JP2006512876A - 直交周波数分割多重化方式に基づく移動通信システムにおける送信装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一般に、無線通信において、高速及び高品質のデータサービスは、チャンネル環境によって劣化する。上記無線通信のためのチャンネル環境は、白色雑音、フェージングによる受信された信号電力の変化、シャドーイング(Shadowing)、端末機の移動及び頻繁な速度変化によるドップラー効果、他のユーザ又は多重経路信号による干渉によって頻繁に変わる。従って、上記高速無線データパケットサービスを提供するためには、2世代又は3世代移動通信システムで提供された一般的な技術の以外に、チャンネル変化に対する適応能力を高めることができる進歩した技術を必要とする。従来のシステムで使用している高速の電力制御方式がチャンネル変化に対する適応力を向上させるとしても、高速データパケット伝送システム標準を進行している3GPP及び3GPP2は、適応変調及び符号化(Adaptive Modulation and Coding;AMC)方式及びハイブリッド自動再送要求(Hybrid Automatic Repeat Request;HARQ)方式を共通に使用する。
本発明の他の目的は、時間−周波数資源を効率的に使用する多重接続方式及びそれに従う送信装置を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、次世代移動通信システムが目標とする高速無線マルチメディアサービスを効率的に提供することができる効率的な多重接続方法及び時間−周波数資源活用方法を提供することにある。
本発明のもう一つの他の目的は、OFDM方式に基づいてCDMA方式の特性及び周波数ホッピング方式の特性をすべて有する多重接続方式での順方向チャンネル構造を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、OFDM方式、CDMA方式、及び周波数ホッピング方式の一部を結合する多重接続方式及びそれに従う送信装置を提供することにある。
本発明のさらにまた他の目的は、ユーザ別に時間−周波数資源を差別的に割り当てる多重接続方式及びそれに従う送信装置を提供することにある。
本発明のなお他の目的は、各ユーザに対応するサービス別に時間−周波数資源を差別的に割り当てる多重接続方式及びそれに従う送信装置を提供することにある。
また、本発明は、OFDM方式に基づく多重接続方式の特性、CDMA方式の特性、及び周波数ホッピング方式を通して、周波数選択フェージングに相当に強い特性を同時に有することができる、という長所を有する。
本発明は、次世代移動通信システムが目標とする高速無線マルチメディアサービスのための効率的な時間−周波数資源活用に従う多重接続方法と上記多重接続方法で使用する送信装置を提案する。
次世代移動通信システムが目標とする高速の無線マルチメディアサービスのためには、広帯域(wide−band)のスペクトル資源が必要である。しかしながら、広帯域のスペクトル資源を使用する場合には、多重経路伝送(multipath propagation)に従う無線伝送路のフェージング現象が顕著であり、伝送帯域内でも周波数選択フェージング現象を容易に観測することができる。従って、高速の無線マルチメディアサービスのためには、従来の符号分割多重接続(Code Division Multiple Access)方式に比べて周波数選択フェージングに非常に強いOFDM方式がさらに有利である。これによって、最近では、OFDM方式に関する研究が活発に進行されている。
後述する本発明による多重接続方式は、OFDMに基づく多重接続方式の特性、CDMA方式の特性、及び周波数選択フェージングに非常に強い特性を有する周波数ホッピング方式の特性を実現することができる。本発明では、上述した新たな多重接続方式を“FH−OFCDMA(Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Code Division Multiple Access)方式”という。
図1を参照して、時間−周波数資源を適切に活用して、K名のユーザを支援することができる多重接続方式について説明すると、参照符号101は、第1のユーザに割り当てられた時間−周波数資源であり、参照符号102は、第2のユーザに割り当てられた時間−周波数資源である。参照符号103は、第3のユーザに割り当てられた時間−周波数資源であり、参照符号104は、第Kのユーザに割り当てられた時間−周波数資源である。上記ユーザ別に割り当てられた時間−周波数資源は、一定の帯域幅及び一定の時間によって決定される。上記帯域幅は、ユーザ別に要求されるサービスの種類によって割り当てられることができる。多い時間−周波数資源が必要なサービス(例えば、高速のパケットデータサービスなど)を要請したユーザに対しては、広い帯域幅を割り当てる。しかしながら、相対的に少ない時間−周波数資源が必要なサービス(例えば、音声サービスなど)を要請したユーザに対しては、狭い帯域幅を割り当てる。