JP2004266338A - マルチキャリア送信装置、マルチキャリア受信装置及びマルチキャリア無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチキャリア通信システム全体のスループットを向上させること。
【解決手段】サブキャリア/変調方式割当処理部108は、回線品質情報取出部107からフィードバックされたユーザ1〜Kの回線品質情報に基づいて、ユーザ1〜Kの全サブキャリア1〜Nに対する受信SNRテーブルを作成し、受信SNR閾値以下の要素を「0」とし、受信SNRテーブルのユーザ1〜Kの全サブキャリア1〜Nに対する受信SNR値に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数U(n)を計算し、利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* を探索し、利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* を受信SNR値が最大のユーザk* に割り当てる。
【選択図】 図1
【解決手段】サブキャリア/変調方式割当処理部108は、回線品質情報取出部107からフィードバックされたユーザ1〜Kの回線品質情報に基づいて、ユーザ1〜Kの全サブキャリア1〜Nに対する受信SNRテーブルを作成し、受信SNR閾値以下の要素を「0」とし、受信SNRテーブルのユーザ1〜Kの全サブキャリア1〜Nに対する受信SNR値に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数U(n)を計算し、利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* を探索し、利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* を受信SNR値が最大のユーザk* に割り当てる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア送信装置、マルチキャリア受信装置及びマルチキャリア無線通信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、マルチキャリア変調方式の一つであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を利用した適応マルチユーザOFDMシステムは、各移動端末の伝搬環境に応じてシステム全体の効率的なスケジューリングを行うシステムである。
【0003】
具体的には、各移動端末からフィードバックされた移動端末の信号受信時のSNR(Signal to Noise Ratio )に基づいて、各ユーザに適切な多数のサブキャリアを割り当てて、各サブキャリアにMCS(Modulation Coding Schemes )を選択するというシステムである。また、従来の適応マルチユーザOFDMシステムに適用可能なサブキャリア割当方式が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
このサブキャリア割当方式について、図6〜図9を参照して説明する。なお、図6〜図8において、細線枠の表部分がユーザk(k=1〜4)の各サブキャリアn(n=1〜4)に対する受信SNR(dB)を示し、太線枠の列部分が利用可能サブキャリア数(S(k),k=1〜4)、行部分が利用可能ユーザ数(U(n),n=1〜4)を示す。
【0005】
まず、図6は、受信SNR値(SNR(dB))と、ユーザの利用可能サブキャリア数(S(k))と、利用可能ユーザ数(U(n))との関係を示しており、4つのサブキャリア(n=1〜4)が4人のユーザ(k=1〜4)において各々受信される際の受信SNR値を例示している。
【0006】
また、図中の利用可能サブキャリア数S(k)は、各ユーザ1〜4が利用可能なサブキャリア数を示し、利用可能ユーザ数U(n)は、各サブキャリア1〜4が利用可能なユーザ数を示している。この図において、各サブキャリア1〜4において所要品質(誤り率、例えば、BER=10−2)を満足する受信SNR値を1.5dB以上とし、所要品質以下の受信SNR値のユーザには「0」を設定し、送信不可とする。
【0007】
まず、図6において、利用可能ユーザ数U(n)が一番少ないサブキャリア3(U(3)=2)に注目すると、ユーザ2(k=2)の利用可能サブキャリア数(S(2)=3)が、ユーザ4(k=4)の利用可能サブキャリア数(S(4)=4)より小さいので、サブキャリア3をユーザ2に割り当てる。
【0008】
次いで、図6においてサブキャリア3をユーザ2に割り当てたので、サブキャリア3の各ユーザに対する受信SNR値を「0」にし、新たに利用可能なサブキャリア数S(k)及びユーザ数U(n)を算出した状態を図7に示す。
【0009】
図7において、更にサブキャリアの割り当てを続けると、ユーザ2の利用可能サブキャリア数はS(2)=2と最も小さいため、次の割り当て対象をサブキャリアの割り当てをユーザ2の2組(k=2,n=2)と(k=2,n=4)に決定する。
【0010】
この場合、2候補のサブキャリアの利用可能ユーザ数はU(2)=U(4)=4と等しいので、適当に1組(k=2,n=2)に決定し、サブキャリア2をユーザ2に割り当てる。
【0011】
更に、図7においてサブキャリア2をユーザ2に割り当てたので、サブキャリア2の各ユーザに対する受信SNR値を「0」にし、新たに利用可能なサブキャリア数S(k)及びユーザ数U(n)を算出した状態を図8に示す。
【0012】
図8において、ユーザ2の利用可能サブキャリア数はS(2)=1と最も小さいため、更にサブキャリア4をユーザ2に割り当てる。
【0013】
更に、図8においてサブキャリア4もユーザ2に割り当てたので、サブキャリア4の各ユーザに対する受信SNR値を「0」にし、新たに利用可能なサブキャリア数S(k)及びユーザ数U(n)を算出するが、残ったサブキャリア1は、ユーザ1、3、4が利用可能サブキャリア数S(1)=S(3)=S(4)=1なので、適当にユーザ1に割り当てる。
【0014】
以上のユーザ1〜4に対するサブキャリア1〜4の割り当て結果をまとめると、図9に示すようになる(○:使用,×:未使用)。すなわち、このサブキャリア割当方式では、最初は利用可能ユーザ数U(n)が最も小さいサブキャリアから利用可能サブキャリア数S(k)が少ないユーザが割り当てられるが、以後は利用可能サブキャリア数S(k)が少ないユーザから優先的にサブキャリアが割り当てられている。
【0015】
更に、OFDMシステムに関して適応サブキャリア割当方式を提案しているものがある(例えば、非特許文献2)。この適応サブキャリア割当方式では、図10に示すフローチャートのように、まず、ステップS101では、全ユーザの中で、利用可能なサブキャリア数が最小のユーザkを見つけ出し、次に、ステップS102では、ユーザkの利用可能なサブキャリアの中から利用可能なユーザ数が最小のサブキャリアnを選定し、その結果としてステップS103では、ユーザkにサブキャリアnを割り当てている。
【0016】
【非特許文献1】
宇良 宗博、原 嘉孝、神尾 享秀:「高効率データ通信用MC−CDMA方式の一検討」,信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE.SST2000−127,A・P2000−261 RCS2000−261,MW2000−252(2001−03),pp.105−110
【非特許文献2】
ドウ 元潤、永長 和孝、森 香津夫、小林 英雄:「適応サブチャネル割当方式を用いたOFDMシステムに関する検討」,信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE.DSP2002−174,SAT2002−124,RCS2002−243(2003−01),pp.83−88
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のサブキャリア割当方式においては、利用可能サブキャリア数が少ないユーザから優先的にサブキャリアが割り当てられていたため、各サブキャリアは、伝送路状態が最もよい(受信SNR値が最も大きい)ユーザに割り当てられない場合があり、OFDMシステム全体のスループットを低下させるという問題があった。
【0018】
すなわち、従来のサブキャリア割り当て方法では、図6においてサブキャリア3をユーザ2に割り当てているが、サブキャリア3に対するユーザ2の受信SNR値は「4.9dB」であり、ユーザ4の受信SNR値「10.9dB」より小さいため、サブキャリア3をユーザ4に割り当てることが最適と考えられる。
【0019】
