JP2005354704A - 直交周波数分割多重システムの多重化方式 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のサブキャリアを使用する無線システムで基地局と移動局の間の伝送を制御する方法を提供すること。
【解決手段】総スケジューリング・インターバルが少なくとも２つのサブインターバルに分割されるサブキャリア割振り方式を提案する。第１インターバルに、データ伝送が、多数のサブキャリアを使用して行われる。第２インターバルに、少数のサブキャリアが、伝送に使用される。時間同期化システムでは、第１インターバルが、少なくともいくつかの隣接セルの第１インターバルとオーバーラップし、第２インターバルが、少なくともいくつかの隣接セルの第２インターバルとオーバーラップする。
【選択図】図１

Description

本発明は、全般的には遠隔通信に関し、具体的には無線通信に関する。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調は、キャリア間干渉（ＩＣＩ）を引き起こさずに、変調されたサブキャリアをできる限り近くに配置することによって、そのラジオ・スペクトルを効率的に利用する。ＯＦＤＭ変調は、様々な標準規格、特に、ＤＡＢ（ｄｉｇｉｔａｌ ａｕｄｉｏ ｂｒｏａｄｃａｓｔ）、ＤＶＢ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｂｒｏａｄｃａｓｔ）、ＡＤＳＬ（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ）、ＩＥＥＥ ＬＡＮ（８０２．１１ａおよび８０２．１１ｇ）、およびＩＥＥＥ ＭＡＮ ８０２．１６ａに採用されている。ＯＦＤＭ変調は、様々な次世代無線標準規格についても検討されている。

無線システムの各セルによって使用されるサブキャリアの選択は、データを移動局に送信できるレートに関してかなりの分岐を有する。たとえば、一般に、サブキャリアの数が多いほど、サポートできるデータ・レートが高くなる。しかし、サブキャリアの数が増えるにつれて、サブキャリアに割り振ることができる電力の量が、一般に減る。たとえば、８つのサブキャリアがデータ伝送に使用される場合に、通常、総電力の約１／８だけが、各サブキャリアに割り振られる。送信する基地局の近くにあるものなど、高い信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する移動局について、この低電力信号が、適当である可能性があり、比較的高いデータ・レートを達成することができる。しかし、より離れているか、隣接セルからの干渉を受けている移動局について、サブキャリアの一部またはすべてが、信頼性のある形で移動局にデータ信号を送るのに十分な電力を有しない場合がある。

「弱い」移動局が経験する低いＳＮＲは、サブキャリアの数を減らし、残りのサブキャリアのそれぞれにより多くの電力を割り振ることによって克服することができる。たとえば、２つのサブキャリアだけが使用される場合に、使用可能な電力の１／２を、サブキャリアのそれぞれに割り振ることができる。大電力は、通常、「弱い」移動局へのデータの改善された配送をもたらすが、「強い」移動局のより低いデータ・レートをもたらす。
本発明は、上で示した問題のうちの１つまたは複数の影響を克服するか、少なくとも減らすことを対象とする。

本発明の一実施形態で、複数のサブキャリアを介して通信する方法が提供される。この方法には、時間の第１期間中にサブキャリアの第１部分を介して情報を送信することと、時間の第２期間中にサブキャリアの第２部分を介して情報を送信することが含まれる。

本発明の代替実施形態では、複数のサブキャリアを介して通信する方法が提供される。この方法には、時間の第１期間中にサブキャリアの第１部分を介して情報を受信することと、時間の第２期間中にサブキャリアの第２部分を介して情報を受信することが含まれる。

本発明は、添付図面と共に解釈される次の説明を参照することによって理解できるが、図面では、同一の符号が同一の要素を指す。
本発明は、様々な修正形態および代替形態を許すが、その特定の実施形態を、例として図面に示し、本明細書で詳細に説明する。しかし、特定の実施形態の本明細書での説明が、開示される特定の形態に本発明を制限することを意図されたものではなく、逆に、その意図が、請求項によって定義される発明の趣旨および範囲に含まれるすべての修正形態、同等物、および代替形態を含むことであることを理解されたい。