上述した帯域幅の割当ては、ユーザ別に差別化された時間−周波数資源の割当てが可能であることを意味する。図1では、第2のユーザに比べて、残りのユーザに対しては、相対的に広い帯域幅が割り当てられる。そのうち、第Kのユーザに対しては、相対的に一番広い帯域幅が割り当てられる。一方、第1のユーザに割り当てられた時間−周波数資源101を第3のユーザに割り当てられた時間−周波数資源103と比較する場合、第1のユーザに対して相対的に大きい時間資源を割り当てる。上記第Kのユーザに対して相対的に一番広い帯域幅が割り当てられると、これは、残りのユーザに比べて上記第Kのユーザがさらに多い時間−周波数資源を必要とするサービスを現在使用していることを意味する。
従って、ユーザに割り当てられたサブチャンネルの数を調節すると、上記ユーザが使用することができる帯域幅が調節されることができる。ここで、該当ユーザに対するサービスの要求条件及び活用可能な時間−周波数資源を考慮して帯域幅を割り当てることをスケジューリングアルゴリズム(scheduling algorithm)と称する。本発明が上記スケジューリングアルゴリズムの具体的な実施形態を開示していないが、上記スケジューリングアルゴリズムの特定の実施形態に限定されず、任意のスケジューリングアルゴリズムに対しても適用されてよい。
図2及び図3を参照すると、K番目のユーザ信号は、直/並列変換器222を使用しえnK個のシーケンスに変換される。上記nK個のシーケンス(n(K、1),n(K、2),・・・,n(K、K))のうち、第1のシーケンスn(K、1)は、第1の帯域拡散器302へ伝送されて直交シーケンス(orthogonal sequence)W0との積によって帯域拡散される。上記nK個のシーケンス(n(K、1),n(K、2),・・・,n(K、K))のうち、第2のシーケンスn(K、2)は、第2の帯域拡散器303へ伝送されて直交シーケンスW1との倍によって帯域拡散される。上記nK個のシーケンス(n(K、1),n(K、2),・・・,n(K、K))のうち、n番目のシーケンス n(K、n)は、第nの帯域拡散器304へ伝送されて直交シーケンスWn−1との倍によって帯域拡散される。上記入力シーケンス別に相互に異なる直交シーケンスを使用して拡散することは、上記入力シーケンスの間に干渉が発生することを防止するためである。第1乃至第nの帯域拡散器302、303、304から生成されたn個の拡散信号は、加算器305へ伝送される。加算器305は、上記拡散信号を加算して1つの拡散信号のシーケンスを出力する。合算器305からの拡散信号は、スクランブラー306へ伝送される。スクランブラー306は、スクランブルシーケンスを他の入力信号として受信し、上記拡散信号と上記スクランブルシーケンス(scrambling sequence)との積によってスクランブリングされた信号を出力する。スクランブラー306は、セルラー(cellular)環境で該当信号が隣接基地局の出力信号と周波数領域で重なる周波数ヒット現象(frequency hit phenomenon)による干渉(interference)の発生を防止するためである。スクランブラー306は、該当信号の受信性能を向上させるための方案で導入され、隣接基地局から送信された干渉信号の影響が無視される場合には、必要であれば、スクランブラー306は、省略されてもよい。図3は、図2の直/並列変換器222の出力信号であるnK個のシーケンス(n(K、1),n(K、2),・・・,n(K、K))のうち、同一のサブチャンネルを介して伝送されるm個のシーケンス(すなわち、第1のシーケンス)に対するチャンネル化部223の詳細な構成を説明する。すなわち、図3は、図2のチャンネル化部223の動作の一部のみを説明する。図2の直/並列変換器222の出力信号であるnK個のシーケンス(n(K、1),n(K、2),・・・,n(K、K))のうち残りのシーケンスは、n個の単位にまとめられる。上記まとめられたn個のシーケンスは、図3を通して説明したチャンネル化過程を経験し、相互に異なるサブチャンネルを通して伝送される。
図4において、単位四角形は、任意の個数の副搬送波から構成され、OFDMシンボル区間(OFDM symbol interval)と同一の持続時間を有する時間−周波数セル(Time−Frequency Cell;以下、“TFC”と称する)と称される。上記TFCに対しては、複数の副搬送波が割り当てられる。本発明では、上記TFCに割り当てられた各副搬送波に対応するデータは、CDMA方式によって処理された後、上記各副搬送波を使用するOFDM方式によって処理される。上記CDMA方式を使用する場合、副搬送波別に指定された所定のチャンネル化コードによってデータを拡散した後、上記拡散されたデータは、所定のスクランブリングコードによってスクランブリングされる。図4において、フレームセル(Frame Cell;以下、“FC”と称する)は、上記TFCの所定の倍数(例えば、32倍)に該当する帯域幅ΔfFC及び所定の倍数(例えば、16倍)に該当する持続時間(frame duration)を有する時間−周波数領域と定義される。本発明で上記FCを適用すると、AMC技術の適用時間の間には、無線伝送に対する測定結果が頻繁に知らせない。
