JP5081614B2 - 無線基地局、移動局、無線通信システム、及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線基地局、移動局、無線通信システム、及び無線通信方法に関するものである。

従来から、キャリア信号を複数の直交するサブキャリアに分割することによって無線基地局と移動局との間での多元接続を実現するＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を用いた移動通信システムが知られている。この通信方式の詳細については下記非特許文献１に記載されている。ＯＦＤＭＡを用いた移動通信システムにおけるチャネル割当方式としては、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示す２つの方式が挙げられる。図１５（ａ）に示す方式では、１つの無線基地局の各セクタＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３に同じ周波数帯のサブキャリアが割り当てられ、図１５（ｂ）に示す方式では、周波数帯が論理的に３つのセグメントに分割され、分割されたそれぞれのセグメントに属するサブキャリアが、隣接するそれぞれのセクタＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３に割り当てられる。

また、１つ無線基地局に対応するセルＣ_１を外側領域Ａ_１と内側領域Ａ_２とに分割し、他のセルとの干渉の少ない内側領域Ａ_２には伝送可能な全てのサブキャリアを割り当て、他のセルとの干渉の大きい外側領域Ａ_１には、セグメント分割した一部のサブキャリアを割り当てるチャネル割当方式が開示されている（下記特許文献１及び図１６参照）。
特開２００５−８０２８６号公報 "IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: AirInterface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment 2:Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and MobileOperation in Licensed Bands and Corrigendum 1"，IEEE Std， February 2006

上記方式のうち、各セクタに同じ周波数帯のサブキャリアが割り当てる方式では、伝送可能な全帯域を使用するのでスループットの向上を図ることができる反面、隣接セルとの干渉が大きく、セルの境界での通信品質が劣化する傾向にある。一方、周波数帯をセグメント分割する方式では、隣接セルとの干渉が小さいという利点があるが、スループットが低下する傾向にある。特に、IEEE802.16eに準拠したＯＦＤＭＡを使用する場合は、無線フレーム内の制御信号であるDL-MAP、UL-MAPのデータ長が移動局のユーザ数に比例して増加するため、ユーザ数が増加するに従いスループットの低下の問題が顕著になる。

また、上記特許文献１に記載の割当方式は、内側領域では全ての周波数帯を割り当てることによってスループットの低下を防ごうとするものであるが、無線フレーム内のユーザデータ部をセルの外側領域と内側領域とで時間的に２分割する必要があるため、スループットの改善量がそれほど大きくない。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、セル間干渉の低減及び最大スループットの向上を実現して、周波数空間の利用効率の向上を図ることが可能な無線基地局、移動局、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の無線基地局は、直交周波数分割多元接続によって複数の移動局との間で無線信号を送信する無線基地局において、時分割多重されたユーザデータを生成する多重化手段と、周波数軸上で分散された複数のサブキャリアから複数組のサブキャリアを選択して、該複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームを構成し、無線フレーム内にユーザデータと無線フレーム内におけるユーザデータの設定に関する制御データとを時分割多重して設定するチャネル割当制御手段と、無線フレームを含む無線信号を送信する送信手段とを備え、チャネル割当制御手段は、無線フレームにおける全てのサブチャネルを無線信号の送信先セクタ毎の領域に分割し、分割された該当領域に制御データを格納し、且つユーザデータを無線フレーム内の全てのサブチャネル上に格納するように構成されている。

或いは、本発明の無線通信方法は、無線基地局が直交周波数分割多元接続によって複数の移動局との間で無線信号を送信する無線通信方法において、多重化手段が、時分割多重されたユーザデータを生成する多重化ステップと、チャネル割当制御手段が、周波数軸上で分散された複数のサブキャリアから複数組のサブキャリアを選択して、該複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームを構成し、無線フレーム内にユーザデータと無線フレーム内におけるユーザデータの設定に関する制御データとを時分割多重して設定するチャネル割当制御ステップと、送信手段が、無線フレームを含む無線信号を送信する送信ステップとを備え、チャネル割当制御ステップでは、無線フレームにおける全てのサブチャネルを無線信号の送信先セクタ毎の領域に分割し、分割された該当領域に制御データを格納し、且つユーザデータを無線フレーム内の全てのサブチャネル上に格納する。

このような無線基地局及び無線通信方法によれば、複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームが構成され、その無線フレーム内にユーザデータとそのユーザデータの無線フレーム内における設定に関する制御データとが時分割多重により設定され、その無線フレームを含む無線信号が移動局に向けて送信される。その際、無線フレーム内のサブチャネルが送信先セクタ毎の領域に分割され、制御データはその分割された該当領域に格納され、ユーザデータは全てのサブチャネル上に格納されるので、セル間の干渉に起因する移動局側での制御データの欠落を防止してユーザデータに関する受信品質を確保すると同時に、ユーザデータ送信時のスループットを向上させることができる。

チャネル割当制御手段は、無線フレーム中に制御データの格納先の領域を特定する第１の格納先情報を設定すると共に、制御データ中に無線フレームにおけるユーザデータの格納開始位置を示す第２のアドレス情報、及びユーザデータが全てのサブチャネル上に格納されていることを示す格納種別情報とを設定することが好ましい。かかるチャネル割当制御手段を備えれば、無線基地局が移動局に対して、第１の格納先情報によって無線フレーム内の分割領域における制御データの格納先を通知し、第２のアドレス情報及び格納種別情報によってユーザデータの格納開始位置及び格納範囲を通知することができる。これにより、移動局側で無線チャネル内の異なるサブチャネルの範囲から制御データとユーザデータとを確実に取り出すことができる。

