JP2006352786A - Ｏｆｄｍ無線通信システムおよび基地局装置および端末局装置 - Google Patents

Ｏｆｄｍ無線通信システムおよび基地局装置および端末局装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 ＯＦＤＭＡ無線通信システムにおいて、システムの実質伝送効率を向上させる。
【解決手段】 通信スロットＳＬ１〜３（総称してＳＬ−１）は、比較的短い遅延広がり用の短いＧＩ長が付加されたOFDMシンボル（梨地により表される）により構成され、通信スロットＳＬ４〜６（総称してＳＬ−２）は、平均的な遅延広がり用のＧＩ長が付加されたOFDMシンボル（白地により表される）により構成され、ＳＬ７〜９（総称してＳＬ−３）は、ＧＩ長が増加したOFDMシンボルにより構成されている。各通信スロットに適した遅延広がりの端末局をそれぞれ割り当てることによって、通信フレームを同じシンボル数で構成した場合に、通信フレーム長を短縮することができるという利点がある。
【選択図】 図５

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に、適応的にＧＩ長を制御するOFDM方式移動体通信技術に関する。
近年、ADSLやFTTHなどの有線ブロードバンドサービスが一般家庭へも急速に浸透してきたのに伴い、文字情報にとどまらず、音声、映像、音楽を利用したいわゆるリッチコンテンツサービスが拡大し、個人の扱う情報量も急増している。移動体通信の分野においても、携帯Webサービスや音楽配信サービスなどの非音声系サービスの利用が拡大傾向にあり、有線と同様に無線においても広帯域通信の要望がますます高まってきている。
このような移動体通信における広帯域化の要求に対して、様々な研究が行なわれている。無線通信方式の中でも、周波数利用効率、耐マルチパス干渉の観点から注目を集めている変調方式が、地上波デジタル放送や無線LANにも利用されているOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)である。OFDMは、高速なデータを分割した複数の低速データを、シンボル周期の逆数の間隔で配された複数のサブキャリアにより並列に伝送することによりマルチパス干渉に関する耐性を向上させた無線通信方式である。
データ速度が高速になるとシンボル長が遅延波の広がりに比べて短い場合には複数のシンボルにわたるシンボル間干渉を引き起こすが、OFDMでは、低伝送速度化によりシンボル長が遅延広がりに比べて相対的に長くすることによりマルチパス干渉を低減できる。さらに、遅延広がりよりも長いＧＩを伝送シンボル毎に付加することにより、マルチパス干渉を回避しつつ高速なデータ伝送を可能にしている。
また、信号シンボル長サブキャリア間隔を狭くすることにより、サブキャリアの数を増やすことができるとともにシンボル長が長くなり、マルチパス環境下での遅延波の影響を回避するために付加されるＧＩ時間に伴う損失も相対的に小さくなるという利点がある。これらは、テレビ放送等の一方向の通信においては利点となるが、シンボルが長くなった分だけ処理時間が長くなるため、パケット通信や双方向通信などにおいては処理効率が低下することが懸念される。また、サブキャリア間隔が狭くなることにより機器に要求される周波数誤差への要求が厳しくなるため、シンボル長が長くなりすぎることは必ずしも好ましいことではなく、システムのサービスという観点からこれらの値は決定されることとなる。
上述の如く、OFDM変調方式は IEEE802.11aなどの5GHz無線LAN規格に採用されているため、この規格のパラメータを例として示す。サブキャリア間隔が312.5ｋHz間隔、つまりシンボル長が3.2μsecとなっており、１チャネルあたりに52本のサブキャリアが設定されている。実際には、マルチパスによるシンボル間干渉を軽減するために、シンボルの後ろ800ns分がコピーされ、ＧＩとして、このコピー分がシンボルの先頭に付加されシンボル長が合計４μsecとなっている。ちなみに、マルチパス遅延の大きなホールや倉庫などでは、遅延広がりとして150nsを想定し、その5倍程度の800nsをＧＩ長に設定することにより無線LANの使用環境でもシンボル間干渉を回避することが出来る。
OFDMを用いた通信システムに対しては、ＧＩ部分は基本的には損失分であり、大きなサービスエリアを対象としたシステム考えると、損失部分を無視できなくなる。そこで、ＧＩ長を適応的に制御するという観点から、以下に示すように、いくつかの提案がなされている（特許文献１から５まで参照）。例えば、特許文献２では、本線系データの遅延広がり量の増減とデータの誤り率とをフィードバックすることにより最適なＧＩ長を保とうとする技術を記載しており、環境や時々刻々変化する遅延広がりを監視し、最適なＧＩ長を使用して効率を高めることができる提案である。その他の下記特許文献においても、同様の発明を用いて遅延広がりを測定しやすい信号フォーマットを用いる提案や、フィードバック情報量を削減する等の提案等がなされている。
特開2001-69110、「OFDM通信装置」 特開2002-247005 「デジタル送受信装置」 特開2002-374223 「OFDM通信システムおよびOFDM通信方法」 特開2003-152670 「OFDM方式のＧＩ長制御方法及びOFDM送受信装置」 特開2000-244441「OFDM送受信装置」 802.16aTM、IEEE Standard for Local and metropolitan area networksPart 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems-Amendment 2: Medium Access Control Modifications and Additional Physical Layer Specifications for 2-11 GHz 802.16aTM（8.5.2. OFDMA symbol description, symbol parameters and transmitted signal、8.5.2.1 Time domain description。）
上記特許文献１から５までの技術は、通信装置が１対１である場合の通信システムにおける提案である。例えば、特許文献２に記載のデジタル送受信システムでは、放送局から移動中継局へのステータスデータの伝送と、移動中継局から放送局への本線系データ伝送とを行うシステムにおいて、ステータスデータに基づいて遅延量と誤りとの増減に関するデータを移動中継局に伝送し、このデータに基づいて、本線系データにおいてＧＩを増減させる技術である。
ところで、近年、上記のOFDM変調方式を利用し複数ユーザを周波数多重するOFDM-FDMA（OFDM-Frequency Division Multiplex Access）又はOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access)と称される技術（以下「ＯＦＤＭＡ」と称する。）に関する研究が盛んになってきている。
ＯＦＤＭＡは、周波数帯域の広い通信帯域を用いて各端末装置にとって伝搬状態の良い一部の帯域を選択し割り与えることにより、基地局装置が複数の端末装置と同時に通信を行うことができ、その際においても帯域全体として良好な通信品質を確保し、実質的な伝送効率を高めるアクセスを行うことができる方式である。このＯＦＤＭＡの採用はIEEE802.16で規格化検討が始まっており、当該規格との最終的な整合が予想されているWiBro(ワイブロ)と呼ばれるサービスが韓国において導入される動きにある。しかし伝搬環境の異なる複数端末との通話であるため、IEEE802.16においては、以下の非特許文献１に示すように、基地局毎にＧＩ長を決定する方法がある。この方法は、複数の値からＧＩ長を選択できる。
また、前述の如く、ユーザ周波数多重方式であるOFDMAでは、複数端末が同時にアクセス可能であることを前提とするため、従来の方法では、ＧＩ長はサービスエリア内において存在確率の低い場合がおおいにもかかわらず、予測される最大遅延広がりに対して設定しなければならない。従って、システム全体の実行伝送速度が低下してしまうという問題がある。特に、最大セルサイズが大きいセルラーシステムでは、システムの運用効率の低下が顕著となる。
一般に、ＯＦＤＭＡなどのマルチセルシステム内でのセルサイズは一様ではなく、その環境によって様々なセルサイズが混在することとなるが、基地局が同期したシステムでは小さいセルも大きいセルの最大遅延広がりにより管理されるため、高いトラフィックが予想される小さいセルでは著しい効率低下につながる可能性が高い。上記各先行文献に記載された技術も、ＯＦＤＭＡに適用すると、遅延広がりの異なるサービスエリア内において移動しながらに散在する複数ユーザ（移動端末）が同時にアクセスするため、遅延広がりの大きな端末が支配的となり、システムの運用効率の十分な向上が必ずしも望めないという問題がある。
