JP2006246477A - 複数ユーザー無線通信システムのトレーニングシーケンス割当方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基地局が、新しくアクセスした移動ノードに対してトレーニングシーケンスを割当てるため、及び現在のアクティブノードに対してトレーニングシーケンスの最適再割当を行う。
【解決手段】複数ユーザー無線通信システムのトレーニングシーケンス割当方法であって、該基地局には、予めＣＩＤ表とＡＵＲ表が設けられ、該方法は、基地局が新移動ノードのアクセス要求を受信して予めＣＩＤ閾値を設ける第1ステップと、ＣＩＤ表を検索し、該新しくアクセスしたノードに予め1類のトレーニングシーケンスを割当て、該ノードをアクティブノードに変化させる第２ステップと、新移動ノードに割当てられトレーニングシーケンスを受信し、タイミング同期及びキャリア周波数オフセット推定を行う第３ステップと、前記タイミング同期の結果に基づいてＣＩＤ表とＡＵＲ表を検索し、該新アクセスノードにトレーニングシーケンスの最適再割当を行う第４ステップを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数ユーザー無線通信システムにおいて、上りチャネル同期手順中における複数ユーザーへのトレーニングシーケンス割当方法に関するものであり、該方法を用いる事で複数ユーザーが収容されている上りチャネルの同期手順において、ユーザー間の干渉歪みを確実に除去できるようにトレーニングシーケンスを割当てることができる。

複数のユーザーを収容している無線通信システムにおける上りチャネルのキャリア周波数オフセット推定は、特に複数のユーザーからの信号がオーバーラップするような場合は非常に難しい。これは上りチャネル送信では異なるユーザー（移動ノード）が個別にばらつきを有するオシレータを使用しているため、これらオシレータのセンター周波数がそれぞれ異なることがある事、さらにユーザーに毎に移動速度が異なるため、異なるドップラー周波数シフトが発生する事に起因する。以上２つの原因によって、異なるユーザーは、同一の基地局(Base Station)に対して、異なるキャリア周波数オフセットを有する。基地局が上りチャネル同期を行う場合、異なるユーザーより送信された異なるトレーニングシーケンス間の干渉歪みは、あるユーザーの同期性能を著しく劣化する可能性がある。

これに対し従来の方法は、下りチャネル同期への適用について考慮されたものが多い。（参考文献[１]―[７]）
[1] J.-J. van de Beek and M. Sandell, “ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems,” IEEE Trans. Signal Processing., vol. 45, pp.1800-1805, July 1997；
[2] H. Nogami and T. Nagashima, “A frequency and timing period acquisition technique for OFDM system,” Personal, Indoor and Mobile Radio Commun. (PIMRC), pp.1010-1015, September 27-29, 1995；
[3] M. Morelli and V. Mengali, "An improved frequency offset estimator for OFDM applications," IEEE Commun. Lett., vol. 3, pp.75-77, March 1999；
[4] T. Keller and L. Piazzo, “Orthogonal Frequency Division Multiplex Synchronization Techniques for Frequency-Selective Fading Channels,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.19, No.6, pp.999-1008, June 2001；
[5] T. M. Schmidl and D. C. Cox, “Robust Frequency and Timing Synchronization for OFDM,” IEEE Trans. Comm., vol. 45, pp.1613-1621, December 1997；
[6] P.H. Moose, “A technique for orthogonal frequency division multiplexing frequency offset correction,” IEEE Trans. Comm., vol. 42, pp.2908-2914, October 1994；
[7] Z. Zhang and M. Zhao, "Frequency offset estimation with fast acquisition in OFDM system," IEEE Commun. Lett., vol.8, pp.171-173, Mar.2004。

これらの方法を上りチャネル同期に用いた場合、複数ユーザーの信号が時間的にオーバーラップするような全多重送信を行なった場合には、同期性能を劣化させる結果となる。

従ってこのような問題に対処するため、上りチャネル同期システムにおいて、高性能の複数ユーザー干渉歪みの除去技術を提供することが非常に重要となっている。

複数ユーザー無線通信システムの上りチャネル同期手順において、複数のユーザーが同時に送信されトレーニングシーケンスが重なり合う場合に、相互の干渉歪みによって同期が失われる問題を解決するため、本発明では、上りチャネル同期手順の複数ユーザー干渉歪みを確実に除去するように、新しいトレーニングシーケンス割当方法を提供するものである。

本発明がその技術的課題を解決するのに採用する技術案は、基地局が新しくアクセスしてきた移動ノードにトレーニングシーケンスを割当て、かつ現在のアクティブノードに対してトレーニングシーケンスの最適再割当を行うトレーニングシーケンス割当方法である。該基地局には、使用可能な全てのトレーニングシーケンス種類間のＣＩＤを保存するＣＩＤ表と、現在のアクティブノードに関する情報を保存するＡＵＲ表を設け、
該方法は
基地局が新移動ノードのアクセス要求を受信して、予め前記新移動ノードに対してＣＩＤ閾値を設ける第1ステップと、
ＣＩＤ表を参照し、すべての現在のアクティブノードに対して干渉歪みを発生させる確率を最小にするトレーニングシーケンスを選択し、該新移動ノードに前記選択したトレーニングシーケンスを割当て、該ノードをアクティブノードに変化させる第２ステップと、
基地局が新移動ノードからの前記割当てられたトレーニングシーケンスを受信し、タイミング同期及びキャリア周波数オフセット推定処理を行う第３ステップと、
基地局がＣＩＤ表とＡＵＲ表を参照し、前記タイミング同期の結果に基づいて新移動ノードと前記通信中のユーザー間で干渉歪が発生する確率を最小にするトレーニングシーケンスを再選択して前記新移動ノードに割当てる最適再割当を行う第４ステップを含む。