また、チャネル割当制御手段は、移動局から送信されるネットワーク接続のための要求信号を受信し、該要求信号の無線フレーム内に設定されたデータが、サブチャネルの分割された領域に設定されている場合は、移動局向けの無線信号においてサブチャネルの分割された該当領域にユーザデータを格納し、データが無線フレーム内の全てのサブチャネル上に設定されている場合は、移動局向けの無線信号の無線フレーム内の全てのサブチャネル上にユーザデータを格納する、ことも好ましい。かかる構成を採れば、移動局から受信される要求信号におけるデータ格納領域を判断して、そのデータ格納領域に応じてユーザデータを全てのサブチャネルに設定するか、又は分割されたサブチャネルの領域に設定するかを判断することができる。これにより、移動局側の機能に適応しながら、ユーザデータに関する受信品質の確保、及びスループットの向上を実現することができる。

さらに、チャネル割当制御手段は、無線フレームにおける複数組のサブキャリアで構成されるサブチャネルを生成する過程において、無線品質を推定するためのパイロット信号を送信するためのサブキャリアを、送信先セクタ毎に異なる配置となるように設定し、送信手段は、パイロット信号が設定された無線フレームを含む無線信号を送信する、ことも好ましい。こうすれば、ユーザデータが送信先セクタに関係なく全てのサブチャネル上に格納されて送信されても、パイロット信号送信用サブキャリアは無線フレーム内の送信先セクタ毎に異なる配置で送信されるので、隣接する送信先セクタ間のパイロット信号の干渉を防止することができる。その結果、ユーザデータ送信時のスループットの向上を図ることができると同時に、ユーザデータの受信側における通信品質の推定精度を向上させることができる。

またさらに、チャネル割当制御手段は、予め割り振られたセル識別情報を元に複数のサブキャリアからの選択順序を決定することによってサブチャネルを選択するとともに、無線品質を推定するためのパイロット信号を送信するためのサブキャリアを、セル識別情報毎に異なる配置となるように設定し、送信手段は、パイロット信号が設定された無線フレームを含む無線信号を送信する、ことも好ましい。この場合、ユーザデータが送信先セクタに関係なく全てのサブチャネル上に格納されて送信されても、パイロット信号は無線フレーム内のセル識別情報毎に異なる配置で送信されるので、隣接セル間のパイロット信号の干渉を防止することができる。その結果、ユーザデータ送信時のスループットの向上を図ることができると同時に、ユーザデータの受信側における通信品質の推定精度を向上させることができる。

本発明の移動局は、直交周波数分割多元接続によって無線基地局との間で無線信号を受信する移動局において、周波数軸上で分散された複数のサブキャリアから選択された複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルから成る無線フレームを含む無線信号を、無線基地局から受信する受信手段と、無線フレームから無線フレーム内におけるユーザデータの設定に関する制御データと時分割多重されたユーザデータとを取り出すチャネル割当解析手段とを備え、チャネル割当解析手段は、無線フレームにおける全てのサブチャネルを無線基地局の送信先セクタ毎の領域に分割し、自機に対応する該当領域から制御データを取り出し、且つユーザデータを無線フレーム内の全てのサブチャネル上から取り出すように構成されている。

かかる構成の移動局によれば、無線基地局から無線信号が受信され、その無線信号には複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを有する無線フレームが含まれ、その無線フレーム内にユーザデータとそのユーザデータの無線フレーム内における設定に関する制御データとが時分割多重により設定されている。そして、受信された無線フレーム内の分割されたサブチャネルの該当領域から制御データが取り出され、無線フレーム内の全てのサブチャネルからユーザデータが取り出されるので、セル間の干渉に起因する移動局側での制御データの欠落を防止してユーザデータに関する受信品質を確保すると同時に、ユーザデータの伝送時のスループットを向上させることができる。

無線フレームにおいて無線基地局によって設定される制御データ及びユーザデータと異なる時間領域に上りデータを設定するチャネル割当制御手段と、時間領域の無線フレームを含む無線信号を送信する送信手段とをさらに備え、チャネル割当制御手段は、無線品質を推定するためのパイロット信号を送信するためのサブキャリアを、制御データから特定される送信先セクタ毎に異なる配置となるように設定し、送信手段は、パイロット信号が設定された時間領域の無線フレームを含む無線信号を送信する、ことが好ましい。かかる構成を採れば、上りデータが送信先セクタに関係なく全てのサブチャネル上に格納されて送信されても、パイロット信号送信用サブキャリアは無線フレーム内の送信先セクタ毎に異なる配置で送信されるので、隣接する送信先セクタ間のパイロット信号の干渉を防止することができる。その結果、上りデータの受信側における通信品質の推定精度を向上させることができる。

本発明の無線通信システムは、上述した無線基地局と移動局とを有する。

或いは、本発明の無線通信方法は、無線基地局と移動局とが、直交周波数分割多元接続によって無線信号を送受信する無線通信方法において、無線基地局が、時分割多重されたユーザデータを生成する多重化ステップと、無線基地局が、周波数軸上で分散された複数のサブキャリアから複数組のサブキャリアを選択して、該複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームを構成し、無線フレーム内にユーザデータと無線フレーム内におけるユーザデータの設定に関する制御データとを時分割多重して設定するチャネル割当制御ステップと、無線基地局が、無線フレームを含む無線信号を送信する送信ステップと、移動局が、無線信号を無線基地局から受信する受信ステップと、移動局が、無線フレームから無線フレーム内におけるユーザデータの設定に関する制御データと時分割多重されたユーザデータとを取り出すチャネル割当解析ステップとを備え、チャネル割当制御ステップでは、無線フレームにおける全てのサブチャネルを無線信号の送信先セクタ毎の領域に分割し、分割された該当領域に制御データを格納し、且つユーザデータを無線フレーム内の全てのサブチャネル上に格納し、チャネル割当解析ステップでは、無線フレームにおける自機に対応する該当領域から制御データを取り出し、且つユーザデータを無線フレーム内の全てのサブチャネル上から取り出す。