本発明の例示的実施形態を、下で説明する。説明を明瞭にするために、実際の実施形態の特徴の一部を、本明細書では説明しない。もちろん、そのような実際の実施形態の開発で、実装ごとに異なるシステム関連制約およびビジネス関連制約への準拠などの開発者の特定の目標を達成するために、多数の実装固有の判断を行わなければならないことを諒解されたい。さらに、そのような開発努力が、複雑で時間のかかるものになる可能性があるが、それでも、この開示の利益を得る当業者の毎日の仕事であることを諒解されたい。

一般に、総スケジューリング・インターバルが少なくとも２つのサブインターバルに分割されるサブキャリア割振り方式を提案する。第１インターバルに、データ伝送が、多数のサブキャリアを使用して行われる。第２インターバルに、少数のサブキャリアが、伝送に使用される。時間同期化システムでは、第１インターバルが、少なくともいくつかの隣接セルの第１インターバルとオーバーラップし、第２インターバルが、少なくともいくつかの隣接セルの第２インターバルとオーバーラップする。すなわち、複数のセルが、実質的に同時に送信している。この手法では、各セル内で異なる状況の移動局に利益を与える２つの別個の割振り方式を提供することによって、システム・スループットが改善される。たとえば、第２インターバルは、セルの縁に位置する移動局に利益を与える。縁に位置する移動局は、同一サブキャリアの隣接セル内の送信からの干渉を経験する場合がある。したがって、より少数のサブキャリアが使用される、第２インターバル中のサブキャリア衝突の確率が、多数のサブキャリアが使用される第１インターバル中より実質的に低いことを、当業者は諒解するであろう。さらに、より少数のサブキャリアが使用される時に、セル内で送信に使用される電力を連結することができる。より高い電力は、通常、低いＳＮＲ比を経験している移動局の改善された性能をもたらさなければならない。

第１インターバルは、基地局の近くに位置する移動局など、より高いＳＮＲを有する移動局に利益を与える。より多数のサブキャリアを使用することによって、より高いレートでデータを伝送できるようになることを、当業者は諒解するであろう。したがって、第１インターバル中に、高いＳＮＲを有する移動局は、実質的に改善されたレートでデータを受信する。

図１に、従来のＯＦＤＭ送信器チェーン１００の様式化された図を示す。一般に、エンコーダ・パケットと称する情報ビットの組が、ハードウェア／ソフトウェア／ファームウェア１０５によって、符号化され、インターリーブされ、ＱシンボルおよびＩシンボルに変調される。ＩシンボルおよびＱシンボルのグループは、デマルチプレクサ１１０によって直列並列変換され、使用可能なサブキャリアにマッピングされる。未使用のサブキャリアは、０で埋められ、したがって、１１５に様式的に示されているように、シンボルを搬送しない。１２０で、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）動作を、サブキャリア・シンボルに対して実行し、結果のシンボルを、マルチプレクサ１２５によって並列直列変換して、時間領域信号を形成し、この時間領域信号を、直交変調し、ハードウェア／ソフトウェア／ファームウェア１３０による送信のためにＲＦ周波数に変換する。ＯＦＤＭ送信器チェーン１００のいくつかの実施形態では、ベースバンド・フィルタ１３５を、ＲＦ周波数への変換の前に使用することができる。

Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱを使用する通信システムでは、サブキャリアを、サブパケットごとの基礎で割り振ることができる。Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱシステムでのサブパケット形成の例を、図２に示す。本明細書でエンコーダ・パケットと称する情報パケットが、入力信号としてチャネル・エンコーダ５００に入力される。本発明の例示的実施形態では、チャネル・エンコーダ５００が、レート１／５コードのターボ符号化を使用することができる。チャネル・エンコーダ５００は、情報に冗長性を追加して、受信器でのエラー訂正の能力を提供する。エンコーダ５００によって供給される符号化されたビットのシーケンスが、５０５で区切られ、かつ／または繰り返されて、サブパケットＳＰ１〜ＳＰ４などのサブパケットが形成される。形成されるサブパケットの個数が、設計判断基準の関数であり、他の要因の中でも、ベース符号化レートと、Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱプロセスで許容される再送信の試みの最大回数に依存することを、当業者は諒解するであろう。本発明の例示的実施形態では、情報パケットから形成される４つのサブパケットＳＰ１〜ＳＰ４が、それぞれ自己復号可能である、すなわち、情報パケット（エンコーダ・パケット）は、潜在的に、サブパケットの単一の１つから回復することができる。しかし、本発明の原理は、非自己復号可能サブパケットの場合にすぐに適用することができる。

