JP2004529524A - Multi-carrier communication by adaptive cluster configuration and switching - Google Patents

Abstract

A method and apparatus for allocating subcarriers in an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) system is disclosed. In one embodiment, the method comprises assigning a diversity cluster of at least one subcarrier to a first subscriber and assigning at least one coherence cluster to a second subscriber.

Description

【００３６】
上記例では、１／８拡散は、１つのＱＰＳＫ変調記号が８つのサブキャリアに亘って繰り返されることを示している。反復／拡散は、更に、タイムドメインにまで拡張される。例えば、１つのＱＰＳＫ記号を２つのＯＦＤＭ符号の４つのサブキャリアに亘って繰り返すことができ、結果的に１／８拡散となる。
【００３７】
符号化／変調速度は、最初のクラスタ割当及び速度選択後に受信者側で観測されるチャネル状態に従って適応変更が行われる。
【００３８】
パイロット記号及びＳＩＮＲ測定
或る実施形態では、各基地局は、パイロット記号を同時に送信し、各パイロット記号は図２Ａ−Ｃに示すようにＯＦＤＭ周波数帯域幅全体を占めている。図２Ａ−Ｃに示すように、パイロット記号２０１は、セルＡ、Ｂ、及びＣそれぞれに関してＯＦＤＭ周波数帯域全体を横断して広がっていることが分かる。或る実施形態では、各パイロット記号は、１２８マイクロ秒の長さ又は持続時間にガードタイムが付いて、合計で凡そ１５２マイクロ秒となっている。各パイロット期間の後、所定数のデータ期間があって、その後にパイロット記号の別のセットが続いている。或る実施形態では、各パイロットの後にデータ送信に使用される４つのデータ期間があり、各データ期間は１５２マイクロ秒となっている。
【００３９】
加入者は、パイロット記号からクラスタ毎のＳＩＮＲを評価する。或る実施形態では、加入者は、最初に、干渉又はノイズが無いものとして、振幅及び位相を含め、チャネル応答を評価する。チャネルの評価が済むと、加入者は、受信信号から干渉／ノイズを計算する。
【００４０】
評価されたＳＩＮＲ値は、大きいものから順に並べられ、ＳＩＮＲ値の大きいクラスタが選択される。或る実施形態では、選択されたクラスタは、システムがサポートする（低速ではあるが）信頼性のある送信を可能にする最小ＳＩＮＲよりも大きいＳＩＮＲ値を有している。選択されるクラスタの数は、フィードバック帯域幅及びリクエスト送信速度によって異なる。或る実施形態では、加入者は、常にできるだけ多くのクラスタに関する情報を送ろうと務め、そこから基地局が選択する。
【００４１】
評価されたＳＩＮＲ値は、上記のように各クラスタに対する適当な符号化／変調速度を選択するのにも使用される。適当なＳＩＮＲ指標付けスキームを使用すると、ＳＩＮＲインデクスは、加入者が使用を望む特定の符号化及び変調速度も表示することができる。なお、同一の加入者の場合でも、異なるクラスタは異なる変調／符号化速度を有することもある。
【００４２】
パイロット記号は、セル間の干渉を判定するのに追加の目的を持っている。複数のセルのパイロットは同時に同報通信されるので、（それらが全周波数帯域を占めるため）互いに干渉し合う。パイロット記号のこの衝突を利用して、最悪の場合のシナリオとしての干渉の量を求めることができる。従って、或る実施形態では、本方法を使った上記ＳＩＮＲ評価は、測定された干渉レベルが、全ての干渉源が稼働していると仮定している最悪の場合のシナリオであるという点で、慎重である。このように、パイロット記号の構造は、パケット送信システムにおける最悪時のＳＩＮＲを検出するのに使用するために、周波数帯域全体を占め、異なるセル間の衝突を発生させるようになっている。
【００４３】
データトラフィック期間の間、加入者は干渉のレベルを再度判定することができる。データトラフィック期間は、セル内トラフィック並びにセル間干渉レベルを評価するために使用される。具体的には、パイロット及びトラフィック期間中のパワー差を使用して、望ましいクラスタを選択するために、（セル内）トラフィックローディングとセル間干渉を感知する。
【００４４】
或るクラスタでは、隣接するセル内で使用されていないために、干渉レベルが比較的低いことになる。例えば、セルＡでは、クラスタＡに関して、（セルＣでは使用されているが）セルＢでは使用されていないので干渉は殆ど無い。同様に、セルＡでは、クラスタＢは、セルＣでは使用されていないがセルＢでは使用されているので、セルＢから僅かな干渉を被る。
【００４５】
この評価に基づく変調／符号化速度は、爆発的なパケット送信に起因する頻繁な干渉変化に対して強い。それは、速度の予測が、全ての干渉源が送信中であるという最悪時のシナリオに基づいているためである。
【００４６】
或る実施形態では、加入者はパイロット記号期間とデータトラフィク期間の双方から入手可能な情報を使って、セル内トラフィックロードとセル間干渉両方の存在を分析する。加入者の目的は、加入者が使用したいと思うクラスタについて基地局に表示を提供することである。理想的には、加入者による選択の結果は、チャネルゲインが高く、他のセルからの干渉が低く、利用可能性が高いクラスタということになる。加入者は、その結果を含んでいるフィードバック情報を提供し、所望のクラスタを、順番に又はここに記載していない方法でリスト表示する。
【００４７】
図３は、加入者処理の或る実施形態を示している。処理は、ハードウェア（例えば、専用の論理、回路など）、ソフトウェア（例えば、汎用コンピュータシステム又は専用機械上で実行されるものなど）、又は両者の組み合わせを備えている処理論理により実行される。
【００４８】
図３に示すように、チャネル／干渉評価処理ブロック３０１は、パイロット記号に応答してパイロット期間内に、チャネル及び干渉評価を実行する。トラフィック／干渉分析処理ブロック３０２は、信号情報及びチャネル／干渉評価ブロック３０１からの情報に応答して、データ期間内に、トラフィック及び干渉分析を実行する。
【００４９】
クラスタの順序付け及び速度予測処理ブロック３０３は、チャネル／干渉評価処理ブロック３０１並びにトラフィック／干渉分析処理ブロック３０２の出力に連結され、速度予測と共にクラスタの順序付けと選択を行なう。
【００５０】
クラスタ順序付け処理ブロック３０３の出力は、クラスタリクエスト処理ブロック３０４に入力されるが、これはクラスタと変調／符号化速度を要求する。これら選択の表示は基地局に送られる。或る実施形態では、各クラスタのＳＩＮＲは、アクセスチャネルを通して基地局に報告される。クラスタ選択にこの情報を使って、クラスタが厳しいセル内トラフィックローディングに陥ったり、及び／又は他のセルからの激しい干渉を受けたりするのを回避する。即ち、新しい加入者は、厳しいセル内トラフィックローディングが或る特定のクラスタに関し既に存在する場合、当該クラスタの使用を割り当てられることはない。また、干渉が激しくてＳＩＮＲが低く、低速送信しかできないか又は信頼性の高い送信が全くできないような場合には、そのクラスタは割り当てられない。
【００５１】
処理ブロック３０１によるチャネル／干渉評価は、全帯域幅パイロット記号が複数のセル内で同時に同報通信されていることに起因して発生する干渉を監視することにより当該技術では周知である。干渉情報は、処理ブロック３０２に送られ、処理ブロック３０２はその情報を使用して以下の方程式を解く：
Ｈ_iＳ_i＋Ｉ_i＋ｎ_i＝ｙ_i
ここに、Ｓ_iはサブキャリア（ｆｒｅｑ．ｂａｎｄ）ｉの信号を表し、Ｉ_iはサブキャリアｉの干渉であり、ｎ_iはサブキャリアｉに対応付けられたノイズであり、ｙ_iはサブキャリアｉの観察である。５１２サブキャリアの場合、ｉは０から５１１の範囲にある。Ｉ_i及びｎ_iは、分離されておらず１つの量と考えてもよい。干渉／ノイズ及びチャネルゲインＨ_iは分かっていない。パイロット期間中に、パイロット記号を表す信号Ｓ_i及び観察ｙ_iが分かり、これにより干渉又はノイズがない場合についてのチャネルゲインＨ_iを求めることができる。一旦これが分かると、Ｈ_i、Ｓ_i、及びｙ_iが全て分かっているので、方程式に当てはめて、データ期間中の干渉／ノイズを求めることができる。
【００５２】
処理ブロック３０１と３０２からの干渉情報を使って、加入者は、望ましいクラスタを選択する。或る実施形態では、処理ブロック３０３を使って、加入者はクラスタを順序付けし、そのようなクラスタを使って利用可能となるはずのデータ速度を予測する。予測されたデータ速度情報は、事前に計算されたデータ速度値を載せたルックアップ表から入手することができる。このようなルックアップ表は、各ＳＩＮＲとそれに対応付けられた望ましい送信速度の対を記憶している。この情報に基づいて、加入者は、所定の性能基準に基づき使用を希望するクラスタを選択する。クラスタの順位リストを使って、加入者は、加入者が知っている符号化及び変調速度と共に所望のクラスタを要求して、所望のデータ速度を実現する。
【００５３】
図４は、パワー差に基づいてクラスタを選択するための装置の或る実施形態である。このアプローチは、パイロット記号期間とデータトラフィック期間の両方の間に利用可能な情報を使用して、エネルギー検出を行なう。図４の処理は、ハードウェア（例えば、専用論理、回路など）、ソフトウェア（例えば、汎用コンピュータシステム又は専用機械上で実行されるものなど）、又は両者の組合わせで実施される。
【００５４】
図４に示すように、加入者は、パイロット期間内に各クラスタ毎にＳＩＮＲ評価を行うためのＳＩＮＲ評価処理ブロック４０１、パイロット期間内に各クラスタ毎にパワー計算を行うためのパワー計算処理ブロック４０２、及びデータ期間内に各クラスタ毎にパワー計算を行なうためのパワー計算処理ブロック４０３を含んでいる。減算器４０４は、処理ブロック４０３からのデータ期間中のパワー計算を、処理ブロック４０２からのパイロット期間中のパワー計算から差し引く。減算器４０４の出力は、パワー差順序付け（及びグループ選択）処理ブロック４０５へ入力され、当該ブロックでは、ＳＩＮＲと、パイロット期間とデータ期間の間のパワー差とに基づいて、クラスタの順序付けと選択を行なう。一旦、クラスタが選択されると、加入者は、選択されたクラスタ及び符号化／変調速度を処理ブロック４０６で要求する。
【００５５】
より具体的には、或る実施形態では、パイロット期間中の各クラスタの信号パワーは、トラフィック期間中のそれと、以下に基づいて比較される：
【００５６】
【数１】

