CN101518139B - Ofdma方式的通信系统以及通信方法 - Google Patents

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Abstract

得到能够抑制通信资源的减少，能够减轻基站的处理负担的OFDMA方式的通信系统。包括：下行链路帧生成部(14)，生成下行链路帧，该下行链路帧是从基站(10)对多个终端中的至少一个终端(20)进行通信的下行链路期间；以及上行链路帧生成部(24)，生成上行链路帧，该上行链路帧是从多个终端中的至少一个终端(20)对基站(10)进行通信的上行链路期间；下行链路帧与上行链路帧是对称结构。

Description

OFDMA方式的通信系统以及通信方法
技术领域
本发明涉及一种OFDMA方式的通信系统以及通信方法。
背景技术
作为数字移动电话系统、PHS系统等的无线接入方式，采用了将TDMA(Time Division Multiple Access：时分多址)和TDD(Time DivisionDuplex：时分双工)组合的TDMA/TDD方式。最近，提出了OFDMA方式，其采用了基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：正交频分复用)技术的OFDMA(Orthogonal Frequency Division MultiplexingAccess：正交频分多址)。
OFDM是将对数据进行调制的载波分割为相互正交的多个“子载波”(被细分了的载波)，并使数据信号分散在各个子载波中而发送的方式。
以下，对OFDM方式的概要进行说明。
图8是表示发送侧所使用的OFDM调制装置的结构的框图。在OFDM调制装置中，输入发送数据。将该发送数据提供给串行/并行转换部201，转换为由低速的多个传送符号(symbol)构成的数据。也就是说，将传送信息进行分割，生成多个低速的数字信号。将该并行数据(parallel data)提供给快速傅里叶反变换(IFFT)部202。
将并行数据分配给构成OFDM的各子载波，在频域中映射(mapping)。这里，对各子载波实施BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等的调制。通过实施IFFT运算，映射数据由频域的发送数据被转换为时域的发送数据。由此，生成分别独立调制了有相互正交关系的多个子载波的多载波调制信号。将IFFT部202的输出提供给保护间隔(guard interval)附加部203。
如图9所示，保护间隔附加部203将传送数据的有效符号的后部作为保护间隔，按每个传送符号在有效符号期间的前部附加拷贝(copy)。将由该保护间隔附加部获得的基带信号提供给正交调制部204。
正交调制部204使用从OFDM调制装置的本地振荡器205供给的载波信号，对由保护间隔附加部203提供的基带OFDM信号实施正交调制，频率转换为中频(IF)信号或射频(RF)信号。即，正交调制部将基带信号频率转换为所希望的传送频带之后输出到传送路。
图10是表示接收侧所使用的OFDM解调装置的结构的框图。在OFDM解调装置中，通过规定的传送路输入由图8的OFDM调制装置所生成的OFDM信号。
将输入到该OFDM解调装置的OFDM接收信号提供给正交解调部211。正交解调部211使用由OFDM解调装置的本地振荡器212提供的载波信号，对OFDM接收信号实施正交解调，从RF信号或IF信号频率转换为基带信号，获得基带OFDM信号。将该OFDM信号提供给保护间隔去除部213。
保护间隔去除部213按照由未图示的符号定时同步部提供的定时信号，去除由OFDM调制装置的保护间隔附加部203所附加的信号。将由该保护间隔去除部213获得的信号提供给快速傅里叶变换(FFT)部214。
FFT部214通过对输入的时域的接收信号进行FFT而转换为频域的接收数据。而且，在频域进行解映射，按各子载波生成并行数据。这里，成为进行与实施给各子载波的BPSK、QPSK、16QAM、64QAM等的调制相对应的解调。将由FFT部214获得的并行数据提供给并行/串行转换部215，作为接收信号进行输出。