本発明の目的は、OFDM方式を利用し複数の移動端末と同時に通信を行う無線通信システム、特に、OFDM変調方式を利用し複数ユーザを周波数多重するＯＦＤＭＡ無線通信システムにおいて、システムの実質伝送効率を向上させることである。また、様々なセルサイズが混在するマルチセルシステムにおいてもシステムの実質伝送効率を向上させることである。また、基地局間が同期している場合にも、柔軟に対応可能なシステムを提供することである。
直交周波数分割多重(以下、OFDM)方式を利用し、かつ、周波数軸を１つ以上のサブキャリアからなる周波数チャネルで、時間軸を１つ以上のOFDMシンボルからなる時間スロットで分割した通信フレームにおいて、前記周波数チャネルと前記時間スロットから特定されるブロック単位で各端末局に通信路を割り当てるいわゆる直交周波数分割多重アクセス（以下、OFDMA）を採用したシステムに関するものである。
OFDM変調方式を利用し複数ユーザを周波数多重するＯＦＤＭＡは、周波数帯域の広い通信帯域を用いて各端末装置にとって伝搬状態の良い一部の周波数帯域を選択し割り与えることにより、基地局装置が複数の端末装置と同時に通信を行うことができ、その際においても周波数帯域全体として良好な通信品質を確保し、実質的な伝送効率を高めるアクセスを行うことができる。
本発明は、さらに、端末毎に遅延広がりが異なることから、遅延広がりが大きい端末が支配的にならないようにしシステム全体としての実質的な伝送効率を向上させるために、各端末の遅延広がり量に基づいて適した時間スロット内において各端末に対して周波数チャネルを割り当てることを特徴とする。また、エリア内における端末の分布に基づいて、ＧＩ長の異なる時間スロットを柔軟に設定することにより、エリア内における端末の移動があった場合でも、常に適切な設定が可能になる。
本発明の一観点によれば、基地局と複数の端末局との間において直交するサブキャリアを複数使用してデータを伝送する直交周波数分割多重変調方式を利用し複数の端末局を周波数多重するOFDM-FDMA無線通信システムにおいて、各端末局の遅延広がり量に基づいて、端末局毎に対応するＧＩ長の異なる時間スロットを割り当てることを特徴とするOFDM-FDMA無線通信システムが提供される。
端末局が複数存在する場合には、端末局毎に遅延広がり量（伝搬環境）が異なる場合が多いことを考慮して、遅延広がり量が大きい端末局によりシステムの実効的伝送容量が支配的になるのを上記時間スロットの割り当て処理により防ぎ、実質的な伝送効率をシステム全体として向上させることができる。
前記各端末局の遅延広がり量を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記端末局毎の遅延広がり量に応じて、端末局毎に対応する時間スロット割り当てを行うことを特徴とする。
さらに、端末毎に遅延広がりが異なること、遅延広がりが大きい端末が支配的になり、システム全体としての実質的な伝送効率を向上させるために、また、エリア内における端末の分布に基づいて、ＧＩ長の異なる時間スロットを柔軟に設定することにより、エリア内における端末の移動があった場合でも、常に適切な設定が可能になる。
前記各端末局の遅延広がり量を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記端末局毎の遅延広がり量の変化を監視し、該変化に応じて対応する時間スロット割り当てを端末局毎に変更することを特徴とする。エリア内における端末の分布の変化（端末の移動などに起因する）に応じて、ＧＩ長の異なる時間スロットを柔軟に設定する。これにより、エリア内における端末の移動があった場合でも、常に適切な設定が可能になる。
すなわち、端末毎に遅延広がりが異なることから、遅延広がりが大きい端末が支配的にならないようにし、無線通信システム全体としての実質的な伝送効率を向上させるために、各端末の遅延広がり量に基づいて適した時間スロット内において各端末に対して周波数チャネルを割り当てることを特徴とする。また、エリア内における端末の分布に基づいて、ＧＩ長の異なる時間スロットを柔軟に設定することにより、エリア内における端末の移動があった場合でも、常に適切な設定が可能になる。
前記時間スロット内において割り当てられた前記端末局毎に、規定された時間スロット内で各端末局に対して良好な受信品質が得られるように周波数チャネルの割り当てを行うことを特徴とする。前記遅延広がり量と、基地局からの反射波の遅延時間と、を対応させて、適した端末局に対して周波数チャネルを割り当てる。
OFDM方式を利用して無線通信を行なう基地局と端末局とを含み、周波数軸を１つ以上のサブキャリアからなる周波数チャネルにより分割し時間軸を１つ以上のOFDMシンボルからなる時間スロットにより分割することにより形成される複数の通信スロットにより構成される通信フレームにおいて、前記通信スロット単位で各端末局に通信路を割り当てる直交周波数分割多重アクセスを利用したOFDMA無線通信システムであって、遅延広がりに基づいて前記端末局を分類し、分類毎に特定される時間スロット内で各端末局に周波数チャネルを割り当てることを特徴とする無線通信システムが提供される。
また、OFDM方式を利用して無線通信を行なう基地局と端末局とを含み、周波数軸を１つ以上のサブキャリアからなる周波数チャネルにより分割し時間軸を１つ以上のOFDMシンボルからなる時間スロットにより分割することにより形成される複数の通信スロットにより構成される通信フレームにおいて、前記通信スロット単位で各端末局に通信路を割り当てる直交周波数分割多重アクセスを利用した無線通信システムであって、遅延広がり量に基づいて前記端末局を分類し、分類毎に特定される時間スロット内で各端末局に周波数チャネルを割り当てることを特徴とする無線通信システムが提供される。遅延広がりに基づいて端末をグループ化し、通信フレーム内のＧＩ長を変更（調整）する。さらに、端末毎に遅延広がりが異なること、遅延広がりが大きい端末が支配的になり、システム全体としての実質的な伝送効率を向上させるために、各端末の遅延広がり量に基づいて適した時間スロット内において各端末に対して周波数チャネルを割り当てることを特徴とする。また、エリア内における端末の分布に基づいて、ＧＩ長の異なる時間スロットを柔軟に設定することにより、エリア内における端末の移動があった場合でも、常に適切な設定が可能になる。
本発明に係る無線通信システムは、時間軸上に連続したシンボルの集合である時間スロットをさらに時間軸上において集合させた通信フレームを使用して１つの基地局と複数の端末局との間で無線通信を行うOFDM方式移動体通信システムであって、前記時間スロットに対して複数の規定値のいずれか１つのＧＩ長が個々に設定されており、１つのサブキャリア又は連続するサブキャリアとの組である周波数チャネルと前記時間スロットとの交差領域である通信スロットを単位として前記複数の端末局のそれぞれに対して通信路を割り当てる手段を有することを特徴とするOFDM方式移動体通信システムである。
すなわち、本発明の一観点によれば、時間軸上に連続したシンボルの集合である時間スロットをさらに時間軸上において集合させた通信フレームを使用して１つの基地局と複数の端末局との間で無線通信を行う直交周波数分割多重OFDM（以下、OFDMと称する。）無線通信システムであって、前記時間スロットに対して複数の規定値のいずれか１つのＧＩ長が個々に設定されており、１つのサブキャリア又は連続するサブキャリアとの組である周波数チャネルと前記時間スロットとの交差領域である通信スロットを単位として前記複数の端末局のそれぞれに対して通信路を割り当てる手段を有することを特徴とするOFDM方式移動体通信システムが提供される。
前記基地局装置は、各通信相手の通信路と各通信スロットのＧＩ長を前記通信フレームに設定するスケジューリング部と、複数の長さのＧＩを付加するＧＩ付加部と、を備えるのが好ましい。
前記端末局装置は、前記時間スロット内で複数の値のいずれかの長さに設定されたＧＩを除去するＧＩ除去部を備えるのが好ましい。
本発明の別の観点によれば、基地局と複数の端末局との間において直交するサブキャリアを複数使用してデータを伝送するOFDM変調方式を利用し複数の端末局を周波数多重するOFDMA無線通信方法であって、端末局の遅延広がり量を検出するステップと、検出された遅延広がり量に基づいて端末局を分類するステップと、分類毎の各端末局の遅延広がり量に基づいて、端末局毎に対応するＧＩ長の異なる時間スロットを割り当てるステップとを有することを特徴とするOFDMA無線通信方法が提供される。