【００５７】
ここに、Ｐ_Pはパイロット期間中に測定された各クラスタに対応するパワーであり、Ｐ₀はトラフィック期間中に測定されたパワーであり、Ｐ_Sは信号パワーであり、Ｐ_Iは干渉パワーであり、Ｐ_Nはノイズパワーである。
或る実施形態では、加入者は、可能であれば、Ｐ_P／（Ｐ_P−Ｐ_D）が比較的大きい（例えば、１０ｄＢのような閾値よりも大きい）クラスタを選択し、Ｐ_P／（Ｐ_P−Ｐ_D）が比較的小さい（例えば、１０ｄＢのような閾値よりも小さい）クラスタを避ける。
代わりに、差は、以下のような、クラスタ内の各加入者毎に、パイロット期間中に観測されるサンプルとデータトラフィック期間中に観測されるサンプルの間のエネルギー差に基づいていてもよい。
【００５８】
【数２】

【００５９】
このように、加入者は全てのサブキャリアについて差を合算する。
【００６０】
実際の実施形態にもよるが、加入者はクラスタを選択するために、以下の測度、即ちＳＩＮＲとＰ_P−Ｐ_Dの組み合わせ関数を使用する。
β＝ｆ（ＳＩＮＲ，Ｐ_P／（Ｐ_P−Ｐ_D）
ここに、ｆは２つの入力の関数である。ｆの１つの例は、加重平均（例えば、等重量）である。代わりに、加入者は、ＳＩＮＲに基づいてクラスタを選択し、同じようなＳＩＮＲを有するクラスタを判別するのに、パワー差Ｐ_P−Ｐ_Dだけを使用してもよい。差は、閾値（例えば、１ｄＢ）よりも小さくてもよい。
【００６１】
ばらつきを小さくして精度を上げるために、ＳＩＮＲとＰ_P−Ｐ_D両者の測定値を時間について平均してもよい。或る実施形態では、移動平均時間ウインドウを使っており、これは統計的異常を平均するには十分に長く、且つチャネルと干渉の時間変化特性を捉えるには十分に短くなっており、例えば１０ミリ秒である。
【００６２】
ダウンリンククラスタ割当のためのフィードバックフォーマット
或る実施形態では、ダウンリンクの場合、フィードバックは、選択されたクラスタのインデクスとそのＳＩＮＲの両方を保有している。任意のクラスタフィードバックの代表的なフォーマットを図５に示す。図５に示すように、加入者は、クラスタとその付帯するＳＩＮＲ値を示すため、クラスタインデクス（ＩＤ）を提供する。例えば、フィードバックでは、加入者は、クラスタＩＤ１（５０１）及び当該クラスタのＳＩＮＲであるＳＩＮＲ１（５０２）、クラスタＩＤ２（５０３）及び当該クラスタのＳＩＮＲであるＳＩＮＲ２（５０４）、及びクラスタＩＤ３（５０５）及び当該クラスタのＳＩＮＲであるＳＩＮＲ３（５０６）などを提供する。クラスタのＳＩＮＲは、サブキャリアのＳＩＮＲの平均を使って作ることができる。こうして、複数の任意のクラスタを候補として選択することができる。上記のように、選択されたクラスタは、優先順位を示すためにフィードバック内で順序付けることもできる。或る実施形態では、加入者は、クラスタの優先順位リストを作成し、ＳＩＮＲ情報を優先順位の降順で返信する。
【００６３】
通常、ＳＩＮＲ自身の代わりに、ＳＩＮＲレベルに対するインデクスを表示すれば、クラスタにとって適当な符号化／変調を示すのに十分である。例えば、適応符号化／変調の８つの異なる速度を示すために、３ビットフィールドをＳＩＮＲ指標付けに使用してもよい。
【００６４】
代表的基地局
基地局は、リクエストを行っている加入者に望ましいクラスタを割り当てる。或る実施形態では、加入者に割り当てるクラスタの利用可能性は、クラスタ上の合計トラフィックロードに左右される。従って、基地局は、ＳＩＮＲが高いだけでなく、トラフィックロードが低いクラスタを選択する。
【００６５】
図１３は、基地局の或る実施形態のブロック図である。図１３に示すように、クラスタ割当及びロードスケジューリング制御装置１３０１（クラスタアロケータ）は、各加入者に指定されたクラスタのダウンリンク／アップリンクＳＩＮＲ（例えば、ＯＦＤＭ受信機１３０５から受信するＳＩＮＲ／速度インデクス信号１３１３）と、ユーザーデータ、即ち待ち行列充満度／トラフィックロード（例えば、マルチユーザーデータバッファ１３０２からのユーザーデータバッファ情報１３１１を介して）とを含め、必要な全ての情報を収集する。この情報を使って、制御装置１３０１は、各ユーザー毎にクラスタ割当及びロードスケジューリングを決定し、決定情報をメモリ（図示せず）に記憶する。制御装置１３０１は、制御信号チャネル（例えばＯＦＤＭ受信機１３０５を介した制御信号／クラスタ割当１３１２）を通して、決定について加入者に通知する。
【００６６】
或る実施形態では、制御装置１３０１は、更に、システムのトラフィックロードを知っているので、ユーザーアクセスに対する進入制御を行なう。これは、進入制御信号１３１０を使ってユーザーデータバッファ１３０２を制御することにより行なわれる。
【００６７】
ユーザー１−Ｎのパケットデータは、ユーザーデータバッファ１３０２に記憶される。ダウンリンクについては、制御装置１３０１の制御により、マルチプレクサ１３０１は、ユーザーデータを送信待ちの（クラスタ１−Ｍの）クラスタデータバッファにロードする。アップリンクについては、マルチプレクサ１３０３は、クラスタバッファのデータを対応するユーザーバッファに送信する。クラスタバッファ１３０４は、（ダウンリンクの）ＯＦＤＭ送受信器１３０５を通して送信されることになる信号と、送受信器１３０５から受信した信号を記憶する。或る実施形態では、各ユーザーは複数のクラスタを占有し、各クラスタは複数のユーザーによって共有される（時分割多重化式の場合）。
【００６８】
グループベースのクラスタ割当
別の実施形態では、ダウンリンクの場合、クラスタはグループに分割される。各グループは、複数のクラスタを含んでいてもよい。図６は、代表的な分割例を示している。図６に示すように、グループ１−４は、グループ分けの結果として各グループに入れられたクラスタを指す矢印で示されている。或る実施形態では、各グループ内のクラスタは、帯域幅全体に亘って遠く離されている。或る実施形態では、各グループ内のクラスタは、チャネルコヒーレンス帯域幅、即ちその中のチャネル応答が概ね同じである帯域幅、よりも更に離されている。コヒーレント帯域幅の代表的な値は、多くのセルラーシステムについて１００ｋＨｚである。これは、各グループ内の周波数ダイバーシティを改善し、グループ内のクラスタの少なくとも一部が高ＳＩＮＲを提供できる確率を上げることになる。クラスタは、グループに割り当てられる。グループベースのクラスタ割当の目的には、クラスタ指標付けのデータビットを減じ、これにより、クラスタ割当用のフィードバックチャネル（情報）と制御チャネル（情報）の帯域幅要件を緩和することである。グループベースのクラスタ割当は、セル間干渉を低減するためにも使用される。
【００６９】
基地局からパイロット信号を受信した後、加入者は１つ又は複数のクラスタグループに関するチャネル情報を同時に又は順次返送する。或る実施形態では、グループの幾つかに関する情報しか基地局には返送されない。グループの選定及び順序付けには、チャネル情報、セル間干渉レベル、及び各クラスタでのセル内トラフィックロードに基づいて、多くの判定基準を使用することができる。
【００７０】
或る実施形態では、加入者は、最初に、全体性能が最良のグループを選択し、そのグループのクラスタのＳＩＮＲ情報をフィードバックする。加入者は、グループを、ＳＩＮＲが事前に定義された閾値より高いクラスタの番号に基づいて順序付けする。グループ内の全てのクラスタのＳＩＮＲを送信することにより、全てのクラスタインデクスではなく、グループのインデクスだけを送信すればよくなる。このように、各グループのフィードバックは、一般的には２種類の情報、即ち、グループインデクス及び当該グループ内の各クラスタのＳＩＮＲ値を保有している。図７に、グループベースのクラスタ割当を表示する代表的フォーマットを示す。図７に示すように、グループＩＤであるＩＤ１の後には、グループ内のクラスタそれぞれのＳＩＮＲ値が続く。これによりフィードバックのオーバーヘッドが大幅に低減できる。
【００７１】
加入者からのフィードバック情報を受信すると、基地局のクラスタアロケータは、１つ又は複数のグループから、利用可能であれば、複数のクラスタを選択し、次いでそのクラスタを加入者に割り当てる。この選択は、基地局の媒体アクセス制御部での割当により行なわれる。
【００７２】
更に、多重セル環境では、グループは、異なるセルに関係付けられた異なる優先順位を有していてもよい。或る実施形態では、加入者によるグループの選択には、グループの優先順位でバイアスが掛かっており、これは、ある加入者は、あるグループの使用権に関して他の加入者よりも高い優先順位を有していることを意味している。
【００７３】
或る実施形態では、或る加入者と或るクラスタグループの間には何ら固定された関係はないが、別の実施形態では、そのような固定された関係が存在する。加入者と１つ又は複数のクラスタグループの間に固定された関係を有する実施形態では、フィードバック情報内のグループインデクスは、この情報が加入者及び基地局の双方にとってデフォルトにより既知であるため、省略することができる。
【００７４】
別の実施形態では、基地局から加入者に送信されるパイロット信号は、各クラスタの利用可能性も示しており、例えば、パイロット信号は、どのクラスタが他の加入者に対して既に割り当てられているか、及びどのクラスタが新規割当に利用可能であるか、を示す。例えば、基地局は、クラスタのサブキャリアに関してパイロットシーケンス１１１１ １１１１を送信して、当該クラスタが利用可能である旨を表し、１１１１−１−１−１−１を送信して当該クラスタが利用可能でない旨を表す。受信機では、加入者は、先ず、当技術では周知の信号処理方法、例えば相関方法を使って２つのシーケンスを区別し、次いでチャネルと干渉レベルを評価する。
【００７５】
本発明を加入者により入手されたチャネル特性と組み合わせることにより、加入者は、グループに優先順位を付け、高いＳＩＮＲと良好なロードバランスの両方を実現することができる。
【００７６】
或る実施形態では、加入者は、エラー修正コードを使用することによってフィードバック情報を保護する。或る実施形態では、フィードバック内のＳＩＮＲ情報は、先ず、ソース符号化技術、例えば差分エンコーディングを使って圧縮され、次いでチャネルコードによってエンコードされる。
【００７７】
図８は、代表的なセルラーセットアップに関する周波数再使用パターンの或る実施形態を示している。各セルは、基地局で指向性アンテナを使用する６つのセクターを備えた六角形構造を有している。セル間では、周波数再使用係数は１である。各セル内では、周波数再使用係数は２であり、この場合、セクターは２つの周波数を交互に使用する。図８に示すように、影付きの各セクターは、利用可能なＯＦＤＭＡクラスタの半分を使用しており、影無しの各セクターは、クラスタの残り半分を使用している。一般性を損なわずに、影付きセクターに使用されているクラスタをここでは奇数クラスタと呼び、影無しのセクターに使用されているものをここでは偶数クラスタと呼ぶ。
【００７８】
加入者側での全方向アンテナによるダウンリンク信号送信を考察する。図８から、影付きセクターのダウンリンクに関して、セルＡはセルＢと干渉し、セルＢはセルＣと干渉し、セルＣはセルＡと干渉し、つまりＡ−＞Ｂ−＞Ｃ−＞Ａであることが明らかである。影無しセクターに関しては、セルＡはセルＣと干渉し、セルＣはセルＢと干渉し、セルＢはセルＡと干渉し、即ちＡ−＞Ｃ−＞Ｂ−＞Ａである 。
【００７９】
セクターＡ１は、セクターＣ１から干渉を受けるが、その送信は、セクターＢと干渉する。つまり、その干渉源と、それが干渉する被害者は同じではない。これは、干渉回避を使った分散クラスタ−割当システムに安定性の問題を発生させ、つまりは、周波数クラスタがセクターＣ１ではなくセクターＢ１に割り当てられた場合、そのクラスタは、ＡＩではクリーンに見えるためにＡ１に割り当てられる。しかしながら、このクラスタＡ１の割当により、Ｂ１の既存の割当に対する干渉問題が発生することになる。
【００８０】
或る実施形態では、トラフィックロードが累進的にセクターに加えられるときに上記問題を緩和するため、異なるクラスタグループには、異なるセルでの使用に関して異なる優先順位が割り当てられる。この優先順位は、クラスタを選択的に割り当てその干渉源からの干渉を回避すると共に、他のセルの既存の割当に対する干渉問題を引き起こす可能性を低減し、できれば最小化するように、統合的に規定される。
【００８１】
先に述べた例を使えば、奇数クラスタ（影付きセクターに使用される）は、３つのグループ、グループ１、２、３に分割される。優先順位を表２に示す。
【００８２】
【表２】