如上所述，OFDM是将载波分割为多个子载波的方式。而OFDMA是从上述OFDM中的子载波中汇集多个子载波并进行分组，对各用户分配一个或多个各组而进行复用通信的方式。上述各组分别被称为子信道(subchannel)。也就是说，各用户利用被分配的一个或多个子信道来进行通信。此外，根据进行通信的数据量和传播环境等，适应性地增减子信道来加以分配。
下面，列举采用了OFDMA方式的通信系统中的信道的结构例，进行说明。
在专利文献1中，公开了一种带宽不同的非对称信道的通信方法，其通过宽带信道进行下行链路(downlink)的通信，通过窄带信道进行上行链路(uplink)的通信。
图11是专利文献1中的终端装置和基站之间的传送控制的结构。采用OFDMA方式作为接入方式，在上行链路和下行链路，以时分的方式使用一帧内的不同的时隙。
一帧内的前半的规定数量的时隙T1、T2、……Tn(n为任意的整数)作为上行链路期间Tu的时隙，作为在从终端装置向基站的上行链路传送中所使用的时隙。一帧内的后半的规定数量的时隙R1、R2、……Rn(n为任意的整数)作为下行链路期间Td的时隙，作为在从基站向终端装置的下行链路传送中所使用的时隙。这样，将上行链路期间和下行链路期间相互不同(上行下行各自的时间不同，构成上行下行的时隙相互不同)的帧称为上下非对称的帧。
图12是无线传送上述帧结构的数据的信道结构例。
在该例中，在能够使用的频带B0的下侧和上侧，存在比各宽带信道CH1～CH4的带宽窄的保护频带(guard band)部B1和B2，在该B1、B2中配置了带宽比宽带信道CH1～CH4窄的窄带信道CH5、CH6。
在该保护频带部中所配置的窄带信道CH5、CH6作为上行链路(uplink)的低速接入专用通信信道来使用，在无线传送中仅使用图11所示的帧结构的前半的上行链路期间Tu。
在专利文献2中公开了一种通信方法，其根据下行链路(downlink)用和上行链路(uplink)用各自的等待发送小区的状况，以进行各通信对象所使用的时隙的分配的方式，在基站和移动台之间进行通信，并且公开了一种采用了OFDMA/TDD方式的通信装置，该OFDMA/TDD方式按照非对称的各信道的收发量以及QoS来分配用户信道。
图13是表示专利文献2的通信系统的结构的示意图。在基站(BTS)和移动台(MS)之间进行采用了OFDMA方式的通信。
图14是表示专利文献2的无线通信装置所使用的帧格式的示意图。如图所示，单位帧(一帧)构成为包括：接入信道(Ach)、上行方向控制信道(Cch)、下行方向控制信道(Cch)、下行方向用户信道(Uch)以及上行方向用户信道(Uch)。
下行方向用户信道和上行方向用户信道分别包含的时隙数不固定，根据用户信道的分配结果，决定边界线的位置。
专利文献1：JP特开2000-115834
专利文献2：JP特开2000-236343
在采用了上述那样的现有的OFDMA方式的通信系统中，预先从基站向各终端通知MAP信息，该MAP信息是表示各终端对与基站之间的通信分配哪个子信道的信息。而且，在现有的OFDMA方式中，下行链路(downlink)和上行链路(uplink)的信道结构是非对称的帧结构。因此，在上述通信系统中，需要将与多个终端每一个对应的MAP信息分为下行链路帧用的MAP信息和上行链路帧用的MAP信息并分别发送。
但是，因为必须分别发送下行链路帧的MAP信息和上行链路帧的MAP信息，所以MAP信息的信息量多，该信息量部分的通信资源就会减少。而且，存在用于决定MAP信息的基站的处理负荷大的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题点而发明的，提供一种能够抑制通信资源的减少，能够减轻基站的处理负担的OFDMA方式的通信系统以及通信方法。