また、基地局と複数の端末局との間において直交するサブキャリアを複数使用してデータを伝送するOFDM変調方式を利用し複数の端末局を周波数多重するOFDMA無線通信方法であって、ＧＩ長が異なる時間スロットを有する複数の通信フレームを用意するステップと、前記端末局の遅延広がり量を検出するステップと、検出された遅延広がり量に基づいて前記端末局を分類するステップと、用意された前記通信フレームのそれぞれの前記時間スロット内に入る遅延広がり量を有する端末局を、分類された前記端末局の中から割り当てるステップとを有することを特徴とするOFDMA無線通信方法が提供される。
端末局が複数存在する場合には、端末局毎に遅延広がり量（伝搬環境）が異なる場合が多いことを考慮して、遅延広がり量が大きい端末局によりシステムの実効的伝送容量が支配的になるのを上記時間スロットの割り当て処理により防ぎ、実質的な伝送効率をシステム全体として向上させることができる。
尚、端末局が移動することを考慮すると、端末毎の遅延広がり量は、時間に応じて変化するのが一般的である。従って、通信路の割り当て処理は、定期的に又は必要に応じて（システムの運用上問題が生じた場合などに）適宜行うのが好ましい。これにより、移動又はその他の要因によって時々刻々変化する各端末の遅延広がり量の変化を捉え、無線通信システムにとって実質的な伝送容量が適切になるように、端末における通信路の割り当てを変更することができる。
本発明の他の観点によれば、基地局と複数の端末局との間において通信を行うOFDMA無線通信システムであって、各端末局の遅延広がり量に基づいて、端末局毎に対応するＧＩ長の異なる時間スロットを割り当てることを特徴とするOFDMA無線通信システムが提供される。
前記各端末局での遅延広がり量を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記端末局毎の遅延広がり量に応じて、端末局毎に対応する時間スロット割り当てを行うのが好ましい。
検出手段は端末側にあり、検出は各端末において行われその報告を受信した基地局が分類する。さらに、端末毎に遅延広がりが異なると、遅延広がりが大きい端末が支配的になり、システム全体としての実質的な伝送効率を向上させるために、また、エリア内における端末の分布に基づいて、ＧＩ長の異なる時間スロットを柔軟に設定することにより、エリア内における端末の移動があった場合でも、常に適切な設定が可能になる。
前記各端末局での遅延広がり量を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記端末局毎の遅延広がり量の変化を監視し、該変化に応じて対応する時間スロット割り当てを端末局毎に変更することを特徴とする。
エリア内における端末の分布の変化（端末の移動などに起因する）に応じて、ＧＩ長の異なる時間スロットを柔軟に設定する。これにより、エリア内における端末の移動があった場合でも、常に適切な設定が可能になる。
すなわち、端末毎に遅延広がりが異なることから、遅延広がりが大きい端末が支配的にならないようにし、無線通信システム全体としての実質的な伝送効率を向上させるために、各端末の遅延広がり量に基づいて適した時間スロット内において各端末に対して周波数チャネルを割り当てることを特徴とする。また、エリア内における端末の分布に基づいて、ＧＩ長の異なる時間スロットを柔軟に設定することにより、エリア内における端末の移動があった場合でも、常に適切な設定が可能になる。
前記時間スロット内において割り当てられた前記端末局毎に、規定された時間スロット内で各端末局に対して良好な受信品質が得られるように周波数チャネルの割り当てを行うことを特徴とする。
前記遅延広がり量と、各端末の受信品質の周波数特性と、を対応させて、適した端末局に対して周波数チャネルを割り当てる。
本発明によれば、ＯＦＤＭＡ無線通信システムにおいて、システムの実質伝送効率を向上させることができる。また、様々なセルサイズが混在するマルチセルシステムにおいてもシステムの実質伝送効率を向上させることができる。
本明細書において、通信スロットとは、ユーザ割り当ての最小単位であり、１以上のサブキャリア、１以上のシンボルで構成される。通信フレームとは、ユーザ割り当て処理範囲であって、複数の時間スロットで構成される。時間軸上に連続したシンボルの集合である時間スロットをさらに時間軸上において集合させたものである。時間スロットは、同一持続期間のＧＩを付加したシンボルが連続する集合であり、時間スロットの連続する集合からなる通信フレームを使用して１つの基地局と複数端末局との間で無線通信を行う。時間スロットは複数の規定値のいずれか一つのＧＩ長が個々に設定され、１時間スロットと１サブキャリアまたは連続するサブキャリアの組である周波数チャネルとによって通信スロットが規定される。通信フレーム上において、通信スロット単位で複数の通信相手に通信路が割り当てられる（図２参照）。
OFDM変調方式を利用し複数ユーザを周波数多重するOFDM-FDMA（OFDM-Frequency Division Multiplex Access）又はOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access)と称される技術（以下「ＯＦＤＭＡ」と称する。）は、無線通信システム直交周波数分割多重(OFDM)方式を利用するシステムであって、周波数軸と時間軸とにより画定される通信フレームにおいて、周波数軸を１つ以上のサブキャリアからなる周波数チャネルにより分割し、時間軸を１つ以上のOFDMシンボルからなる時間スロットで分割する。周波数チャネルと時間スロットとにより特定されるブロック単位で、各端末局に通信路を割り当てるいわゆる直交周波数分割多重アクセスを採用したシステムである。
ＯＦＤＭＡは、周波数帯域の広い通信帯域を用いて各端末局装置にとって伝搬状態の良い一部の帯域を選択して割り与えることにより、基地局装置が複数の端末装置と同時に通信を行うことができ、その際においても帯域全体として良好な通信品質を確保し、実質的な伝送効率を高めるアクセスを行うことができる方式である。
以下、本発明の実施の形態による無線通信技術について、ＯＦＤＭＡを例として、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施の形態によるＯＦＤＭＡ無線通信技術の概要を示す図である。図１（Ａ）は、本実施の形態による無線通信技術を用いたサービスエリアの概要であり、図１（Ｂ）は、通信フレーム構造及び複数のＧＩ長を持つシンボルの構成例を示す図である。図１（Ａ）に示すように、ＯＦＤＭＡ無線通信システムＡのサービスエリア１の中央又はその近傍に基地局装置３が設けられており、サービスエリア１の全域にわたって、複数の通信相手である端末局装置５が点在している様子が模式的に示されている。サービスエリア１は、基地局装置３からみて一番外側のドーナツ状の第１の領域Ａと、真ん中のドーナツ状の第２の領域Ｂと、最も内側の円形の領域Ｃとの３つの領域に分割されている。図１（Ａ）に示すそれぞれの領域Ａ〜領域Ｃまでを画定し分割する仮想線は、例えば、基地局装置３を中心とする同心円である。
図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態によるＯＦＤＭＡ無線通信技術における通信フレームの構成例を示す図である。図１（Ｂ）に示す通信フレームは、時間軸上に共通スロットと個別スロットとを有しており、個別スロットをさらに細かく見ると、Sgl１１と、Sgr１５と、Sgs１７と、の長さの異なる通信スロットを有している。通信スロット内のシンボルの数が同一であるものとし、通信スロットを構成する有効シンボル１１ｂ、１５ｂ、１７ｂに付加されたＧＩ長１１ａ、１５ａ、１７ａがそれぞれ異なっていることを表わす。
通信スロットSgs１７には、基地局３から最も近い領域である領域Ｃに存在する端末局が使用するスロットとして適した長さを有するＧＩ長Ｇｓ１７ａが設定されている。通信スロットSgr１５には、領域Ｂに存在する端末が使用するスロットとして適したＧＩ長Ｇｒ１５ａが設定されているが、領域Ｃの端末に通信路を割り当てることも可能である。さらに、通信スロットSgl１１には領域Ａに存在する端末装置が使用するのに適したＧＩ長Ｇｌ１１ａが設定されているが、これらのＧＩを領域Ｂと領域Ｃとに存在する端末装置に対して通信路を割り当てることも可能である。
符号Sglが付されているスロット中において、斜線が施されている時間スロットは、全ての通信端末装置が受信するものであり、図１においては「共通スロット」と称する。一方、特定の通信相手に割り当てることができる時間スロットは「個別スロット」と称する。この共通スロットには、各通信端末装置が自身への割り当て通信スロットや当該スロットの構成情報が収められており、全端末装置が受信できることが必要であるため、長いＧＩを使うのが一般的である。従って、簡単のために、他のSgl通信スロット１１と同一のＧＩ長が同数のシンボル数使用されているものとしてSgl（１１ａ）で表している。但し、共通スロットで伝送する容量、すなわちシンボル数が、システムに依存して決定されることから、本来は他のSgl１１と長さが一致することの方が稀である。尚、通信フレームの通信スロットの数、周波数方向への周波数チャネル数などは、図に示したものに限定されるものではない。
