JP2003078452A - 移動通信における送信フレーム構成方法 - Google Patents
移動通信における送信フレーム構成方法Info
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Abstract
技術において、マルチパス環境下でのスループットを改
善する高精度SIR測定を実現する。 【解決手段】 一定周期でデータチャネルの送信を停止
し、その間はパイロットチャネルのみを送信する。受信
SIRの測定は、データチャネル送信停止区間のパイロ
ットチャネルを用いて行う。
Description
用いて多元接続を行う符号分割多元接続(CDMA:C
ode Division Multiple Acc
ess)方式を適用する移動通信における送信フレーム
構成方法に関する。
物などでの反射・散乱により、さまざまな方向から到来
する多数の波が干渉し合って、フェージングと呼ばれる
ランダムな定在波が生じる。陸上移動通信のように直接
波が無い場合には、振幅変動がレイリー分布するレイリ
ーフェージングを生じる。一般には、フェージング変動
により受信レベルが低下し、受信誤りが発生する確率が
大きくなる。
信希望波信号電力対干渉波電力比(SIR:Signa
l to Interference Power R
atio)が用いられる。このSIRの値が小さいと
き、受信誤りを生じる確率が大きくなる。前記フェージ
ング変動の場合、その変動に伴う受信SIRの変動に応
じて、データ変調方式および誤り訂正符号化率の組み合
わせ(MCS:Modulation and Cod
ing Scheme)を最適なものに切り替える最適
データ変調方式・誤り訂正符号化率決定法(以後、最適
MCS決定法)が提案されている。
Spread)−CDMA方式に拡張する際の、該DS
−CDMA方式を用いた移動通信における一般的な前記
最適MCSの概念を示す図である。最適MCSでは、無
線リンク状態が良好な受信局に対して、(1)拡散率
(SF:Spreading Factor)を縮小
し、(2)多重コード数を増加し、(3)誤り訂正符号
化率を増加し、(4)データ変調の変調多値数を増加す
ることを通して生成される、より高データレートのチャ
ネルを用いた通信を許可する。
高くする場合、受信誤りが発生する確率はより大きくな
る。例えば図6は、データ伝送の際に生じたビット数の
誤りの割合(ビット誤り率BER:Bit Error
Rate)の特性を、4つの異なる多値数のデータ変
調方式に対して表した図である。図6より、変調多値数
4である16値直交振幅変調方式(16QAM:Qua
drature Amplitude Modulat
ion)を適用した場合の変調効率、すなわち情報1シ
ンボル当たりのビット数は、変調多値数2の4値相偏移
変調方式(QPSK:Quadrature Phas
e Shift Keying)を適用した場合の2倍
になるものの、同じBER特性を満たすために必要な情
報1ビットあたりの信号電力対雑音電力密度比(Eb/
N0)の1アンテナ当たりの平均値は、前記16QAM
の場合に、前記QPSKの2倍以上に増大することがわ
かる。
信誤りの発生確率が小さい)受信局に対しては、より高
レートのデータ伝送を許容し、一方で受信状態が悪い
(受信誤りの発生確率が大きい)受信局に対しては、よ
り低レートのデータ伝送に制限することで、全体として
高効率な伝送を実現し、正しく受信される情報伝送速度
(スループット)を増大することができる。
記BERあるいはブロック誤り率(BLER:Bloc
k Error Rate)等の受信品質評価尺度が決
まるため、無線リンク状態として受信SIRが用いられ
ることが多い。
法について、図7を用いて説明する。図7は最適MCS
決定の動作原理を表すフローチャート図である。
を行った受信局は、ステップS13で、予め用意された
受信SIRに対する最適MCSの表を参照する。その表
から、前記受信SIRの測定値に対する最適なMCSを
決定する(ステップS15)。その後受信局は、上りリ
ンクでのMCS制御ビットにより、基地局に対して最適
MCSを要求する。
Sがある場合に、最適なMCSを示す表の作成法を表す
図である。例えば受信SIRの値がしきい値#2からし
きい値#3の区間では、MCS#1からMCS#4まで
すべてのMCSがスループットを有するが、その中で最
大スループットを持つ最適なMCSはMCS#3であ
る。したがって上記区間においては、MCS#3を最適
なものとして決定することになる。
い値#1以下の値をとるときの最適MCSはMCS#1
であり、また、受信SIRがしきい値#1からしきい値
#2までの値をとるときの最適MCSはMCS#2であ
り、さらに受信SIRがしきい値#3より大きい値をと
るときの最適MCSはMCS#4ということになる。以
上の結果から、図8の太線で示される最適MCSを示す
表が得られる。
nternational Mobile Telec
ommunications−2000)の無線アクセ