一方、特定のユーザにサービスを提供するための送信装置は、一般に複数のサブチャンネルを使用することができる。このように、複数のサブチャンネルを使用するためには、QoS(Quality of Service)要求条件及び同時ユーザの数が考慮されなければならない。
図5では、本発明で提案している多重接続方式であるFH−OFCDMA(Frequency Hopping-Orthogonal Frequency Code Division Multiple Access)方式のための順方向チャンネルを“FORWARD FH−OFCDMA CHANNEL”と定義している。上記“FORWARD FH−OFCDMA CHANNEL”は、パイロットチャンネル(Pilot Channel)、同期チャンネル(Sync Channel)、トラヒックチャンネル(Traffic Channel)、及び共有制御チャンネル(Shared Control Channel)で構成されてよく、又は、プリアンブルチャンネル(Preamble Channel)のみで構成されてもよい。上記“FORWARD FH−OFCDMA CHANNEL”が構成される例については、図6及び図7を参照して説明される。上記パイロットチャンネルは、端末が基地局を獲得(acquisition)するか、又は、チャンネル推定を遂行するのに使用されることができる。上記同期チャンネルは、端末が基地局情報及びタイミング情報を獲得するのに使用されることができ、上記プリアンブルチャンネルは、基本的にフレーム同期を遂行するのに使用され、又は、チャンネル推定を遂行するのに使用されることもできる。上記トラヒックチャンネルは、情報データ(information data)を伝送するための物理チャンネルとして使用される。図5では、フレーム同期のためにプリアンブルチャンネルを別途に備えているが、必要であれば、上記プリアンブルチャンネルを介して伝送されるプリアンブル情報を上記トラヒックチャンネルを介して伝送されるフレームのプリアンブルとして伝送されてもよい。上記共有制御チャンネルは、上記トラヒックチャンネルを介して伝送される情報データを受信するために要求される制御情報(control information)を伝送するための物理チャンネルとして使用される。
以下、各チャンネルの送信機について図6を参照して説明する。
まず、トラヒックチャンネルを介してユーザデータを伝送する送信機について説明すると、K番目のユーザの符号化ビット列は、チャンネル符号化過程(図示せず)から生成され、変調部601へ伝送される。変調部601は、QPSK、16QAM、又は、64QAM変調方式を使用して上記符号化ビットを変調した後、変調シンボルを出力する。AMC方式を使用する場合には、変調部601によって使用される変調方式は、現在の無線伝送路の状態情報に従って基地局によって決定される。変調部601から生成された複数の変調シンボルは、それぞれ複素値(complex value)を有する。
一方、上述した説明が具体的な例を開示していないが、第1のサブチャンネル以外の残りのサブチャンネルに対応するサブチャンネル送信機は、上述したサブチャンネル送信機と同一の方式にて各サブチャンネルへデータを出力することができることは自明である。
図7を参照すると、図6の出力信号は、入力端“A”を通してTDMの入力端へ伝送される。また、プリアンブルチャンネル信号は、TDM701の他の入力端へ伝送される。TDM701は、図6の出力信号及び上記プリアンブルチャンネル信号を時分割多重化して出力する。図4を参照して説明すると、時間軸において、1つのFCは、16個のTFCで構成される。TDM701は、上記16個のTFCのうち、第1のTFC区間で上記プリアンブルチャンネルを選択して出力し、残りの15個のTFCの区間で上記出力信号を選択して出力する。TDM701から生成された上記プリアンブルチャンネル信号、又は、残りのチャンネル信号に対応する出力信号は、IFT器702へ伝送される。IFT器702は、上記プリアンブルチャンネル信号又は残りのチャンネル信号に対応する出力信号のうち自身の入力信号に対する逆フーリエ変換を遂行することによって、周波数領域での信号を時間領域での信号へ変換する。IFT器702から出力される信号は、本発明に従う“FORWARD FH−OFCDMA CHANNEL”として伝送される。
202、212、222 直/並列変換器
203、213、223 チャンネル化部
204、214、224 直/並列変換器
231 周波数ホッピング部
232 逆フーリエ変換器
Claims (21)
- 基地局送信機から複数のユーザに情報ビット列を送信する装置であって、
前記複数のユーザの各々に送信するための情報ビット列の1つのフレームを所定の時間間隔に従って複数の区分された時点に分割し、前記複数の区分された時点内で前記情報ビット列を分割し、前記分割された情報ビット列を相互に異なるウォルシュコードを使用して拡散し、前記拡散された情報ビット列を各ユーザに関連した1つのシーケンスに結合して出力する複数のチャンネル化部と、