このような無線通信システム及び無線通信方法によれば、複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームが構成され、その無線フレーム内にユーザデータとそのユーザデータの無線フレーム内における設定に関する制御データとが時分割多重により設定され、その無線フレームを含む無線信号が移動局に向けて送信される。その際、無線フレーム内のサブチャネルが送信先セクタ毎の領域に分割され、制御データはその分割された該当領域に格納され、ユーザデータは全てのサブチャネル上に格納される。これに対して、移動局により無線基地局から無線信号が受信され、受信された無線フレーム内の分割されたサブチャネルの該当領域から制御データが取り出され、無線フレーム内の全てのサブチャネルからユーザデータが取り出されるので、セル間の干渉に起因する移動局側での制御データの欠落を防止してユーザデータに関する受信品質を確保すると同時に、ユーザデータ伝送時のスループットを向上させることができる。

本発明によれば、セル間干渉の低減及び最大スループットの向上を実現して、周波数空間の利用効率の向上を図ることができる。

以下、図面とともに本発明による無線通信システム及び無線通信方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１及び図２は、それぞれ、本発明の好適な一実施形態にかかる無線基地局１０及び移動局２０の概略構成図である。本実施形態にかかる無線通信システムは、複数の無線基地局１０と複数の移動局２０とを含んで構成されており、IEEE802.16eに準拠した直交周波数多元接続（ＯＦＤＭＡ：Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を使用して、無線基地局１０と移動局２０との間で無線信号を送受信する通信システムである。ＯＦＤＭＡとは、送信キャリアの全帯域を周波数軸上でサブキャリアに分割し、無線信号を複数の狭帯域のサブキャリアの束として伝送するマルチキャリア伝送の一種である。送信キャリアの帯域幅としては、例えば５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚが選択される。まず、無線基地局１０及び移動局２０の機能構成について詳細に説明する。

図１に示すように、無線基地局１０は、誤り訂正符号化部１１_１〜１１_Ｎ、変調部１２_１〜１２_Ｎ、多重化部（多重化手段）１３、チャネル割当制御部（チャネル割当制御手段）１４、ＯＦＤＭ信号生成部１５、及び送信部（送信手段）１６を有している。複数の移動局２０に送信する対象の情報のそれぞれは、誤り訂正符号化部１１_１〜１１_Ｎによって誤り訂正符号化処理が施され、それぞれの誤り訂正符号化部１１_１〜１１_Ｎから出力された誤り訂正符号化処理後の冗長化ビット情報は、変調部１２_１〜１２_Ｎ及び多重化部１３を経由して時分割多重されたユーザデータとして生成される。多重化部１３から出力されたユーザデータは、チャネル割当制御部１４によって無線フレーム内に設定され、その無線フレームは、ＯＦＤＭ信号生成部１５によってＯＦＤＭＡ用の無線信号に変換され、その無線信号は、送信部１６によって外部の移動局２０に向けてＯＦＤＭＡを用いて送信される。ここで、無線基地局１０は、移動局２０と無線通信可能なエリアであるセル内における３つのセクタに対して別々の無線信号を送信可能とされている。

チャネル割当制御部１４は、次のように、無線フレームを、その無線フレーム内にチャネルを割り当てることにより作成する。図３（ａ）には、チャネル割当制御部１４が作成する無線フレームの時間軸上及び周波数軸上でのデータ配列を概念的に示す。チャネル割当制御部１４は、同図に示すサブチャネル論理番号（Subchannel Logical Number）毎に所定の基準でチャネルを割り当てる。詳細には、無線基地局１０が伝送可能な周波数帯域内において周波数軸上に分散された複数のサブキャリアから複数組のサブキャリア群を選択する。そして、その複数組のサブキャリア群毎にサブチャネル論理番号で識別されるサブチャネルを割り当てて無線フレームを構成する。

さらに、チャネル割当制御部１４は、無線フレームを、無線基地局１０から移動局２０に送信するデータを格納するダウンリンク部ＤＬと移動局２０から無線基地局１０に送信するデータを格納するアップリンク部ＵＬとに時間的に分離して生成する。このダウンリンク部ＤＬには、受信側で無線フレームの同期をとるためのプリアンブル部Ｄ_Ｐ、無線フレームにおけるセクタ毎のデータ読み出しを制御するための制御データ部Ｄ_Ｃ、及び複数の移動局向けのユーザデータを格納するユーザデータ部Ｄ_Ｕが配列される。図３（ｂ）には、無線フレームの制御データ部Ｄ_Ｃの時間軸上及び周波数軸上でのデータ配列をより詳細に示す概念図である。同図に示すように、制御データ部Ｄ_Ｃは、無線フレーム内のセクタ毎に使用するサブチャネルを特定するためのフレームコントロールヘッダ（ＦＣＨ）Ｄ_Ｃ１、ＦＣＨで指定されたサブチャネル中のユーザデータの設定領域を示すＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ等のマッピング情報Ｄ_Ｃ２を含んでいる。