为了解决上述问题，本发明相关的通信系统是在基站与多个终端之间利用一个或多个子信道进行通信的OFDMA方式的通信系统，上述通信系统包括：下行链路帧生成部，生成下行链路帧，该下行链路帧是从上述基站对上述多个终端中的至少一个终端进行通信的下行链路期间；以及上行链路帧生成部，生成上行链路帧，该上行链路帧是从上述多个终端中的至少一个终端对上述基站进行通信的上行链路期间；上述下行链路帧与上述上行链路帧是对称的结构(权利要求1)。
此外，其特征为：构成上述下行链路帧的上述子信道数量与构成上述上行链路帧的上述子信道数量相同(权利要求2)。
此外，其特征为：上述下行链路帧与上述上行链路帧连续(权利要求3)。
此外，其特征为：上述下行链路帧和上述上行链路帧由被用作上述基站的控制信道的控制子信道和用于发送数据的业务子信道构成，上述业务子信道由第一子信道和第二子信道构成；上述第一子信道包含表示在各终端能够使用或者不能够使用的子信道的信息，并且被分配给各终端，上述第二子信道包含实际使用的数据(权利要求4)。
此外，其特征为：将表示上述多个各终端能够使用或者不能够使用的子信道的信息，包含在上述第一子信道，在上述下行链路期间从上述基站向上述各终端分别通知(权利要求5)。
此外，其特征为：在由上述信息表示为能够使用的子信道中，将由该终端使用的子信道和不使用的子信道进行区分并包含在上述第一子信道中，在上述上行链路期间分别从上述各终端向上述基站通知(权利要求6)。
此外，本发明相关的通信方法，是在基站与多个终端之间利用一个或多个子信道进行通信的OFDMA方式的通信方法，其中，使下行链路帧与上行链路帧为对称结构来进行通信，其中上述下行链路帧是从上述基站对上述多个终端中的至少一个终端进行通信的下行链路期间，上述上行链路帧是从上述多个终端中的至少一个终端对上述基站进行通信的上行链路期间(权利要求7)。
此外，其特征为：构成上述下行链路帧的上述子信道数量和构成上述上行链路帧的上述子信道数量相同(权利要求8)。
此外，其特征为：包括：在上述下行链路期间向上述各终端通知表示在上述各终端能够使用或者不能够使用的子信道的信息的步骤(权利要求9)。
此外，其特征为：包括：在上述下行链路期间向上述各终端通知上述信息之后，在表示为能够使用的子信道中，将由该终端使用的子信道和不使用的子信道进行区分，在上述上行链路期间从上述各终端向上述基站通知的步骤(权利要求10)。
(发明效果)
根据本发明，在OFDMA方式的通信系统和通信方法中，能够抑制通信资源的减少。而且，能够减轻基站的处理负担。
附图说明
图1是表示在本发明的实施方式相关的通信系统中基站和终端的发送功能的框图。
图2是表示本发明的实施方式相关的通信方法所使用的OFDMA的帧结构的说明图。
图3是表示图2的帧中的MAP结构的一例的说明图。
图4是表示子信道的格式的说明图。
图5是表示下行链路的物理层(PHY)的格式的说明图。
图6是表示上行链路的物理层(PHY)的格式的说明图。
图7是表示与所发送的MAP信息相对应的帧的说明图。
图8是表示发送侧所使用的OFDM调制装置的结构的框图。
图9是表示保护间隔的说明图。
图10是表示接收侧所使用的OFDM调制装置的结构的框图。
图11是专利文献1的终端装置和基站之间的传送控制的结构图。
图12是无线传送图11的帧结构的数据的信道结构例。
图13是表示专利文献2的通信系统的结构的示意图。
图14是表示专利文献2的无线通信装置所使用的帧格式的示意图。
符号说明：
10  基站；
11、21  Qos控制部；
12、22  调度器；
13、23  频带分配部；
14  下行链路帧生成部；
15、25  调制部；
16、26  发送部；
17、27  通信管理部；
20  终端；
24上  行链路帧生成部；
S1～S4  时隙；
C1～C4  控制子信道；
T1～T108  业务子信道(traffic sub-channel)。
具体实施方式
以下，参照如图详细说明本发明相关的通信系统的实施方式。
本通信系统是在基站(CS：cell station)和多个终端(PS：personalstation)之间，通过按各频带由多个子信道构成的帧来进行通信的OFDMA方式的通信系统。图1是表示在本发明的实施方式相关的通信系统中基站和终端的发送功能的框图。