図１（Ｂ）の下方には、３種類の異なる長さのＧＩ１１ａ、１５ａ、１７ａＧＩが付加された有効シンボル１１ｂ、１５ｂ、１７ｂからなるOFDMシンボルの構成例が示されている。ただし、有効シンボル１１ｂ、１５ｂ、１７ｂの長さは等しくなっている。もちろん、ＧＩについても３種類のみに限られるものではなく、セルのサイズや使用する周波数帯などの環境によってＧＩの数が決定される。
図２は、本実施の形態による無線通信技術を説明するために用いられる用語である、「通信フレーム」、「時間スロット」、「通信スロット」、「OFDMシンボル」、「ＧＩ」、「周波数チャネル」、「サブキャリア」などと、その関係を説明するための模式図である。最上段には、時間的に連続する複数の通信フレーム２１ａからｄからなる通信フレーム２１が示されている。本実施の形態による無線通信システムでは、基本的にこの各通信フレーム２１ａ〜２１ｄのそれぞれの単位で複数端末装置への通信路割り当てのスケジューリングを行なうことを前提としている。但し、リアルタイム性、正確度など、データによっては、その性質の関係上、複数個の通信フレームを考慮して通信路を割り当てる方が好ましい場合がある。通信フレームは、時間軸と周波数軸とにより画定される。時間軸上のある時間帯における周波数軸上に延在するスロットが時間スロットであり、周波数軸上のある周波数帯における時間軸上に延在するチャネルが周波数チャネルである。時間スロットと周波数チャネルとが交差する領域において時間軸と周波数軸とにより画定される１つの通信スロット２７が画定される。通信スロット２７のある時間帯と周波数帯とにより画定される最小単位がＯＦＤＭシンボル３１である。
すなわち、図２における上から２段目の図は、１つの通信フレーム内の構成を示す図であり、周波数チャネル２５と、時間軸上の１つの時間スロット２３とが交差するエリアとして規定される通信スロット２７（例えば、通信フレーム内においてハッチを施したエリア）単位で、通信相手への通信路割り当てのスケジューリングを行う。
さらに、その下の図では、前述の通信スロット２７の内容を示している。通信スロット２７も周波数軸と時間軸とにより画定されており、１つの通信スロット２７が複数のサブキャリア２９により構成されている。尚、周波数チャネル２５は、複数のシンボルが連続する１つのサブキャリアで定義してもよいし、複数まとめて定義してもよい。最下段の図が、有効シンボル区間にＧＩが付加されたOFDMシンボル３１を示す図である。OFDMシンボル３１は、ＧＩ長３１ａと有効シンボル３１ｂとから構成され、ＧＩ長３１ａは複数の値を取りうる。以下の説明においては、上から２段目の通信フレーム２１の図面を中心に使用するため、各通信スロット２７内のＧＩ長の差を、文字又はハッチング等により示す。
図３は、本実施の形態による無線通信システムにおける簡単なモデル例を示す図であり、図３では、サービスエリア１内に基地局３と、基地局３との距離が異なる３つの端末局５（５−１、５−２、５−３）とが存在し、これらの間の遅延広がりの関係が示されている。これらの３つの端末局５−１、５−２、５−３は、図１（Ａ）に示した各領域Ａ〜Ｃまでをそれぞれ代表する端末局として示している。ｄｘｍｉｎは最短時間での到来波を、ｄｘｍａｘは最大遅延時間をもつ反射波の伝播距離を示す。基地局３と端末局（１）５−1との間の到来波と反射波の伝播距離とは、それぞれ例えばｄ１ｍｉｎとｄ１ｍａｘのように示されている。
図４と５は、一般的な技術と本実施の形態による技術とで、通信フレームの割り当てがどのようになるかを、図３に示した無線通信システムをモデルとして、端末局（１）５−１、（２）５−２、（３）５−３を参照しつつ示す。
図４は、ＯＦＤＭＡ方式において、複数の通信相手にほぼ無作為に通信路を割り当てている様子を示す図である。以下においても、適宜、図１から３までを参照して説明を行う。端末局（２）５−２は、サービスエリア１における周辺に位置しているため、その遅延広がりは大きい。端末局（１）５−１は、サービスエリア１の中央に設けられた基地局３の近くに存在しており、その遅延の広がりは小さい。図４に示すように、ＳＬ１からＳＬ１０までの時間スロットのうちＳＬ３〜８までの時間スロットが端末局２に割り当てられている。従って、当該時間スロットＳＬ３〜８は、端末局（２）５−２の遅延広がりを吸収できるだけのＧＩ長を有している必要がある。さらに、端末局（１）５−１、端末局（３）５−３に対しても、個別にスロットが割り当てられる。最初の時間スロットＳＬ１には、共通スロットが周波数チャネルＣＨ１からＣＨ１０までに割り当てられている。時間スロットＳＬ１の時間軸上の大きい方向に個別スロットＳＬ２からＳＬ１０までに個別スロットが設けられている。
実際には、端末局（１）５−１〜（３）５−３まで以外にも多数の端末局が存在し、遅延広がりが大きい端末局が端末局２と同一のハッチングを施したように割り当てられると（図４において、大きな遅延広がりの端末に割り当てられた通信スロット）、例えば、通信フレーム全体で最大遅延広がりを吸収する必要が生じるため、端末（１）５−１が割り当てられた通信スロットでは余分なＧＩ長を使用することになる。このように、通信フレーム内の個別スロットを端末局の遅延広がりと無関係に割り当てると、システム全体の伝送効率が低下してしまうため、効率という観点からは好ましくない。
そこで、発明者は、各端末局の遅延広がり量を考慮して端末局を分類し、分類された端末局毎に、規定された時間スロット内で各端末局に対して周波数チャネルを割り当てることを考えた。また、エリア内における端末局の分布に関連させて、受信遅延広がりの異なる端末を、適切なＧＩ長を有する時間スロット内に割り当てることを考えた。
図５に、本実施の形態による無線通信技術において、複数の通信相手が通信路を割り与えられている様子が示されている。図５に示すように、本実施の形態による無線通信技術では、通信スロットＳＬ１〜３（総称してＳＬ−１）は、比較的短い遅延広がり用の短いＧＩ長が付加されたOFDMシンボル（梨地により表される）により構成され、通信スロットＳＬ４〜６（総称してＳＬ−２）は、平均的な遅延広がり用のＧＩ長が付加されたOFDMシンボル（白地により表される）により構成され、ＳＬ７〜９（総称してＳＬ−３）は、ＧＩ長が増加したOFDMシンボルにより構成されている。各通信スロットに適した遅延広がりの端末局をそれぞれ割り当てることによって、通信フレームを同じシンボル数で構成した場合に、通信フレーム長を短縮することができるという利点がある。
図６は、一般的な無線通信技術に対して、予測最大遅延広がりから求めたＧＩ長を適用した通信フレームに対して、本実施の形態による無線通信技術、すなわち、遅延広がり量に基づいて端末局を分類し、時間スロット内で各端末局に対して遅延広がり量が適切になる方向に周波数チャネルを割り当てる技術を適用することにより、通信フレーム長が短縮されている状態を示す図である。遅延広がり量に基づく時間スロットと周波数チャネルの割り当てを考慮していない上部の図では、時間軸と周波数軸とに関して、共通スロットと個別スロットとに対して、通信スロットＳｇｌ１１が均等に配置されている。
これに対して、本提案を真ん中の図の状態１以下に示す。従来技術に周波数チャネルを複数示しているが、各通信スロット、各シンボルの持続時間は周波数方向には従来技術でも本提案においても同一なので１つの周波数チャネルのみを用いて示している。状態１に示すように個別スロットとしてＳｇｌ１１よりもＧＩ長が短い（Ｇｌ１１ａ＞Ｇｒ１５ａ）通信スロット１５を配置することにより、或いは、状態２に示すように、Ｓｇｌ１１と、Ｓｇｒ１５よりもＳｇｒ１７よりもＧＩ長が短い（Ｇｒ１５ａ＞Ｇｓ１７ａ）通信スロット１７を配置することにより、或いは、状態３に示すように、Ｓｇｌ１１と、Ｓｇｒ１５と、Ｓｇｓ１７との割合をさらに調整してＳｇｒ１５よりもＧＩ長が短い（Ｇｒ５ａ＞Ｇｓ１７ａ）通信スロットＳｇｓ１７の割合を多くする方向に配置することにより、状態１、２、３を端末の遅延広がり量の分布により変動させることができる。従って、白抜きの矢印Ｔで示すように通信フレーム長を確実に短縮できる。また、例えば一番長いＧＩ長Ｇｌ１１ａが通信フレーム全体を支配しないようにすることができるため、ＧＩ長の配置に関する自由度が増すという利点がある。
尚、サイズの小さいセルの場合では、ＧＩ長の小さなスロットを多く有する状態１を使用する割合を多くし、逆にサイズの大きなセルではＧＩ長の大きなスロットを多く有する状態３を使用する割合を多くするようにしても良い。