【００８３】
セクターＡ１について考察する。最初に、グループ１のクラスタは、選択的に割り当てられる。クラスタを要求している加入者がまだもっとある場合、グループ２のクラスタが、測定されたＳＩＮＲによって、加入者に選択的に割り当てられる（セクターＣ１からの強い干渉を受けるクラスタを避ける）。なお、グループ２からセクターＡ１に新たに割り当てられたクラスタは、セクターＢ１のロードが非常に重くて、グループ３及び１双方のクラスタが使い果たされ、グループ２のクラスタも使用されている状態にならない限り、セクターＢ１で干渉問題を引き起こすことはない。表３は、全ての利用可能なクラスタの２／３より少ないクラスタがセクターＡ１、Ｂ１、及びＣ１で使用されている場合の、クラスタ使用を示している。
【００８４】
【表３】

【００８５】
図４は、影無しセクターの優先順位を示しているが、干渉関係が逆なので、影付きセクターの場合とは異なる。
【００８６】
【表４】

【００８７】
コヒーレンスクラスタとダイバーシティクラスタの間の知的切換
或る実施形態では、クラスタには２つのカテゴリ、即ち互いに接近している複数のサブキャリアを保有するコヒーレンスクラスタと、少なくとも一部がスペクトル全体に遙か離れて拡散しているサブキャリアを保有するダイバーシティクラスタがある。コヒーレンスクラスタ内の複数のサブキャリアの接近度は、チャネルコヒーレンス帯域幅内、即ち、チャネル応答が概ね同じ帯域幅内、具体的には、多くのセルラーシステムでは通常１００ｋＨｚ以内、であるのが望ましい。これに対し、ダイバーシティクラスタ内のサブキャリアの拡散は、多くのセルラーシステムでは通常１００ｋＨｚ以内であるチャネルコヒーレンス帯域幅よりも広いのが望ましい。従って、このような場合の一般的な目標は拡散を最大化することである。
【００８８】
図９は、セルＡ−Ｃについてのコヒーレンスクラスタとダイバーシティクラスタの代表的クラスタフォーマットを示す。図９に示すように、セルＡ−Ｃに関し、周波数（サブキャリア）のラベリングは、周波数がコヒーレンスクラスタの一部であるかダイバーシティクラスタの一部であるかを示している。例えば、１−８のラベルが付いた周波数はダイバーシティクラスタであり、９−１６のラベルが付いたクラスタはコヒーレンスクラスタである。例えば、セル内のラベル１が付いた全ての周波数は、或るダーバーシティクラスタの一部であり、セル内のラベル２が付いた全ての周波数は、別のダイバーシティクラスタの一部であるが、一方ラベル９が付いた周波数のグループは１つのコヒーレンスクラスタであり、ラベル１０が付いた周波数のグループは別のコヒーレンスクラスタである、等となっている。ダイバーシティクラスタは、干渉平均化を介してセル間干渉の影響を低減するために、異なるセルに対し異なる構成とすることもできる。
【００８９】
図９は、３つの隣接するセルの一例的クラスタ構成を示している。１つのセル内の特定クラスタからの干渉は、他のセルの多くのクラスタに分配され、例えば、セルＡ内のクラスタ１からの干渉はセルＢ内のクラスタ１、８、７、６に分配される。これにより、セルＢ内のどの特定のクラスタに対しても干渉パワーが著しく低減されることになる。同様に、或るセル内のどの特定のクラスタに対する干渉も他のセル内の多くの異なるクラスタから来る。全てのクラスタが強い干渉を及ぼすわけではないので、サブキャリア全体に亘ってチャネル符号化を行うダイバーシティクラスタは、干渉ダイバーシティゲインを提供する。従って、セル境界に近く（例えば、コヒーレント帯域幅内）、セル間干渉を被り易い加入者には、ダイバーシティクラスタを割り当てるのが有効である。
【００９０】
コヒーレンスクラスタ内のサブキャリアは、互いに連続しているか接近している（例えば、コヒーレント帯域幅内）ので、チャネルフェージングのコヒーレント帯域幅内にある場合が多い。従って、コヒーレンスクラスタのチャネルゲインは、変動が大きく、クラスタ選択でその性能を大幅に改善することができる。一方、ダイバーシティクラスタの平均チャネルゲインは、スペクトルに亘って拡散する複数のサブキャリアの中でも本来的な周波数ダイバーシティの故に、バラツキの程度が小さい。クラスタ内のサブキャリア全体に亘ってチャネル符号化しているので、ダイバーシティクラスタは、（自身の多様化の性質上）クラスタの選択ミスに対しては強いが、クラスタ選択からのゲインは小さくなる。サブキャリア全体に亘るチャネル符号化とは、各コードワードが複数のサブキャリアから送信されたビットを含んでいることを意味し、より具体的には、コードワード間の差異ビット（エラーベクトル）が複数のサブキャリアの間に分配されることを意味している。
【００９１】
時間経過と共にサブキャリアホッピングを通してより多くの周波数ダイバーシティを得ることができ、加入者は、或るタイムスロットで或るサブキャリアのセットを占め、別のタイムスロットでは別の異なるサブキャリアのセットを占めることになる。１つの符号化単位（フレーム）は、このようなタイムスロットを複数保有しており、送信されたビットは全フレームに亘ってエンコードされる。
【００９２】
図１０は、サブキャリアホッピングを備えたダイバーシティクラスタを示す。図１０に示すように、図示のセルＡとセルＢには、それぞれ４つのダイバーシティクラスタがあり、個々のダイバーシティクラスタ内の各サブキャリアは、同一のラベル（１、２、３又は４）を有している。別個のタイムスロットを４つ示しているが、各タイムスロットの間に、各ダイバーシティクラスタ用のサブキャリアは変化する。例えば、セルＡでは、サブキャリア１は、タイムスロット１の間はダイバーシティクラスタ１の一部であり、タイムスロット２の間はダイバーシティクラスタ２の一部であり、タイムスロット３の間はダイバーシティクラスタ３の一部であり、タイムスロット４の間はダイバーシティクラスタ４の一部である。この様に、時間経過に伴うサブキャリアホッピングを通して、より多くの干渉ダイバーシティを得ることができ、図１０に示すように、異なるセルに対し異なるホッピングパターンを使用することにより、更に多くの干渉ダイバーシティが実現できる。
【００９３】
加入者がサブキャリア（ホッピングシーケンス）を変更する方法は、符号化を通してより良好な干渉平均化を実現するために、セル毎に異なっていてもよい。
【００９４】
固定無線アクセスのような静止している加入者の場合、時間経過と共にチャネルが変わることは殆どない。コヒーレンスクラスタを使った選択的クラスタ割当は、良好な性能を実現する。一方、移動する加入者の場合、チャネル時間変動（時間経過に伴うチャネルの変化による変動）は非常に大きいこともある。ある時間に高ゲインのクラスタでも、別の時間には激しいフェージングに陥ることもありうる。従って、クラスタ割当は高速で更新しなければならず、制御オーバーヘッドが膨大になってしまう。この場合、ダイバーシティクラスタを使用すれば、強さを補強し、頻繁なクラスタ再割当のオーバーヘッドを軽減することができる。或る実施形態では、クラスタ割当は、しばしばチャネルドップラー速度（Ｈｚ）で計測されるチャネル変更速度、即ち、チャネルが１サイクル後には完全に異なる場合、チャネルが毎秒何サイクルで変更されるか、よりも高速で行なわれる。なお、選択的クラスタ割当は、コヒーレンスクラスタとダイバーシティクラスタの両方について行なうことができる。
【００９５】
或る実施形態では、移動する加入者と静止している加入者が入り混じっているセルの場合、加入者又は基地局、或いは両方に、チャネル／干渉変動検出器を実装することができる。検出結果を使って、加入者及び基地局は、セル境界線上の移動加入者又は静止加入者に対してはダイバーシティクラスタを、基地局に近い静止加入者に対してはコヒーレンスクラスタを、知的に選択する。チャネル／干渉変動検出器は、クラスタ毎に時々にチャネル（ＳＩＮＲ）変動を測定する。例えば、或る実施形態では、チャネル／干渉検出器は、各クラスタのパイロット記号の間のパワー差を測定し、移動ウインドウに亘る差を平均する（例えば、４つのタイムスロット）。差が大きければ、チャネル／干渉が頻繁に変化し、サブキャリア割当は信頼性が低いことを示している。そのような場合、その加入者にはダイバーシティクラスタがより望ましいことになる。
【００９６】
図１１は、加入者の移動に基づいてダイバーシティクラスタとコヒーレンスクラスタの間で知的選択を行うためのプロセスの或る実施形態のフロー図である。プロセスは、ハードウェア（例えば、回路、専用論理など）、ソフトウェア（例えば、汎用コンピュータシステム又は専用機械上で実行されるものなど）、又はその組合わせから成る処理論理によって行なわれる。
【００９７】
図１１に示すように、基地局の処理論理は、チャネル／干渉変動検出を行う（処理ブロック１１０１）。処理論理は、次に、チャネル／干渉変動検出の結果が、ユーザーが移動しているか又はセルの縁に近い静止位置にあることを示しているか否かをテストする（処理ブロック１１０２）。ユーザーが、移動していないか、セルの縁に近い静止位置にもいない場合、プロセスは処理ブロック１１０３に移り、そこで基地局の論理はコヒーレンスクラスタを選択し、それ以外の場合は、プロセスは処理ブロック１１０４に移り、そこで基地局の処理論理はダイバーシティクラスタを選択する。
【００９８】
或る実施形態では、基地局は、パイロット信号の変化速度、即ち正規化されたチャネル変動を検出し、その変化速度が事前に設定された閾値よりも大きいことを判定することによって、加入者が移動しているのか静止しているのかを判断する。チャネル間の正規化された瞬間差は以下のように表される。
【００９９】
【数３】