さらに、上記第２ステップは
ＣＩＤ表の全てのトレーニングシーケンス種類を１つのグループとして保存し、
ＣＩＤ表によって、該グループ中の各トレーニングシーケンスと現在のアクティブノードが使用している全てのトレーニングシーケンスとの間のＣＩＤ値が、新移動ノードのＣＩＤ閾値よりも小さいかどうかを判断し、ＣＩＤ閾値よりも小さくないトレーニングシーケンスを該グループから全て削除し、
削除した結果、グループが空集合かどうかを判断し、空集合であれば割当を終了し、空集合でなければ該グループに残った全てのトレーニングシーケンスの中から、アクティブノードのトレーニングシーケンスとのＣＩＤとのルート−ミーン−スクエアを最小にするトレーニングシーケンスを検索し、
検索したトレーニングシーケンスを該新移動ノードに割当て、ＡＵＲ表を更新する。

それにおいて、ＡＵＲ表は現在のアクティブノードがすでに割当てられたトレーニングシーケンス及びタイミングオフセットを保存する。そして、第３ステップのタイミング同期及びキャリア周波数オフセット推定処理から、該移動ノードのタイミングオフセット値及び周波数オフセット値を得る。

上記第４ステップにおいて、ＡＵＲより現在の全てのアクティブノードのトレーニングシーケンス及びタイミングオフセットを参照し、新移動ノードに割当てられたトレーニングシーケンスとのＣＩＤが、移動ノードが予め設けたＣＩＤ閾値を超えているかどうかを判断し、
ＣＩＤ閾値を超えていなければ、新移動ノードが現在割当られているトレーニングシーケンスを継続使用し、ＡＵＲ表を更新して、割当処理を終了し、
その１つ、或いは複数のアクティブノードがＣＩＤ閾値を超えていれば、該新移動ノードが使用するトレーニングシーケンスを再選択して最適再割当を行なう。

前記のトレーニングシーケンス最適再割当は
ＣＩＤ表の全てのトレーニングシーケンスから該新移動ノードが使用しているトレーニングシーケンスを除いた残りのトレーニングシーケンスを１つのグループに保存するaステップと、
該グループの中から、現在の全てのアクティブノードのトレーニングシーケンスとのＣＩＤとのルート−ミーン−スクエアが最小となるトレーニングシーケンスを検索し、該検索したトレーニングシーケンスと、他のアクティブノードに割当られているトレーニングとのＣＩＤは、該移動ノードに予め設定されたＣＩＤ閾値を超えるかどうかを判断するbステップと含む。

ＣＩＤ閾値を超えていなければ、検索したトレーニングシーケンスを、元のトレーニングシーケンスと置き換えて該新移動ノードに割当て、ＡＵＲ表を更新して割当を終了し、
１つまたは複数のアクティブノードがＣＩＤ閾値を超えていれば、該グループから現在検索したトレーニングシーケンスを削除してグループが空集合かどうか判断し、
該グループが空集合であれば、新移動ノードに割当てられているトレーニングシーケンスは変化させずにＡＵＲ表を更新して、割当を終了し、
グループが空集合でなければ、該ＣＩＤ閾値の要求を満足する１つのトレーニングシーケンスを再度検索するためにbステップを行う。

本発明のトレーニングシーケンス割当方法による効果は、基地局が新しくアクセスした各移動ノードにトレーニングシーケンスを割当てる際に、現在通信中の全てのアクティブノードに対する干渉歪みを有効的に一定の範囲内に抑制することを保証できるものであり、さらに正常の通信手順において、それぞれのアクティブノードに対してトレーニングシーケンスを最適再割当することにより、該移動ノードから他のアクティブノードに与える干渉をさらに低下させ、全体的に該基地局にアクセスしているすべてのユーザーのトレーニングシーケンスを最適化させることができるという点にある。

本発明は主に複数ユーザーを収容する上りチャネル同期手順において、複数のユーザーが送信した異なるトレーニングシーケンスが相互に重なって相互干渉をおこす事によって、同期とキャリア周波数オフセット推定が失敗するという問題を解決するものである。つまり本発明は、上りチャネル同期手順における複数のユーザー間のレーニングシーケンスのオーバーラップによる干渉歪みの除去技術を提供するものである。

さらに明確に本発明を理解するため、ここにまず臨界干渉距離（Critical Interference Distance、ＣＩＤ）という概念を取り入れることにする。複数ユーザーを収容する上りチャネルにおいて、特に時間的に信号同士がオーバーラップするような多重送信方法を用いる場合、基地局が上りチャネル同期を行う際、異なるユーザーのトレーニングシーケンスが図１で示すように重なり合う事によって干渉が発生する。