次に、サブパケットＳＰ１〜ＳＰ４を、５１５に示されているように、スケジューラ５１０の制御の下で適当なサブキャリアにルーティングするか、マッピングすることができる。サブパケットＳＰ１〜ＳＰ４のマッピングを制御することによって、「好ましい」サブキャリア割振りを果たすことができる。
ＯＦＤＭシステムのユーザ・データ・レートは、

と書くことができる。ここで
Ｋは、変調次数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ、２^Ｋ）であり、たとえば、ＢＰＳＫ変調、ＱＰＳＫ変調、８−ＰＳＫ変調、および１６−ＱＡＭ変調のそれぞれについて、Ｋ＝１、２、３、および４であり
Ｒ_ｃは、チャネル符号化レートであり
Ｓ_ｕｓｅｄは、データ伝送に使用されるサブキャリアの個数であり
Ｓ_{ｔｏｔａｌ}は、サブキャリアの総数であり
Ｒ_ｓは、サンプル／秒単位のサンプリング・レートである
のＩＦＦＴ動作を、さらに、図３に展開する。ａ（０）、ａ（１）、．．．、ａ（Ｎ−１）と示された直列並列コンバータの出力の合計Ｎ個のデータ・シンボルが、ＩＦＦＴブロックに供給される。ＩＦＦＴブロックの出力で、Ｓ（０）、Ｓ（１）、．．．、Ｓ（Ｎ−１）と示されたＮ個のシンボルのもう１つの組が得られる。これらのシンボルが、並列直列（多重化）変換されて、ＯＦＤＭシンボルと呼ばれる時間領域信号が形成される。

上で注記したように、所与の変調符号化方式について、より高いデータ・レートは、伝送により多数のサブキャリアを使用することによってサポートすることができる。無線通信システムで、基地局に近いユーザは、セルの縁の弱いユーザと比較して、はるかに高いＳＩＮＲ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ−ｐｌｕｓ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を経験する。セルの縁のユーザは、隣接セルからのより大きい干渉を見、これによって、これらのユーザのＳＩＮＲが制限される。

よいユーザの高いＳＩＮＲは、高いデータ・レートをサポートする。より高いデータ・レートは、多数のサブキャリア、より高次の変調、および／またはより高度な符号化を使用することによって達成することができる。性能の観点から、より高いデータ・レートが望まれる場合に、まずサブキャリアの数が増やされる。これによって、同一データ・レートに関するより堅牢な変調および符号化を使用できるようになる。システムが全負荷をかけられる時すなわち、すべてのサブキャリアが使用される時にデータ・レートをさらに高めるためには、変調次数および／または符号化レートを高めることができる。サブキャリアの間で電力が均等に分割される８つのサブキャリアを使用するデータ伝送の例を、図４に示す。

上で述べたように、システム内の弱いユーザのデータ・レートは、ＳＩＮＲによって制限される。したがって、弱いユーザによってサポート可能なデータ・レートは、より堅牢な変調および符号化を使用する、より少数のサブキャリアを使用することによって達成することができる。より少数のサブキャリアが、弱いユーザへの伝送に使用される時に、使用可能な基地局電力Ｐのすべてを、図５に示されているようにこの少数のサブキャリアで連結することができる。たとえば、図５の例示的実施形態では、使用可能な電力が、２つのサブキャリアの間で均等に分割され、各サブキャリアが使用可能電力の半分を受け取る。増やされた電力は、伝送に使用されるサブキャリア上のＳＩＮＲを高めるのに役立つ。伝送に使用されないサブキャリアには、電力が送られない。サブキャリアの間の電力の分割および割振りが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、様々な形のいずれかをとることができることを、当業者は諒解するであろう。