【０１００】
ここに、Ｈ_iはチャネルを表し、ｉは個々のチャネルを表すインデクスである。
【０１０１】
閾値はシステムによって異なる。例えば、変化速度が（何パーセント（例えば２０％）でもよいが）１０％より大きければ、基地局は、加入者が移動中であると結論付ける。或る実施形態では、信号送信における不変期間が、往復移動遅延の何倍か（例えば、往復移動遅延の５倍）より大きくない場合、基地局は、加入者が移動中であると判定してダイバーシティクラスタを割り当て、そうでなければ、基地局は、コヒーレンスクラスタを割り当てる。
【０１０２】
選択は、再教育の間に更新し知的に切り替えることができる。
【０１０３】
セル内のコヒーレンスクラスタとダイバーシティクラスタの数の比率／割当は、移動加入者と静止加入者の人数の比によって異なる。システムの展開に伴い人数が変わると、コヒーレンスクラスタとダイバーシティクラスタの割当は、新しいシステムの必要性を受け入れるため構成し直される。図１２は、図９よりも、もっと多くの移動する加入者をサポートできるクラスタ分類の再構成を示す。
【０１０４】
当業者には、上記説明を読めば、本発明に多様な変更、修正を加え得ることが疑いも無く自明のものとなるはずであり、従って、説明を目的に図示し説明してきた具体的な実施形態は、全て、限定を意図していない旨理解頂きたい。従って、各種実施形態の詳細に関することは、本発明に不可欠と見なされる特性を詳述している特許請求の範囲に限定を加えることを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１Ａ】サブキャリアとクラスタを示す。
【図１Ｂ】サブキャリアを割り当てるプロセスの或る実施形態のフロー図である。
【図２】ＯＦＤＭ記号、パイロット、及びクラスタの時間と周波数グリッドを示す。
【図３】加入者の処理を示す。
【図４】図３の１例を示す。
【図５】任意クラスタフィードバック用のフォーマットの或る実施形態を示す。
【図６】クラスタをグループに分割する或る実施形態を示す。
【図７】グループベースのクラスタ割当のためのフィードバックフォーマットの或る実施形態を示す。
【図８】多重セル多重セクターネットワークにおける周波数再利用と干渉を示す。
【図９】コヒーレンスクラスタとダイバーシティクラスタ用の別々のクラスタフォーマットを示す。
【図１０】サブキャリアホッピングを有するダイバーシティクラスタを示す。
【図１１】加入者の移動による、ダイバーシティクラスタとコヒーレンスクラスタの間の知的切り替えを示す。
【図１２】クラスタ分類の再構成の或る実施形態を示す。
【図１３】基地局の或る実施形態を示す。【Technical field】
[0001]
This patent application is a continuation-in-part (CIP) of U.S. patent application Ser. No. 09 / 738,086, filed Dec. 15, 2000, entitled "OFDMA with Adaptive Subcarrier-Cluster Configuration and Selective Loading". It is.
The present invention relates to the field of wireless communications, and more specifically, the present invention relates to a multi-cell multiple subscriber wireless system using orthogonal frequency division multiplexing (OFDM).
[Background Art]
[0002]
Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is an efficient modulation scheme when signaling on a frequency selective channel. In OFDM, a wide bandwidth is divided into a number of narrowband subcarriers, where the subcarriers are configured to be orthogonal to one another. The signals modulated on the subcarriers are transmitted in parallel. For more details, see Minimini, Jr. "Analysis and Simulation of Digital Mobile Channel Using Orthogonal Frequency Division Multiplexing," IEEE Trans. Commun. COM-33, No. 7, July 1985, pp. 665-75; "Beyond 3G: Broadband Wireless Data Access Based on OFDM and Dynamic Packet Allocation" by Chung and Sollenberger, IEEE Communications Magazine, Vol. 38, No. 7, pages 78-87, July 2000.
[0003]
One way to use OFDM to support multiple access for multiple subscribers is time division multiple access (TDMA), where each subscriber uses all subcarriers in the assigned time slot. . Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) is another method of multiple access using the basic format of OFDM. In OFDMA, a large number of subscribers simultaneously use different subcarriers in a manner similar to frequency division multiple access (FDMA). More specifically, "Orthogonal Frequency Division Multiple Access and Its Application to CATV Networks" by Sari and Karam, European Transactions on Telecommunications, 9 (6), 507-516, November / December 1998, and See "Improved Performance of Random OFDMA Mobile Communication Systems" by Nogueroles, Bossert, Donder, and Zyablov, IEEE VTC '98 Bulletin, pp. 2502-2506.
[0004]
Multipath causes frequency selective fading. The channel gain differs for each subcarrier. Further, channels are not typically correlated for different subscribers. A sub-carrier that is heavily fading for one subscriber may provide high channel gain for another subscriber. Therefore, in an OFDMA system, it is advantageous if the subcarriers are allocated and assigned to the subscribers so that each subscriber can enjoy a high channel gain. For more information, see Wong et al., "Multiuser OFDM with Adaptive Subcarrier, Bit and Power Allocation," IEEE J. Phys. Select. Areas Commun. 17 (10), 1747-1758, October 1999.
[0005]
Within one cell, each subscriber can be adjusted to have a different subcarrier in OFDMA. Since the signals for each subscriber can be orthogonal to each other, there is little intra-cell interference. However, when an aggressive frequency reuse plan is used, for example, when the same spectrum is used in many adjacent cells, a problem of inter-cell interference occurs. Obviously, inter-cell interference in OFDMA systems is also frequency-selective, and it is useful to make adaptive allocation of subcarriers to mitigate the effects of inter-cell interference.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0006]
One approach to making subcarrier allocation for OFDMA is an integrated optimization operation, which not only requires knowledge of the behavior and channels of all subscribers in all cells, but also requires that the current subscriber And every time a new subscriber joins the network, the frequency must be readjusted each time. This is often impractical in actual wireless systems, mainly due to bandwidth costs for updating subscriber information and computational costs for integrated optimization.
[Means for Solving the Problems]
[0007]
A method and apparatus for allocating subcarriers in an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) system is described. In one embodiment, the method comprises assigning a diversity cluster of at least one subcarrier to a first subscriber and assigning at least one coherence cluster to a second subscriber.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0008]
The present invention will be more fully understood from the following detailed description of various embodiments of the invention and the accompanying drawings, which are not intended to limit the invention to any particular embodiment, It is presented only for the purpose of helping the explanation and understanding.
[0009]
A method and apparatus for allocating subcarriers in an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) system is described. In one embodiment, the method comprises assigning a diversity cluster of at least one subcarrier to a first subscriber and assigning at least one coherence cluster to a second subscriber.
The techniques disclosed herein will be described using OFDMA (cluster) as an example. However, the techniques are not limited to OFDMA based systems. The techniques may be generally applied to multi-carrier systems, for example, carriers may be OFDMA clusters, CDMA spreading codes, SDMA (space division multiple access) antenna beams, and so on. In some embodiments, subcarrier allocation is performed separately in each cell. Within each cell, the assignment to individual subscribers (eg, mobile phones, etc.) can also be determined by taking into account all subscribers in the cell for each assignment. Conversely, it is done incrementally as new subscribers are added to the system.
[0010]
For the downlink channel, each subscriber first measures the channel and interference information for all subcarriers and performs better (eg, signal-to-interference plus noise ratio (SINR) ) Is selected, and information on the candidate subcarriers is fed back to the base station. This feedback includes channel and interference information (eg, signal-to-interference-plus-noise-ratio information) for all subcarriers or only some subcarriers. . When providing information about only some of the subcarriers, the subscriber may order the subcarriers in order from the subcarrier they want to use, usually because of better performance or better than others. Provide a list of
[0011]
Upon receiving this information from the subscriber, the base station informs the base station of additional information available at the base station, such as traffic load information for each subcarrier, the amount of traffic requests waiting at the base station for each frequency band, and excessive frequency bands. Sub-carriers are further selected from the candidates using information such as whether the sub-carriers have not been used and / or how long the subscriber has been waiting for information transmission. In some embodiments, subcarrier loading information of neighboring cells is also exchanged between base stations. The base station uses this information for subcarrier allocation to reduce inter-cell interference.
[0012]
In some embodiments, the coding / modulation rate selection is made as a result of the base station selecting the assigned channel based on the feedback. Such coding / modulation rates may be specified by the subscriber when identifying subcarriers that have been found to be preferred for use. For example, if the SINR is below a certain threshold (eg, 12 dB), quadrature phase shift keying (QPSK) modulation is used; otherwise, 16 quadrature amplitude modulation (QAM) is used. The base station then informs the subscriber of the subcarrier allocation and / or the coding / modulation rate used.
[0013]
In some embodiments, feedback information about the downlink subcarrier allocation is transmitted to the base station over an uplink access channel, which is transmitted for a short period of time per transmission time slot, eg, 400 transmission times in each 10 millisecond time slot. Wake up in microseconds. In some embodiments, the access channel occupies the entire frequency bandwidth. The base station can collect the uplink SINR of each subcarrier directly from the access channel. The SINR of the uplink subcarrier and the traffic load information are used for uplink subcarrier allocation.
[0014]
In either direction, the base station makes the final decision on subcarrier allocation for each subscriber.
[0015]
In the following description, selective subcarrier allocation is described, including the method of channel and interference sensing, the method of information feedback from the subscriber to the base station, and the algorithm used by the base station for subcarrier selection. Are also disclosed.
[0016]
In the following description, numerous details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form, rather than in detail, to avoid obscuring the present invention.
[0017]
Portions of the following detailed description are presented in terms of algorithms and symbolic representations of operations on data bits within a computer memory. These algorithmic descriptions and representations are the means used by those skilled in the data processing arts to most effectively convey their work to others skilled in the art. Where an algorithm is present, it is generally considered to be a consistent sequence of steps leading to the desired result. Steps require physically manipulating physical quantities. Usually, but not necessarily, these quantities take the form of electrical or magnetic signals that can be stored, transmitted, combined, compared, and otherwise manipulated. At times, it has proven convenient to refer to these signals as bits, numbers, elements, symbols, characters, terms, numbers, or the like, primarily for reasons of common use.