図７は、本発明の第１の実施の形態による無線通信システムにおける通信フレーム、通信スロット１１，１５、１７、シンボル１１ｃ，１５ｃ、１７ｃを示す図である。図７に示すように、同一長のシンボル周期１１ｂ、１５ｂ、１７ｂに異なる長さのＧＩ１１ａ、１５ａ、１７ａが付加されることにより、異なる長さのＯＦＤＭシンボル１１ｃ、１５ｃ、１７ｃが構成される。各長さのＯＦＤＭシンボルを同数のマトリックス上に配することで異なる長さの通信スロット１１、１５、１７を構成し、周波数方向には同一のＧＩ長を有する通信スロットを配することで通信フレームが構成されるという関係が理解しやすいように示されているが、基本的には、図６に示した考え方と同様の考え方で構成されている。すなわち、異なるＧＩ長ごとに時間スロットが構成され、この時間スロットによって通信フレームが形成される。端末での遅延広がりと通信フレーム内のＯＦＤＭシンボルのＧＩ長とから各端末を分類し、各端末の分類に対応するＧＩ長を有する時間スロット内で周波数特性などを考慮し最適な通信スロットを当該端末に割り当てる。このように、遅延広がり毎に端末をグループ化し、これに基づいて通信フレーム内のＧＩ長を図７に示すように形成することが可能である。さらに、遅延広がり毎にグループ化された結果に基づいて、通信フレーム内のＧＩ長を変更して新たな通信フレームを形成することも可能である。
また、複数の端末を遅延広がりにより分類した後に、各分類内の総データ量により通信フレーム内のＧＩ長の異なるスロットの数を決定し、分類されたグループ毎に端末に周波数チャネルを割り当てることも可能である。すなわち、受信遅延広がりによる分類の結果に基づいて、時間スロット構成を適応的に変更する。以下に、このような例について図８を参照しつつ説明する。
図８は、ある基地局と通信中の複数端末が存在するときに、本発明の第１の実施形態により各通信端末に通信路を割り与える様子を示したものである。（Ａ）から（Ｄ）までは、時間的な流れを説明するための図で、ｎとｍを用いて時間的な流れを示しており各通信フレームの間隔は等間隔になっているが、特に等間隔に限定されるものではない。まず、図８（Ａ）のみを用いて説明を始める。図面左側は端末での受信遅延広がりに基づいて全端末を分類した結果を示している。受信遅延広がりがＧｓ１７ａよりも短ければＧｒ−Ｓ２１へ、Ｇｓ１７ａよりも長くＧｒ１５ａよりも短ければＧｒ−Ｒ２３へ、Ｇｒ１５ａよりも長ければＧｒ−Ｌ２５へと各々の端末を分類する。ここで、基地局設置時にＧｌ１１ａを超える遅延広がりは存在しないようにＧｌ１１ａの値は設計されている。分類ごとの端末数、端末の要求する伝送帯域、あるいは端末の受信状態などを勘案した量をこの図の縦軸方向のみで示している図である。
続いて、図８（Ａ）の右側図面は通信フレームであり前述の端末の分類に基づいて、通信フレーム内の時間スロットを構成するＯＦＤＭシンボルのＧＩ長を設定する様子を示している。Ｇｌ１１ａが必要なＧｒ−Ｌ２５に分類された端末に対し２列分の時間スロット２５ａを確保しこのＧＩ長をＧｌ１１ａとする。次に、時間スロット２５ａと同数つまり２列分の時間スロット２１ａのＧＩ長をＧｓ１７ａに設定し、残り３列の時間スロット２３ａのＧＩ長はＧｒ１５ａに設定することによりこの通信フレームのフォーマットが決定される。Ｇｒ１５ａがＧｓ１７ａよりも長い分とＧｌ１１ａがＧｒ１５ａより長い分とが等しくなるように設定されているのでＧｓ１７ａとＧｌ１１ａを有する時間スロットの数を同一に保つことで、通信フレームの長さは常に一定に保つことが出来る。
最後に、各分類に対応した時間スロット内で端末ごとに受信状態が良好な周波数チャネルなどを割り当てることにより各端末の通信スロットが決定されることを特徴とする。Ｇｒ−Ｌ２５に分類された端末は時間スロット２５ａに割り当てなければシンボル間干渉により誤りが増加するが、Ｇｒ−Ｒ２３へ分類された端末は時間スロット２３ａでも２５ａへでも割り当てることが可能である。同様にＧｒ−Ｓ２１に分類された端末は全ての時間スロットに割り当てることが可能となる。つまり分類はあくまでも優先権であり、割り当ての自由度が大きく損なわれることはない。
図８（Ｂ）から図８（Ｄ）までは、図８（Ａ）からの時間経過後に端末の移動などにより、分類結果が時々刻々と変化した一例を示すものであり、図８（Ｂ）から図８（Ｄ）においても、図８（Ａ）同様の処理を行った結果を示している。
図８（Ｂ）に示すように、端末分類結果においてはＧＩ長Ｇｒ−Ｒ２３、Ｇｒ−Ｌ２５のみでＧｒ−Ｓが存在しない場合であっても、その右図に示すように、Ｇｒ−Ｓに対応するＧＩ長を有する通信スロット２１ａを通信フレーム＃ｎ＋ｍに配置しても良い。
図８（Ｃ）に示すように、端末分類結果においてはＧＩ長Ｇｒ−Ｓ２１、Ｇｒ−Ｒ２３のみでＧｒ−Ｌ２５が存在しない場合に、その右図に示すように、Ｇｒ−Ｒに対応するＧＩ長を有する通信スロット２３ａのみを通信フレーム＃ｎ＋２ｍに配置するようにしても良い。
図８（Ｄ）に示すように、端末分類結果に基づき、ＧＩ長Ｇｒ−Ｓ２１、Ｇｒ−Ｒ２３、Ｇｒ−Ｌ２５のそれぞれが存在する場合において、その右図に示すように、分類結果とは異なる割合で対応するＧＩ長を有する通信スロット２１ａ、２３ａ、２５ａをそれぞれ通信フレーム＃ｎ＋３ｍに配置することも可能である。上記、全ての場合において、通信スロットの配置を調整することができるという利点がある。
尚、遅延広がりにより分類された端末の分布状態に基づいて、フレーム構成を柔軟に行うこともできる。すなわち、図８（Ａ）から（Ｄ）までにも示されているように、端末の分類の結果（端末の分布の様子）に基づいてＧＩの種々の組み合わせにより通信フレームの構成を柔軟に変更・構成することが可能である。
また、これらは、所要伝送容量と各通信相手の受信品質により設定可能となる伝送速度とにより構成されていても良い。通信フレーム長（図８（Ａ）から図８（Ｄ）までのそれぞれの右側の図の横軸の長さ）をいずれの時間においても一定に保つことにより、例えば、同期がとられている同期システムへの導入も容易となる。
図９は、本発明の第２の実施の形態による無線通信システムであって、長さの異なるＧＩ長を有するOFDMシンボルと、それにより構成される一定長の時間スロット内のシンボル数と、の関係の一例を示す図である。従って、時間スロットを一定に保ちさえすれば、シンボル数はこの図に示されているものに限るものではない。
図９に示すように、本実施の形態による無線通信システムにおいては、例えば、ｔｇ＝１／８×ｔｓで表されるＧＩ４１ａと有効シンボル４３ａとを有するＯＦＤＭシンボルＳ１と、ｔｇ＝１／４×ｔｓで表されるＧＩ４１ｂと有効シンボル４３ｂとを有するＯＦＤＭシンボルＳ２と、ｔｇ＝１／２×ｔｓで表されるＧＩ４１ｃと有効シンボル４３ｃとを有するＯＦＤＭシンボルＳ３と、を備えている場合を想定する。ここで、右図のように、２０のＯＦＤＭシンボルＳ３を有する時間スロット４５ａと、１８のＯＦＤＭシンボルＳ２を有する時間スロット４５ｂと、１５のＯＦＤＭシンボルＳ３を有する時間スロット４５ｃと、が、２２．５ｔｓの同一期間を有することを示している。なお、時間スロットの継続期間比較のために３状態を並べて表しているだけで、同一時間スロット内に存在することはない。
上記それぞれの構成においては、各通信スロットのシンボル数が異なるものの、シンボル数はＧＩ長に依存するので、各端末局は割り当てられた通信スロットのＧＩ長を知ることにより通信スロット内のシンボル数も必然的に知ることができる。従って、追加で通知すべき余分な情報が発生しない。一方で、時間スロットがいずれのＧＩ長に対しても一定であることから、ＧＩ長を自由に選択することが可能となる上に、各時間スロットまでを全基地局間で同期させて動作することが可能となる。
この構成の時間スロットを使用した例を図１０に示す。図１０は、本発明の第２の実施形態による無線通信システムにおける通信フレーム、通信スロット、ＯＦＤＭシンボルを示す図である。Ｇｓ４１ａと有効シンボル４３ａとからなるＯＦＤＭシンボルと、Ｇｒ４１ｂと有効シンボル４３ｂとからなるＯＦＤＭシンボルと、Ｇｌ４１ｃと有効シンボル４３ｃとからなるＯＦＤＭシンボルと、により、それぞれ、長さ２２．５×ｔｓの通信スロット２０−１、２０−２、２０−３とが構成できる。これらの通信スロット２０−１、２０−２、２０−３は各時間スロット内で同一のＧＩ長を有する通信スロットが設定され通信フレームが形成される。
図１１は、本実施の形態による無線通信システムにより運用したときの通信フレーム構成の遷移を示す一例であり、図８と対応している。図８と同様に、各端末での受信遅延広がりを確認し、Ｇｓ４１ａより短い、Ｇｒ４１ｂより短くＧｓ４１ａより長い、Ｇｒ４１ｂより長いという条件により、通信中の全端末をＧｒ−ｓ２１、Ｇｒ−Ｒ２３、Ｇｒ−Ｌ２５に分類した結果が左側の端末分類結果と示された図面である。分類ごとの端末数、端末の要求する伝送帯域、あるいは端末の受信状態などを勘案した量をこの図の縦軸方向のみで示している図である。
その分類の結果から、図１１（Ａ）に示すようにＧｒ−ｓ２１、Ｇｒ−Ｒ２３、Ｇｒ−Ｌ２５に対応した時間スロット２１ａ、２３ａ、２５ａによる通信フレームが図右側のように構成される。各々の時間スロットが通信フレーム内に不規則に配置されているのは、独立に設定可能であることを示すものであり、同一のＧＩ長を有する時間スロットを連続的に配置してもよい。図１１（Ｂ）ではＧｒ−Ｓ２１に分類される端末が存在しない状況であり、通信フレームにも時間スロット２１ａを配していない。同様に、図１１（Ｃ）では、Ｇｒ−Ｌ２５へ分類された端末が存在しないときである。図１１（Ｄ）での分類は３つであるがＧｒ−Ｌ２５が他に比べて多い状態である。このときでも通信フレーム構成を柔軟に対応可能である様子を示している。