また、特定のユーザに集中してサブキャリアが割り当てられてしまうため、他のユーザにサブキャリアが割れ当てられなくなる場合があり、他のユーザの送信ができなくなってしまうという問題があった。
【0020】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができるマルチキャリア送信装置、マルチキャリア受信装置及びマルチキャリア無線通信方法を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチキャリア送信装置は、複数の周波数を用いて無線通信を行うマルチキャリア送信装置であって、各ユーザの受信装置から回線品質情報を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された各ユーザの回線品質情報に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数を計算する計算手段と、前記計算手段による計算結果から利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを選択する選択手段と、前記選択手段により選択されたサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が良いユーザに割り当てる割当手段と、を有する構成を採る。
【0022】
この構成によれば、利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを回線品質が良いユーザに優先的に割り当てるため、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【0023】
本発明のマルチキャリア送信装置は、前記割当手段は、前記回線品質情報に基づいて前記各ユーザの要求品質を設定し、前記選択手段により選択されたサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が前記要求品質を満たすユーザに当該サブキャリアを割り当てる構成を採る。
【0024】
この構成によれば、ユーザの要求品質を満たすようにサブキャリアを割り当てるため、公平にすべてのユーザにサブキャリアを割り当てることができる。
【0025】
本発明のマルチキャリア送信装置は、前記割当手段は、前記サブキャリアを割り当てたユーザを、他のユーザに対するサブキャリアの割り当てが終了するまで、サブキャリアの割り当て対象から除外する構成を採る。
【0026】
この構成によれば、サブキャリアを割り当て済みのユーザをサブキャリアの割り当て対象から除外するため、すべてのユーザにサブキャリアを割り当てることができる。
【0027】
本発明のマルチキャリア受信装置は、請求項1記載のマルチキャリア送信装置と無線通信を行うマルチキャリア受信装置であって、サブキャリア毎の回線品質に関する回線品質情報を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された回線品質情報を送信する送信手段と、を有する構成を採る。
【0028】
この構成によれば、送信側でサブキャリア毎の回線品質情報を基に各サブキャリアを割り当てるユーザを決定することができ、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【0029】
本発明のマルチキャリア無線通信方法は、複数の周波数を用いて無線通信を行うマルチキャリア送信装置におけるマルチキャリア無線通信方法であって、各ユーザの受信装置から回線品質情報を受信する受信ステップと、前記受信ステップで受信した各ユーザの回線品質情報に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数を計算する計算ステップと、前記計算ステップの計算結果から利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを選択する選択ステップと、前記選択ステップで選択したサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が良いユーザに割り当てる割当ステップと、を有するようにした。
【0030】
この方法によれば、利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを回線品質が良いユーザに優先的に割り当てるため、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【0031】
本発明のマルチキャリア無線通信方法は、請求項5記載のマルチキャリア無線通信方法を使用するマルチキャリア送信装置と無線通信を行うマルチキャリア受信装置におけるマルチキャリア無線通信方法であって、サブキャリア毎の回線品質に関する回線品質情報を推定する推定ステップと、前記推定ステップで推定した回線品質情報を送信する送信ステップと、を有するようにした。
【0032】
この方法によれば、送信側でサブキャリア毎の回線品質情報を基に各サブキャリアを割り当てるユーザを決定することができ、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを回線品質が良いユーザに優先的に割り当てることにより、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることである。
【0034】
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。
【0035】
図1は、本発明の一実施の形態に係るマルチキャリア送信装置及びマルチキャリア受信装置の各構成を示すブロック図である。
【0036】
図1に示すマルチキャリア送信装置(以下単に「送信装置」という)100は、変調部101−1〜101−N、逆高速フーリエ変換(IFFT)部102、ガードインターバル(GI)挿入部103、送信RF部104、送受信共用アンテナ105、受信RF部106、回線品質情報取出部107、サブキャリア/変調方式割当処理部108及び割当結果記憶部109とから主に構成される。
【0037】
また、図1に示すマルチキャリア受信装置(以下単に「受信装置」という)200は、送受信共用アンテナ201、受信RF部202、ガードインターバル(GI)除去部203、高速フーリエ変換(FFT)部204、回線品質推定部205、等化器206、復調部207−1〜207−N、パラレル/シリアル変換(P/S)部208、サブキャリア及び変調方式割当情報取出部209及び送信RF部210とから主に構成される。この受信装置200は、マルチキャリア無線通信システムにおけるKユーザの中でk0番目のユーザの移動局である。
【0038】
変調部101−1〜101−Nは、各々異なる符号変調機能を有し、例えば、符号化率1/2の64QAM(Quad Amplitude Modulation),16QAM,QPSK(Quad Phase Shift Keying),BPSK(Binary Phase Shift Keying)といった変調方式を採用する。変調部101−1〜101−Nは、割当結果記憶部109に記憶されたユーザ1〜kに対するサブキャリア割当結果と、サブキャリア/変調方式割当処理部108から入力される変調方式割り当て情報rP ,n=1,2,・・・,Nに基づいて、各ユーザ1〜Kの送信情報の変調方式を決定し、各ユーザ1〜Kの送信情報を変調して変調信号x1,x2,・・・,xNをIFFT部102に出力する。
【0039】
IFFT部102は、変調部101−1〜101−Nから入力される各変調信号x1,x2,・・・,xNのサブキャリア成分を逆高速フーリエ変換して時間領域に変換して時間波形信号をGI挿入部103に出力する。
【0040】
GI挿入部103は、IFFT部102から入力された時間波形信号に、遅延に対する特性を改善するガードインターバルを挿入して送信RF部104に出力する。
【0041】
送信RF(Radio Frequency)部104は、GI挿入部103から入力された時間波形信号をRF帯にアップコンバージョンして送受信共用アンテナ105からOFDM信号を送信する。
【0042】
受信RF部106は、各ユーザ1〜Kの受信装置から送信される信号を送受信共用アンテナ105から受信し、その受信信号を回線品質情報取出部107に出力する。
【0043】
回線品質情報取出部107は、受信RF部106から入力される受信信号から各ユーザ1〜Kの受信装置から送信された回線品質情報を取り出してサブキャリア/変調方式割当処理部108に出力する。
【0044】