[0018]
It should be noted, however, that the above and similar terms are to be associated with the appropriate physical quantities and are merely convenient labels used for these quantities. Unless otherwise specified, unless otherwise specified, descriptions using terms such as "process" or "calculate" or "calculate" or "determine" or "display" throughout the description Manipulating data expressed as physical (electronic) quantities in registers and memories of a computer system, as well as physical quantities in a memory or registers of a computer system or other such information storage, transmission or display device Should be understood to refer to the operation and processing of a computer system or similar electronic computing device that translates it into other data that is represented in
[0019]
The invention also relates to an apparatus for performing this operation. The apparatus may be specially constructed for the required purposes, or it may comprise a general-purpose computer selectively activated or reconfigured by a computer program stored in the computer. Such computer programs include, but are not limited to, any type of disk, including, but not limited to, floppy disks, optical disks, CD-ROMs, and magnetic optical disks, read only memory (ROM), random access memory (RAM), EPROM , EEPROM, magnetic or optical card, all types of media suitable for storing electronic instructions, each stored on a computer readable storage medium coupled to a computer system bus.
[0020]
The algorithms and displays presented herein are not inherently related to any particular computer or other device. Various general-purpose systems may be used with programs according to the teachings described herein, and it also proves convenient to construct more specialized apparatus to perform the necessary method steps. I have. The required structure for a variety of these systems will appear from the description below. In addition, the present invention is not described with reference to any particular programming language. It should be understood that various programming languages may be used to implement the teachings of the present invention as described herein.
[0021]
A machine-readable medium includes any mechanism for storing or transmitting information in a form readable by a machine (eg, a computer). For example, machine-readable media includes read-only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic disk storage media, optical storage media, flash memory devices, electrical, optical, acoustic, or other forms of propagation. Signal (for example, a carrier wave, an infrared signal, a digital signal, and the like).
[0022]
Subcarrier clustering
The techniques described herein focus on subcarrier allocation for data traffic channels. Cellular systems typically have another channel pre-allocated for control information exchange and other purposes. These channels often include downlink and uplink control channels, uplink access channels, and time and frequency synchronization channels.
[0023]
FIG. 1A shows a plurality of subcarriers, such as subcarrier 101, and a cluster. A cluster, such as cluster 102, is defined as a logical unit holding at least one physical subcarrier, as shown in FIG. 1A. A cluster can have contiguous or discrete subcarriers. The mapping between a cluster and its subcarriers may be fixed or reconfigurable. In the latter case, the base station informs the subscriber when the cluster is redefined. In one embodiment, the frequency spectrum includes 512 subcarriers, and each cluster includes four consecutive subcarriers, resulting in 128 clusters.
[0024]
Representative subcarrier / cluster assignment procedure
FIG. 1B is a flow diagram illustrating one embodiment of a process for assigning clusters to subscribers. The process is performed by processing logic comprising hardware (eg, dedicated logic, circuits, etc.), software (eg, running on a general purpose computer system or dedicated machine, etc.), or a combination of both.
[0025]
As shown in FIG. 1B, each base station periodically broadcasts a pilot OFDM symbol to each subscriber in its cell (or sector) (processing block 101). Pilot symbols, also called sounding sequences or signals, are known to both the base station and the subscriber. In some embodiments, each pilot symbol covers the entire OFDM frequency bandwidth. The pilot symbols may be different for each cell (or sector). The pilot symbols are used for several purposes: time and frequency synchronization, channel estimation for cluster assignment and signal to interference / noise (SINR) ratio measurement.
[0026]
Next, each subscriber continuously monitors the reception of pilot symbols and measures the SINR and / or other parameters of each cluster, including inter-cell interference and intra-cell traffic (processing block 102). Based on this information, each subscriber selects one or more clusters with relatively good performance (eg, high SINR, low traffic loading) and provides information about these candidate clusters to a predetermined uplink. Feedback is provided to the base station over the access channel (processing block 103). For example, SINR values higher than 10 dB indicate good performance. Similarly, less than 50% cluster utilization indicates good performance. Each subscriber selects a cluster that performs better than others. This selection will cause each subscriber to select a cluster that it may want to use based on the measured parameters.
[0027]
In some embodiments, each subscriber measures the SINR of each subcarrier cluster and reports those SINR measurements to the base station over the access channel. The SINR value includes the average of the SINR values of each subcarrier in the cluster. Alternatively, the SINR value of the cluster may be the worst SINR among the SINR values of the subcarriers in the cluster. In yet another embodiment, a weighted average of the SINR values of the subcarriers in the cluster is used to generate the SINR for the cluster. This is particularly useful for diversity clusters with different weightings applied to the subcarriers.
[0028]
The information feedback from each subscriber to the base station includes the SINR value for each cluster and also indicates the coding / modulation rate that the subscriber desires to use. As long as the base station knows the order of the information in the feedback, no cluster index is needed to indicate which SINR value in the feedback corresponds to which cluster. In another embodiment, the information in the feedback is ordered according to which cluster has the relatively best performance for the subscriber. In such a case, an index is needed to indicate which cluster the accompanying SINR value corresponds to.
[0029]
Upon receiving feedback from the subscriber, the base station then selects one or more clusters for the subscriber from among the candidates (processing block 104). The base station transmits additional information available at the base station, such as traffic load information for each subcarrier, the amount of traffic requests waiting at the base station for each frequency band, whether the frequency band is overused, Information such as how long the subscriber is waiting for. Subcarrier loading information for adjacent cells can also be exchanged between base stations. The base station uses this information for subcarrier allocation to reduce inter-cell interference.
[0030]
After cluster selection, the base station informs the subscriber about the cluster assignment over a downlink common control channel or, if a connection to the subscriber has already been established, over a dedicated downlink traffic channel (processing block). 105). In some embodiments, the base station also informs the subscriber about the appropriate modulation / coding rate.
[0031]
Once the basic communication link is set up, each subscriber continues to send feedback to the base station using a dedicated traffic channel (eg, one or more predetermined uplink access channels) can do.
[0032]
In one embodiment, the base station allocates all the clusters that the subscriber will use at once. In another embodiment, the base station initially allocates a plurality of clusters, here referred to as base clusters, and establishes a data link between the base station and the subscriber. The base station then allocates more clusters to the subscriber, here referred to as auxiliary clusters, to increase communication bandwidth. The assignment of the base cluster is given a higher priority, and the assignment of the auxiliary cluster is given a lower priority. For example, the base station may first ensure the assignment of the base cluster to the subscriber, and then try to satisfy further demands on the auxiliary cluster from the subscriber. Alternatively, the base station may assign the auxiliary cluster to one or more subscribers before assigning the base cluster to other subscribers. For example, the base station may assign the base and auxiliary clusters to one subscriber before assigning any clusters to other subscribers. In some embodiments, the base station assigns the base cluster to the new subscriber and then determines whether there are other subscribers requesting the cluster. If not, the base station assigns an auxiliary cluster to the new subscriber.
[0033]
In some cases, processing logic performs retraining by repeating the above process (processing block 106). Reeducation takes place periodically. This retraining compensates for subscriber movement and any interference changes. In one embodiment, each subscriber reports to the base station its updated cluster selection and associated SINR. The base station then reselects and notifies the subscriber of the new cluster assignment. Retraining can be initiated by the base station, in which case the base station requests a particular subscriber to report its updated cluster selection. Re-education can also be initiated by the subscriber if channel degradation is observed.
[0034]
Adaptive modulation and coding
In some embodiments, different modulations and coding rates are used to support reliable transmission on channels having different SINRs. To improve reliability at very low SINR, signal spreading with multiple subcarriers may be used.
[0035]
An example of the encoding / modulation table is shown in Table 1 below.
[Table 1]