ここですべてのトレーニングシーケンスの長さをＮ、重なり部分の長さをＬとすると、重なっていない部分は（Ｎ−Ｌ）で表される。通常、重なっていない部分の長さ（Ｎ−Ｌ）がある数値よりも大きいかあるいは等しい場合、この２つの異なるユーザーによってほぼ同時に同一基地局へ送信されたトレーニングシーケンスは、基地局においてそれぞれ検出する事が可能となり、各々個別に同期処理を行う事が可能となる。つまりこの時、異なるトレーニングシーケンス間の干渉は除去される事になる。しかし、重なっていない部分の長さ（Ｎ−Ｌ）が前記ある数値よりも小さい場合、異なるユーザーによってほぼ同時に同一基地局へ送信されたトレーニングシーケンスは、該基地局においてそれぞれ検出されることができず、基地局は同期処理することができなくなる。従って同期が失敗となり、タイミング同期及びキャリア周波数オフセット推定のエラーを引き起こす。

本発明を簡単に説明するため、以降、異なるトレーニングシーケンスが重なった場合に、干渉を除去することが出来る、重なっていない部分の最小値（Ｎ−Ｌ）ｍｉｎを臨界干渉距離、つまり“ＣＩＤ”と定義する。

図２は、１つの新しい移動ノードが基地局にアクセスした際の初期手順と、初期化が終了し、該新しくアクセスした移動ノードがアクティブノードに変化した後に基地局が該移動ノードに対して行うアクティブトラッキング手順を含む本発明による上りチャネル同期手順のフローチャート図である。

初期手順において、基地局が新しい移動ノードのアクセス要求（ステップＳ２０１）を受信した場合、基地局は該移動ノードに対して初期化を開始する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２におおける初期化は、この該移動ノードに予め１種類のトレーニングシーケンスを割当てることを含む。

一般的に１つの同期システムにおいては、１種類または複数の種類のトレーニングシーケンスを使用することができる。また全てのトレーニングシーケンスはゼロミーニングガウスランダムベクトル（Zero-meaning Gaussian random vector）を構成する。ここで同一の共分散／相関マトリックスを有するトレーニングシーケンスの集合を同一種類と定義する。また異なる共分散／相関マトリックスを有するトレーニングシーケンスは、互いに異なる種類に属するものとする。

たとえば、３つのトレーニングシーケンスがあるとする。仮にそれぞれＳ１＝［1 −1 −1 −1 1 −1 −1 −1］、Ｓ２＝［−１ 1 1 1 −1 1 1 1］、Ｓ３＝［1 −1 1 −1 1 −1 1 −1］とし、これら３つのトレーニングシーケンスは互いに同じではない。しかしトレーニングシーケンスＳ１とＳ２は同一の構造、つまり各トレーニングシーケンスＳ１、Ｓ２は共に同一の前後２つの部分によって構成されている（トレーニングシーケンスＳ１は２つの同一の部分［1 −1 −1 −1］から構成され、トレーニングシーケンスＳ２は、２つの同一の部分［−1 1 1 1］から構成されている）ため、同一の共分散／相関マトリックスを有する。トレーニングシーケンスＳ３の構造は、同一の２点［１ −1 １ −1］以外、さらに全体を４つの同一部分［1 −1］から構成されていると見ることができる。従ってトレーニングシーケンスＳ１とＳ２は同一種類に属し、トレーニングシーケンスＳ３は別の種類に属することとなる。

本発明中、すべての移動ノードは基地局にアクセス要求を送信して初期化を行う際、すべて共通制御チャネル（Common Control Channel、Ｃ−ＣＨ）を介して要求を送信する。共通制御チャネルＣ−ＣＨは、データチャネル（Data Channel、D-CH）と異なる。共通制御チャネルＣ−ＣＨは新しくアクセスを行なう移動ノードからのアクセス要求と、基地局からのトレーニングシーケンス割当などの送信に用いられる。すべてのユーザーデータ及び通信中において移動ノードが使用するトレーニングシーケンスはすべて、データチャネルＤ−ＣＨによって送信される。

基地局が新しくアクセスした移動ノードに対してトレーニングシーケンスを割り当てる事で該移動ノードの初期手順は終了し、該移動ノードはアクティブノード（Active User）に変化する。

該新しくアクセスした移動ノードがアクティブノード（Active User）に変化した後、基地局は次にタイミング同期と周波数同期（ステップＳ２０３）、及びトレーニングシーケンス最適再割当（ステップＳ２０４）などの処理を行う。