そこで、チャネル割当制御部１４は、無線フレーム内の制御データ部Ｄ_Ｃを、以下のようにして時分割多重により設定する。すなわち、セクタ毎の周波数分割割当方式としてＰＵＳＣ（Pertial Usage of Sub Channels）を用いて、無線フレームに割り当てられた全帯域Ｓｐに含まれるサブチャネルを、６つの論理的グループであるサブチャネル群ｆ_１〜ｆ_６に分割し（図４参照）、サブチャネル群ｆ_１〜ｆ_６のうちの２つのサブチャネル群を３つの各セクタに割り当てる。そして、チャネル割当制御部１４は、送信先のセクタに応じて、制御データ部Ｄ_Ｃを無線フレーム内の対応するサブチャネル群の領域に設定する。図５には、送信先セクタＳ_１に対してサブチャネル群ｆ_１，ｆ_４が、送信先セクタＳ_２に対してサブチャネル群ｆ_２，ｆ_５が、送信先セクタＳ_３に対してサブチャネル群ｆ_３，ｆ_６が、それぞれ、制御データ部Ｄ_Ｃを設定する領域として割り当てられる例が示されている。チャネル割当制御部１４は、制御データ部Ｄ_Ｃを設定する際には、多重化部１３から出力された情報をもとにフレームコントロールヘッダＤ_Ｃ１、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ等を含むマッピング情報Ｄ_Ｃ２のサイズを見積もった後、格納先の領域の容量を決定し、制御データ部Ｄ_Ｃとユーザデータ部Ｄ_Ｕとの区切りの時間的位置を求める。そして、チャネル割当制御部１４は、プリアンブル部Ｄ_Ｐ内にフレームコントロールヘッダＤ_Ｃ１の設定位置を指定する情報を埋め込み、フレームコントロールヘッダＤ_Ｃ１中に送信先セクタに割り当てられた領域に属するサブチャネル群を特定する情報（第１の格納先情報）を埋め込むことで、移動局２０側での制御データ部Ｄ_Ｃの取り出しを可能にする。

また、チャネル割当制御部１４は、制御データ部Ｄ_Ｃを設定した後に、多重化部１３から出力されたユーザデータを、無線フレームに含まれる全てのサブチャネル上に領域が定められたユーザデータ部Ｄ_Ｕに、時分割多重によって格納する。なお、チャネル割当制御部１４は、制御データ部Ｄ_Ｃ内のマッピング情報Ｄ_Ｃ２に含まれるＤＬ−ＭＡＰに、ユーザデータの格納開始位置を示す情報と、ユーザデータが無線フレーム内の全てのサブチャネル上に格納されていることを示す情報とを予め設定し、これらの情報により移動局２０側でのユーザデータの格納領域を特定可能にする。図６は、マッピング情報Ｄ_Ｃ２に含まれるＤＬ−ＭＡＰに設定されたデータの構成の一例を示す図であり、ＤＬ−ＭＡＰ内のデータ種別“Zone Switch IE”のデータ項目“OFDMA symbol offset”にユーザデータの格納開始位置、すなわち、制御データ部Ｄ_Ｃとユーザデータ部Ｄ_Ｕとの区切り位置を特定する情報が設定され、データ項目“Use All SC indicator”にユーザデータが全てのサブチャネルの領域に格納されていることを示す値“１”が設定される。これにより、受信側である移動局２０に対して、ユーザデータ部Ｄ_Ｕが全てのサブチャネル上に展開されていることを通知できる。

次に、図２に移って、移動局２０は、受信部（受信手段）２１、ＯＦＤＭ信号検出部２２、チャネル割当解析部（チャネル割当解析手段）２３、復調部２４、及び誤り訂正復号部２５を有している。受信部２１は、無線基地局から送信された無線フレームを含む無線信号をＯＦＤＭＡを用いて受信し、受信された無線信号は、ＯＦＤＭ信号検出部２２によって検出されることにより、無線信号から無線フレームが取り出される。取り出された無線フレームの中から、チャネル割当解析部２３によって制御データ部Ｄ_Ｃが取り出された後、その制御データ部Ｄ_Ｃが解析されることによって、さらに無線フレームの中からユーザデータが取り出される。そして、ユーザデータは復調部２４によって時分割多重されたデータから復調された後、誤り訂正復号部２５によって誤り訂正復号処理が施されて移動局２０宛の情報に復元される。

チャネル割当解析部２３は、ＯＦＤＭ信号検出部２２から出力された無線フレームを、次のようにサブチャネルを割り当てることにより解析する。すなわち、チャネル割当解析部２３は、サブチャネル論理番号毎に無線基地局１０と同様の基準でサブチャネルを割り当てる。詳細には、無線基地局１０のキャリア信号の周波数帯域内において周波数軸上に分散された複数のサブキャリアから、複数組のサブキャリア群を選択する。そして、その複数組のサブキャリア群毎にサブチャネル論理番号で識別されるサブチャネルを割り当てて無線フレームを解析する。

その後、チャネル割当解析部２３は、無線フレームのプリアンブル部Ｄ_Ｐを読み取り、そのプリアンブル部Ｄ_Ｐに書き込まれている情報に基づいて制御データ部Ｄ_ＣのフレームコントロールヘッダＤ_Ｃ１（図３（ｂ））を取り出す。そして、フレームコントロールヘッダＤ_Ｃ１に含まれる第１の格納先情報に基づいて、自機が位置するセクタに割り当てられた２つのサブチャネル群で構成される領域を特定して、無線フレームからその領域を分割する。例えば、移動局２０がセクタＳ_１に位置する場合は、無線フレームからサブチャネル群ｆ_１，ｆ_４を含む領域を分割する（図５）。そして、チャネル割当解析部２３は、分割した領域からＤＬ−ＭＡＰ及びＵＬ−ＭＡＰを含むマッピング情報Ｄ_Ｃ２を取り出す。その後、チャネル割当解析部２３は、ＤＬ−ＭＡＰからデータ項目“OFDMA symbol offset”の部分、及びデータ項目“Use All SC indicator”の部分を読み取り、これらの情報からユーザデータ部Ｄ_Ｕの開始位置を特定するとともに、ユーザデータ部Ｄ_Ｕが無線フレーム内の全てのサブチャネル上に展開されていることを判断する。