[0036]
In the above example, 1/8 spreading indicates that one QPSK modulation symbol is repeated over eight subcarriers. Repetition / spreading is further extended to the time domain. For example, one QPSK symbol can be repeated over four subcarriers of two OFDM codes, resulting in 1/8 spreading.
[0037]
The encoding / modulation rate is adaptively changed according to the channel conditions observed at the receiver after the initial cluster assignment and rate selection.
[0038]
Pilot symbol and SINR measurement
In some embodiments, each base station transmits pilot symbols simultaneously, and each pilot symbol occupies the entire OFDM frequency bandwidth as shown in FIGS. 2A-C. As shown in FIGS. 2A-C, it can be seen that pilot symbol 201 extends across the entire OFDM frequency band for cells A, B, and C, respectively. In one embodiment, each pilot symbol is 128 microseconds in length or duration, with a guard time, for a total of approximately 152 microseconds. After each pilot period, there is a predetermined number of data periods, followed by another set of pilot symbols. In one embodiment, after each pilot there are four data periods used for data transmission, each data period being 152 microseconds.
[0039]
The subscriber estimates the SINR for each cluster from the pilot symbols. In some embodiments, the subscriber first evaluates the channel response, including amplitude and phase, as free of interference or noise. Once the channel has been evaluated, the subscriber calculates interference / noise from the received signal.
[0040]
The evaluated SINR values are arranged in descending order, and a cluster having a large SINR value is selected. In some embodiments, the selected cluster has an SINR value that is greater than the minimum SINR that allows for reliable (albeit slow) transmission supported by the system. The number of clusters selected depends on the feedback bandwidth and the request transmission rate. In some embodiments, the subscriber always seeks to send information about as many clusters as possible, from which the base station selects.
[0041]
The estimated SINR value is also used to select an appropriate coding / modulation rate for each cluster as described above. Using an appropriate SINR indexing scheme, the SINR index may also indicate the particular coding and modulation rate that the subscriber desires to use. Note that, even for the same subscriber, different clusters may have different modulation / coding rates.
[0042]
Pilot symbols have an additional purpose in determining interference between cells. Since the pilots of multiple cells are broadcast simultaneously, they interfere with each other (since they occupy the entire frequency band). This collision of pilot symbols can be used to determine the amount of interference as a worst case scenario. Thus, in one embodiment, the SINR estimation using the method is that the measured interference level is a worst case scenario, assuming that all interferers are up. Be careful. Thus, the structure of the pilot symbol is such that it occupies the entire frequency band and causes collisions between different cells for use in detecting the worst case SINR in a packet transmission system.
[0043]
During the data traffic period, the subscriber can again determine the level of interference. The data traffic period is used to evaluate intra-cell traffic as well as inter-cell interference levels. Specifically, power differences during pilot and traffic periods are used to sense traffic loading (intra-cell) and inter-cell interference to select the desired cluster.
[0044]
In some clusters, the interference levels will be relatively low because they are not used in neighboring cells. For example, in cell A, cluster A has little interference because it is not used in cell B (although it is used in cell C). Similarly, in cell A, cluster B experiences slight interference from cell B because it is not used in cell C but is used in cell B.
[0045]
The modulation / coding rate based on this evaluation is robust against frequent interference changes due to burst packet transmission. This is because the rate prediction is based on a worst case scenario where all interferers are transmitting.
[0046]
In some embodiments, the subscriber uses information available from both the pilot symbol period and the data traffic period to analyze the presence of both intra-cell traffic load and inter-cell interference. The purpose of the subscriber is to provide an indication to the base station about the cluster that the subscriber wants to use. Ideally, the result of the selection by the subscriber is a cluster with high channel gain, low interference from other cells, and high availability. The subscriber provides feedback information including the results and lists the desired clusters in order or in a manner not described here.
[0047]
FIG. 3 illustrates one embodiment of subscriber processing. The processing is performed by processing logic comprising hardware (eg, dedicated logic, circuits, etc.), software (eg, running on a general purpose computer system or a dedicated machine), or a combination of both.
[0048]
As shown in FIG. 3, the channel / interference estimation processing block 301 performs channel and interference estimation within a pilot period in response to pilot symbols. Traffic / interference analysis processing block 302 performs traffic and interference analysis within the data period in response to signal information and information from channel / interference evaluation block 301.
[0049]
The cluster ordering and speed prediction processing block 303 is coupled to the output of the channel / interference evaluation processing block 301 and the traffic / interference analysis processing block 302, and performs cluster ordering and selection together with the speed prediction.
[0050]
The output of the cluster ordering processing block 303 is input to a cluster request processing block 304, which requires a cluster and a modulation / coding rate. An indication of these choices is sent to the base station. In some embodiments, the SINR of each cluster is reported to the base station via an access channel. This information is used in cluster selection to avoid the cluster from suffering severe intra-cell traffic loading and / or receiving severe interference from other cells. That is, new subscribers are not assigned to use a particular cluster if severe intra-cell traffic loading already exists for that cluster. If the interference is severe and the SINR is low and only low-speed transmission is possible or highly reliable transmission cannot be performed at all, the cluster is not allocated.
[0051]
Channel / interference estimation by processing block 301 is well known in the art by monitoring for interference caused by full bandwidth pilot symbols being broadcast in multiple cells simultaneously. The interference information is sent to processing block 302, which uses the information to solve the following equation:
H_iS_i+ I_i+ N_i= Y_i
Where S_iRepresents a signal of a subcarrier (freq.band) i, and I_iIs the interference of subcarrier i and n_iIs the noise associated with subcarrier i and y_iIs the observation of subcarrier i. For 512 subcarriers, i ranges from 0 to 511. I_iAnd n_iAre not separated and may be considered as one quantity. Interference / noise and channel gain H_iI do not know. During a pilot period, a signal S representing a pilot symbol_iAnd observation y_iAnd thus the channel gain H for no interference or noise._iCan be requested. Once this is known, H_i, S_i, And y_iCan be applied to the equation to determine the interference / noise during the data period.
[0052]
Using the interference information from processing blocks 301 and 302, the subscriber selects the desired cluster. In some embodiments, using processing block 303, the subscriber orders clusters and uses such clusters to predict the data rate that would be available. The predicted data rate information can be obtained from a look-up table with pre-calculated data rate values. Such a look-up table stores a pair of each SINR and its associated desired transmission rate. Based on this information, the subscriber selects a desired cluster based on predetermined performance criteria. Using the ordered list of clusters, the subscriber requests the desired cluster along with the coding and modulation rates known to the subscriber to achieve the desired data rate.
[0053]
FIG. 4 is an embodiment of an apparatus for selecting a cluster based on a power difference. This approach performs energy detection using information available during both the pilot symbol period and the data traffic period. The processing of FIG. 4 may be implemented in hardware (eg, dedicated logic, circuits, etc.), software (eg, running on a general purpose computer system or a dedicated machine), or a combination of both.
[0054]
As shown in FIG. 4, a subscriber performs an SINR evaluation processing block 401 for performing SINR evaluation for each cluster during a pilot period, and a power calculation processing block 402 for performing power calculation for each cluster during a pilot period. , And a power calculation processing block 403 for performing power calculation for each cluster within the data period. Subtractor 404 subtracts the power calculation during the data period from processing block 403 from the power calculation during the pilot period from processing block 402. The output of the subtractor 404 is input to a power difference ordering (and group selection) processing block 405, which performs cluster ordering and selection based on the SINR and the power difference between the pilot and data periods. Do. Once a cluster is selected, the subscriber requests the selected cluster and coding / modulation rate at processing block 406.
[0055]
More specifically, in one embodiment, the signal power of each cluster during the pilot period is compared to that during the traffic period based on:
[0056]
(Equation 1)