図３は、新しく移動ノードがアクセスした場合に、基地局が初期化を行い、さらにトレーニングシーケンスを割当てる手順を示す図である。

まず、基地局は共通制御チャネルＣ−ＣＨによって新移動ノード＃Ａのアクセス要求（ステップＳ３０１）を受信する。このとき、基地局は該移動ノード＃Ａに対して予め臨界干渉距離閾値（Critical Interference Distance Threshold）、即ちＣＩＤ閾値を設置し、ＣＩＤ_Ａで表示する（ステップＳ３０２）。ＣＩＤ_Ａの大きさは、移動ノード＃Ａがトレーニングシーケンスの割当及び上りチャネル同期手順において、その他のユーザーの干渉に対する耐力を決定する。つまりＣＩＤ_Ａが小さくなればなるほど、この閾値が要求する選択可能なトレーニングシーケンス種類の数は小さくなるが、この閾値よりも大きなタイミングで重複した他ユーザーのトレーニングシーケンスからの干渉は全て低減できる事からトレーニングシーケンス自体の耐干渉能力が高くなり、その性能も安定する。実際のシステムでは、基地局はアクセス要求されたすべての移動ノードに対して同一のＣＩＤ閾値を設けても良く、またユーザー毎に異なる通信品質が要求される場合には、異なる設置を採用することが考えられる。

基地局では、トレーニングシーケンスに用いるＣＩＤ表（表1）とアクティブノード資源（Active user Resource、AUR）表（表２）という２つの表があらかじめ設置される。ＣＩＤ表は、基地局中のすべての使用可能なトレーニングシーケンス種類及び異なる種類のトレーニングシーケンス間の臨界干渉距離を記録するために用いられ、ＡＵＲ表は、現在のアクティブノードの関連情報、例えば割り当てられたトレーニングシーケンス、及びタイミングオフセットなどを記録するのに用いられる。この２つの表を用いて、基地局は、アクセスしてきた新ノードに適したトレーニングシーケンス種類を割当て、かつ現在のアクティブノードにトレーニングシーケンスの最適再割当を行う。トレーニングシーケンスの割当原則は、新移動ノードに割り当てるトレーニングシーケンスがすべての現在のアクティブノードに対して与える干渉歪みを最小にすることである。

表1では、該基地局が割り当てる事のできる全ての種類のトレーニングシーケンス間に対して、ＣＩＤがあらかじめ計算され、対応する箇所に記録されている。基地局がトレーニングシーケンスを割り当てる際、直接ＣＩＤ表を探すだけで、任意の２種類のトレーニングシーケンスにおけるＣＩＤ値を知ることができる。

表２では、すでに該基地局に収容されている全てのアクティブノードについて、割当てられたトレーニングシーケンス種類、及び該ノードのタイミングオフセットが管理されている。基地局は１つの新しくアクセスした移動ノード＃Ａに対してトレーニングシーケンスを割り当てる際、ＡＵＲ表を調べることによって、割当てようとするトレーニングシーケンスが、現在のアクティブノードの使用するトレーニングシーケンスとの間で大きな干渉歪みを発生させる可能性があるかどうか知ることができる。

ＣＩＤ_Ａの割当完了後、基地局はＡＵＲ表を検索し、現在のアクティブノードに割当られているトレーニングシーケンスの種類を検索する（ステップＳ３０３）。検索して調べた結果、基地局は初期割当手順を開始する。

移動ノード＃Ａのトレーニングシーケンスの初期割当手順は次の通りである。

基地局は、ＣＩＤ表の全てのトレーニングシーケンス種類を１つの集合ＴＳ_Ａ中に記録する。ＴＳ_Ａ＝{TS1、TS2、・・・、TSn}（ステップＳ３０４）。ＴＳ_Ａ中の全てのトレーニングシーケンス種類はすべて移動ノード＃Ａの待機トレーニングシーケンス種類である。新アクセス移動ノードのトレーニングシーケンスにおける割当原則は、新しく移動ノード＃Ａに割当てたトレーニングシーケンスが、上りチャネル同期手順において現存するアクティブノードに与える干渉を最小にすることである。このため本発明において、我々は新しく割り当てるトレーニングシーケンスと全てのアクティブノードが用いているトレーニングシーケンスとのＣＩＤのルート−ミーン−スクエアを用いて比較する。

ＣＩＤ表によって、ＴＳ_Ａ中の各トレーニングシーケンスと、現在のアクティブノードが使用しているトレーニングシーケンスとのＣＩＤ値がＣＩＤ_Ａよりもすべて小さいかどうかを判断し、ＣＩＤ_Ａを満たさないトレーニングシーケンスをＴＳ_Ａから除去する（ステップＳ３０５）。

その後、ＴＳ_Ａが空であるかどうか判断する（ステップＳ３０６）。空であれば、移動ノード＃Ａはトレーニングシーケンスの割当失敗とし、割当手順は終了する。空でなければ、ステップＳ３０７に転入し、ＴＳ_Ａ中、全てのアクティブノードに割当てられているトレーニングシーケンスのＣＩＤに対してルート−ミーン−スクエアを最小にするトレーニングシーケンスを探す。（ステップＳ３０７、Ｓ３０８）このようなトレーニングシーケンス種類を探し出した後（ＴＳ＃Ａで表示）、基地局は、ＴＳ＃Ａを移動ノード＃Ａに割当て（ステップＳ３０９）、その後ＡＵＲ表を更新して、移動ノード＃Ａの情報を加え（ステップＳ３１０）、割当て手順は終了する。