さらに、チャネル割当解析部２３は、制御データ部Ｄ_Ｃを解釈した後、無線フレーム内の全てのサブチャネルを含む領域に設定されているユーザデータ部Ｄ_Ｕから、移動局２０向けのユーザデータを取り出して、復調部２４に出力する。このとき、チャネル割当解析部２３は、ユーザデータ部Ｄ_Ｕ中の移動局２０向けのユーザデータの設定領域を、マッピング情報Ｄ_Ｃ２に含まれるＤＬ−ＭＡＰから特定することができる。

次に、図７を参照して、無線基地局１０及び移動局２０を含む無線通信システムの動作について説明するとともに、併せて無線通信システムにおける無線通信方法について詳述する。図７は、無線通信システムにおいて無線基地局１０から移動局２０に向けてユーザデータを送信する際の動作を示すシーケンス図である。

同図に示すように、まず、無線基地局１０において無線通信ネットワークから移動局２０に送信すべき情報が受信されると、無線基地局１０の誤り訂正符号化部１１_１〜１１_Ｎにより、その情報に誤り訂正符号化処理が施される（ステップＳ０１）。誤り訂正符号化処理により生成された冗長化ビット情報は、変調部１２_１〜１２_Ｎにより変調処理が施された後（ステップＳ０２）、さらに多重化部１３によりデータ多重化処理がなされて（ステップＳ０３）、時分割多重されたユーザデータとして生成される。

次に、チャネル割当制御部１４は、送信先セクタに対応する２つのサブチャネル群を含む領域を設定する（ステップＳ０４）。そして、チャネル割当制御部１４は、多重化部１３から出力された情報に基づいて、制御データ部Ｄ_Ｃのサイズを見積もる（ステップＳ０５）。さらに、チャネル割当制御部１４は、無線フレームの制御データ部Ｄ_Ｃ内に、フレームコントロールヘッダＤ_Ｃ１及びマッピング情報Ｄ_Ｃ２を格納する（ステップＳ０６）。制御データ部Ｄ_Ｃを設定後、チャネル割当制御部１４は、無線フレームの全てのサブチャネル上にユーザデータを格納する（ステップＳ０７）。そうすると、ＯＦＤＭ信号生成部１５によりＯＦＤＭＡ用の無線信号が生成されて、その無線信号は送信部１６によって移動局２０に向けて送信される（ステップＳ０８）。

これに対して、移動局２０の受信部２１によって無線信号が受信され、この無線信号はＯＦＤＭ信号検出部２２によって検出されることにより、無線信号から無線フレームが取り出される（ステップＳ０９）。チャネル割当解析部２３は、この無線フレームから、プリアンブル部Ｄ_Ｐ、制御データ部Ｄ_Ｃ内のフレームコントロールヘッダＤ_Ｃ１、及びマッピング情報Ｄ_Ｃ２を順次抽出する（ステップＳ１０）。その後、チャネル割当解析部２３は、マッピング情報Ｄ_Ｃ２のＤＬ−ＭＡＰを解釈することにより、ユーザデータを無線フレーム内の全てのサブチャネルに展開されているユーザデータ部Ｄ_Ｕから取り出す（ステップＳ１１）。

このようにして取り出されたユーザデータは、復調部２４によって時分割多重されたデータから冗長化ビット情報として復調される（ステップＳ１２）。そして、冗長化ビット情報が、誤り訂正復号部２５により誤り訂正復号処理が施されて、元の情報に復元される（ステップＳ１３）。最後に、この情報に対して移動局２０内のアプリケーションプログラム等により所望の処理が為される（ステップＳ１４）。

以上説明した無線通信システム及び無線通信方法によれば、複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームが構成され、その無線フレーム内にユーザデータとそのユーザデータの無線フレーム内における設定に関するフレームコントロールヘッダＤ_Ｃ１、ＤＬ−ＭＡＰ、及びＵＬ−ＭＡＰ等の制御データとが時分割多重により設定され、その無線フレームを含む無線信号が移動局２０に向けて送信される。その際、無線フレーム内のサブチャネルが送信先セクタ毎の領域に分割され、制御データはその分割された該当領域に格納され、ユーザデータは全てのサブチャネル上に格納される。これに対して、移動局２０により無線基地局１０から無線信号が受信され、受信された無線フレーム内の分割されたサブチャネルの該当領域から制御データが取り出され、無線フレーム内の全てのサブチャネルからユーザデータが取り出される。従って、セル間の干渉に起因する移動局側での制御データの欠落を防止してユーザデータに関する受信品質を確保すると同時に、ユーザデータ伝送時のスループットを向上させることができる。つまり、従来のように制御データとユーザデータとの両方を無線フレーム内の分割領域に設定する場合に比較して、セル間干渉の影響の防止とスループットの向上とを両立させることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、無線基地局１０は、移動局２０の具備する機能に応じて、無線フレームにおけるユーザデータの設定領域を分割するか否かを判定するように動作してもよい。

この場合、無線基地局１０は、移動局２０の機能が、無線フレームの３分割のみに対応しているか否かを、ネットワーク接続の要求処理（Initial Ranging）時に移動局２０から無線基地局１０に送信される要求信号により判定することができる。図８は、移動局２０から無線基地局１０に対してネットワーク接続を要求する際の手順を示すシーケンス図である。無線基地局１０のチャネル割当制御部１４は、この手順において移動局２０から送信されるＣＤＭＡコードを含む無線フレームを受信する。そして、その無線フレーム内の全てのサブチャネル上にＣＤＭＡコードを含むユーザデータが設定されていた場合は、移動局２０に対してその後に送信する無線フレームにおいて全てのサブチャネル上にユーザデータを設定する。一方、受信された無線フレーム内の３分割されたサブチャネルの領域内にユーザデータが設定されていた場合は、移動局２０に対してその後に送信する無線フレームにおいて送信先セクタに対応するサブチャネルの３分割領域内にユーザデータを設定する（図９）。これにより、移動局２０から受信される要求信号におけるデータ格納領域を判断して、そのデータ格納領域に応じてユーザデータを全てのサブチャネルに設定するか、又は分割されたサブチャネルの領域に設定するかを判断することが可能になり、移動局側の機能に適応することで移動局における受信データの欠落を防止することができる。