[0057]
Where P_PIs the power corresponding to each cluster measured during the pilot period, and P₀Is the power measured during the traffic period and P_SIs the signal power and P_IIs the interference power and P_NIs the noise power.
In one embodiment, the subscriber, if possible,_P/ (P_P-P_D) Is selected (eg, greater than a threshold, such as 10 dB), and P_P/ (P_P-P_D) Are avoided (eg, smaller than a threshold, such as 10 dB).
Alternatively, the difference may be based on the energy difference between the sample observed during the pilot period and the sample observed during the data traffic period for each subscriber in the cluster, as follows:
[0058]
(Equation 2)

[0059]
Thus, the subscriber sums the differences for all subcarriers.
[0060]
Depending on the actual embodiment, the subscriber has the following measures to select the cluster: SINR and P_P-P_DUse the combination function of.
β = f (SINR, P_P/ (P_P-P_D)
Where f is a function of the two inputs. One example of f is a weighted average (eg, equal weight). Instead, the subscriber selects a cluster based on the SINR and uses the power difference P to determine the cluster with similar SINR._P-P_DMay be used alone. The difference may be smaller than a threshold (eg, 1 dB).
[0061]
SINR and P_P-P_DBoth measurements may be averaged over time. In one embodiment, a moving average time window is used, which is long enough to average the statistical anomalies and short enough to capture the time-varying characteristics of the channel and interference, for example, 10 Milliseconds.
[0062]
Feedback format for downlink cluster assignment
In some embodiments, for the downlink, the feedback carries both the index of the selected cluster and its SINR. A representative format for an arbitrary cluster feedback is shown in FIG. As shown in FIG. 5, the subscriber provides a cluster index (ID) to indicate the cluster and its associated SINR value. For example, in the feedback, the subscriber can determine that the cluster ID1 (501) and the SINR of the cluster are SINR1 (502), the cluster ID2 (503) and the SINR of the cluster are SINR2 (504), and the cluster ID3 (505) and It provides SINR3 (506), which is the SINR of the cluster. The SINR of a cluster can be created using the average of the SINRs of the subcarriers. Thus, a plurality of arbitrary clusters can be selected as candidates. As mentioned above, the selected clusters can also be ordered in the feedback to indicate priority. In some embodiments, the subscriber creates a priority list of clusters and returns the SINR information in descending order of priority.
[0063]
Generally, indicating the index for the SINR level instead of the SINR itself is sufficient to indicate the appropriate coding / modulation for the cluster. For example, a 3-bit field may be used for SINR indexing to indicate eight different rates of adaptive coding / modulation.
[0064]
Representative base station
The base station assigns the desired cluster to the requesting subscriber. In some embodiments, the availability of a cluster to assign to a subscriber depends on the total traffic load on the cluster. Therefore, the base station selects a cluster having not only a high SINR but also a low traffic load.
[0065]
FIG. 13 is a block diagram of one embodiment of a base station. As shown in FIG. 13, a cluster allocation and load scheduling controller 1301 (cluster allocator) provides a downlink / uplink SINR (for example, an SINR / rate index received from an OFDM receiver 1305) of a cluster designated to each subscriber. All necessary information is collected, including signal 1313) and user data, ie, queue fullness / traffic load (eg, via user data buffer information 1311 from multi-user data buffer 1302). Using this information, the control device 1301 determines cluster allocation and load scheduling for each user, and stores the determined information in a memory (not shown). Controller 1301 notifies the subscriber of the decision via a control signal channel (eg, control signal / cluster assignment 1312 via OFDM receiver 1305).
[0066]
In one embodiment, the controller 1301 further controls access to user access because it knows the traffic load of the system. This is done by controlling the user data buffer 1302 using the entry control signal 1310.
[0067]
The packet data of the user 1-N is stored in the user data buffer 1302. For the downlink, under the control of the control device 1301, the multiplexer 1301 loads the user data into the cluster data buffer (of the cluster 1-M) waiting to be transmitted. For uplink, the multiplexer 1303 sends the data in the cluster buffer to the corresponding user buffer. Cluster buffer 1304 stores signals to be transmitted through (downlink) OFDM transceiver 1305 and signals received from transceiver 1305. In some embodiments, each user occupies multiple clusters, and each cluster is shared by multiple users (for time division multiplexing).
[0068]
Group-based cluster assignment
In another embodiment, for the downlink, the clusters are divided into groups. Each group may include a plurality of clusters. FIG. 6 shows a typical example of division. As shown in FIG. 6, groups 1-4 are indicated by arrows pointing to clusters that have been put into each group as a result of grouping. In some embodiments, the clusters in each group are far apart over the entire bandwidth. In some embodiments, the clusters within each group are further apart than the channel coherence bandwidth, ie, the bandwidth within which the channel response is approximately the same. A typical value for coherent bandwidth is 100 kHz for many cellular systems. This will improve the frequency diversity within each group and increase the probability that at least some of the clusters within the group can provide high SINR. Clusters are assigned to groups. The purpose of group-based cluster assignment is to reduce the data bits for cluster indexing, thereby reducing the bandwidth requirements of the feedback channel (information) and control channel (information) for cluster assignment. Group-based cluster assignment is also used to reduce inter-cell interference.
[0069]
After receiving the pilot signal from the base station, the subscriber returns the channel information for one or more cluster groups simultaneously or sequentially. In some embodiments, only information about some of the groups is returned to the base station. Many criteria can be used for group selection and ordering based on channel information, inter-cell interference levels, and intra-cell traffic load at each cluster.
[0070]
In some embodiments, the subscriber first selects the group with the best overall performance and feeds back the SINR information of the clusters in that group. The subscriber orders the groups based on the number of the cluster whose SINR is higher than a predefined threshold. By transmitting the SINRs of all clusters in the group, only the group indexes need to be transmitted instead of all cluster indexes. Thus, the feedback for each group generally has two types of information: the group index and the SINR value of each cluster in the group. FIG. 7 shows a representative format for displaying group-based cluster assignments. As shown in FIG. 7, the SINR value of each cluster in the group follows ID1 which is the group ID. This can significantly reduce the feedback overhead.
[0071]
Upon receiving feedback information from the subscriber, the base station cluster allocator selects multiple clusters, if available, from one or more groups and then assigns the clusters to the subscriber. This selection is performed by assignment in the medium access control unit of the base station.
[0072]
Further, in a multi-cell environment, groups may have different priorities associated with different cells. In some embodiments, the selection of a group by a subscriber is biased in the group's priority, such that one subscriber has a higher priority over another group's usage rights for one group. Means having.
[0073]
In some embodiments, there is no fixed relationship between certain subscribers and certain cluster groups, but in other embodiments, such fixed relationships exist. In embodiments having a fixed relationship between a subscriber and one or more cluster groups, the group index in the feedback information is omitted because this information is known by default to both the subscriber and the base station. can do.
[0074]
In another embodiment, the pilot signal transmitted from the base station to the subscriber also indicates the availability of each cluster, e.g., the pilot signal indicates which clusters have already been assigned to other subscribers. And which clusters are available for new assignment. For example, the base station transmits a pilot sequence 1111 1111 for the subcarriers of the cluster, indicating that the cluster is available, and transmits 1111-1-1-1-1, and the cluster is not available. To the effect. At the receiver, the subscriber first distinguishes the two sequences using signal processing methods well known in the art, such as correlation methods, and then estimates the channel and interference level.
[0075]
By combining the present invention with the channel characteristics obtained by the subscriber, the subscriber can prioritize groups and achieve both high SINR and good load balance.
[0076]
In some embodiments, the subscriber protects the feedback information by using an error correction code. In some embodiments, the SINR information in the feedback is first compressed using a source coding technique, eg, differential encoding, and then encoded with a channel code.
[0077]
FIG. 8 illustrates one embodiment of a frequency reuse pattern for an exemplary cellular setup. Each cell has a hexagonal structure with six sectors using directional antennas at the base station. The frequency reuse factor is 1 between cells. Within each cell, the frequency reuse factor is 2, in which case the sector alternates between the two frequencies. As shown in FIG. 8, each shaded sector uses half of the available OFDMA cluster, and each unshaded sector uses the other half of the cluster. Without loss of generality, clusters used for shaded sectors are referred to herein as odd clusters, and those used for non-shaded sectors are referred to herein as even clusters.
[0078]
Consider downlink signal transmission by an omni-directional antenna at the subscriber side. From FIG. 8, for the shaded sector downlink, cell A interferes with cell B, cell B interferes with cell C, and cell C interferes with cell A, ie, A-> B-> C-> A It is clear that For the unshaded sector, cell A interferes with cell C, cell C interferes with cell B, and cell B interferes with cell A, ie, A-> C-> B-> A.
[0079]
Sector A1 receives interference from sector C1, but its transmission interferes with sector B. That is, the source of the interference and the victim it interferes with are not the same. This creates a stability problem in a distributed cluster-assignment system with interference avoidance, ie, if a frequency cluster is assigned to sector B1 instead of sector C1, the cluster will look clean in AI. Is assigned to A1. However, this assignment of cluster A1 will cause an interference problem with the existing assignment of B1.
[0080]
In some embodiments, different cluster groups are assigned different priorities for use in different cells to alleviate the problem as traffic loads are progressively added to the sector. This prioritization is integrated so as to selectively assign clusters to avoid interference from their interferers and to reduce and possibly minimize the potential for interference problems with existing assignments of other cells. Stipulated.
[0081]
Using the example described earlier, the odd clusters (used for shaded sectors) are divided into three groups, groups 1, 2, and 3. Table 2 shows the priorities.
[0082]
[Table 2]

[0083]
Consider sector A1. Initially, group 1 clusters are selectively assigned. If there are still more subscribers requesting a cluster, the clusters of group 2 are selectively assigned to the subscribers according to the measured SINR (avoid clusters that receive strong interference from sector C1). The cluster newly allocated to the sector A1 from the group 2 is in a state where the load of the sector B1 is very heavy, the clusters of both the groups 3 and 1 are exhausted, and the cluster of the group 2 is also used. Unless otherwise, no interference problem will occur in sector B1. Table 3 shows the cluster usage when less than 2/3 of all available clusters are used in sectors A1, B1, and C1.
[0084]
[Table 3]

[0085]
FIG. 4 shows the priorities of the sectors without shadows, which are different from those of the sectors with shadows because the interference relationship is reversed.
[0086]
[Table 4]

[0087]
Intelligent switching between coherence clusters and diversity clusters
In some embodiments, the cluster contains two categories: a coherence cluster that contains multiple subcarriers that are close to each other, and a subcarrier that is at least partially spread far away over the entire spectrum. There is a diversity cluster. The proximity of the subcarriers in the coherence cluster is desirably within the channel coherence bandwidth, i.e., within a bandwidth where the channel response is approximately the same, specifically, typically within 100 kHz for many cellular systems. In contrast, the spread of subcarriers within a diversity cluster is desirably wider than the channel coherence bandwidth, which is typically within 100 kHz for many cellular systems. Therefore, the general goal in such cases is to maximize spread.
[0088]
FIG. 9 shows a representative cluster format of coherence clusters and diversity clusters for cells AC. As shown in FIG. 9, for cells AC, the labeling of the frequencies (subcarriers) indicates whether the frequencies are part of a coherence cluster or a diversity cluster. For example, the frequencies labeled 1-8 are diversity clusters, and the clusters labeled 9-16 are coherence clusters. For example, all frequencies labeled 1 in a cell are part of one diversity cluster and all frequencies labeled 2 in a cell are part of another diversity cluster, On the other hand, the group of frequencies labeled 9 is one coherence cluster, the group of frequencies labeled 10 is another coherence cluster, and so on. Diversity clusters can also be configured differently for different cells to reduce the effects of inter-cell interference via interference averaging.
[0089]
FIG. 9 shows an exemplary cluster configuration of three adjacent cells. Interference from a particular cluster in one cell is distributed to many clusters in other cells, for example, interference from cluster 1 in cell A is distributed to clusters 1, 8, 7, 6 in cell B. You. This will significantly reduce the interference power for any particular cluster in cell B. Similarly, interference for any particular cluster in one cell comes from many different clusters in other cells. Diversity clusters that provide channel coding across subcarriers provide interference diversity gain because not all clusters cause strong interference. Therefore, it is advantageous to assign a diversity cluster to subscribers that are close to cell boundaries (eg, within coherent bandwidth) and are susceptible to inter-cell interference.
[0090]
Since the subcarriers within a coherence cluster are contiguous or close to each other (eg, within the coherent bandwidth), they are often within the coherent bandwidth of channel fading. Therefore, the channel gain of the coherence cluster varies greatly, and its performance can be greatly improved by selecting the cluster. On the other hand, the average channel gain of the diversity cluster has a small degree of variation due to inherent frequency diversity among a plurality of subcarriers spread over the spectrum. Diversity clusters are robust to cluster selection mistakes (due to the nature of their diversification), but gain less from cluster selection, because they are channel coded across the subcarriers in the cluster. Channel coding across subcarriers means that each codeword contains bits transmitted from multiple subcarriers, and more specifically, the difference bits (error vectors) between codewords It means that it is distributed among a plurality of subcarriers.
[0091]
More frequency diversity can be obtained through subcarrier hopping over time, with subscribers occupying one set of subcarriers in one time slot and another different set of subcarriers in another time slot. Will be. One coding unit (frame) has a plurality of such time slots, and transmitted bits are encoded over the entire frame.
[0092]
FIG. 10 shows a diversity cluster with subcarrier hopping. As shown in FIG. 10, each of the illustrated cells A and B has four diversity clusters, and each subcarrier in each diversity cluster has the same label (1, 2, 3, or 4). are doing. Although four separate time slots are shown, the subcarriers for each diversity cluster change during each time slot. For example, in cell A, subcarrier 1 is part of diversity cluster 1 during timeslot 1, part of diversity cluster 2 during timeslot 2, and diversity cluster 3 during timeslot 3. During the time slot 4 is a part of the diversity cluster 4. In this way, more interference diversity can be obtained through subcarrier hopping over time, and as shown in FIG. 10, by using different hopping patterns for different cells, more interference diversity can be obtained. realizable.
[0093]
The way in which the subscriber changes the subcarrier (hopping sequence) may be different from cell to cell to achieve better interference averaging through coding.
[0094]
For stationary subscribers, such as fixed wireless access, the channel rarely changes over time. Selective cluster assignment using coherence clusters achieves good performance. On the other hand, in the case of a moving subscriber, channel time fluctuation (fluctuation due to channel change over time) may be very large. A cluster with high gain at one time may fall into severe fading at another time. Therefore, the cluster assignment must be updated at a high speed, and the control overhead becomes enormous. In this case, using a diversity cluster can reinforce the strength and reduce the overhead of frequent cluster reallocation. In some embodiments, the cluster assignment is a channel change rate, often measured in channel Doppler rates (Hz), ie, how many cycles per second a channel changes if the channel is completely different after one cycle. Is also performed at high speed. The selective cluster assignment can be performed for both the coherence cluster and the diversity cluster.
[0095]
In some embodiments, for a mixed cell of moving and stationary subscribers, a subscriber / base station, or both, may implement a channel / interference variation detector. Using the detection results, the subscriber and the base station can intelligently determine the diversity cluster for mobile or stationary subscribers on the cell boundary, the coherence cluster for stationary subscribers close to the base station, select. The channel / interference variation detector measures the channel (SINR) variation from cluster to cluster from time to time. For example, in one embodiment, the channel / interference detector measures the power difference between the pilot symbols of each cluster and averages the difference over a moving window (eg, four time slots). If the difference is large, the channel / interference changes frequently, indicating that the subcarrier allocation is unreliable. In such a case, a diversity cluster would be more desirable for the subscriber.
[0096]
FIG. 11 is a flow diagram of an embodiment of a process for making an intelligent selection between a diversity cluster and a coherence cluster based on subscriber movement. The process may be performed by processing logic consisting of hardware (eg, circuits, special purpose logic, etc.), software (eg, running on a general purpose computer system or special purpose machine), or a combination thereof.
[0097]
As shown in FIG. 11, processing logic at the base station performs channel / interference variation detection (processing block 1101). Processing logic then tests whether the results of the channel / interference variation detection indicate that the user is moving or at a stationary position near the cell edge (processing block 1102). If the user has not moved or is not in a stationary position near the edge of the cell, the process moves to processing block 1103, where the base station logic selects a coherence cluster; Moving to block 1104, the processing logic of the base station selects a diversity cluster.
[0098]
In some embodiments, the base station detects the rate of change of the pilot signal, i.e., the normalized channel variation, and determines that the rate of change is greater than a preset threshold to allow the subscriber to determine Determine if it is moving or stationary. The normalized instantaneous difference between the channels is expressed as:
[0099]
(Equation 3)