サブキャリア/変調方式割当処理部108は、回線品質情報取出部107から入力される各ユーザ1〜Kの回線品質情報(受信SNR)と、各ユーザ1〜Kの送信情報に設定されたQoS(Quality of Service)(例えば、各ユーザの要求データ伝送率と誤り率)に基づいて、各ユーザ1〜Kにサブキャリアと変調方式を割り当て、サブキャリア割り当て結果としてマトリクスデータ[αk,n]K×Nを割当結果記憶部109に記憶するとともに、変調方式割り当て情報を変調部101−1〜101−Nに出力する。
【0045】
割当結果記憶部109は、サブキャリア/変調方式割当処理部108から入力されるユーザ1〜Kに対するサブキャリア割り当て結果が設定されたマトリクスデータ[αk,n]K×Nを記憶する。
【0046】
受信RF部202は、送受信共用アンテナ201からOFDM信号を受信してGI除去部203とサブキャリア及び変調方式割当情報取出部209に出力する。
【0047】
GI除去部203は、受信RF部202から入力されたOFDM信号からガードインターバルを除去してFFT部204に出力する。
【0048】
FFT部204は、GI除去部203から入力されたガードインターバル除去後のOFDM信号を高速フーリエ変換(FFT)して時間領域から周波数領域に変換する。このFFTにより複数のサブキャリアにより伝送されたシンボル信号x´1,x´2,・・・,x´Nが取り出されて、等化器206と回線品質推定部205に出力される。
【0049】
回線品質推定部205は、FFT部204から入力された各シンボル信号x´1,x´2,・・・,x´Nの受信SNRを算出して回線品質を推定し、その各回線品質情報を等化器206と送信RF部210に出力する。
【0050】
等化器206は、回線品質推定部205から入力されたk0番目ユーザの各回線品質情報(伝送路情報hk0,n(n=1,・・・,N))に基づいて、FFT部204から入力された各シンボル信号に含まれる振幅・位相のひずみ成分を補正して復調部207−1〜207−Nに出力する。
【0051】
復調部207−1〜207−Nは、変調部101−1〜101−Nに対応した復調機能を各々有し、サブキャリア及び変調方式割当情報取出部209から入力されたユーザk0のサブキャリア及び変調方式割当情報に基づいて、等化器206から入力されるユーザk0の当該サブキャリアのシンボル信号の復調方式を決定し、等化器206から入力される補正後のユーザk0のシンボル信号を復調して各信号の検波を行い、並列データをP/S部208に出力する。
【0052】
P/S部208は、復調部207−1〜207−Nから入力されたユーザk0の並列データを直列データに変換した後、ユーザk0の所望の受信データとして出力する。
【0053】
サブキャリア及び変調方式割当情報取出部209は、受信RF部202から入力されたOFDM信号からユーザk0のサブキャリア及び変調方式割当情報を取り出して復調部207−1〜207−Nに出力する。
【0054】
送信RF部210は、回線品質推定部205から入力されたユーザk0の回線品質情報を送受信共用アンテナ201から送信する。
【0055】
次に、上記構成を有する送信装置100内のサブキャリア/変調方式割当処理部108の動作について、図2に示すフローチャートを用いて説明する。
【0056】
なお、サブキャリア/変調方式割当処理部108では、従来でも説明した利用可能ユーザ数U(n)だけでなく、受信SNR(gk,n )をパラメータに加えて、サブキャリアの割り当てを行う。具体的には、利用可能ユーザ数U(n)の少ないサブキャリアn* を受信SNR(gk,n )の高いユーザk* に割り当てる。
【0057】
この場合、サブキャリアn* 及びユーザk* は、以下の(式1)、(式2)で表すものであり、図2のフローチャートにおいて適宜用いる。(式1)は、利用可能ユーザ数U(n)が最小のサブキャリアをサブキャリアn* の引数とすることを示し、(式2)は、受信SNR値が最大のユーザをユーザk* の引数とすることを示している。なお、以下の処理では、ユーザ数Kが4(k=1〜4)、サブキャリア数Nが4(n=1〜4)の場合を説明する。
【0058】
【数1】
【数2】
まず、ステップS1では、回線品質推定部205からユーザk0の全サブキャリア1〜4に対する受信SNRを推定する。k0は4ユーザ中の一つのユーザである。
【0059】
次いで、ステップS2では、回線品質情報取出部107からフィードバックされたユーザk0の回線品質情報(全サブキャリア1〜4に対する受信SNR)、及び他の3ユーザの回線品質情報(全サブキャリア1〜4に対する受信SNR)に基づいて、ユーザ1〜4の全サブキャリア1〜4に対する受信SNRテーブルを作成する。
【0060】
次いで、ステップS3では、各ユーザの要求品質(誤り率、例えば、BER=10−2)により、受信SNRの閾値を決定し、受信SNRテーブル内で受信SNR閾値以下(例えば、各ユーザの閾値が1.5dBの場合、受信SNR値が1.5dB以下)の要素に「0」を設定する。ここで、作成した受信SNRテーブルが図6に示す細線枠内であるものとする。
【0061】
次いで、ステップS4では、ステップS2で作成した受信SNRテーブルのユーザ1〜4の全サブキャリア1〜4に対する受信SNR値に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数U(n)を計算する。この計算結果が、図6の太線枠の行部分であるとする。
【0062】
次いで、ステップS5では、すべてのサブキャリア1〜4に対してユーザ1〜4の割り当てが決定したかを判別する。ここでは、まだサブキャリア1〜4に対してユーザ1〜4が割り当てられていないので、ステップS6に進む。
【0063】
次いで、ステップS6では、ステップS4で計算した利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* を探索する。
【0064】
次いで、ステップS7では、ステップS6で探索した利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* の中で受信SNR値が最大のユーザk* を探索する。
【0065】
なお、ステップS6では、利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* が二つ以上ある場合、ステップS7では、その二つ以上のサブキャリアn* の中から受信SNR値が最大のユーザk* を選択する。
【0066】
次いで、ステップS8では、サブキャリアn* にユーザk* を割り当てる。そして、ステップS9では、ステップS8で割り当てが決定したサブキャリアn* を受信SNRテーブルの割り当て対象から除外するため、サブキャリア3の全ユーザ1〜4に対するSNR値を「0」に設定する。この結果を図7に示す。
【0067】
次いで、ステップS10では、今回のサブキャリアの割り当て結果が、ユーザn* の要求データ伝送率を満たしているかを判別する。すなわち、図1においてユーザ1〜kの送信情報に設定された要求データ伝送率Bk を満たしているかが判別される。
【0068】
今回のサブキャリアn* の割り当て結果が、ユーザk* の要求データ伝送率を満たしていない場合は、ステップS4に戻って、各サブキャリア1〜4の利用可能ユーザ数U(n)を計算する処理から繰り返す。また、今回のサブキャリアn* の割り当て結果が、ユーザk* の要求データ伝送率を満たしている場合は、ステップS11に進む。
【0069】
そして、ステップS11では、ユーザk* を受信SNRテーブル内のサブキャリア割り当て対象から除外する。すなわち、ユーザk* は要求データ伝送率を満たすサブキャリアの割り当てが終了したので、他のユーザk* に対するサブキャリアの割り当てが終了するまで、一時的にサブキャリアの割り当て対象から除外する。
【0070】
次いで、ステップS12では、全ユーザ1〜4の要求データ伝送率を満たすサブキャリアの割り当てが終了したかを判別する。終了していない場合は、ステップS4に戻って、各サブキャリアの利用可能ユーザ数U(n)を計算する処理から繰り返す。また、終了している場合は、ステップS13に進む。
【0071】
ステップS13では、ここまで既に割り当てられたサブキャリアを、受信SNRテーブルから除外し、全ユーザに対する残りのサブキャリアの割り当てを再開する。
【0072】
ここまでの処理によって、全ユーザ1〜4の要求データ伝送率を満たすサブキャリアの割り当てが終了したことになる。
【0073】
そして、ステップS3に戻り、全ユーザ1〜4に対して、受信SNRに基づく残りのサブキャリアの割り当て処理を繰り返し実行する。
【0074】
この後のサブキャリア割り当て処理では、既に全ユーザのユーザ要求品質を満たすサブキャリアの割り当てが終了しているので、ステップS10及びステップS12の要求データ伝送率の判別処理は実行されず、受信SNR値が高いユーザに優先的にサブキャリアが割り当てられる。