また、無線基地局１０及び移動局２０は、送受信する無線フレーム中に無線品質を推定するためのパイロット信号を、無線フレーム内の複数のサブキャリアで送信するが、このパイロット信号を送信するためのサブキャリアを、セクタやセル毎で異なる配置になるように設定してもよい。図１０及び図１１は、この場合の本発明の変形例である無線基地局１０Ａ及び移動局２０Ａの概略構成図である。以下、無線基地局１０Ａ及び移動局２０Ａの構成要素について無線基地局１０及び移動局２０との相違点を中心に説明する。

図１０を参照して、無線基地局１０Ａは、受信部１１７、ＯＦＤＭ信号検出部１１８、チャネル割当解析部１１９、分離部１２０、復調部１２１_１〜１２１_Ｎ、及び誤り訂正復号部１２２_１〜１２２_Ｎをさらに有している。受信部１１７は、図３（ａ）に示すＵＬの時間で送信されるフレームを含む無線信号を、移動局２０ＡからＯＦＤＭＡを用いて受信し、受信された無線信号は、ＯＦＤＭ信号検出部１１８によって検出されることにより、無線信号から無線フレームが取り出される。このアップリンク無線フレームＵＬは、無線フレーム内の制御データ部Ｄ_Ｃ及びユーザデータ部Ｄ_Ｕが設定されるダウンリンク無線フレームＤＬとは異なる時間領域に割り当てられている（図３（ａ）参照）。すなわち、移動局２０Ａは、無線基地局１０Ａから送信されたダウンリンク無線フレームＤＬ（図３（a）参照）内の制御データ部Ｄ_Ｃで指定された領域で上りユーザデータを送信する。このようにして、移動局２０Ａを含む複数の移動局から異なる領域で送信されたユーザデータは、基地局１０Ａのチャネル割当解析部１１９によって、移動局２０Ａを含む複数の移動局から送られる上りユーザデータとして取り出される。そして、この上りユーザデータは、分離部１２０によって移動局２０Ａを含む移動局毎の上りユーザデータに分離され、復調部１２１_１〜１２１_Ｎによって復調された後に誤り訂正復号部１２２_１〜１２２_Ｎによって誤り訂正復号処理が施されて、移動局毎の上りユーザデータに復元される。

また、チャネル割当解析部１１９は、無線フレーム中のアップリンク無線フレームＵＬに設定されたパイロット信号を解析し、そのパイロット信号の受信電力に基づいて移動局２０Ａとの間の無線環境の通信品質を推定することもできる。この通信品質の推定結果は移動局２０Ａとの間で送受信する無線信号の送信電力制御等に用いることができる。

チャネル割当制御部１１４は、無線フレーム内にサブチャネルを割り当てて生成する過程において、複数のサブキャリアを、クラスタと呼ばれる所定数の連続するサブキャリアの組み合わせに分割する。例えば、無線基地局１０Ａが伝送可能な周波数帯域内におけるサブキャリア数が８４０の場合には、１４の連続するサブキャリアからなるクラスタに分割する。そして、チャネル割当制御部１１４は、分割したクラスタの配列を入れ替えた後に、各クラスタから任意のサブキャリアを選択して１つのサブチャネルに割り当てる。このサブチャネルには、それぞれサブチャネル論理番号が付与される。

また、チャネル割当制御部１１４は、上記のようにしてサブチャネルを割り当てることによって無線フレームを生成する過程において、無線フレーム内に移動局２０Ａ側で無線品質を推定するためのパイロット信号を設定する。すなわち、チャネル割当制御部１１４は、クラスタ作成時に、クラスタ内の所定のサブキャリアをパイロット信号送信用サブキャリアに設定する。パイロット信号送信用サブキャリアは、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように偶数シンボル、奇数シンボルで異なる配置にしてもよい。具体的には、チャネル割当制御部１１４は、サブチャネルを割り当てる際に送信先セクタを特定するために用いるパラメータSegment IDを参照し、Segment ID＝“０”，“１”，“２”の場合で、それぞれ、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようにパイロット信号の配置が異なるように設定する。同図では、各クラスタに分割された１４個のサブキャリア上の奇数番目のシンボル及び偶数番目のシンボルにおける斜線で示す位置に、パイロット信号が設定されることを示している。パイロット信号が設定された無線フレームを含む無線信号は、送信部１６によって移動局２０Ａに向けて送信される。

なお、チャネル割当制御部１１４は、パイロット信号送信用サブキャリアの配置をセル毎に異なるように設定することもできる。すなわち、チャネル割当制御部１１４は、無線フレームにサブキャリアを割り当てる際に、予め割り振られたパラメータIDcell（セル識別情報）を元にして、セル毎に複数のクラスタのサブチャンネルへの選択順序を決定して、複数のサブチャネルを選択する。併せて、チャネル割当制御部１１４は、このパラメータIDcellを参照し、IDcell＝“０”，“１”，“２”の場合で、それぞれ、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようにパイロット信号の配置が異なるように設定する。パラメータIDcellは例えば０〜３１の値を取りうるために、予め異なるパラメータIDcellを各セルに割り振っておくことでセル毎にパイロット信号の配置を変えることができる。

