割多元接続システムである、
   請求項１に記載のキャリア割り当て方法。
8. 端末装置に空きキャリアブロック情報を通知する通知部と、
   前記端末装置によって前記空きキャリアブロックに配置され送信された既知シンボルを用いて、各空きキャリアブロックの平均チャネルゲインを推定する平均チャネルゲイン推定部と、
   各空きキャリアブロック間の平均チャネルゲインを比較し、前記平均チャネルゲインが大きいキャリアブロックを優先して、前記端末装置が使用するキャリアブロックとして割り当てるキャリアブロック割り当て部と、
   を具備する基地局装置。
9. 前記端末装置に割り当てたキャリアブロック内の各キャリアのうち、所定の閾値よりも低いキャリアを検出するキャリア検出部を、さらに具備し、前記所定の閾値よりも低いキャリアからはデータを伝送しない、
   請求項８に記載の基地局装置。
10. 通信確立前に、前記通知部、前記平均チャネルゲイン推定部、前記キャリアブロック割り当て部による処理を行い、
    通信確立後に、所定の閾値以上のキャリアからデータを伝送する、
    請求項９に記載の基地局装置。

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