【0075】
次に、上記サブキャリア割り当て処理に基づいて、具体的にユーザ1〜4にサブキャリア1〜4を割り当てる例を図3〜図6を参照して説明する。
【0076】
まず、サブキャリア/変調方式割当処理部108において、各ユーザ1〜4の受信装置の回線品質推定部(ユーザk0の場合、205)から伝送される回線品質情報(各ユーザ1〜4の全サブキャリア1〜4の受信SNR)に基づいて、ユーザ1〜4の全サブキャリア1〜4に対する受信SNRテーブルを作成し、各ユーザの要求品質(誤り率)により受信SNRの閾値が決定され、受信SNR閾値以下(例えば、各ユーザの閾値が同じ1.5dBの場合、受信SNR値が1.5dB以下)の要素に「0」が設定された初期の受信SNRテーブルが図6のものであるとする。
【0077】
図6の受信SNRテーブルにおいて、サブキャリア3は、利用可能ユーザ数U(n)が最小“U(3)=2”なので、(式1)の条件により、サブキャリア3の割り当てが優先される。この場合、サブキャリア3が割り当て可能なユーザ2,4の受信SNR値を比較すると、ユーザ4の受信SNR“10.9dB”が、ユーザ2の受信SNR“4.9dB”より高いため、サブキャリア3はユーザ4に割り当てられる((式2)参照)。
【0078】
そして、サブキャリア3の割り当てが済んだので、サブキャリア3の各ユーザの受信SNR値を「0」にする。さらに、ユーザ4の要求品質を満たすかどうかを判別する。簡単に説明するため、各ユーザ1〜4が同等の要求品質(例えば、64Kbps)を設定するものとする。
【0079】
いま、OFDMフレーム長が0.5msで、1OFDMフレームが32OFDMシンボルのデータを含むとすると、QPSK変調方式、R=1/2のターボ符号の場合、1ユーザが1サブキャリアを割り当てると、データ伝送率64Kbpsを達成できる。
【0080】
したがって、ユーザ4が要求された要求品質を満たしているため、他のユーザ1〜3が要求品質を満たすまで、サブキャリアの割り当て対象からユーザ4を除外する。その結果として、サブキャリア3の各ユーザ1〜4の受信SNR値を「0」に設定する。この後、新たに利用可能ユーザ数U(n)の算出を行って、更新した受信SNRテーブルを図3に示す。
【0081】
図3の受信SNRテーブルにおいて、サブキャリア1は、利用可能ユーザ数U(n)が最小“U(1)=2”なので、(式1)の条件により、サブキャリア1の割り当てが優先される。この場合、サブキャリア1が割り当て可能なユーザ1,3の受信SNR値を比較すると、ユーザ1の受信SNR“5.5dB”が、ユーザ3の受信SNR“4.7dB”より高いため、サブキャリア1はユーザ1に割り当てられる((式2)参照)。
【0082】
この場合、同様にユーザ1の要求品質を満たしているため、他のユーザ2,3が要求品質を満たすまで、サブキャリアの割り当て対象からユーザ1を除外する。その結果として、サブキャリア1の各ユーザ1〜4の受信SNR値を「0」に設定する。この後、新たに利用可能ユーザ数U(n)の算出を行って、更新した受信SNRテーブルを図4に示す。
【0083】
図4の受信SNRテーブルにおいて、サブキャリア2,4は、利用可能ユーザ数U(n)が最小“U(2)=2,U(4)=2”と同一であるが、サブキャリア2のユーザ2の受信SNR値(12.9dB)が最も高いため、サブキャリア2はユーザ2に割り当てられる((式2)参照)。
【0084】
この後、サブキャリア2の各ユーザ1〜4の受信SNR値を「0」に設定すると、残りのサブキャリア3がユーザ3に割り当てられる。以上のユーザ1〜4とサブキャリア1〜4の割り当て結果を図5に示す(○:使用,×:未使用)。
【0085】
なお、以上のサブキャリア割り当て処理では、ユーザ1〜4の要求品質を同等のものと設定した場合を説明したが、各ユーザ1〜4が異なる要求品質を設定した場合も同様に適用可能である。また、各ユーザのSNR閾値を同等のものと設定した場合を説明したが、異なるSNR閾値(誤り率)を設定した場合も同様に適用可能である。
【0086】
また、サブキャリア/変調方式割当部108では、利用可能ユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* の中で受信SNR値が、ユーザの要求品質(誤り率)により決定された受信SNR閾値以上のユーザk* に優先的にサブキャリアが割り当てられる。
【0087】
ここまでの説明では、伝搬路符号化された固定変調(例えばQPSK)について述べていたが、本発明は符号化多値変調(MCS)、例えば符号化率1/2のTurbo符号を使用して、64QAM、16QAM、QPSK、BPSKにも同様に適用可能である。
【0088】
この場合、ユーザの要求品質(誤り率)を満足することができる最も高いビットレートの符号化変調方式(MCS)をサブキャリアとともに割り当てることが可能である。
【0089】
例えば、64QAMを割り当てる受信SNR閾値を10.5dBに設定した場合、図2のサブキャリア割当処理を実行することにより、64QAMで送信可能なサブキャリアを各ユーザに割り当てる。このとき割り当てられた複数のサブキャリア は、受信SNRテーブルから除外され、以後のサブキャリア割当処理において割り当て対象から除外される。
【0090】
以後、同様に、16QAMを割り当てる受信SNR閾値を6.0dB、QPSKを割り当てる受信SNR閾値を1.5dB、BPSKを割り当てる受信SNR閾値を−2.0dBと設定してサブキャリア割当処理を繰り返し実行することにより、それぞれユーザの要求品質(誤り率)を満足するようにサブキャリアと変調方式を割り当てることができる。
【0091】
このように、本実施の形態の送信装置100によれば、利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを回線品質が良いユーザに優先的に割り当てるため、OFDMシステム全体のスループットを向上させることができる。
【0092】
また、ユーザの要求データ伝送率を満たすようにサブキャリアを割り当てるとともに、サブキャリアを割り当て済みのユーザは、サブキャリアの割り当て対象から除外するため、公平にすべてのユーザにサブキャリアを割り当てることができる。
【0093】
さらに、符号化多値変調方式に対応する受信SNR閾値を設定することにより、ユーザの要求品質(誤り率)を満足することができる最も高いビットレートの変調方式をサブキャリアとともに割り当てることができ、OFDMシステム全体のスループットを向上させることができる。
【0094】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る送信装置と受信装置の構成を示すブロック図
【図2】本実施の形態に係る送信装置内のサブキャリア/変調方式割当処理部の動作を説明するためのフローチャート
【図3】本実施の形態に係る受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図4】本実施の形態に係る受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図5】本実施の形態に係る受信SNRテーブルのサブキャリア割当結果を示す図
【図6】従来の受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図7】従来の受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図8】従来の受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図9】従来の受信SNRテーブルのサブキャリア割当結果を示す図
【図10】従来のサブキャリア割当動作を説明するためのフローチャート
【符号の説明】
100 送信装置
101−1〜101−N 符号変調部
102 IFFT部
103 GI挿入部
104、210 送信RF部
105、201 送受信共用アンテナ
106、202 受信RF部
107 回線品質情報取出部
108 サブキャリア/変調方式割当部
109 割当結果記憶部
200 受信装置
203 GI除去部
204 FFT部
205 回線品質推定部
206 等化器
207−1〜207−N 復調部
208 P/S部
209 サブキャリア及び変調方式割当情報取出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア送信装置、マルチキャリア受信装置及びマルチキャリア無線通信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、マルチキャリア変調方式の一つであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を利用した適応マルチユーザOFDMシステムは、各移動端末の伝搬環境に応じてシステム全体の効率的なスケジューリングを行うシステムである。