如图1所示，作为基站10中的发送功能，具有：将从上位层发送来的数据按照通信的优先级进行QoS等级划分的QoS控制部11，按照等级划分了的优先级进行通信的调度的调度器(scheduler)12，按每个时隙分配后述的子信道的频带分配部13，生成对终端20进行通信的下行链路期间即下行链路帧的下行链路帧生成部14，对下行链路帧的信号进行调制的调制部15，对终端发送无线信号的发送部16，以及控制频带分配部13、调制部15来管理通信的通信管理部17。下行链路帧生成部14使经由QoS控制部11、调度器12从上位层发送且经由频带分配部13分配给各子信道的四个物理帧连续，来生成下行链路帧。
此外，作为终端20中的发送功能，具有：将从上位层发送来的数据按照通信的优先级进行QoS等级划分的QoS控制部21，按照等级划分了的优先级进行通信的调度的调度器22，按每个时隙分配后述的子信道的频带分配部23，生成对基站10进行通信的上行链路期间即上行链路帧的上行链路帧生成部24，对上行链路帧的信号进行调制的调制部25，对基站发送无线信号的发送部26，以及控制频带分配部23和调制部25来管理通信的通信管理部27。上行链路帧生成部24使经由QoS控制部21、调度器22从上位层发送且经由频带分配部23分配给各子信道的四个物理帧连续，来生成上行链路帧。
图2是表示本发明的实施方式相关的通信方法所使用的OFDMA的帧结构的说明图。
上述帧被配置成使进行从基站向终端的通信的下行链路期间的时隙与进行从终端向基站的通信的上行链路期间的时隙邻接。
此外，表示上述帧中的多个子信道的分配的帧结构成为下行链路(从基站向终端的链路：下行链路)期间的帧即下行链路帧与上行链路(从终端向基站的链路：上行链路)期间的帧即上行链路帧连续并且对称的结构。这里说的对称指的是下行链路和上行链路中各自的期间相等并且时隙数量相等。
图2的帧结构是和例如从以往就广为普及的PHS系统相同，时隙为4个(S1～S4)的情形的结构，纵轴表示频率轴，横轴表示时间轴。根据此结构能够编入现有的PHS系统而使用。
在图2中，下行链路期间和上行链路期间都相对于频率轴被分割为28个频带。被分配给最初的频带的子信道称为控制子信道，作为控制信道(CCH)使用。
另外，上述最初的频带既可以是最高频带也可以是最低频带。
图2的例是PHS系统的例，在控制子信道C1～C4中分配了四个基站。
而且，剩下的27个频带(组)按每个时隙在时间轴方向分割为4个，一共由108个子信道构成。这些是收发数据的业务子信道T1～T108。也就是说，进而在本实施方式的通信系统中的OFDMA方式中，现有的OFDMA方式中的子信道在时间轴方向被分割所以子信道数量(扩展(extra)子信道数量)多为108个。
而且，该业务子信道由被称为固定(anchor)子信道和扩展子信道的子信道构成。
固定子信道是用于对各终端通知哪个终端使用哪个子信道、用于在基站和终端中协商(negotiation)在重传控制中数据可否正确地交换的子信道，在通信开始时给各终端分配一个上述固定子信道。
扩展子信道是发送实际使用的数据的子信道，能够对于一个终端分配任意的数量的扩展子信道。这种情况下，被分配的扩展子信道越多频带越宽，所以高速的通信成为可能。
接着，对上述业务子信道的分配进行说明。图3是表示子信道的分配的一例的说明图。在该图3所示的例中，通过各种各样的形式来表示各业务子信道的分配。
在图3所示的例中，表示了控制子信道中的四个基站中C3的基站的控制信道。另外，C3、T2等的记号与图2相对应。
作为对用户1的终端的固定子信道，分配了T5。而且，作为对用户1的终端的扩展子信道，分配了T2、T4、T6、T7、T8、T9、T10、T15、T17、T24、……、T105。这些子信道在下行链路和上行链路是共同的。
此外，作为对用户2的终端的固定子信道，分配了T23。而且，作为对用户2的终端的扩展子信道，分配了T13、T14、T18、T20、……。在用户2中，子信道的分配与用户1相同，在下行链路和上行链路是共同的。
此外T1、T3、T11、T12、T19、T21、……、T107是在其他的基站和其他的终端之间使用的子信道，T16、T22、……、T106、T108是不使用的子信道。