[0100]
Where H_iRepresents a channel, and i is an index representing an individual channel.
[0101]
The threshold varies from system to system. For example, if the rate of change is greater than 10% (although it may be any percentage (eg, 20%)), the base station concludes that the subscriber is mobile. In some embodiments, if the invariant period in signal transmission is not greater than a multiple of the round trip delay (eg, five times the round trip delay), the base station may determine that the subscriber is moving. Assign a diversity cluster; otherwise, the base station assigns a coherence cluster.
[0102]
Choices can be updated and switched intelligently during retraining.
[0103]
The ratio / allocation of the number of coherence clusters and diversity clusters in the cell depends on the ratio of the number of mobile and stationary subscribers. As the number of people changes as the system evolves, the coherence and diversity cluster assignments are reconfigured to accommodate the needs of the new system. FIG. 12 shows a reconstruction of the cluster classification that can support more mobile subscribers than FIG.
[0104]
It will be apparent to those skilled in the art, after reading the above description, that various changes and modifications may be made to the invention without departing from the spirit and spirit of the invention, and thus It should be understood that all embodiments are not intended to be limiting. Accordingly, reference to details of various embodiments is not intended to limit the scope of the claims, which set forth features which are considered essential to the invention.
[Brief description of the drawings]
[0105]
FIG. 1A shows subcarriers and clusters.
FIG. 1B is a flow diagram of an embodiment of a process for allocating subcarriers.
FIG. 2 shows a time and frequency grid for OFDM symbols, pilots, and clusters.
FIG. 3 shows subscriber processing.
FIG. 4 shows an example of FIG.
FIG. 5 illustrates one embodiment of a format for arbitrary cluster feedback.
FIG. 6 illustrates one embodiment of dividing a cluster into groups.
FIG. 7 illustrates one embodiment of a feedback format for group-based cluster assignment.
FIG. 8 illustrates frequency reuse and interference in a multi-cell multi-sector network.
FIG. 9 illustrates separate cluster formats for coherence and diversity clusters.
FIG. 10 shows a diversity cluster with subcarrier hopping.
FIG. 11 illustrates intelligent switching between a diversity cluster and a coherence cluster due to subscriber movement.
FIG. 12 illustrates an embodiment of a cluster classification reconstruction.
FIG. 13 illustrates an embodiment of a base station.

Claims (47)

In a method for use in allocating subcarriers in an OFDMA system,
Assigning a diversity cluster of at least one subcarrier to a first subscriber;
Allocating at least one coherence cluster to a second subscriber. The method of claim 1, wherein the first subscriber comprises a moving subscriber and the second subscriber comprises a stationary subscriber. The method of claim 1, wherein the first subscriber comprises a stationary subscriber located at an edge of a cell. The method of claim 1, further comprising transmitting information using one diversity cluster while performing frequency hopping. The method of claim 1, wherein using the one diversity cluster comprises channel coding across subcarriers of the one diversity cluster. Each code word includes bits transmitted from a plurality of subcarriers, and further comprising transmitting a code word such that difference bits between the code words are distributed among the plurality of subcarriers. The method of claim 1, wherein The method of claim 1, wherein subcarriers of one coherence cluster are within a coherence bandwidth of a channel between a base station and a subscriber. The method of claim 1, further comprising updating a cluster assignment to a subscriber. The method of claim 1, further comprising the step of reconfiguring the cluster classification when the population of moving and stationary subscribers in the cell changes. The method of claim 1, wherein the at least one diversity cluster is configured to reduce an effect of inter-cell interference. A method for use in allocating subcarriers in an OFDMA system, comprising:
Determining whether the subscriber is moving or stationary;
Assigning the subscriber a diversity cluster of at least one subcarrier if it is determined that the subscriber is moving;
Assigning the subscriber a coherence cluster of at least one subcarrier if the subscriber is determined to be stationary. The step of determining whether the subscriber is moving or stationary is detecting the rate of change of the pilot signal, and if the rate of change is greater than a preset amount, the subscriber is moving. 12. The method of claim 11, further comprising the step of: The method of claim 11, wherein determining whether a subscriber is moving or stationary comprises periodically measuring channel variations. The method of claim 11, wherein determining whether a subscriber is moving or stationary comprises periodically measuring channel variations for each cluster. The method of determining whether a subscriber is moving or stationary comprises periodically measuring SINR values for each cluster. Determining whether the subscriber is moving or stationary is: measuring the power difference between pilot symbols for each cluster; and averaging the difference over a time slot window. The method of claim 11, comprising: 17. The method of claim 16, wherein the timeslot window comprises a timeslot moving window. The method of claim 17, wherein the time slot window comprises four time slots. The method of claim 11, further comprising transmitting information using one diversity cluster while performing frequency hopping. The method of claim 11, wherein the step of using one diversity cluster comprises a channel coding step across subcarriers of the one diversity cluster. Each code word includes bits transmitted from the plurality of subcarriers, and the method further includes transmitting the code word such that difference bits between the code words are distributed among the plurality of subcarriers. The method of claim 11, wherein The method of claim 11, wherein subcarriers of one coherence cluster are within a coherence bandwidth of a channel between a base station and a subscriber. The method of claim 11, further comprising updating a cluster assignment for the subscriber. The method of claim 11, further comprising reconfiguring the cluster classification when the population of moving and stationary subscribers in the cell changes. The method of claim 11, wherein the at least one diversity cluster is configured to reduce an effect of inter-cell interference. Subscribers,
A base station communicably connected to the subscriber and comprising a subcarrier allocator;
A variation detector for detecting channel variation, wherein the subcarrier allocator is a diversity cluster of one or more subcarriers based on a result of channel variation detection by the variation detector, or Apparatus for assigning any of one or more subcarrier coherence clusters to said subscriber. The apparatus of claim 26, wherein the variation detector is located at the base station. The apparatus according to claim 26, wherein the fluctuation detector is located at the subscriber. 27. The apparatus of claim 26, wherein the variation detector periodically measures channel variation for each cluster. The apparatus of claim 26, wherein the fluctuation detector periodically measures SINR values for each cluster. 27. The apparatus of claim 26, wherein the variation detector measures a power difference between pilot symbols for each cluster and averages the difference over a time slot window. 32. The apparatus of claim 31, wherein the timeslot window comprises a timeslot moving window. The apparatus of claim 32, wherein the time slot window comprises four time slots. In an apparatus used to allocate subcarriers in an OFDMA system,
Means for determining whether the subscriber is moving or stationary;
Means for assigning a diversity cluster of at least one subcarrier to the subscriber if it is determined that the subscriber is moving;
Means for assigning a coherence cluster of at least one subcarrier to the subscriber if the subscriber is determined to be stationary. The means for determining whether the subscriber is moving or stationary detects the rate of change of the pilot signal and moves the subscriber if the rate of change is greater than a preset amount. 35. The apparatus of claim 34, further comprising means for indicating that the device is operating. 35. The apparatus of claim 34, wherein said means for determining whether a subscriber is moving or stationary comprises means for periodically measuring channel variations for each cluster. 35. The apparatus of claim 34, wherein the means for determining whether a subscriber is moving or stationary comprises means for periodically measuring SINR values for each cluster. The means for determining whether a subscriber is moving or stationary is to measure a power difference between pilot symbols for each cluster and average the difference over a time slot window. 35. The apparatus according to claim 34, comprising: 39. The apparatus of claim 38, wherein the timeslot window comprises a timeslot moving window. The apparatus of claim 39, wherein the time slot window comprises four time slots. The apparatus of claim 34, further comprising means for transmitting information using one diversity cluster while performing frequency hopping. The apparatus of claim 11, wherein the step of using one diversity cluster includes a step of channel coding across subcarriers of the one diversity cluster. Each codeword includes bits transmitted from a plurality of subcarriers, and the difference bits between the codewords further comprises means for transmitting the codewords such that the difference bits are distributed among the plurality of subcarriers. The apparatus of claim 11, comprising: 35. The apparatus of claim 34, wherein subcarriers of one coherence cluster are within a coherence bandwidth of a channel between a base station and a subscriber. The apparatus of claim 11, further comprising means for updating a cluster assignment to a subscriber. 35. The apparatus of claim 34, further comprising means for reconstructing the cluster classification when the population of moving and stationary subscribers in the cell changes. The apparatus of claim 34, wherein the at least one diversity cluster is configured to reduce an effect of inter-cell interference.

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