【0003】
具体的には、各移動端末からフィードバックされた移動端末の信号受信時のSNR(Signal to Noise Ratio )に基づいて、各ユーザに適切な多数のサブキャリアを割り当てて、各サブキャリアにMCS(Modulation Coding Schemes )を選択するというシステムである。また、従来の適応マルチユーザOFDMシステムに適用可能なサブキャリア割当方式が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
このサブキャリア割当方式について、図6〜図9を参照して説明する。なお、図6〜図8において、細線枠の表部分がユーザk(k=1〜4)の各サブキャリアn(n=1〜4)に対する受信SNR(dB)を示し、太線枠の列部分が利用可能サブキャリア数(S(k),k=1〜4)、行部分が利用可能ユーザ数(U(n),n=1〜4)を示す。
【0005】
まず、図6は、受信SNR値(SNR(dB))と、ユーザの利用可能サブキャリア数(S(k))と、利用可能ユーザ数(U(n))との関係を示しており、4つのサブキャリア(n=1〜4)が4人のユーザ(k=1〜4)において各々受信される際の受信SNR値を例示している。
【0006】
また、図中の利用可能サブキャリア数S(k)は、各ユーザ1〜4が利用可能なサブキャリア数を示し、利用可能ユーザ数U(n)は、各サブキャリア1〜4が利用可能なユーザ数を示している。この図において、各サブキャリア1〜4において所要品質(誤り率、例えば、BER=10−2)を満足する受信SNR値を1.5dB以上とし、所要品質以下の受信SNR値のユーザには「0」を設定し、送信不可とする。
【0007】
まず、図6において、利用可能ユーザ数U(n)が一番少ないサブキャリア3(U(3)=2)に注目すると、ユーザ2(k=2)の利用可能サブキャリア数(S(2)=3)が、ユーザ4(k=4)の利用可能サブキャリア数(S(4)=4)より小さいので、サブキャリア3をユーザ2に割り当てる。
【0008】
次いで、図6においてサブキャリア3をユーザ2に割り当てたので、サブキャリア3の各ユーザに対する受信SNR値を「0」にし、新たに利用可能なサブキャリア数S(k)及びユーザ数U(n)を算出した状態を図7に示す。
【0009】
図7において、更にサブキャリアの割り当てを続けると、ユーザ2の利用可能サブキャリア数はS(2)=2と最も小さいため、次の割り当て対象をサブキャリアの割り当てをユーザ2の2組(k=2,n=2)と(k=2,n=4)に決定する。
【0010】
この場合、2候補のサブキャリアの利用可能ユーザ数はU(2)=U(4)=4と等しいので、適当に1組(k=2,n=2)に決定し、サブキャリア2をユーザ2に割り当てる。
【0011】
更に、図7においてサブキャリア2をユーザ2に割り当てたので、サブキャリア2の各ユーザに対する受信SNR値を「0」にし、新たに利用可能なサブキャリア数S(k)及びユーザ数U(n)を算出した状態を図8に示す。
【0012】
図8において、ユーザ2の利用可能サブキャリア数はS(2)=1と最も小さいため、更にサブキャリア4をユーザ2に割り当てる。
【0013】
更に、図8においてサブキャリア4もユーザ2に割り当てたので、サブキャリア4の各ユーザに対する受信SNR値を「0」にし、新たに利用可能なサブキャリア数S(k)及びユーザ数U(n)を算出するが、残ったサブキャリア1は、ユーザ1、3、4が利用可能サブキャリア数S(1)=S(3)=S(4)=1なので、適当にユーザ1に割り当てる。
【0014】
以上のユーザ1〜4に対するサブキャリア1〜4の割り当て結果をまとめると、図9に示すようになる(○:使用,×:未使用)。すなわち、このサブキャリア割当方式では、最初は利用可能ユーザ数U(n)が最も小さいサブキャリアから利用可能サブキャリア数S(k)が少ないユーザが割り当てられるが、以後は利用可能サブキャリア数S(k)が少ないユーザから優先的にサブキャリアが割り当てられている。
【0015】
更に、OFDMシステムに関して適応サブキャリア割当方式を提案しているものがある(例えば、非特許文献2)。この適応サブキャリア割当方式では、図10に示すフローチャートのように、まず、ステップS101では、全ユーザの中で、利用可能なサブキャリア数が最小のユーザkを見つけ出し、次に、ステップS102では、ユーザkの利用可能なサブキャリアの中から利用可能なユーザ数が最小のサブキャリアnを選定し、その結果としてステップS103では、ユーザkにサブキャリアnを割り当てている。
【0016】
【非特許文献1】
宇良 宗博、原 嘉孝、神尾 享秀:「高効率データ通信用MC−CDMA方式の一検討」,信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE.SST2000−127,A・P2000−261 RCS2000−261,MW2000−252(2001−03),pp.105−110
【非特許文献2】
ドウ 元潤、永長 和孝、森 香津夫、小林 英雄:「適応サブチャネル割当方式を用いたOFDMシステムに関する検討」,信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE.DSP2002−174,SAT2002−124,RCS2002−243(2003−01),pp.83−88
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のサブキャリア割当方式においては、利用可能サブキャリア数が少ないユーザから優先的にサブキャリアが割り当てられていたため、各サブキャリアは、伝送路状態が最もよい(受信SNR値が最も大きい)ユーザに割り当てられない場合があり、OFDMシステム全体のスループットを低下させるという問題があった。
【0018】
すなわち、従来のサブキャリア割り当て方法では、図6においてサブキャリア3をユーザ2に割り当てているが、サブキャリア3に対するユーザ2の受信SNR値は「4.9dB」であり、ユーザ4の受信SNR値「10.9dB」より小さいため、サブキャリア3をユーザ4に割り当てることが最適と考えられる。
【0019】
また、特定のユーザに集中してサブキャリアが割り当てられてしまうため、他のユーザにサブキャリアが割れ当てられなくなる場合があり、他のユーザの送信ができなくなってしまうという問題があった。
【0020】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができるマルチキャリア送信装置、マルチキャリア受信装置及びマルチキャリア無線通信方法を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチキャリア送信装置は、複数の周波数を用いて無線通信を行うマルチキャリア送信装置であって、各ユーザの受信装置から回線品質情報を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された各ユーザの回線品質情報に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数を計算する計算手段と、前記計算手段による計算結果から利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを選択する選択手段と、前記選択手段により選択されたサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が良いユーザに割り当てる割当手段と、を有する構成を採る。
【0022】
この構成によれば、利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを回線品質が良いユーザに優先的に割り当てるため、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【0023】
本発明のマルチキャリア送信装置は、前記割当手段は、前記回線品質情報に基づいて前記各ユーザの要求品質を設定し、前記選択手段により選択されたサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が前記要求品質を満たすユーザに当該サブキャリアを割り当てる構成を採る。
【0024】
この構成によれば、ユーザの要求品質を満たすようにサブキャリアを割り当てるため、公平にすべてのユーザにサブキャリアを割り当てることができる。
【0025】
本発明のマルチキャリア送信装置は、前記割当手段は、前記サブキャリアを割り当てたユーザを、他のユーザに対するサブキャリアの割り当てが終了するまで、サブキャリアの割り当て対象から除外する構成を採る。