このように、本実施の形態による無線通信システムにおいては、通信スロット長がどの端末においても同じになるように、ＧＩ長の異なるＯＦＤＭシンボルにより同じ期間を有する時間スロットが構成される。
これにより、本実施の形態による無線通信システムにおいては、端末の分類結果に基づいて通信フレームを構成する際に、各通信フレームの時間を一定にするように調整するため、同期システムにも適用することが可能である。
図１２は、３セル繰り返しのセル配置を示す図であり、一般的に知られるように符号Ａ、Ｂ、Ｃで示した各セル間の与干渉回避のみを考慮すれば、セルＡ、Ｂ、Ｃを図１２のように同一のもの同士が隣接しないように配置することにより、面的な無線通信システムの展開を容易にするものである。
図１３は、図１２に示す３セル繰り返し形態への対応を可能にしたものであって、本発明の第１の実施形態による無線通信システムを３セル繰り返し形態に適用した例を示す図である。Ａ−１からＣ−３で示した帯は通信フレームであり、長さの異なるＧｓ１７ａ、Ｇｒ１５ａ、Ｇｌ１１ａを持つＯＦＤＭシンボルの集合である時間スロットＳｇｓ１７、Ｓｇｒ１５、Ｓｇｌ１１ａおよび１１ｂで構成される。ここで、Ｓｇｌ１１ａは全端末が割り当て情報などの制御情報を確認するものであり、Ｓｇｌ１１ｂはＳｇｓ１７、Ｓｇｒ１５と同様に個別の端末に割り当てられるデータ通信用の時間スロットである。Ｓｇｌ１１ａは複数の端末が受信環境に関わらず復調できる必要がある制御情報を伝送する時間スロットであるため、伝送容量を減らしても干渉やフェージングに強い低い変調レートを使用しているのに対し、個別の端末に割り当てられる時間スロットに対しては端末に最適化し効率よく伝送したいとの要望がある。
データ通信用の時間スロットのうち最も長いＧＩであるＧｌ１１ａで構成されたＳｇｌ１１ｂは各基地局Ａ、Ｂ、Ｃの高出力期間と示された区間にのみ配されることを特徴とする。遅延広がりが大きい端末はセル周辺に存在する可能性が高く、基地局との距離があることから比較的大きな送信電力を必要とする。従って、信号の送受信のタイミングが隣接する他の基地局の送受信タイミングと重なると、互いに信号の干渉が発生し、誤りが急増する可能性が高い。従って、図に示すように基地局Ａでは通信フレームの後半側で、基地局Ｂでは前半側で、基地局Ｃでは中程においてＳｇｌ１１ｂが使用し互いの時間が重ならないように設定することで干渉を回避しつつ効率的に通信を行うことが可能となる。
なお、構成はこの例に限るものではない。
従って、本実施の形態による無線通信システムにおいては、基地局とその基地局に属する移動局との通信が、他の基地局からの干渉を受けることを防止することが可能であり、３セル繰り返し構成への対応が容易になる。
図１４は、図１２に示す３セル繰り返し形態への対応を可能にしたものであって、本発明の第２の実施形態による無線通信システムを３セル繰り返し形態に適用した例を示す図である。図１３と同様に、Ａ−１からＣ−３までは通信フレームであり、長さの異なるＧｓ４１ａ、Ｇｒ４１ｂ、Ｇｌ４１ｃを持つＯＦＤＭシンボルの集合である時間スロットＳｇｓ、Ｓｇｒ、Ｓｇｌで構成される。図１３同様にデータ通信用の時間スロットのうち最も長いＧＩであるＧｌ４１ｃで構成されたＳｇｌは各基地局Ａ、Ｂ、Ｃの高出力期間と示された区間にのみ配されることを特徴とする。この場合も時間スロットを揃えているという第２の実施の形態による無線通信システムの特徴を有している他は、上記図１３に示す構成と同様である。従って、図１４に示す無線通信システムにおいても、図１３の第１の実施形態と同様に、第２実施の形態による無線通信システムを使用して３セル繰り返しのスケジューリングを実現することができる。
次に、本発明の実施の形態による基地局装置の構成について説明する。図１５は本実施の形態による基地局装置の概略ブロック図である。図１５に示すように、本実施の形態による基地局装置は、複数の通信相手からの受信信号はアンテナＡＴ１から無線部１０１を介して、ＯＦＤＭ受信信号が、OFDM受信部１０３で復調され、ネットワークインターフェース部１０５を介してネットワークへと送出されるとともに、各端末局から通知された遅延広がり、周波数チャネル、サブキャリア毎の受信特性など、各端末の受信状況を示す情報を抽出しスケジューリング部１０７に転送する。
ネットワークインターフェース部１０５は、ネットワークから取得した各通信相手へのデータをデータバッファ部１１１に蓄積するとともに、データバッファ部１１１へ転送したデータ量やデータの品質条件等の情報をスケジューリング部１０７に通知する。スケジューリング部１０７は、前述の遅延広がりの情報を基に複数の規定長のＧＩに対応した分類条件により各通信相手を分類する。次に分類された各グループで必要となる伝送帯域を、データバッファ部１１１でのデータの蓄積状況や要求品質を基に算出し、その結果から各グループが必要とする通信フレーム内の時間スロットを決定する。最終的に決定された時間スロットに各グループに属する通信相手の通信路を前述の受信品質情報を基に割り当てるスケジューリングを行い制御部１１３に通知する。制御部１１３は、スケジューリング情報や通信相手が遅延広がり測定や伝播路推定等を行う際に利用する既知のパイロット信号などと、前述スケジューリングされた順序に従いデータバッファ部１１１から取り出した通信相手へのデータをシリアルデータ化しシリアル／パラレル（S／P）変換部１１５へと出力する。
その後、サブキャリア変調部１１７では、スケジューリング部１０７で決定された変調が制御部１１３からの通知に従ってサブキャリアごとに施され、逆フーリエ変換部１１９、パラレル／シリアル（P／S）変換部１２１、サブキャリア変調部１１７、逆フーリエ変換部１１９，Ｐ／Ｓ変換部１２１を介してＧＩ付加部１２３へと順次転送される。ＧＩ付加部１２３も制御部１１３からのスケジューリング情報に従って、各時間スロットに対応したＧＩ長を付加するように動作し、生成されたOFDM送信信号は無線部１０１、アンテナＡＴ１を介して通信相手へと送出される。無線部１０１は、図示しないが、周波数を変換する周波数変換部、電力を増幅する電力増幅部などを有している。
図１６は、本発明の実施の形態による端末局装置の概略構成例を示す機能ブロック図である。図１６に示すように、本実施の形態による端末局装置においては、図１５に示す基地局装置からの信号がアンテナＡＴ２から受信された信号が無線部２０１からＯＦＤＭ受信信号として出力される。ＯＦＤＭ受信信号内の共通スロット（図５）内には、通信スロットをどの時間に割り当てるかに関する通信スロット割り当て情報と、ＧＩ長情報と、が含まれており、これらの情報に基づいて、通信フレーム内の共通スロット以外のスロットである個別スロット内の割り当て通信スロットの復調が行なわれる。復調された信号は、ＧＩ除去部２０３で割り当てられた長さのＧＩを除去し、シリアル／パラレル変換を行うS/P変換部２０５、伝搬路の推定を行う伝搬路推定部２０７、フーリエ変換を行うフーリエ変換部２１１、信号の復調を行うサブキャリア復調部２１３、パラレル／シリアル変換を行うP／S変換部２１５を介して、ユーザインタフェース部２４１に転送される。基地局装置３（図１）からの既知のパイロット信号との相関をとることにより、伝搬路推定部（遅延広がり量の検出機能も有する）２０７において得られた遅延広がりの測定結果（伝搬路情報）は制御部２１７に送られる。
ユーザインターフェース部２４１から入力された情報（送信データ）は、遅延広がりの測定結果などの制御情報とともにマルチプレックス部２２１において合成され、シリアル／パラレル変換を行うS/P変換部２２３、変調を行うサブキャリア変調部２２５、逆フーリエ変換を行う逆フーリエ変換部２２７、パラレル／シリアル変換を行うP／S変換部２３１、ＧＩを付加するGI付加部２３３によりＯＦＤＭ送信信号として無線部２０１を介してアンテナＡＴ２から基地局に送出される。このとき、端末局５（図１）の送信信号も下り受信信号と同一のＧＩ長を使用することもある。その際は、基地局装置の場合と同様に、制御部がＧＩ長を随時変更することになる。