这样，图3所示的本实施方式的通信系统中的帧结构成为下行链路期间的帧即下行链路帧与上行链路期间的帧即上行链路帧连续并且对称的结构。
下面，使用图4来说明子信道的格式。
如图4所示，一个频带由下行链路的四个子信道和上行链路的四个子信道构成，全体的时间轴上的长度为，例如5ms。
各子信道由PR(PRiamble)、PS(导频符号，Pilot Symbol)、其他的字段构成，时间轴上的长度为，例如625μs。
PR是前置码(preamble)，是用于识别帧发送的开始，给予取得同步的时机的信号。
PS是导频符号，是为了正确地识别载波的绝对相位，用于获得相位的基准的已知的信号波形、已知的数据。
Sub Channel payload是子信道有效载荷，是容纳物理层(PHY)的数据的部分。
下面，使用图5来说明下行链路的物理层(PHY)的格式。
固定子信道的子信道有效载荷的结构由MAP、ACKCH、PHY有效载荷等各字段构成。而且，各扩展子信道的子信道有效载荷所容纳的PHY有效载荷与此连结。最后的扩展子信道的结束部分设置了CRC字段。
上述MAP字段所容纳的比特排列是发送给终端的MAP信息(表示对该终端，能够使用或不能够使用的子信道的信息)，给一帧所包含的业务子信道标上编号，作为与此对应的比特串来表示。
例如，如果与第n个业务子信道对应的比特为“1”，则通知能够将该第n个业务子信道分配给该终端且使用于该终端中。此外，如果与第n个业务子信道对应的比特为“0”，则通知不能将该第n个业务子信道使用于该终端中。
例如，图3的帧结构的例子中的MAP信息成为如下那样的信息。
对用户1的终端发送的MAP信息的比特排列成为“01010111110000101…1000”。
此外，对用户2的终端发送的MAP信息的比特排列成为“00000000000011000101…”。
下面，使用图6来说明上行链路的物理层(PHY)的格式。
固定子信道的子信道有效载荷的结构由RMAP、ACKCH、PC、PHY有效载荷等各字段构成。而且，各扩展子信道的子信道有效载荷所容纳的PHY有效载荷与此连结。最后的扩展子信道的结束部分设置了CRC字段。
RMAP是终端判断能否使用由基站所指示的子信道后向基站返回的信息。例如，在终端的附近存在其他的终端、其他的基站等，来自这些的干扰波所造成的干扰电平较大，不能进行与此相应的子信道中的正常的通信的情况等，向基站返回相应的子信道不能使用的信息。即，使与不能使用的子信道相应的RMAP的比特设为“0”。
例如，从基站向某个终端由下行链路发送的MAP信息(MAP的比特排列)为“10110…”时，在判断为终端侧不能使用第3个子信道的情况下，设第3个比特为“0”。由此，这种情况下将“10010…”这样排列的RMAP通过上行链路向基站侧返回。
下面，使用图7来说明与发送的MAP信息对应的帧。
基站利用(1)的下行链路期间中的固定子信道所包含的MAP字段对终端通知通信权(由(1)的时机指示)。
接着，在被通知的MAP信息中指示了使用的扩展子信道，利用指示了该使用的扩展子信道由(2)或(3)的帧(的时机)进行通信。
接着，在基站和终端的连接的初期阶段决定由(2)或(3)的帧的哪一个进行通信，根据解调的处理速度慢的终端等条件，决定能够通信的帧为(2)或(3)。而且，一旦决定了，则都不改变由(2)或(3)的帧的哪一个进行通信，直到通信结束。
这样，在本实施方式的通信系统中的OFDMA方式中，子信道数量(控制子信道数量)多达108，所以能够分配给各用户的子信道的数量也当然多。因此MAP信息也必然变大，假设除了下行链路以外，还加上上行链路中也在基站和终端之间进行MAP信息的交换，则较多地使用通信资源，用于以原来的数据进行通信的有效载荷就会减少。
但是，如图3所示，在本实施方式的通信系统中，成为下行链路期间的帧即下行链路帧与上行链路期间的帧即上行链路帧连续、并且对称的结构，所以如果共同地进行上行链路的子信道分配与下行链路的子信道分配，则由于例如仅利用下行链路从基站向终端通知MAP信息，所以不需要上行链路中的MAP信息的通知，能够确保以原来的数据进行通信的很多有效载荷部，能够提高吞吐量(throughput)。