【0026】
この構成によれば、サブキャリアを割り当て済みのユーザをサブキャリアの割り当て対象から除外するため、すべてのユーザにサブキャリアを割り当てることができる。
【0027】
本発明のマルチキャリア受信装置は、請求項1記載のマルチキャリア送信装置と無線通信を行うマルチキャリア受信装置であって、サブキャリア毎の回線品質に関する回線品質情報を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された回線品質情報を送信する送信手段と、を有する構成を採る。
【0028】
この構成によれば、送信側でサブキャリア毎の回線品質情報を基に各サブキャリアを割り当てるユーザを決定することができ、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【0029】
本発明のマルチキャリア無線通信方法は、複数の周波数を用いて無線通信を行うマルチキャリア送信装置におけるマルチキャリア無線通信方法であって、各ユーザの受信装置から回線品質情報を受信する受信ステップと、前記受信ステップで受信した各ユーザの回線品質情報に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数を計算する計算ステップと、前記計算ステップの計算結果から利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを選択する選択ステップと、前記選択ステップで選択したサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が良いユーザに割り当てる割当ステップと、を有するようにした。
【0030】
この方法によれば、利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを回線品質が良いユーザに優先的に割り当てるため、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【0031】
本発明のマルチキャリア無線通信方法は、請求項5記載のマルチキャリア無線通信方法を使用するマルチキャリア送信装置と無線通信を行うマルチキャリア受信装置におけるマルチキャリア無線通信方法であって、サブキャリア毎の回線品質に関する回線品質情報を推定する推定ステップと、前記推定ステップで推定した回線品質情報を送信する送信ステップと、を有するようにした。
【0032】
この方法によれば、送信側でサブキャリア毎の回線品質情報を基に各サブキャリアを割り当てるユーザを決定することができ、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを回線品質が良いユーザに優先的に割り当てることにより、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることである。
【0034】
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。
【0035】
図1は、本発明の一実施の形態に係るマルチキャリア送信装置及びマルチキャリア受信装置の各構成を示すブロック図である。
【0036】
図1に示すマルチキャリア送信装置(以下単に「送信装置」という)100は、変調部101−1〜101−N、逆高速フーリエ変換(IFFT)部102、ガードインターバル(GI)挿入部103、送信RF部104、送受信共用アンテナ105、受信RF部106、回線品質情報取出部107、サブキャリア/変調方式割当処理部108及び割当結果記憶部109とから主に構成される。
【0037】
また、図1に示すマルチキャリア受信装置(以下単に「受信装置」という)200は、送受信共用アンテナ201、受信RF部202、ガードインターバル(GI)除去部203、高速フーリエ変換(FFT)部204、回線品質推定部205、等化器206、復調部207−1〜207−N、パラレル/シリアル変換(P/S)部208、サブキャリア及び変調方式割当情報取出部209及び送信RF部210とから主に構成される。この受信装置200は、マルチキャリア無線通信システムにおけるKユーザの中でk0番目のユーザの移動局である。
【0038】
変調部101−1〜101−Nは、各々異なる符号変調機能を有し、例えば、符号化率1/2の64QAM(Quad Amplitude Modulation),16QAM,QPSK(Quad Phase Shift Keying),BPSK(Binary Phase Shift Keying)といった変調方式を採用する。変調部101−1〜101−Nは、割当結果記憶部109に記憶されたユーザ1〜kに対するサブキャリア割当結果と、サブキャリア/変調方式割当処理部108から入力される変調方式割り当て情報rP ,n=1,2,・・・,Nに基づいて、各ユーザ1〜Kの送信情報の変調方式を決定し、各ユーザ1〜Kの送信情報を変調して変調信号x1,x2,・・・,xNをIFFT部102に出力する。
【0039】
IFFT部102は、変調部101−1〜101−Nから入力される各変調信号x1,x2,・・・,xNのサブキャリア成分を逆高速フーリエ変換して時間領域に変換して時間波形信号をGI挿入部103に出力する。
【0040】
GI挿入部103は、IFFT部102から入力された時間波形信号に、遅延に対する特性を改善するガードインターバルを挿入して送信RF部104に出力する。
【0041】
送信RF(Radio Frequency)部104は、GI挿入部103から入力された時間波形信号をRF帯にアップコンバージョンして送受信共用アンテナ105からOFDM信号を送信する。
【0042】
受信RF部106は、各ユーザ1〜Kの受信装置から送信される信号を送受信共用アンテナ105から受信し、その受信信号を回線品質情報取出部107に出力する。
【0043】
回線品質情報取出部107は、受信RF部106から入力される受信信号から各ユーザ1〜Kの受信装置から送信された回線品質情報を取り出してサブキャリア/変調方式割当処理部108に出力する。
【0044】
サブキャリア/変調方式割当処理部108は、回線品質情報取出部107から入力される各ユーザ1〜Kの回線品質情報(受信SNR)と、各ユーザ1〜Kの送信情報に設定されたQoS(Quality of Service)(例えば、各ユーザの要求データ伝送率と誤り率)に基づいて、各ユーザ1〜Kにサブキャリアと変調方式を割り当て、サブキャリア割り当て結果としてマトリクスデータ[αk,n]K×Nを割当結果記憶部109に記憶するとともに、変調方式割り当て情報を変調部101−1〜101−Nに出力する。
【0045】
割当結果記憶部109は、サブキャリア/変調方式割当処理部108から入力されるユーザ1〜Kに対するサブキャリア割り当て結果が設定されたマトリクスデータ[αk,n]K×Nを記憶する。
【0046】
受信RF部202は、送受信共用アンテナ201からOFDM信号を受信してGI除去部203とサブキャリア及び変調方式割当情報取出部209に出力する。
【0047】
GI除去部203は、受信RF部202から入力されたOFDM信号からガードインターバルを除去してFFT部204に出力する。
【0048】
FFT部204は、GI除去部203から入力されたガードインターバル除去後のOFDM信号を高速フーリエ変換(FFT)して時間領域から周波数領域に変換する。このFFTにより複数のサブキャリアにより伝送されたシンボル信号x´1,x´2,・・・,x´Nが取り出されて、等化器206と回線品質推定部205に出力される。
【0049】
回線品質推定部205は、FFT部204から入力された各シンボル信号x´1,x´2,・・・,x´Nの受信SNRを算出して回線品質を推定し、その各回線品質情報を等化器206と送信RF部210に出力する。
【0050】
等化器206は、回線品質推定部205から入力されたk0番目ユーザの各回線品質情報(伝送路情報hk0,n(n=1,・・・,N))に基づいて、FFT部204から入力された各シンボル信号に含まれる振幅・位相のひずみ成分を補正して復調部207−1〜207−Nに出力する。
【0051】
復調部207−1〜207−Nは、変調部101−1〜101−Nに対応した復調機能を各々有し、サブキャリア及び変調方式割当情報取出部209から入力されたユーザk0のサブキャリア及び変調方式割当情報に基づいて、等化器206から入力されるユーザk0の当該サブキャリアのシンボル信号の復調方式を決定し、等化器206から入力される補正後のユーザk0のシンボル信号を復調して各信号の検波を行い、並列データをP/S部208に出力する。
【0052】
P/S部208は、復調部207−1〜207−Nから入力されたユーザk0の並列データを直列データに変換した後、ユーザk0の所望の受信データとして出力する。