ス方式である広帯域DS−CDMA方式(いわゆるW−
CDMA方式)に関しては、当該広帯域DS−CDMA
無線インタフェースを拡張した最大スループット8.5
Mbps程度の高速パケット通信方式(HSDPA:H
igh SpeedDownlink Packet
Access)の実現が目標とされている。HSDPA
では、スループット増大のための技術として、適応無線
リンク制御(リンクアダプテーション)に基づく最適M
CS決定法が考えられている。
のような時間連続の共通パイロットチャネル(CPIC
H:Common Pilot Channel)が基
本的に用いられており、受信局はCPICHを用いて受
信SIRを推定する。ここで該CPICHには、通信者
が最適なMCSを用いて通信を行うためのデータチャネ
ルがコード多重されている。(図9のデータチャネル
は、12コード多重によりチャネルを構成している。)
図10は、パス数が2,受信アンテナ数が2である場合
のSIR測定法の一例を示した図である。
が、各々のSIR測定部に入力される。入力された受信
信号は、乗算部101で拡散信号レプリカが掛けられた
後、受信希望波と干渉波に分けられる。
力Sを測定するためのS測定部103に送られる。S測
定部103では、まず1スロット長同相平均部で、1ス
ロット長にわたり同相平均され、さらに測定精度を向上
させるため、Nsスロット長平均部で、Nsスロット長に
わたり電力平均される。
るI測定部105に送られる。I測定部105では、チ
ップあたりの干渉波電力Iを測定する場合、この信号の
分散が求められ、シンボルあたりの干渉波電力Iを測定
する場合は1シンボル長同相平均部で1シンボル長にわ
たり同相平均される。さらにその後、測定精度を向上さ
せるため、NIスロット長平均部でNIスロット長にわた
り電力平均される。
受信希望波信号電力Sを干渉波電力Iで割り、各パス、
アンテナごとの受信SIRを求める。
れた各パス、アンテナごとの受信SIRを、パス間、ア
ンテナ間で和をとり合成する(Rake合成)ことによ
り、Rake合成後の受信SIRを求める。
では、5MHz帯域の広帯域伝送を行う場合、マルチパ
スフェージング(周波数選択性フェージング)が生じ
る。このためマルチパス環境では、マルチパス間の干渉
(マルチパス干渉)により伝送品質に劣化が生じる。
Aでは、マルチパス干渉を各コードチャネルに対し平均
的に受信信号電力の1/(SF)に抑えることができる
ものの、チップレートが3.84Mcpsの広帯域DS
−CDMA無線インタフェースを用いて高速データ伝送
を行う場合には、データレートを大きくするためにSF
を1に近くし、さらに多重コード数も大きくする必要が
あるため、マルチパス干渉による受信SIRの劣化は非
常に増大する。
合、CPICHを用いて測定したSIRはデータチャネ
ルからのマルチパス干渉による影響を大きく受けること
になる。
MCSを決定するためにSIRを測定する際、自分を含
めたどの通信者も通信を行っていない場合には、データ
チャネルが送信されないので、測定される受信SIRは
データチャネルからのマルチパス干渉の影響を受けず大
きな値となる。
の有無によりSIRが時間とともに変化する例を表す概
念図である。
送品質の劣化を改善する手段としては、マルチパス干渉
キャンセラ(MPIC:Multi−path Int
erference Canceller)等の技術が
提案されている。この手段を適用した場合、受信品質は
マルチパス干渉が取り除かれた信号のSIRによって決
定されることになる。この場合の干渉波電力Iは、熱雑
音および他セルからの干渉等、MPICなどで取り除け
ない成分のみとなる。
合にも、データチャネル送信時に測定したSIRが受信
品質を反映するとはかぎらないため、最適なMCS選択
がなされない場合にはスループットを劣化させることに
なる。
に、DS−CDMA方式の移動通信を用いて特に広帯域
伝送を行う場合、ある受信局が同一の受信品質のもとで
前記SIRを測定する際、データチャネル送信の有無に
よって測定されるSIRが大きく変わり、結果として正
確な受信品質の測定ができないため、前記MCS選択の
誤りによりスループットが劣化してしまうという問題が
ある。
ルチパス干渉が取り除かれた信号のSIRによって受信
品質が決定されるため、データチャネル送信時に測定し
たSIRが受信品質を反映しないことになり、前記同様
MCSの選択の誤りによるスループットの劣化が生じる
という問題がある。
ので、DS−CDMA方式における高速データ伝送技術
において、マルチパス環境でのスループットを大幅に改
善する高精度なSIR測定を実現するための移動通信に
おける送信フレーム構成方法を提供することを目的とす
る。
め、請求項1記載の本発明は、1つあるいはマルチコー
ド多重された複数のデータチャネルとともに、パイロッ
トチャネルをコード多重したフレームを符号分割多元接
続方式により送信するときの移動通信における送信フレ
ーム構成方法であって、前記フレームは、前記パイロッ