次に、第１の実施の形態と第２の実施の形態による無線通信技術における通信フレームの割り当て処理の流れについて説明を行う。図１７は、通信相手に通信フレームの通信路を割り当てる処理の流れを示すフローチャート図である。右側には、フローチャート内の記号の説明を付しており、これを参照しながら説明を行う。図１７に示すように、本実施の形態による無線通信技術における通信路の割り当てにおいて、ステップＳ１において処理を開始し、ステップＳ２において、まず、i＝１とするとともに、端末分類用のカウンターNL、NS、NRと通信相手を分類するグループごとの総所要伝送帯域BL、BS、BRを０とし、端末局のグループLG、SG、RGを空にする初期化処理を行なう。ステップＳ３において、通信相手の遅延広がり情報Tds(1)を読み出し、ステップＳ４において、端末局の遅延広がりTds(ｉ)に対して判定を行う（最小はｉ＝１）。この判定において、遅延広がりTds(１)＞ｔｇｒ（Ｒグループの遅延広がりの最大値）であるときは（Ｙｅｓ）、ステップＳ５においてNLをカウントアップし（ＮＬ＝ＮＬ＋１）、Ｔｄｓ＞ｔｇｒの端末局のグループLGに当該通信相手であるｉ番目の端末局ＭＴ（ｉ）を登録し、ステップＳ６においてＢＬ＝ＢＬ+ＭＴＢ（ｉ）を行う。ＭＴＢ（ｉ）はその通信フレームでのｉ番目端末の所要伝送帯域、または所要帯域と受信品質から導かれた所要シンボル量である。
ステップＳ４における判定において、遅延広がりｔｄｓ（ｉ）＞ｔｇｒを満足しないときは（Ｎｏ）、次のステップＳ７において、端末の遅延広がりＴｄｓ（ｉ）＜ｔｇｓであるか否かを判定する。ステップＳ７において、Ｔｄｓ（ｉ）＜ｔｇｓであれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ８に進み、ステップＳ８においてＮＳをカウントアップし（ＮＳ＝ＮＳ＋１）、Ｔｄｓ＜ｔｇｓの端末局のグループＳＧに当該通信相手であるｉ番目の端末局ＭＴ（ｉ）を登録し、ステップＳ９においてＢＳ＝ＢＳ+ＭＴＢ（ｉ）を行う。尚、ＭＴＢ（ｉ）はその通信フレームでのｉ番目端末の所要伝送帯域、または所要帯域と受信品質から導かれた所要シンボル量である（以下同様）。
ステップＳ７において、Ｔｄｓ（ｉ）＜ｔｇｓでなければ（Ｎｏ）、ステップＳ１０に進み、ステップＳ１０においてＮＲをカウントアップし（ＮＲ＝ＮＲ＋１）、Ｔｄｓ＞ｔｇｓの端末局のグループＲＧに当該通信相手であるｉ番目の端末局ＭＴ（ｉ）を登録し、ステップＳ１１においてＢＲ＝ＢＲ+ＭＴＢ（ｉ）を行う。
ステップＳ６、Ｓ９、Ｓ１１から、ステップＳ１２において、iが通信相手の総数NTと等しくなるまで（ｉ＝ＮＴ）、iに１を加え（ステップＳ１３（ｉ＝ｉ＋１）、ステップＳ３に戻り、端末の遅延広がりＴｄｓ（ｉ）の読み出しからのステップを順次繰り返す。ステップＳ１２において、i＝NTになったところで、ステップＳ１４に進み、BL、BS、BLの割合に基づいて、各グループに割り当てる時間スロットを決定する。ステップＳ１５において、グループ毎に分配された時間スロットにおいて各通信相手の受信品質情報を基に通信路の割り当てを行い、スケジューリングを終了する。以上の処理により、通信相手に対して遅延広がりに基づいて通信フレームの通信路を割り当てることができる。
端末局が移動することを考慮すると、端末毎の遅延広がり量は、時間に応じて変化するのが一般的である。従って、通信路の割り当て処理は、定期的に又は必要に応じて（システムの運用上問題が生じた場合などに）適宜行うのが好ましい。これにより、移動又はその他の要因によって時々刻々変化する各端末の遅延広がり量の変化を捉え、無線通信システムにとって実質的な伝送容量が適切になるように、端末における通信路の割り当てを変更することができる。尚、ここまで異なるＧＩ長が３つの場合について説明してきたが、ＧＩ長の種類は３種類以外であっても良い。
以上に説明したように、本発明の実施の形態による無線通信技術によれば、各端末局の遅延広がり量に基づいて端末を分類し、分類毎に規定時間スロット内で各端末に周波数チャネルを割り当てるため、遅延広がりの異なる端末を備えた無線通信システムにおいて、各端末に対して周波数チャネルを簡単な処理で精度良く割り当てることができる。特に、端末毎に遅延広がりが異なるシステムに複数のＯＦＤＭシンボルからなるタイムスロットと複数のサブキャリアからなる時間チャネルによって規定されるＯＦＤＭＡにおいても、周波数チャネルの割り当てが簡単にできる。また、移動局（端末）を含む無線通信システムのように、端末局の分布が逐次変更されるシステムにおいても、端末の分布により柔軟にＧＩ長の異なる時間スロットを設定することができ、ＧＩ長の設定が簡単になるという利点がある。さらに、遅延広がりに基づく端末の割り当てを、定期的に又は必要に応じて行うことにより、無線通信システムにとって実質的な伝送容量を適正になるように調整することができる。
本発明は、無線通信システムに利用可能である。
本発明の第１の実施の形態による無線通信システムにおけるサービスエリアの様子と通信フレーム構造並びに複数のＧＩ長を持つシンボルの構成図である。 本発明にかかる通信フレーム、時間スロット、通信スロット、OFDMシンボル、ＧＩ、周波数チャネル、サブキャリアの関係を定義した図である。 本発明の第１の実施の形態による無線通信システムにおけるサービスエリア内に基地局との距離が異なる３つの端末とその遅延広がりの関係を示す図である。 一般的なOFDM方式で複数の通信相手が通信路を割り与えられている様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による無線通信システムにおける複数の通信相手が通信路を割り与えられている様子を示す図である。 一般的な予測最大遅延広がりから求めたＧＩ長を適用した通信フレームが、本発明を適用することで短縮される様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による無線通信システムにおける通信フレーム、通信スロット、シンボルを示す図である。 本発明の第１の実施の形態による無線通信システムにおける運用したときの通信フレーム構成の遷移を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による無線通信システムにおける通信フレーム構成例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による無線通信システムにおける通信フレーム、通信スロット、シンボルの例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による無線通信システムにおける通信フレーム構成の遷移を示す図である。 ３セル繰り返しのセル配置を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による無線通信システムにおける隣接セル３セル繰り返しのスケジューリングを示す図である。 本発明の第２の実施の形態による無線通信システムにおける隣接セル３セル繰り返しのスケジューリングを示す図である。 本発明の実施の形態による基地局装置の概略構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態による端末局装置の構成例を示す機能概略ブロック図である。 第１および２実施の形態における、通信相手に通信フレームの通信路を割り当てる処理の流れを示すフローチャート図である。
符号の説明
ＡＴ１，ＡＴ２‥アンテナ、１…サービスエリア、３…基地局装置、５…端末局装置、１１、１５、１７…通信スロット、１１ａ、１５ａ、１７ａ…ＧＩ長、１１ｂ、１５ｂ、１７ｂ…有効シンボル、２１…通信フレーム、２３…時間スロット、２５…周波数チャネル、２７…通信スロット、３１…ＯＦＤＭシンボル、１０３‥OFDM受信部、１０５‥ネットワークインターフェース部、１０７‥スケジューリング部、１１１‥データバッファ部、１１３‥制御部、１１５‥シリアル／パラレル（S／P）変換部、１６１‥無線部、２０１…無線部、２０３…ＧＩ除去部、２０５…Ｓ／Ｐ変換部、２０７…伝搬路推定部、２１１…フーリエ変換部、２１３…サブキャリア復調部、２１５…Ｐ／Ｓ変換部、２１７…制御部、２２１…マルチプレクス部、２２３…Ｓ／Ｐ変換部、２２５…サブキャリア変調部、逆フーリエ変換部、２３１…Ｐ／Ｓ変換部、２３３…ＣＩ付加部、２４１…ユーザインターフェイス部。

Claims (28)

  1. 時間軸上に連続したシンボルの集合である時間スロットをさらに時間軸上において集合させた通信フレームを使用して１つの基地局と複数の端末局との間で無線通信を行う直交周波数分割多重（以下、OFDMと称する。）無線通信システムであって、
    前記時間スロットに対して複数の規定値のいずれか１つのガードインターバル（以下「ＧＩ」と称する。）長が個々に設定されており、１つのサブキャリア又は連続するサブキャリアとの組である周波数チャネルと前記時間スロットとの交差領域である通信スロットを単位として前記複数の端末局のそれぞれに対して通信路を割り当てる手段を有することを特徴とするOFDM無線通信通信システム。
  2. 複数の前記ＧＩ長と、各ＧＩ長が設定されている前記時間スロットの数が前記通信フレームに占める割合とが、前記基地局の通信可能範囲であるサービスエリアを１以上の同心円によって近似される境界により分割した各領域において予測される通信相手の受信波の最大遅延広がりと、前記領域の面積と、にそれぞれ対応するように決められることを特徴とする請求項１記載のOFDM無線通信システム。