図４は、２つのトレーニングシーケンスＡとＢのＣＩＤ計算手順を示すフローチャート図である。本発明において、仮にすべての移動ノードは、等しい長さのトレーニングシーケンスを使用するとし、その長さをＮとする。ＣＩＤ計算時、まず与えられたトレーニングシーケンスＡ、Ｂに基づいて、その対応する共分散マトリックスＲ_ＡとＲ_Ｂを得る（ステップＳ４０１）。それぞれ式（１）と（２）で表示する。

ただし、トレーニングシーケンスＡとＢは同じ種類でもいいし、異なる種類でもよい。

共分散マトリックスＲ_ＡとＲ_Ｂを得た後、パラメータｄ＝Ｎ−１を設定する（ステップＳ４０２）。

その後、共分散マトリックスＲ_ＡとＲ_Ｂの主対角線上の要素を０として設置し、Ｒ_Ａの前ｄ行と前ｄ列の要素すべてを０として設置する（ステップＳ４０３）。以上の操作を経た後に得たＲ_ＡとＲ_Ｂは、それぞれＲ_Ａ｜ｄとＲ_Ｂ’で表示する。

次に、Ｒ_Ａ｜ｄとＲ_Ｂ’の２つのマトリックスの積のトラックを計算し、Ｔｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）を用いて表示し、Ｔｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）の値をもとにしてＡとＢのＣＩＤ値を得る（ステップＳ４０４）。具体的な判断手順は次の通りである。

Ｔｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）=０の時、まずｄが０よりも大きいかどうか判断する。０よりも大きければ、ｄを１減らし、その後ステップＳ４０３の操作に引き続き戻り、Ｔｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）≠０になるまで、或いはｄを０になるまで減らす。０よりも大きくなければ、ＣＩＤの計算の結果は０となり、計算手順は終了する。計算手順中、あるステップがＴｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）≠０となった場合、このときのｄ値はＣＩＤの計算結果であり、計算手順は終了する。つまり、ＡとＢのＣＩＤ値は、Ｔｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）≠０を満たす最大のｄ値である。

以下にＣＩＤ計算の具体例を示す。該例は、２つのトレーニングシーケンスＡとＢを示し、長さは共に８である。そして、トレーニングシーケンスＡは[Ｘ_１,Ｘ_２,Ｘ_３,Ｘ_４,Ｘ_１,Ｘ_２,Ｘ_３,Ｘ_４]であり、2つの同じサブシーケンス[Ｘ_１,Ｘ_２,Ｘ_３,Ｘ_４]を含む。トレーニングシーケンスＢは[Ｘ_１,Ｘ_２, Ｘ_１,Ｘ_２, Ｘ_１,Ｘ_２, Ｘ_１,Ｘ_２]であり、４つの同じサブシーケンス[Ｘ_１,Ｘ_２]を含む。

従って、得られるトレーニングシーケンスＡとＢの共分散マトリックスＲ_ＡとＲ_Ｂは、それぞれ次のように表示される。

ただし、式（３）と（４）中のＡ_ｉｊとＢ_ｉｊ（1＜ｊ＜8かつ１＜ｊ＜8）は０でない要素である。

次に2つのマトリックスの主対角線における全ての要素を０とし、同時にｄ＝７としてＲ_Ａの前７行と前７列のすべての要素を０とし、設定後のＲ_ＡをＲ_Ａ｜ｄとすると次のように表示される。

設定後のＲ_ＢはＲ_Ｂ’になり、

次に、Ｔｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）が０であるかどうかを計算によって判断する。

計算によってＴｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）＝０を得ると、ｄ＝（ｄ−１）とし、新たにd＝{６、５、４}の時のＴｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）の値を計算する。

本例では、以上のステップはすべてＴｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）＝０となる。ｄ＝３ではＲ_Ａ｜ｄは、

となり、Ｔｒ（Ｒ_Ａ｜ｄＲ_Ｂ’）≠０となることから、ＡとＢのＣＩＤ値は３である事が求められ、ＣＩＤ計算手順は終了する。

図５は、移動ノード＃Ａがアクティブノードに変化した後、基地局が受信した移動ノード＃Ａからのトレーニングシーケンスを用いてタイミング同期とキャリア周波数オフセット推定を行い、移動ノード＃Ａのトレーニングシーケンスに対してリアルタイムの最適再割当を行う手順を示す図である。

まず、基地局は移動ノード＃Ａが送信したトレーニングシーケンスＴＳ＃Ａを受信する（ステップＳ５０１）。

その後、該トレーニングシーケンスＴＳ＃Ａを利用して、移動ノード＃Ａに対してタイミング同期と周波数同期を行い、移動ノード＃Ａのタイミングオフセットτ_Ａと周波数オフセットを得る（ステップＳ５０２）。

次に、ＡＵＲ表を探し、現在のすべてのアクティブノード（仮にＫ個とする）のトレーニングシーケンス及びタイミングオフセット、すなわちＴＳ＃１、τ_１、ＴＳ＃２、τ_２、…、ＴＳ＃Ｋ、τ_Kを検索する（ステップＳ５０３）。