前記1つのシーケンスを分割し、前記拡散された情報ビット列を副搬送波周波数にマッピングする複数の帯域幅を通して前記拡散された情報ビット列を分布し、前記複数の帯域幅の各々が前記所定の時間間隔によって与えられた時間−周波数セルの各々と重ならない周波数ホッピング部と、
から構成されることを特徴とする装置。 - 前記情報ビット列の数は、 前記サブチャンネルを構成する副搬送波の数であることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記周波数ホッピング部は、
無線伝送路の特性によって以前の時間領域で各サブチャンネルに割り当てられた副搬送波を他の副搬送波に変換することによって、周波数ホッピング機能を遂行することを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記ユーザの情報ビット列の数に対応し、前記時間領域で前記ユーザの相対的な開始点を調節する複数の時間遅延調節器をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記複数のチャンネル化部の各々は、
各ユーザに応じて前記サブチャンネル単位に受信された上記情報ビットの各々を複数の情報ビット列に分割する第1の直/並列変換部と、
前記情報ビット列を相互に異なるチャンネル化コードと乗じて拡散された情報ビット列を生成する複数の拡散器と、
前記複数の拡散器から受信された前記拡散された情報ビット列を加算して1つの拡散された情報ビット列を生成する加算器と、
前記1つの拡散された情報ビット列と前記所定のスクランブリングコードを乗じてスクランブリングされた情報ビット列を生成するスクランブラーと、
前記スクランブリングされた情報ビット列を複数のスクランブリングされた情報ビット列に分割して生成する第2の直/並列変換部と、
から構成されることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記複数のユーザの各々のサービス品質に従ってユーザ別に少なくとも1つのサブチャンネルを割り当てることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記無線伝送路は、フレームセル単位に現在の状態を知らせることを特徴とする請求項3記載の装置。
- 基地局送信機から複数のユーザに情報ビット列を送信する方法であって、
前記複数のユーザの各々に送信するための情報ビット列の1つのフレームを所定の時間間隔に従って複数の区分された時点に分割し、前記複数の区分された時点内で前記情報ビット列を分割し、前記分割された情報ビット列を相互に異なるウォルシュコードを使用して拡散し、前記拡散された情報ビット列を各ユーザに関連した1つのシーケンスに結合して出力するステップ(a)と、
前記ステップ(a)で1つのシーケンスに結合された前記情報ビット列を分割し、前記拡散された情報ビット列を副搬送波周波数にマッピングする複数の帯域幅を通して前記拡散された情報ビット列を分布し、前記複数の帯域幅の各々が前記所定の時間間隔によって与えられた時間−周波数セルの各々と重ならないように周波数ホッピング機能を遂行するステップ(b)と、
から構成されることを特徴とする方法。 - 前記情報ビット列の数は、 前記サブチャンネルを構成する副搬送波の数であることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記周波数ホッピング機能は、以前の時間領域で各サブチャンネルを構成する副搬送波を他の副搬送波へシフトすることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記ユーザの情報ビット列に応じて、前記時間領域で前記ユーザの相対的な開始点を調節するステップ(c)をさらに含むことを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記ステップ(a)は、
前記複数のユーザの各々に応じて、前記サブチャンネル単位に受信された各情報ビットを複数の情報ビット列に分割するステップ(a1)と、
前記複数の情報ビット列を相互に異なるチャンネル化コードと乗じて拡散された情報ビット列を出力するステップ(a2)と、
前記ステップ(a2)から受信された前記拡散された情報ビット列を加算して1つの拡散された情報ビット列を生成するステップ(a3)と、
前記拡散された情報ビット列を所定のスクランブリングコードと乗じてスクランブリングされた情報ビット列を生成するステップ(a4)と、
前記スクランブリングされた情報ビット列を複数のスクランブリングされた情報ビット列に分割して生成するステップ(a5)と、
から構成されることを特徴とする請求項8記載の方法。 - 前記複数のユーザの各々のサービス品質に従ってユーザ別に少なくとも1つのサブチャンネルを割り当てることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記無線伝送路は、フレームセル単位に現在の状態を知らせることを特徴とする請求項9記載の方法。