  3. 各通信相手により測定される受信信号の遅延広がりに基づいて、前記複数のＧＩ長に対応した分類条件に従って複数の通信相手を分類し、分類されたグループ毎に該グループに属する通信相手に対して当該グループの分類条件に対応するＧＩ長が設定された時間スロットに通信路を割り当てることを特徴とする請求項１または２記載のOFDM無線通信システム。
  4. 前記グループ毎に前記通信フレームの時間スロット単位の領域を分配するとともに、この領域内のＧＩ長を前記分類条件と対応したＧＩ長に設定し、前記グループ毎に分配された領域内で各グループに属する通信相手に通信路を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のOFDM無線通信システム。
  5. 前記時間スロット単位の領域は、前記分類されたグループに属する各通信相手の所要帯域の総和に基づいて分配されることを特徴とする請求項４に記載のOFDM無線通信システム。
  6. 前記時間スロット単位の領域は、前記分類されたグループに属する各通信相手の所要帯域の総和と受信品質値とに基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載のOFDM無線通信システム。
  7. 前記通信フレームを一定長として前記通信スロット内のそれぞれの前記時間スロットにおけるＧＩ長を設定することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載のOFDM無線通信システム。
  8. 前記通信フレーム内の前記各時間スロットのＧＩ長を、前記通信フレーム内の時間スロット数を一定に保って設定することを特徴とする請求項１から７記載のいずれかに記載のOFDM無線通信システム。
  9. 前記通信フレーム内の前記時間スロットを一定長として前記通信フレーム内の前記各時間スロットのＧＩ長を設定することを特徴とする請求項８記載のOFDM無線通信システム。
  10. 前記通信フレームは特定の通信相手に割り当てられない時間スロットを有することを特徴とする請求項１から９記載のいずれか１項に記載のOFDM無線通信システム。
  11. 前記特定の通信相手に割り当てられない時間スロットのＧＩ長は前記時間スロットが選択可能な複数の値のうちの最大値であることを特徴とする請求項１０記載のOFDM無線通信システム。
  12. 複数の基地局の通信エリアが隣接している場合に、特定の通信相手に通信路を設定可能な前記時間スロットの中で、ＧＩ長が複数の値のうちの最大値である時間スロットが隣接基地局間で時間的に異なるように設定することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のOFDM無線通信システム。
  13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載のOFDM無線通信システムに適用される基地局装置であって、
    各通信相手の通信路と各通信スロットのＧＩ長を前記通信フレームに設定するスケジューリング部と、
    複数の長さのＧＩを付加するＧＩ付加部と、を備えることを特徴とする基地局装置。
  14. 前記スケジューリング部の通信路割り当てに基づいて、送信データを生成するとともに、前記ＧＩ付加部による付加に関する制御を行う制御部と
    を備えることを特徴とする請求項１３に記載の基地局装置。
  15. 前記制御部は、生成された前記送信データに前記通信フレーム内の各通信相手への通信路割り当て状況と前記各時間スロットのＧＩ長を含む制御情報を付加するとともに、特定の通信相手に対して通信路を設定しない前記時間スロット（共通スロット）を介して付加される前記制御情報を通信相手に対して報知する制御を行うことを特徴とする請求項１４に記載の基地局装置。
  16. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載のOFDM無線通信システムに適用される端末局装置であって、
    前記時間スロット内で複数の値のいずれかの長さに設定されたＧＩを除去するＧＩ除去部を備えることを特徴とする端末局装置。
  17. 前記ＧＩ除去部は、前記時間スロット内で複数の長さの前記ＧＩを除去することができ、前記制御情報に基づいて割り当てられた通信スロットと該通信スロット内のＧＩ長とを特定するとともに、割り当てられた前記通信スロットのＧＩを除去することを特徴とする請求項１６に記載の端末局装置。
  18. 基地局と複数の端末局との間において直交するサブキャリアを複数使用してデータを伝送するOFDM変調方式を利用し複数の端末局を周波数多重するOFDMA（以下「OFDMA」と称する。）無線通信方法であって、
    端末局での遅延広がり量を検出するステップと、
    検出された遅延広がり量に基づいて端末局を分類するステップと、
    分類毎の各端末局の遅延広がり量に基づいて、通信フレームに固定で用意されたＧＩ長の異なる時間スロットであって、端末局毎に対応するＧＩ長の異なる時間スロットを遅延広がりに応じて割り当てるステップと
    を有することを特徴とするOFDMA無線通信方法。
  19. 検出された前記遅延広がり量の変化を監視するステップと、
    前記遅延広がり量の変化に応じて、前記時間スロットの割り当てに反映させるステップと、
    を有することを特徴とする請求項１８に記載のOFDMA無線通信方法。
  20. OFDMA無線通信方法であって、
    端末局での遅延広がり量を検出するステップと、
    検出された遅延広がり量に基づいて端末局を分類するステップと、
    通信フレーム内の時間スロットのＧＩ長を、分類毎の各端末局の遅延広がり量に基づいて調整し、調整された前記時間スロットに対して、分類された前記端末局を割り当てるステップと
    を有することを特徴とするOFDMA無線通信方法。
  21. OFDMA無線通信方法であって、
    端末局での遅延広がり量を検出するステップと、
    検出された遅延広がり量に基づいて端末局を分類するステップと、
    時間スロット内に割り当て可能なＧＩ長が同じOFDMシンボル数を決定するステップと
    を有することを特徴とするOFDMA無線通信方法。
  22. OFDMA無線通信方法であって、
    端末局での遅延広がり量を検出するステップと、
    検出された遅延広がり量に基づいて端末局を分類するステップと、
    前記分類された端末局に関して、第１のＧＩ長を有するOFDMシンボルからなるデータスロットと前記第１のＧＩ長と異なる第２のＧＩ長を有するOFDMシンボルとを組み合わせてフレームを構成するステップと
    を有することを特徴とするOFDMA無線通信方法。
  23. 基地局と複数の端末局との間において通信を行うOFDMA無線通信システムであって、
    各端末局の遅延広がり量に基づいて、端末局毎に対応するＧＩ長の異なる時間スロットを割り当てることを特徴とするOFDMA無線通信システム。
  24. 前記各端末局での遅延広がり量を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記端末局毎の遅延広がり量に応じて、端末局毎に対応する時間スロット割り当てを行うことを特徴とする請求項２３に記載のOFDMA無線通信システム。
  25. 前記各端末局での遅延広がり量を検出する検出手段と、
    該検出手段により検出された前記端末局毎の遅延広がり量の変化を監視し、該変化に応じて対応する時間スロット割り当てを端末局毎に変更することを特徴とする請求項２３又は２４に記載のOFDMA無線通信システム。
  26. 前記時間スロット内において割り当てられた前記端末局毎に、規定された時間スロット内で各端末局に対して良好な受信品質が得られるように周波数チャネルの割り当てを行うことを特徴とする請求項２４又は２５に記載のOFDMA無線通信システム。
  27. OFDM方式を利用して無線通信を行なう基地局と端末局とを含み、周波数軸を１つ以上のサブキャリアからなる周波数チャネルにより分割し時間軸を１つ以上のOFDMシンボルからなる時間スロットにより分割することにより形成される複数の通信スロットにより構成される通信フレームにおいて、前記通信スロット単位で各端末局に通信路を割り当てる直交周波数分割多重アクセスを利用した無線通信システムであって、
    遅延広がり量に基づいて前記端末局を分類し、分類毎に特定される時間スロット内で各端末局に周波数チャネルを割り当てることを特徴とする無線通信システム。
  28. 通信フレームにおいて最も長いＧI長が設定された時間スロットの送信電力をその他の時間スロットよりも高く設定することを特徴とする請求項２３から２７までのいずれか１項に記載の無線通信システム。
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