例示的なセル・レイアウトを、図６に示す。セル１は、セル２〜７と接するので、隣接セルの縁に沿った信号のオーバーラップの故に、６つの隣接するセル２〜７からの干渉を経験する可能性がある。すなわち、セル２に隣接するセル１の縁に近い移動局は、セル１および２の両方から発する信号を受信する可能性があり、この信号は、特に隣接セルが１つまたは複数の共通サブキャリアを使用している場合に、互いに干渉する可能性がある。

２つのスケジューリング・インターバルを介して伝送を多重化するのに使用される１つの例示的な方法を、図７に示す。時間同期化システムが仮定される、すなわち、タイム・スロットは、システム内のセルにまたがって整列される。この例では、伝送が、奇数スロットでは多数のサブキャリアを介して行われ、偶数スロットは、より少数のサブキャリアを必要とする伝送に使用される。スロット１では、８つのサブキャリアのすべて（ＳＣ１からＳＣ８）が、セル内で並列にデータを伝送するのに使用されるので、より高いデータ・レートの伝送を行うことができる。スロット２では、セルのそれぞれが、より低いデータ・レートの伝送に、異なる単一のサブキャリアを使用する。スロット３では、やはり、すべてのセルで、８つのサブキャリアのすべて（ＳＣ１からＳＣ８）で、より高いデータ・レートの伝送が行われる。スロット４では、セル６が、単一のサブキャリアを使用し、セル１、２、３、４、５が、２つのサブキャリアを使用し、セル５および７が、３つのサブキャリアを使用する。より多数のサブキャリアの使用およびより少数のサブキャリアの使用を２つの別個の時間インターバルにグループ化することによって、サブキャリア利用度が低い期間中のサブキャリア衝突の確率を最小にすることができる。たとえば、各セルが単一のサブキャリアを使用して伝送を実行するタイム・スロット２では、サブキャリア衝突が発生せず、改善されたＳＩＮＲがもたらされる。同様に、スロット４では、所与のセルのどれもが、多くとも１つの基地局からの干渉を見る。たとえば、サブキャリア２は、スロット３で、セル２および５で使用される。

より少数のサブキャリアが伝送に使用されるスロットでは、サブキャリアの割振りを、異なるセルにまたがって調整して、セルにまたがるサブキャリア衝突の確率を減らすことができる。

本発明は、総スケジューリング・インターバルが、少なくとも２つのサブインターバルに分割される方式を開示する。第１インターバルには、データ伝送が、多数のサブキャリアを使用して行われる。第２インターバルには、より少数のサブキャリアが、伝送に使用される。しかし、一部の応用例で、総スケジューリング・インターバルを３つ以上のサブインターバルに分割することが有用である場合があることを、当業者は諒解するであろう。実際に、３つのサブインターバルが使用される場合に、２つの隣接するセルが同一のサブインターバル内で共通のサブキャリアを使用しないようにサブキャリアを割り振ることが実用的である場合がある。

本明細書の様々な実施形態に示された様々なシステム層、ルーチン、またはモジュールを、実行可能制御ユニット（スケジューラ５１０（図２参照）など）とすることができることを、当業者は諒解するであろう。制御ユニットに、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、プロセッサ・カード（１つまたは複数のマイクロプロセッサまたはコントローラを含む）、または他の制御装置もしくはコンピューティング・デバイスならびに１つまたは複数の記憶装置に含まれる実行可能命令を含めることができる。記憶装置に、データおよび命令を保管する１つまたは複数の機械可読記憶媒体を含めることができる。記憶媒体に、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリまたはスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭ）、消去可能プログラム可能読取専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、およびフラッシュ・メモリなどの半導体メモリ・デバイス；固定ディスク、フロッピー（登録商標）・ディスク、取外し可能ディスクなどの磁気ディスク；テープを含む他の磁気媒体；ならびにコンパクト・ディスク（ＣＤ）またはデジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）などの光媒体を含む異なる形のメモリを含めることができる。様々なシステムのソフトウェア層、ルーチン、またはモジュールを構成する命令を、めいめいの記憶装置に保管することができる。命令は、めいめいの制御ユニットによって実行される時に、対応するシステムに、プログラムされた動作を実行させる。