異なる移動ノード間のタイムオフセット状況を考慮し、移動ノード＃Ａが割当てられたトレーニングシーケンスＴＳ＃Ａと他のアクティブノードに割当てられているトレーニングシーケンスのＣＩＤ値が移動ノード＃Ａ所定のＣＩＤ閾値ＣＩＡ_Ａを超えているかどうかを判断する（ステップＳ５０４）。該判断手順は次のように表示する事ができる。

｜τ_Ａ−τ_ｊ｜＋ＣＩＤ_Ａ＞Ｄ（ＴＳ＃Ａ、ＴＳ＃ｊ） （８）
式中、１≦ｊ≦Ｋ、ｊ≠Ａである。

すべてのアクティブノードに対し、該閾値がすべて満たされれば、移動ノード＃Ａは現在割当てられているトレーニングシーケンスＴＳ＃Ａを引き続き使用し、続けて基地局はＡＵＲ表を更新して（ステップＳ５０５）、割当手順は終了する。

ある１つ又は複数のアクティブノードに対し、該閾値が満たされなければ、移動ノード＃Ａが使用するトレーニングシーケンスは更に最適再割当する必要がある。トレーニングシーケンスの再割当手順は次のとおりである。

まず、ＣＩＤ表のすべてのトレーニングシーケンスのうち、現在の移動ノード＃Ａが使用するトレーニングシーケンスＴＳ＃Ａ以外のすべて集合をＴＳ_Ａ’（＝{TS#1、TS#2、・・・、TS#A-1、TS#A+1、・・・、TS#n}）に保存する（ステップＳ５０６）。ＴＳ_Ａ’の中から、現在のアクティブノードのトレーニングシーケンスＣＩＤに対してルート−ミーン−スクエアが最小となるトレーニングシーケンスを探し出す（ステップＳ５０７）。このようなトレーニングシーケンスを記号ＴＳ＃Ａ’で表示する。すべてのアクティブノードのタイミングオフセットを考慮した場合、式（９）を用いてＴＳ＃Ａ’と他のアクティブノードに割当てられたトレーニングシーケンスＣＩＤが、移動ノード＃Ａに対して予め設けられたＣＩＤ閾値ＣＩＤ_Ａを超えているかどうかを判断する（ステップＳ５０８）。

｜τ_Ａ−τ_ｊ｜＋ＣＩＤ_Ａ＞Ｄ（ＴＳ＃Ａ’、ＴＳ＃ｊ） （９）
式中、１≦ｊ≦Ｋ、ｊ≠Aである。

すべてのアクティブノードに対して該閾値が満たされれば、ＴＳ＃Ａ’は元に割当てられたＴＳ＃Ａに代えて移動ノード＃Ａに割当てられる（ステップＳ５０９）、次に、基地局はＡＵＲ表を更新して（ステップＳ５０５）、割当手順は終了する。

１つまたは複数のアクティブノードに対し、該閾値が満足されなければ、ＴＳ_Ａ’に対して新たに検索を行い、該閾値の要求を満足できるトレーニングシーケンスを探しだす。新たな検索手順は次の通りである。

まず、前回選ばれたＴＳ＃Ａ’をＴＳ_Ａ’から削除し（ステップＳ５１０）、その後ＴＳ_Ａ’が空であるかどうかを判断する（ステップＳ５１１）。ＴＳ_Ａ’が空であれば、現在の移動ノード＃Ａに割当てられたトレーニングシーケンスＴＳ＃Ａは変化せず（ステップＳ５１２）、続いて基地局はＡＵＲ表を更新し（ステップＳ５０５）割当手順は終了する。ＴＳ_Ａ’が空でなければ、ステップＳ５０７に進んで引き続き検索を実施し、ＣＩＤ閾値に一致するトレーニングシーケンスが見つかるまで続け、条件を満たすトレーニングシーケンスが見つかれば移動ノード＃Ａに割当て、ＴＳ_Ａ’が空になればそこで割当手順は終了する。

さらに明確に本発明を理解するため、以下の表３と表４で例を挙げてトレーニングシーケンスの初期割当手順及びトレーニングシーケンスの最適再割当手順を説明する。

トレーニングシーケンス初期割当手順
仮に現在基地局にアクセスしている移動ノードを移動ノード＃１、＃２及び＃３、それぞれ割当られているトレーニングシーケンスをＴＳ１、ＴＳ２及びＴＳ３とする。またトレーニングシーケンスの長さは仮に６４とする。現在のＣＩＤとＡＵＲ表は、それぞれ表３と表４で示すとおりである。移動ノード＃Ａが基地局にアクセスする際、基地局はまずＣＩＤ表のすべてのトレーニングシーケンスを集合ＴＳ_Ａ＝{TS1、TS2、TS3、TA4、TS5}に保存する。その後、以下のトレーニングシーケンスの初期割当を行う。

ステップ１：ＣＩＤ閾値ＣＩＤ_Ａ＝１１を設定
ステップ２：現在のＣＩＤ表を検索し、ＴＳ_Ａ中の各トレーニングシーケンスと{TS1、TS2、TS3}との間の全てのＣＩＤ値がＣＩＤ_Ａよりも小さいかどうかを判断する。検索の結果、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３及びＴＳ４のすべてが該ＣＩＤ_Ａを満たさず、ＴＳ５だけが条件を満たしていることがわかる。即ちＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３、ＴＳ４をＴＳ_Ａから除去し、最後にＴＳ_Ａ＝{ＴＳ５}を得る。