【0053】
サブキャリア及び変調方式割当情報取出部209は、受信RF部202から入力されたOFDM信号からユーザk0のサブキャリア及び変調方式割当情報を取り出して復調部207−1〜207−Nに出力する。
【0054】
送信RF部210は、回線品質推定部205から入力されたユーザk0の回線品質情報を送受信共用アンテナ201から送信する。
【0055】
次に、上記構成を有する送信装置100内のサブキャリア/変調方式割当処理部108の動作について、図2に示すフローチャートを用いて説明する。
【0056】
なお、サブキャリア/変調方式割当処理部108では、従来でも説明した利用可能ユーザ数U(n)だけでなく、受信SNR(gk,n )をパラメータに加えて、サブキャリアの割り当てを行う。具体的には、利用可能ユーザ数U(n)の少ないサブキャリアn* を受信SNR(gk,n )の高いユーザk* に割り当てる。
【0057】
この場合、サブキャリアn* 及びユーザk* は、以下の(式1)、(式2)で表すものであり、図2のフローチャートにおいて適宜用いる。(式1)は、利用可能ユーザ数U(n)が最小のサブキャリアをサブキャリアn* の引数とすることを示し、(式2)は、受信SNR値が最大のユーザをユーザk* の引数とすることを示している。なお、以下の処理では、ユーザ数Kが4(k=1〜4)、サブキャリア数Nが4(n=1〜4)の場合を説明する。
【0058】
【数1】
【数2】
まず、ステップS1では、回線品質推定部205からユーザk0の全サブキャリア1〜4に対する受信SNRを推定する。k0は4ユーザ中の一つのユーザである。
【0059】
次いで、ステップS2では、回線品質情報取出部107からフィードバックされたユーザk0の回線品質情報(全サブキャリア1〜4に対する受信SNR)、及び他の3ユーザの回線品質情報(全サブキャリア1〜4に対する受信SNR)に基づいて、ユーザ1〜4の全サブキャリア1〜4に対する受信SNRテーブルを作成する。
【0060】
次いで、ステップS3では、各ユーザの要求品質(誤り率、例えば、BER=10−2)により、受信SNRの閾値を決定し、受信SNRテーブル内で受信SNR閾値以下(例えば、各ユーザの閾値が1.5dBの場合、受信SNR値が1.5dB以下)の要素に「0」を設定する。ここで、作成した受信SNRテーブルが図6に示す細線枠内であるものとする。
【0061】
次いで、ステップS4では、ステップS2で作成した受信SNRテーブルのユーザ1〜4の全サブキャリア1〜4に対する受信SNR値に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数U(n)を計算する。この計算結果が、図6の太線枠の行部分であるとする。
【0062】
次いで、ステップS5では、すべてのサブキャリア1〜4に対してユーザ1〜4の割り当てが決定したかを判別する。ここでは、まだサブキャリア1〜4に対してユーザ1〜4が割り当てられていないので、ステップS6に進む。
【0063】
次いで、ステップS6では、ステップS4で計算した利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* を探索する。
【0064】
次いで、ステップS7では、ステップS6で探索した利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* の中で受信SNR値が最大のユーザk* を探索する。
【0065】
なお、ステップS6では、利用可能なユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* が二つ以上ある場合、ステップS7では、その二つ以上のサブキャリアn* の中から受信SNR値が最大のユーザk* を選択する。
【0066】
次いで、ステップS8では、サブキャリアn* にユーザk* を割り当てる。そして、ステップS9では、ステップS8で割り当てが決定したサブキャリアn* を受信SNRテーブルの割り当て対象から除外するため、サブキャリア3の全ユーザ1〜4に対するSNR値を「0」に設定する。この結果を図7に示す。
【0067】
次いで、ステップS10では、今回のサブキャリアの割り当て結果が、ユーザn* の要求データ伝送率を満たしているかを判別する。すなわち、図1においてユーザ1〜kの送信情報に設定された要求データ伝送率Bk を満たしているかが判別される。
【0068】
今回のサブキャリアn* の割り当て結果が、ユーザk* の要求データ伝送率を満たしていない場合は、ステップS4に戻って、各サブキャリア1〜4の利用可能ユーザ数U(n)を計算する処理から繰り返す。また、今回のサブキャリアn* の割り当て結果が、ユーザk* の要求データ伝送率を満たしている場合は、ステップS11に進む。
【0069】
そして、ステップS11では、ユーザk* を受信SNRテーブル内のサブキャリア割り当て対象から除外する。すなわち、ユーザk* は要求データ伝送率を満たすサブキャリアの割り当てが終了したので、他のユーザk* に対するサブキャリアの割り当てが終了するまで、一時的にサブキャリアの割り当て対象から除外する。
【0070】
次いで、ステップS12では、全ユーザ1〜4の要求データ伝送率を満たすサブキャリアの割り当てが終了したかを判別する。終了していない場合は、ステップS4に戻って、各サブキャリアの利用可能ユーザ数U(n)を計算する処理から繰り返す。また、終了している場合は、ステップS13に進む。
【0071】
ステップS13では、ここまで既に割り当てられたサブキャリアを、受信SNRテーブルから除外し、全ユーザに対する残りのサブキャリアの割り当てを再開する。
【0072】
ここまでの処理によって、全ユーザ1〜4の要求データ伝送率を満たすサブキャリアの割り当てが終了したことになる。
【0073】
そして、ステップS3に戻り、全ユーザ1〜4に対して、受信SNRに基づく残りのサブキャリアの割り当て処理を繰り返し実行する。
【0074】
この後のサブキャリア割り当て処理では、既に全ユーザのユーザ要求品質を満たすサブキャリアの割り当てが終了しているので、ステップS10及びステップS12の要求データ伝送率の判別処理は実行されず、受信SNR値が高いユーザに優先的にサブキャリアが割り当てられる。
【0075】
次に、上記サブキャリア割り当て処理に基づいて、具体的にユーザ1〜4にサブキャリア1〜4を割り当てる例を図3〜図6を参照して説明する。
【0076】
まず、サブキャリア/変調方式割当処理部108において、各ユーザ1〜4の受信装置の回線品質推定部(ユーザk0の場合、205)から伝送される回線品質情報(各ユーザ1〜4の全サブキャリア1〜4の受信SNR)に基づいて、ユーザ1〜4の全サブキャリア1〜4に対する受信SNRテーブルを作成し、各ユーザの要求品質(誤り率)により受信SNRの閾値が決定され、受信SNR閾値以下(例えば、各ユーザの閾値が同じ1.5dBの場合、受信SNR値が1.5dB以下)の要素に「0」が設定された初期の受信SNRテーブルが図6のものであるとする。
【0077】
図6の受信SNRテーブルにおいて、サブキャリア3は、利用可能ユーザ数U(n)が最小“U(3)=2”なので、(式1)の条件により、サブキャリア3の割り当てが優先される。この場合、サブキャリア3が割り当て可能なユーザ2,4の受信SNR値を比較すると、ユーザ4の受信SNR“10.9dB”が、ユーザ2の受信SNR“4.9dB”より高いため、サブキャリア3はユーザ4に割り当てられる((式2)参照)。
【0078】
そして、サブキャリア3の割り当てが済んだので、サブキャリア3の各ユーザの受信SNR値を「0」にする。さらに、ユーザ4の要求品質を満たすかどうかを判別する。簡単に説明するため、各ユーザ1〜4が同等の要求品質(例えば、64Kbps)を設定するものとする。
【0079】
いま、OFDMフレーム長が0.5msで、1OFDMフレームが32OFDMシンボルのデータを含むとすると、QPSK変調方式、R=1/2のターボ符号の場合、1ユーザが1サブキャリアを割り当てると、データ伝送率64Kbpsを達成できる。
【0080】
したがって、ユーザ4が要求された要求品質を満たしているため、他のユーザ1〜3が要求品質を満たすまで、サブキャリアの割り当て対象からユーザ4を除外する。その結果として、サブキャリア3の各ユーザ1〜4の受信SNR値を「0」に設定する。この後、新たに利用可能ユーザ数U(n)の算出を行って、更新した受信SNRテーブルを図3に示す。
【0081】
図3の受信SNRテーブルにおいて、サブキャリア1は、利用可能ユーザ数U(n)が最小“U(1)=2”なので、(式1)の条件により、サブキャリア1の割り当てが優先される。この場合、サブキャリア1が割り当て可能なユーザ1,3の受信SNR値を比較すると、ユーザ1の受信SNR“5.5dB”が、ユーザ3の受信SNR“4.7dB”より高いため、サブキャリア1はユーザ1に割り当てられる((式2)参照)。