上で開示した特定の実施形態は、例示のみである。というのは、本明細書の教示の利益を有する当業者に明白な、異なるが同等の形で本発明を変更し、実践することができるからである。さらに、請求項に記載されたものを除いて、本明細書に示された構成または設計の詳細への制限は意図されていない。したがって、上で開示された特定の実施形態を変更または修正することができ、そのような変形のすべてが、本発明の範囲および趣旨に含まれるとみなされることは明白である。したがって、本明細書で求められる保護は、請求項に示された通りである。

ＯＦＤＭ送信器チェーンを示す様式化された図である。 図１のＯＦＤＭ送信器チェーンの一部を示す、より詳細な図である。 サブパケットの形成およびハイブリッドＡＲＱシステムの指定されたサブキャリアへのサブパケットの割り当ての例示的技法を示す図である。 サブキャリア割振りの一実施形態を示す様式化された図である。 サブキャリア割振りのもう１つの実施形態を示す様式化された図である。 無線遠隔通信システムでのセル・レイアウトを示す様式化された図である。 ２つのインターバルを介してデータが多重化される、例示的なサブキャリア割振りを様式的に示す図である。

Claims (10)

1. 時間の第１期間中に複数のサブキャリアの第１部分を介して情報を送信することと、
   時間の第２期間中に前記サブキャリアの第２部分を介して情報を送信することと
   を含む、前記複数のサブキャリアを介する送信を制御する方法。
2. サブキャリアの前記第１部分が、前記サブキャリアの前記第２部分より多数のサブキャリアを含む、請求項１に記載の方法。
3. 時間の第１期間中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して情報を送信することが、さらに、時間の第１期間中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して第１および第２の隣接するセル内で情報を送信することを含み、
   時間の第２期間中に前記サブキャリアの前記第２部分を介して情報を送信することが、さらに、時間の前記第２期間中に前記サブキャリアの前記第２部分を介して前記第１セル内で情報を送信することと、時間の前記第２期間中に前記サブキャリアの第３部分を介して第２隣接セル内で情報を送信することとを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記サブキャリアの前記第２部分および前記第３部分が、サブキャリアの独自の組である、請求項３に記載の方法。
5. 時間の前記第１期間中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して情報を送信することが、さらに、時間の第１期間中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して複数のセル内で情報を送信することを含み、
   時間の前記第２期間中に前記サブキャリアの前記第２部分を介して情報を送信することが、さらに、時間の第２期間中に前記サブキャリアの前記第２部分を介して前記複数のセルのそれぞれ内で情報を送信し、隣接するセルが、前記サブキャリアの独自の部分を介して情報を受け取ることを含む、請求項１に記載の方法。
6. 時間の前記第１期間中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して情報を送信することが、さらに、第１タイム・スロット中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して情報を送信することを含み、
   時間の前記第２期間中に前記サブキャリアの前記第２部分を介して情報を送信することが、さらに、第２タイム・スロット中に前記サブキャリアの前記第２部分を介して情報を送信することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 時間の前記第１期間中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して情報を送信することが、さらに、スロット内の第１タイム・インターバル中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して情報を送信することを含み、
   時間の前記第２期間中に前記サブキャリアの前記第２部分を介して情報を送信することが、さらに、前記スロット内の第２タイム・インターバル中に前記サブキャリアの前記第２部分を介して情報を送信することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 時間の第１期間中に複数のサブキャリアの第１部分を介して情報を受信することと、
   時間の第２期間中に前記サブキャリアの第２部分を介して情報を受信することと、
   を含む、前記複数のサブキャリアを介して通信する方法。
9. サブキャリアの前記第１部分が、前記サブキャリアの前記第２部分より多数のサブキャリアを含む、請求項８に記載の方法。
10. 時間の前記第１期間中に前記サブキャリアの前記第１部分を介して情報を受信することが、さらに、時間の前記第１期間中に前記複数のサブキャリアのかなりの部分を介して情報を受信することを含み、
    前記サブキャリアの前記第２意部分が、前記サブキャリアの前記第１部分の部分集合である、請求項８に記載の方法。
    

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