トチャネルが継続して送信される一方、前記データチャ
ネルは一定周期で数シンボル区間送信が停止されること
を要旨とする。
移動通信における送信フレーム構成方法において、前記
データチャネルの送信を停止した区間における前記パイ
ロットチャネルの送信電力を、前記データチャネルを送
信する区間の送信電力と比較して大きい送信電力で送信
することを要旨とする。
移動通信における送信フレーム構成方法において、受信
局が受信品質を、前記データチャネルの送信が停止して
いる区間で測定し、前記受信品質に応じて、データ変調
方式・誤り訂正符号化率の組み合わせおよび送信電力の
最適化を行うことを要旨とする。
移動通信における送信フレーム構成方法において、前記
受信品質が、前記パイロットチャネルの受信希望波信号
電力対干渉波電力比の測定結果に基づいて推定されるこ
とを要旨とする。
移動通信において、特にチップレートと同等かそれ以上
であるような高速データ伝送を行う際に、一定区間でデ
ータチャネルの送信が停止され、その区間でのパイロッ
トチャネルを用いてSIR測定を行うため、測定したS
IR値にはデータチャネルからのマルチパス干渉の影響
が生じない。この結果、データチャネルの送信状況によ
らない最適MCSを安定して選択でき、スループットを
大幅に改善することができる。
の形態を説明する。
フレーム構成を示す図である。当該フレーム構成におい
ては、送信局において、一定周期でデータチャネルの送
信を停止し、データチャネル送信停止区間のパイロット
チャネルを用いて各パスおよび各アンテナの干渉波電力
Iの測定を行う。
1つのデータチャネル送信停止区間を用いて干渉波電力
Iの測定を行う、(2)過去NI個のデータチャネル送
信停止区間を平均して干渉波電力Iの測定を行う、
(3)過去NI個のデータチャネル送信停止区間を重み
付けして干渉波電力Iの測定を行う、というものがあ
る。
の有無により干渉波電力Iの測定値が大きく変化する。
データパケットが送信されている場合、干渉波電力Iの
値は大きく測定され、送信されていない場合には、干渉
波電力Iの値は小さく測定される。しかし、前記フレー
ム構成においては、データチャネル送信停止区間ではパ
イロットチャネルしか送信されていないため、送信パケ
ットの有無に関わらず、安定して干渉波電力Iの測定を
行うことができる。
る場合、SIRの測定値を用いて受信品質の測定を行う
時には、該受信品質はマルチパス干渉をキャンセルした
後のSIRに依存する。そのため、干渉をキャンセルし
た後の干渉波電力Iの値を測定しなければならないが、
前記フレーム構成を用いて干渉波電力Iの測定を行う場
合には、前記データチャネル送信停止区間においては、
データチャネルからの干渉が存在しないため、マルチパ
ス干渉をキャンセルした後の干渉波電力Iの値と等価な
干渉波電力Iの値を測定することができる。その結果、
マルチパス干渉キャンセル後の干渉波電力Iを測定する
必要がないために、送信電力制御遅延の影響が小さく抑
えられることになる。
1のフレーム構成によれば、マルチパス干渉の影響のな
い高精度なSIR測定を実施することができ、データチ
ャネルの送信状況によらない安定した最適MCS選択を
する事ができる。またMPICのようなマルチパス干渉
除去手段を具備した高性能受信機を有する受信局の場
合、マルチパス干渉除去後の受信品質を反映したSIR
測定が行えるため、マルチパス環境での受信品質を大き
く改善することができる。
フレーム構成を示す図である。本構成では、データチャ
ネルの送信停止区間に制御チャネルを送信する。この場
合は、図1の場合と比較してフレーム効率がよいことが
利点である。
ス干渉除去手段を用いる場合には、必ずしも最終受信品
質を反映したSIR測定が行えるとは限らないが、一方
で送信を行わない無駄な区間が前記第1のフレームより
少ないため、前記第1のフレーム構成に比較してフレー
ム効率がよくなるという利点を有する。
て説明する。
機シミュレーションの結果を表すもので、情報1チップ
当たりの信号電力対雑音電力密度比(Ec/No)の、
1アンテナ当たりの平均値に対するスループット特性
を、4つの異なる変調方式に対してシミュレーションを
行った図である。
って説明する。
K,16QAM,64QAMを用いた。データチャネル
の多重コード数は12とした。送信情報データ系列は
(960−6NG)m−8ビットのデータブロックに分
割される。ここで、mは変調多値数であり、QPSK、
8PSK、16QAM、64QAMに対し、それぞれm
=2、3、4、6である。
ケットの送信単位(パケット長)を0.667msec
とし、該データパケットの先頭に設けられるデータチャ
ネル送信停止区間のシンボル数NGを2としている。
ト)1/2、拘束長9の畳み込み符号により誤り訂正符
号化を行う。前記符号化により符号化された系列はデー
タ変調される。データレートは240kspsである。
各コードチャネルのデータシンボルは拡散率16、チッ
プレート3.84McpsでQPSK拡散される。前記