- 基地局送信機から複数のユーザに情報ビット列を送信する移動通信システムで使用する送信装置であって、
任意のユーザに対応する変調データシンボル列が前記任意のユーザに割り当てられたサブチャンネル数に分割されて入力される各分割変調データシンボル列を相互に異なるチャンネル化コードを使用して拡散した後、該当サブチャンネルを構成する副搬送波にマッピングする複数のトラヒックチャンネル送信機と、
前記トラヒックチャンネル送信機からのトラヒックチャンネル信号と、パイロットチャンネル信号と、所定のチャンネル化コードによって拡散され、所定の変調方式によって変調された同期チャンネル信号及び共有制御チャンネル信号とを第1の入力信号にし、プリアンブルチャンネル信号を第2の入力信号にし、前記第1の入力信号及び前記第2の入力信号を前記サブチャンネルの時間領域単位に選択する時分割多重化部と、
前記時分割多重化部によって選択された信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換部と、
から構成されることを特徴とする装置。 - 前記時分割多重化部は、フレームセルで前記任意のユーザに割り当てられた最初のサブチャンネルの時間領域で前記第2の入力信号を選択し、前記最初のサブチャンネルではない残りのサブチャンネルの時間領域で前記第1の入力信号を選択することを特徴とする請求項15記載の装置。
- 前記トラヒックチャンネル送信機の各々は、
前記分割変調データシンボル列を該当サブチャンネルを構成する副搬送波の数に分割する逆多重化部と、
前記副搬送波別に分割された前記分割変調データシンボル列の各々を相互に異なるチャンネル化コードを使用して拡散するチャンネル分割部と、
前記副搬送波別に拡散された前記分割変調データシンボル列を加算して1つの分割変調データシンボル列を生成する加算器と、
前記1つの分割変調データシンボル列と所定のスクランブリングコードと乗じて生成するスクランブラーと、
前記スクランブラーの出力信号を前記該当サブチャンネルを構成する各副搬送波にマッピングするマッピング器と、
を含むことを特徴とする請求項15記載の装置。 - 基地局送信機から複数のユーザに情報ビット列を送信する移動通信システムで使用する送信方法であって、
任意のユーザに対応する変調データシンボル列が前記任意のユーザに割り当てられたサブチャンネル数に分割されて入力される各分割変調データシンボル列を相互に異なるチャンネル化コードを使用して拡散した後、該当サブチャンネルを構成する副搬送波にマッピングするステップ(a)と、
トラヒックチャンネル信号と、パイロットチャンネル信号と、所定のチャンネル化コードによって拡散され、所定の変調方式によって変調された同期チャンネル信号及び共有制御チャンネル信号とを第1の入力信号にし、プリアンブルチャンネル信号を第2の入力信号にして、前記第1の入力信号及び前記第2の入力信号を前記サブチャンネルの時間領域単位に選択するステップ(b)と、
前記ステップ(b)によって選択された信号を逆フーリエ変換して生成するステップ(c)と、
から構成されることを特徴とする方法。 - 前記ステップ(b)は、フレームセルで前記任意のユーザに割り当てられた最初のサブチャンネルの時間領域で前記第2の入力信号を選択し、前記最初のサブチャンネルではない残りのサブチャンネルの時間領域で前記第1の入力信号を選択することを特徴とする請求項18記載の方法。
- 前記ステップ(a)は、
前記分割変調データシンボル列を該当サブチャンネルを構成する副搬送波の数に分割するステップ(a1)と、
前記副搬送波別に分割された分割変調データシンボル列の各々を相互に異なるチャンネル化コードを使用して拡散するステップ(a2)と、
前記副搬送波別に拡散された分割変調データシンボル列を加算して1つの分割変調データシンボル列を生成するステップ(a3)と、
前記1つの分割変調データシンボル列と所定のスクランブリングコードを乗じて生成するステップ(a4)と、
前記ステップ(a4)の出力信号を前記該当サブチャンネルを構成する各副搬送波にマッピングするステップ(a5)と、
を含むことを特徴とする請求項18記載の方法。 - 多重接続方式に基づく移動通信システムで使用する送信方法であって、
任意のユーザに少なくとも1つのサブチャンネルを割り当て、前記任意のユーザのデータを前記サブチャンネルを構成する副搬送波の各々に対して所定の符号化コードを使用するステップ(a)と、
前記サブチャンネル別に出力されるデータの各々に対して、時間領域で前記サブチャンネルを単位にする時区間別に相互に異なる副搬送波を割り当てるステップ(b)と、
前記割り当てられた副搬送波領域での前記データを逆フーリエ変換を通して時間領域でのデータに変換するステップ(c)と、
を含むことを特徴とする方法。
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