【0082】
この場合、同様にユーザ1の要求品質を満たしているため、他のユーザ2,3が要求品質を満たすまで、サブキャリアの割り当て対象からユーザ1を除外する。その結果として、サブキャリア1の各ユーザ1〜4の受信SNR値を「0」に設定する。この後、新たに利用可能ユーザ数U(n)の算出を行って、更新した受信SNRテーブルを図4に示す。
【0083】
図4の受信SNRテーブルにおいて、サブキャリア2,4は、利用可能ユーザ数U(n)が最小“U(2)=2,U(4)=2”と同一であるが、サブキャリア2のユーザ2の受信SNR値(12.9dB)が最も高いため、サブキャリア2はユーザ2に割り当てられる((式2)参照)。
【0084】
この後、サブキャリア2の各ユーザ1〜4の受信SNR値を「0」に設定すると、残りのサブキャリア3がユーザ3に割り当てられる。以上のユーザ1〜4とサブキャリア1〜4の割り当て結果を図5に示す(○:使用,×:未使用)。
【0085】
なお、以上のサブキャリア割り当て処理では、ユーザ1〜4の要求品質を同等のものと設定した場合を説明したが、各ユーザ1〜4が異なる要求品質を設定した場合も同様に適用可能である。また、各ユーザのSNR閾値を同等のものと設定した場合を説明したが、異なるSNR閾値(誤り率)を設定した場合も同様に適用可能である。
【0086】
また、サブキャリア/変調方式割当部108では、利用可能ユーザ数U(n)が最小のサブキャリアn* の中で受信SNR値が、ユーザの要求品質(誤り率)により決定された受信SNR閾値以上のユーザk* に優先的にサブキャリアが割り当てられる。
【0087】
ここまでの説明では、伝搬路符号化された固定変調(例えばQPSK)について述べていたが、本発明は符号化多値変調(MCS)、例えば符号化率1/2のTurbo符号を使用して、64QAM、16QAM、QPSK、BPSKにも同様に適用可能である。
【0088】
この場合、ユーザの要求品質(誤り率)を満足することができる最も高いビットレートの符号化変調方式(MCS)をサブキャリアとともに割り当てることが可能である。
【0089】
例えば、64QAMを割り当てる受信SNR閾値を10.5dBに設定した場合、図2のサブキャリア割当処理を実行することにより、64QAMで送信可能なサブキャリアを各ユーザに割り当てる。このとき割り当てられた複数のサブキャリア は、受信SNRテーブルから除外され、以後のサブキャリア割当処理において割り当て対象から除外される。
【0090】
以後、同様に、16QAMを割り当てる受信SNR閾値を6.0dB、QPSKを割り当てる受信SNR閾値を1.5dB、BPSKを割り当てる受信SNR閾値を−2.0dBと設定してサブキャリア割当処理を繰り返し実行することにより、それぞれユーザの要求品質(誤り率)を満足するようにサブキャリアと変調方式を割り当てることができる。
【0091】
このように、本実施の形態の送信装置100によれば、利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを回線品質が良いユーザに優先的に割り当てるため、OFDMシステム全体のスループットを向上させることができる。
【0092】
また、ユーザの要求データ伝送率を満たすようにサブキャリアを割り当てるとともに、サブキャリアを割り当て済みのユーザは、サブキャリアの割り当て対象から除外するため、公平にすべてのユーザにサブキャリアを割り当てることができる。
【0093】
さらに、符号化多値変調方式に対応する受信SNR閾値を設定することにより、ユーザの要求品質(誤り率)を満足することができる最も高いビットレートの変調方式をサブキャリアとともに割り当てることができ、OFDMシステム全体のスループットを向上させることができる。
【0094】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチキャリア無線通信システム全体のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る送信装置と受信装置の構成を示すブロック図
【図2】本実施の形態に係る送信装置内のサブキャリア/変調方式割当処理部の動作を説明するためのフローチャート
【図3】本実施の形態に係る受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図4】本実施の形態に係る受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図5】本実施の形態に係る受信SNRテーブルのサブキャリア割当結果を示す図
【図6】従来の受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図7】従来の受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図8】従来の受信SNRテーブルのサブキャリア割当状況を示す図
【図9】従来の受信SNRテーブルのサブキャリア割当結果を示す図
【図10】従来のサブキャリア割当動作を説明するためのフローチャート
【符号の説明】
100 送信装置
101−1〜101−N 符号変調部
102 IFFT部
103 GI挿入部
104、210 送信RF部
105、201 送受信共用アンテナ
106、202 受信RF部
107 回線品質情報取出部
108 サブキャリア/変調方式割当部
109 割当結果記憶部
200 受信装置
203 GI除去部
204 FFT部
205 回線品質推定部
206 等化器
207−1〜207−N 復調部
208 P/S部
209 サブキャリア及び変調方式割当情報取出部
Claims (6)
- 複数の周波数を用いて無線通信を行うマルチキャリア送信装置であって、
各ユーザの受信装置から回線品質情報を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された各ユーザの回線品質情報に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数を計算する計算手段と、
前記計算手段による計算結果から利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が良いユーザに割り当てる割当手段と、
を有することを特徴とするマルチキャリア送信装置。 - 前記割当手段は、前記回線品質情報に基づいて前記各ユーザの要求品質を設定し、前記選択手段により選択されたサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が前記要求品質を満たすユーザに割り当てることを特徴とする請求項1記載のマルチキャリア送信装置。
- 前記割当手段は、前記サブキャリアを割り当てたユーザを、他のユーザに対するサブキャリアの割り当てが終了するまで、サブキャリアの割り当て対象から除外することを特徴とする請求項1記載のマルチキャリア送信装置。
- 請求項1記載のマルチキャリア送信装置と無線通信を行うマルチキャリア受信装置であって、
サブキャリア毎の回線品質に関する回線品質情報を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された回線品質情報を送信する送信手段と、
を有することを特徴とするマルチキャリア受信装置。 - 複数の周波数を用いて無線通信を行うマルチキャリア送信装置におけるマルチキャリア無線通信方法であって、
各ユーザの受信装置から回線品質情報を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信した各ユーザの回線品質情報に基づいて、各サブキャリアの利用可能ユーザ数を計算する計算ステップと、
前記計算ステップの計算結果から利用可能ユーザ数が少ないサブキャリアを選択する選択ステップと、
前記選択ステップで選択したサブキャリアを、当該サブキャリアの割り当て対象である前記利用可能ユーザ数に含まれるユーザのうち前記回線品質が良いユーザに割り当てる割当ステップと、
を有することを特徴とするマルチキャリア無線通信方法。 - 請求項5記載のマルチキャリア無線通信方法を使用するマルチキャリア送信装置と無線通信を行うマルチキャリア受信装置におけるマルチキャリア無線通信方法であって、
サブキャリア毎の回線品質に関する回線品質情報を推定する推定ステップと、
前記推定ステップで推定した回線品質情報を送信する送信ステップと、
を有することを特徴とするマルチキャリア無線通信方法。
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