全てのデータ変調方式で、平均送信電力が等しくなるよ
うに設定し、CPICHの送信電力がパケットチャネル
(12コードチャネル)の送信電力の1/8となるよう
にした。
は、QPSK、8PSK、16QAM、64QAMそれ
ぞれに対し2.84、4.26、5.69、8.53M
bpsとなる。チャネル変動として、平均受信レベルの
等しいLパスモデル(L≧1)を仮定し、各パスは最大
ドップラー周波数fDHzの独立なレイリーフェージン
グを受けるものとした。フェージングの影響を取り除く
ためのダイバーシチ受信機は、2ブランチのアンテナダ
イバーシチ受信機であり、アンテナ間のフェージング相
関は0を仮定した。MPICのステージ数は4とした。
区間ごとにCPICHの逆拡散出力を平均化することで
求めた。また、誤り訂正復号として軟判定ビタビ復号を
用いた。
タ変調方式として64QAMを用いた場合のシミュレー
ション結果では、前記第1のフレーム構成を用いた場
合、最大スループット8.42Mbpsを実現してい
る。この値は、前記HSDPAの目標とする最大スルー
プット8.5Mbpsにかなり近づいた値となってい
る。
き、SIR測定区間でデータチャネルが送信される場合
とされない場合に、各データ変調方式を切り替える受信
状態で測定される受信SIRの差を示す図である。干渉
波電力Iの測定をチップ単位で行う場合とシンボル単位
で行う場合の両方を示した。図12より、従来法ではS
IR測定区間でのデータチャネルの送信の有無により、
受信SIR測定値が平均4dB程度変動してしまうこと
が分かる。
来のフレーム構成を用いた場合には、SIR測定値の変
動によりスループットが最大で1Mbps程度劣化して
しまうことが分かる。
にはこのようなスループットの劣化が起きない。したが
って本発明により、従来法より最大で1Mbps程度ス
ループットを改善できることになる。
CDMA方式を用いた移動通信において、一定区間送信
が停止されるマルチコードデータチャネルと、時間連続
なパイロットチャネルからなるコード多重フレームを用
いることで、該データチャネル送信停止区間のパイロッ
トチャネルの送信電力を大きくすることができる。
パイロットチャネルのみを用いて受信品質を推定できる
ため、前記データチャネルの送信状況によらない最適M
CSを安定して選択することができる。
IRに基づいて受信品質を推定する場合には、該受信S
IRがデータチャネルからのマルチパス干渉の影響を受
けない高精度なものが実現できるため、受信局でのデー
タ受信品質(スループット)を大幅に改善することがで
きる。
を表す図である。
を表す図である。
ションの結果を表す図である。
諸元を表す図である。
式・誤り訂正符号化率の概念を示す図である。
率特性の例を示す図である。
動作原理を表すフローチャート図である。
訂正符号化率を示す表の作成法の一例を表す図である。
化する例を表す概念図である。
により生じるSIR測定値の変動を表す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 1つあるいはマルチコード多重された複
数のデータチャネルとともに、パイロットチャネルをコ
ード多重したフレームを符号分割多元接続方式により送
信するときの移動通信における送信フレーム構成方法で
あって、前記フレームは、前記パイロットチャネルが継
続して送信される一方、前記データチャネルは一定周期
で数シンボル区間送信が停止されることを特徴とする移
動通信における送信フレーム構成方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の移動通信における送信フ
レーム構成方法において、前記データチャネルの送信を
停止した区間における前記パイロットチャネルの送信電
力を、前記データチャネルを送信する区間の送信電力と
比較して大きい送信電力で送信することを特徴とする移
動通信における送信フレーム構成方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の移動通信における送信フ
レーム構成方法において、受信局が受信品質を、前記デ
ータチャネルの送信が停止している区間で測定し、前記
受信品質に応じて、データ変調方式・誤り訂正符号化率
の組み合わせおよび送信電力の最適化を行うことを特徴
とする移動通信における送信フレーム構成方法。 - 【請求項4】 請求項3記載の移動通信における送信フ
レーム構成方法において、前記受信品質は、前記パイロ
ットチャネルの受信希望波信号電力対干渉波電力比の測
定結果に基づいて推定されることを特徴とする移動通信
における送信フレーム構成方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001266443A JP3946014B2 (ja) | 2001-09-03 | 2001-09-03 | 移動通信における送信フレーム構成方法 |
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