図１１を参照して、移動局２０Ａは、誤り訂正符号化部１２６、変調部１２７、チャネル割当制御部（チャネル割当制御手段）１２８、ＯＦＤＭ信号生成部１２９、及び送信部（送信手段）１３０をさらに有している。無線基地局１０Ａに送信する対象の情報は、誤り訂正符号化部１２６によって誤り訂正符号化処理が施され、誤り訂正符号化部１２６から出力された冗長化ビット情報は、変調部１２７によってデータ変調された上りユーザデータとして生成される。変調部１２７から出力された上りユーザデータは、チャネル割当制御部１２８によって無線フレーム内に設定され、その無線フレームは、ＯＦＤＭ信号生成部１２９によってＯＦＤＭＡ用の無線信号に変換されて、その無線信号は、送信部１３０によって無線基地局１０Ａに向けてＯＦＤＭＡを用いて送信される。

ここで、チャネル割当制御部１２８は、無線基地局１０Ａのチャネル割当制御部１１４と同様にして、複数のサブキャリアをサブチャネルに対して割り当てて、そのサブチャネル上のダウンリンク無線フレームＤＬとは異なる時間領域にあるアップリンク無線フレームＵＬ（図３（ａ））に、上りユーザデータを設定する。また、チャネル割当制御部１２８は、無線基地局１０Ａから送信されたプリアンブル部Ｄ_Ｐに埋め込まれた送信先セクタを特定するパラメータSegment IDを参照することによって、無線フレーム内のアップリンク無線フレームＵＬから複数のシンボルの組み合わせを送信先セクタ毎に選択して、選択した複数のシンボル上にパイロット信号を埋め込む。具体的には、チャネル割当制御部１１４は、サブキャリアの割当方式としてＰＵＳＣを採用している場合には、パラメータSegment ID＝“０”，“１”，“２”の場合で、それぞれ、図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようにパイロット信号の配置が異なるように設定する。また、チャネル割当制御部１１４は、サブキャリアの割当方式としてＯＰＵＳＣ（Optional PUSC）を採用している場合には、パラメータSegment ID＝“０”，“１”，“２”の場合で、それぞれ、図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すようにパイロット信号の配置が異なるように設定する。図１３及び図１４では、アップリンク無線信号にサブチャネルをマッピングする過程で作成されるタイルにおけるパイロット信号送信用サブキャリアの配置を示している。すなわち、連続する複数のサブキャリア及びそのサブキャリアのシンボルの集合であるタイルに分割された４個（または３個）の連続するサブキャリア上の０桁目〜２桁目のシンボルにおける斜線で示す位置に、パイロット信号が設定されることを示している。

また、チャネル割当解析部１２３は、無線フレーム中のダウンリンク無線フレームＤＬに設定されたパイロット信号を解析し、そのパイロット信号の受信電力に基づいて無線基地局１０Ａとの間の無線環境の通信品質を推定することもできる。この通信品質の推定結果は無線基地局１０Ａとの間で送受信する無線信号の送信電力制御等に用いることができる。

このような無線基地局１０Ａ及び移動局２０Ａによれば、ユーザデータが送信先セクタ又はセルに関係なく全てのサブチャネル上に格納されて送信されても、パイロット信号送信用サブキャリアは無線フレーム内の送信先セクタ又はセル毎に異なる配置で送信されるので、隣接する送信先セクタ又はセル間のパイロット信号の干渉を防止することができる。その結果、ユーザデータ送信時のスループットの向上を図ることができると同時に、ユーザデータの受信側における通信品質の推定精度を向上させることができる。

本発明の好適な一実施形態にかかる無線基地局の概略構成図である。 本発明の好適な一実施形態にかかる移動局の概略構成図である。 図１のチャネル割当制御部が作成する無線フレームの時間軸上及び周波数軸上でのデータ配列を示す概念図である。 サブチャネルの分割後のイメージを示す図である。 図１の無線基地局が送信先セクタ毎に作成する無線フレームを示す概念図である。 図３のマッピング情報のデータ構成の一例を示す図である。 本実施形態にかかる無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。 図２の移動局から図１の無線基地局１０に対してネットワーク接続を要求する際の手順を示すシーケンス図である。 本発明の変形例である無線基地局が作成する無線フレームを示す概念図である。 本発明の変形例にかかる無線基地局の概略構成図である。 本発明の変形例にかかる移動局の概略構成図である。 図１０の無線基地局による無線フレーム内の連続した複数のサブキャリア及びシンボルの集合におけるパイロット信号の配置イメージを示す図である。 図１１の移動局による無線フレーム内の連続した複数のサブキャリア及びシンボルの集合におけるパイロット信号の配置イメージを示す図である。 図１１の移動局による無線フレーム内の連続した複数のサブキャリア及びシンボルの集合におけるパイロット信号の配置イメージを示す図である。 従来の無線通信システムにおけるセクタ毎のキャリアの周波数帯域を示す図である。 従来の無線通信システムのセル構成を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ…無線基地局、１３…多重化部（多重化手段）、１４，１１４，１２８…チャネル割当制御部（チャネル割当制御手段）、１６，１３０…送信部（送信手段）、２０，２０ａ…移動局、２１…受信部（受信手段）、２３，１２３…チャネル割当解析部（チャネル割当解析手段）。

Claims (10)