如上所述，本发明的实施方式相关的通信系统包括：下行链路帧生成部14，生成下行链路帧，该下行链路帧是从基站10对多个终端中的至少一个终端20进行通信的下行链路期间；以及上行链路帧生成部24，生成上行链路帧，上行链路帧是从多个终端中的至少一个终端20对上述基站10进行通信的上行链路期间。下行链路帧与上行链路帧连续并且是对称结构。
由此，能够抑制通信资源的减少，所以能够减轻基站10的处理负担。而且，还能够维持与现有的PHS系统的兼容性。
本申请是基于2006年9月22日申请的日本专利申请(特愿2006-257969)的申请，这里作为参照加入其内容。

Claims (7)

1.一种通信系统，是在基站与多个终端之间利用一个或多个子信道进行通信的OFDMA方式的通信系统，上述通信系统包括：
下行链路帧生成部，生成下行链路帧，该下行链路帧是从上述基站对上述多个终端中的至少一个终端进行通信的下行链路期间；以及
上行链路帧生成部，生成上行链路帧，该上行链路帧是从上述多个终端中的至少一个终端对上述基站进行通信的上行链路期间；
构成上述下行链路帧的上述子信道数量与构成上述上行链路帧的上述子信道数量相同，
上述下行链路帧和上述上行链路帧由被用作上述基站的控制信道的控制子信道和用于发送数据的业务子信道构成；
上述业务子信道由第一子信道和第二子信道构成，
按每个上述多个终端固定分配一个上述第一子信道，上述第一子信道包含向所分配的终端按每个帧通知的控制数据，
按每个上述多个终端，按每个帧适应性地分配至少一个包含实际使用的数据的上述第二子信道，
同一帧内的上述下行链路帧及上述上行链路帧中的、对上述多个终端的上述第一子信道及上述第二子信道的分配相同。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
上述下行链路帧与上述上行链路帧连续。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，
将表示上述多个各终端能够使用或者不能够使用的子信道的信息，包含在上述第一子信道，在上述下行链路期间分别从上述基站向上述各终端通知。
4.根据权利要求1或3所述的通信系统，其特征在于，
在由上述信息表示为能够使用的子信道中，将由该终端使用的子信道和不使用的子信道进行区分并包含在上述第一子信道中，在上述上行链路期间分别从上述各终端向上述基站通知。
5.一种通信方法，是在基站与多个终端之间利用一个或多个子信道进行通信的OFDMA方式的通信方法，其中，
以下述方式设置并进行通信，
下行链路帧是从上述基站对上述多个终端中的至少一个终端进行通信的下行链路期间，上行链路帧是从上述多个终端中的至少一个终端对上述基站进行通信的上行链路期间，
构成上述下行链路帧的上述子信道数量与构成上述上行链路帧的上述子信道数量相同，
上述下行链路帧和上述上行链路帧由被用作上述基站的控制信道的控制子信道和用于发送数据的业务子信道构成；
上述业务子信道由第一子信道和第二子信道构成，
按每个上述多个终端固定分配一个上述第一子信道，上述第一子信道包含向所分配的终端按每个帧通知的控制数据，
按每个上述多个终端，按每个帧适应性地分配至少一个包含实际使用的数据的上述第二子信道，
同一帧内的上述下行链路帧及上述上行链路帧中的、对上述多个终端的上述第一子信道及上述第二子信道的分配相同。
6.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于，
包括：在上述下行链路期间向上述各终端通知表示在上述各终端能够使用或者不能够使用的子信道的信息的步骤。
7.根据权利要求6所述的通信方法，其特征在于，
包括：在上述下行链路期间向上述各终端通知上述信息之后，在表示为能够使用的子信道中，将由该终端使用的子信道和不使用的子信道进行区分，在上述上行链路期间从上述各终端向上述基站通知的步骤。
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