ステップ３：ＴＳ５を移動ノード＃Ａに割当て、トレーニングシーケンス初期割当は終了する。

ステップ４：ＡＵＲ表を更新し、移動ノード＃Ａの情報を加える。

トレーニングシーケンス最適再割当手順
表３と表４を使用して説明する。基地局は移動ノード＃ＡのトレーニングシーケンスＴＳ５を受信し、ＴＳ５を用いて同期処理を行ない、その結果移動ノード＃Ａのタイミングオフセット値としてτ_Ａ＝２を得る。このとき、基地局は、移動ノード間のタイミングオフセットの状況により移動ノード間の干渉が変化するので、移動ノード＃Ａのトレーニングシーケンスを最適再割当する必要がある。基地局はまずＣＩＤ表のＴＳ５以外の全部のトレーニングシーケンスを集合ＴＳ_Ａ’＝{TS1、TS2、TS3、TS4}に保存する。その後以下のトレーニングシーケンスの最適再割当を行う。

ステップ１：各アクティブノードのタイミングオフセットを結合し、ＣＩＤ表を検索して現在のアクティブノードに割当てられたトレーニングシーケンスとの間でＣＩＤのルート−ミーン−スクエアが最小となるトレーニングシーケンスを探す。探し出した結果はＴＳ２であり、ルート−ミーン−スクエアは

である。

ステップ２：ＴＳ２と現在の全てのアクティブノードとのＣＩＤ値がＣＩＤ_Ａを満たしているかどうかを判断する。判断結果、ＴＳ２と現在の全部のアクティブノードのＣＩＤすべてがＣＩＤ_Ａを満足していれば、トレーニングシーケンスの初期化時に割当てられたＴＳ５に代えてＴＳ２を移動ノード＃Ａに割当てる。

ステップ３：ＡＵＲ表を更新し、トレーニングシーケンスの最適再割当を完了する。

以上、新移動ノードに対するトレーニングシーケンス最適再割当手順について説明を行なったが、該新移動ノード以外のその他アクティブノードについても上記のトレーニングシーケンス最適再割当方法を用いてトレーニングシーケンスの最適再割当を行うこともでき、常に最適化されたトレーニングシーケンス割当を行うことで、複数ユーザー無線通信システムの上りチャネル同期時における異なるトレーニングシーケンス間の干渉歪みを軽減又は除去することができる。

図６は、本発明トレーニングシーケンス割当方法を用いた場合のシミュレーション評価の結果を示す図である。本評価においてシステムは２つの移動ノードを有し、基地局が割当可能なトレーニングシーケンスは、参考文献[３]と[５]の計算方法において紹介されているトレーニングシーケンスとした。ＤＦＴ長さはＮ＝１２８、ＣＰの長さは１６とする。この２つの移動ノードの受信電力は同じとした。

図６からわかるように、本発明を適用することにより干渉の大きな場合、及び小さい場合の両方において、ランダムにトレーニングシーケンスを割当てる場合（本発明を用いない）よりもキャリア周波数オフセット推定誤差を小さくすることができる事がわかる。

本発明は、基地局と新しく通信を開始した各移動ノードがトレーニングシーケンスを割当てられた後、現在の全てのアクティブノードに対する干渉歪みを有効的に一定の範囲内に抑制することを保証できるものであり、そして、正常な通信手順において、それぞれのアクティブノードに対してトレーニングシーケンスを最適再割当することにより、該移動ノードが他のアクティブノードに与える干渉をさらに低下させ、全体として該基地局にアクセスしているすべてのユーザーのトレーニングシーケンスを最適化させることができるという長所を持っている。

次に図面について説明する。

図１は、上りチャネル同期において基地局が受信した、異なる移動ノードが送信したトレーニングシーケンス間における相互干渉を示す図である。 図２は、１つの新しい移動ノードが基地局にアクセスした際の初期手順、及び初期化が終了し該新しくアクセスした移動ノードがアクティブノードに変化した後、基地局がそれに対して行うアクティブトラッキング手順を含む本発明の上りチャネル同期のフローチャート図である。 図３は、新しく移動ノードがアクセスした場合に、基地局が初期化しのためにトレーニングシーケンスを割当する手順を示す図である。 図４は、２つのトレーニングシーケンスＡとＢのＣＩＤ計算手順を示すフローチャート図である。 図５は、移動ノード＃Ａがアクティブノードに変化した後、基地局が受信した移動ノード＃Ａのトレーニングシーケンスを利用してタイミング同期とキャリア周波数オフセット推定を行い、その結果から移動ノード＃Ａのトレーニングシーケンスに対してリアルタイムの最適再割当を行う手順を示す図である。 図６は、本発明によるトレーニングシーケンス割当方法のシミュレーション評価結果を示す図である。

Claims (6)