1. 直交周波数分割多元接続によって複数の移動局との間で無線信号を送信する無線基地局において、
   時分割多重されたユーザデータを生成する多重化手段と、
   周波数軸上で分散された複数のサブキャリアから複数組のサブキャリアを選択して、該複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームを構成し、前記無線フレーム内に前記ユーザデータと前記無線フレーム内における前記ユーザデータの設定に関する制御データとを時分割多重して設定するチャネル割当制御手段と、
   前記無線フレームを含む無線信号を送信する送信手段とを備え、
   前記チャネル割当制御手段は、前記無線フレームにおける全ての前記サブチャネルを前記無線信号の送信先セクタ毎の領域に分割し、分割された該当領域に前記制御データを格納し、且つ前記ユーザデータを前記無線フレーム内の前記全てのサブチャネル上に格納するように構成されている、
   ことを特徴とする無線基地局。
2. 前記チャネル割当制御手段は、前記無線フレーム中に前記制御データの格納先の前記領域を特定する第１の格納先情報を設定すると共に、前記制御データ中に前記無線フレームにおける前記ユーザデータの格納開始位置を示す第２のアドレス情報、及び前記ユーザデータが前記全てのサブチャネル上に格納されていることを示す格納種別情報とを設定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の無線基地局。
3. 前記チャネル割当制御手段は、前記移動局から送信されるネットワーク接続のための要求信号を受信し、該要求信号の無線フレーム内に設定されたデータが、サブチャネルの分割された領域に設定されている場合は、前記移動局向けの前記無線信号においてサブチャネルの分割された該当領域に前記ユーザデータを格納し、前記データが前記無線フレーム内の全てのサブチャネル上に設定されている場合は、前記移動局向けの前記無線信号の無線フレーム内の全てのサブチャネル上に前記ユーザデータを格納する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の無線基地局。
4. 前記チャネル割当制御手段は、前記無線フレームにおける前記複数組のサブキャリアで構成される前記サブチャネルを生成する過程において、無線品質を推定するためのパイロット信号を送信するためのサブキャリアを、前記送信先セクタ毎に異なる配置となるように設定し、
   前記送信手段は、前記パイロット信号が設定された無線フレームを含む無線信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線基地局。
5. 前記チャネル割当制御手段は、予め割り振られたセル識別情報を元に前記複数のサブキャリアからの選択順序を決定することによって前記サブチャネルを選択するとともに、無線品質を推定するためのパイロット信号を送信するためのサブキャリアを、前記セル識別情報毎に異なる配置となるように設定し、
   前記送信手段は、前記パイロット信号が設定された無線フレームを含む無線信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線基地局。
6. 直交周波数分割多元接続によって無線基地局との間で無線信号を受信する移動局において、
   周波数軸上で分散された複数のサブキャリアから選択された複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルから成る無線フレームを含む無線信号を、前記無線基地局から受信する受信手段と、
   前記無線フレームから前記無線フレーム内におけるユーザデータの設定に関する制御データと時分割多重された前記ユーザデータとを取り出すチャネル割当解析手段とを備え、
   前記チャネル割当解析手段は、前記無線フレームにおける全ての前記サブチャネルを前記無線基地局の送信先セクタ毎の領域に分割し、自機に対応する該当領域から前記制御データを取り出し、且つ前記ユーザデータを前記無線フレーム内の全ての前記サブチャネル上から取り出すように構成されている、
   ことを特徴とする移動局。
7. 前記無線フレームにおいて前記無線基地局によって設定される前記制御データ及び前記ユーザデータと異なる時間領域に上りデータを設定するチャネル割当制御手段と、
   前記時間領域の無線フレームを含む無線信号を送信する送信手段とをさらに備え、
   前記チャネル割当制御手段は、無線品質を推定するためのパイロット信号を送信するためのサブキャリアを、前記制御データから特定される前記送信先セクタ毎に異なる配置となるように設定し、
   前記送信手段は、前記パイロット信号が設定された前記時間領域の無線フレームを含む無線信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項６記載の移動局。
8. 請求項１記載の無線基地局と請求項６記載の移動局とを有することを特徴とする無線通信システム。
9. 無線基地局が直交周波数分割多元接続によって複数の移動局との間で無線信号を送信する無線通信方法において、
   多重化手段が、時分割多重されたユーザデータを生成する多重化ステップと、
   チャネル割当制御手段が、周波数軸上で分散された複数のサブキャリアから複数組のサブキャリアを選択して、該複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームを構成し、前記無線フレーム内に前記ユーザデータと前記無線フレーム内における前記ユーザデータの設定に関する制御データとを時分割多重して設定するチャネル割当制御ステップと、
   送信手段が、前記無線フレームを含む無線信号を送信する送信ステップとを備え、
   前記チャネル割当制御ステップでは、前記無線フレームにおける全ての前記サブチャネルを前記無線信号の送信先セクタ毎の領域に分割し、分割された該当領域に前記制御データを格納し、且つ前記ユーザデータを前記無線フレーム内の前記全てのサブチャネル上に格納する、
   ことを特徴とする無線通信方法。
10. 無線基地局と移動局とが、直交周波数分割多元接続によって無線信号を送受信する無線通信方法において、
    前記無線基地局が、時分割多重されたユーザデータを生成する多重化ステップと、
    前記無線基地局が、周波数軸上で分散された複数のサブキャリアから複数組のサブキャリアを選択して、該複数組のサブキャリア毎に割り当てられたサブチャネルを含む無線フレームを構成し、前記無線フレーム内に前記ユーザデータと前記無線フレーム内における前記ユーザデータの設定に関する制御データとを時分割多重して設定するチャネル割当制御ステップと、
    前記無線基地局が、前記無線フレームを含む無線信号を送信する送信ステップと、
    前記移動局が、前記無線信号を前記無線基地局から受信する受信ステップと、
    前記移動局が、前記無線フレームから前記無線フレーム内におけるユーザデータの設定に関する制御データと時分割多重された前記ユーザデータとを取り出すチャネル割当解析ステップとを備え、
    前記チャネル割当制御ステップでは、前記無線フレームにおける全ての前記サブチャネルを前記無線信号の送信先セクタ毎の領域に分割し、分割された該当領域に前記制御データを格納し、且つ前記ユーザデータを前記無線フレーム内の前記全てのサブチャネル上に格納し、
    前記チャネル割当解析ステップでは、前記無線フレームにおける自機に対応する該当領域から前記制御データを取り出し、且つ前記ユーザデータを前記無線フレーム内の全ての前記サブチャネル上から取り出す、
    ことを特徴とする無線通信方法。

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