1. 基地局は新しくアクセスした移動ノードに対してトレーニングシーケンスの割り当てを行い、かつ現在の通信中ノードに対してトレーニングシーケンスの最適再割当を行うために用いる複数ユーザー無線通信システムのトレーニングシーケンス割当方法であって、前記各々のトレーニングシーケンス間には時間的な重なりが許容できる最小の時間差（以下、CID）が定義され、該基地局には、割当て可能な全てのトレーニングシーケンス種類と前記CIDとの関係を保存するＣＩＤ表、及び現在のアクティブノードに関する情報を保存する表（以下、ＡＵＲ表）の２つの表が設けられ、
   基地局が新移動ノードからのアクセス要求を受信した際、予め前記新移動ノードに対して、前記通信中の各ノードとの間で保証されるべきＣＩＤ（以下CID閾値）を設定する第1ステップと、
   基地局が前記トレーニングシーケンスの中から、新移動ノードと前記通信中のユーザー間で干渉歪が発生する確率を最小にするトレーニングシーケンスを選択して前記新移動ノードに割当て、該ノードをアクティブノードに変化させる第２ステップと、
   基地局が新移動ノードからの前記割当てられたトレーニングシーケンスを受信し、タイミング同期及びキャリア周波数オフセット推定処理を行う第３ステップと、
   基地局がＣＩＤ表とＡＵＲ表を参照し、前記タイミング同期の結果に基づいて新移動ノードと前記通信中のユーザー間で干渉歪が発生する確率を最小にするトレーニングシーケンスを再選択して前記新移動ノードに割当てる最適再割当を行う第４ステップを含む複数ユーザー無線通信システムのトレーニングシーケンス割当方法。
2. 前記第２ステップは、
   ＣＩＤ表の全てのトレーニングシーケンス種類を１つのグループとして保存し、
   ＣＩＤ表によって、該グループ中の各トレーニングシーケンスと現在のアクティブノードが使用している全てのトレーニングシーケンスとの間のＣＩＤ値が、新移動ノードのＣＩＤ閾値よりも小さいかどうかを判断し、ＣＩＤ閾値よりも小さくないトレーニングシーケンスを該グループから全て削除し、
   削除した結果、グループが空集合かどうかを判断し、空集合であれば割当を終了し、空集合でなければ該グループに残った全てのトレーニングシーケンスの中から、アクティブノードのトレーニングシーケンスとのＣＩＤのルート−ミーン−スクエアを最小にするトレーニングシーケンスを検索し、
   検索したトレーニングシーケンスを該新移動ノードに割当て、ＡＵＲ表を更新することを特徴とする請求項１記載のトレーニングシーケンス割当方法。
3. ＡＵＲ表は現在のアクティブノードがすでに割当てられたトレーニングシーケンス及びタイミングオフセットを保存することを特徴とする請求項２記載のトレーニングシーケンス割当方法。
4. 第３ステップのタイミング同期及びキャリア周波数オフセット推定処理から、該移動ノードのタイミングオフセット値及び周波数オフセット値を得ることを特徴とする請求項３記載のトレーニングシーケンス割当方法。
5. 第４ステップは、
   ＡＵＲ表より現在の全てのアクティブノードのトレーニングシーケンス及びタイミングオフセットを参照し、新移動ノードに割当られたトレーニングシーケンスと他のアクティブノードに割当てられたトレーニングシーケンスとのＣＩＤが、移動ノードが予め設けたＣＩＤ閾値を超えているかどうかを判断し、
   ＣＩＤ閾値を超えていなければ、新移動ノードが現在割当られているトレーニングシーケンスを継続使用し、ＡＵＲ表を更新して割当処理を終了し、
   その１つ、或いは複数のアクティブノードがＣＩＤ閾値を超えていれば、該新移動ノードが使用するトレーニングシーケンスを再選択して最適再割当を行うことを特徴とする請求項４記載のトレーニングシーケンス割当方法。
6. １つまたは複数のアクティブノードがＣＩＤ閾値を超えている場合、前記トレーニングシーケンスの最適再割当は、
   ＣＩＤ表の全てのトレーニングシーケンスから該新移動ノードが使用しているトレーニングシーケンスを除いた残りのトレーニングシーケンスを１つのグループに保存するaステップと、
   該グループの中から、現在の全てのアクティブノードのトレーニングシーケンスとのＣＩＤのルート−ミーン−スクエアが最小となるトレーニングシーケンスを検索し、該検索したトレーニングシーケンスと、他のアクティブノードに割当られているトレーニングとのＣＩＤは、該移動ノードに予め設定されたＣＩＤ閾値を超えるかどうかを判断するbステップと含み、
   ＣＩＤ閾値を超えていなければ、検索したトレーニングシーケンスを、元のトレーニングシーケンスと置き換えて該新移動ノードに割当て、ＡＵＲ表を更新して割当を終了し、
   １つまたは複数のアクティブノードがＣＩＤ閾値を超えていれば、該グループから現在検索したトレーニングシーケンスを削除してグループが空集合かどうか判断し、
   該グループが空集合であれば、新移動ノードに割当てられているトレーニングシーケンスは変化させずにＡＵＲ表を更新して、割当を終了し、
   グループが空集合でなければ、該ＣＩＤ閾値の要求を満足する１つのトレーニングシーケンスを再度検索するためにbステップを行うことを特徴とする請求項５記載のトレーニングシーケンス割当方法。

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